(57)【要約】【課題】光ファイバ探針上にコーティングされた金属層間に発生する電位差を利用して光の透過率を高めることのできる光ファイバ探針を提供する。【解決手段】外部から入射される光を導波させるためのコアと、該コアを保護するためにその周囲に被覆されるクラッドからなる光ファイバの一側端に形成された近接場探針と、近接場探針内に光が透過されるようにする電位差を発生させるために、近接場探針上に両側に対称的に離してコーティングされた複数の金属薄膜層と、から形成される光ファイバ探針を提供する。これによれば、光ファイバ探針上に離してコーティングされた伝導性物質間に電位差を発生させて透過光量を増加させることによって、光ファイバ探針の信号対雑音比を改善し、再生及び記録にかかる時間を縮めることができる。【選択図】図９ｂ
2005127982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入射される光を導波させるためのコアと、そのコアの周囲に被覆され該コアを保護するクラッドとからなる光ファイバの一側端に円錐形で形成された近接場探針と、
前記近接場探針にコーティングされた複数の金属薄膜層であって、前記近接場探針の両側に対称的に、相互に離れて設けられ、光が透過されるように電位差を発生する複数の金属薄膜層と、
から構成される光ファイバ探針。
【請求項２】
前記金属薄膜層は、電気伝導体物質であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ探針。
【請求項３】
前記金属薄膜層は、収束されたイオンビームを金属薄膜がコーティングされた近接場探針の特定部位に走査して前記金属薄膜を除去することにより形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ探針。
【請求項４】
前記近接場探針上に離れて設けられた複数の金属薄膜層により、前記近接場探針内に光が透過されるようにする電位差が発生することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ探針。
【請求項５】
前記近接場探針上に離れて設けられた複数の金属薄膜層間の距離は、入射される光の波長と前記金属薄膜層の材質により決定されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の光ファイバ探針。
【請求項６】
入力される光の波長が２５０ないし１５００nmであり、前記金属薄膜層の材質がアルミニウムであり、前記近接場探針の一側面にコーティングされた前記金属薄膜層の両側端がなす角度は前記近接場探針の中心に関して６０゜ないし１２０°であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ探針。
【請求項７】
入力される光の波長が４５０ないし１５００nmであり、前記金属薄膜層の材質が銀であり、一側面にコーティングされた前記金属薄膜層の両側端がなす角度は前記近接場探針の中心に関して６０°ないし１２０゜であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ探針。
【請求項８】
レーザー光を発生するためのレーザーダイオード、
光信号を利用してデータを記録するための光ディスク、
前記レーザーダイオードから出射されるレーザー光を導波させるための光ファイバ、
前記光ファイバを通じて導波される光を電位差を利用して透過させて前記光ディスクに照射する近接場探針、及び
前記レーザーダイオードから出射されるレーザー光を集光させて前記光ファイバに照射するレンズを備え、
前記近接場探針にコーティングされた複数の金属薄膜層であって、前記近接場探針の両側に対称的に、相互に離れて設けられて電位差を発生する複数の金属薄膜層を備える光記録装置。
【請求項９】
外部の光源から入射される光を導波させるためのコアと、前記コアの表面に被覆され該コアを保護するるクラッドとを有する光ファイバ、
前記光ファイバを通じて導波される光を透過させるために前記光ファイバの一側端に形成された近接場探針、及び
前記近接場探針にコーティングされた複数の金属薄膜層であって、前記近接場探針の両側の上に対称的に、相互に離れて設けられて、光が透過されるようにする電位差を発生する複数の金属薄膜層と
からなる光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１０】
前記近接場探針の一端に開口部が形成され、前記電位差は前記開口部の光透過率を増加させることを特徴とする請求項９に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１１】
前記開口部を通じて透過される光量は、光透過率の増加にしたがって増加されることを特徴とする請求項１０に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１２】
前記開口部の直径は、前記開口部を通過する光の波長より小さいことを特徴とする請求項１０に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１３】
前記近接場探針は円錐形の構造を有し、この円錐形構造の外部表面に複数の金属薄膜層が形成されることを特徴とする請求項９に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１４】
前記複数の金属薄膜層は、前記円錐形構造の外部表面に形成された一部分であって、互に同一の形状からなることを特徴とする請求項１３に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１５】
前記複数の金属薄膜層は、それぞれ、前記近接場探針の中央線に垂直となる両側面を有することを特徴とする請求項１３に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１６】
