光ヘッド及び光記録再生装置
【課題】記録媒体の記録容量を増大させることのできる光記録再生装置を提供することを可能にする。
【解決手段】光記録媒体２００に対向する媒体対向面を有し、光記録媒体の記録再生面に沿って動作するスライダー２０と、スライダーの媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造２２と、記録再生面に対して垂直方向に偏光成分を有する光を光記録媒体および金属ナノ粒子構造に照射する光照射装置３０と、金属ナノ粒子構造の近傍の光記録媒体から発生され金属ナノ粒子構造によって増幅されたレイリー散乱光を検出する検出装置３１、３３、３４、３５、５０と、を備えている。
【解決手段】光記録媒体２００に対向する媒体対向面を有し、光記録媒体の記録再生面に沿って動作するスライダー２０と、スライダーの媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造２２と、記録再生面に対して垂直方向に偏光成分を有する光を光記録媒体および金属ナノ粒子構造に照射する光照射装置３０と、金属ナノ粒子構造の近傍の光記録媒体から発生され金属ナノ粒子構造によって増幅されたレイリー散乱光を検出する検出装置３１、３３、３４、３５、５０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場を用いた光ヘッド及び光記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを照射して情報の再生または記録再生を行う光記録媒体と、この光記録媒体に情報を記録する光記録装置は、ＨＤＤ(Hard Disc Drive)と比較して媒体の互換性および長期保存性という利点を有し、磁気テープと比較して高速アクセス性という利点を有するため、コンピューターのバックアップ用記憶デバイス、家庭用の画像再生または記録再生記憶デバイス、車載用ナビケータ、ハンディカムやパーソナルディジタルアシスト機器用の記憶デバイス、医療、放送、映画などプロ用記憶デバイスなど、幅広い分野で普及し、または採用が検討され始めている。
【０００３】
光記憶デバイスをより一層普及させ、その応用分野を広げる上では、記憶容量とデータ転送速度の更なる向上が要求されている。従来から、光記憶デバイスの主流をなすのは、円盤状の形状を有する記録媒体である光ディスクであるが、これはディスク状という形態特有の高速アクセス性と使い勝手のよさが好まれているためである。
【０００４】
光ディスクとしては、再生専用型のＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＢＤ−ＲＯＭ、追記型のＷＯＲＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＢＤ−Ｒ、書換え型のＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ±ＲＷ、ＭＯ、ＢＤ−ＲＥが幅広く普及している。これらの光ディスクは全て、光ビームを対物レンズによって回折限界近くまで絞り込み、媒体の記録面に焦点を合わせて照射し、情報の再生または記録再生を行っている。このため、記憶容量を増加させる上では、原理的には、光の波長を短くするかまたは対物レンズの開口数を大きくすることが唯一の対策といってよい。これは、短波長化、高開口数化以外にも、マークエッジ記録、ランドおよびグルーブ記録、ＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）に代表される変復調技術、異なる焦点位置に複数の記録面を配する片面多層記録技術、超解像再生技術などが提案されている。しかし、全て記録面に焦点を合わせる方式を採用しているため、実質的に光源の短波長化と対物レンズの高開口数化が記憶容量を決定する。
【０００５】
記録容量はＣＤの６５０ＭＢ（メガバイト）から、ＤＶＤの４．７ＧＢ（ギガバイト）、ブルーレイディスクの２５ＧＢと増大して来た。容量増大の一般的な方法は（１）フォーマットの高効率化、（２）再生信号処理方法の向上、（３）媒体の材料および構造の最適化、（４）レーザー光の短波長化、（５）集光光学系の高Ｎ.Ａ.化が上げられる。Ｎ.Ａ.とは集光光学系の屈折率をｎ、入射角をｕとすると、
Ｎ.Ａ. ＝ ｎ・ｓｉｎ（ｕ）
で表わされる数値である。一般に「Ｎ．Ａ．が大きい」とは「大きなレンズで角度をつけて強く集光する」こととほぼ同義である。
【０００６】
上記（１）乃至（５）の項目は、これ以上向上させることが難しい。更なる大容量化としては、多層化、ホログラム化が考えられる。
【０００７】
上述した従来の光ディスクとは全く異なる原理を用いる光記録方式として、近年近接場光記録再生が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、ナノフォトニクス分野の研究開発が活発化し、各種近接場光デバイスが提案されてきている。特に表面プラズモン関係では回折限界を大きく超える効果や近接場相互作用が強い点から各種の提案が多くなされている。近接場光として有効なプラズモンは、表面プラズモン、あるいは表面プラズモンポラリトンである。金属ナノ構造体に光を照射すると光の電場により金属ナノ構造体の自由電子が振動する。金属ナノ構造体の表面においては自由電子が光電場の振動にしたがい、金属ナノ構造体（原子核結晶体）の表面位置で分極が発生する。この場合、電子は一つ一つ別々の位相で振動するよりも集団で同位相の振動運動をすることがエネルギー的に安定であり、集団で同位相の振動運動は、素励起の一つである。
【０００９】
光は高速性であるが、空間分解能は半波長のオーダーである。それを回折限界と言い、光のデメリットである。しかし、プラズモンはその起源は電子の集団振動であるため、回折限界は無く、光でありながら極微細な空間で物質と相互作用、すなわち、吸収、反射、導波等が可能となる。
【００１０】
従来の近接場光の発生は光ファイバーを用いたものが一般的であったが、最近はプラズモン増強場を利用した現象が注目されている。これは金属微小構造の局所部分にプラズモンが集中した場合に、電場強度が数桁大きくなり、それによって、その近傍の発光、ラマン散乱、レイリー散乱等の現象が大きく増強される現象である。その場合の空間分解能は金属ナノ粒子構造のサイズあるいは粒子の曲率半径に依存し、Ｐｔ（白金）で被覆したカンチレバー型の金属ナノ粒子構造を用いてレイリー散乱光を観測した場合、３０ｎｍ以下の空間分解能が得られている。増強ラマン散乱、増強発光に比べ、増強レイリー散乱がＳＮ比、空間分解能ともに高いため、これを用いると大容量の光記録装置を構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２６８３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、光記録媒体の記録容量の増大は上記（１）〜（５）の項目の効果によってなされてきた。しかし、上記項目のそれぞれは、技術的な限界に近づきつつある。そして、これら限界に到達するための開発費、製造費がかさむことが懸念され、別の機構による記憶容量増大が求められている。上記で示す項目以外の機構による記録容量増大では、研究段階として近接場光学ファイバープローブを用いたものが提案されている。しかし、この近接場光学ファイバープローブは、耐久性があまり無く、そのため、実用性に乏しい。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、記録媒体の記録容量を増大させることのできる光記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様による光記録再生装置は、光記録媒体に対向する媒体対向面を有し、前記光記録媒体の記録再生面に沿って動作するスライダーと、前記スライダーの前記媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造と、前記記録再生面に対して垂直方向に偏光成分を有する光を前記光記録媒体および前記金属ナノ粒子構造に照射する光照射装置と、前記金属ナノ粒子構造の近傍の前記光記録媒体から発生され前記金属ナノ粒子構造によって増幅されたレイリー散乱光を検出する検出装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、記録媒体の記録容量を増大させることの可能な光記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】相変化光記録媒体の相変化を説明する図。
