近接場光導波路接合装置
【課題】伝播光と近接場光とのカップリング効率を可及的に高くすることを可能にする。
【解決手段】光が伝播する伝播光導波路２０と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路３０とを接合し、近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部１０を有し、伝播光導波路の屈折率の実部と、接合部の有効屈折率の実部との差が、０以上０．５以下である。
【解決手段】光が伝播する伝播光導波路２０と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路３０とを接合し、近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部１０を有し、伝播光導波路の屈折率の実部と、接合部の有効屈折率の実部との差が、０以上０．５以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光導波路と伝播光導波路とを接合する近接場光導波路接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ロードマップＩＴＲＳによるとＬＳＩは２０１５年頃よりリーク電流や回路内の情報遅延などの問題により、進歩が衰えるといわれており、それに変わる情報制御システムの一つとして近接場システムが提唱されている。光システムは波長多重性、光速情報伝達性、高速論理演算性を有しているが、回折限界が存在するために集積化には向かないといわれている。しかし、近年、回折限界がない近接場光が提唱されてきたことで、この問題は解決される可能性がでてきた。
【０００３】
サブミクロンの分解能を持つ光学顕微鏡−近接場光学顕微鏡では光ファイバーを加工したプローブで分解能を上げている。光ファイバーの出力端の開口径を小さくし、更に金属で開口部以外をコートしている。この場合、伝播光から近接場光への変換効率は例えば以下の表に示すようになる。
【表１】
【０００４】
しかし、システム効率を考えた場合、開口径１００ｎｍで１０−４では、実用上問題がある。近接場光システムの構築やＳｏＣ(System On Chip)内光配線では光源となるＬＤ(Laser Diode)、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)やあるいはシステム外部からファイバーや伝播光導波路との結合ではさらに高い結合効率が必要となる。
【０００５】
また、一般に、近接場光は金属系−いわゆるプラズモンを用いる方が、相互作用が強いことが知られている。プラズモン導波には一次元金属細線、一次元サブミクロンドット（あるいは円柱）配列が知られている。一次元金属配線では金属表面で発生する表面プラズモンポラリトンが導波する。すなわち、表面でのみエネルギーが導波する。また一次元サブミクロン配列方式でも、表面で発生するプラズモンがエネルギーを導波するが、球間のスペースもエネルギー伝達空間となる。そして、特許文献１には、４ｎｍの金ナノ粒子を分散した系においてもプラズモンが導波することが示されている。
【特許文献１】特開２００７−１４８２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、伝播光と近接場光とのカップリング効率を可及的に高くすることのできる近接場光導波路接合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】
【０００７】
本発明の第１の態様による近接場光導波路接合装置は、光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、前記伝播光導波路の屈折率の実部と、前記接合部の有効屈折率の実部との差が、０以上０．５以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の態様による近接場光導波路接合装置は、光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、前記接合部の有効屈折率の実部が、１．０以上１．２以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、伝播光と近接場光とのカップリング効率を可及的に高くすることが可能な近接場光導波路接合装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明に至った経緯および本発明の概要を説明する。
【００１１】
上述したように、一般に、近接場光は金属系−いわゆるプラズモンを用いる方が、相互作用が強いことが知られている。プラズモン導波には一次元金属細線、一次元サブミクロンドット（あるいは円柱）配列が知られている。一次元金属配線では金属表面で発生する表面プラズモンポラリトンが導波する。すなわち、表面でのみエネルギーが導波する。また一次元サブミクロン配列方式でも、表面で発生するプラズモンがエネルギーを導波するが、球間のスペースもエネルギー伝達空間となる。
【００１２】
伝播光は回折限界があるが、一旦プラズモンに変化したエネルギーは回折限界を起こさない。そこで、本発明者達は、エネルギーをプラズモンへ移行した後に、導波路幅を小さくすることが有効であると考えた。そして、実現する際に特許文献１に記載のような分散系を用いることが重要であると考えた。すなわち、回折限界以上の幅の導波路において、伝播光からプラズモンに変換し、その後、プラズモン導波路のサイズを小さくし、プラズモン導波路、すなわち近接場導波路は特許文献１に記載のようなシステムを用いることが重要である。
【００１３】
この際、伝播光導波路とプラズモン導波路との境界端面で反射が起こることが考えられる。このため、この反射率を小さくすることが重要である。金属の屈折率は可視、近赤外では一般に実部は１より小さく、虚部（消衰係数）が大きい。このような場合、エネルギーは物質内に入り込まず、反射される。金属では表面のみにエネルギーが移行するが、この時、エネルギー保存と波数保存（運動量保存）が成り立つことが条件である。しかし、一般的にはこの二つの保存則は伝播光とプラズモンの分散関係が異なることから成り立ちにくく、また、エネルギー伝播の断面積が大きく異なることから変換効率が著しく低い。
【００１４】
この問題の対応策の一つとして、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散系を用いれば良いことが分かった。これは、この金属ナノ粒子分散系は導波断面積を伝播光導波路のそれと同じようにすることが可能となるため、変換効率を上げることができる。また、もう一つの対応策として、金属ナノ粒子分散系において有効屈折率を定義し、この有効屈折率がある条件を満たせば良いことが分かった。この有効屈折率ｎｅは、以下のように、定義される。物質Ａの体積をＶａ、複素屈折率をｎａ、物質Ｂの体積をＶｂ、複素屈折率をｎｂとすると、
【数１】
