(57)【要約】本発明は、ピエゾチューブスキャナにファイバを挿入して光学的合焦装置を生成することに関する。本方法及び装置は、理論と特性決定方法と統合された生成方法とを統合し、このことにより、本発明に係る進歩の以前にはマイクロ及び／又はナノ光学的構成要素の加工技術をガイドするために適用されたことのなかったシミュレーション、生成及び特性決定の統合されかつ相互に関連されたこのような方法を実現するまでは加工が不可能であった、又はその加工の制御が不可能であった構造物の加工及び生成の制御を可能にする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ又は中空のファイバ又は低屈折率導波路又は高屈折率導波路又はこのような他の幾何学的構造の端部において、当該ファイバ又は他の導波路を介して伝送される光ビームを変調するための任意のマイクロ及び／又はナノ構造を、当該ファイバ又は導波路の内部及びその端部より外側の場の正確な数値計算に基づく光変調パラメータの理論的シミュレーションを用いた手順で生成する方法及び装置であって、
上記シミュレーションされたマイクロ及び／又はナノ光学構造の生成方法は、達成されなければならないマイクロ及び／又はナノ光学構造に係る複数のパラメータに依存して、引っ張り処理及び／又は機械研磨及び／又はレーザ研磨及び／又は加熱を使用するテーパ処理を用いるか又は用いず、放射線照射によるか又はよらず、フォトレジスト及び／又は他の同様の手順によるか又はよらずに行われる、エッチング及び／又は書き込み及び／又はマスキングを用いるか又は用いず、及び／又はインプリントの形成及び／又は型による成形及び／又は蒸着又は付着を用いるか又は用いないものである、光学素子を生成する複数の技術の組み合わせによるものであり、
複数の加工技術のこの組み合わせは、焦点はずれの光がほとんど寄与することのない、マイクロ及び／又はナノ光学構造物の表面、近接場、又はマイクロ及び／又はナノ光学構造物から上方の所定の距離における、高精度の幾何学的及び光プロファイリングを可能にするプロセスの必須の部分である、統合されたシミュレーション及び特性決定ツールによってガイドされ、よって、波面の位相特性は、マイクロ及び／又はナノスコピックの特性決定のための原子間力トポグラフィ画像化及び／又は他の走査プローブ法（ＳＰＭ）と、及び／又は、反射減衰量、偏光に依存した損失、結合効率及び他の同様のパラメータ等の光波測定値と完全に統合される方法で正確に特徴付けられることが可能であり、これらの方法はまた遠距離場光学特性決定とも完全に統合され、
シミュレーションと生成と特性決定とに係る上記の統合は、統合された特性決定、シミュレーション及び生成に係るこのコンテキストにおける近接場光学が、光学素子の生成のためのこのようなマルチステップ手順を容易にする際に必須のミッシングリンクであるという認識によるものである方法及び装置。
【請求項２】
理論と、特性決定方法と、統合された生成方法とを統合し、
上記統合された生成方法は、本願特許発明に係る進歩の以前にはマイクロ及び／又はナノ光学的構成要素に係る加工技術をガイドするために適用されたことのないシミュレーション、生成及び特性決定に係るこのような統合されかつ相互に関連された方法が認識される以前には、加工不可能であったか又はその加工が制御不可能であった構造物の加工及び生成の制御を可能にする請求項１記載の方法及び装置。
【請求項３】
一体化された光学素子を有するファイバと、上記一体化されたファイバの光学素子又は他の光学装置に対して高い結合効率で結合される必要のある別の光学装置との間でモードフィールド径をオーバーラップさせるために、従来型の遠距離場光学に比べて相対的に短い距離でのモードフィールド径又はスポットサイズの正確な特性決定を必要とするマイクロ及び／又はナノ光学構造物を加工する請求項１及び２記載の方法及び装置。
【請求項４】
遠距離場測定及び／又は近軸近似に基づくシミュレーションは、レンズの加工をガイドするために必要な情報及びその全パラメータを提供しない、一体化されたファイバ及び他のマイクロ及び／又はナノ光学構造物を生成する請求項１乃至３記載の方法及び装置。
【請求項５】
ファイバが一体化されたマイクロ及び／又はナノ光学構造物を含む導波路のシミュレーション及び生成を行う課題であって、本発明において加工をガイドする生成及び／又は正確な場の数値シミュレーションによる反復ループにおける近接場光学特性決定ツールの欠如に起因して、従来の発明が小型化された光学的構成要素に要求される精度を達成することを妨げてきた課題において、近接場光学ツールのアプリケーションに基づくソリューションを初めて提供する請求項１乃至４記載の方法及び装置。
【請求項６】
上記理論によれば、結合効率、ビームウエスト直径、作動距離のテーパ角度、曲率半径及び他のこのようなパラメータに関する解析を許容する、一体化されたファイバ又は他のマイクロ及び／又はナノ光学構造物の内外における場の正確な数値計算が可能になり、
よって、上記理論は最適な一体化されたファイバ又は他のマイクロ及び／又はナノ光学構造物と、これらの構造物の間の結合とを設計するためのツールになる、
一体化されたファイバ及び他のマイクロ及び／又はナノ光学構造物に係る問題に第１のソリューションを提供する請求項１乃至５記載の方法及び装置。
【請求項７】
理論的シミュレーションと、近接場光学及びその関連方法と、複数の生成技術の組み合わせの反復的なガイドとの組み合わせは、高効率の結合を可能にする請求項１乃至６記載の方法及び装置。
【請求項８】
コアは、テーパ角度とコア対クラッドの直径比とによって決定される角度を有する円錐形状を有し、
クラッドと空気との間の界面は双曲線形状を有するものとみなされ、
この形状は、漸近線の角度と、双曲線の頂点における曲率半径とからなる２つのパラメータによって記述され、上記漸近線の角度はテーパ角度と同じであると仮定される請求項１乃至７記載の方法及び装置。
【請求項９】
１．５μの波長に対して１．６μのウエスト直径を達成可能な場合を含む、従来は達成不可能であった３ミクロン未満のウエスト直径を有するマイクロ光学構造を可能にし、
このような構造は、２乃至３ミクロンのウエスト直径では８０％を超え、また３ミクロンを超えるウエスト直径では９０％を超える高い結合効率を可能にする請求項１乃至８記載の方法及び装置。
【請求項１０】
モード変換器と、カプラと、マルチレンズアレイと、ガラス又は他の材料製の微小電気機械技術装置等の他のソリューションとを含む、ファイバ、導波路又は他の光学構造物と一体型の装置又は一体型でない装置として、他のマイクロ及び／又はナノサイズの光学的な空間及び時間変調を達成する他の構成要素を生成し、
このことは、請求項１乃至７に記載された本発明の不可欠な部分であるシミュレーション及び特性決定の統合なくしてはその所望される結果を達成することができない請求項１乃至７記載の方法及び装置。
【請求項１１】
偏微分方程式の数値解を求めるために有限要素法を使用した場の計算に基づき、
このことでは、請求項１乃至１０記載の装置のシミュレーションにおいてこれが必須の構成要素であるということが認識され、
複数の加工パラメータは、遠距離場光学特性決定と原子間力画像化及び他の走査プローブ法とに統合された近接場光学により実験的にモニタリングされ、理論的拘束条件は実験的測定の結果に基づいて調整され、
本発明のこれらの態様は、複数の手順にてなる生成方法を可能にする請求項１乃至１０記載の方法及び装置。
【請求項１２】
上記理論によれば、与えられたウエスト直径に対して最大の結合効率を与える、ファイバレンズ又は他のマイクロ及び／又はナノ光学構造物に係る複数のパラメータを予測することが可能になる請求項１乃至７、１０及び１１記載の方法及び装置。
【請求項１３】
上記理論によれば、与えられたウエスト直径に対して最大の結合効率を与える、ファイバレンズ又は他のマイクロ及び／又はナノ光学構造物に係る複数のパラメータを予測することが可能になる、請求項１乃至１２の組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項１４】
近接場光学測定は、理論的予測を実際的に確認することを可能にし、ファイバレンズ及び他のマイクロ及び／又はナノ構造物に係る複数の加工方法の協調的な特性決定を可能にする請求項１乃至７、１０及び１１記載の方法及び装置。
【請求項１５】
近接場光学測定は、理論的予測を実際的に確認することを可能にし、ファイバレンズ及び他のマイクロ及び／又はナノ構造物に係る複数の加工方法の協調的な特性決定を可能にする、請求項１乃至１３の組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項１６】
近接場光学及びその関連付けられた測定技術によって反復的に画成されて調整される境界条件を使用する理論的シミュレーションの方法は、一般的な遠距離場光学近似が部分的に不可能であるか又は完全に不可能である場合に、マイクロ及びナノ光学素子を設計するための効果的な方法として正確な場の計算を利用可能にし、
この場合、ファイバレンズから発生する場の近接場測定及び関連付けられた測定は、その特性決定にとって信頼性の高い唯一の方法であり、本願特許で説明する構成要素に関しては、一般的に使用される遠距離場特性決定方法は有効でない請求項１乃至７、１０及び１１記載の方法及び装置。
【請求項１７】
近接場光学及びその関連付けられた測定技術によって反復的に画成されて調整される境界条件を使用する理論的シミュレーションの方法は、一般的な遠距離場光学近似が部分的に不可能であるか又は完全に不可能である場合に、マイクロ及びナノ光学素子を設計するための効果的な方法として正確な場の計算を利用可能にし、
この場合、ファイバレンズから発生する場の近接場測定及び関連付けられた測定は、その特性決定にとって信頼性の高い唯一の方法であり、本願特許で説明する構成要素に関しては、一般的に使用される遠距離場特性決定方法は有効でない請求項１乃至１５の組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項１８】
ファイバレンズの形成における代替技術であるとみなされているものに対して、又はファイバ／導波路レンズの形成に使用されたことがないとみなされているものに対して、複数のパラメータの協調された相互作用をもたらす生み出す相乗作用的な統合された連係を可能にし、
これらの代替技術は、達成されるべきマイクロ及び／又はナノ光学構造に係る複数のパラメータに依存して、引っ張り処理及び／又は機械研磨及び／又はレーザ研磨及び／又は加熱を使用するテーパ処理を用いるか又は用いず、放射線照射によるか又はよらず、フォトレジスト及び／又は他の同様の手順によるか又はよらずに行われる、エッチング及び／又は書き込み及び／又はマスキングを用いるか又は用いず、及び／又はインプリントの形成を用いるか又は用いないものである、光学素子の生成を含む請求項１乃至７、１０及び１１記載の方法及び装置。
【請求項１９】
ファイバレンズの形成における代替技術であるとみなされているものに対して、又はファイバ／導波路レンズの形成に使用されたことがないとみなされているものに対して、複数のパラメータの協調された相互作用をもたらす生み出す相乗作用的な統合された連係を可能にし、
これらの代替技術は、達成されるべきマイクロ及び／又はナノ光学構造に係る複数のパラメータに依存して、引っ張り処理及び／又は機械研磨及び／又はレーザ研磨及び／又は加熱を使用するテーパ処理を用いるか又は用いず、放射線照射によるか又はよらず、フォトレジスト及び／又は他の同様の手順によるか又はよらずに行われる、エッチング及び／又は書き込み及び／又はマスキングを用いるか又は用いず、及び／又はインプリントの形成を用いるか又は用いないものである、光学素子の生成を含む、請求項１乃至１７の組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項２０】