【図２】ウォブルグルーブを有する記録媒体を説明する図。
【図３】表面のグルーブ高さに周期的な微小揺らぎを有する記録媒体を説明する図。
【図４】一実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図５】一実施形態の光記録再生装置の概要を説明する図。
【図６】金属ナノ粒子の形状を説明する図。
【図７】光記録媒体の一例を示す断面図。
【図８】第１実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図９】第２実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図１０】第３実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図１１】第５実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図１２】第６実施形態の光記録再生装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の実施形態を説明する前に、本発明の概要を説明する。
【００１８】
本発明者達は、プラズモン増強効果により２０ｎｍ〜３０ｎｍの空間分解能で屈折率を観測する方法を開発している。この方法は、以下のように行われる。物質に光照射を行うとレイリー散乱が発生する。例えば、ブルーレイディスク（ＢＤ）のスポットサイズは約０．３μｍであるが、そのスポットサイズ内に数十ｎｍサイズの金属ナノ粒子構造を被測定物質に近接させると、非測定物質から発生されるレイリー散乱光が増大する。その増大されたレイリー散乱光を観測することによって屈折率の変化を検出することができる。本発明の一実施形態においては、光ヘッドに金属ナノ粒子構造を搭載し、上述のプラズモン増強効果を利用して媒体表面の屈折率変化を検出するものである。
【００１９】
一般に、光記録媒体は、例えば相変化媒体を使用する。これはＤＶＤやＢＤで使用されているものである。材料系はＧｅＳｂＴｅ等を用い、光照射パワーにより結晶相とアモルファス相との間に相変化を生じさせ、その複素屈折率の違いにより記録信号を記録再生するものである。記録に関しては、図１に示すように、光照射により溶融温度まで温度上昇させた場合はアモルファス相、結晶化温度から溶融温度の間まで昇温させた場合は結晶相となる。
【００２０】
また、相変化記録方式以外でも、光屈折率変化、フォトクロミズム等、分子への記録方式も可能であり、１分子１マークが達成されれば、大幅な記録容量増大へ繋がる。記録層の下側に金属層が存在するとプラズモン増強効果が増えるため、ＳＮ比が向上する。このため、本発明の一実施形態に用いられる媒体には、記録層の下側に金属層を設けることが好ましい。また、ごみや指紋には敏感なので、媒体は、パッケージに入れることにより防ぐことが好ましい。
【００２１】
感度向上のために金属ナノ粒子構造のタッピングやロックインアンプを再生に用いることが研究されている。しかし、本発明の一実施形態においては、これらの手段（タッピングやロックインアンプ）を用いなくとも、実用上読み出しＩＣを用いることで十分な読み出しを行うことが可能となる。
【００２２】
また、図２（ａ）、２（ｂ）に示すように、記録媒体のグルーブにウォブルグルーブを採用し、その周波数と同期する等の手段で感度を向上させることが可能である。その場合、スポットサイズ内の同じ周期のグルーブがある場合、ノイズとなりうるため、スポットサイズ内の特に隣り合うウォブルグルーブの周期はわずかながらでも変えるとＳＮ比が上昇するため、好ましい。なお、図２（ａ）は、グルーブとしてウォブルグルーブを用いた記録媒体の平面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図を示す。
【００２３】
ウォブルグルーブの代わりに、図３に示すように、媒体表面のグルーブ高さに周期的な微小揺らぎを加えても同様の効果を得ることができる。これは、近接場光学顕微鏡におけるタッピングに相当する。この周波数に同期して信号を増幅するとＳＮ比が向上し、より小さいマーク長を有するマークの読み出しが可能となる。
【００２４】
本発明の一実施形態の光記録再生装置は、例えば図４（ａ）、４（ｂ）に示す構成を有している。この光記録再生装置は、アーム１０を備えている。このアーム１０は一端が固定されたサスペンション１１を有し、このサスペンション１１の他端にスライダー２０が設けられている。そして、アーム１０は、回転軸１１０を中心として回転する媒体２００の記録再生面の所望の位置にスライダー２０が追従するように、図示しない制御装置により制御される。図４（ｂ）に示すように、スライダー２０の媒体２００に対向する側に金属ナノ粒子構造２２が設けられている。また、記録再生装置には、媒体２００の記録再生面に光を照射する光照射装置３０を有している。この光照射装置３０には、図示しない光源から発生された光をＺ偏光するＺ偏光板３３と、このＺ偏光板３３を通過した光を媒体２００の記録再生面に集光する集光レンズ３１とを有している。この集光レンズ３１を通過した光は、媒体２００に照射されるときに、金属ナノ粒子構造２２の金属ナノ粒子の表面からプラズモンが発生されるとともに、媒体２００の表面からレイリー散乱光が発生され、このレイリー散乱光が上記プラズモンにより増強される。
【００２５】
一方、媒体２００からは反射光が発生し、この反射光は感度向上の妨げとなる。このため、反射光をレイリー散乱光と空間的に区別可能となるように構成することが好ましい。すなわち、反射光が入らないような位置に、レイリー散乱光を検出する検出器を配置することが好ましい。
【００２６】
この一実施形態においては、は金属ナノ粒子構造によるプラズモン増幅効果を用いるため、近接場光学ファイバーを使用する必要が無い。したがって、誘電体からなるスライダー２０の記録媒体側の面（媒体対向面）に金属ナノ粒子構造２２を埋め込めばよい。このスライダー２０の媒体対向面は記録媒体２００の記録再生面と動作中には水平となる。これによって、金属ナノ粒子構造が、媒体２００と、動作中に接触する可能性が低くなり、高い耐久性を確保することができる。
【００２７】
スライダー２０の材質は、スライダー中を入射光、あるいはレイリー散乱光が通過する場合はその波長で透明な材質である必要がある。入射偏光ではあるが、媒体対向面、すなわちスライダー２０の読み出し面と垂直成分がレイリー散乱増幅効果をもたらす。効率よくその垂直成分が大きくなる手法は、（１）横あるいは斜めから入射する、（２）ファイバー、導波路、あるいは近接場光導波路で金属ナノ粒子構造２２まで導波させる、（３）Ｚ偏光板を用いる、という手段がある。
【００２８】
特開２０００−２６８３９４号公報において、開口型近接場プローブを応用した近接場光メモリヘッドが知られているが、開口型は一般的に空間分解能が低く、分解能を高くするために開口サイズを小さくすると近接場光への変換効率が極端に低くなってしまう。
【００２９】
これに対して、本発明の一実施形態では非開口型あるいは散乱型と呼ばれる方式を用いており、開口型より空間分解能およびＳＮ比が共に高い。
【００３０】
また、特開２００８−３０５５０１号公報や特開２００８−２９３５８０号公報では、近接場光を応用した光アシスト磁気記録の光ヘッドが提案されている。しかし、ＳＮ比が高くなるように、レイリー散乱光を取得できるのは媒体に垂直な偏光成分である。このため、本発明の一実施形態の構造が効率よく空間分解能を上げることができる。
【００３１】
次に、本発明の一実施形態による光記録再生装置の基本構造について図５を参照して説明する。
【００３２】
必要な基本構成は、光を発生する光源（例えば、レーザーダイオード）３９と、媒体２００からのレイリー散乱光を検出する検出器（図示せず）と、金属ナノ粒子構造２２と、媒体対向面２１に金属ナノ粒子構造２２が設けられているスライダー２０と、媒体の記録再生面に垂直な偏光の光を照射するための構造（例えば光導波路、Ｚ偏光板等）３３と、反射光を検出器に入射させない構造（図示せず）と、媒体に光りを集光するレンズ３１と、再生ロジック回路（図示せず）とを備えていることが好ましい。なお、レンズ３１は、スライダー２０がレンズを兼ねる構造であっても良い。
