(57)【要約】  本発明は、透過で作動する近接場での検出用の光学部品からなる。この光学部品は、複数の周期(p)にわたって互いに続く回折微細構造(11a)の少なくとも1つの網(11)を形成する少なくとも一部分(11b)を含み、物体がある波長を有する放射を反射または放出したとき、この網(11)は、部品と近接場に位置する物体(12)との間で生じるエバネッセント波(16)を、回折微細構造(11a)の網(11)を形成する部分(11b)を通じて透過中の回折効果によって伝搬波(16')に変換することができる。網(11)の周期(p)は、放射波長と同じオーダーである。近接場で検出装置とともに使用するのに適している。
2009540312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過で作動する近接場検出光学部品であって、いくつかの周期(p)にわたって互いに続く回折微細構造(11a)の少なくとも1つの格子(11)を形成する少なくとも一部分(11b)を含み、物体(12)がある波長を有する放射を反射または放出したとき、この格子(11)が、前記部品と近接場に位置する物体(12)との間に確立されるエバネッセント波(16)を、回折微細構造(11a)の前記格子(11)を形成する前記部分(11b)を通じて透過中の回折効果によって伝搬波(16')に変換することができ、前記格子(11)の周期(p)が、前記放射の波長と同じオーダーであることを特徴とする、近接場検出光学部品。
【請求項２】
前記格子(11)の周期(p)が前記放射波長より小さいことを特徴とする、請求項1に記載の光学部品。
【請求項３】
横方向寸法(T)が前記放射の波長の数倍より大きく、またさらには実質上、放射波長の約100倍に等しいことを特徴とする、請求項1または2のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項４】
前記格子の周期(p)が、kx-k0<2π/p<kx+k0の関係を実証し、上式で、k0=2π/λであり、kxが、前記物体から放出される前記エバネッセント波の横成分であることを特徴とする、請求項1または2のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項５】
前記格子の周期(p)が、kx-2k0<2π/p<kx-k0の関係を実証し、上式で、k0=2π/λであり、kxが、前記物体から放出される前記エバネッセント波の横成分であることを特徴とする、請求項1または2のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項６】
前記エバネッセント波(16)を変換前に増幅する少なくとも一部分(18)であって、回折微細構造(11a)の前記格子(11)を形成する前記部分(11b)と協働する部分(18)をさらに含むことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項７】
前記増幅部分(18)が、回折微細構造(11a)の前記格子(11)を形成する前記部分(11b)に隣り合って配置されることを特徴とする、請求項6に記載の光学部品。
【請求項８】
前記増幅部分(18)が、金、銀、白金、アルミニウム、インジウムアンチモンを基材とする金属材料で、または半導体材料で作られることを特徴とする、請求項6または7に記載の光学部品。
【請求項９】
前記増幅部分(18)の厚さ(h)が実質上、前記放射の波長より小さいことを特徴とする、請求項6から8のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１０】
前記増幅部分(18)が、回折微細構造(11a)の前記格子(11)を形成する前記部分(11b)の、前記回折微細構造(11a)とは反対側の面を覆うことを特徴とする、請求項6から9のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１１】
前記増幅部分(18)および回折微細構造の前記格子(11)を形成する前記部分(11b)が、同じ材料で作られることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１２】
回折微細構造の前記格子を形成する少なくとも一部分(11b)と1つまたは複数の増幅部分(18)とで形成された交互スタック、あるいはそれぞれ回折微細構造の前記格子と少なくとも1つの増幅部分(18)とを形成するいくつかの部分(11b)を含むことを特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１３】
回折微細構造の前記格子を形成する前記部分(11b)が、導電性材料および/または誘電性材料で作られることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１４】
回折微細構造の前記格子(11)が、凹んだ部分によって隔てられた突出部分、または貫通孔(20)によって隔てられた固体部分、または固体誘電性部分によって隔てられた固体導電性部分を含むことを特徴とする、請求項1から13のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１５】
回折微細構造の前記格子(11)が、実質上円形でかつ同心状の波形を含むことを特徴とする、請求項1から14のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１６】