前記複数の金属薄膜層は、それぞれ、互いに対応する２つの側面を有することを特徴とする請求項１３に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１７】
前記複数の金属薄膜層は、同一の面積を有することを特徴とする請求項１３に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１８】
前記金属薄膜層は第１及び第２の電気伝導層からなり、前記近接場探針は前記光ファイバのコアから拡張された円錐形構造からなり、前記第１及び第２の電気伝導層は前記近接場の円錐形構造の一部分として形成されることを特徴とする請求項９に記載の光記録再生装置に使用される光ファイバ探針。
【請求項１９】
光を発生するための光源、
前記光源から入射される光を透過させるためのコアと、これを保護するために前記コアの表面にコーティングされたクラッドとを有する光ファイバ、
前記光ファイバを通じて導波される光を記録媒体に照射させるために前記光ファイバの一側端に形成された近接場探針、及び
前記近接場探針にコーティングされた複数の金属薄膜層であって、前記近接場探針の両側に対称的に、相互に離れて設けられて光が透過されるようにする電位差を発生する複数の金属薄膜層を備えることを特徴とする光記録装置。
【請求項２０】
前記近接場探針の一端に形成された開口部を有し、電位差は前記開口部の光透過率を増加させることを特徴とする請求項１９に記載の光記録再生装置。
【請求項２１】
光源から光を発生させ、
コアと、これを保護するためにコアの表面にコーティングされたクラッドとを有する光ファイバを通じて光を導波させ、
前記光ファイバの一側端に形成された近接場探針を通じて光を記録媒体に照射し、
前記近接場探針上に相互に離れて形成された複数の金属層によって電位差を発生させる
光記録再生方法。
【請求項２２】
入力される光の波長が５４０ないし１５００nmであり、前記金属薄膜層の材質が銀であり、前記近接場探針の一側面にコーティングされた前記金属薄膜層の両側端がなす角度は前記近接場探針の中心に関して６０°ないし１２０°であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ探針。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、電位差を利用した光ファイバ探針及びこれを利用した光記録再生装置に関し、特に、光情報記録再生装置や近接場走査光学顕微鏡装置などに使用される光ファイバ探針上に相互に離れてコーティングされた複数の金属層間に発生される電位差を利用して光の透過率を高めることのできる光ファイバ探針及びこれを利用した光記録再生装置に関する。
【技術分野】
【０００２】
一般に、光情報記憶装置に単位面積当たりより多くの情報が格納されるようにするためには、記録光源の波長を減少させるか、集光レンズの開口数を増加させる必要があるが、このために、波長の場合は青色レーザーダイオードが開発されたし、開口数は最大１．０まで可能になった。しかし、このような光情報記憶方式は、高密度の記録が要求される次世代情報記憶装置には光の回折限界などによりその適用に限界があった。
【０００３】
このような限界を克服するための代案技術には、原子間力顕微鏡(AFM)の探針を利用した走査探針記録（scanning probe recording (SPR))技術、超解像媒体技術、光の回折限界を克服した近接場光ファイバ探針を利用した技術などがある。これら従来技術の具現例は次のとおりである。
【０００４】
第一に、従来の近接場光ファイバ探針を利用した技術では、極めて小さい寸法の開口部(およそ数十nmないし数百nm)から出力されるレーザー光を利用している。しかし、前記近接場光ファイバ探針は、機械的強度が非常に弱いために折れやすく、複数本を一度に配列することも容易でない。また、開口部に出力される光の透過率(throughput)が極めて小さく(例えば、１００nm寸法の開口部の場合、透過率は約１０−５ないし１０−７である)、記録及びデータ処理速度面から実際の活用には多くの困難があった。要するに、光情報記憶装置に適用するためには、開口部が高透過率を持ち、また、機械的にもよく摩耗されないだけでなく、複数本に配列され得る探針が要求されるが、前述した従来の光ファイバ探針は上記の要求を満たしておらず、光情報記憶装置の記録及び再生速度を向上させられずにいる。
【０００５】
第二に、半導体プロセスにより複数の開口部を持つ従来の探針を製造する過程について、図１を参照して説明する。図１に示すように、複数のホルダー１１が設けられ、これらホルダー１１の下部には金属薄膜層からなる探針１２が形成され、探針１２と探針１２との間に開口部１３が形成される。しかし、この場合にも探針１２の開口部１３から出力されるレーザービームの透過率は既存の光ファイバ探針と同様に１０−５以下なので、透過率をさらに向上させなければならない。探針１２の端部の穴を透過する光の透過率を向上させるための方法には、プラズモンを励起させる方法と端部の１波長の大きさで発生する光損失領域を最小化する方法などがある。
【０００６】
第三に、プラズモンを励起させて光ファイバ探針の開口部の透過率を向上させるための従来技術の場合、プラズモンモードは励起効率が入射ビームの偏光に左右されるので有効に励起させ難く、プラズモンを效果的に励起させるためには特別な工程を導入し励起可能な構造にする必要がある。
【０００７】
