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JP2002008235A - Recording/reproducing device using plasmon and its manufacturing method - Google Patents

Recording/reproducing device using plasmon and its manufacturing method

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Publication number
JP2002008235A
JP2002008235A JP2000194882A JP2000194882A JP2002008235A JP 2002008235 A JP2002008235 A JP 2002008235A JP 2000194882 A JP2000194882 A JP 2000194882A JP 2000194882 A JP2000194882 A JP 2000194882A JP 2002008235 A JP2002008235 A JP 2002008235A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
recording
light
metal body
head
lens
Prior art date
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Granted
Application number
JP2000194882A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3826684B2 (en
Inventor
Midori Katou
美登里 加藤
Masafumi Kiguchi
雅史 木口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JP3826684B2 publication Critical patent/JP3826684B2/en
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  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly perform an optical recording of super high density. SOLUTION: Information is recorded in a very small area exceeding a diffraction limit by making incident light on a flat substrate in which micro metallic bodies are embedded, locally strengthening the photoelectric field in the vicinity of the micro bodies by exciting a localized plasmon and using its light. Recording is performed in parallel by using plural micro metallic bodies.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は光を用いた情報の記
録装置または記録再生装置ならびにそれらの製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information recording / reproducing apparatus using light and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光記録においては、レーザ光をレンズで
媒体上に小さいスポットとして集光させ、それによって
発生する熱や光反応によって、媒体の微小領域の特性を
変化させ、記録する方式をとっている。この方法を用い
ると、集光できるスポット径の大きさは記録に用いるレ
ーザ光の波長で限定される。そのため、より小さいスポ
ットを書き込むためにはより波長の短い光源を用いなけ
ればならなかった。
2. Description of the Related Art In optical recording, a method is used in which a laser beam is condensed as a small spot on a medium by a lens, and the characteristics of a minute area of the medium are changed by heat or photoreaction generated thereby to perform recording. ing. When this method is used, the size of the spot diameter that can be focused is limited by the wavelength of the laser beam used for recording. Therefore, in order to write a smaller spot, a light source having a shorter wavelength had to be used.

【0003】また、アプライド・フィジックス・レター
65(1994年)第388頁(Appl. Phys. Lett.
Vol. 65, p388 (1994))や特開平5−18979
6号に記載のような、固体液浸レンズ(solid immersi
on lens)を用いて記録する例が報告されている。この
レンズを用いると、屈折率の2乗に比例してレンズの開
口数を大きくすることができるので、通常のレンズより
小さい領域に光を絞り込むことができる。
Further, Applied Physics Letter 65 (1994), p. 388 (Appl. Phys. Lett.
Vol. 65, p388 (1994)) and JP-A-5-18979.
No. 6, a solid immersion lens
On-lens) has been reported. When this lens is used, the numerical aperture of the lens can be increased in proportion to the square of the refractive index, so that light can be narrowed to a region smaller than a normal lens.

【0004】他に超高密度記録として、微小開口を具備
したプローブを用いた近接場光記録法がある。例えば、
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス79(1
996年)第8082頁(J. Appl. Phys. Vol. 7
9, p8082 (1996))に記載のように、微小開口近傍の
光により媒体のごく微小領域の温度を上げて相変化をさ
せるものなどがある。これらの方法を用いると、用いる
光の波長によらず、光の局在する領域が上記開口の大き
さ程度となるため、回折限界を超えた微小スポットの書
き込み・読み出しができる。
As another ultra-high density recording, there is a near-field optical recording method using a probe having a minute aperture. For example,
Journal of Applied Physics 79 (1
996) p.8082 (J. Appl. Phys. Vol. 7)
9, p8082 (1996)), there is a method of raising the temperature of a very small region of a medium by light near a minute opening to cause a phase change. When these methods are used, a region where light is localized is about the size of the opening, regardless of the wavelength of the light to be used, so that a minute spot exceeding the diffraction limit can be written and read.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来用いられてきたレ
ーザ光をレンズで絞る方法では、回折限界で記録密度が
限定される。波長を短くすることによって集光スポット
径を小さくすることは可能であるが、いずれにしても波
長で決められた限界がある。また、紫外領域まで波長が
短くなると、これまで用いられてきたレンズ等の安価な
光学系では紫外光を吸収してしまうため用いることがで
きなくなる。しかも、そのような波長の短い光源自体、
現在のところコンパクトで安定したものは実現されてい
ない。したがって光源の波長を最適化することによる高
密度化は現実的ではないと言える。固体液浸レンズにお
いても、波長の制限を受けるという点では同様の限界が
ある。
In the conventional method of focusing a laser beam with a lens, the recording density is limited by the diffraction limit. Although it is possible to reduce the focused spot diameter by shortening the wavelength, there is a limit determined by the wavelength in any case. Further, when the wavelength is shortened to the ultraviolet region, an inexpensive optical system such as a lens used so far absorbs ultraviolet light and cannot be used. Moreover, such a short wavelength light source itself,
At present, a compact and stable one has not been realized. Therefore, it can be said that increasing the density by optimizing the wavelength of the light source is not practical. Solid immersion lenses also have similar limitations in that they are subject to wavelength limitations.