理論的シミュレーションとともに、近接場のアプリケーションは、マイクロ及び／又はナノスコピックの特性決定及び他の同様のパラメータのための原子間力トポグラフィ画像化及び／又は他の走査プローブ法（ＳＰＭ）と完全に統合されるように行われることが認識され、これらの方法は遠距離場光学特性決定とも完全に統合され、
シミュレーション、生成及び特性決定のこの統合は、
必要とされる特定の領域における所定のタイプの光の分布を提供する目的だけでなく、位置合わせされる超分解能トポグラフィと、オンライン遠距離場測定と、反射減衰量、偏光依存性損失、結合効率、又は、高度のセントレーションや結合効率や関連した他の光学パラメータを有する高精度のレンズ構造を生成するために必須の他の同様のパラメータとを取得する目的で、近接場光学は、生成技術の各々に係る使用のパラメータを選ぶためだけでなく、特定の結果を達成する際にその生成技術が使用可能な選択及び順序を選ぶためにも必須であるという認識を示す請求項１乃至７、１０及び１１記載の方法及び装置。
【請求項２１】
理論的シミュレーションとともに、近接場のアプリケーションは、マイクロ及び／又はナノスコピックの特性決定及び他の同様のパラメータのための原子間力トポグラフィ画像化及び／又は他の走査プローブ法（ＳＰＭ）と完全に統合されるように行われることが認識され、これらの方法は遠距離場光学特性決定とも完全に統合され、
シミュレーション、生成及び特性決定のこの統合は、
必要とされる特定の領域における所定のタイプの光の分布を提供する目的だけでなく、位置合わせされる超分解能トポグラフィと、オンライン遠距離場測定と、反射減衰量、偏光依存性損失、結合効率、又は、高度のセントレーションや結合効率や関連した他の光学パラメータを有する高精度のレンズ構造を生成するために必須の他の同様のパラメータとを取得する目的で、近接場光学は、生成技術の各々に係る使用のパラメータを選ぶためだけでなく、特定の結果を達成する際にその生成技術が使用可能な選択及び順序を選ぶためにも必須であるという認識を示す、請求項１乃至１９の組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項２２】
近接場の光学的開口は、非常に広い角度から光を受け入れるために光の波長の１／１０程度の小ささであり、
このことは、この開口のみにおいて集光される光が、検出可能となるのに十分なフルエンスを有することを意味し、
このような開口により集光される光は、光の波長の１／１０ほどの近さにまで開口に近接する可能性のある焦点はずれの光によっても汚染されることがなく、
このことが、開口は集光におけるコヒーレントな点光源として作用するという事実に追加されると、遠距離場におけるこのように小さな近接場開口による光の分布のモニタリングは、コヒーレントな波面のモニタリングを可能にすることが分かり、
このような光が、調査されている例えばレンズ又は他の光学装置の焦点の周囲及び／又は焦点から離れた場所におけるいくつかの光軸面でモニタリングされるとき、上述の理論的シミュレーションとの相互作用により、調査されている光学系の位相特性を高精度で決定することができる方法及び装置。
【請求項２３】
近接場光学技術は、レンズに基づく歪を含まないだけでなく焦点はずれによる寄与も含まない強度情報を取得し、
１つ又は複数の光軸面における光の分布に係る近接場光学方法は、異なるｚ個のセクションにおける強度の真の尺度である請求項２２記載の方法及び装置。
【請求項２４】
上記方法においては、所定の点における近接場光学情報をレンズに基づく情報と組み合わせて、屈折率と位相分布と他の位相に基づく特性とに関するレンズに基づく技術を使用する場合に取得可能な分解能よりもさらに優れた分解能で位相特性の迅速な解析を達成することを考慮することができる請求項２３記載の方法及び装置。
【請求項２５】
概して、調査対象のサンプル又は課題のタイプに関係なくコヒーレントに集光するという課題に適用される請求項２２乃至２４記載の方法及び装置。
【請求項２６】
遠距離場光学特性決定及び原子間力画像化と統合された近接場特性決定と、他の走査プローブ法との組み合わせは、微分干渉コントラスト等の位相及び屈折率測定の標準的な遠距離場技術が、表面トポグラフィ、及び／又は勾配、及び／又は１つ及び／又は複数の近接場の光学的開口に関する点広がり関数、及び／又は微分干渉コントラストにおけるナノ粒子によるナノメートルサイズの障害物を決定することのような、ただしこれに限定されるものではない補正及び改良により大幅に改良されることを可能にし、
これにより、少ない誤差で又は誤差なしで位相及び屈折率特性が正確に測定されることを可能にする、走査プローブ顕微鏡法に係るこれら及び他の特性を使用して、アーティファクトは除去されかつ分解能は向上されるということが認識される請求項２２乃至２５記載の方法及び装置。
【請求項２７】
アームの１つが近接場光学装置であるファイバ干渉計の方式においてもまた位相特性を調査するために、近接場光学素子はファイバカプラ及び同様の素子と組み合わされて、試験対象装置に照射している集光された光の混合を可能にするということが認識される方法及び装置。
【請求項２８】
共焦点微分干渉コントラストに基づく可能性のある、又は電荷結合素子又は他の広域場又は点画像化を使用する微分干渉コントラストに基づく可能性のある、遠距離場光学画像化システムの点広がり関数（ＰＳＦ）のための安定した光源である１つの点光源又は複数の点にてなる光源を提供するために、近接場光学装置の組み合わせが使用され、
ＰＳＦに係るこのような知識は、本願特許発明の一部である装置についての十分な特性決定に必要とされる高精度の屈折率にとって必須である請求項２６記載の方法及び装置。
【請求項２９】
上記点広がり関数は、所定位置にある試験対象装置に対して取得される請求項２８記載の方法及び装置。
【請求項３０】
試験対象サンプルは上記点広がり関数に対して大きく寄与し、かつ上記サンプル内の異なる位置で上記点広がり関数を変更することが可能であり、よって、結果の完全な理論的解析には、上記サンプル上の異なる位置における点広がり関数の複数の測定が必要とされる請求項２９記載の方法及び装置。
【請求項３１】
ガラスの引っ張り処理、もしくは型によるガラス又はプラスチックの成形技術、もしくは近接場開口を生成可能な他の技術は、特に微分干渉コントラストに関する、遠距離場顕微鏡の光学特性についての特異な情報を追加することのできる、一意的な点光源の生成を可能にすることが認識され、
他の構造を除外するものではないこのような構造の１つは、制御された偏光と既知のずれベクトルとを有する２つのビームを顕微鏡へ伝送するために２つのテーパ状ファイバを有する近接場光学素子を生成する能力であり、
よって、屈折率測定において最高精度を達成する上で重要である真の微分干渉コントラスト点広がり関数が可能にされる請求項２６乃至３０記載の方法及び装置。
【請求項３２】
上記構造は、原子間力フィードバックを使用して調査されているサンプルに対して光点を極めて高い安定性で維持する一体化された原子間力片持ち部材によって遮へいされることなく、これらの近接場素子に基づいた光点が光軸上に存在することを可能にする請求項３１記載の方法及び装置。
【請求項３３】
微分干渉コントラストの測定は、微分干渉コントラスト画像をある位置において、次には別の位置において局所的及び／又はナノメートルサイズで変更して分解能を改善する粒子又は他の先端部の制御された位置決定であって、例えば原子間力センサによる位置決定によって、大幅に改良されることが認識される請求項２５乃至３２記載の方法及び装置。
【請求項３４】
上記制御された位置決定は所定複数だけ画成され、
その結果は、原子間力センサからの正確な３Ｄ位置とともに、先に概説した理論的計算のための拘束条件として使用されて、屈折率の正確な３Ｄ表現である３Ｄ位相画像を含む試験対象装置の光学特性が画成される請求項３３記載の方法及び装置。
【請求項３５】
微分干渉コントラストを用いるか又は用いない任意の従来型の遠距離場画像化システムを使用し、
伝送又は反射モードで検出器へ到達する光線を、所定の制御されたナノメートルサイズ又はマイクロメートルサイズの位置で単にブロックし、分解能を向上させる方法及び装置。
【請求項３６】
このようなナノメートルサイズ又はマイクロメートルサイズの障害物からの情報は、原子間力センサからの正確な３Ｄ位置とともに、試験対象装置の高分解能画像の逆畳み込み演算を実行するための計算に係る拘束条件として使用される請求項２９記載の方法及び装置。
【請求項３７】
屈折率の高精度な３Ｄ表現は、導波路の吸収の内側及び／又は外側における放射の導波路の通過により及び／又はよらずに、また、導波路の屈折率等の何らかの特性が放射の通過によって変更されかつ線形又は非線形の光学的現象のいずれかで検出される、超高速フェムト秒及びアト秒レーザを含むｃｗ及び／又はパルスレーザにより、埋め込まれた導波路及び埋め込まれていない導波路の特性を決定するために使用される請求項２２乃至３６記載の方法及び装置。
【請求項３８】
屈折率の高精度な３Ｄ表現は、導波路の吸収の内側及び／又は外側における放射の導波路の通過により及び／又はよらずに、また、導波路の屈折率等の何らかの特性が放射の通過によって変更されかつ線形又は非線形の光学的現象のいずれかで検出される、超高速フェムト秒及びアト秒レーザを含むｃｗ及び／又はパルスレーザにより、埋め込まれた導波路及び埋め込まれていない導波路の特性を決定するために使用される請求項２２乃至３６の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項３９】
線形又は非線形の光学的現象は、導波路を介する放射の通過をモニタリングするために使用され、放射の存在により変更されるものは屈折率ではない方法及び装置。
【請求項４０】
屈折率は、導波路を生成する媒質においてレーザ又は他の何らかの方法を使用して屈折率が変更される間に測定され、これは屈折率の測定によって反復的にガイドされる方法及び装置。
【請求項４１】
導波路内の局所的な加熱は、導波路内の光の通過を測定しかつ画像化するために使用される方法及び装置。
【請求項４２】
導波路内の局所的な加熱は、熱伝導率又は点熱電対測定のいずれかを実行可能な走査プローブ顕微鏡法を使用して導波路内の光の通過を測定しかつ画像化するために使用される方法及び装置。
【請求項４３】
ナノメートルサイズのブロック処理は、サンプル上の位置からの遠距離場画像化システムの光線をプローブがブロックするか又はブロックしない場合に、分解能を向上させるために、強度差とともに使用される方法及び装置。
【請求項４４】
上記方法及び装置は、例えば共焦点ラマン顕微分光法等の、光学的又は電子光学的又はイオン光学的な画像化を使用する任意の技術に拡張され、
場合によっては、これらの方法は、すべての遠距離場光学顕微鏡に存在する従来の照射の代わりにエバネッセント波照射と組み合わされ、
光学画像化に対してピクセル毎に直接に相関された原子間力センサを使用することは、サンプル表面の非常に厳密な描写を可能にし、これは理論的計算のための強い拘束条件として使用される請求項４３記載の方法及び装置。
【請求項４５】
これらの技術を使用するシミュレーション、生成及び特性決定に係る反復手順は、こうして取得されるデータを、試験対象装置の屈折率プロファイルに到達するために使用することが可能であり、
上述の場合、位相特性が画成され、屈折率分布は、請求項１乃至７、１０及び１１を用いて最良の統合されたソリューションを与えるために数学的に最小化されることが可能なパラメータとして使用されることが認識される請求項２２乃至４４記載の方法及び装置。
【請求項４６】
近接場光学素子によって照射される試験対象装置からの反射又は透過が、既知の屈折率のものに対する屈折率を与えることに起因して、反射又は伝送モードにおける近接場光学はまた屈折率情報となることが認識される、マイクロ及び／又はナノ光学構造物の特性決定のための方法及び装置。