第四に、光損失領域を最小化するために光ファイバ探針の先端部の構造を改善して透過率の高い開口部を作る方法は、既存の光ファイバ探針から導入された方法であり、多段階湿式エッチング工程により極めて大きい先端角(Cone angle)を持つ構造に開口部を作るものの、１次テーパ領域では反射膜をおいて入射される光を反射させ、２次テーパ領域では反射膜から構成された先端角を極めて大きくして光損失領域を最小限に抑える。そして、３次テーパ領域では探針形状にできた極めて小さい開口部をおいて高透過率の開口部を作る。しかし、このように開口部を作る場合、１次テーパ領域の大きさによって最適の高透過率を示す開口部の大きさが定められ、多段階湿式エッチング工程によって製作されるので製造工程が複雑になる。また、光ファイバ探針の先端部の大きさが非常に大きいので、探針方式による光情報格納には適用できないという欠点がある。
【０００８】
第五に、半導体プロセス及び湿式エッチング工程を用いて高透過率の開口部を作るための従来技術では、シリコンに非等方性エッチング工程及び低温酸化膜形成、クロムの蒸着及び湿式エッチングの工程を通じて探針端部を先端角の極めて大きい放物線構造にし、光損失領域を最小限にする探針を製作する。しかし、このような放物線構造の探針では、低温酸化膜形成工程を含む探針製造工程が複雑であるし、実際には探針先端部の形状を放物線形状にし難いという問題点がある。
【０００９】
前述した従来技術は実物から透過率増大を確認したが、これとは別個に、前記反射膜が大きい先端角を持つ構造からなる開口部製造方法と類似な方法を概念的にのみ半導体プロセスに適用した方法が、図２のように提案された。
【００１０】
図２は、シリコン半導体プロセスにより製造された従来の近接場光学ヘッドを説明するための断面図である。図２に示した従来技術では、シリコン半導体プロセスにより比較的大きい開口部(１mmないし２mm)を作った後、反射膜をコーティングするが、この構造が、前記第四番目に例示した従来技術における１次テーパ領域に該当する。このようにコーティングされた反射膜の中心に極めて小さな寸法(６０nm)の穴を形成して高透過率の開口部を形成する。ここで、反射膜上に付加的に非線形薄膜をコーティングし、非線形薄膜を通じて非線形特性である自己収束を発生させて開口部の光透過率をさらに向上させる。
【００１１】
しかし、このような従来の開口部の透過率改善方式は、まず１次テーパ領域に反射膜を形成し、該反射膜に開口部を形成することによって高透過率の開口部を形成できるとはいうものの、実際には殆ど適用不可能である。なぜなら、１次反射膜だけでは、 反射膜により反射された光のモードを開口部に存在できるモードに効率よく転移させられないためである。また、このような開口部の透過率改善方式によれば、既存の光ファイバ探針におけると同様に、光損失の極めて大きい領域が続いて残るし、また、自己収束を誘発する薄膜を反射膜上に追加に薄くコーティングしても実際には自己収束現象が起こらない。なぜなら、屈折率は非線形特性にしたがって空間的に異なってくるので、既に形成された構造において屈折率は空間的に可変されるためである。このような屈折率の変化は空間的に位相遅延の差を発生させ、ビームの大きさ及び形状が異常形態に変わるので、自己収束でなくデフォーカス現象が発生し、ビームの大きさが増加するおそれがある。すなわち、反射膜上に非線形薄膜がコーティングされた構造ではビームの大きさを縮めるのに限界(１波長程度までの大きさ)があるので、実際にはさほど光透過率が増加しない。また、構造的にも、探針形態の構造でなく探針先端部が極めて平坦な構造となるので、探針方式及び近接場方式を同時に適用した方式や探針方式では光情報格納への適用が不可能な問題点がある。
【００１２】
このような問題点を解決するために、大韓民国特許出願第２００１−００７４７３１号では、自己収束現象を発生させ、３次非線形係数の大きい物質で開口部を完全に埋め立ててビームの大きさを半波長程度の大きさに縮め、光損失がほとんどない放物線形態にビームを集めることによって、探針先端部の開口部に効率よく近接場を励起させて光ファイバ探針の透過率を高める技術を提案した。
【００１３】
次に、前記特許出願第２００１−００７４７３１号で提案しているレーザービームの透過率を向上させるための従来技術について説明する。
【００１４】
図３は、前記特許出願第２００１−００７４７３１号で提案しているレーザービームの透過率改善方式が適用される光情報記録再生ヘッドの構造を示す斜視図であって、光情報記録再生ヘッドは大きく２つの部分に分けられた構造となっている。
図３に示すように、光情報記録再生ヘッドは、シリコン基板２１からなり最終的にヘッドの支持体となる下部構造と、逆梯形の構造からなり非線形物質２８が埋め立てられる複数の開口部２５と金属薄膜層２７とからなる探針が形成され、端部が下部構造と連結される上部構造と、に分けられる。
【００１５】
ここで、前記上部構造はシリコン蒸着層２３からなり、前記下部構造と上部構造との境界にはシリコン酸化膜２２が形成される。前記上部構造の底面には金属薄膜層２７からなる複数の探針が形成される。エッチング工程によりシリコン蒸着層２３に形成された逆梯形構造の開口部２５に埋め立てられた非線形物質２８は、上部構造のシリコン蒸着層２３の底面から部分的に露出される。
【００１６】
このような構造を有する従来の光情報記録再生ヘッドの製造方法について簡略に説明すると、以下の通りになる。
【００１７】
シリコン基板２１上にシリコン酸化膜２２を形成した後、シリコン酸化膜２２上にシリコンを蒸着してシリコン蒸着層２３を形成する。シリコン基板２１の底面とシリコン蒸着層２３の上部に第１及び第２の窒化膜(図示せず)を形成した後、シリコン基板２１の底面に形成された前記第１窒化膜をパタニングしてシリコン基板２１底面の所定領域を露出させる。この時、露出されるシリコン基板２１底面の広さは１ないし１０mm２にする。ここで、窒化膜の代わりにシリコン酸化膜やシリコン窒化膜を使用してもいい。
【００１８】
このようにシリコン基板２１底面の所定領域を露出させた状態で、シリコン基板２１の露出された底面を１次エッチング工程でエッチングする。シリコン基板２１底面は１００ないし１０００μm程度エッチングされる。
【００１９】