と定義することができる。この有効屈折率ｎｅは、金属ナノ粒子分散系においては、金属の複素屈折率とマトリックスである誘電体の複素屈折率とを体積を重みにして加重平均をとることである。本発明者達は、伝播光導波路とプラズモン導波路が接する端面においてこの実部が一致する、あるいは実部、虚部双方とも一致することが反射を小さくできることを見出した。これは、誘電体導波路や異種誘電体界面の反射を考慮する時には一般的であるが、一方が金属である場合は有効ではない。例えば、金属の表面には反射防止膜を付けることができないからであり、これは、金属ナノ粒子分散系がプラズモンを導波する材料系にも関わらず、システム全体としては、一般の誘電体と同じような実部が１より大きく、虚部もそれほど大きくない複素屈折率を実現できることに依存している。
【００１５】
また、本発明者達は、以下に述べる実施形態において説明するように、金属ナノ粒子分散系の複素屈折率の実部が１以上でかつ１に近いほど伝播光導波路からプラズモン導波路へのエネルギー変換効率が大きくなることを実験上見出した。
【００１６】
さらに、近年盛んになっているサブ波長構造による反射防止にも本発明の一実施形態による近接場光導波路接合装置が有効であることを確認した。
【００１７】
本発明の実施形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による近接場光導波路接合装置を図１に示す。図１は、本実施形態による近接場光導波路接合装置の平面図である。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、伝播光導波路２０と、サイズ（直径）がナノメートルのオーダーの金属ナノ粒子（例えば、直径が１０ｎｍの銀粒子）が誘電体（例えばＳｉＯ２）中に分散された金属ナノ粒子分散膜からなる近接場光導波路（プラズモン導波路）３０とを接続する接合部１０を有している。この接合部１０は、プラズモン導波路３０と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜からなっており、伝播光導波路２０との接続部分では伝播光導波路２０と同じサイズ（直径（例えば、１μｍ）または断面積）を有しかつプラズモン導波路３０との接続部分ではプラズモン導波路３０と同じサイズ（直径（例えば１００ｎｍ）または断面積）を有し、伝播光導波路２０との接続部分からプラズモン導波路３０との接続部分まで、サイズが滑らかに減少するように構成されている。
【００１９】
このように構成された本実施形態の接合装置において、金属ナノ粒子（銀ナノ粒子）を分散させている誘電体（マトリックス）の屈折率値を変えることによる接合部１０の有効屈折率を変化させるとともに伝播光導波路２０の屈折率の実部を変化させてカップリング効率（変換効率）の違いをシミュレーションで調べた。その結果を図２に示す。図２には、伝播光導波路２０の屈折率の実部を１、１．２、１．５、１．０５３、１．１８３、１．２８３、１．３８３、１．５、１．１８３、１．２８３、１．１１８と変えたとき、接合部１０の有効屈折率の実部を１、１、１、１．０５３、１．０５３、１．０５３、１．０５３、１．０５３、１．１８３、１．１８３、１．１１８とそれぞれ変化させ、そのときの差Δｎと、シミュレーションにより求めたカップリング効率が示されている。これらのΔｎを横軸に取り、カップリング効率を縦軸に取ったグラフを図３に示す。なお、図３に示すグラフは、接合部１０の屈折率の実部の値が１、１．０５３、１．１１８、１．１８３をパラメータにとってプロットされている。また、図４には、接合部１０の有効屈折率の実部を横軸に取り、縦軸にカップリング効率を取ったときのデータをプロットしたグラフを示す。なお、この場合、伝播光導波路２０の屈折率の実部は、接合部１０の有効屈折率の実部と同じ値となっている。
【００２０】
図２乃至図４からわかるように、接合部１０の有効屈折率の実部が変化しても、伝播光導波路２０の屈折率の実部と接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎが小さいほど変換効率（すなわち伝播光からプラズモンへの変換効率）が高い。また、差Δｎが０．５以下であれば、変換効率は０．０５７以上となり、従来のようにファイバープローブを用いる場合よりも２桁大きい。
【００２１】
また、接合部１０の有効屈折率の実部と伝播光導波路２０の屈折率の実部との差がない場合には図４からわかるように、接合部１０の有効屈折率が１に近い方が変換効率は高い。このシミュレーションから、接合部１０の有効屈折率の実部が、１．０以上１．２以下であれば、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による近接場光導波路接合装置を図５に示す。図５は、本実施形態による近接場光導波路接合装置の平面図である。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、第１実施形態の近接場光導波路接合装置において、接合部１０の金属ナノ粒子として直径が３０ｎｍの円柱状の銀ナノ粒子１２を用いている。この接合部１０の作製方法は、ＦＩＢ(focused ion beam)を用いて、それぞれが直径３０ｎｍの銀ナノ粒子を円柱状に加工し、これらの銀ナノ粒子１２の外側に、囲うようにＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）の加水分解で作製した有機ＳｉＯ２膜（図示せず）の塗布を行った。この有機ＳｉＯ２膜の膜厚は約５００ｎｍであった。また、伝播光導波路２０の幅は１μｍ、プラズモン導波路３０の幅は１００ｎｍとした。なお、プラズモン導波路３０は、第１実施形態と同様に、接合部１０と同じ材料から構成した。図５においては、円柱状の銀ナノ粒子１２は、円柱の軸方向が紙面に垂直となるように配置されている。
【００２４】
このようにして構成された接合部１０を、近接場顕微鏡と微分干渉計を組み合わせた微分干渉近接場光学顕微鏡（以下、ＳＮＯＭ(Scanning Near-field Optical Microscope)とも云う）で観察し、接合部１０の有効屈折率を測定した。ＴＥＯＳ塗布時に含有させるドーパントを変化させ、その内のいくつかを微分干渉ＳＮＯＭで測定し、接合部１０の有効屈折率が約１．０５のものを選び、伝播光導波路２０の屈折率の実部を変化させたものを接合させた。本実施形態においては、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎを０．０５、０．４５、０．５３とし、このときのカップリング効率（伝播光からプラズモンへの変換効率）を測定した。この測定に用いられた光の波長は１μｍである。この測定の結果を図６に示す。なお、差Δｎ＝０．０５の場合は伝播光導波路２０を用いずに、光を空気中から接合部に入射し、測定した。
【００２５】
図６からわかるように、差Δｎが０．５３以上であれば、カップリング効率は６．０×１０−２以上となり、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００２７】
（変形例）