【0006】また、微小開口をもつプローブを利用した
記録の場合、開口が小さいことによって光のスループッ
トが悪く、書き込みのためにパワーの大きなレーザが必
要であったり、書き込みや読み出しに時間がかかるなど
の問題があった。
Further, in the case of recording using a probe having a small aperture, a light aperture is poor due to a small aperture, a laser having a large power is required for writing, and it takes time to write and read. There was a problem.

【0007】本発明の目的は、光による超高密度な記録
再生を達成させるため、回折限界を超えた微小光源を実
現し、なおかつその記録速度を向上させることにある。
An object of the present invention is to realize a minute light source exceeding the diffraction limit and to improve the recording speed in order to achieve ultra-high density recording and reproduction by light.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】通常のレーザ光をレンズ
等で集光しても、使用するレーザの波長の二分の一程度
までしか絞り込むことはできない(回折限界)。そのた
め記録スポットの大きさもその程度に留まってしまう。
それより狭い領域で光強度を集中させるために、微小開
口から漏れ出す近接場光を利用した記録方法もあるが、
利用できる光のパワーの弱さが問題であった。
Even if ordinary laser light is condensed by a lens or the like, it can be narrowed down to only about half the wavelength of the laser used (diffraction limit). Therefore, the size of the recording spot also remains at that level.
In order to concentrate the light intensity in a narrower area, there is a recording method using near-field light leaking from a minute aperture,
The weak light power available was problematic.

【0009】金属の微粒子に光を照射すると、プラズモ
ンが励起されることが知られている。波長より小さい金
属体の近傍で発生するプラズモンを利用すれば、プラズ
モンの励起により金属体近傍の光電場(光の周波数で振
動する電場)強度が増強されるので、回折限界を超えて
光電場を集中させることができる。この光電場を書き込
みあるいは再生に用いれば、従来よりも小さいスポット
を書き込み、あるいは読み取ることができ、高密度な記
録再生が可能となる。
It is known that irradiating light to metal fine particles excites plasmons. If a plasmon generated near a metal body smaller than the wavelength is used, the intensity of the optical electric field (electric field oscillating at the frequency of light) near the metal body is enhanced by the excitation of the plasmon. You can focus. If this photoelectric field is used for writing or reproduction, a smaller spot than before can be written or read, and high-density recording and reproduction can be performed.

【0010】プラズモン励起による光電場の増強の度合
いは、金属微粒子の形状や入射する光の偏光方向で異な
る。真球の場合、p偏光入射のほうが増強の度合いが強
く(オプティカル・レビュー6(1999年)第211
頁(Optical Review, Vol.6, P211(1999)))、ま
た、真球より楕円球体の方が増強の度合いは大きく、数
十倍にできる(サーフェス・サイエンス156(198
5年)第678頁(Surface Science, Vol.156, p67
8(1985)))。
The degree of enhancement of the photoelectric field by plasmon excitation differs depending on the shape of metal fine particles and the polarization direction of incident light. In the case of a true sphere, the degree of enhancement is higher when p-polarized light is incident (Optical Review 6 (1999) No. 211).
(Optical Review, Vol. 6, P211 (1999)), and the degree of enhancement is larger for elliptical spheres than for true spheres, and can be increased by several tens of times (Surface Science 156 (198)
5 years) p. 678 (Surface Science, Vol.156, p67)
8 (1985))).

【0011】このように、金属体近傍に励起されたプラ
ズモンによって増強された光電場の空間的広がりは、金
属体の大きさ程度であり、その付近だけ飛び抜けて光電
場強度が強くなる。レンズで光を金属体に集光すると、
記録媒体の他の部分にも光が照射されることにはなる
が、記録のおこる光電場強度のしきい値がプラズモンに
よって増強された光電場とレンズで集光した光による光
電場強度の間にある媒体を用いることで、上記プラズモ
ンによって増強された光電場を光記録に利用できる。例
えば相変化ディスクであれば、プラズモンにより増強さ
れた光電場の強度で相変化が起き、レンズで集光した光
だけでは相変化が起きないように、記録媒体の材料と入
射光強度の関係を調整すればよい。
As described above, the spatial spread of the electric field enhanced by the plasmon excited in the vicinity of the metal body is about the size of the metal body, and the electric field strength is increased by jumping only in the vicinity of the metal body. When the light is focused on a metal object with a lens,
The other part of the recording medium is also irradiated with light, but the threshold of the photoelectric field intensity at which recording occurs is between the photoelectric field enhanced by the plasmon and the photoelectric field intensity by the light collected by the lens. , The photoelectric field enhanced by the plasmon can be used for optical recording. For example, in the case of a phase change disk, the relationship between the material of the recording medium and the intensity of the incident light is adjusted so that the phase change occurs with the intensity of the electric field enhanced by the plasmon and the phase change does not occur only with the light condensed by the lens. Adjust it.