この時、前記１次エッチング工程は湿式エッチングで施し、シリコン酸化膜２２から所定の厚さ程シリコン基板２１を残留させる。これは、シリコン蒸着層２３が相対的にシリコン基板２１の厚さより極めて薄く形成されるので、シリコン蒸着層２３を物理的に保護するためである。
【００２０】
このように、前記１次エッチング工程が行われると、シリコン蒸着層２３上部に形成された前記第２窒化膜をパタニングしてシリコン蒸着層２３の所定領域を露出させた後、２次エッチング工程により複数の開口部２５を形成する。
【００２１】
ここで、前記２次エッチング工程は湿式エッチングで施す。前記２次エッチング工程のレシピによって開口部２５は逆梯形に形成され、開口部２５の底面にはシリコン酸化膜２２が露出される。この時、前記第１窒化膜が形成されなかったシリコン基板２１の底面でもエッチングが行われて残留していたシリコン基板が除去され、シリコン酸化膜２２の底面が露出される。これにより、シリコン基板２１は開口部２５を中心に分けられる。
【００２２】
しかし、現在の高度に先端化した情報処理分野では一定の領域の記録媒体内により多量の情報を迅速に記録し再生できる技術を要求しており、上述のような従来の開口部の透過率改善方式は、光ファイバを通じて進行する導波光のうち探針の開口部に透過される光の量は増加させたものの、光情報記憶装置の記録及び再生機能を現在の技術水準で要求する段階までは向上させられないという問題点があった。
【特許文献１】大韓民国特許出願第２００１−００７４７３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
したがって、本発明は、上記の問題点を解決するために案出されたものであり、光ファイバ探針上にコーティングされた複数の金属層の間に発生される電位差を利用して光の透過率を高めることのできる光ファイバ探針を提供することにその目的がある。
【００２４】
本発明の他の目的は、相互に離れた金属層の間に発生する電位差を利用して光ファイバ探針の光透過率を高めることによって、近接場走査光学顕微鏡装置がより正確に試料の特性を分析できるようにする光ファイバ探針を提供することにある。
【００２５】
本発明のさらに他の目的は、相互に離れた金属層の間に発生する電位差を利用して光ファイバ探針の光透過率を高めることによって、光情報記録再生装置の記録速度及び再生速度を向上させることのできる光ファイバ探針及びこれを利用した光記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の目的を達成するために、本発明が提供する光ファイバ探針は、外部から入射される光を導波させるためのコアと、そのコアの周囲に被覆され該コアを保護するクラッドとからなる光ファイバの一側端に円錐形で形成された近接場探針と、前記近接場探針にコーティングされた複数の金属薄膜層であって、前記近接場探針の両側の上に対称的に、相互に離れて設けられ光が透過されるように電位差を発生する複数の金属薄膜層とから構成される。
【００２７】
また、本発明が提供する光記録装置は、レーザー光を発生するためのレーザーダイオード、光信号を利用してデータを記録するための光ディスク、前記レーザーダイオードから出射されるレーザー光を導波させるための光ファイバ、前記光ファイバを通じて導波される光を電位差を利用して透過させて前記光ディスクに照射する近接場探針、及び、前記レーザーダイオードから出射されるレーザー光を集光させて前記光ファイバに照射するレンズを備える。前記近接場探針にコーティングされた複数の金属薄膜層であって、前記近接場探針の両側に対称的に、相互に離れて設けられて電位差を発生する複数の金属薄膜層を備える。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、光ファイバ探針上に離隔してコーティングされた電気伝導体物質間に電位差を発生させて透過光量を増加させることによって、光ファイバ探針の信号対雑音比を改善し、再生及び記録にかかる時間を縮めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
図４は、本発明が適用される光情報記録再生装置の構成図である。図４を参照すると、光情報記録再生装置４０は、レーザー光を発生するためのレーザーダイオード４１と、光信号を利用してデータを記録するための光ディスク４２と、レーザーダイオード４１から出射されるレーザー光を導波させるための光ファイバ４３と、光ファイバ４３を通じて導波される光を集光させて光ディスク４２に照射する近接場探針４４と、レーザーダイオード４１から出射されるレーザー光を集光させて光ファイバ４３に照射するレンズ４５と、を備える。
【００３１】
また、本発明が適用される光情報記録再生装置４０は、光ディスク４２により近接場探針４４に反射されて光ファイバ４３を通じて導波される光を分離させるためのビームスプリッタ４６と、ビームスプリッタ４６により分離される光信号を検出して電流信号に変換させる光検出器４７と、光検出器４７により検出された電流信号に基づいて光ディスク４２に記録されたデータを再生する信号再生部４８と、を備える。ここで、レンズ４５は、レーザーダイオード４１から出射されるレーザー光が光ファイバ４３に集光されるように凸レンズ形態にする。そして、光検出器４７は、光信号を電流信号に変換させるフォトダイオードで構成される。
【００３２】
次に、上記のような構造を持つ光情報記録再生装置の動作について詳細に説明する。
【００３３】
まず、光信号を利用して光ディスク４２に情報を記録する過程について述べる。光ディスク４２に情報を記録するためのレーザー光がレーザーダイオード４１から出射されると、このレーザー光はレンズ４５を通じて光ファイバ４３に集光される。このようにレンズ４５により集光されたレーザー光は、光ファイバ４３を通じて導波されて近接場探針４４まで進行される。この時、光ファイバ４３を通じて導波された光のうちごく一部の光だけが近接場探針４４の開口部まで透過されて近接場を形成するが、これは、近接場探針４４の幅が極めて微小なので、光ファイバ４３を通じて導波された光全体が探針４４を通じて透過されず、ごく一部の光だけが探針４４の開口部上に近接場を形成するためである。