次に、本実施形態の変形例による近接場光導波路接合装置を図７に示す。本変形例の近接場光導波路接合装置は、伝播光導波路２０は、先端に行くにつれて断面積が小さくなる形状、例えば平面形状において先端が尖った三角形の三角形部分２０ａを有しており、この三角形部分２０ａの尖った先端が接合部１０に挿入されるように構成されている。すなわち、伝播光導波路２０と接合部１０との接合面は、三角形部分２０ａの先端の表面となり、三角形部分２０ａの尖りを鋭くすることによって、接合面の面積を広くすることができる。この接合部１０は、第２実施形態で説明した、接合部１０の製造方法と同様にして形成され、直径が３０ｎｍの円柱状の銀ナノ粒子が有機ＳｉＯ２膜中に分散された構成を有している。
【００２８】
本変形例においても、第１実施形態と同様に、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、この伝播光導波路２０に接する接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎが小さければ、可及的に高い変換効率を得ることができる。また、接合部１０の有効屈折率の実部が１に近ければ近いほど高い変換効率を得ることができる。
【００２９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による近接場光導波路接合装置を説明する。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、第２実施形態の近接場光導波路接合装置と、銀ナノ粒子分散膜からなる接合部１０およびプラズモン導波路３０の製造方法が異なっている。本実施形態に係る接合部１０およびプラズモン導波路３０は、Ｓｎシードによる銀還元法で、銀ナノ粒子が有機ＳｉＯ２中に分散している銀ナノ粒子分散膜を作製した。作製した銀ナノ粒子分散膜をＴＥＭ(Transmission Electron Microscope)を用いて測定した結果、銀ナノ粒子の直径は平均１０ｎｍであった。微分干渉近接場光学顕微鏡で測定した結果、密度のばらつきがあり有効屈折率にも差があった。このため、有効屈折率の実部が１．１８３となるものを選択して、図５に示す第２実施形態のような構造を有する接合部１０およびプラズモン導波路３０をイオンミリングで作製した。この接合部１０をファイバー型伝播光導波路２０と接合させ、変換効率を測定した。この測定においては、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎを０．０５、０．４５、０．５３とし、このときのカップリング効率（伝播光からプラズモンへの変換効率）を測定した。この測定に用いられた光の波長は１μｍである。この測定の結果を図８に示す。なお、差Δｎ＝０．０５の場合は伝播光導波路２０を用いずに、光を空気中から接合部１０に入射し、測定した。
【００３０】
図８からわかるように、差Δｎが０．５３以上であれば、カップリング効率は６．４×１０−２以上となり、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００３２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による近接場光導波路接合装置を、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の近接場光導波路接合装置の部分的な平面図である。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、図５に示す第２実施形態の近接場光導波路接合装置において、接合部１０の、伝播光導波路２０に近接している領域の金属ナノ粒子１２を間引いた構成となっている（図９参照）。間引き方は、伝播光導波路２０に近いほど多めに間引き、サブ波長構造を構成した。なお、本実施形態においても、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の、伝播光導波路２０に近接している領域の屈折率の実部との差Δｎは、第１実施形態で説明したように、１．１８３以下となるようにした。
【００３３】
サブ波長構造は、反射防止に有効であることは良く知られている（例えば、H. Toyota, K. Takahara. M. Okamoto, T. Yotsuya, and H. Kikuta, Jpn J. Appl. Phys. 40 L747 (2001)参照）。本実施形態においては、サブ波長構造を有しているので、伝播光導波路２０と接合部１０との接合面における伝播光の反射が抑制され、変換効率が第２実施形態に比べて、約３％増加した。
【００３４】
本実施形態も第２実施形態と同様に、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００３５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による近接場光導波路接合装置を図１０（ａ）乃至図１１を参照して説明する。図１０（ａ）は、本実施形態の近接場光導波路接合装置に係る金属ナノ粒子分散膜に用いられる金属ナノ粒子１３を示す模式図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す金属ナノ粒子１３が配列された金属ナノ粒子分散膜を示す模式図である。
【００３６】
本実施形態の近接場光導波路接合装置は、第２実施形態の近接場光導波路接合装置と、金属ナノ粒子分散膜からなる接合部１０およびプラズモン導波路３０の製造方法が異なっている。本実施形態に係る接合部１０およびプラズモン導波路３０は、図１０（ａ）に示すように、ドデカンチオールをリガンド（有機シェル）としたコアシェル型金ナノ粒子１３をディップ方式で成膜した構成となっている。
【００３７】
作製した金ナノ粒子分散膜をＴＥＭ(Transmission Electron Microscope)を用いて測定した結果、金ナノ粒子の直径は約３ｎｍであった。微分干渉近接場光学顕微鏡で測定した結果、密度のばらつきがあり有効屈折率にも差があった。このため、有効屈折率の実部が１．１８３となるものを選択して、図５に示す第２実施形態のような構造を有する接合部１０およびプラズモン導波路３０をイオンミリングで作製した。この接合部１０をファイバー型伝播光導波路２０と接合させ、変換効率を測定した。この測定においては、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎを０．０５、０．４５、０．５３とし、このときのカップリング効率（伝播光からプラズモンへの変換効率）を測定した。この測定に用いられた光の波長は１μｍである。この測定の結果を図１１に示す。なお、差Δｎ＝０．０５の場合は伝播光導波路２０を用いずに、光を空気中から接合部１０に入射し、測定した。
【００３８】
図１１からわかるように、差Δｎが０．５３以上であれば、カップリング効率は０．０５以上となり、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、金ナノ粒子を用いたが、銀ナノ粒子またはＡｌナノ粒子を用いても良い。
【００４１】
また、本実施形態において、第４実施形態に示したように、接合部１０の、伝播光導波路２０に近接している領域の金属ナノ粒子１２を間引いた構成としてもよい。