【0012】また、集光するレンズとして固体液浸レン
ズを用いると、効率よく集光することができる。このレ
ンズは、球レンズの一部を切り取った形状をしており、
その端面に光が集光するようになっている。開口数が非
常に高いため、通常のレンズより集光効率が高い。さら
に、このレンズを楕円球体ないしは円柱のように、細長
い形状の微小金属体と組み合わせた場合、上記微小金属
体の長手方向がヘッドの平坦面すなわち固体液浸レンズ
の平坦面と直行するように配置することによって、さら
に光電場の増強が期待できる。
When a solid immersion lens is used as a focusing lens, the focusing can be performed efficiently. This lens has the shape of a part of a spherical lens cut out,
Light is condensed on the end face. Since the numerical aperture is very high, the light collection efficiency is higher than that of a normal lens. Furthermore, when this lens is combined with an elongated micro metal body such as an ellipsoidal sphere or a cylinder, it is arranged so that the longitudinal direction of the micro metal body is perpendicular to the flat surface of the head, that is, the flat surface of the solid immersion lens. By doing so, further enhancement of the photoelectric field can be expected.

【0013】なぜなら、通常のレンズであれば、レンズ
で集光された光の波数ベクトルは端面に対して斜めであ
り、プラズモンを励起できる方向(平坦面に垂直な方
向)に振動する電場強度は、本来の電場強度に入射角の
余弦を乗じた量となって、入射光強度を十分に利用でき
ない。固体液浸レンズで光を絞り込んだ場合、集光され
た光は端面に対してより高角度で入射する。これはすな
わち入射角の余弦が大きくなるので、励起に寄与できる
光強度が増える。また、全反射臨界角より大きな角度で
入射した光については、エバネセント波となって端面に
平行な波数ベクトルを持つ、すなわちその光強度は全て
プラズモン励起に寄与でき、効率的にプラズモンを励起
することができる。
This is because, in the case of a normal lens, the wave vector of the light condensed by the lens is oblique with respect to the end face, and the electric field strength oscillating in a direction that can excite plasmons (a direction perpendicular to the flat surface) is However, the intensity of the incident electric field is multiplied by the cosine of the incident angle, and the intensity of the incident light cannot be sufficiently utilized. When light is narrowed down by the solid immersion lens, the condensed light enters the end face at a higher angle. This means that the cosine of the incident angle increases, so that the light intensity that can contribute to excitation increases. For light incident at an angle larger than the critical angle for total reflection, it becomes an evanescent wave and has a wave number vector parallel to the end face.In other words, the light intensity can all contribute to plasmon excitation and efficiently excite plasmons. Can be.

【0014】また、平坦な基板に微小金属体を埋め込ん
だ形状にすれば、上記基板をスライダーに搭載すること
で、これを光ヘッドとした時に高速で回るディスク上を
障害も衝突もなく記録再生を行うことができる。
Further, if the flat metal substrate is formed into a shape in which a minute metal body is embedded, by mounting the above-mentioned substrate on a slider, recording and reproduction can be performed without any obstacles or collisions on a disk which rotates at a high speed when the optical head is used as an optical head. It can be performed.

【0015】また、プラズモンを励起できる条件は、波
長、周囲の誘電率、微小金属体の誘電率およびその形状
にも大きく左右される。したがって、材質や形状の異な
る微小金属体ではそれぞれでプラズモンを励起できる波
長が異なる。同じヘッド上に、位置を変えて材質や形状
の異なる微小金属体を複数作成し、それぞれに異なる波
長の光を同時に照射すれば、複数の微小金属体のプラズ
モンを別々に励起することになる。本発明によればこの
ことを利用してマルチヘッド化することもでき、同時に
複数列の記録ができるので、記録にかかる時間をその分
短縮できる。
The conditions under which plasmons can be excited are greatly influenced by the wavelength, the dielectric constant of the surroundings, the dielectric constant of the minute metal body, and its shape. Therefore, the wavelength at which plasmon can be excited is different between the minute metal bodies having different materials and shapes. If a plurality of fine metal bodies having different materials and shapes are formed on the same head at different positions and simultaneously irradiated with light of different wavelengths, plasmons of the plurality of fine metal bodies are separately excited. According to the present invention, a multi-head can be realized by utilizing this fact, and a plurality of rows can be recorded at the same time.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例の基本的
な部分の構成を示した図である。ヘリウム・カドミウム
レーザの533nmの波長の光101をレンズ102を通
して絞り込み、この光に対して透明な材質でできた基板
103に作られた微小金属体104に裏側から集光す
る。レーザ光101は基板103に垂直に入射し、レン
ズ102を基板103の真上に位置させることでコンパ
クトな構造としている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a basic part of an embodiment of the present invention. A light 101 having a wavelength of 533 nm of a helium / cadmium laser is narrowed down through a lens 102 and focused on a minute metal body 104 formed on a substrate 103 made of a transparent material from the back side. The laser beam 101 is perpendicularly incident on the substrate 103, and the lens 102 is positioned directly above the substrate 103, thereby achieving a compact structure.

【0017】金属体104は記録媒体(図示せず)上を
移動する際の障害にならないように、基板103に埋め
込む形で作成されている。基板103の作製法は後で詳
しく述べるが、本実施例の微小金属体104は、基板1
03に直径50nm、深さ100nm程度の円柱形の穴を開
け、そこに金を埋め込んだ構造としている。
The metal body 104 is formed so as to be embedded in the substrate 103 so as not to hinder movement on a recording medium (not shown). The method for manufacturing the substrate 103 will be described later in detail.
03, a cylindrical hole having a diameter of 50 nm and a depth of about 100 nm is formed, and gold is embedded therein.