回折微細構造の前記格子(11)が、回転下で変化しないことを特徴とする、請求項1から15のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１７】
回折微細構造の少なくとも1つの格子(11)を形成する前記部分(11b)の周期が調整されることを特徴とする、請求項1から16のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１８】
回折微細構造の少なくとも1つの格子を形成する前記部分(11b)が、異なる周期(p1'、p2')を有する隣り合ったいくつかの格子(R1、R2)を含むことを特徴とする、請求項1から17のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項１９】
回折微細構造の少なくとも1つの格子(11)を形成する前記部分(11b)が、中心部分に、周期性の途切れた部分(19)を含むことを特徴とする、請求項1から18のいずれか一項に記載の光学部品。
【請求項２０】
前記周期性の途切れた部分が、固体または空隙であることを特徴とする、請求項19に記載の光学部品。
【請求項２１】
前記空隙が、前記増幅部分(18)内へ延びることを特徴とする、請求項6とともに請求項20に記載の光学部品。
【請求項２２】
請求項1から21のいずれか一項に記載の光学部品を含むことを特徴とする、近接場検出光学装置。
【請求項２３】
前記光学部品の下流に配置された、変換された伝搬波(16')のための検出器(17)を含むことを特徴とする、請求項22に記載の近接場検出光学装置。
【請求項２４】
前記光学部品(10)の下流に配置された固浸レンズ(21)であって、変換された伝搬波(16')のための前記検出器(17)がある場合、前記検出器(17)の上流に配置される固浸レンズ(21)を含むことを特徴とする、請求項22または23のいずれか一項に記載の検出装置。
【請求項２５】
光情報媒体上の読み出しヘッドもしくは読み書きヘッド、または近接場光学顕微鏡プローブであることを特徴とする、請求項22から24のいずれか一項に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近接場透過で作動する光学部品に関する。そのような部品は、物体に放射を照射しかつ反射した放射を集めるための近接場検出装置内に、または物体から放出される放射を集めるための検出装置内に組み込むことができ、この部品は、物体に対して近接場に配置される。これらの装置は、たとえば、光情報媒体上の光情報のための読み出しヘッドもしくは読み書きヘッド、または光学顕微鏡の近接場プローブとすることができる。
【背景技術】
【０００２】
物体の周囲では、2つの領域を区別することが想起される。第1の領域は、非近接場（ファーフィールド）領域であり、そこに検出器が配置され、第2の領域は、その物体の表面付近の近接場（ニアフィールド）領域である。近接場では、物体と光学部品の間の距離は、λ/2π未満である。λは、物体から反射または放出された放射の波長を表す。近接場領域に関するこの制約はさらに、λ/2πではなくλに緩和することができる。実際λ/2πでは、近接場信号は、物体から生じる信号の50%であり、したがってこれは検出可能である。近接場の基準として、物体と光学部品の間の距離はπ未満になるように設定することができる。
【０００３】
近接場光学検出装置については、[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、および[6]の番号を付けた文書に記載されている。これらの完全な参照は、記載の最後にある。
【０００４】
最初の4つ[1]、[2]、[3]、[4]では、通常、近接場光学部品として固浸レンズ1が使用される。LasF35ガラス(ショット社（Schott corporation）のカタログからの名称)またはダイヤモンドなどの屈折率の高い材料で作られたこのレンズ1は通常、集束対物レンズ3に面する第1の球面ジオプトリ2と、ディスク5に面する第2のジオプトリ4とを有する。この第2のジオプトリ4は、図1Aに示すように平坦に、または文書[3]に記載のように凸状にすることができる。固浸レンズ1に対して集束対物レンズ3の反対側に、検出器8が配置される。
【０００５】
ジオプトリ2、4間でレンズ1を切り取ることができるようになっている。切り取りは、この場合光ディスクである物体5に面する第2のジオプトリ4の表面を最小にするように、第1のジオプトリ2から第2のジオプトリ4まで行われる。さらに、図1Bに示しかつ文書[4]に記載のように、第2のジオプトリ4の近傍に、誘電性材料の実質上円錐台形の末端部6を配置することが提案される。実質上円錐台形の末端部6は、物体(図1Bには図示せず)の方を向く。実質上円錐台形の末端部6の側面のうちの最もとがった部分の反対側の部分に、金属コーティング7が塗布される。このコーティング7は、物体5側の、実質上円錐台形の末端部6の最もとがった部分を残す。その後、そのような実質上円錐台形の末端部6は、特に近接場検出による光学顕微鏡内で、光ファイバの端部に配置された光学プローブに組み込まれる。この顕微鏡構成では、光ファイバは、コアおよびクラッドを含む。光ファイバの端部はとがった部分であり、コアの誘電性材料で作られたその端部または開口の直径は、数十ナノメートル程度(たとえば約50ナノメートル)である。これは、使用される放射の波長よりはるかに小さい。とがった部分の側面は、先端部を除き、金属で被覆される。金属コーティング7は、物体を照らしまたは物体から集められる放射を振り向けるために使用される。