【００３３】
媒体２００に入射する光（レーザー）のスポットサイズは小さければ小さいほど、ノイズ信号が小さくなる。これは、金属ナノ粒子構造２２のサイズとスポットサイズの比で決まるノイズ成分があるためである。また、金属ナノ粒子構造２２が小さいほど再生可能な媒体２００の記録容量は大きくなるが、ノイズは大きくなる。具体的には、レーザー光のスポットサイズは大凡２５０ｎｍ〜８００ｎｍであり、金属ナノ粒子構造のサイズは１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。金属ナノ粒子構造のサイズは特に２０ｎｍ〜５０ｎｍがＳＮ比と分解能の観点でバランスが良い。ただし、照射スポットサイズを小さくすればするほど、ＳＮ比を維持しながら小さなマークサイズを記録再生することが可能となる。レーザースポットサイズに対する金属ナノ粒子構造の比は、０．０１〜０．４となり、特に０．０８〜０．１５程度が良い。
【００３４】
金属ナノ粒子構造２２の材質は、金、銀、アルミニウム、クロム、銅、ニッケルが良く、特に金、銀が良い。金属ナノ粒子構造の形状は、図６（ａ）、６（ｂ）に示すように、球体でも棒状でも良く、球、楕円球、円柱、円錐、円錐台、角柱、角錐、角錐台、またはその類似の構造が挙げられる。図６（ａ）は、複数の金属ナノ粒子構造２２の、スライダー２０の媒体対向面２１にほぼ垂直な面で切断した断面を示し、図６（ｂ）は、記録媒体２００からみた平面図である。記録媒体２００に最も近い方の断面サイズが小さい方が好ましい。サイズは高さが１０ｎｍ〜５００ｎｍ、幅は最小部分が１００ｎｍ以下、最大部分でも１０ｎｍ〜５００ｎｍが望ましい。幅の最小サイズ、すなわち、記録媒体側のサイズが記録、再生の分解能となる。
【００３５】
また、入射スポットサイズ内の媒体のウォブル周期を異なる媒体とし、金属ナノ粒子構造が再生しているウォブルグルーブ信号に同期した信号を読み出す、ロジック機能を有していることが好ましい。
【００３６】
スライダー２０はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）で使用されているもので、駆動時のＨＤＤ記録媒体との距離は１０ｎｍ程度である。これは空気の粘性を利用して距離を維持している。本実施形態においても、媒体２００とスライダー２０の距離は同程度であるが、金属ナノ粒子構造２２がスライダー２０の媒体対向面２１側からはみ出している長さ分だけ媒体に近づくことになる。金属ナノ粒子構造２２と媒体２００との最近接距離は、０．５ｎｍから５ｎｍであり、特に１〜３ｎｍが望ましい。スライダー２０のサイズはＨＤＤ同様、２ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下が望ましい。なお、スライダー２０の材質は光を透過させる必要があるため、透明体が良く、具体的にはガラスやＰＭＭＡ、ポリスチレン等のプラスチックが良い。
【００３７】
媒体２００は単純には記録面が最上面にあり、被覆層は無い。基板上に直接に記録層単体を設けた構造でも良いが、図７に示すように、記録層の下に電磁場増強のために金属層を設けた構造とすることがより好ましい。また、熱伝導調整層が記録層や金属層の近傍に合ってもかまわない。
【００３８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による光記録再生装置を図８に示す。この第１実施形態の光記録再生装置は、スライダー２０と、このスライダー２０の媒体対向面２１に設けられた金属ナノ粒子構造２２と、光照射装置３０と、記録媒体２００からのレイリー散乱光を検出する検出器５０と、を備えている。光照射装置３０は、集光レンズ３１と、Ｚ偏光板３３と、１／４波長板３４と、偏光ビームスプリッタ３５と、光源３９とを備えている。光源３９としては、例えばレーザービームを発生するレーザーダイオードを用いることが好ましい。レーザーダイオード３９から発生されたレーザービームは偏光ビームスプリッタ３５、１／４波長板３４、Ｚ偏光板３３を通って、集光レンズ３１に入射する。そして集光レンズ３１を通過したレーザービームはスライダー２０を通って、光記録媒体２００の記録再生面の所定の場所に集光される。すると、金属ナノ粒子構造２２の金属ナノ粒子の表面からプラズモンが発生されるとともに、光記録媒体２００の表面からレイリー散乱光が発生され、このレイリー散乱光が上記プラズモンにより増強される。この増強されたレイリー散乱光はスライダー２０、集光レンズ３１、Ｚ偏光板３３、１／４波長板３４を通って偏光ビームスプリッタ３５に入射する。偏光ビームスプリッタ３５に入射したレイリー散乱光は直線偏光に偏光されるとともに分離されて、レイリー散乱光検出器５０に送られる。このとき、光記録媒体２００によって反射されたレーザービームが、集光レンズ３１、Ｚ偏光板３３、１／４波長板３４を通らないような位置に、光照射装置３０が配置される。
【００３９】
なお、スライダー２０の材質はＳｉＯ２とした。スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）にＦＩＢ（Focused Ion Beam）で穴を掘り、サイズ（直径）が５０ｎｍの金のナノ粒子を半分程度埋まる状態に埋め込んだ。金粒子の移動埋め込みには光ピンセットを使用した。その上に軽くＳｉＯ２膜を２０ｎｍ蒸着し、その後、ＦＩＢで金ナノ粒子の先端のみが出るように、上記ＳｉＯ２膜を削った。光源３９から発生されるレーザー光の波長は５３２ｎｍとした。光記録媒体の記録層の材料はＧｅＳｂＴｅ（膜厚３０ｎｍ）を用いた。記録光のパワーは約４ｍＷ、再生光のパワーは０．５ｍＷとした。光記録媒体２００としては、厚さが１．２ｍｍのポリカーボネート基板上に膜厚が５０ｎｍの金層が形成され、この金層上に、記録層として膜厚が３０ｎｍのＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５層が形成されたものを用いた。なお、光記録媒体には、ウォブルグルーブが形成されている。再生ＩＣチップの代わりにスペクトルアナライザーで確認しながらロックインアンプをウォブル周波数２ＭＨｚに同期させ、再生信号を呼んだ。この時に記録再生可能なマーク長は約２５ｎｍであった。
【００４０】
また、金ナノ粒子の代わりに銀ナノ粒子を用いた場合もほぼ同等の信号が得られた。しかし、金ナノ粒子の代わりに、アルミニウム、クロム、銅、またはニッケルのいずれかの粒子を用いた場合は、ＳＮ比が小さくなったため、最小マーク長は約５０ｎｍと大きくなった。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による光記録再生装置を図９に示す。この第２実施形態の光記録再生装置は、図８に示す第１実施形態の光記録再生装置において、集光レンズ３１を削除し、スライダー２０がレンズ機能を有するように構成したものとなっている。すなわち、ＳｉＯ２からなるスライダー２０の入射面をレンズ構造としている。この場合、ＳＩＬ(Solid Immersion Lens)の効果もあり、Ｎ．Ａ．が大きくなって、入射スポットサイズが小さくなる。そのためＳＮ比が向上する効果が得られる。
【００４３】
この場合の記録再生可能な最小マーク長は２０ｎｍとなり、第１実施形態の場合よりもやや小さくなった。
【００４４】
第２実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００４５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による光記録再生装置を図１０に示す。この第３実施形態の光記録再生装置は、光照射装置３０Ａと、スライダー２０と、このスライダー２０の媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造２２と、レンズ４５と、ミラー４７と、レイリー散乱光を検出する検出器５０とを備えている。光照射装置３０Ａは、例えば、レーザー光を発生する光源（レーザーダイオード）３９と、レーザーダイオード３９から発生されたレーザー光が伝播する光ファイバー３８と、スライダー２０の媒体対向面に設けられた伝播光導波路３７と、を備えている。この第３実施形態においては、スライダー２０の媒体対向面に伝播光導波路３７が設けられているので、光記録媒体の再生面に垂直な偏光を入射することができる。
【００４６】