【請求項４７】
請求項１乃至７、１０及び１１との組み合わせで使用される請求項２２乃至４６記載の方法及び装置。
【請求項４８】
請求項１乃至４７の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項４９】
請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載のシミュレーション、生成及び特性決定に係る統合された手順を使用し、
上記手順は、このようなレンズファイバの生成における新たな地平へと至り、生成可能でなかったか又は高い公差では生成可能でなかった構造物が生成されることを可能にし、
上記生成可能でなかったか又は高い公差では生成可能でなかった構造物は、クラッドのテーパ処理に基づき、ウエスト直径は、曲率半径と、研磨又はエッチングにより達成されるテーパリング角度とに基づいていた方法及び装置。
【請求項５０】
請求項１乃至４９の組み合わせに基づくシミュレーション、生成及び特性決定に係る統合された手順を使用し、
上記手順は、このようなレンズファイバの生成における新たな地平へと至り、生成可能でなかったか又は高い公差では生成可能でなかった構造物が生成されることを可能にし、
上記生成可能でなかったか又は高い公差では生成可能でなかった構造物は、クラッドのテーパ処理に基づき、ウエスト直径は、曲率半径と、研磨又はエッチングにより達成されるテーパリング角度とに基づいていた方法及び装置。
【請求項５１】
シミュレーション及び特性決定は、クラッド及びコアがテーパ処理されるようにファイバをテーパ処理し、次にエッチング又は研磨を使用してコアではなく単にクラッドを変え、よって追加的な自由度を許容することを可能にし、
よって、ここで、ファイバレンズに係る複数のパラメータは、コアのテーパ角度と、この時点ではコアのテーパ角度とは独立しているクラッドのテーパ角度と、クラッドの曲率半径とに依存し、
これにより、ウエスト直径の３．５ミクロン未満への削減を含む多くの優位点を可能にし、かつ適切な装置の間で８０％を超える高い結合効率の達成を可能にする請求項４９及び／又は５０記載の方法及び装置。
【請求項５２】
極小の直径は、電気通信産業における関心の対象である１．３乃至１．６ミクロン間の導波路様式において、焦点のスポットを直径０．２５ミクロンで制御することにより達成され、このことは、従来、より大きなスポットサイズに対してであっても不可能であった請求項４９及び／又は５０記載の方法及び装置。
【請求項５３】
ファイバのテーパ処理は、画成された張力及び画成された冷却によるレーザ加熱処理の下で実行され、
よって、この目的に必要な特性決定を達成するためには、近接場光学特性決定の結果と、それに関連した方法と、反復的な理論的シミュレーションとに基づいて最適に制御される必要のある冷却を行って、張力を最大に維持しながら熱は最低限に維持される必要があり、
引っ張り処理を行うことで、ファイバ先端部に対する特定のテーパ角度がもたらされることが実現され、
よって、このことは、テーパの正確な特性に依存してウエスト直径を±０．２５ミクロンのレベルに制御し、これは、ビームのウエスト直径とともに、正確にシミュレーションされかつ特性決定される必要があり、これらのパラメータは、レンズ形成プロセスの必須の部分であるこの反復ループ内において近接場光学及びその関連技術によって測定され、
このことは、入出力装置のモードフィールド径が重複するように本願特許発明におけるツールが近接場分布を維持するために使用されるという事実にも関わらず、小さなスポットサイズに関しては遠距離場ガウス特性において維持されない請求項４９乃至５２記載の方法及び装置。
【請求項５４】
スポットサイズは円錐の角度に関連しているだけでなく、ファイバ端部とコアが伸長していく位置との間の分離にも関連し、
ここで実行可能な制御により、張力の適用、加熱及び冷却によるテーパ処理の後で、レーザ加熱フェーズの幾何学的構造及び性質を先端部で調節することが可能であり、
この場合は、微調整により、様々なレンズパラメータで８０％を超える結合効率が達成される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項５５】
スポットサイズは円錐の角度に関連しているだけでなく、ファイバ端部とコアが伸長していく位置との間の分離にも関連し、
ここで実行可能な制御により、張力の適用、加熱及び冷却によるテーパ処理の後で、レーザ加熱フェーズの幾何学的構造及び性質を先端部で調節することが可能であり、
この場合は、微調整により、様々なレンズパラメータで８０％を超える結合効率が達成される、請求項１乃至５３の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項５６】
ファイバレンズの生成に関して、張力の適用、加熱及び冷却による引っ張り処理の結果として生成されることが可能な突起に多大な重要性があり、
ファイバ又は導波路の中心に画成される突起は、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の技術によって特徴付けられるレンズに係る複数のパラメータに依存して制御される必要がある方法及び装置。
【請求項５７】
ファイバレンズの生成に関して、張力の適用、加熱及び冷却による引っ張り処理の結果として生成されることが可能な突起に多大な重要性があり、
ファイバ又は導波路の中心に画成される突起は、請求項１乃至４９の組み合わせに基づく技術によって特徴付けられるレンズに係る複数のパラメータに依存して制御される必要がある方法及び装置。
【請求項５８】
突起はセントレーションの制御を可能にし、
この生成において使用されている特性決定及びシミュレーションツールのみに起因して、これは、このようなファイバレンズの形成における必須の重要性を有するパラメータであることが発見された請求項５６及び／又は５７記載の方法及び装置。
【請求項５９】
上記突起は次に、特性決定によって画成されたように、制御されたエッチングを用いて画成された距離まで除去され、例えば突起の曲率を調整する幾何学的形状を生成するためには３０分が必要とされ、
続いて、レーザ又は他の溶融処理を使用して、近接場光学の結果によって画成されたレンズに係る最終的な複数のパラメータが達成される請求項５８記載の方法及び装置。
【請求項６０】
レンズ形成は、深紫外レーザによるストリップ処理されたファイバに対するレーザアブレーションを用いて、１０分の数ミクロンという極限的な精度でストリップ処理されることが可能なファイバにおける点に対して、高精度にレンズ位置を決定するように行われる請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項６１】
レンズ形成は、深紫外レーザによるストリップ処理されたファイバに対するレーザアブレーションを用いて、１０分の数ミクロンという極限的な精度でストリップ処理されることが可能なファイバにおける点に対して、高精度にレンズ位置を決定するように行われる請求項１乃至５９の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項６２】
ファイバの主となる長手方向に対して所定の角度に光を方向付けるために、ファイバの片持ちが達成され、１つのパラメータセットは、９０゜から０゜（すなわち曲げなし）までで変更可能な角度におけるファイバの曲げである、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項６３】
ファイバの主となる長手方向に対して所定の角度に光を方向付けるために、ファイバの片持ちが達成され、１つのパラメータセットは、９０゜から０゜（すなわち曲げなし）までで変更可能な角度におけるファイバの曲げである、請求項１乃至６１の組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項６４】
先に説明した技術の組み合わせを使用して、ファイバ軸に対して９０度で研磨及びレンズ形成を行うことによりテーパ処理を達成することが可能である、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項６５】
先に説明した技術の組み合わせを使用して、ファイバ軸に対して９０度で研磨及びレンズ形成を行うことによりテーパ処理を達成することが可能である、請求項１乃至６３の組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項６６】
機械的研磨及び／又はレーザ研磨されたレンズの片面のみをコーティングすることにより、及び／又は研磨されたレンズの片側に楕円形構造物を生成することにより、適切なコーティングを行ってビームスプリッタを生成する請求項６４及び／又は６５記載の方法及び装置。
【請求項６７】
円柱レンズの形成が達成される請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項６８】
円柱レンズの形成が達成される請求項１乃至６６の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項６９】
上述の手順によって生成されたレンズは、続いて２つの面（１８０゜）から互いに研磨され、次に別のレーザステップが導入されて粗く研磨された面が滑らかにされ、所望される制御及び光学的性能が達成され、このような組み合わされた手順の使用により少なくとも１：３の楕円軸比が達成される請求項６７及び／又は６８記載の方法及び装置。
【請求項７０】
レンズは偏光保持ファイバからの偏光を保持するように生成される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項７１】
レンズは偏光保持ファイバからの偏光を保持するように生成される請求項１乃至６９の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項７２】
偏光は、偏光保持ファイバを使用することなくレンズを介して達成される請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項７３】
偏光は、偏光保持ファイバを使用することなくレンズを介して達成される請求項１乃至７１の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項７４】
上記特性決定の重要性が閉ループにおいてこのようなファイバレンズの金属化に適用される場合において、はんだ付けのためのストリップ処理されたファイバ上への金属の蒸着又は付着による被覆と、磁力を含む他の必要条件とは、真空蒸着と電気化学的付着及び電気を用いない付着との両方においてこのようなファイバレンズに対して高精度で達成され、
よって、材料がプラスチックの形式で付着されるような材料の電気化学的付着とガルバノプラスチック付着との組み合わせにより、様々なパッケージに対する気密シールが達成され、
又は、回転を用いたソフトリソグラフィ技術又は制御された真空技術を用いて、材料は３Ｄで付着され、
最終的に得られる構造物はレーザ溶接される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項７５】
上記特性決定の重要性が閉ループにおいてこのようなファイバレンズの金属化に適用される場合において、はんだ付けのためのストリップ処理されたファイバ上への金属の蒸着又は付着による被覆と、磁力を含む他の必要条件とは、真空蒸着と電気化学的付着及び電気を用いない付着との両方においてこのようなファイバレンズに対して高精度で達成され、
よって、材料がプラスチックの形式で付着されるような材料の電気化学的付着とガルバノプラスチック付着との組み合わせにより、様々なパッケージに対する気密シールが達成され、