【０００６】
そのような検出装置の分解能は、開口の寸法および物体までの距離に依存し、波長には依存しない。
【０００７】
プローブは、その先端部に面しているとわかった近接電磁場を検出する。これにより、波長より寸法の小さい物体の細部に関する情報を得ることができる。物体から反射された電磁場は、プローブの開口で結合され、次いでファイバを通じて検出器まで導かれる。近接場は局部的に検出され、検出は直接行われる。磁場の性質は変わらない。磁場をマッピングすることによって、物体を再構成することができる。
【０００８】
物体5は、その微細構成に関する情報を有しかつその表面の材料の光学特性に依存する電磁波を放出または反射することが想起される。放射または反射されたスペクトルは、2つの部分に分けることができる。一方の部分は、いわゆる均一な円錐によって形成され、伝搬電磁波を含む。伝搬電磁波は、光学系全体のカットオフ周波数未満の周波数で情報を有し、放射され、したがって使用される放射の波長より長い距離のところで検出器で検出することができる。いわゆる不均一な円錐によって形成される他方の部分は、エバネッセント電磁波を含む。エバネッセント電磁波は、物体の表面付近に位置し、かつ物体から離れて伝搬するとその振幅が指数関数的に減少する。これらの放射されないエバネッセント波は、物体のサブ波長レベルの細部に関する情報の搬送波であるが、局在化したままであり、検出器によって直接検出することはできない。固浸レンズまたはプローブは、これらの波を、フラストレーション効果によってその場に集める。
【０００９】
実際、各放射は、1組の波数ベクトル対(kx、kz)である角スペクトルに分解することができる。ここでkxは横成分であり、kzは伝搬成分である。両成分は、以下の分散関係によって関係付けられる。
kx2+kz2=n2k02
上式で、nは媒体の屈折率であり、k0=2π/λである。
【００１０】
均一な円錐は、
-k0≦kx≦k0
を実証する1組の波数ベクトル対(kx、kz)によって画定される。
【００１１】
不均一な円錐は、
-k0>kx>k0
を実証する1組の波数ベクトル対によって画定することができる。
【００１２】
プローブによって検出される信号レベルは、物体のうちのプローブの先端部の下に存在する部分にのみ依存する。この先端部は非常に小さく、その最小の直径は数ナノメートルから数百ナノメートルであり、この直径は、物体から反射または放出された放射の波長より小さいままである。したがって、プローブが所定の位置にあるとき、物体のうちのその先端部に面する細部のみを検出する。ポイントツーポイント検出が実現し、したがってポイントツーポイント測定が実現する。プローブで物体を走査することによって、各ポイントで検出された情報を並置することで、近接場マップを確立することができる。
【００１３】
[5]と参照する文書では、光ディスクを読み取るための板状の金属プローブについて記載している。この金属プローブは、中心開口と、この中心開口に対して移動させた1つまたは2つの穴とを含む。これらの穴は、ディスクの読み取るべき側に配置される。これらの穴を用いると、表面波、いわゆるプラズモンにより、さらなる近接場をプローブの中心開口内に戻すことができ、ディスクが有するマークの視認性を高めることができる。穴に一致するマークの存在により、プラズモンのための共振空洞を生み出し、それによって透過される磁場を変える。マークの視認性が高められる。プラズモンは、特定のエバネッセント波である。
【００１４】
[6]と参照する文書では、近接場光学顕微鏡のためのまたは媒体上の情報を読み取るための金属検出プローブについて記載している。金属検出プローブは、ピペット状部分を含み、その空いた端部の反対側には、周期的な起伏の特徴のある金属フランジを有する。このフランジは、さらなる電磁場をピペット内に戻すために使用される。
【００１５】
これらの最後の文書のどちらにも、透過中の回折効果による変換はない。
【００１６】
先端部の寸法が小さく、またポイントツーポイント作動であるため、先端部と物体の間の距離を制御することが重要であり、物体から反射または放出される放射は低速で集められる。この近接場検出タイプは、光ディスク上の情報の読み出しにはあまりうまく適合されていない。ディスクが有するマークは、ディスクが回転するにつれて徐々に、1つずつ検出される。これを有益なものとするためには、処理能力をより大きくできなければならないはずである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第5125750号明細書
【特許文献２】国際公開第00/23840号
【特許文献３】国際公開第03/062864号
【特許文献４】米国特許出願第2005/0161594号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】「Near-field optics simulation of a solid immersion lens combining with a conical probe and a highly efficient solid immersion lens-probe system」Yuan-Fong Chauら、Journal of applied physics、Volume 95、Number 7、2004年4月1日、3378〜3384頁