【0018】レンズ102は、基板103に対して上下
左右に微動できる機構(図示略)を有しており、焦点の
ちょうど中央に微小金属体104が来るようにレンズ1
02の位置を調整し、固定した。本実施例の装置をヘッ
ドとして用いる場合、これらを一体化した構造にし、自
動焦点機構を付加してもよい。
The lens 102 has a mechanism (not shown) capable of finely moving up, down, left and right with respect to the substrate 103, and the lens 1 is positioned so that the minute metal body 104 is located exactly at the center of the focal point.
02 was adjusted and fixed. When the apparatus of this embodiment is used as a head, these may be integrated into a structure, and an automatic focusing mechanism may be added.

【0019】これにレーザ光101を入射すると、金属
体104で局在プラズモンが励起され、金属体104近
傍の光電場強度が増強される。この場合は微小金属体が
円柱形であり、その底面が媒体に面したヘッド平坦面に
あるので、増強された光電場の広がりは、底面の金属体
円柱の直径程度、すなわち50nm程度である。このヘッ
ドを記録媒体との距離を制御する機能を有する記録再生
装置に搭載し、記録媒体に一定距離接近させると、光の
広がり程度のスポット径で情報を記録することができ
る。
When the laser beam 101 is incident on this, localized plasmons are excited in the metal body 104, and the intensity of the optical electric field near the metal body 104 is increased. In this case, since the minute metal body is cylindrical and its bottom surface is on the flat surface of the head facing the medium, the spread of the enhanced electric field is about the diameter of the bottom metal body cylinder, that is, about 50 nm. When this head is mounted on a recording / reproducing apparatus having a function of controlling the distance to a recording medium, and is brought close to the recording medium by a certain distance, information can be recorded with a spot diameter that is about equal to the spread of light.

【0020】ここで、上記実施例では微小金属体の形状
を円柱としたが、ヘッドに配置した時、ヘッド平坦面に
対して垂直方向に長い寸法を持つ、すなわち底面の幅よ
り高さの方が長い形状であれば、楕円柱、回転楕円体、
円錐、角柱、角錐、円錐台、角錐台形状などでもよい。
Here, in the above embodiment, the shape of the minute metal body is a cylinder, but when it is arranged on the head, it has a dimension that is longer in the direction perpendicular to the flat surface of the head. Is long, elliptic cylinder, spheroid,
The shape may be a cone, a prism, a pyramid, a truncated cone, a truncated pyramid, or the like.

【0021】本発明において、記録媒体としては従来用
いられてきたものと同じ素材であれば同様に用いること
ができるが、記録される媒体に物性的変化を及ぼすしき
い値が、微小金属体近傍で増強された光強度より小さ
く、それ以外のレンズで集光された部分の光強度より大
きい値をとる必要がある。したがって媒体の感度と入射
光強度をあらかじめ調整する必要がある。また、ヘッド
に近い方が光強度が大きいので、媒体上部の保護層など
がない方が記録は効率的になると考えられる。
In the present invention, as the recording medium, the same material as that conventionally used can be used in the same manner. It is necessary to take a value smaller than the light intensity enhanced by the above and larger than the light intensity of the portion focused by the other lenses. Therefore, it is necessary to adjust the sensitivity of the medium and the incident light intensity in advance. Also, since the light intensity is higher near the head, it is considered that the recording becomes more efficient without the protective layer on the medium.

【0022】再生についても、従来の手法を適用でき
る。記録時よりも入射光強度を弱くした光を用い、反射
あるいは透過した信号を検出する。検出のしきい値を、
プラズモンで増強された光電場からの信号強度と、それ
以外のレンズで集光された部分からの信号強度との間に
設定し、プラズモンで増強された光電場からの信号以外
はとらないようにする。これにより回折限界以下の微小
領域に書き込まれた情報を再生することができる。
The conventional method can be applied to the reproduction. The reflected or transmitted signal is detected using light whose incident light intensity is weaker than during recording. Set the detection threshold to
Set between the signal intensity from the plasmon-enhanced photoelectric field and the signal intensity from the portion focused by the other lenses so that no signal other than the signal from the plasmon-enhanced photoelectric field is taken I do. This makes it possible to reproduce information written in a minute area below the diffraction limit.

【0023】図2はレンズとして固体液浸レンズを用い
た場合の実施例を示した図である。レーザ光101を固
体液浸レンズ202を通して絞り込み、図1に示したも
のと同様の基板103中の微小金属体104に照射す
る。微小金属体104は、固体液浸レンズ202の端面
に直接作成してもよいが、ちょうど集光される位置に金
属体を作製するのが難しいので、ここでは基板103と
レンズを同素材で別に作成し、間に紫外光硬化性の光学
接着剤(図示せず)を薄くはさんだ。光強度を測定しな
がら、最も強くなるような位置に基板とレンズを配置
し、紫外光を全体に照射して硬化させ、一体化し、ヘッ
ドの基本部分とした。図では平行光が入射するように描
いているが、あらかじめレンズで絞った光を入射しても
よい。
FIG. 2 is a view showing an embodiment in which a solid immersion lens is used as a lens. A laser beam 101 is narrowed down through a solid immersion lens 202 and is irradiated on a minute metal body 104 in a substrate 103 similar to that shown in FIG. The minute metal body 104 may be formed directly on the end face of the solid immersion lens 202. However, since it is difficult to manufacture the metal body at a position where light is condensed, here, the substrate 103 and the lens are separately made of the same material. It was made and a thin layer of UV-curable optical adhesive (not shown) was sandwiched between them. While measuring the light intensity, the substrate and the lens were arranged at the position where the intensity became the strongest, and the whole was irradiated with ultraviolet light to be cured and integrated, thereby forming a basic part of the head. In the figure, parallel light is illustrated as being incident, but light that has been previously focused by a lens may be incident.