【００３４】
このように近接場探針４４の開口部上に近接場を形成する光は、光ディスク４２上にデータを記録する上で利用される。つまり、近接場をなす光が照射されて光ディスク４２上に変形を加えることによってデータを記録する。
【００３５】
したがって、このような方式により光ディスク４２上にデータを記録する際、近接場探針４４を透過する光の量が多くなるほど、光ディスク４２上に変形を加えてデータを記録するのが容易である。これは、近接場をなす光の強度が大きいほど光ディスク４２が容易に変形されるためである。
【００３６】
また、近接場をなす光の直径に比例して光ディスク４２上の変形幅が決定されるので、近接場探針４４の開口部に形成される近接場の直径にしたがって光ディスク４２上に記録されるデータ量が決定される。
【００３７】
したがって、本発明は、光ディスク４２上により多くのデータを迅速に記録するために、近接場探針４４の開口部の直径幅を最小にしながら透過率を高めるための技術を提案している。
【００３８】
次いで、上記の過程により光ディスク４２に記録された情報を読み出す過程について述べる。
【００３９】
各種の情報が記録された光ディスク４２に前述したようにレーザー光を照射すると、光ディスク４２に照射された光が近接場探針４４に反射されて光ファイバ４３を通じてレンズ４５に伝達される。この時、光ファイバ４３を通じて導波された光は、レンズ４５で集光されてビームスプリッタ４６に照射される。そして、ビームスプリッタ４６がレンズ４５から照射された光を分離し光検出器４７に伝達すると、光検出器４７はビームスプリッタ４６により分離される光信号を検出して電流信号に変換させた後、信号再生部４８に出力する。
【００４０】
信号再生部４８は光検出器４７により変換された電流信号に基づいて光ディスク４２に記録されたデータを下記のような過程を通じて再生する。光ディスク４２上にはデータ記録のために変形が加えられた部分と変形されなかった部分が存在し、これら２つの部分から反射される光の強度が異なる。このため、光検出器４７により検出された電流信号の強度も光ディスク４２から反射される光の強度に比例して決定される。このように、光検出器４７により検出された電流信号の強度に差が出るので、信号再生部４８は光検出器４７で変換された電流信号とあらかじめ設定された基準信号の強度とを比較して光ディスク４２に記録された情報を再生する。例えば、電流信号が基準信号より大きいと、信号再生部４８は現在の電流信号を‘１’と認識し、電流信号が基準信号より小さいと、信号再生部４８は現在の電流信号を‘０’と認識することによって、光ディスク４２に記録された情報をデジタル文字として再生する。
【００４１】
上述の如く、近接場探針４２を通じて透過された光を光ディスク４２により反射させて記録されたデータを読み出すので、光ディスク４２により反射される光の強度が強いほど記録された情報を再生するのが容易となる。ここで、光ディスク４２により反射される光の強度は、近接場探針４４を透過する光の強度に比例する。
【００４２】
したがって、本発明は、近接場探針４４の透過率を高めて光ディスク４２上に記録された情報を迅速で正確に再生できるようにするために提案されたものである。
【００４３】
図５は、本発明が適用される近接場走査光学顕微鏡装置の構成図である。図５を参照すると、近接場走査光学顕微鏡装置５０は、試料５１の特性を調べることに使用されるレーザー光を発生するためのレーザー発生器５２と、レーザー発生器５２から出射されるレーザー光を導波させるための光ファイバ５３と、光ファイバ５３を通じて導波される光を集光させて試料５１に照射する近接場探針５４と、レーザー発生器５２から出射されるレーザー光を光ファイバ５３に集束させるための光ファイバ接続器５５と、試料５１と近接場探針５４間の距離を測定するための近接場距離測定器５６と、試料５１と近接場探針５４間の距離を調節して固定させるための微小変位制御器５７と、を備える。
【００４４】
そして、近接場走査光学顕微鏡装置５０は、試料５１を透過する光を集束させるための対物レンズ５８と、対物レンズ５８により集束された光を反射させるための第１鏡５９と、第１鏡により反射される光を反射させるための第２鏡６１と、第２鏡６１により反射される光のうち、一部の光だけを透過させ、残光は反射させるためのビームスプリッタ６２と、ビームスプリッタ６２により反射される光を利用して試料５１の特性を示す形状を映像として具現させるＣＣＤカメラ６３と、ＣＣＤカメラ６３により具現された映像をディスプレイするためのモニタ６４と、を備える。
【００４５】
また、近接場走査光学顕微鏡装置５０は、ビームスプリッタ６２を透過する光の強度を波長別に検出するための光多チャネル分析器(Optical Multichannel Analyzer)６５と、ビームスプリッタ６２を透過する光を集光させて光多チャネル分析器６５に照射するレンズ６６と、光多チャネル分析器６５により検出された光強度を利用して試料５１の特性を分析し、その分析したデータを格納し、近接場距離測定器５６により測定された距離にしたがって微小変位制御器５７を制御する主制御器６７と、を備える。
【００４６】
ここで、レーザー発生器５２は、固体や気体などを使ってレーザー光を発生させる。近接場距離測定器５６は、試料５１と近接場探針５４間の距離を正確に測定できるように近接場探針５４の側壁に触れて設置される。微小変位制御器５７は、内部に孔(図示せず)が形成され、該孔を貫いて光ファイバ５３が近接場探針５４まで延設される。第１鏡５９は、対物レンズ５８を通じて集束された光を全て反射させるものの、入射光と反射光の角度が垂直となるように第２鏡６１に反射させる。第２鏡６１は、第１鏡５９から反射されて入射する光を垂直にビームスプリッタ６２に反射させる。モニタ６４は、コンピュータのモニタを使用してもよく、別途のディスプレイ装置、例えば液晶画面(ＬＣＤ)などで具現してもいい。レンズ６６は、ビームスプリッタ６２を透過する光が光多チャネル分析器６５に集光されるように凸レンズの形態で具現される。主制御器６７は、光多チャネル分析器６５により検出された光強度を利用して試料の特性を分析できるプログラムが設定されており、近接場距離測定器５６により測定される距離にしたがって微小変位制御器５７を制御するためのプログラムなどが設定されているコンピュータなどからなる。