【００４２】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態による近接場光導波路接合装置を、図１２を参照して説明する。
【００４３】
以下のような有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）シミュレーション計算を行った。まず、図１２に示すように、銀ナノ粒子分散膜の端面に５個の導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを接続させた構造を有する試料を設計した。銀ナノ粒子分散膜のマトリックス（ＳｉＯ２）の屈折率は１．２とし、銀ナノ粒子の体積比率は２０Ｖｏｌ％とした。波長１μｍでの複素屈折率の体積加重平均（実部）は約１．０となる。一方、Maxwell-Garnettによる計算では有効屈折率の実部は約１．６４である。接続した導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの屈折率をそれぞれ１．０、１．２、１．４、１．６、１．８とし、その他の部分を白金とした。すなわち、導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの屈折率は、１．０から０．２刻みで増加させた構成となっている。
【００４４】
このように構成の試料に、波長１μｍのパルスをそれぞれの導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに同時に入射した。伝播光導波路では屈折率が大きい方が伝播速度は遅く、銀ナノ粒子分散膜との境界線へ達する時間が遅くなる。銀ナノ粒子分散膜はいずれも同じ特性なので、伝播速度は同一である。また、銀ナノ粒子分散膜は複素屈折率の虚部がゼロではないため、光の伝播と共に強度は吸収され、弱くなる。図１２は光が導波後のある瞬間の光電磁場強度を示す図である。図１２では光の強度が強いほど、濃度が濃く表されている。図１２では導波路Ａから入射した光の電磁場強度が早く銀ナノ粒子分散膜領域に達し、その分だけ長い距離を進行している。これに対して、導波路Ｂから導波路Ｅまでは銀ナノ粒子分散膜領域に達する時間が段々と遅くなっているため、銀ナノ粒子分散膜中を進行する距離は短くなっている。図１２では導波路Ａを通過した光パルスは進行距離が長いにも関わらず、導波路Ｅを通過した光パルスよりも強度が強い結果となった。すなわち、導波路Ａ、導波路Ｂ、導波路Ｃ、導波路Ｄ、導波路Ｅの順序でカップリング効率が低下していることを示している。
【００４５】
Maxwell-Garnettによる銀ナノ粒子分散膜に関する有効屈折率の計算が正しければ、導波路の屈折率の実部と銀ナノ粒子分散膜の屈折率の実部（１．６３）との差Δｎが最も小さくなってカップリング効率が高くなる導波路は導波路Ｄとなるはずである。しかし、図１２に示す測定結果は、導波路Ａのカップリング効率が高いことを示している。したがって、図１２の測定結果は、本発明の各実施形態で説明した有効屈折率を用いて解析した方が良いことを示している。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００４７】
以上述べたように、本発明の各実施形態によれば、伝播光と近接場光とのカップリング効率（変換効率）を可及的に高くすることが可能な近接場光導波路接合装置を提供することができる。
【００４８】
なお、第１乃至第５および第７実施形態においては、金属ナノ粒子として銀ナノ粒子を用いたが、金ナノ粒子またはＡｌナノ粒子を用いても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態の近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図２】第１実施形態による近接場光導波路接合装置のシミュレーション結果を示す図。
【図３】図２に示すシミュレーション結果をプロットした図。
【図４】図２に示すシミュレーション結果をプロットした図。
【図５】第２実施形態の近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図６】第２実施形態の近接場光導波路接合装置の変換効率を示す図。
【図７】第２実施形態の変形例による近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図８】第３実施形態の近接場光導波路接合装置の変換効率を示す図。
【図９】第４実施形態の近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図１０】第５実施形態に係る金属ナノ粒子膜の構成を示す図。
【図１１】第５実施形態の近接場光導波路接合装置の変換効率を示す図。
【図１２】第６実施形態の近接場光導波路接合装置を説明する図。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 接合部
１２ 円柱状金属ナノ粒子
１３ コアシェル型金属ナノ粒子
２０ 伝播光導波路
３０ プラズモン導波路（近接場導波路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場光導波路と伝播光導波路とを接合する近接場光導波路接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ロードマップＩＴＲＳによるとＬＳＩは２０１５年頃よりリーク電流や回路内の情報遅延などの問題により、進歩が衰えるといわれており、それに変わる情報制御システムの一つとして近接場システムが提唱されている。光システムは波長多重性、光速情報伝達性、高速論理演算性を有しているが、回折限界が存在するために集積化には向かないといわれている。しかし、近年、回折限界がない近接場光が提唱されてきたことで、この問題は解決される可能性がでてきた。
【０００３】
サブミクロンの分解能を持つ光学顕微鏡−近接場光学顕微鏡では光ファイバーを加工したプローブで分解能を上げている。光ファイバーの出力端の開口径を小さくし、更に金属で開口部以外をコートしている。この場合、伝播光から近接場光への変換効率は例えば以下の表に示すようになる。
【表１】
【０００４】
しかし、システム効率を考えた場合、開口径１００ｎｍで１０−４では、実用上問題がある。近接場光システムの構築やＳｏＣ(System On Chip)内光配線では光源となるＬＤ(Laser Diode)、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)やあるいはシステム外部からファイバーや伝播光導波路との結合ではさらに高い結合効率が必要となる。
【０００５】
また、一般に、近接場光は金属系−いわゆるプラズモンを用いる方が、相互作用が強いことが知られている。プラズモン導波には一次元金属細線、一次元サブミクロンドット（あるいは円柱）配列が知られている。一次元金属配線では金属表面で発生する表面プラズモンポラリトンが導波する。すなわち、表面でのみエネルギーが導波する。また一次元サブミクロン配列方式でも、表面で発生するプラズモンがエネルギーを導波するが、球間のスペースもエネルギー伝達空間となる。そして、特許文献１には、４ｎｍの金ナノ粒子を分散した系においてもプラズモンが導波することが示されている。