【0024】図3は、図2で示された光ヘッド近傍の光
強度を示したグラフである。ヘッド下部の、媒体に対す
る平坦面上を、近接場光学顕微鏡で微小金属体上を通る
ように走査し、発生している光をプローブでピックアッ
プしてその強度を測定した。作成された微小金属体10
4の大きさとほぼ同程度の幅を持つ、光強度が増幅され
た場所が観察された。
FIG. 3 is a graph showing the light intensity near the optical head shown in FIG. The flat surface of the lower part of the head with respect to the medium was scanned by a near-field optical microscope so as to pass over the minute metal body, and the generated light was picked up by a probe and its intensity was measured. Micro metal body 10 created
A place where the light intensity was amplified, having a width almost equal to the size of No. 4, was observed.

【0025】図4は固体液浸レンズ202を用いた別の
実施例を示した図である。レーザ光101が照射されて
いる固体液浸レンズ202の中央部分に遮光部分401
を設けたものである。この遮光部401は、金属のクロ
ムを蒸着することで形成した。このような遮光機構は、
必ずしもレンズに直接設けなくともよい。例えば、瞳フ
ィルタのようなものを入射するレーザ101の光路に挿
入して、リング状の光をレンズに照射するようにしても
よい。遮光する範囲は、これにより遮光される光の基板
に入射する角度θが全反射臨界角よりも小さい範囲とな
るよう決定される。
FIG. 4 is a view showing another embodiment using the solid immersion lens 202. In FIG. A light shielding portion 401 is provided at the center of the solid immersion lens 202 irradiated with the laser beam 101.
Is provided. The light-shielding portion 401 was formed by evaporating metal chromium. Such a light blocking mechanism is
It does not necessarily have to be provided directly on the lens. For example, a lens such as a pupil filter may be inserted into the optical path of the incident laser 101 to irradiate the lens with ring-shaped light. The range in which light is blocked is determined so that the angle θ at which the light blocked by the light enters the substrate is smaller than the critical angle for total reflection.

【0026】このような構造にすると、微小金属体10
4に照射される光は、全反射臨界角よりも大きな入射角
をもつものが主になる。このような光は、ヘッドの下部
で全反射をおこし、界面近傍にエバネセント波を発生さ
せる。界面近傍のエバネセント波は、界面に平行な方向
に波数ベクトルを持つため、その偏波面は界面に垂直で
ある。したがって、界面に垂直方向に細長い形状をした
微小金属体の局在プラズモンを効率よく励起できる。
With such a structure, the minute metal body 10
The light irradiated to 4 mainly has an incident angle larger than the critical angle for total reflection. Such light causes total reflection at the lower part of the head, and generates an evanescent wave near the interface. Since the evanescent wave near the interface has a wave vector in a direction parallel to the interface, its polarization plane is perpendicular to the interface. Therefore, it is possible to efficiently excite localized plasmons of a minute metal body elongated in a direction perpendicular to the interface.

【0027】本実施例のように、全反射を起こさない光
を遮光すると、入射光全体の強度は下がるが、プラズモ
ンの励起効率は上がるので、プラズモンによって増強さ
れた光電場強度と、それ以外のレンズで集光された部分
の光電場強度とのコントラストが上がる。したがって、
プラズモン励起で増強された光電場以外の、レンズで集
光された部分で誤って径の広いスポットが記録されると
いうエラーを抑えることができる。また、記録に要する
光強度のしきい値のとりうる値の範囲がひろがり、設計
が容易になるという利点がある。
When the light that does not cause total reflection is blocked as in this embodiment, the intensity of the entire incident light is reduced, but the excitation efficiency of the plasmon is increased. The contrast with the electric field intensity of the portion focused by the lens increases. Therefore,
It is possible to suppress an error that a spot having a large diameter is erroneously recorded in a portion focused by the lens other than the optical electric field enhanced by plasmon excitation. Further, there is an advantage that the range of possible values of the threshold value of the light intensity required for recording is widened, and the design becomes easy.

【0028】図5にはさらに別の実施例を示した。上記
の方法で作成した、微小金属体104を具備した基板1
03に、プリズム502を介して基板下部で全反射する
ようにレーザ光101を入射する。このとき、入射する
レーザ光の偏光方向はp偏光、すなわち偏光方向が入射
面に含まれる方向にした。この場合も、全反射によって
生じるエバネセント波で励起するので、効率よくプラズ
モンを励起できる。図では平行光を入射するように描い
ているが、レンズで絞った光を入射してもよい。
FIG. 5 shows still another embodiment. Substrate 1 provided with micro metal body 104, prepared by the above method
The laser beam 101 is incident on the laser beam 03 through the prism 502 so as to be totally reflected at the lower portion of the substrate. At this time, the polarization direction of the incident laser light was p-polarization, that is, the direction in which the polarization direction was included in the incident plane. Also in this case, the plasmon can be efficiently excited because it is excited by an evanescent wave generated by total reflection. In the figure, parallel light is illustrated as being incident, but light focused by a lens may be incident.