【非特許文献２】「Strategies for employing surface plasmons in near-field optical readout systems」Choon How Ganら、Optics express、2006年3月20日、Volume 14、No.6、2385〜2397頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、詳細には、近接場検出装置の前述の欠点を回避できる、近接場透過で作動する光学部品を提案することである。特に、この光学部品には、広い表面にわたる情報の高速の読み出しに適合しないポイントごとに作動する部品の欠点がない。
【００２０】
特に、一目的は、近接場検出装置が近接場光学顕微鏡プローブであるかそれとも光情報読み出しヘッドであるかにかかわらず、それらで現在得られるものより速い放射収集速度を提供できるそのような部品を提案することである。
【００２１】
別の目的は、不均質波を回収し、したがって従来の光学系では見ることができない物体の細部を検出できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
これをうまく行うために、本発明は、いくつかの周期にわたって互いに続く回折微細構造の少なくとも1つの格子を形成する少なくとも一部分を含む、近接場透過で作動する光学部品であり、物体がある波長を有する放射を反射または放出したとき、この格子は、部品と近接場に位置する物体との間に確立されるエバネッセント波を、その部分を通じて透過中の回折効果によって伝搬波に変換することができる。格子の周期は、物体から放出または反射される放射の波長と同じオーダーである。
【００２３】
格子周期は、物体から放出または反射される放射の波長未満になるように選択すると有利である。
【００２４】
したがって、光学部品の横方向寸法は、放射の波長の数倍より大きく、またさらには実質上、放射の波長の約100倍に等しい。
【００２５】
格子の周期pは、kx-k0<2π/p<kx+k0の関係を実証することができる。上式で、k0=2π/λであり、kxは物体から放出されるエバネッセント波の横成分である。
【００２６】
別法として、格子の周期pは、kx-2k0<2π/p<kx-k0を実証することができる。上式で、k0=2π/λであり、kxは、物体から放出されるエバネッセント波の横成分である。
【００２７】
光学部品は、エバネッセント波を変換前に増幅する少なくとも一部分をさらに含むことができ、この部分は、回折微細構造格子を形成する部分と協働する。
【００２８】
増幅部分は、回折微細構造格子を形成する部分に隣接して配置することができる。
【００２９】
増幅部分は、金、銀、白金、アルミニウム、インジウムアンチモンを基材とする金属材料で、または半導体材料で作ることができる。
【００３０】
増幅部分の厚さは実質上、放射の波長より小さいことが好ましい。
【００３１】
増幅部分は、回折微細構造の格子を形成する部分の、回折微細構造とは反対側の面を覆うことができる。
【００３２】
増幅部分および回折微細構造の格子を形成する部分は、同じ材料で作ることができる。
【００３３】
光学部品は、回折微細構造の格子を形成する少なくとも一部分と1つまたは複数の増幅部分との交互スタック、あるいはそれぞれ回折微細構造の格子と少なくとも1つの増幅部分とを形成するいくつかの部分で形成できると有利である。
【００３４】
回折微細構造の格子を形成する部分は、導電性材料および/または誘電性材料で作ることができる。
【００３５】
回折微細構造の格子は、凹んだ部分によって隔てられた突出部分、または貫通孔によって隔てられた固体部分、または固体誘電性部分によって隔てられた固体導電性部分を含むことができる。
【００３６】
回折微細構造の格子は、実質上円形でかつ同心状の波形を含むことができる。
【００３７】
光学部品の透過を改善するために、回折微細構造の格子は、回転下で変化しないことが好ましい。
【００３８】
回折微細構造の格子を形成する部分の周期は、調整することができる。
【００３９】
いくつかの異なる放射で光学部品を使用できるようにするために、回折微細構造の少なくとも1つの格子を形成する部分が、異なる周期を有する隣り合ったいくつかの格子を含むことができる。
【００４０】
光学部品の透過を高めるために、回折微細構造の格子を形成する部分が、中心部分で周期性の途切れた部分を含むようにすることができる。
【００４１】
周期性の途切れた部分は、固体または空隙とすることができ、これにより光学部品の芯取りを容易にする。
【００４２】
増幅部分がある場合、空隙は増幅部分内へ延びることが好ましい。
【００４３】
本発明はまた、こうして定義された光学部品を含む近接場検出光学装置に関する。
【００４４】
近接場検出光学装置は、光学部品の下流に配置された、変換された伝搬波のための検出器を含むことができる。
【００４５】
近接場検出光学装置は、光学部品の下流に配置された固浸レンズを含むことができ、この固浸レンズは、変換された伝搬波のための検出器がある場合、この検出器の上流に配置される。
【００４６】
近接場検出光学装置はまた、光情報媒体上の読み出しヘッドもしくは読み書きヘッド、または近接場光学顕微鏡プローブとすることができる。
【００４７】
本発明は、添付の図面を参照して、純粋に例として示し決して限定するものではない例示的実施形態についての説明を読めば、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】現況技術に近い例示的近接場光情報読み出しヘッドの図である(すでに述べた)。