又は、回転を用いたソフトリソグラフィ技術又は制御された真空技術を用いて、材料は３Ｄで付着され、
最終的に得られる構造物はレーザ溶接される、請求項１乃至７１の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項７６】
上記手順は、ドーピング又は他の手段によりシリコンの屈折率を変更することによりシリコンに対して微細加工されることが可能なものを含む他の導波路構造にも使用される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項７７】
上記手順は、ドーピング又は他の手段によりシリコンの屈折率を変更することによりシリコンに対して微細加工されることが可能なものを含む他の導波路構造にも使用される、請求項１乃至７５の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項７８】
金属蒸着又は付着は、レンズ付又はレンズを持たないファイバの先端部又は導波路を完全に被覆し、このとき、装置を金属で完全にコーティングすることと、次に、レンズがその角度及び相互作用に起因して粘性溶液でコーティングされないように、ファイバの先端部を、樹脂又は他の粘性溶液を表面に付着させる溶液内へ浸漬することとにより、これらの構造物の上へ１つ又は複数の開口を形成し、
これにより、金属コーティングの小さな領域が露出されかつエッチングされて、コーティングがレンズに近接させられるようにし、振動及び他の機械的問題又は同様の問題等のその後の問題点を防止する、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項７９】
金属蒸着又は付着は、レンズ付又はレンズを持たないファイバの先端部又は導波路を完全に被覆し、このとき、装置を金属で完全にコーティングすることと、次に、レンズがその角度及び相互作用に起因して粘性溶液でコーティングされないように、ファイバの先端部を、樹脂又は他の粘性溶液を表面に付着させる溶液内へ浸漬することとにより、これらの構造物の上へ１つ又は複数の開口を形成し、
これにより、金属コーティングの小さな領域が露出されかつエッチングされて、コーティングがレンズに近接させられるようにし、振動及び他の機械的問題又は同様の問題等のその後の問題点を防止する、請求項１乃至７７の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項８０】
ファイバ又は他の導波路等のテーパ状の、及び／又はコーティングされた、及び／又は他の構造物の先端部及び／又は側面及び／又は所望される任意の点にナノサイズの寸法の開口を生成するために、ナノインデンテーションプロセスが使用される方法及び装置。
【請求項８１】
結果的に得られる構造物は、生成中のファイバ開口の構造が光入力と複合化されかつ光出力が強度及び／又は分布に関してモニタリングされる場合には、その光学的出力に関連して反復的に制御される請求項８０記載の方法及び装置。
【請求項８２】
金属又は他の不透明なコーティング内にナノ開口を生成することが可能なナノインデンテーション手順又は他の手順を使用する開口形成の自動化を許容する方法及び装置であって、
このようなナノインデンテーション方法は、集束されたイオンビームと、化学エッチングと、化学物質により支援された場合及び支援されていない場合のフェムト秒レーザの非線形アブレーションと、もしくは、装置がナノサイズの圧痕を生成しかつレーザ又は他の装置を使用してインデンテーションが生成されるべき表面を一時的に溶融するレーザ又は熱によって支援されたナノインデンテーションとのうちの１つ又は組み合わせを含む方法及び装置。
【請求項８３】
すべての手順は、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載された不可欠な特性決定を含み、よって、この特性決定なしでは、使用される手順に係る複数のパラメータは効果的に調整されない請求項８２記載の方法及び装置。
【請求項８４】
正確なシミュレーションは、他の構成要素の加工のために固有の統合された特性決定と組み合わされ、これは、モード変換器と、マルチレンズアレイと、微小電気機械技術アプローチやシリコン導波路等の他のソリューションとを含むレンズ形成及び／又は導波路形成を達成できるものであり、上記シリコン導波路では、シリコン基板内に導波路を生成するためにドーパントが使用されるか、又は、様々な材料の屈折率を変化させるためにフェムト秒レーザが使用され、
これらすべてのレンズ形成又は導波路形成のソリューションは、本発明の一部であるシミュレーション及び特性決定の統合なしには、所望される結果を達成できることはなく、
正確なパラメータは、このようなシミュレーション及び特性決定によってのみ画成され、
従来技術に係る発明の中には、標準的な微小電子技術及び微小電気機械技術による加工を必要とする材料を含む、様々な幾何学的構造を有するガラス及び／又は他の材料において、画成されたレンズ及び／又は導波路構造物を生成する上で、理論的シミュレーションと、特性決定方法と、標準的な微小電子技術及び微小電気機械技術による加工を必要とする材料を含む多様な生成技術とによるこのような閉ループの重要性を認識しているものは存在していない、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項８５】
テーパ処理されたか、テーパ処理されていないか、予めレンズ形成されたか、又はレンズ形成されていないかのいずれかであるファイバ又は他の導波路の先端部へフレネル及び／又は回折光学の機能を追加するツールとして、近接場光学の光学的な交代及び／又は原子間力顕微鏡リソグラフィを統合する、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項８６】
ファイバは、深ＵＶレーザ等のレーザが通過する近接場光学装置の先端部に対して移動され、
よって、フレネルレンズの形成に十分な分解能での適切なファイバ又は他の導波路の先端部における変更された屈折率の形成、又は回折光学面を形成するパターンの形成が可能になる、請求項８５記載の方法及び装置。
【請求項８７】
深ＵＶレーザか、又は化学エッチングか、又は原子間力リソグラフィか、又は集束されたイオンビームか、もしくは、ファイバ又は他の導波路のコアの屈折率及び／又はトポグラフィを、フレネル又は回折レンズの生成に使用されるのに十分な分解能で変更することのできる他の任意の方法又はこれらの方法の組み合わせかを含み、
請求項１乃至７、１０及び１１記載の理論的シミュレーション及び特性決定を、上記加工プロセスにおける必須のものとして含む、請求項８５記載の方法及び装置。
【請求項８８】
半導体産業で使用されているような複数の投影技術を用いた、また用いていない方法及び装置であって、
これらは、屈折率又はトポグラフィを並列に変更して装置を生成することができるパターンをファイバ又は他の導波路のコア上へ形成するために使用され、
これは、集束をもたらすだけでなく、分散の補償と、多焦点特性と、位相面の補正、複屈折の除去又は付加、もしくは結果的に得られるレンズにおける様々な収差の除去等の他の特性とをもたらす、請求項８５乃至８７記載の方法及び装置。
【請求項８９】
フレネル又は回折理論又は他の理論によって変調されることが可能な任意の光学パラメータが達成され、例示的な場合では、２つの軸が同じ焦点を有するテーパ処理された又はテーパ処理されていない円柱レンズが形成される、請求項８５乃至８７記載の方法及び装置。
【請求項９０】
銀又は金又はアルミニウム又は他のこのような金属を用いかつ誘電体による適切なコーティング及び適切に配置された開口備えた回折光学構造物は、ファイバの端部に形成されるか、又はスタンドアロン型デバイスとして形成され、
これは、固有の光操作を達成するための、開口における光伝送と装置のプラズモン特性との間の相互作用による光の操作を可能にし、
必須のパラメータは、操作される必要のある波長との整合を達成するために調節されることが可能な、誘電体層の数と、金属及び介在する誘電体層の厚さ及び数とであり、
このようなパラメータは、所望される特性に依存して、非自由定在フィルム（non-free standing film）のためのファイバ以外には誘電体が含まれず１つの金属層のみが含まれる領域から、様々な厚さを有する異なる数の誘電体及び金属層にまで変化する請求項８５乃至８９記載の方法及び装置。
【請求項９１】
必須の部分は、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に基づく反復的なシミュレーション及び特性決定ツールである請求項８５乃至９０記載の方法及び装置。
【請求項９２】
複数のレンズは、レンズをビームスプリッタ又は他の光学的構成要素と組み合わせるために、レーザ及び機械研磨されたファイバ又は他の導波路へ挿入されることが可能である請求項８５乃至９１記載の方法及び装置。
【請求項９３】
フレネル又は回折理論又は他の理論によって与えられる任意の光学パラメータが達成される請求項８５乃至９２記載の方法及び装置。
【請求項９４】
すべてのレンズは、ファイバに書き込まれたブラッグ格子により、また上記ブラッグ格子によらずに結合されることが可能である、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項９５】
すべてのレンズは、ファイバに書き込まれたブラッグ格子により、また上記ブラッグ格子によらずに結合されることが可能である、請求項１乃至９３の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項９６】
複数の方法の順序は、ファイバブラッグ格子を消去することなくファイバ内でレンズ形成が達成されるように選択される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項９７】
複数の方法の順序は、ファイバブラッグ格子を消去することなくファイバ内でレンズ形成が達成されるように選択される、請求項１乃至９５に基づく方法及び装置。
【請求項９８】
高屈折率ファイバ又は他のこのような導波路を有する固体浸レンズを生成する、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項９９】
高屈折率ファイバ又は他のこのような導波路を有する固体浸レンズを生成する、請求項１乃至９７の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項１００】
可視領域では透過性である可能性がある請求項９８及び／又は９９記載の方法及び装置。
【請求項１０１】
テーパ処理を行う前又は後に、レーザ溶融処理によってファイバの端部へボールを形成し、
ボールは次に、機械研磨及びレーザ研磨の組み合わせによって研磨されて、固体浸レンズとして機能することが可能である平坦なきのこ形ヘッドを生成する請求項１００記載の方法及び装置。
【請求項１０２】
研磨される面の表面はレーザ研磨により光学的に優れた性能にされなければならないので、機械研磨とレーザ研磨とを組み合わせる能力はここでは必須である請求項１０１記載の方法及び装置。
【請求項１０３】
上記固体浸レンズが請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載されたようにシミュレーションされかつ特性決定されることは不可欠な構成要素であり、これなくしては、レンズの特性決定は効果的に達成されない請求項１０１及び／又は１０２記載の方法及び装置。
【請求項１０４】
固体浸レンズが請求項１乃至９１の組み合わせに基づいてシミュレーションされかつ特性決定されることは不可欠な構成要素であり、これなくしては、レンズの特性決定は効果的に達成されない請求項１０１及び／又は１０２記載の方法及び装置。
【請求項１０５】