【0029】図6は波長多重による並列記録用ヘッド
を、媒体に向かう面から見た図である。基板603に作
成された金の円柱601と銀の円柱602の直径はとも
におよそ50nmで、高さはともに100nm程度である。
作製方法は後に詳しく述べる。
FIG. 6 is a view of a parallel recording head by wavelength multiplexing, as viewed from a surface facing a medium. The diameter of each of the gold column 601 and the silver column 602 formed on the substrate 603 is about 50 nm, and both heights are about 100 nm.
The fabrication method will be described later in detail.

【0030】ヘッドに含まれる微小金属体はここでは簡
単のため2個としているが、条件が合えばもっと増やし
てもよい。また、形状として円柱としたが、前述のよう
に、ヘッドに配置した時、ヘッド平坦面に対して垂直方
向に長い寸法を持つ、すなわち底面の幅より高さの方が
長い形状であれば、楕円柱、回転楕円体、円錐、角柱、
角錐など、様々な形状が可能であり、それらを長手方向
がヘッド平坦面に垂直になるように配置すればよい。
Although the number of the fine metal members included in the head is two here for simplicity, it may be increased if the conditions are met. Also, although the shape was a cylinder, as described above, when placed on the head, it has a dimension that is longer in the direction perpendicular to the flat surface of the head, that is, if the height is longer than the width of the bottom surface, Elliptic cylinder, spheroid, cone, prism,
Various shapes such as pyramids are possible, and they may be arranged such that the longitudinal direction is perpendicular to the flat surface of the head.

【0031】本実施例では、金属体近傍に励起される光
電場が、他方の金属体周囲の光電場に影響を及ぼさない
よう、微小金属体601と602の間隔はおよそ200
nm離してある。微小金属体601と602によって記録
される媒体上のマークの間隔を狭めるため、601と6
02を結ぶ線がヘッドの進行方向と斜めになるように配
置する。ここでは100nm程度の間隔で記録したいの
で、601と602を結ぶ線分をヘッドの進行方向とは
30度ずらした。微小金属体601と602は記録媒体
上を移動する際、障害にならないよう基板に埋め込む形
で作成されている。
In this embodiment, the distance between the minute metal bodies 601 and 602 is set to about 200 so that the electric field excited near the metal body does not affect the electric field around the other metal body.
nm apart. In order to narrow the interval between marks on the medium recorded by the minute metal bodies 601 and 602, 601 and 6
02 is arranged so as to be oblique to the head traveling direction. Here, since it is desired to record at intervals of about 100 nm, the line connecting 601 and 602 is shifted by 30 degrees from the head traveling direction. The minute metal bodies 601 and 602 are formed so as to be embedded in the substrate so as not to be an obstacle when moving on the recording medium.

【0032】図7は図6で説明したヘッドを用いた記録
装置の構成を簡単に示した図である。ヘッド703には
先に示したとおり、金と銀が埋め込まれている。金と銀
とでは、プラズモンの共鳴波長が異なるため、同時に2
色のレーザ光を入射しても、一方にのみ強い光電場の増
強が見られる。ここでは金のプラズモンを励起するのに
514.5nmの波長のアルゴンレーザを用い、銀を励起
するのに363.8nmのアルゴンレーザを用いた。二つ
のレーザのオンオフをAOモジュレーター701と70
2で行い、各々コントロールすることで、他方に影響な
く双方独立に、同時に記録ができる。
FIG. 7 is a diagram simply showing the configuration of a recording apparatus using the head described in FIG. Gold and silver are embedded in the head 703 as described above. Gold and silver have different plasmon resonance wavelengths.
Even when a laser beam of a color is incident, an intense photoelectric field is observed only on one side. Here, an argon laser having a wavelength of 514.5 nm was used to excite gold plasmon, and a 363.8 nm argon laser was used to excite silver. The two lasers are turned on / off by AO modulators 701 and 70
By performing the control in step 2 and controlling each, recording can be performed independently and simultaneously without affecting the other.

【0033】アルゴンレーザ711と712から放射さ
れた光はミラー721とハーフミラー722を用いて同
一光軸となるよう調整されている。光はレンズ102を
通して絞り込み、ヘッド703に裏側から集光されてい
る。レーザ光は基板に垂直に入射し、レンズ102を基
板の真上に位置させることでコンパクトな構造としてい
る。
The light emitted from the argon lasers 711 and 712 is adjusted to have the same optical axis by using a mirror 721 and a half mirror 722. The light is stopped down through the lens 102 and is focused on the head 703 from the back side. The laser beam is perpendicularly incident on the substrate, and the lens 102 is positioned right above the substrate to achieve a compact structure.