レーザーダイオード３９から出力されたレーザー光は、光ファイバー３８を通って、光伝播導波路３７に送られる。なお、レーザーダイオード３９から出力されたレーザー光の金属ナノ粒子構造２２での偏光が、スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）に垂直になるように調整してある。この場合、入射光の反射が検出器５０へ入らない効果がある。光伝播導波路３７の端面から光が放射されるため、光伝播導波路３７の端面は金属ナノ粒子構造２２から離れた位置に設置するのが良い。伝播光導波路３７はコア幅１μｍ、クラッド幅１２５μｍとした。光記録媒体２００から発生されて金属ナノ粒子構造２２によって増幅されたレイリー散乱光は、スライダー２０、およびレンズ４５を通過した後、ミラー４７によって反射される。ミラー４７によって反射されたレイリー散乱光は、検出器５０によって検出される。この第３実施形態における最小記録再生マーク長は３０ｎｍであった。
【００４７】
第３実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００４８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による光記録再生装置を説明する。この第４実施形態の光記録再生装置は、第３実施形態の光記録再生装置において、光伝播導波路３７として、近接場光導波路を用いた。この近接場光導波路は金ナノ粒子を分散したものである。その作製方法を説明する。まず、スライダー２０の表面にＦＩＢで幅１００ｎｍ、深さ１００ｎｍの溝を掘った。そこにオレイルアミンをリガンドとしたコア径が約１０ｎｍのコアシェル構造を有する金ナノ粒子を塗布した。その後、機械研磨で溝外のコアシェル構造の金ナノ粒子を剥離し、スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）にＦＩＢで穴を掘り、サイズ５０ｎｍの金ナノ粒子を半分程度埋まる状態に埋め込んだ。金の移動埋め込みには第１実施形態と同様に、光ピンセットを使用した。その上に軽くＳｉＯ２を２０ｎｍ蒸着し、その後、ＦＩＢで金ナノ粒子の先端のみが出るようにＳｉＯ２を削った。近接場光導波路の入射はスポットサイズ変換器を経て入射光ファイバー３８に繋いでいる。コアシェル型金属ナノ粒子を用いた導波路構造以外にも、ゾルゲル法を用いた銀ナノ粒子分散材料や金属細線プラズモン導波路を用いても可能である。この場合の最小記録再生マーク長も３０ｎｍであった。
【００４９】
第４実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００５０】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による光記録再生装置を図１１に示す。この第５実施形態の光記録再生装置は、スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）に垂直な偏光を持つ光を入射するために、横から入射するように構成されている。すなわち、レーザーダイオード３９から発生されてレーザー光は、ミラー３２によって反射されてスライダー２０の横方向から光記録媒体２００に入射する。光記録媒体２００から発生され金属ナノ粒子構造２２によって増幅されたレイリー散乱光は、スライダー２０、レンズ４５、Ｚ偏光板４６を通って、偏光ビームスプリッタ４８によって分離されて検出器５０に送られ、検出される。この第５実施形態においては、記録マークの長さが８０ｎｍまで、読み取りの判別ができた。
【００５１】
第５実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００５２】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による光記録再生装置を図１２（ａ）、１２（ｂ）に示す。この第６実施形態の光記録再生装置は、図示しないレーザーダイオードから発生されたレーザー光を伝播する光ファイバーの先端をスライダーとした構成となっている（図１２（ａ））。これは、通常の光ファイバーの先端を、再生記録面に対して斜めに削ったものであり、スライダー筐体２０に固定した。折れやすい近接場ファイバーとは異なるものである。この光ファイバー３８の先端にＦＩＢで穴を削り、直径５０ｎｍの銀ナノ粒子２２を埋め込み、その後ＳｉＯ２をスパッタし、さらに銀ナノ粒子２２の表面が、光ファイバー３８の表面に出るようにＦＩＢで削った（図１２（ｂ））。なお、図１２（ｂ）は、光ファイバー３８の先端を拡大した図である。スライダーの下面からの銀ナノ粒子２２の飛び出し長は５ｎｍとした。この第６実施形態の場合も最小記録再生マーク長は３０ｎｍであった。
【００５３】
第６実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
２０ スライダー
２０Ａ スライダー（レンズ兼用スライダー）
２１ 記録再生面（媒体対向面）
２２ 金属ナノ粒子
２５ レイリー散乱光
３０ 照射装置
３１ 集光レンズ
３３ Ｚ偏光板
３５ 偏光ビームスプリッタ
３７ 光伝播導波路
３８ 光ファイバー
３９ 光源（レーザーダイオード）
４５ レンズ
４６ Ｚ偏光板
４７ ミラー
４８ 偏光ビームスプリッタ
５０ 検出器
２００ 光記録媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場を用いた光ヘッド及び光記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ビームを照射して情報の再生または記録再生を行う光記録媒体と、この光記録媒体に情報を記録する光記録装置は、ＨＤＤ(Hard Disc Drive)と比較して媒体の互換性および長期保存性という利点を有し、磁気テープと比較して高速アクセス性という利点を有するため、コンピューターのバックアップ用記憶デバイス、家庭用の画像再生または記録再生記憶デバイス、車載用ナビケータ、ハンディカムやパーソナルディジタルアシスト機器用の記憶デバイス、医療、放送、映画などプロ用記憶デバイスなど、幅広い分野で普及し、または採用が検討され始めている。
【０００３】
光記憶デバイスをより一層普及させ、その応用分野を広げる上では、記憶容量とデータ転送速度の更なる向上が要求されている。従来から、光記憶デバイスの主流をなすのは、円盤状の形状を有する記録媒体である光ディスクであるが、これはディスク状という形態特有の高速アクセス性と使い勝手のよさが好まれているためである。
【０００４】
光ディスクとしては、再生専用型のＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＢＤ−ＲＯＭ、追記型のＷＯＲＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＢＤ−Ｒ、書換え型のＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ±ＲＷ、ＭＯ、ＢＤ−ＲＥが幅広く普及している。これらの光ディスクは全て、光ビームを対物レンズによって回折限界近くまで絞り込み、媒体の記録面に焦点を合わせて照射し、情報の再生または記録再生を行っている。このため、記憶容量を増加させる上では、原理的には、光の波長を短くするかまたは対物レンズの開口数を大きくすることが唯一の対策といってよい。これは、短波長化、高開口数化以外にも、マークエッジ記録、ランドおよびグルーブ記録、ＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood）に代表される変復調技術、異なる焦点位置に複数の記録面を配する片面多層記録技術、超解像再生技術などが提案されている。しかし、全て記録面に焦点を合わせる方式を採用しているため、実質的に光源の短波長化と対物レンズの高開口数化が記憶容量を決定する。
【０００５】
記録容量はＣＤの６５０ＭＢ（メガバイト）から、ＤＶＤの４．７ＧＢ（ギガバイト）、ブルーレイディスクの２５ＧＢと増大して来た。容量増大の一般的な方法は（１）フォーマットの高効率化、（２）再生信号処理方法の向上、（３）媒体の材料および構造の最適化、（４）レーザー光の短波長化、（５）集光光学系の高Ｎ.Ａ.化が上げられる。Ｎ.Ａ.とは集光光学系の屈折率をｎ、入射角をｕとすると、
Ｎ.Ａ. ＝ ｎ・ｓｉｎ（ｕ）