片持ち式ファイバの一端に配置され、これにより、上記固体浸レンズが表面に接触させられること又は表面に接近させられることが可能であるように一体化された原子間力センサに付加的な感度が与えられ、また、照射を行っている顕微鏡対物レンズに対してこのレンズが敏感に整列される請求項９８乃至１０４記載の方法及び装置。
【請求項１０６】
上記固体浸レンズは、請求の範囲に記載されているように様々な組み合わせの研磨によって生成され、よって、これは、先端部に対して平坦な表面が研磨されかつ所望されればコーティングが付与されるような他の幾何学的構造を有する可能性もある請求項１０５記載の方法及び装置。
【請求項１０７】
生成されたレンズは、フレネル及び回折レンズ特性と組み合わされることも可能である請求項１０６記載の方法及び装置。
【請求項１０８】
ファイバ又は中空のテーパ状マイクロピペットに対するテーパ処理及びレンズ形成によって、又はテーパ処理及びレンズ形成によらずに、きのこ形レンズ又はボールレンズ等の他の固有の構造が実現され、
この場合、レーザによる後続の加熱を使用して、ハンドル付きのコリメータとして使用可能なきのこ形レンズ又はボールレンズが形成される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項１０９】
請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載されたシミュレーション及び近接場及び関連の特性決定による不可欠な構成要素に基づいて、ボールレンズは、これらのレンズ及び他のレンズと組み合わされた光を集中させるテーパを有する大型のファイバ又は他の導波路等の他の方法によって達成できない組み合わせをもたらすために使用され、
よって、制御された発散及び視準が生成される請求項１０８記載の方法及び装置。
【請求項１１０】
請求項１乃至９７の組み合わせに基づくシミュレーション及び近接場及び関連の特性決定による不可欠な構成要素に基づいて、ボールレンズは、これらのレンズ及び他のレンズと組み合わされた光を集中させるテーパを有する大型のファイバ又は他の導波路等の他の方法によって達成できない組み合わせをもたらすために使用され、
よって、制御された発散及び視準が生成される請求項１０８記載の方法及び装置。
【請求項１１１】
大きな光源はコリメートされた光源へ集中され、より小さな直径を有するファイバ等のデバイスへ進入させられる請求項１０９又は１１０記載の方法及び装置。
【請求項１１２】
焦点におけるスポットサイズは、５０ミクロンの距離におけるコア直径と同じである請求項１１１記載の方法及び装置。
【請求項１１３】
複数のボールレンズは、このような１つのレンズ又はこのような複数のレンズとして使用される請求項１０８乃至１１２記載の方法及び装置。
【請求項１１４】
一体化されたファイバレンズはボールレンズと統合されて、コリメートされた光のビームが得られ、次に、これは、所定の開口を備えたか又は備えていない第２のボールレンズ又は通常のレンズと共用され、非常に小さくかつ回折限界のスポットサイズが得られる請求項１１３記載の方法及び装置。
【請求項１１５】
光学装置のこのような組み合わせにより、一体化されたファイバレンズの作動距離は延長される請求項１１４記載の方法及び装置。
【請求項１１６】
コーティングされずに使用されるか、又は絶縁のある場合及びない場合で金属コーティングされて使用される、複数の偏光保持ファイバと複数の尖った部分を備えた構造物とを使用する、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項１１７】
テーパ状マイクロピペットは、適切にテーパ処理された構造物の中に硝酸銀溶液を導入することによって、回折限界を超える高度に制御された光集中のために、片持ちで支持される、また片持ちで支持されることのない様々な材料により形成され、
上記構造物は、制御された長さの時間にわたって砂糖の溶液又は他の適切な溶液内へ挿入されて、銀のナノシードが形成され、
上記ナノシードは次に、無電解的方法により、金、又は銀、又はアルミニウム、又は光を集中させるために使用可能なプラズモン共鳴を有する様々な金属の制御されたナノ粒子へと成長される方法及び装置。
【請求項１１８】
上記ピペット構造物の中の溶液は、砂糖であるか、又は銀のような金属に対する関係において同様の特性を有する化学物質であり、
上記ピペット構造物の外の溶液は硝酸銀である請求項１１７記載の方法及び装置。
【請求項１１９】
上記ピペットの、その周囲の液体からの制御された引き抜きを行うことは、上記ピペットの先端部にロッド状又は他の幾何学的構造を生成するように実行される請求項１１７及び１１８記載の方法及び装置。
【請求項１２０】
これらの構造体の先端部におけるナノ粒子形成の間には、照射、加熱及び他の外的な摂動による様々な組み合わせが適用され、
これらは粒子の特性を変更することが可能である請求項１１７乃至１１９記載の方法及び装置。
【請求項１２１】
容器はガラス製又は他の材料製のマイクロピペットであり、
その内部の中空領域には液体が挿入されることが可能であって、照射の間のナノ粒子の冷却材として作用する請求項１１７乃至１２０記載の方法及び装置。
【請求項１２２】
直線状であるか又は片持ち式であり、またテーパ状であるか又はテーパ状でない材料であって、コーティングされているか又はコーティングされていないかのいずれかが可能な材料であって、力センサであるか又は力センサでないものであるかのいずれかが可能な任意の材料で生成されるマイクロピペット又は同様の構造物は、注入、加熱又は他の手段のいずれかによって所定の材料で充填され、
上記材料は、ポリメチルメタクリレート等の誘電体材料、又はカルコゴナイド（calcogonide）のような材料、もしくは高屈折率又は低屈折率を有する他の任意の材料を含む様々なタイプであり、
これらの装置は照射のマイクロ及びナノ伝送に使用される方法及び装置。
【請求項１２３】
光スイッチのように動作する印加された場を用い、また用いることのない請求項１２２記載の方法及び装置。
【請求項１２４】
ピペット又は他の同様の装置を充填する材料は加圧下にありかつ／又は湿潤処理によって調節され、よって液体が開口から射出される程度は制御され、
これにより、照射、加熱又は他の外的手段等の外的手段によって制御されることが可能なナノ球面又は他の構造物の中に、少量の液体が入って乾燥させることが可能になる請求項１２２記載の方法及び装置。
【請求項１２５】
結果的に生じる突出した構造物は、金属、又は誘電体、又は異なる厚さを有する金属及び誘電体による複数のコーティング等の別の材料でコーティングされる請求項１２４記載の方法及び装置。
【請求項１２６】
上記突出した構造物は、１つ又は複数のレーザ周波数の出力周波数に一致する領域に共鳴を有するように、そのプラズモン共鳴特性に関して調節される請求項１２５記載の方法及び装置。
【請求項１２７】
上記構造物は、冷却のために適切な手段で生成される請求項１２６記載の方法及び装置。
【請求項１２８】
シミュレーション及び近接場光学及び他の特性決定技術及び請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載された他の特性決定技術は、このような装置の構造、屈折率及び光変調特性を画成する上で必須である請求項１２２乃至１２７記載の方法及び装置。
【請求項１２９】
テーパ状であるか又はテーパ状でないピペット又は他の中空の装置は、硬化可能な材料であって、硬化前に上記中空の装置の一端から押し出されるか、もしくは押し出されない又は最小限で押し出されることが可能な材料で充填され、
硬化される液体が射出される際に通過するか又は通過可能な端部は、型又は他の外的手段のいずれかの中へ配置され、この端部において任意の所望される形状の光学素子が形成される方法及び装置。
【請求項１３０】
充填された中空の管の一端で型により形成される光学素子は、回折、フレネル及び／又は他のこのような光学素子である請求項１２９記載の方法及び装置。
【請求項１３１】
複数の型の中における複数の管は、複数の装置の生成又は複数の装置にてなるマイクロアレイの生成のいずれかを自動化するために使用される請求項１２９及び１３０記載の方法及び装置。
【請求項１３２】
請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載されたシミュレーション及び近接場光学及び他の特性決定技術は、このような装置の構造、屈折率及び光変調特性を画成する上で必須である請求項１２９乃至１３１記載の方法及び装置。
【請求項１３３】
中空の管を持たない光学構造物に係る型のみがマイクロレンズアレイの形成に使用され、
請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載されたシミュレーション及び近接場光学及び他の特性決定技術は、このようなデバイスの構造、屈折率及び光変調特性を画成する上で必須である請求項１２９乃至１３１記載の方法及び装置。
【請求項１３４】
中空の管を持たない複数の型がマイクロレンズアレイの生成に使用され、又は他の任意の手段が複数のマイクロレンズ及び／又は複数のマイクロレンズアレイの生成に使用され、
シミュレーション及び近接場光学及び他の特性決定技術及び請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載された他の特性決定技術は、このような装置の構造、屈折率及び光変調特性を画成する上で必須である請求項１２９乃至１３１記載の方法及び装置。
【請求項１３５】
複数のチャネルを有する、又は処理の間に複数のチャネルへと変更されることが可能な材料を有する、テーパ状であるか又はテーパ状でないピペット又は他の中空の装置は、幾何学的構造又は屈折率の両方に関して予め決められた方法で上記チャネルの内側又は外側のいずれかが充填されて光学素子を形成するように、画成された１つ又は複数の屈折率を有する硬化可能な材料で充填される方法及び装置。
【請求項１３６】
上記チャネルは装置全体にわたって延在し、これらすべてのチャネルの周りにより大きなチャネルが存在して包囲している請求項１３５記載の方法及び装置。
【請求項１３６】
上記チャネルは装置の一部にわたって延在し、これらすべてのチャネルの周りにより大きなチャネルが存在して包囲している請求項１３５記載の方法及び装置。
【請求項１３７】
寸法及び１つ又は複数の屈折率は、接続されなければならない他の標準型の光ファイバの寸法に合わせて調節され、
これは、このようなファイバに対するスプライス処理の容易さが最小化されるような方法で行われる請求項１２２乃至１３６記載の方法及び装置。
【請求項１３８】
５０パーセント以上の高い結合効率を有するマルチモード方式からシングルモード方式への送信機又はカプラとしてマルチモードファイバが機能するように、かつ、５０μｍのコア直径及び０．２のＮＡを有するマルチモードＦＭＳＤファイバへのこのような方法のアプリケーションであって、ファイバ端部でのコア直径が約４μｍであり、表面から１２ミクロンの距離に焦点が到達し、ウエスト直径が３．８ミクロンであるアプリケーションを許容するように、複数のパラメータ（ファイバ端部におけるテーパ角度及び曲率半径）が選択される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８及び／又は１２２乃至１３６記載の方法及び装置。
【請求項１３９】
５０パーセント以上の高い結合効率を有するマルチモード方式からシングルモード方式への送信機又はカプラとしてマルチモードファイバが機能するように、かつ、５０μｍのコア直径及び０．２のＮＡを有するマルチモードＦＭＳＤファイバへのこのような方法のアプリケーションであって、ファイバ端部でのコア直径が約４μｍであり、表面から１２ミクロンの距離に焦点が到達し、ウエスト直径が３．８ミクロンであるアプリケーションを許容するように、複数のパラメータ（ファイバ端部におけるテーパ角度及び曲率半径）が選択される、請求項１乃至１３８の組み合わせに基づく方法及び装置。