【0034】レンズ102は、ヘッド703に対して上
下左右に微動できる構造(図示せず)を有しており、焦
点の中央に微小金属体が来るようレンズの位置を調整
し、固定した。ヘッドとして用いる場合、これらを一体
化した構造にし、自動焦点機構を付加してもよい。これ
にレーザ光を入射すると、金属体で局在プラズモンが励
起され、金属体近傍の光電場強度が増強される。この場
合は微小金属体が円柱形であり、その底面が媒体に面し
たヘッド平坦面にあるので、増強された光電場の広がり
は、底面の円の直径程度、すなわち50nm程度である。
このヘッドを記録媒体との距離を制御する機能を有する
記録再生装置に搭載し、記録媒体に一定距離接近させる
と、光の広がり程度のスポット径で情報を記録すること
ができる。
The lens 102 has a structure (not shown) capable of finely moving up, down, left, and right with respect to the head 703, and the position of the lens is adjusted and fixed so that the minute metal body comes to the center of the focal point. When used as a head, they may be integrated into a structure, and an automatic focusing mechanism may be added. When laser light is incident on this, localized plasmons are excited by the metal body, and the intensity of the optical electric field near the metal body is increased. In this case, since the minute metal body is cylindrical and its bottom surface is on the flat surface of the head facing the medium, the spread of the enhanced electric field is about the diameter of the circle on the bottom surface, that is, about 50 nm.
When this head is mounted on a recording / reproducing apparatus having a function of controlling the distance to a recording medium, and is brought close to the recording medium by a certain distance, information can be recorded with a spot diameter that is about equal to the spread of light.

【0035】以下では、図1、2、4、6、7で示され
たような微小金属体を埋め込んだ光ヘッドのような構造
をもつ基板の作製方法を説明する。使用する波長で透明
である平板誘電体基板を収束イオンビームで加工し、5
0nm程度の直径、深さ100nm程度の穴をあける。ここ
に金属を蒸着し、そののち、全体が同じ高さになるよ
う、表面を研摩する。これによって、誘電体の表面の微
小な領域の一部が金属に置き換わったものができる。穴
のあけ方は、収束イオンビームでなくとも、リソグラフ
ィでも、微小構造を基板に写し取るスタンプ法でもよ
い。
Hereinafter, a method of manufacturing a substrate having a structure like an optical head in which a minute metal body is embedded as shown in FIGS. 1, 2, 4, 6, and 7 will be described. A flat dielectric substrate that is transparent at the wavelength to be used is processed with a focused ion beam, and
Drill a hole with a diameter of about 0 nm and a depth of about 100 nm. A metal is deposited here, and then the surface is polished so that the whole surface has the same height. As a result, a structure in which a part of the minute region on the surface of the dielectric is replaced with metal can be obtained. The hole may be formed not by a focused ion beam but by lithography or a stamp method of transferring a microstructure to a substrate.

【0036】金属の種類は、用いる波長と埋め込む基板
の光学特性との兼ね合いとなるが、安定性やプラズモン
の励起効率という点からは金がよい。これを用い、基板
に高屈折率ガラスを用いた場合、500nm付近の波長で
局在プラズモンを励起できる。従ってヘリウム・ネオン
レーザやネオジウム・ヤグレーザの2倍波、半導体レー
ザなどの緑色の光を用いることができる。局在プラズモ
ンの場合、表面プラズモンに比べて励起の条件が比較的
緩やかなので、入射角や波長などに厳しい制限がないと
いう利点がある。
The type of metal is a trade-off between the wavelength used and the optical characteristics of the substrate to be embedded, but gold is preferred in terms of stability and plasmon excitation efficiency. When this is used and high refractive index glass is used for the substrate, localized plasmons can be excited at a wavelength around 500 nm. Accordingly, green light such as a second harmonic of a helium-neon laser or a neodymium-yag laser, or a semiconductor laser can be used. In the case of localized plasmons, the excitation conditions are relatively mild compared to surface plasmons, and thus there is an advantage that there is no strict restriction on the incident angle, wavelength, and the like.

【0037】[0037]

【発明の効果】本発明を用いれば、光記録において、回
折限界で半波長程度の大きさに制限されていたスポット
径よりも小さなスポットを書き込むことができ、同時に
複数の記録が行なえるので、記録に要する時間を短縮す
ることができる。
According to the present invention, in optical recording, a spot smaller than the spot diameter limited to about half a wavelength at the diffraction limit can be written, and a plurality of recordings can be performed simultaneously. The time required for recording can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例の記録ヘッドの要部基本的構
成を示した断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a basic configuration of a main part of a recording head according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例の記録ヘッドの要部基本的
構成を示した断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a main part of a recording head according to another embodiment of the present invention.

【図3】図2で示したヘッドから発する光強度の空間分
布を表したグラフ。
FIG. 3 is a graph showing a spatial distribution of light intensity emitted from the head shown in FIG.