【００４７】
このような構造を有する近接場走査光学顕微鏡装置は、レーザー光を試料に走査してその特性を調べるためのものであり、次にその過程をさらに具体的に説明する。
【００４８】
レーザー光を試料５１に照射するに先立って、必ず近接場探針５４が試料５１からあらかじめ定められた距離だけ離れた位置に固定されていなければならない。このような試料５１と近接場探針５４間の距離は、微小変位制御器５７により調節される。
【００４９】
つまり、近接場探針５４の距離調節過程は、まず、近接場距離測定器５６が試料５１と近接場探針５４間の距離と位置を測定しその測定値を主制御器６７に出力すると、主制御器６７は測定された距離とあらかじめ設定された距離とが一致するか否か判断する。一致すると判断されたら、主制御器６７は近接場探針５４を現在の位置に固定させる。
【００５０】
しかし、一致しないと判断されたら、主制御器６７は、近接場探針５４があらかじめ定められた位置と距離に位置できるように微小変位制御器５７を制御し、微小変位制御器５７は主制御器６７が指示する距離と位置に近接場探針５４を固定させる。
【００５１】
このようにして近接場探針５４が試料５１上に固定された状態で、レーザー発生器５２が試料特性の分析に利用されるレーザー光を発生すると、光ファイバ接続器５５はそのレーザー光を光ファイバ５３に集束させる。
【００５２】
前記光ファイバ接続器５５により集束されたレーザー光は、光ファイバ５３を通じて導波されて近接場探針５４まで進行する。この時、近接場探針５４は光ファイバ５３を通じて導波された光を回折限界以下の大きさに集光させる。
【００５３】
そして、近接場探針５４の開口部上の近接場をなす光は、試料５１に照射され試料５１を透過して対物レンズ５８に伝達される。この時、試料５１に入射される光と試料５１を透過する光の強度には差が出るが、これは、試料５１の特性に起因する。
【００５４】
このように、試料５１を透過した光は、対物レンズ５８により集束されて第１鏡５９に照射され、この光は、第１鏡５９により反射されて第２鏡６１に照射される。すると、第２鏡６１は入射された光をビームスプリッタ６２に反射させる。
【００５５】
ビームスプリッタ６２は、第２鏡６１により反射された光のうち一部の光はレンズ６６に向け透過させ、残光はＣＣＤカメラ６３に向け反射させる。
【００５６】
ＣＣＤカメラ６３は、ビームスプリッタ６２から反射される光を利用して試料５１の特性を示す形状を映像として撮影した後、得られた映像をモニタ６４上に表示する。
【００５７】
一方、レンズ６６がビームスプリッタ６２を透過する光を集光させて光多チャネル分析器６５に照射すると、光多チャネル分析器６５は、レンズ６６により集束された光の強度を光の波長別に検出して主制御器６７に出力する。すると、主制御器６７は、光多チャネル分析器６５により検出された光強度をあらかじめ設定されたプログラムに代入して試料５１の特性を分析しこれを記憶する。このように記憶された分析データは使用者の要求に応じてモニタ上に表示されたり、外部機器に転送されたりする。
【００５８】
前述の如く、近接場走査光学顕微鏡装置５０は、近接場をなす光を使って試料５１の特性を分析するので、近接場をなす光の強度が大きいほど試料５１の特性をより正確に分析できることは言うまでもない。したがって、本発明は、近接場探針５４の透過率を著しく高めて近接場走査光学顕微鏡装置５０の光強度を利用した試料５１の分析性能を向上させることに特徴がある。
【００５９】
一方、近接場走査光学顕微鏡装置は、光の回折限界を克服し、波長以下の空間的分解ができる装置であり、物質や試料のごく微細な領域で発生する光学的特性の測定とこれに基づく超微細構造の性質糾明に利用されており、ひいては物質の局所部位で光の透過率を制御できるので、次世代光情報記憶装置として大きく注目を受けている。特に、レンズにより集光せしめ得る焦点の大きさの最小値を克服するために開発された近接場走査光学顕微鏡装置と原子力顕微鏡などを応用した走査探針記録技術は、近接場に利用可能な探針の開発によってその発展が可能になった。しかし、現在まで開発されたごく低い透過性能を持つ探針は、信号対雑音性能と記録及び再生速度に限界があり、高密度の光学記録装置に利用する上で多くの問題点を招いてきた。
【００６０】
この問題点に鑑みて多くの研究陣により近接場探針の透過性能を改善させる製作技術が開発されてきた。例えば、光ファイバ探針の場合、先端の構造を変形したり金属微細粒子を添加することによって透過性能を向上させる結果が報告されたことがあり、シリコン微細製作工程技術を利用して探針構造内部に非線形物質を入れることによって透過性能を改善させる結果も報告されたことがある。しかし、これらの探針は、消衰波(evanescent)の増幅に焦点を合わせたので、透過効率の増加に根本的な限界を持っている。
【００６１】
そこで、本発明は、探針の大きさによって電波光を消衰波に転換させるとき透過効率が低くなる従来の探針構造から脱皮し、波長以下の大きさを持つ探針においても導波光が存在可能な光ファイバ探針を以下に提案する。
【００６２】
次に、本発明の光ファイバ探針の構造及び製造過程について詳細に説明する。図６ａは、本発明に利用される光ファイバの斜視図であり、図６ｂは、本発明に利用される光ファイバの断面図である。
【００６３】