【請求項１４０】
１．５μｍのレーザ光を使用して測定されたマルチモードのレンズ付ファイバとシングルモードのレンズ付ファイバとの間の結合効率は、最大で６４％である請求項１３８又は１３９記載の方法及び装置。
【請求項１４１】
遠距離場光学特性決定と、原子間力画像化及び他の走査プローブ法（ＳＰＭ）と完全に統合された近接場光学システムの特性決定に関しては簡単な方法及び装置であって、
これは、フィードバックを用いて、ｘ、ｙ及びｚ方向の動きを有する円柱形の圧電デバイスに基づいてピッグテールなしに試験対象装置をプローブファイバに対して高度に安定した接触状態に維持するために使用され、
上記フィードバックは、印加された変調を有する試験対象装置に接近するプローブファイバを含み、変調の周波数及び振幅は変化し、これは、音さによってか、もしくは直接的に又は別のファイバを介してファイバを照射する別のプローブレーザによってかのいずれかでモニタリングされる方法及び装置。
【請求項１４２】
上記プローブファイバは上記音さに接着されず、上記音さ及び上記プローブファイバはともに、上記音さが上記プローブファイバを検出するまで上記プローブファイバ及び上記音さを互いに近接させておくことができる圧電デバイス内に保持され、
次に、上記プローブファイバは、試験対象装置へ接近するにつれて上記音さに近接して僅かに調節され、これにより、上記プローブファイバを上記試験対象装置に対して大きな安定性（最大で０．００２ｄＢ）で維持するフィードバックループが動作させられ、
よって、近接場光学プロファイル、反射減衰量他に関する光波測定、及びトポグラフィを含む近接場及び遠距離場の両方に係る他の光波パラメータは、ピッグテールなしに測定される請求項１４１記載の方法及び装置。
【請求項１４３】
原子間力又は近接場光学又は遠距離場光学信号は、試験対象である光学装置又は他の装置に対する光プローブの相対的位置を、接着又はピッグテールなしに維持するフィードバックとして使用される請求項１４１及び／又は１４２記載の方法及び装置。
【請求項１４４】
上記プローブファイバの位置を測定する装置は、本願特許において説明されているレンズ付ファイバ自体であり、又は、本願特許発明の手順によって、２つのチャネルを備えたマイクロピペットにおけるファイバに対して引っ張り処理を行うことによって生成されることが可能な２つのレンズ付ファイバであり、
よって、１つのレンズ付ファイバ、もしくは２つのレンズ付ファイバ、もしくはレンズなしの１つ又は２つのファイバのいずれかにより、プローブファイバの位置はモニタリングされ、それが表面へ接近するのに伴って正確に測定される請求項１４１乃至１４３記載の方法及び装置。
【請求項１４５】
上記装置を介して光は上記プローブファイバ上へ送られ、次に反射される光又は伝送される光が測定され、
よって、上記プローブファイバの周波数、振幅及び／又は位置は、それがサンプルへ接近するのに伴って変化する請求項１４４記載の方法及び装置。
【請求項１４６】
ナノサイズの位置決定と光波測定と画像化とに係る各世界は、光学的及び他の試験及び測定のために統合される請求項１４１乃至１４３記載の方法及び装置。
【請求項１４７】
請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の手順が自動化されることを可能にする請求項１４１乃至１４６記載の方法及び装置。
【請求項１４８】
請求項１乃至１４７記載の手順が自動化されることを可能にする請求項１４１乃至１４６記載の方法及び装置。
【請求項１４９】
自動化されたプロセスを制御するコンピュータプログラムに含まれるファイバレンズのシミュレーションの理論から、ピックアップ及び他の処理手順と、張力及び加熱によるテーパ処理と、エッチングと、突起における制御されたレンズ形成と、機械研磨と、レーザスクライビングと、レーザを含む装置及び他の屈折率変更方法を形成するためと近接場及び関連の特性決定を含む特性決定ステップを反復的に含むために必要なすべてのステップとを含む複雑なファイバの取り扱いに至るまでのすべてのステップが自動化される請求項１４８記載の方法及び装置。
【請求項１５０】
上記自動化手順には記載されたもの以外のステップも含まれる請求項１４９記載の方法及び装置。
【請求項１５１】
請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に従って極めて小さなスポットサイズのレンズが生成される方法及び装置であって、
一体化された光学ファイバレンズは回折限界のスポットサイズを生成するために使用され、
これらの装置は、
片持ち式にされることが可能であって、よって顕微鏡のレンズの下へぴったりと嵌合し、又は、
直線状のレンズ付ファイバとして使用され、よって、原子間力顕微鏡に使用されるものと同じ圧電技術により、簡単な走査型の一体化されたレンズ付ファイバに基づく共焦点（ＳＩＬＣ）顕微鏡を構築し、従来型の共焦点ビームスキャナより格段に高いスループット、集光効率及び分解能によって、複雑なビーム走査型共焦点顕微鏡に取って代える方法及び装置。
【請求項１５２】
請求項１乃至１５０の組み合わせに基づいて極めて小さなスポットサイズのレンズが生成される方法及び装置であって、
一体化された光学ファイバレンズは回折限界のスポットサイズを生成するために使用され、
これらの装置は、
片持ち式にされることが可能であって、よって顕微鏡のレンズの下へぴったりと嵌合し、又は、
直線状のレンズ付ファイバとして使用され、よって、原子間力顕微鏡に使用されるものと同じ圧電技術により、簡単な走査型の一体化されたレンズ付ファイバに基づく共焦点（ＳＩＬＣ）顕微鏡を構築し、従来型の共焦点ビームスキャナより格段に高いスループット、集光効率及び分解能によって、複雑なビーム走査型共焦点顕微鏡に取って代える方法及び装置。
【請求項１５３】
走査速度を数倍に増大させるためにレンズファイバ束が使用される請求項１５１又は１５２記載の方法及び装置。
【請求項１５４】
共焦点顕微鏡が生成される方法及び装置であって、
原子間力顕微鏡のスキャナにおいて、上記顕微鏡の接眼レンズ又は顕微鏡の他の何らかのポートにファイバが配置され、
上記顕微鏡のレンズが最終的な焦点合わせ及び集光に使用される方法及び装置。
【請求項１５５】
ファイバ束が使用される請求項１５４記載の方法及び装置。
【請求項１５６】
多光子顕微鏡法のための請求項１５１乃至１５５記載の方法及び装置。
【請求項１５７】
ファイバは、ボールレンズ及び顕微鏡のレンズと協調したファイバレンズと置換され、上記顕微鏡のレンズ上にこの組み合わせが設けられ、顕微鏡のレンズは照射及び集光の両方のために使用される請求項１５１乃至１５５記載の方法及び装置。
【請求項１５８】
ファイバレンズはファイバスプリッタへ接続され、一方のチャネルは照射であり、他方のチャネルは検出器である請求項１５１乃至１５７記載の方法及び装置。
【請求項１５９】
レンズ付き又はレンズなしのファイバは、ピエゾチューブスキャナの中に、又は走査のための他の適切な走査装置の中に置かれ、
よって、上記ファイバは、顕微鏡のチューブレンズ、又はボールレンズ、又は平行ビームを生成する短い焦点距離のレンズに対して正確に配置され、
次に、顕微鏡の対物レンズ又は別のボールレンズは、サンプル上へスポットを生成する方法及び装置。
【請求項１６０】
上記スキャナはビームを走査し、上記顕微鏡のレンズは集束されたスポットを発生させる請求項１５９記載の方法及び装置。
【請求項１６１】
共焦点画像化のために超分解能と最高のスループットとが達成され、
顕微鏡の対物レンズは高効率で光を集光し、照射が達成された際に通過されたファイバを介して上記光を送り返す請求項１５９及び１６０記載の方法及び装置。
【請求項１６３】
ファイバスプリッタは励起と検出とを分離する請求項１５９乃至１６１記載の方法及び装置。
【請求項１６４】
照射チャネルは検出チャネルとは分離したものであり、
検出チャネルは、別の光路に結合されることが可能であり、電荷結合素子を含む広い面積を有する検出器であることが可能であり、
ファイバの走査は、上記電荷結合素子の異なるピクセルの位置に対応するように調節され、上記電荷結合素子から読み出すためのソフトウェアは、ファイバ位置と上記電荷結合素子のピクセルとを合わせるように調節される請求項１５９乃至１６１記載の方法及び請求項。
【請求項１６５】
原子間力又は他の検出手段を使用してサンプルに対する制御された近さにおいて放射をブロックするナノメートルサイズ又は他の不透明な粒子により最高の分解能を達成する上で重要である回折限界スポットを生成し、
上記サンプルは適切な精度で走査され、このファイバ照射と不透明粒子のブロック処理との組み合わせなしには達成され得ない高い分解能が取得される請求項１５９記載の方法及び装置。
【請求項１６６】
ファイバビームスキャナ及び上記粒子は調和して走査される請求項１６０乃至１６５記載の方法及び装置。
【請求項１６７】
上記粒子は上記サンプルと断続的な接触を行う関係にあり、
照射の検出は、表面に接触している粒子及び／又は表面から所定の距離にある粒子に調和するように達成される請求項１６５及び１６６記載の方法及び装置。
【請求項１６８】
微分スペクトルは、１つの位置又は別の位置又は複数の位置間におけるサンプルからの信号と不透明粒子との間で記録されることが可能である請求項１６５及び／又は１６６記載の方法及び装置。
【請求項１６９】
サンプル／対物レンズの分離は、レンズの焦点が合った複数の光軸面からの画像を記録するために変更される請求項１５９乃至１６８記載の方法及び装置。
【請求項１７０】
スキャナにおいて複数のファイバが使用される請求項１５９乃至１６９記載の方法及び装置。
【請求項１７１】
複数の不透明粒子が使用される請求項１５９乃至１７０記載の方法及び装置。
【請求項１７２】
表面に対するその高さについて制御される粒子は、照射周波数においてプラズモン共鳴を有し、線形又は非線形現象を強化する能力を有する請求項１６５乃至１７１記載の方法及び装置。
【請求項１７３】
すべての多光子顕微鏡に使用される請求項１５９乃至１７２記載の方法及び装置。
【請求項１７４】
読み出し専用システム又は読み出し及び書き込みシステムにおける磁気記憶装置を含むデータ記憶装置アプリケーションに適用される、請求項１５９乃至１６４記載の技術のすべて又は組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項１７５】
読み出し専用システム又は読み出し及び書き込みシステムにおける磁気記憶装置を含むデータ記憶装置アプリケーションに適用される、請求項１６５乃至１７２記載の技術のすべて又は組み合わせを使用する方法及び装置。
【請求項１７６】
ビットの書き込みは、
ナノメートルサイズで制御される不透明粒子によって変調され、上記不透明粒子は、照射による直接的な加熱のために表面から上方に移動されるか、又は、より強い強度で照射される一方で、粒子が表面上に存在して書き込みのために表面へ熱を伝送し、
粒子の位置は、フライングヘッド技術における速度を変化させることによってか、もしくは書き込み又は高分解能の読み出しのいずれかのために粒子の位置が調節される他の何らかの能動又は受動フィードバック技術によってかのいずれかで変調される、磁気光学記憶装置のための請求項１７５記載の方法及び装置。
【請求項１７７】
請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８に記載されたレンズ付ファイバによって、又はレンズ付ファイバとボールレンズ又は他の光学変調素子との組み合わせによって提供される高分解能は、プリンタ用スキャナ、コピー機及び他のこのような装置等の他の光走査装置に使用される方法及び装置。
【請求項１７８】