【特許文献１】特開２００７−１４８２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、伝播光と近接場光とのカップリング効率を可及的に高くすることのできる近接場光導波路接合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】
【０００７】
本発明の第１の態様による近接場光導波路接合装置は、光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、前記伝播光導波路の屈折率の実部と、前記接合部の有効屈折率の実部との差が、０以上０．５以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の第２の態様による近接場光導波路接合装置は、光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、前記接合部の有効屈折率の実部が、１．０以上１．２以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、伝播光と近接場光とのカップリング効率を可及的に高くすることが可能な近接場光導波路接合装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明に至った経緯および本発明の概要を説明する。
【００１１】
上述したように、一般に、近接場光は金属系−いわゆるプラズモンを用いる方が、相互作用が強いことが知られている。プラズモン導波には一次元金属細線、一次元サブミクロンドット（あるいは円柱）配列が知られている。一次元金属配線では金属表面で発生する表面プラズモンポラリトンが導波する。すなわち、表面でのみエネルギーが導波する。また一次元サブミクロン配列方式でも、表面で発生するプラズモンがエネルギーを導波するが、球間のスペースもエネルギー伝達空間となる。
【００１２】
伝播光は回折限界があるが、一旦プラズモンに変化したエネルギーは回折限界を起こさない。そこで、本発明者達は、エネルギーをプラズモンへ移行した後に、導波路幅を小さくすることが有効であると考えた。そして、実現する際に特許文献１に記載のような分散系を用いることが重要であると考えた。すなわち、回折限界以上の幅の導波路において、伝播光からプラズモンに変換し、その後、プラズモン導波路のサイズを小さくし、プラズモン導波路、すなわち近接場導波路は特許文献１に記載のようなシステムを用いることが重要である。
【００１３】
この際、伝播光導波路とプラズモン導波路との境界端面で反射が起こることが考えられる。このため、この反射率を小さくすることが重要である。金属の屈折率は可視、近赤外では一般に実部は１より小さく、虚部（消衰係数）が大きい。このような場合、エネルギーは物質内に入り込まず、反射される。金属では表面のみにエネルギーが移行するが、この時、エネルギー保存と波数保存（運動量保存）が成り立つことが条件である。しかし、一般的にはこの二つの保存則は伝播光とプラズモンの分散関係が異なることから成り立ちにくく、また、エネルギー伝播の断面積が大きく異なることから変換効率が著しく低い。
【００１４】
この問題の対応策の一つとして、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散系を用いれば良いことが分かった。これは、この金属ナノ粒子分散系は導波断面積を伝播光導波路のそれと同じようにすることが可能となるため、変換効率を上げることができる。また、もう一つの対応策として、金属ナノ粒子分散系において有効屈折率を定義し、この有効屈折率がある条件を満たせば良いことが分かった。この有効屈折率ｎｅは、以下のように、定義される。物質Ａの体積をＶａ、複素屈折率をｎａ、物質Ｂの体積をＶｂ、複素屈折率をｎｂとすると、
【数１】
と定義することができる。この有効屈折率ｎｅは、金属ナノ粒子分散系においては、金属の複素屈折率とマトリックスである誘電体の複素屈折率とを体積を重みにして加重平均をとることである。本発明者達は、伝播光導波路とプラズモン導波路が接する端面においてこの実部が一致する、あるいは実部、虚部双方とも一致することが反射を小さくできることを見出した。これは、誘電体導波路や異種誘電体界面の反射を考慮する時には一般的であるが、一方が金属である場合は有効ではない。例えば、金属の表面には反射防止膜を付けることができないからであり、これは、金属ナノ粒子分散系がプラズモンを導波する材料系にも関わらず、システム全体としては、一般の誘電体と同じような実部が１より大きく、虚部もそれほど大きくない複素屈折率を実現できることに依存している。
【００１５】
また、本発明者達は、以下に述べる実施形態において説明するように、金属ナノ粒子分散系の複素屈折率の実部が１以上でかつ１に近いほど伝播光導波路からプラズモン導波路へのエネルギー変換効率が大きくなることを実験上見出した。
【００１６】
さらに、近年盛んになっているサブ波長構造による反射防止にも本発明の一実施形態による近接場光導波路接合装置が有効であることを確認した。
【００１７】
本発明の実施形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による近接場光導波路接合装置を図１に示す。図１は、本実施形態による近接場光導波路接合装置の平面図である。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、伝播光導波路２０と、サイズ（直径）がナノメートルのオーダーの金属ナノ粒子（例えば、直径が１０ｎｍの銀粒子）が誘電体（例えばＳｉＯ２）中に分散された金属ナノ粒子分散膜からなる近接場光導波路（プラズモン導波路）３０とを接続する接合部１０を有している。この接合部１０は、プラズモン導波路３０と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜からなっており、伝播光導波路２０との接続部分では伝播光導波路２０と同じサイズ（直径（例えば、１μｍ）または断面積）を有しかつプラズモン導波路３０との接続部分ではプラズモン導波路３０と同じサイズ（直径（例えば１００ｎｍ）または断面積）を有し、伝播光導波路２０との接続部分からプラズモン導波路３０との接続部分まで、サイズが滑らかに減少するように構成されている。
【００１９】
このように構成された本実施形態の接合装置において、金属ナノ粒子（銀ナノ粒子）を分散させている誘電体（マトリックス）の屈折率値を変えることによる接合部１０の有効屈折率を変化させるとともに伝播光導波路２０の屈折率の実部を変化させてカップリング効率（変換効率）の違いをシミュレーションで調べた。その結果を図２に示す。図２には、伝播光導波路２０の屈折率の実部を１、１．２、１．５、１．０５３、１．１８３、１．２８３、１．３８３、１．５、１．１８３、１．２８３、１．１１８と変えたとき、接合部１０の有効屈折率の実部を１、１、１、１．０５３、１．０５３、１．０５３、１．０５３、１．０５３、１．１８３、１．１８３、１．１１８とそれぞれ変化させ、そのときの差Δｎと、シミュレーションにより求めたカップリング効率が示されている。これらのΔｎを横軸に取り、カップリング効率を縦軸に取ったグラフを図３に示す。なお、図３に示すグラフは、接合部１０の屈折率の実部の値が１、１．０５３、１．１１８、１．１８３をパラメータにとってプロットされている。また、図４には、接合部１０の有効屈折率の実部を横軸に取り、縦軸にカップリング効率を取ったときのデータをプロットしたグラフを示す。なお、この場合、伝播光導波路２０の屈折率の実部は、接合部１０の有効屈折率の実部と同じ値となっている。