【図１Ｂ】現況技術に近い例示的近接場光情報読み出しヘッドの図である(すでに述べた)。
【図２】近接場検出装置内に取り付けられた、本発明による例示的光学部品の横断面図である。
【図３Ａ】周期を調整された、本発明による新規な例示的光学部品の横断面図である。
【図３Ｂ】周期を調整された、本発明による新規な例示的光学部品の横断面図である。
【図４Ａ】本発明による新規な例示的光学部品の横断面図である。
【図４Ｂ】本発明による新規な例示的光学部品の横断面図である。
【図５】回折微細構造のいくつかの格子を備える、本発明によるさらなる例示的光学部品の上面図である。
【図６】回折微細構造の格子を形成するいくつかの部分およびいくつかの積み重ねられた増幅部分を有する、本発明による例示的光学部品の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図から図へ容易に移行できるように、様々な図の同一、類似、または同等の部分は、同じ番号の参照を有する。
【００５０】
図をより見やすくするために、図中に示す様々な部分は、必ずしも均等な縮尺に従って示していない。
【００５１】
次に、本発明の目的である第1の例示的近接場検出光学部品を示す図2を参照されたい。
【００５２】
この光学部品は透過で作動し、回折微細構造11aの少なくとも1つの格子11を形成する少なくとも一部分11bを含む。この格子11は、少なくとも3つの連続する回折微細構造11aを含み、回折微細構造11aは同じ周期pごとに分けられる。図2では、回折微細構造11aの格子11は、板の表面にあり、物体12の方に向けられているが、後に図4Aに見られるように、他の構成ではその背面を物体12に向けることも可能である。
【００５３】
図2に記載の例では、物体12は、観察するべきサンプルであり、光学部品10は、近接場光学顕微鏡のプローブ内に取り付けられるものとする。そのような光学部品で他の物体を検出することもでき、これらは光情報媒体とすることができる。この場合、本発明の目的である光学部品は、光情報の読み出しまたは読み書き用のヘッド内に組み込まれる。
【００５４】
これらの回折微細構造11aは、波形、すなわち、凹んだ部分によって隔てられた突出部分、または貫通孔によって隔てられた固体部分、または誘電性部分によって隔てられた導電性固体部分(たとえば貫通孔したがって空気を有する銀の支持体)、またさらには様々な性質の他の誘電性部分(たとえばシリカおよびガラスもしくは他の材料)によって隔てられた誘電性部分によって形成することができる。
【００５５】
図2では、回折微細構造11aの格子11は、貫通孔20によって隔てられた固体部分を含む。貫通孔20は、フォトリソグラフィにより、薄い金属層内に作ることができる。
【００５６】
物体12は、放射で照らされるとき、または放射を放出するとき、先に説明したように2種類の放射を放出する。したがって、物体12付近では、均質波15とエバネッセント波16が区別される。均質波15は、均一な円錐14内で伝搬することができ、均質波の波数ベクトルは横成分kxが小さく、|kx|≦k0となる。
【００５７】
従来の近接場検出装置では、そこに到達した均質波を集める役割を担う検出器17は、均一な円錐14内に配置される。
【００５８】
エバネッセント波16は横成分kxが強く、kx>k0となり、物体12付近に局在化する。エバネッセント波は、物体12のサブ波長寸法の細部13、すなわち物体の最も微細な細部に関する情報を含む。
【００５９】
本発明の目的である光学部品は、エバネッセント波16を、均一な円錐14内で伝搬しかつ検出器17に到達できる波16'に変換するという目的を有する。この変換は、回折微細構造11aの格子11を通じて透過中の回折効果によって実施される。格子11の透過中の回折効果は、以下のような横成分kxから成分kx'への変換によって表される。
kx'=kx±mG (1)
上式で、mは、回折次数を表す自然数であり、G=2π/pは、検出しようとする物体12内に存在する空間周波数を表す。数量pは、回折微細構造の格子の周期であり、物体12から反射または放出される放射の波長と同じオーダーである。オーダーとは、波長の約10分の1倍から2倍からなることを意味する。
【００６０】
格子の周期pが、物体12から反射または放出される放射の波長より小さくなるように選択されると有利である。
【００６１】
強い透過の利益を得るために、-1に等しい回折次数mを選択すると有利である。もちろん、mに対して別の値、特に値+1を選択することが可能である。変換前の横成分kxに対して、光学部品10を通じて変換後の横成分kx'は、反時計回り方向の回転にかけられる。横成分kx'は、均一な円錐14内に戻され、伝搬しかつ放射する。これは、検出器17によって検出することができる。本発明による光学部品10の目的は、サブ波長情報を均一な円錐14内へ導入できるようにすることである。この情報は、以前は、不均一な円錐内に留まり、検出器まで自由に伝搬しなかったので、円錐14内に入ることはなかった。
【００６２】
この変換を最適化するためには、回折微細構造の格子11の周期pを、物体12から放出されるエバネッセント波16の周波数に変えることが好ましい。周期pが設定されると、エバネッセント波16上で、近接場から非近接場への変換が実施され、その横成分kxは、以下の関係を実証する。
2π/p-k0<kx<2π/p+k0 (2)