請求項１乃至１７２の組み合わせに基づくレンズ付ファイバによって提供される高分解能は、プリンタ用スキャナ、コピー機及び他のこのような装置等の他の光走査装置に使用される方法及び装置。
【請求項１７９】
レンズ付ファイバ束が使用される請求項１７２及び１７３記載の方法及び装置。
【請求項１８０】
装置が光学装置及び温度検出装置としても機能するように、このような装置の先端部に金属層の接点を有する二酸化珪素等の誘電体の層によって絶縁された多層の金属でコーティングされた、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載の方法及び装置。
【請求項１８１】
装置が光学装置及び温度検出装置としても機能するように、このような装置の先端部に金属層の接点を有する二酸化珪素等の誘電体の層によって絶縁された多層の金属でコーティングされた、請求項１乃至１８０記載のマイクロ又はナノ光学素子に基づく方法及び装置。
【請求項１８２】
装置が光学装置及び温度検出装置としても機能するように、このような装置の先端部に金属層の接点を有する二酸化珪素等の誘電体の層によって絶縁された多層の金属でコーティングされた、請求項１乃至１８１記載のマイクロ又はナノ光学素子に基づく方法及び装置。
【請求項１８３】
このような装置は、上記装置がその片持ち式又は直線状の形式のいずれにおいてもトポグラフィの測定及び電気的特性等の他の走査プローブ顕微鏡法パラメータの測定のための原子間力センサとして機能することを可能にする複数の力定数で生成されることが可能である請求項１７９乃至１８２記載の方法及び装置。
【請求項１８４】
直線状又は片持ち式のファイバ又は他の導波路上の回折限界の一体化されたレンズ付ファイバはデータ記憶装置において使用される、請求項１乃至７、１０及び１１及び／又は請求項４７及び４８記載のレンズ付ファイバを使用する方法及び装置。
【請求項１８５】
直線状又は片持ち式のファイバ又は他の導波路上の回折限界の一体化されたレンズ付ファイバはデータ記憶装置において使用される、請求項１乃至１７９の組み合わせに基づくレンズ付ファイバを使用する方法及び装置。
【請求項１８６】
上記一体化されたレンズ付ファイバは、表面から特定の距離を隔てて近接場照射及び検出に関する優れた制御を以て保持される必要のある軽量の一体化されたレンズ付ファイバに特に適するフライングヘッド技術に関連付けられた装置に組み込まれる請求項１８４又は１８５記載の方法及び装置。
【請求項１８７】
ファイバは、レンズ上に近接場の光学的開口を有するか、又はレンズなしの近接場の光学的開口を有するか、又は固体浸型の変形物のレンズを有する請求項１８６記載の方法及び装置。
【請求項１８８】
光センサ及び温度センサとして機能するために誘電体層により分離される複数の金属コーティングを含む、請求項７９記載の複数のコーティングを有する方法及び装置。
【請求項１８９】
複数の誘電体層により分離される複数の金属コーティングを含む複数のコーティングを有し、よって、柔軟な装置が屈曲されるにつれて、上記金属コーティング間の物質の抵抗値が変化し、これにより、抵抗又は他の電気的パラメータの変更に基づいてフィードバックにより複数の表面は接近される請求項１８９記載の方法及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、任意のマイクロ及びナノ光学構造物及び装置の加工である。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２００２年１１月６日に出願されたイスラエル国特許出願第１５２，６７５号の利益を主張するものであり、その開示内容は参照によりここに含まれる。
【０００３】
本発明は当初、光ファイバの先端部にレンズを備えた構造物を実現することの困難さを認識した結果として着想された。このような困難さは、本分野における特許発明の歴史によって例証される。
【０００４】
去る１９８６年の特許発明［例えば、マティセク（Mathyssek）ほかに付与された米国特許番号第４，５８９，８９７号の発明］は、この課題に取り組もうとしている。マティセクほかの米国特許番号第４，５８９，８９７号の発明によるアプローチではコア及びクラッドの単なる圧縮が達成され、このことは結果的に光ファイバの先端部をレンズ様の形状にした。この圧縮は、ファイバの２つの端部の間におけるどこか中間の点に適用された。このような操作でファイバにレンズを設ける際の制御は効果的でなく、このプロセスは、プレズビー（Presby）の米国特許番号第４，０３２，９８９号の発明によって改良された。
【０００５】
プレズビーの特許発明は、マティセクほかの米国特許番号第４，５８９，８９７号の発明におけるような圧縮プロセスを採用せず、ファイバの先端部においてレーザを用いたアブレーション（融蝕）プロセスを使用した。プレズビーのアブレーションプロセスは、アブレーションを行うためのレーザビームの中でファイバが回転されるのに伴って材料を除去する。プレズビーの特許発明において、アブレーションプロセスは、レーザの軸とファイバの軸とがゼロ度より大きくかつ９０度よりずっと小さな角度をなすという、プレズビーによって示された事実によって強調されている。ゼロ度ではレーザの軸とファイバの軸とを互いに平行にし、９０度ではレーザの軸とファイバの軸とを互いに垂直にする。上記特許発明は特に、溶融プロセスにおいて必要とされる限界的な幾何学的配置を考慮したものではないが、その配置は、プレズビーの幾何学的配置では正面で１８０度に対向した幾何学的配置となり、又は溶融のための他の幾何学的配置では９０乃至１８０度になる。上記特許発明はさらに、ガラスのアブレーションに不可欠なレーザであるエキシマレーザの使用を主張することによりアブレーションを強調している。本質的に、上記特許発明の目的は、屈折レンズ構造を形成するために、ファイバの先端部がレーザビームの中で回転されることで行われるレーザ機械加工（レーザマシニング）によりレンズを形成することにある。このことは、プレズビーの特許明細書の図４において明確に示されている。このレンズ構造は、後の説明のように、レンズの幾何学的構造と、コアの性質が処理手順によって影響を受けないという事実との両方に関して、最適とはほど遠い。このことは結果的に、最新の光通信、検出、及び一体化されたファイバレンズの他のアプリケーションに係るすべての要望を満たすウルトラマイクロレンズを含むレンズの形成に不可欠である適切な任意の構造を生成する上で多大な損失をもたらし、またそのような生成を不可能にする。
【０００６】
これらの問題点に鑑みて、白石ほかの米国特許番号第５，４４６，８１６号の発明では極端な措置が講じられた。上記発明者らは、ファイバレンズに係る従来の発明においてコア及びクラッドを操作することの欠如が、１９９５年の時点でさえも必要とされていた所定範囲の任意の構造物を生成する能力を著しく制限すると認識しており、この必要性は、２００２年にはかえってさらに深刻なものとなっている。
【０００７】
この問題点を解決するために、白石ほかの米国特許番号第５，４４６，８１６号の発明は強引なソリューションを使用した。彼らは光学材料内にレンズとして機能する面を形成し、次にこれを、適切に構成されたスリーブ内へ挿入して、ファイバ型の幾何学的構造において必要とされる様々な構造のいくつかのエミュレーションを生成する（模倣する）ことが可能な光学特性を有するコア／クラッド構造のエミュレーションを生成した。ただし、白石ほかのこのソリューションは、内部でレンズが使用される様々なアプリケーションにおいて今日必要とされるようにレンズパラメータが様々に変化する一体化されたファイバレンズの形成を解決するソリューションではないことは留意されるべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記先行技術は、いくつかの点でうまく働かない。第１に、今日要求されている精度及び再現可能性を有するタイプの素子を達成するようにマイクロ又はナノ光学素子を形成するマルチステッププロセスをガイドすることは不可能であった。上記先行技術は上述の１つ又は別のプロセスに依存したが、これらの技術を効果的にかみ合わせて所望の究極的なマイクロ及びナノ光学ソリューションを達成できたことは決してない。さらに上記先行技術は、遠距離場近似／近軸近似が不可能である場合にマイクロ及びナノ光学素子のための理論的シミュレーションをガイドする際における、近接場光学と、他の走査プローブ法及び高分解能屈折率法とに係る必須の役割を認識していない。従って、理論及び加工をガイドするという視点と、結果的に生じる素子の特性を決定する視点との両方から、本願特許発明では近接場光学が中心的役割を果たすが、上記先行技術はこのような光学素子の加工におけるこの技術の重要性を認識していなかった。このようなシミュレーションに関しても、理論的なシミュレーションが要求するやり方で測定を行うようなレンズファイバの特性を決定する方法は存在しなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の分野は、任意のマイクロ及びナノ光学構造物及び装置の加工であって、オンラインの原子間力画像化方法及び他の走査プローブ方法（scanned probe method：ＳＰＭ）を用いた統合された近接場／遠距離場の光学的画像化がこのような複数の光学素子のマルチステップ処理をガイドできることを実現した結果としてもたらされる、上記構造物及び装置の加工である。このような処理における極めて重要な要素は、近接場の光学的結果によって課される拘束条件付きの反復的な理論的シミュレーションである。理論及び近接場光学データと、本発明の一部をなす高精度な屈折率での新規な画像化方法によって支援されたＳＰＭ技術とのこのような組み合わせにより、マルチステップ処理の順序及び程度は、これまでは達成可能でなかった光学的ソリューション、又は今日の産業での公差に係る高い必要条件によって要求される精度及び再現可能性では達成可能でなかった光学的ソリューションを得るようにガイドされることが可能である。
【００１０】
ガイドされる必要があるステップは、これまでは、一体化された（又は集積化された）複数のファイバレンズ、又は他の導波路と一体化されたレンズ、又は他のマイクロ及びナノ光学素子を生成する（又は製造する）競合技術（competing technologies）であると考えられてきた。これらのステップは、達成される必要があるマイクロ及び／又はナノ光学構造のパラメータに依存して、引っ張り処理及び／又は機械研磨及び／又はレーザ研磨及び／又は加熱を使用するテーパ処理を含むか又は含まないかのいずれかであり、放射線照射によるか又はよらず、フォトレジスト及び／又は他の同様の手順によるか又はよらずに行われる、エッチング及び／又は書き込み及び／又はマスキングを含むか及び／又は含まず、及び／又はインプリント及び／又は型による成形及び／又は蒸着又は付着による被覆を含むか又は含まない。
【００１１】
近軸近似／遠距離場近似が不可能である場合の理論と、近接場の光学特性決定及び関連付けられたＳＰＭ方法と、統合された生成方法との間の相乗作用的連係は、本願の本質的要素である。その結果、導波路として、ガラスファイバ又はマイクロピペット又は結晶ファイバ又は導波路として機能する他の材料等の任意の構造物を生成することが可能であり、又は、材料の制御された操作、型による成形、もしくは蒸着又は付着による被覆により光を集中させるか又は集束させるマイクロ及びナノ光学対物レンズとして達成可能な他の構造物を生成することが可能である。
【００１２】
このような操作の目的は、光通信、顕微鏡法、検出からの様々なアプリケーションと、本発明に係る本質的なステップなしには達成できなかった、一体化されたレンズを備えたシステム又は他の光集中又は集束装置に係る他のアプリケーションとにある。従って、これらの導波路又は他の構造物はスタンドアロン型素子として機能する場合もあれば、顕微鏡法、走査及び他の方法では達成できない他の分野においてソリューションを達成する複数の構成要素にてなる複合物の一部として含まれる場合もあり、また、これらの新規かつ高精度の光学素子からもたらされるこれらの発明も本願特許発明の一部である。
