面発光レーザを用いた近接場光生成とテラバイト光メモリへの応用

使用表面发射激光器产生近场光及其在太字节光学存储器中的应用

• 批准号: 00J10263
• 负责人: 品田 聡
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J10263/
• 关键词: 面発光レーザ; 近接場光; プラズモン; 有限要素法

高密度光記録を実現する光ヘッドとして,近接場光を生成する金属微小開口面発光レーザを提案し,その製作,評価を行ってきた.しかし微小開口部のパワー密度は,熱記録に要求される2桁ほど低い値しか得られていない.近接場の電界増強手法として,金属表面におけるプラズモン共鳴を利用する手法が報告されているが,金属微小開口面発光レーザの開口近傍に周期構造を導入することにより,表面プラズモンを励起でき,近接場強度を増強できる可能性がある.近接場強度の構造周期依存性を調べるため,2次元の有限要素法を用い,微小開口の周りに格子構造をもつ金属薄膜上の強度分布を解析した.開口部の強度は,周期により最大で8倍ほどに増加したが,3次元においてはさらなる増加が期待される.また開口部の強度は,共鳴時においても,格子の周期,溝の深さなどにより大きく変化するプラズモンの分布状態(モード)に依存することがわかった.最適な周期,深さを設計し,格子の凸部と溝の中に電界の節をもつようなプラズモンの共鳴モードを選択することにより,開口部にも電界を集中させることができ,微小開口の透過率を向上させることができる.実際に,出射側に14ペアの多層膜反射鏡をもつ波長850nmのGaAs/GaAlAs面発光レーザをベースに,同心円状の周期構造をもつ金属微小開口面発光レーザを製作した.近接場光学顕微鏡を用いて出射面強度分布を観測したところ,開口部のピークの周りに表面プラズモンによると考えられる波紋状の強度分布が観測された.また,周期構造をもたないサンプルと比較すると,最大で8倍ほどの強度増加が得られた.周期構造による反射率低下問題の改善,金属膜質の向上や周期構造形成プロセスの改善などにより,さらなる増強が期待される.

High density optical recording is realized in the optical field, and the near-contact field light is generated in the optical field of the metal micro opening surface. The density of the micro-opening is different from that of the thermal recording. The method of increasing the electric field intensity of the near contact field is reported. The method of using resonance on the surface of metal is reported. The periodic structure near the opening of the metal micro-opening surface is introduced. The possibility of increasing the electric field intensity is reported. The structural period dependence of the near field strength is modulated, and the finite element method of 2-D is used to analyze the strength distribution on the metal thin film with small openings and lattice structures. The intensity of the opening part is 8 times higher than the maximum period, 3 times higher than the maximum period. The intensity of the opening, the resonance time, the period of the lattice, the depth of the groove, the distribution of the opening, the resonance time, the period of the lattice, the resonance time, the resonance time. The optimum period, depth design, lattice convex part and groove in the middle of the electric field node, choose the resonance, opening part in the electric field concentration, small opening transmittance upward. In fact, the emission side of the 14-layer multilayer mirror for the wavelength of 850nm GaAs/GaAlAs surface light emitting device, concentric ring shaped periodic structure for the metal micro-opening surface light emitting device manufacturing. The intensity distribution on the exit surface of the near-field optical micromirror was measured. The intensity distribution of the corrugated surface of the opening was measured. In addition, the periodic structure can increase the strength by 8 times. The improvement of reflectivity reduction due to periodic structure, metal film quality and upward periodic structure formation are expected.

项目成果

Satoshi Shinada, Fumia Koyama: "Single High-Order Transverse Mode Surface-Emitting Laser With Controlled Far-Field Pattern"IEEE Photonics Technology Letter. vol. 14 no. 12. 1641-1643 (2002)

Satoshi Shinada、Fumia Koyama：“具有受控远场模式的单高阶横模表面发射激光器”IEEE 光子技术快报。