で表わされる数値である。一般に「Ｎ．Ａ．が大きい」とは「大きなレンズで角度をつけて強く集光する」こととほぼ同義である。
【０００６】
上記（１）乃至（５）の項目は、これ以上向上させることが難しい。更なる大容量化としては、多層化、ホログラム化が考えられる。
【０００７】
上述した従来の光ディスクとは全く異なる原理を用いる光記録方式として、近年近接場光記録再生が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、ナノフォトニクス分野の研究開発が活発化し、各種近接場光デバイスが提案されてきている。特に表面プラズモン関係では回折限界を大きく超える効果や近接場相互作用が強い点から各種の提案が多くなされている。近接場光として有効なプラズモンは、表面プラズモン、あるいは表面プラズモンポラリトンである。金属ナノ構造体に光を照射すると光の電場により金属ナノ構造体の自由電子が振動する。金属ナノ構造体の表面においては自由電子が光電場の振動にしたがい、金属ナノ構造体（原子核結晶体）の表面位置で分極が発生する。この場合、電子は一つ一つ別々の位相で振動するよりも集団で同位相の振動運動をすることがエネルギー的に安定であり、集団で同位相の振動運動は、素励起の一つである。
【０００９】
光は高速性であるが、空間分解能は半波長のオーダーである。それを回折限界と言い、光のデメリットである。しかし、プラズモンはその起源は電子の集団振動であるため、回折限界は無く、光でありながら極微細な空間で物質と相互作用、すなわち、吸収、反射、導波等が可能となる。
【００１０】
従来の近接場光の発生は光ファイバーを用いたものが一般的であったが、最近はプラズモン増強場を利用した現象が注目されている。これは金属微小構造の局所部分にプラズモンが集中した場合に、電場強度が数桁大きくなり、それによって、その近傍の発光、ラマン散乱、レイリー散乱等の現象が大きく増強される現象である。その場合の空間分解能は金属ナノ粒子構造のサイズあるいは粒子の曲率半径に依存し、Ｐｔ（白金）で被覆したカンチレバー型の金属ナノ粒子構造を用いてレイリー散乱光を観測した場合、３０ｎｍ以下の空間分解能が得られている。増強ラマン散乱、増強発光に比べ、増強レイリー散乱がＳＮ比、空間分解能ともに高いため、これを用いると大容量の光記録装置を構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２６８３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、光記録媒体の記録容量の増大は上記（１）〜（５）の項目の効果によってなされてきた。しかし、上記項目のそれぞれは、技術的な限界に近づきつつある。そして、これら限界に到達するための開発費、製造費がかさむことが懸念され、別の機構による記憶容量増大が求められている。上記で示す項目以外の機構による記録容量増大では、研究段階として近接場光学ファイバープローブを用いたものが提案されている。しかし、この近接場光学ファイバープローブは、耐久性があまり無く、そのため、実用性に乏しい。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、記録媒体の記録容量を増大させることのできる光記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様による光記録再生装置は、光記録媒体に対向する媒体対向面を有し、前記光記録媒体の記録再生面に沿って動作するスライダーと、前記スライダーの前記媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造と、前記記録再生面に対して垂直方向に偏光成分を有する光を前記光記録媒体および前記金属ナノ粒子構造に照射する光照射装置と、前記金属ナノ粒子構造の近傍の前記光記録媒体から発生され前記金属ナノ粒子構造によって増幅されたレイリー散乱光を検出する検出装置と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、記録媒体の記録容量を増大させることの可能な光記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】相変化光記録媒体の相変化を説明する図。
【図２】ウォブルグルーブを有する記録媒体を説明する図。
【図３】表面のグルーブ高さに周期的な微小揺らぎを有する記録媒体を説明する図。
【図４】一実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図５】一実施形態の光記録再生装置の概要を説明する図。
【図６】金属ナノ粒子の形状を説明する図。
【図７】光記録媒体の一例を示す断面図。
【図８】第１実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図９】第２実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図１０】第３実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図１１】第５実施形態の光記録再生装置を示す図。
【図１２】第６実施形態の光記録再生装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明の実施形態を説明する前に、本発明の概要を説明する。
【００１８】
本発明者達は、プラズモン増強効果により２０ｎｍ〜３０ｎｍの空間分解能で屈折率を観測する方法を開発している。この方法は、以下のように行われる。物質に光照射を行うとレイリー散乱が発生する。例えば、ブルーレイディスク（ＢＤ）のスポットサイズは約０．３μｍであるが、そのスポットサイズ内に数十ｎｍサイズの金属ナノ粒子構造を被測定物質に近接させると、非測定物質から発生されるレイリー散乱光が増大する。その増大されたレイリー散乱光を観測することによって屈折率の変化を検出することができる。本発明の一実施形態においては、光ヘッドに金属ナノ粒子構造を搭載し、上述のプラズモン増強効果を利用して媒体表面の屈折率変化を検出するものである。
【００１９】
一般に、光記録媒体は、例えば相変化媒体を使用する。これはＤＶＤやＢＤで使用されているものである。材料系はＧｅＳｂＴｅ等を用い、光照射パワーにより結晶相とアモルファス相との間に相変化を生じさせ、その複素屈折率の違いにより記録信号を記録再生するものである。記録に関しては、図１に示すように、光照射により溶融温度まで温度上昇させた場合はアモルファス相、結晶化温度から溶融温度の間まで昇温させた場合は結晶相となる。
【００２０】
また、相変化記録方式以外でも、光屈折率変化、フォトクロミズム等、分子への記録方式も可能であり、１分子１マークが達成されれば、大幅な記録容量増大へ繋がる。記録層の下側に金属層が存在するとプラズモン増強効果が増えるため、ＳＮ比が向上する。このため、本発明の一実施形態に用いられる媒体には、記録層の下側に金属層を設けることが好ましい。また、ごみや指紋には敏感なので、媒体は、パッケージに入れることにより防ぐことが好ましい。
【００２１】
感度向上のために金属ナノ粒子構造のタッピングやロックインアンプを再生に用いることが研究されている。しかし、本発明の一実施形態においては、これらの手段（タッピングやロックインアンプ）を用いなくとも、実用上読み出しＩＣを用いることで十分な読み出しを行うことが可能となる。
【００２２】
また、図２（ａ）、２（ｂ）に示すように、記録媒体のグルーブにウォブルグルーブを採用し、その周波数と同期する等の手段で感度を向上させることが可能である。その場合、スポットサイズ内の同じ周期のグルーブがある場合、ノイズとなりうるため、スポットサイズ内の特に隣り合うウォブルグルーブの周期はわずかながらでも変えるとＳＮ比が上昇するため、好ましい。なお、図２（ａ）は、グルーブとしてウォブルグルーブを用いた記録媒体の平面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図を示す。
【００２３】
ウォブルグルーブの代わりに、図３に示すように、媒体表面のグルーブ高さに周期的な微小揺らぎを加えても同様の効果を得ることができる。これは、近接場光学顕微鏡におけるタッピングに相当する。この周波数に同期して信号を増幅するとＳＮ比が向上し、より小さいマーク長を有するマークの読み出しが可能となる。
【００２４】