格子の周期は、以下を実証する。
kx-k0<2π/p<kx+k0 (3)
【００６３】
空間周波数がk0より高い、すなわちより大きな周波数範囲内に含まれるエバネッセント波を変換しようとする場合、結果は以下の通りである。
2π/p+k0<kx<2π/p+2k0 (4)
【００６４】
これは、以下を実証するより小さな周期pの選択を必要とする。
kx-2k0<2π/p<kx-k0 (5)
【００６５】
これにより、図3A、3Bに示すように、周期pで調整され、すなわち周期が可変の格子を有する、本発明による光学部品を作製することができる。これによって、いくつかの種類の不均質波を一度に変換することができる。いくつかの周期が存在することで、部品全体の性能が改善される。周期性により、周波数またはスペクトル情報を透過することができる。
【００６６】
この場合、格子11内で、いくつかの領域z1〜z4が区別され、各領域が、領域ごとに異なるそれぞれの周期p1、p2、p3、p4を有する。各領域では、微細構造がいくつかの一定の周期にわたって互いに続く。これらの領域z1、z2、z3は、互いに入れ子にすることができ、または互いに続くことができ、これは、回折微細構造11aによって形成されるパターンに依存する。図3A、3Bでは、回折微細構造11aの格子11は、実質上同心円状の溝によって隔てられた突出部分で形成されるものとする。その結果、回転下で変化しない光学部品が得られる。
【００６７】
図3Aでは、2つの同心状の領域z1、z2のみが存在し、z1領域は領域z2より中心にある。これらの周期p1、p2は、領域z1から増大している。図3Bでは、4つの同心状の領域z1、z2、z3、z4を、部分11bの中心部分からその縁部までこの順序で区別することができる。これらの周期p1、p2、p3、p4は、領域z1から低減している。回折微細構造11aに対して、多くの他の形状を企図することができる。
【００６８】
実質上同心円状の溝によって隔てられた突出部分によって作製された回折微細構造の格子11を有する代わりに、図3Bに示すように、らせん状の溝によって隔てられた突出部分によって、またさらには図4Aに示すように、実質上直線で平行な溝によって格子11を作製することができる。
【００６９】
別の実施形態では、図4Bに示すように引っ込めて設けた底面に分散させたスタッド40のパターンによって、回折微細構造11aの格子11を形成する部分11bが作製されることを企図することができる。この構成では、底面は、後に説明する増幅部分18を形成する。
【００７０】
図6に示すように、回折微細構造11aの格子を形成する部分11bが、金属板内に埋め込まれた誘電性材料パッド60で、または逆に誘電性材料板内に埋め込まれた金属パッド61で形成されることも企図することができる。
【００７１】
多くの他の構成が可能であり、説明した例は、限定するものではない。
【００７２】
回折微細構造11aの格子11を形成する部分11bは、アルミニウム、金、銀、白金を基材とする金属材料、および/あるいはガラス、セラミック、ダイヤモンド、有機もしくは無機樹脂、またさらにはシリコンなどの誘電性材料で形成することができる。
【００７３】
本発明による光学部品の横方向寸法Tは、物体12から反射または放出される放射の波長より長く、これは、プローブの先端部が波長より短かった従来技術の場合とは異なる。光学部品10の横方向寸法Tとは、光軸XX'、すなわち検出器17への波の伝搬の一般的な方向に対して横切る方向のその最大寸法を意味する。これは、部分11bが円形である場合、その直径とすることができる。この横方向寸法Tは、波長の数倍を上回ることができ、波長の約100倍に到達することもできる。部品を大きく拡大すると、変換するべきエバネッセント波が格子のいくつかの周期に遭遇するはずなので、効果的に伝搬波に変換するために望ましい。前述のように、光学部品の周期がさらに調整される場合、その横方向寸法はいっそう大きくなり、たとえば約100マイクロメートル程度となる。
【００７４】
先に述べたように、変換を可能な限り最善に行い、かつ寄生を排除するために、周期pの選択は重要である。最善の変換条件は、回折が、単一の次数m、好ましくは絶対値1に等しい次数mで実施され、かつゼロ次数(m=0)が削除されるときに得られる。ゼロ次数が削除されるとは、伝搬する均質波15が、変換後に得られた均一な円錐14内に存在する伝搬波16'に加えられないように、光学部品10を越えると激しく減衰することを意味する。特に部品の周期が調整される場合、近接場内で検出器17が受け取った情報と、物体12にあるその元の情報との間に単一のリンクを確立できるので、これらの均質波15の減衰は大きくなる。
【００７５】
周期pが賢明に選択された場合、最初から均質な伝搬波15自体は、光学部品を越える間に、絶対値1に等しい回折次数でエバネッセント波(図示せず)に変換される。したがってこれらの波は、検出器17に到達しない。関係(3)、(5)によって上に指定した間隔の中央値に近い周期pの値が、特に適している。
【００７６】
本発明の目的である光学部品を越える前に、エバネッセント波16を増幅できると有利である。こうして、変換するべきエバネッセント波16は、信号レベルの点で、寄生波と見なされる他の波と比べて好ましいものとすることができる。
【００７７】
増幅は、光学部品内の物体12側に、プラズモンまたは表面波を光励起する増幅部分18を含むことによって実施することができる。この増幅部分18は、比誘電率の実部が負である材料で作製することができる。そのような材料はたとえば、金、銀、白金、さらにはアルミニウム、インジウムアンチモン(InSb)などの貴金属、またさらにはシリコンなどの半導体である。