【００２０】
図２乃至図４からわかるように、接合部１０の有効屈折率の実部が変化しても、伝播光導波路２０の屈折率の実部と接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎが小さいほど変換効率（すなわち伝播光からプラズモンへの変換効率）が高い。また、差Δｎが０．５以下であれば、変換効率は０．０５７以上となり、従来のようにファイバープローブを用いる場合よりも２桁大きい。
【００２１】
また、接合部１０の有効屈折率の実部と伝播光導波路２０の屈折率の実部との差がない場合には図４からわかるように、接合部１０の有効屈折率が１に近い方が変換効率は高い。このシミュレーションから、接合部１０の有効屈折率の実部が、１．０以上１．２以下であれば、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００２２】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による近接場光導波路接合装置を図５に示す。図５は、本実施形態による近接場光導波路接合装置の平面図である。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、第１実施形態の近接場光導波路接合装置において、接合部１０の金属ナノ粒子として直径が３０ｎｍの円柱状の銀ナノ粒子１２を用いている。この接合部１０の作製方法は、ＦＩＢ(focused ion beam)を用いて、それぞれが直径３０ｎｍの銀ナノ粒子を円柱状に加工し、これらの銀ナノ粒子１２の外側に、囲うようにＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）の加水分解で作製した有機ＳｉＯ２膜（図示せず）の塗布を行った。この有機ＳｉＯ２膜の膜厚は約５００ｎｍであった。また、伝播光導波路２０の幅は１μｍ、プラズモン導波路３０の幅は１００ｎｍとした。なお、プラズモン導波路３０は、第１実施形態と同様に、接合部１０と同じ材料から構成した。図５においては、円柱状の銀ナノ粒子１２は、円柱の軸方向が紙面に垂直となるように配置されている。
【００２４】
このようにして構成された接合部１０を、近接場顕微鏡と微分干渉計を組み合わせた微分干渉近接場光学顕微鏡（以下、ＳＮＯＭ(Scanning Near-field Optical Microscope)とも云う）で観察し、接合部１０の有効屈折率を測定した。ＴＥＯＳ塗布時に含有させるドーパントを変化させ、その内のいくつかを微分干渉ＳＮＯＭで測定し、接合部１０の有効屈折率が約１．０５のものを選び、伝播光導波路２０の屈折率の実部を変化させたものを接合させた。本実施形態においては、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎを０．０５、０．４５、０．５３とし、このときのカップリング効率（伝播光からプラズモンへの変換効率）を測定した。この測定に用いられた光の波長は１μｍである。この測定の結果を図６に示す。なお、差Δｎ＝０．０５の場合は伝播光導波路２０を用いずに、光を空気中から接合部に入射し、測定した。
【００２５】
図６からわかるように、差Δｎが０．５３以上であれば、カップリング効率は６．０×１０−２以上となり、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００２７】
（変形例）
次に、本実施形態の変形例による近接場光導波路接合装置を図７に示す。本変形例の近接場光導波路接合装置は、伝播光導波路２０は、先端に行くにつれて断面積が小さくなる形状、例えば平面形状において先端が尖った三角形の三角形部分２０ａを有しており、この三角形部分２０ａの尖った先端が接合部１０に挿入されるように構成されている。すなわち、伝播光導波路２０と接合部１０との接合面は、三角形部分２０ａの先端の表面となり、三角形部分２０ａの尖りを鋭くすることによって、接合面の面積を広くすることができる。この接合部１０は、第２実施形態で説明した、接合部１０の製造方法と同様にして形成され、直径が３０ｎｍの円柱状の銀ナノ粒子が有機ＳｉＯ２膜中に分散された構成を有している。
【００２８】
本変形例においても、第１実施形態と同様に、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、この伝播光導波路２０に接する接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎが小さければ、可及的に高い変換効率を得ることができる。また、接合部１０の有効屈折率の実部が１に近ければ近いほど高い変換効率を得ることができる。
【００２９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による近接場光導波路接合装置を説明する。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、第２実施形態の近接場光導波路接合装置と、銀ナノ粒子分散膜からなる接合部１０およびプラズモン導波路３０の製造方法が異なっている。本実施形態に係る接合部１０およびプラズモン導波路３０は、Ｓｎシードによる銀還元法で、銀ナノ粒子が有機ＳｉＯ２中に分散している銀ナノ粒子分散膜を作製した。作製した銀ナノ粒子分散膜をＴＥＭ(Transmission Electron Microscope)を用いて測定した結果、銀ナノ粒子の直径は平均１０ｎｍであった。微分干渉近接場光学顕微鏡で測定した結果、密度のばらつきがあり有効屈折率にも差があった。このため、有効屈折率の実部が１．１８３となるものを選択して、図５に示す第２実施形態のような構造を有する接合部１０およびプラズモン導波路３０をイオンミリングで作製した。この接合部１０をファイバー型伝播光導波路２０と接合させ、変換効率を測定した。この測定においては、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎを０．０５、０．４５、０．５３とし、このときのカップリング効率（伝播光からプラズモンへの変換効率）を測定した。この測定に用いられた光の波長は１μｍである。この測定の結果を図８に示す。なお、差Δｎ＝０．０５の場合は伝播光導波路２０を用いずに、光を空気中から接合部１０に入射し、測定した。
【００３０】