本発明の一実施形態の光記録再生装置は、例えば図４（ａ）、４（ｂ）に示す構成を有している。この光記録再生装置は、アーム１０を備えている。このアーム１０は一端が固定されたサスペンション１１を有し、このサスペンション１１の他端にスライダー２０が設けられている。そして、アーム１０は、回転軸１１０を中心として回転する媒体２００の記録再生面の所望の位置にスライダー２０が追従するように、図示しない制御装置により制御される。図４（ｂ）に示すように、スライダー２０の媒体２００に対向する側に金属ナノ粒子構造２２が設けられている。また、記録再生装置には、媒体２００の記録再生面に光を照射する光照射装置３０を有している。この光照射装置３０には、図示しない光源から発生された光をＺ偏光するＺ偏光板３３と、このＺ偏光板３３を通過した光を媒体２００の記録再生面に集光する集光レンズ３１とを有している。この集光レンズ３１を通過した光は、媒体２００に照射されるときに、金属ナノ粒子構造２２の金属ナノ粒子の表面からプラズモンが発生されるとともに、媒体２００の表面からレイリー散乱光が発生され、このレイリー散乱光が上記プラズモンにより増強される。
【００２５】
一方、媒体２００からは反射光が発生し、この反射光は感度向上の妨げとなる。このため、反射光をレイリー散乱光と空間的に区別可能となるように構成することが好ましい。すなわち、反射光が入らないような位置に、レイリー散乱光を検出する検出器を配置することが好ましい。
【００２６】
この一実施形態においては、は金属ナノ粒子構造によるプラズモン増幅効果を用いるため、近接場光学ファイバーを使用する必要が無い。したがって、誘電体からなるスライダー２０の記録媒体側の面（媒体対向面）に金属ナノ粒子構造２２を埋め込めばよい。このスライダー２０の媒体対向面は記録媒体２００の記録再生面と動作中には水平となる。これによって、金属ナノ粒子構造が、媒体２００と、動作中に接触する可能性が低くなり、高い耐久性を確保することができる。
【００２７】
スライダー２０の材質は、スライダー中を入射光、あるいはレイリー散乱光が通過する場合はその波長で透明な材質である必要がある。入射偏光ではあるが、媒体対向面、すなわちスライダー２０の読み出し面と垂直成分がレイリー散乱増幅効果をもたらす。効率よくその垂直成分が大きくなる手法は、（１）横あるいは斜めから入射する、（２）ファイバー、導波路、あるいは近接場光導波路で金属ナノ粒子構造２２まで導波させる、（３）Ｚ偏光板を用いる、という手段がある。
【００２８】
特開２０００−２６８３９４号公報において、開口型近接場プローブを応用した近接場光メモリヘッドが知られているが、開口型は一般的に空間分解能が低く、分解能を高くするために開口サイズを小さくすると近接場光への変換効率が極端に低くなってしまう。
【００２９】
これに対して、本発明の一実施形態では非開口型あるいは散乱型と呼ばれる方式を用いており、開口型より空間分解能およびＳＮ比が共に高い。
【００３０】
また、特開２００８−３０５５０１号公報や特開２００８−２９３５８０号公報では、近接場光を応用した光アシスト磁気記録の光ヘッドが提案されている。しかし、ＳＮ比が高くなるように、レイリー散乱光を取得できるのは媒体に垂直な偏光成分である。このため、本発明の一実施形態の構造が効率よく空間分解能を上げることができる。
【００３１】
次に、本発明の一実施形態による光記録再生装置の基本構造について図５を参照して説明する。
【００３２】
必要な基本構成は、光を発生する光源（例えば、レーザーダイオード）３９と、媒体２００からのレイリー散乱光を検出する検出器（図示せず）と、金属ナノ粒子構造２２と、媒体対向面２１に金属ナノ粒子構造２２が設けられているスライダー２０と、媒体の記録再生面に垂直な偏光の光を照射するための構造（例えば光導波路、Ｚ偏光板等）３３と、反射光を検出器に入射させない構造（図示せず）と、媒体に光りを集光するレンズ３１と、再生ロジック回路（図示せず）とを備えていることが好ましい。なお、レンズ３１は、スライダー２０がレンズを兼ねる構造であっても良い。
【００３３】
媒体２００に入射する光（レーザー）のスポットサイズは小さければ小さいほど、ノイズ信号が小さくなる。これは、金属ナノ粒子構造２２のサイズとスポットサイズの比で決まるノイズ成分があるためである。また、金属ナノ粒子構造２２が小さいほど再生可能な媒体２００の記録容量は大きくなるが、ノイズは大きくなる。具体的には、レーザー光のスポットサイズは大凡２５０ｎｍ〜８００ｎｍであり、金属ナノ粒子構造のサイズは１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。金属ナノ粒子構造のサイズは特に２０ｎｍ〜５０ｎｍがＳＮ比と分解能の観点でバランスが良い。ただし、照射スポットサイズを小さくすればするほど、ＳＮ比を維持しながら小さなマークサイズを記録再生することが可能となる。レーザースポットサイズに対する金属ナノ粒子構造の比は、０．０１〜０．４となり、特に０．０８〜０．１５程度が良い。
【００３４】
金属ナノ粒子構造２２の材質は、金、銀、アルミニウム、クロム、銅、ニッケルが良く、特に金、銀が良い。金属ナノ粒子構造の形状は、図６（ａ）、６（ｂ）に示すように、球体でも棒状でも良く、球、楕円球、円柱、円錐、円錐台、角柱、角錐、角錐台、またはその類似の構造が挙げられる。図６（ａ）は、複数の金属ナノ粒子構造２２の、スライダー２０の媒体対向面２１にほぼ垂直な面で切断した断面を示し、図６（ｂ）は、記録媒体２００からみた平面図である。記録媒体２００に最も近い方の断面サイズが小さい方が好ましい。サイズは高さが１０ｎｍ〜５００ｎｍ、幅は最小部分が１００ｎｍ以下、最大部分でも１０ｎｍ〜５００ｎｍが望ましい。幅の最小サイズ、すなわち、記録媒体側のサイズが記録、再生の分解能となる。
【００３５】
また、入射スポットサイズ内の媒体のウォブル周期を異なる媒体とし、金属ナノ粒子構造が再生しているウォブルグルーブ信号に同期した信号を読み出す、ロジック機能を有していることが好ましい。
【００３６】
スライダー２０はハードディスクドライブ（ＨＤＤ）で使用されているもので、駆動時のＨＤＤ記録媒体との距離は１０ｎｍ程度である。これは空気の粘性を利用して距離を維持している。本実施形態においても、媒体２００とスライダー２０の距離は同程度であるが、金属ナノ粒子構造２２がスライダー２０の媒体対向面２１側からはみ出している長さ分だけ媒体に近づくことになる。金属ナノ粒子構造２２と媒体２００との最近接距離は、０．５ｎｍから５ｎｍであり、特に１〜３ｎｍが望ましい。スライダー２０のサイズはＨＤＤ同様、２ｍｍ以下、特に１ｍｍ以下が望ましい。なお、スライダー２０の材質は光を透過させる必要があるため、透明体が良く、具体的にはガラスやＰＭＭＡ、ポリスチレン等のプラスチックが良い。
【００３７】
媒体２００は単純には記録面が最上面にあり、被覆層は無い。基板上に直接に記録層単体を設けた構造でも良いが、図７に示すように、記録層の下に電磁場増強のために金属層を設けた構造とすることがより好ましい。また、熱伝導調整層が記録層や金属層の近傍に合ってもかまわない。
【００３８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による光記録再生装置を図８に示す。この第１実施形態の光記録再生装置は、スライダー２０と、このスライダー２０の媒体対向面２１に設けられた金属ナノ粒子構造２２と、光照射装置３０と、記録媒体２００からのレイリー散乱光を検出する検出器５０と、を備えている。光照射装置３０は、集光レンズ３１と、Ｚ偏光板３３と、１／４波長板３４と、偏光ビームスプリッタ３５と、光源３９とを備えている。光源３９としては、例えばレーザービームを発生するレーザーダイオードを用いることが好ましい。レーザーダイオード３９から発生されたレーザービームは偏光ビームスプリッタ３５、１／４波長板３４、Ｚ偏光板３３を通って、集光レンズ３１に入射する。そして集光レンズ３１を通過したレーザービームはスライダー２０を通って、光記録媒体２００の記録再生面の所定の場所に集光される。すると、金属ナノ粒子構造２２の金属ナノ粒子の表面からプラズモンが発生されるとともに、光記録媒体２００の表面からレイリー散乱光が発生され、このレイリー散乱光が上記プラズモンにより増強される。この増強されたレイリー散乱光はスライダー２０、集光レンズ３１、Ｚ偏光板３３、１／４波長板３４を通って偏光ビームスプリッタ３５に入射する。偏光ビームスプリッタ３５に入射したレイリー散乱光は直線偏光に偏光されるとともに分離されて、レイリー散乱光検出器５０に送られる。このとき、光記録媒体２００によって反射されたレーザービームが、集光レンズ３１、Ｚ偏光板３３、１／４波長板３４を通らないような位置に、光照射装置３０が配置される。