【００７８】
この増幅部分18は、図3Aに示すように、回折微細構造11aの格子11を有する部分11bとともに積み重ねることによって、2層を形成することができる。別法として、図4Bに示すように、増幅部分18と回折微細構造11aの格子11を形成する部分11bとを互いに組み込むことができる。増幅と変換は同時に起こり、寸法λの光子は、格子と増幅層を同時に見る。
【００７９】
増幅部分18の厚さhは、物体12から反射または放出される放射の波長の概算値より小さいと有利である。
【００８０】
この増幅部分18の材料は、エバネッセント波の増幅を促進しかつ伝搬する均質波を隠すべきその比誘電率に対して選択される。この増幅部分18は、高域通過周波数フィルタの機能を有する。増幅部分がない場合は、回折微細構造の格子は、観察するべき物体12に面するように配置されることが好ましい。物体12は、金属であることが好ましい。
【００８１】
回折微細構造11aの格子11を備える部分11bおよび増幅部分18は、図3Bに示すように、同じ材料で作ることができ、または逆に、特に図3A、4Aに示すように、異なる材料で作ることができる。特に部分11bに溝が設けられ、また図3Aに示すように固体部分が隣接しておらず、同心状の円環または直線の棒の形状をとる場合、増幅部分18は、回折微細構造の格子11を形成する部分11bのための支持体として使用することができる。
【００８２】
図3A、3B、4A、4Bに示すように、本発明による光学部品の中心領域内に、周期性の途切れた領域19を設けることができる。この周期性の途切れた領域19は、図3A、3B、4Aの場合のように、空隙とすることができ、または図4Bの場合のように、回折微細構造のない固体部分とすることができる。この固体部分は、金属または誘電体とすることができる。この周期性の途切れた領域19は、特に回折微細構造11aが固体であるとき、光学部品の透過を改善するという利点を有する。領域19はまた、光学部品の芯取りのための、および光学部品が取り付けられるヘッドまたはプローブのサーボ制御のためのマーカを与えることができる。
【００８３】
これが空隙19であるとき、この領域は、図3B、4Aに示すように、増幅部分18内へ延びることができる。検出するべき物体12の低周波数成分は、周期性の途切れた領域19を通過する。この周期性の途切れた領域19では、周波数変換が生じず、これは、プローブ型または読み出しもしくは読み書きヘッド型の従来の装置で発生するものに近くなる。回折微細構造11aの格子11が円形対称性の起伏の特徴を有し、かつ固体であるとき、空隙19を通じた透過は大幅に改善される。
【００８４】
次に、図5に示す、本発明による光学部品に注目されたい。この光学部品を上面図に示す。回折微細構造のいくつかの隣り合った格子R1、R2、R3を形成するその部分11bのみが見られる。回折微細構造の3つの異なる格子R1、R2、R3は区別される。これらの格子R1、R2、R3は、貫通孔51を備える実質上方形の固体層50によって作製されるものとする。貫通孔51は行と列に配置され、格子R1、R2、R3は2次元である。格子は1次元であると企図することもでき、単一の行または単一の列に沿って孔を配置して形成することができる。図5内の左上に配置された第1の格子R1は、周期p1'を有する。右上に配置された第2の格子R2は、周期p2'を有する。これらの格子R1、R2はどちらも実質上、同じ表面積を占める。周期p1'は、周期p2'より大きい。第1の格子R1の孔51は、第2の格子R2の孔51より大きく、また数も少ない。
【００８５】
層50の下部に配置された第3の格子R3の表面積は実質上、第1の格子R1の面積に第2の格子R2の面積を加えた和に等しい。第3の格子R3は、可変周期を有し、その中心部分内に周期性の途切れた領域52、次いで両側に周期p3'を有する2つの第1のストリップ53、次いで周期性の途切れた領域52からさらに離れて、周期p4'を有する2つの他のストリップ54を有する。異なるストリップ53、54は並置される。周期p3'は、周期p4'より大きい。これらのストリップ53、54内に配置された孔51は、実質上同じ寸法のものである。第3の格子R3の周期は、p3'からp4'へ進むとき、その中心部分から離れるにつれて、いっそう小さくなる。
【００８６】
検出器17に到達する情報の強度をさらに高めるために、回折微細構造11aの少なくとも1つの格子11を備える少なくとも一部分11bと、1つまたは複数の増幅部分18とを交互に積み重ねることによって、あるいはそれぞれ回折微細構造の少なくとも1つの格子11と少なくとも1つの増幅部分18とを備えるいくつかの部分11bを積み重ねることによって、本発明の光学部品を作製することができる。この重ね合わせでは、変換するべきエバネッセント波は、回折微細構造11aの少なくとも1つの格子11を形成する部分11bに到達する前に、まず増幅部分18を越える。この実施形態を図6に示す。
【００８７】
次に、再び図4Aを参照して、本発明による例示的光学部品について詳細に説明する。本発明による部品は、光情報を読み取るためのヘッドまたは読み書きヘッドとすることができる近接場検出装置に、一体化されているものとする。
【００８８】