図８からわかるように、差Δｎが０．５３以上であれば、カップリング効率は６．４×１０−２以上となり、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００３２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による近接場光導波路接合装置を、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の近接場光導波路接合装置の部分的な平面図である。本実施形態の近接場光導波路接合装置は、図５に示す第２実施形態の近接場光導波路接合装置において、接合部１０の、伝播光導波路２０に近接している領域の金属ナノ粒子１２を間引いた構成となっている（図９参照）。間引き方は、伝播光導波路２０に近いほど多めに間引き、サブ波長構造を構成した。なお、本実施形態においても、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の、伝播光導波路２０に近接している領域の屈折率の実部との差Δｎは、第１実施形態で説明したように、１．１８３以下となるようにした。
【００３３】
サブ波長構造は、反射防止に有効であることは良く知られている（例えば、H. Toyota, K. Takahara. M. Okamoto, T. Yotsuya, and H. Kikuta, Jpn J. Appl. Phys. 40 L747 (2001)参照）。本実施形態においては、サブ波長構造を有しているので、伝播光導波路２０と接合部１０との接合面における伝播光の反射が抑制され、変換効率が第２実施形態に比べて、約３％増加した。
【００３４】
本実施形態も第２実施形態と同様に、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００３５】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による近接場光導波路接合装置を図１０（ａ）乃至図１１を参照して説明する。図１０（ａ）は、本実施形態の近接場光導波路接合装置に係る金属ナノ粒子分散膜に用いられる金属ナノ粒子１３を示す模式図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す金属ナノ粒子１３が配列された金属ナノ粒子分散膜を示す模式図である。
【００３６】
本実施形態の近接場光導波路接合装置は、第２実施形態の近接場光導波路接合装置と、金属ナノ粒子分散膜からなる接合部１０およびプラズモン導波路３０の製造方法が異なっている。本実施形態に係る接合部１０およびプラズモン導波路３０は、図１０（ａ）に示すように、ドデカンチオールをリガンド（有機シェル）としたコアシェル型金ナノ粒子１３をディップ方式で成膜した構成となっている。
【００３７】
作製した金ナノ粒子分散膜をＴＥＭ(Transmission Electron Microscope)を用いて測定した結果、金ナノ粒子の直径は約３ｎｍであった。微分干渉近接場光学顕微鏡で測定した結果、密度のばらつきがあり有効屈折率にも差があった。このため、有効屈折率の実部が１．１８３となるものを選択して、図５に示す第２実施形態のような構造を有する接合部１０およびプラズモン導波路３０をイオンミリングで作製した。この接合部１０をファイバー型伝播光導波路２０と接合させ、変換効率を測定した。この測定においては、伝播光導波路２０の屈折率の実部と、接合部１０の有効屈折率の実部との差Δｎを０．０５、０．４５、０．５３とし、このときのカップリング効率（伝播光からプラズモンへの変換効率）を測定した。この測定に用いられた光の波長は１μｍである。この測定の結果を図１１に示す。なお、差Δｎ＝０．０５の場合は伝播光導波路２０を用いずに、光を空気中から接合部１０に入射し、測定した。
【００３８】
図１１からわかるように、差Δｎが０．５３以上であれば、カップリング効率は０．０５以上となり、従来の場合よりも、より高い変換効率を得ることができることがわかる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、金ナノ粒子を用いたが、銀ナノ粒子またはＡｌナノ粒子を用いても良い。
【００４１】
また、本実施形態において、第４実施形態に示したように、接合部１０の、伝播光導波路２０に近接している領域の金属ナノ粒子１２を間引いた構成としてもよい。
【００４２】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態による近接場光導波路接合装置を、図１２を参照して説明する。
【００４３】
以下のような有限差分時間領域（ＦＤＴＤ）シミュレーション計算を行った。まず、図１２に示すように、銀ナノ粒子分散膜の端面に５個の導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを接続させた構造を有する試料を設計した。銀ナノ粒子分散膜のマトリックス（ＳｉＯ２）の屈折率は１．２とし、銀ナノ粒子の体積比率は２０Ｖｏｌ％とした。波長１μｍでの複素屈折率の体積加重平均（実部）は約１．０となる。一方、Maxwell-Garnettによる計算では有効屈折率の実部は約１．６４である。接続した導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの屈折率をそれぞれ１．０、１．２、１．４、１．６、１．８とし、その他の部分を白金とした。すなわち、導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの屈折率は、１．０から０．２刻みで増加させた構成となっている。
【００４４】
このように構成の試料に、波長１μｍのパルスをそれぞれの導波路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅに同時に入射した。伝播光導波路では屈折率が大きい方が伝播速度は遅く、銀ナノ粒子分散膜との境界線へ達する時間が遅くなる。銀ナノ粒子分散膜はいずれも同じ特性なので、伝播速度は同一である。また、銀ナノ粒子分散膜は複素屈折率の虚部がゼロではないため、光の伝播と共に強度は吸収され、弱くなる。図１２は光が導波後のある瞬間の光電磁場強度を示す図である。図１２では光の強度が強いほど、濃度が濃く表されている。図１２では導波路Ａから入射した光の電磁場強度が早く銀ナノ粒子分散膜領域に達し、その分だけ長い距離を進行している。これに対して、導波路Ｂから導波路Ｅまでは銀ナノ粒子分散膜領域に達する時間が段々と遅くなっているため、銀ナノ粒子分散膜中を進行する距離は短くなっている。図１２では導波路Ａを通過した光パルスは進行距離が長いにも関わらず、導波路Ｅを通過した光パルスよりも強度が強い結果となった。すなわち、導波路Ａ、導波路Ｂ、導波路Ｃ、導波路Ｄ、導波路Ｅの順序でカップリング効率が低下していることを示している。
【００４５】
Maxwell-Garnettによる銀ナノ粒子分散膜に関する有効屈折率の計算が正しければ、導波路の屈折率の実部と銀ナノ粒子分散膜の屈折率の実部（１．６３）との差Δｎが最も小さくなってカップリング効率が高くなる導波路は導波路Ｄとなるはずである。しかし、図１２に示す測定結果は、導波路Ａのカップリング効率が高いことを示している。したがって、図１２の測定結果は、本発明の各実施形態で説明した有効屈折率を用いて解析した方が良いことを示している。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、伝播光からプラズモン（近接場光）への変換効率（カップリング効率）を可及的に高くすることができる。
