金属薄膜周期構造における偏光近接場光の波長可変による共鳴増強効果

点击翻译按钮获取中文摘要

1996年に提案し,2001年にVCSEL用のエピウェーバにて直径10μmの素子を縦横100個ずつの二次元アレイを形成できた(全サイズが2mm×2mm)。しかし,各VCSEL素子からのレーザー出力は0.1mW程度であった。本研究による超並列近接場光ヘッドでは直径8μmのVCSEL出力窓から発生する各レーザー光ビームを30nm以下の超微小開口を通して近接場光(エバネッセント光)に高効率変換させることにある。平成16年度までは100nm開口で1μWの出力が得られ,平成17年度には開口を30nmにできたが,その30nm開口から得られる近接場光出力はわずか数μWであった。記録に必要なエバネッセント光波10μWにまでこの効率を増加させる手段として,平成18年度の萌芽研究では,ナノ構造をもつ金属回折格子薄膜による結晶との界面に表面プラズモン波(SPP波)を発生・共鳴をさせ,光波とSPP波とのGaP結晶中の分散の整合方式を明確にすることが課題である。直線偏光波が金属薄膜に近づくとs偏光波(横波)の電界強度に応じて薄膜を構成する金属原子の電子雲が表面に偏り,表面プラズモン密度波(縦波)が生じる。光波はGaP結晶の中から30nm開口のある金薄膜へ進む。GaP中での光波とSPP波の分散関係は,光波が線形であるのに対して,SPP波は非線形であるので,回折格子のグレーティングベクトルを利用し(逆格子はエネルギーのデメンジョンであるから),結晶中の光波・SPP波の波数分散を逆格子ベクトルとの和でエネルギー保存が成り立ち,両者の整合が可能である。三次元FDTD(時間領域差分法)解析により,開口を穿孔する材料として金薄膜を選び,表面への回折格子の幅が10nm〜50nm,高さが10〜50nmと変えて,ピッチを118nm一定にした場合のナノ構造回折格子における近接場光エンハンスメント現象のシミュレーションを行なった。従来からの金属回折格子のGaPへの埋め込み型(金属凸構造)と金属凹構造の二種類で試みた結果,従来とは異なる解が得られた。開口が20nmでもかなりの効率でエバネッセント波が得られることがわかった(0.1%,マイクロレンズ併用で0.5%)。困難な実証実験中に期間が終了。2007年度以降に実証したい。