近接場検出装置は、検出器17と協働する、本発明による部品10を含む。固浸レンズ21は、本発明による光学部品10と検出器17の間に挿入される。より具体的には、固浸レンズ21と、回折微細構造11aの格子11を備える部分11bは、接着などの任意の適切な手段または任意の別の手段によって、互いに組み合わせられる。この組み合わせは、固浸レンズ21の第2のジオプトリで、すなわち検出するべき物体12に最も近い部分で実施される。
【００８９】
検出装置は、波長400ナノメートルの放射で作動するものであるとする。
【００９０】
本発明の目的である光学部品は、回折微細構造11aの格子11を備える部分11bと、積み重ねられた増幅部分18とを有し、増幅部分18は、検出するべき物体12側にあるものとする。回折微細構造11aの格子11は、実質上円形かつ同心状の溝11cを含む。格子11の周期pは、実質上一定であり、100ナノメートルの値を有する。溝11cの幅は50ナノメートルであり、溝11cの深さは20ナノメートルである。たとえば貴金属の増幅層18の厚さは、30ナノメートルである。本発明の目的である部品の総厚さは50ナノメートルである。増幅部分18および回折微細構造の格子を形成する部分11bは、同じ材料、たとえば貴金属で作られるものとする。
【００９１】
光学部品の中心領域では、増幅部分内に延びる空隙19が設けられる。直径約40マイクロメートルの光学部品の場合、空隙19は、約0.02マイクロメートル〜10マイクロメートルからなる直径を有することができる。
【００９２】
プラズモン効果によって、すなわちエバネッセント電磁波の強い励起によって作動する増幅部分18を設けることにより、2π/λを超える高い空間周波数の範囲の透過を促進することができる。回折微細構造11aの格子11を形成する部分11bの中心部分に周期性の途切れた領域19が存在することによって、またさらに透過を増大させることができ、この光学部品を含む検出装置の位置を芯取りしかつ制御するためのマーカを提供することができる。周期性の途切れた領域が固体である場合でも、芯取り（センタリング）および制御を実現することができる。
【００９３】
回折微細構造11aの格子11を形成する部分11bは、増幅部分18によって透過された電磁場を非近接場に変換するという機能を有し、したがって、固浸レンズ21が存在する限り、そこを通過することによって検出器17に到達することができる。その結果、その周波数は主に増幅部分18内でプラズモン効果によって増幅されたものに対応するので、検出器17に到達した信号を処理することが可能になる。格子11の周期が、物体12から反射または放出される放射の波長未満であるので、これらの周波数は通常、非近接場検出器の従来の制限を上回る。
【００９４】
次いで、そのような光学部品の分解能Rは、物体12が浸漬された媒体の屈折率n1(一般に空気であり、したがってn1=1)、および本発明の目的である部品によって変換された波が部品から出るときに伝搬する媒体の屈折率n2を導入することによって、大まかに評価することができる。これは、図4Aの構成内の固浸レンズの屈折率とすることができる。この分解能Rは、以下の式で表すことができる。
R=λ/2(n1+λn2/p)
【００９５】
この式は、使用される波長λより周期pが小さい場合、分解能Rはλ/2n1より小さくなることを示す。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態について示し、かつ詳細に説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、異なる変更および改変形態を提供できることが理解されよう。これらの改変形態は、回折微細構造の形状およびそれらが形成するパターンのレベルで加えることができる。様々な記載の改変形態は、互いに排他的ではないものと理解されたい。
【符号の説明】
【００９７】
10  光学部品
11  格子
11a  回折微細構造
11b  部分
11c  実質上円形かつ同心状の溝
12  物体
13  細部
14  均一な円錐
15  均質波、均質な伝搬波
16  エバネッセント波
16'  伝搬波
17  検出器
18  増幅部分
19  周期性が途切れた領域、空隙
20  貫通孔
21  固浸レンズ
40  スタッド
50  実質上方形の固体層
51  貫通孔
52  周期性が途切れた領域
53  第1のストリップ
54  ストリップ
60  誘電性材料パッド
61  金属パッド
h  厚さ
p  周期
p1  周期
p2  周期
p3  周期
p4  周期
R1  第1の格子
R2  第2の格子
R3  第3の格子
T  横方向寸法
XX'  光軸
z1  同心状の領域
z2  同心状の領域
z3  同心状の領域
z4  同心状の領域
【図１Ａ】
2009540312.tif 000003
【図１Ｂ】
2009540312.tif 000004
【図２】
2009540312.tif 000005
【図３Ａ】
2009540312.tif 000006
【図３Ｂ】
2009540312.tif 000007
【図４Ａ】
2009540312.tif 000008
【図４Ｂ】
2009540312.tif 000009
【図５】
2009540312.tif 000010
【図６】
2009540312.tif 000011
【国際調査報告】
2009540312.tif 000012
2009540312.tif 000013
2009540312.tif 000014
2009540312.tif 000015
2009540312.tif 000016
2009540312.tif 000017