【００４７】
以上述べたように、本発明の各実施形態によれば、伝播光と近接場光とのカップリング効率（変換効率）を可及的に高くすることが可能な近接場光導波路接合装置を提供することができる。
【００４８】
なお、第１乃至第５および第７実施形態においては、金属ナノ粒子として銀ナノ粒子を用いたが、金ナノ粒子またはＡｌナノ粒子を用いても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態の近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図２】第１実施形態による近接場光導波路接合装置のシミュレーション結果を示す図。
【図３】図２に示すシミュレーション結果をプロットした図。
【図４】図２に示すシミュレーション結果をプロットした図。
【図５】第２実施形態の近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図６】第２実施形態の近接場光導波路接合装置の変換効率を示す図。
【図７】第２実施形態の変形例による近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図８】第３実施形態の近接場光導波路接合装置の変換効率を示す図。
【図９】第４実施形態の近接場光導波路接合装置を示す平面図。
【図１０】第５実施形態に係る金属ナノ粒子膜の構成を示す図。
【図１１】第５実施形態の近接場光導波路接合装置の変換効率を示す図。
【図１２】第６実施形態の近接場光導波路接合装置を説明する図。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 接合部
１２ 円柱状金属ナノ粒子
１３ コアシェル型金属ナノ粒子
２０ 伝播光導波路
３０ プラズモン導波路（近接場導波路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、
前記伝播光導波路の屈折率の実部と、前記接合部の有効屈折率の実部との差が、０以上０．５以下であることを特徴とする近接場光導波路接合装置。
【請求項２】
光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、
前記接合部の有効屈折率の実部が、１．０以上１．２以下であることを特徴とする近接場光導波路接合装置。
【請求項３】
前記接合部は、前記伝播光導波路との接合面においては前記伝播光導波路と同じ断面を有し、前記近接場光導波路との接合面においては前記近接場光導波路と同じ断面を有し、前記伝播光導波路から前記近接場光導波路に向かうにつれて、断面積が滑らかに減少するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項４】
前記接合部および前記近接場光導波路においては、前記金属ナノ粒子は円柱の形状を有し、前記誘電体はＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項５】
前記接合部および前記近接場光導波路においては、前記金属ナノ粒子はコアシェル型金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項６】
前記接合部は、前記伝播光導波路との接合面に近接した領域では、前記金属ナノ粒子の数が、他の領域に比べて少ないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項７】
前記伝播光導波路の先端部は先端に行くにつれて断面積が小さくなる形状を有しており、この先端部が前記接合部に挿入された構成となっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項１】
光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、
前記伝播光導波路の屈折率の実部と、前記接合部の有効屈折率の実部との差が、０以上０．５以下であることを特徴とする近接場光導波路接合装置。
【請求項２】
光が伝播する伝播光導波路と、誘電体中に金属ナノ粒子が分散された金属ナノ粒子分散膜の近接場光導波路とを接合し、前記近接場光導波路と同じ材料の金属ナノ粒子分散膜である接合部を有し、
前記接合部の有効屈折率の実部が、１．０以上１．２以下であることを特徴とする近接場光導波路接合装置。
【請求項３】
前記接合部は、前記伝播光導波路との接合面においては前記伝播光導波路と同じ断面を有し、前記近接場光導波路との接合面においては前記近接場光導波路と同じ断面を有し、前記伝播光導波路から前記近接場光導波路に向かうにつれて、断面積が滑らかに減少するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項４】
前記接合部および前記近接場光導波路においては、前記金属ナノ粒子は円柱の形状を有し、前記誘電体はＳｉＯ２であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項５】
前記接合部および前記近接場光導波路においては、前記金属ナノ粒子はコアシェル型金属ナノ粒子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項６】
前記接合部は、前記伝播光導波路との接合面に近接した領域では、前記金属ナノ粒子の数が、他の領域に比べて少ないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【請求項７】
前記伝播光導波路の先端部は先端に行くにつれて断面積が小さくなる形状を有しており、この先端部が前記接合部に挿入された構成となっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の近接場光導波路接合装置。
【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２０１０−２６３３１（Ｐ２０１０−２６３３１Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８９０８５（Ｐ２００８−１８９０８５）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【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１８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２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【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１８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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