光ファイバ探針の構造及び製造過程を説明するに先立ち、光ファイバの構造について説明する。図６ａ及び図６ｂに示すように、光ファイバ７０は、外部から入射される光を導波させるためのコア７１と、コア７１を保護するためにその周囲に被覆されるクラッド７２とから構成される。ここで、コア７１は、石英ガラス及びプラスチックなどからなり、約１０μmの直径を持つ。そして、クラッド７２は、ガラス材質からなるものの、屈折率がコア７１と異なる材質からなる。
【００６４】
次に、このような構造を有する光ファイバ７０に探針を形成する過程について説明する。まず、一定温度以上の熱を加えてコア７１の一側端を加熱した状態で、熱の加えられなかったコア７１の他側端を機構で固定させた後、加熱した部分を機構を使って引っぱることによって、図７のように開口部７３を持つ円錐形の近接場探針７４を形成する。
【００６５】
ここで、開口部７３の直径は、約０．０５ないし０．３μmで形成すると好ましい。このように開口部７３を形成する場合、探針７４を透過する光により形成される近接場の大きさは約１００nm以下となる。
【００６６】
上記のように引っぱる工程により光ファイバの探針７４を形成した後、図８のようにアルミニウム、銀、金などの金属物質（電気伝導性物質）をコーティングして近接場探針７４の外部に金属薄膜層７５を形成する。この時、金属薄膜層７５の厚さは特定の数値に限定されることはないが、約１０nm以下にすることが好ましい。この金属薄膜層７５は光ファイバを通じて導波された光が外部に漏れるのを防止し、また、回折限界以下の大きさを持つ光が近接場探針７４を透過できるようにする。
【００６７】
図８のように近接場探針７４上に金属薄膜層７５がコーティングされた状態で、近接場探針７４の両側面の一定部分から金属薄膜層７５を対称的に除去する。ここで、金属薄膜層７５は、収束されたイオンビームを、コーティングされた近接場探針７４の特定部位に照射することによって除去できる。
【００６８】
このようにコーティングされた金属薄膜層７５の一部を除去すると、本発明に係る光ファイバ探針が図９ａ及び図９ｂに示すような形状として具現される。図９ａは、本発明の一実施例による、電位差を利用した光ファイバ探針の側面図であり、図９ｂは、本発明の一実施例による、電位差を利用した光ファイバ探針の斜視図である。
【００６９】
図９ａ及び図９ｂのように形成された本発明の光ファイバ探針上に離れてコーティングされた複数の金属薄膜層７５の間隔は、光ファイバ７０から導波される光の強度にしたがって異なってくるものの、入射される光の波長によって決定され、且つ、金属薄膜層７５の材質によって変化する。なお、金属層７５の数はこの例では２であるが、これには限られず、３以上であってもよい。
【００７０】
好ましくは、入力される光の波長が２５０ないし１５００nmであり、金属薄膜層７５の材質がアルミニウムであり、近接場探針の一側面にコーティングされた金属薄膜層の両側端がなす角度は近接場探針の中心に関して６０゜ないし１２０°である。例えば、入力される光の波長が４００nmであり、一側面にコーティングされた金属薄膜層７５の両側端に向けて形成される角度(Φ0)が近接場探針７４の中心から６０゜となるように金属薄膜層７５をコーティングする。また、好ましくは、入力される光の波長が４５０ないし１５００nmまたは５４０ないし１５００nmであり、金属薄膜層７５の材質が銀であり、前記近接場探針の一側面にコーティングされた金属薄膜層の両側端がなす角度は、前記近接場探針の中心に関して６０°ないし１２０゜である。例えば、入力される光の波長が６５０nmであり、一側面にコーティングされた金属薄膜層７５の両側端に向けて形成される角度(Φ0)が近接場探針７４の中心から９０゜となるように金属薄膜層７５をコーティングする。
【００７１】
このような構造的な特性を持つ本発明の光ファイバ探針の特性を、図１０ａ及び図１０ｂを参照して詳細に説明する。
【００７２】
まず、表１に、本発明に係る光ファイバ探針の定量的な構造に対する一実施例を示す。
【表１】
2005127982.tif 000003
ここで、ｒは開口部の半径、ｒ0は光ファイバ７０を通じて導波された光が入力される光ファイバ探針７４の半径、ｔは金属薄膜層７５の厚さ、Φ0は近接場探針７４の中心から金属薄膜層７５の両側端に向けて形成される角度、そして、Ｌは近接場探針７４の全体長である。
【００７３】
表１のように定量的な構造を持つ本発明の光ファイバ探針の光透過に対する性能を、下記の式（１）〜（３）を参照して説明する。
【数１】
2005127982.tif 000004
この式（１）は、近接場探針７４の光損失率(KL)を示している。この光損失率は、近接場探針７４に入力される光が開口部７３に進行しながら損失される光量を示すものであり、近接場探針７４に入射される時の光量(Pi)と近接場探針７４に入射された光の中で開口部７３まで透過された光量(Pa)を利用して計算した値である。ここで、金属薄膜層７５がアルミニウム材質からなる場合、光損失率(KL)は０．５の値を持つ。また、金属薄膜層７５が銀材質からなる場合、光損失率(KL)は０．４４８の値を持つ。
【００７４】
【数２】
2005127982.tif 000005
この式（２）は、近接場探針７４の光透過率(Kef)を示している。この光透過率は、近接場探針７４に入力された光エネルギーに対する開口部７３の出射後光エネルギー比で定義される。式（２）において、ρ0は自由空間におけるインピーダンス(３７７Ω)、εは探針７４を構成する物質の誘電率、そしてλは光の波長である。ここで、金属薄膜層７５がアルミニウム材質からなる場合、光透過率(Kef)は約０．０３の値を持つ。また、金属薄膜層７５が銀材質からなる場合、光透過率(Kef)は約０．０００１の値を持つ。
【００７５】
【数３】
2005127982.tif 000006