【図4】本発明の他の実施例の記録ヘッドの要部基本的
構成を示した断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a main part of a recording head according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例の記録ヘッドの要部基本的
構成を示した断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a basic configuration of a main part of a recording head according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例であるヘッド要部の平面
図。
FIG. 6 is a plan view of a main part of a head according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施例である記録装置の基本的構
成を示したブロック図。
FIG. 7 is a block diagram showing a basic configuration of a recording apparatus according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…レーザ光、102…レンズ、103…基板、1
04…微小金属体、202…固体液浸レンズ、401…
遮光部分、502…プリズム、601…微小金属体
(金)、602…微小金属体(銀)、603…基板、7
01および702…AOモジュレーター、703…ヘッ
ド、711および712…アルゴンレーザ、721…ミ
ラー、722…ハーフミラー。
101 laser light, 102 lens, 103 substrate, 1
04 ... minute metal body, 202 ... solid immersion lens, 401 ...
Shielding section, 502: prism, 601: minute metal body (gold), 602: minute metal body (silver), 603: substrate, 7
01 and 702: AO modulator, 703: head, 711 and 712: argon laser, 721: mirror, 722: half mirror.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光によって媒体に記録再生する記録再生装
置において、ヘッド部分に、記録再生に用いる光に対し
て透明かつ媒質に対する面が平坦な部分を有し、当該平
坦面に記録再生に用いる光の波長以下の大きさの微小金
属体が埋め込まれ、その微小金属体近傍で発生するプラ
ズモンによって増強された光電場を用いて記録または再
生をすることを特徴とする記録再生装置。
In a recording / reproducing apparatus for recording / reproducing a medium by light, a head portion has a portion which is transparent to light used for recording / reproduction and has a flat surface with respect to a medium, and the flat surface is used for recording / reproduction. A recording / reproducing apparatus in which a minute metal body having a size equal to or smaller than the wavelength of light is embedded, and recording or reproduction is performed using a photoelectric field enhanced by plasmons generated near the minute metal body.
【請求項2】光によって媒体等に記録する記録装置にお
いて、ヘッド部分に、記録に用いる光の波長以下の大き
さの微小金属体を複数具備し、その近傍に励起されるプ
ラズモンによって増強された光電場を記録に利用するこ
とを特徴とする記録装置。
2. A recording apparatus for recording on a medium or the like by light, wherein a head portion is provided with a plurality of fine metal bodies having a size equal to or smaller than the wavelength of the light used for recording, and enhanced by plasmons excited in the vicinity thereof. A recording device using an electric field for recording.
【請求項3】請求項2に記載の記録装置において、具備
している複数の微小金属体のプラズモン共鳴波長がそれ
ぞれ異なることを特徴とする記録装置。
3. The recording apparatus according to claim 2, wherein the plurality of minute metal bodies have different plasmon resonance wavelengths.
【請求項4】請求項2または3に記載の記録装置におい
て、具備している複数の微小金属体が、ヘッドと媒体の
相対的な進行方向に対し斜めに並んでいることを特徴と
する記録装置。
4. A recording apparatus according to claim 2, wherein the plurality of minute metal bodies are arranged obliquely to a relative traveling direction of the head and the medium. apparatus.
【請求項5】請求項1から4のいずれかに記載の装置に
おいて、微小金属体の形状が、ヘッド平坦面に対して垂
直方向に長い寸法を持つ、すなわち底面の幅より高さの
方が長い形状を有することを特徴とする記録装置あるい
は記録再生装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein the shape of the minute metal body has a dimension longer in a direction perpendicular to the flat surface of the head, that is, the height of the fine metal body is larger than the width of the bottom surface. A recording device or a recording / reproducing device having a long shape.
【請求項6】請求項1から5のいずれかに記載の装置に
おいて、ヘッドの平坦面に対して垂直に入射する光を微
小金属体に集光するためのレンズを記録ヘッド上部に有
することを特徴とする記録装置あるいは記録再生装置。
6. An apparatus according to claim 1, further comprising a lens on an upper portion of the recording head for condensing light perpendicularly incident on a flat surface of the head on a minute metal body. Characteristic recording device or recording / reproducing device.
【請求項7】請求項6に記載の装置において、微小金属
体に集光するレンズが固体液浸レンズであることを特徴
とする記録装置あるいは記録再生装置。
7. A recording apparatus or a recording / reproducing apparatus according to claim 6, wherein the lens that focuses on the minute metal body is a solid immersion lens.
【請求項8】請求項7に記載の装置において、微小金属
体を埋め込んだ面への入射角が全反射臨界角よりも小さ
い光の少なくとも一部を遮蔽する構造を有することを特
徴とする記録装置あるいは記録再生装置。
8. A recording apparatus according to claim 7, wherein said recording apparatus has a structure for shielding at least a part of light having an incident angle on a surface in which a minute metal body is embedded, smaller than a critical angle for total reflection. Device or recording / reproducing device.
【請求項9】請求項1から5のいずれかに記載の装置に
おいて、入射する光の偏光方向が、入射面に含まれる方
向であることを特徴とする記録装置あるいは記録再生装
置。
9. A recording apparatus or a recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the polarization direction of the incident light is a direction included in the incident surface.
【請求項10】請求項1から9のいずれかに記載の記録
装置あるいは記録再生装置のヘッド部分の作製法におい
て、収束イオンビームまたはリソグラフィ技術を用いて
基板に微小な穴を掘り、金属を蒸着して穴を埋め、全体
を研摩して平坦面にして作成することを特徴とする記録
装置あるいは記録再生装置の作製法。
10. A method of manufacturing a head portion of a recording apparatus or a recording / reproducing apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein a fine hole is dug in a substrate by using a focused ion beam or a lithography technique to deposit metal. A method of manufacturing a recording device or a recording / reproducing device, characterized in that a hole is filled, and the whole is polished to make a flat surface.
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