【００３９】
なお、スライダー２０の材質はＳｉＯ２とした。スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）にＦＩＢ（Focused Ion Beam）で穴を掘り、サイズ（直径）が５０ｎｍの金のナノ粒子を半分程度埋まる状態に埋め込んだ。金粒子の移動埋め込みには光ピンセットを使用した。その上に軽くＳｉＯ２膜を２０ｎｍ蒸着し、その後、ＦＩＢで金ナノ粒子の先端のみが出るように、上記ＳｉＯ２膜を削った。光源３９から発生されるレーザー光の波長は５３２ｎｍとした。光記録媒体の記録層の材料はＧｅＳｂＴｅ（膜厚３０ｎｍ）を用いた。記録光のパワーは約４ｍＷ、再生光のパワーは０．５ｍＷとした。光記録媒体２００としては、厚さが１．２ｍｍのポリカーボネート基板上に膜厚が５０ｎｍの金層が形成され、この金層上に、記録層として膜厚が３０ｎｍのＧｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５層が形成されたものを用いた。なお、光記録媒体には、ウォブルグルーブが形成されている。再生ＩＣチップの代わりにスペクトルアナライザーで確認しながらロックインアンプをウォブル周波数２ＭＨｚに同期させ、再生信号を呼んだ。この時に記録再生可能なマーク長は約２５ｎｍであった。
【００４０】
また、金ナノ粒子の代わりに銀ナノ粒子を用いた場合もほぼ同等の信号が得られた。しかし、金ナノ粒子の代わりに、アルミニウム、クロム、銅、またはニッケルのいずれかの粒子を用いた場合は、ＳＮ比が小さくなったため、最小マーク長は約５０ｎｍと大きくなった。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による光記録再生装置を図９に示す。この第２実施形態の光記録再生装置は、図８に示す第１実施形態の光記録再生装置において、集光レンズ３１を削除し、スライダー２０がレンズ機能を有するように構成したものとなっている。すなわち、ＳｉＯ２からなるスライダー２０の入射面をレンズ構造としている。この場合、ＳＩＬ(Solid Immersion Lens)の効果もあり、Ｎ．Ａ．が大きくなって、入射スポットサイズが小さくなる。そのためＳＮ比が向上する効果が得られる。
【００４３】
この場合の記録再生可能な最小マーク長は２０ｎｍとなり、第１実施形態の場合よりもやや小さくなった。
【００４４】
第２実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００４５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による光記録再生装置を図１０に示す。この第３実施形態の光記録再生装置は、光照射装置３０Ａと、スライダー２０と、このスライダー２０の媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造２２と、レンズ４５と、ミラー４７と、レイリー散乱光を検出する検出器５０とを備えている。光照射装置３０Ａは、例えば、レーザー光を発生する光源（レーザーダイオード）３９と、レーザーダイオード３９から発生されたレーザー光が伝播する光ファイバー３８と、スライダー２０の媒体対向面に設けられた伝播光導波路３７と、を備えている。この第３実施形態においては、スライダー２０の媒体対向面に伝播光導波路３７が設けられているので、光記録媒体の再生面に垂直な偏光を入射することができる。
【００４６】
レーザーダイオード３９から出力されたレーザー光は、光ファイバー３８を通って、光伝播導波路３７に送られる。なお、レーザーダイオード３９から出力されたレーザー光の金属ナノ粒子構造２２での偏光が、スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）に垂直になるように調整してある。この場合、入射光の反射が検出器５０へ入らない効果がある。光伝播導波路３７の端面から光が放射されるため、光伝播導波路３７の端面は金属ナノ粒子構造２２から離れた位置に設置するのが良い。伝播光導波路３７はコア幅１μｍ、クラッド幅１２５μｍとした。光記録媒体２００から発生されて金属ナノ粒子構造２２によって増幅されたレイリー散乱光は、スライダー２０、およびレンズ４５を通過した後、ミラー４７によって反射される。ミラー４７によって反射されたレイリー散乱光は、検出器５０によって検出される。この第３実施形態における最小記録再生マーク長は３０ｎｍであった。
【００４７】
第３実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００４８】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による光記録再生装置を説明する。この第４実施形態の光記録再生装置は、第３実施形態の光記録再生装置において、光伝播導波路３７として、近接場光導波路を用いた。この近接場光導波路は金ナノ粒子を分散したものである。その作製方法を説明する。まず、スライダー２０の表面にＦＩＢで幅１００ｎｍ、深さ１００ｎｍの溝を掘った。そこにオレイルアミンをリガンドとしたコア径が約１０ｎｍのコアシェル構造を有する金ナノ粒子を塗布した。その後、機械研磨で溝外のコアシェル構造の金ナノ粒子を剥離し、スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）にＦＩＢで穴を掘り、サイズ５０ｎｍの金ナノ粒子を半分程度埋まる状態に埋め込んだ。金の移動埋め込みには第１実施形態と同様に、光ピンセットを使用した。その上に軽くＳｉＯ２を２０ｎｍ蒸着し、その後、ＦＩＢで金ナノ粒子の先端のみが出るようにＳｉＯ２を削った。近接場光導波路の入射はスポットサイズ変換器を経て入射光ファイバー３８に繋いでいる。コアシェル型金属ナノ粒子を用いた導波路構造以外にも、ゾルゲル法を用いた銀ナノ粒子分散材料や金属細線プラズモン導波路を用いても可能である。この場合の最小記録再生マーク長も３０ｎｍであった。
【００４９】
第４実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００５０】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による光記録再生装置を図１１に示す。この第５実施形態の光記録再生装置は、スライダー２０の記録再生面（媒体対向面）に垂直な偏光を持つ光を入射するために、横から入射するように構成されている。すなわち、レーザーダイオード３９から発生されてレーザー光は、ミラー３２によって反射されてスライダー２０の横方向から光記録媒体２００に入射する。光記録媒体２００から発生され金属ナノ粒子構造２２によって増幅されたレイリー散乱光は、スライダー２０、レンズ４５、Ｚ偏光板４６を通って、偏光ビームスプリッタ４８によって分離されて検出器５０に送られ、検出される。この第５実施形態においては、記録マークの長さが８０ｎｍまで、読み取りの判別ができた。
【００５１】
第５実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【００５２】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による光記録再生装置を図１２（ａ）、１２（ｂ）に示す。この第６実施形態の光記録再生装置は、図示しないレーザーダイオードから発生されたレーザー光を伝播する光ファイバーの先端をスライダーとした構成となっている（図１２（ａ））。これは、通常の光ファイバーの先端を、再生記録面に対して斜めに削ったものであり、スライダー筐体２０に固定した。折れやすい近接場ファイバーとは異なるものである。この光ファイバー３８の先端にＦＩＢで穴を削り、直径５０ｎｍの銀ナノ粒子２２を埋め込み、その後ＳｉＯ２をスパッタし、さらに銀ナノ粒子２２の表面が、光ファイバー３８の表面に出るようにＦＩＢで削った（図１２（ｂ））。なお、図１２（ｂ）は、光ファイバー３８の先端を拡大した図である。スライダーの下面からの銀ナノ粒子２２の飛び出し長は５ｎｍとした。この第６実施形態の場合も最小記録再生マーク長は３０ｎｍであった。