この式（３）は、近接場探針７４の光強度の増大(Ke)を示すものであり、近接場探針７４に入力される単位面積当たりエネルギーを光強度と定義すれば、近接場探針７４の入力端における光強度と開口部７３を通じて出射された後の近接場領域における強度が計算できる。この時、近接場探針７４の入力端における光強度に対する出射後の近接場光強度の比を計算すると、比較的大きい値が得られるが、これは、出射後の近接場領域におけるスポットの大きさが極めて小さいためである。これを「光強度増大」という。
【００７６】
このような光強度増大(Ke)は、式（３）のように、近接場探針７４の入力端における電場振幅(Ei)と開口部７３における電場振幅(Ea)を利用して計算できる。すなわち、光強度増大(Ke)は、入力端における電場振幅(Ei)の絶対値の自乗値と開口部７３における電場振幅(Ea)の絶対値の自乗値の比で定義することができる。ここで、金属薄膜層７５がアルミニウム材質からなる場合、光強度増大(Ke)は３５５の値を持つ。また、金属薄膜層７５が銀材質からなる場合、光強度増大(Ke)は７５３０の値を持つ。
【００７７】
そして、本発明に係る光ファイバ探針の定量的な構造に対する拡張例は、表２のとおりになる。
【表２】
2005127982.tif 000007
ここで、λは光の波長、スポット大きさは近接場領域における大きさ、強度は光の照射された表面における電場強度、損失は近接場探針７４に入力される光が開口部７３に進行しながら損失される光量、そして角度ψ0は近接場探針７４の中心から金属薄膜層７５の両側端に向けてなす角度である。
【００７８】
前述の如く、本発明の光ファイバ探針上に一定間隔で離れてコーティングされた複数の金属薄膜層７５の間には電位差が発生されるが、これは、近接場探針７４を透過する電磁波が時空間上で振動する電場成分を持っているので、離れた金属薄膜層７５の間に電場差が誘起され、これによって電位差が発生するためである。
【００７９】
このような本発明の光ファイバ探針は、離れてコーティングされた複数の金属薄膜層７５と微細な探針チップ(tip)とから構成されているが、微細な探針チップは高い空間分解能を具現するために波長以下の大きさに制限され、離れてコーティングされた各金属薄膜層７５は相異なる電位差を持つようにすることによって電波モードの形成を可能にする。このような金属薄膜層７５の構造は、波長以下の口径でも導波光の進行を可能にするので、透過性能を大きく向上させることができる。
【００８０】
したがって、本発明の光ファイバ探針は、基本波の光の進行を可能にすることによって透過光量を画期的に増加させ、これにより、光ファイバ探針の信号対雑音比を改善させ、光情報記録再生装置の再生時間を短縮させ、また、光情報記録再生装置の記録のための光強度を大きく下げることによって、本発明の光ファイバ探針を近接場記録探針としてより有用に使用することができる。
【００８１】
以上では好ましい実施例に上げて本発明の技術思想を具体的に説明したが、上述した実施例は単に説明のためのもので、本発明の範囲を限定するためのものではない。また、当分野で通常の知識を持つ者なら、本発明の技術思想の範囲内で様々な実施例が可能なことを理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】複数の開口部を持つ従来の光ファイバ探針の断面図。
【図２】シリコン半導体プロセスで製造された従来の近接場光学ヘッドを説明するための断面図。
【図３】従来のレーザービームの透過率改善方式が適用される光情報記録及び再生ヘッドの構造を示す斜視図。
【図４】本発明が適用される光情報記録再生装置の構成図。
【図５】本発明が適用される近接場走査光学顕微鏡装置の構成図。
【図６ａ】本発明に利用される光ファイバの斜視図。
【図６ｂ】本発明に利用される光ファイバの断面図。
【図７】本発明に係るプーリング工程により形成された光ファイバ探針の側面図。
【図８】本発明によって金属薄膜層を張り付けた光ファイバ探針の側面図。
【図９ａ】本発明の一実施例による電位差を利用した光ファイバ探針の側面図。
【図９ｂ】本発明の一実施例による電位差を利用した光ファイバ探針の斜視図。
【図１０ａ】本発明の一実施例による光ファイバ探針を説明する例示図。
【図１０ｂ】本発明の一実施例による光ファイバ探針を説明する例示図。
【符号の説明】
【００８３】
４０:光情報記録再生装置、                ４１:レーザーダイオード、    ４２:光ディスク、    ４３:光ファイバ、    ４４:近接場探針、    ４５:レンズ、    ４６:ビームスプリッタ、    ４７:光検出器、    ４８:信号再生部、    ５０:近接場走査光学顕微鏡装置、    ５１:試料、    ５２:レーザー発生器、    ５３:光ファイバ、    ５４:近接場探針、    ５５:光ファイバ接続器、    ５６:近接場距離測定器、    ５７:微小変位制御器、    ５８:対物レンズ、    ５９:第１鏡、    ６１:第２鏡、    ６２:ビームスプリッタ、    ６３:ＣＣＤカメラ、    ６４:モニタ、    ６５:光多チャネル分析器、    ６６:レンズ、    ６７:主制御器、    ７０:光ファイバ、    ７１:コア、    ７２:クラッド層、    ７３:開口部、    ７４:近接場探針、    ７５:金属薄膜層。
【図１】
2005127982.tif 000008
【図２】
2005127982.tif 000009
【図３】
2005127982.tif 000010
【図４】
2005127982.tif 000011
【図５】
2005127982.tif 000012
【図６ａ】
2005127982.tif 000013
【図６ｂ】
2005127982.tif 000014
【図７】
2005127982.tif 000015
【図８】
2005127982.tif 000016
【図９ａ】
2005127982.tif 000017
【図９ｂ】
2005127982.tif 000018
【図１０ａ】
2005127982.tif 000019
【図１０ｂ】
2005127982.tif 000020