【００５３】
第６実施形態も第１実施形態と同様に、媒体からのレイリー散乱光を金属ナノ粒子構造によって増幅し、この増幅されたレイリー散乱光を検出しているので、記録媒体の記録容量を増大させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
２０ スライダー
２０Ａ スライダー（レンズ兼用スライダー）
２１ 記録再生面（媒体対向面）
２２ 金属ナノ粒子
２５ レイリー散乱光
３０ 照射装置
３１ 集光レンズ
３３ Ｚ偏光板
３５ 偏光ビームスプリッタ
３７ 光伝播導波路
３８ 光ファイバー
３９ 光源（レーザーダイオード）
４５ レンズ
４６ Ｚ偏光板
４７ ミラー
４８ 偏光ビームスプリッタ
５０ 検出器
２００ 光記録媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体に対向する媒体対向面を有し、前記光記録媒体の記録再生面に沿って動作するスライダーと、
前記スライダーの前記媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造と、
前記記録再生面に対して垂直方向に偏光成分を有する光を前記光記録媒体および前記金属ナノ粒子構造に照射する光照射装置と、
前記金属ナノ粒子構造の近傍の前記光記録媒体から発生され前記金属ナノ粒子構造によって増幅されたレイリー散乱光を検出する検出装置と、
を備えたことを特徴とする光記録再生装置。
【請求項２】
前記スライダーは、前記光記録媒体の前記記録再生面に前記光を集光するレンズの機能を備えていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【請求項３】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を通過する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタからの光を受ける１／４波長板と、前記１／４波長板からの光を受け、前記スライダーおよび前記金属ナノ粒子構造に送出するとともに前記増幅されたレイリー散乱光を前記１／４波長板に送出するＺ偏光板と、を備え、前記１／４波長板は前記Ｚ偏光板から送られてきた前記レイリー散乱光を前記偏光ビームスプリッタに送出し、前記偏光ビームスプリッタは前記１／４波長板から送られてきた前記レイリー散乱光を前記検出装置に送出することを特徴とする請求項１または２記載の光記録再生装置。
【請求項４】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を伝播する光ファイバーと、前記スライダーの媒体対向面に設けられ前記光ファイバーを伝播した前記光を伝播する光伝播導波路と、を備え、
前記検出装置は、前記スライダーからの増幅された前記レイリー散乱光を集光するレンズと、前記レンズによって集光された前記レイリー散乱光を反射するミラーと、前記ミラーによって反射された前記レイリー散乱光を検出する検出器と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【請求項５】
前記光伝播導波路は、近接場光導波路であることを特徴とする請求項４記載の光記録再生装置。
【請求項６】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を反射し、前記金属ナノ粒子構造および前記光記録媒体に照射するミラーと、を備え、
前記検出装置は、前記スライダーからの増幅された前記レイリー散乱光を集光するレンズと、前記レンズによって集光された前記レイリー散乱光を受けるＺ偏光板と、前記Ｚ偏光板から送られてくる前記レイリー散乱光を反射するミラーと、前記ミラーによって反射された前記レイリー散乱光を検出する検出器と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【請求項７】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を伝播する光ファイバーとを備え、前記光ファイバーの先端が前記スライダーとなっていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【請求項１】
光記録媒体に対向する媒体対向面を有し、前記光記録媒体の記録再生面に沿って動作するスライダーと、
前記スライダーの前記媒体対向面に設けられた金属ナノ粒子構造と、
前記記録再生面に対して垂直方向に偏光成分を有する光を前記光記録媒体および前記金属ナノ粒子構造に照射する光照射装置と、
前記金属ナノ粒子構造の近傍の前記光記録媒体から発生され前記金属ナノ粒子構造によって増幅されたレイリー散乱光を検出する検出装置と、
を備えたことを特徴とする光記録再生装置。
【請求項２】
前記スライダーは、前記光記録媒体の前記記録再生面に前記光を集光するレンズの機能を備えていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【請求項３】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を通過する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタからの光を受ける１／４波長板と、前記１／４波長板からの光を受け、前記スライダーおよび前記金属ナノ粒子構造に送出するとともに前記増幅されたレイリー散乱光を前記１／４波長板に送出するＺ偏光板と、を備え、前記１／４波長板は前記Ｚ偏光板から送られてきた前記レイリー散乱光を前記偏光ビームスプリッタに送出し、前記偏光ビームスプリッタは前記１／４波長板から送られてきた前記レイリー散乱光を前記検出装置に送出することを特徴とする請求項１または２記載の光記録再生装置。
【請求項４】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を伝播する光ファイバーと、前記スライダーの媒体対向面に設けられ前記光ファイバーを伝播した前記光を伝播する光伝播導波路と、を備え、
前記検出装置は、前記スライダーからの増幅された前記レイリー散乱光を集光するレンズと、前記レンズによって集光された前記レイリー散乱光を反射するミラーと、前記ミラーによって反射された前記レイリー散乱光を検出する検出器と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【請求項５】
前記光伝播導波路は、近接場光導波路であることを特徴とする請求項４記載の光記録再生装置。
【請求項６】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を反射し、前記金属ナノ粒子構造および前記光記録媒体に照射するミラーと、を備え、
前記検出装置は、前記スライダーからの増幅された前記レイリー散乱光を集光するレンズと、前記レンズによって集光された前記レイリー散乱光を受けるＺ偏光板と、前記Ｚ偏光板から送られてくる前記レイリー散乱光を反射するミラーと、前記ミラーによって反射された前記レイリー散乱光を検出する検出器と、を備えていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【請求項７】
前記光照射装置は、前記光を発生する光源と、前記光源からの光を伝播する光ファイバーとを備え、前記光ファイバーの先端が前記スライダーとなっていることを特徴とする請求項１記載の光記録再生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１０３０６（Ｐ２０１１−２１０３０６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５８３９（Ｐ２０１０−７５８３９）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「低損失オプティカル新機能部材技術開発」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「低損失オプティカル新機能部材技術開発」産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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