【００１３】
本発明は、下記のように要約することができる。
【００１４】
１．  近軸／遠距離場光学に依存することなく理論的なシミュレーションと加工とを相互作用的な方法でガイドする際における近接場光学及びＳＰＭ技術の決定的な重要性。
２．  １の結果としての、これまで全く統合されたことのない複数の処理方法を反復して適用する能力。
３．  １及び２の結果としての、これまでは生成することも、あるいは本発明の結果として達成可能な精度及び再現可能性で生成することも不可能だったマイクロ及びナノ光学素子を生成する能力。
４．  １、２及び３の結果としての、以前はこのようなマイクロ及びナノ光学素子を形成する能力を達成することが不可能であった新規な光学装置を生成する能力。
【００１５】
本発明の様々な他の目的、特徴及び付随した優位点は、添付の図面に関連して考察される場合にこれらがより良く理解されるようになるに伴ってより完全に認識されるようになるであろう。添付の図面におけるいくつかの図を通じて、同様の参照番号は同じ部分又は類似部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、光学素子の加工について説明するものである。ファイバレンズを含むファイバ光学素子の生成において重要な複数のパラメータについての新規な理論的理解に、本発明の第１の進歩性がある。
【００１７】
この理論は、結果的に得られる素子の近接場光学特性決定によって課される拘束条件によってガイドされるファイバレンズ内外の場の正確な数値計算に基づく新しいアプローチを提示している。これは、結合効率、ビームウエスト直径及び作動距離に関して、ファイバレンズの解析のための強力な方法である。このアプローチでは、ファイバレンズに係る複数のパラメータからのこれらの重要な特性の依存性について考察することができる。本理論は次に、例えば最適なファイバレンズを設計するためのツールとなる。本理論と、関連した本理論の検証と、近接場光学及びそれに関連した測定方法を用いて発展させられた関連の生成手順なしには、ファイバレンズ加工におけるこれまでのアプローチは、今日の光学的構成要素に必要な複数のファクタの組み合わせと、公差と、再現可能性とを達成することができなかった。例えば、他の場合を除外するものではない１つの事例としては、高度に画成されたビームプロファイルを有する能動及び受動光学装置に対するレンズ付ファイバの最大結合効率がある。理論的シミュレーション、近接場光学及びそれに関連した方法の組み合わせと、複数の生成技術に合わせた上記組み合わせの反復的なガイドとは、高効率の結合（カップリング）を可能にする。
【００１８】
他の場合を除外するものではない本方法に係る１つのエミュレーションにおいて、本願特許発明の一部である複数の生成方法の組み合わせのみによって最適に達成可能な幾何学的結果である双曲線形状（図１）を有するファイバレンズについて考察する。テーパ状のファイバレンズに係るこの幾何学的モデルの場合、３つの空間領域について、すなわちコア（１．１）、クラッド（１．２）、及び空気（１．３）について考察される。コアは、テーパ角度（１．４）によって決定される角度と、所定のコア対クラッドの直径比とを備えた円錐形状を有する。クラッドと空気との間の界面は、双曲線形状を有するものとみなされる。この形状は、漸近線の角度と、双曲線の頂点における曲率半径（１．５）とからなる２つのパラメータによって記述される。漸近線の角度は、テーパ角度（１．４）と同じであると仮定される。
【００１９】
本発明者らは、偏微分方程式の数値解を求めるために有限要素法を使用して場の計算を実行し、このことが、近接場光学及びそれに関連した方法によって複数のパラメータが実験的にモニタリングされかつ実験による測定結果に基づいて上記パラメータが調整されるファイバレンズのシミュレーションにおいて必須のものであることを認識した。本発明に係るこれらの態様の両方は、本発明の最終的な目的である、複数の手順を備えた生成方法を可能にする。
【００２０】
本願特許明細書に説明された光学素子形成における最初のステップとしての計算の決定的な重要性を明らかにするために、一例として、ファイバレンズの内外の場に注目する。これは、所定の反復的な手順を用いて定義されて調整された複数の境界条件を有する波動（ヘルムホルツ）方程式の数値解によって達成され、ここでは、シミュレーション及び結果の正確な複製が取得されるようにこれらの境界条件を調整するために、近接場光学測定と近接場光学測定に関連付けられた技術とが使用された。このような反復及び調整は新規なものである。
【００２１】
図２の左側から右側へ伝搬してファイバレンズから発生する（現れる）場の場合、ファイバ内部の左側の境界に対する境界条件の初期状態は、この境界上での場の値がシングルモードファイバの基本解（ＨＥ１１モード）に一致するというものであった。右側から左側へ伝搬してファイバレンズ内へ進入する場の場合、右側の境界に対する境界条件の初期状態は、近接場光学及び関連付けられた方法によれば、この境界上の場が、レーザスポットサイズに等しいウエスト直径を備えたガウス形を有するというものであった。
【００２２】
図２では、−４３度のテーパ角度及び−３．５μの曲率半径を有する双曲線形状のテーパ状ファイバレンズから発生する波（λ＝１．５μ）である、本発明のエミュレーションについて考察する。このエミュレーションでは、ファイバレンズから発生する波は、ファイバの端部（２．２）から５μ（２．１）を隔てて集束され、２μという小さなウエスト直径（２．３）を有する。このファイバレンズの結合効率の計算値は、８０％である。
【００２３】
本理論によれば、与えられたウエスト直径に対して最大の結合効率を与えるファイバレンズに係る複数のパラメータを予測することができる（本発明によるエミュレーションに係る計算のサンプルについては図３を参照）。このことは、従来は利用可能でなかった。
【００２４】
クラッドを単にテーパ処理することに基づいた従来の研究［シーエー．エドワーズ，エイチエム．プレズビー，シー．ドラゴン，「レーザとファイバとの結合のための理想的なマイクロレンズ」，ジャーナル・オブ・ライトウェイブ・テクノロジー，１１，２５２，１９９３年（Edwards CA, Presby HM, Dragone C, Ideal microlenses for laser to fiber coupling, Journal of lightwave technology, 11, 252, 1993）］では、３ミクロン未満のウエスト直径を達成することができなかった。上述の理論的結果から、今では、１．５μの波長のときに１．２μのウエスト直径を達成可能であり、さらに短い波長でも回折が限定された集束を達成可能であるということを予測できる。
【００２５】
本理論はまた、高い結合効率が可能であることを予測するものであり、２乃至３ミクロンのウエスト直径ではこのような結合効率は８０％を超え、３ミクロンを超えるウエスト直径では９０％を超え、しかもこれらの結合効率の値が無反射コーティングなしに達成可能であるということを予測する。無反射コーティングは、これらの極度に高い効率に最大で４乃至５％を追加するであろう。このような結合効率は重要であり、結果として生じるすべてのレンズのシミュレーションも同じく重要である。
【００２６】
近接場光学測定は、理論的予測を実際に確認することを可能にし、計算の境界条件を定義する手助けをする。このことは図４のグラフに示され、ここでは、理論的に予測されたウエスト直径が、このような近接場光学測定によって確認されている。従って、理論を発展させる際における本質的な構成要素は、本セクションで強調されているように特に設計されたファイバレンズ加工方法に関連付けられた近接場光学測定に係る、密接な（ハンド・ツー・ハンドの）特性決定である。本願特許明細書において説明されかつ本発明から結果として得られる素子のシミュレーションと、加工と、近接場光学特性決定とのすべてについても同じことが当てはまる。
【００２７】
従って、結論を言えば、本願特許発明の進歩性は、近接場光学及びその関連付けられた測定技術によって反復して定義される、調整された境界条件を用いた理論的シミュレーションの方法が、下記のことを可能にするということにある。
【００２８】
１．  一般的な遠距離場の光学近似が部分的に不可能であるか又は完全に不可能である場合における、ファイバレンズ及び他の光学素子の設計に効果的な方法としての正確な場の計算の利用可能性。
２．  ファイバレンズの特性決定のための信頼性の高い唯一の方法としての、当該ファイバレンズから発生する近接場測定及びそれに関連付けられた測定。一般に使用される遠距離場の特性決定方法は、本願特許明細書において説明されている構成要素には有効でない。
【００２９】
これらの発展的事項はいずれも、これまで、ファイバレンズの加工に対して、及び／又は本願特許明細書で説明された他の素子に対して適用されたことがない。これらの方法の使用は、最新のファイバレンズや他のマイクロ及びナノ光学素子を生成するための複数の加工手順の複合的な組み合わせを可能にする。
【００３０】
本願発明に係る技術は、ファイバレンズの形成における競合技術であるとみなされているものに対する、又はファイバ／導波路レンズの形成に使用されたことがないとみなされているものに対する、相乗作用的な統合された相互作用を可能にする。これらの技術は、これまでは達成可能でなかったパラメータの協働された相互作用をもたらすために達成されるべきマイクロ及び／又はナノ光学構造のパラメータに依存して、引っ張り及び／又は機械研磨及び／又はレーザ研磨及び／又は加熱を使用するテーパ処理を含むか又は含まないものとして、放射線照射によるか又はよらず、フォトレジスト及び／又は他の同様の手順によるか又はよらない、エッチング及び／又は書き込み及び／又はマスキングを含み、及び／又は含まないものとして、及び／又はインプリントとして、列挙されることが可能である。必要とされるタイプのマイクロ及びナノ光学素子を生成するためにはこれらの方法のすべて又は一部を適切な程度かつ適切な順序で使用する必要があるにも関わらず、これらの多様な技術を相乗作用的な１つの全体に統合することの困難さが、トポグラフィと近接場における光の分布との両方に関して統合の結果を正確に特性決定できないという点で存在する。
【００３１】
本セクションへの導入説明として、理論的シミュレーションに関してこれまで説明したこととともに認識されることとして、以下のことがある。すなわち、統合された特性決定ツールの適用は、焦点はずれの光がほとんど寄与することのない、マイクロ及び／又はナノ光学構造物の表面、近接場、又はマイクロ及び／又はナノ光学構造物から上方の所定の距離における、高精度の幾何学的及び光プロファイリングを可能にするプロセスに必須の部分であり、よって、波面の位相特性は、ナノ及びマイクロ熱検出を含むマイクロ及び／又はナノスコピックの特性決定のための原子間力トポグラフィ及び走査プローブ法（ＳＰＭ）と、及び／又は、反射減衰量、偏光に依存した損失、結合効率及び他の同様のパラメータ等の光波測定値と完全に統合される方法で正確に特徴付けられることが可能であり、これらの方法はまた、高分解能の屈折率画像化を含む遠距離場光学特性決定とも完全に統合されるということが認識される。シミュレーションと生成と特性決定とに係る上記の統合は、統合された特性決定、シミュレーション及び生成に係るこのコンテキストにおける近接場光学が、マイクロ及びナノ光学素子の生成のためのこのようなマルチステップ手順を容易にする際に必須のミッシングリンクであるという認識によるものである。
【００３２】
上述の導入説明に関連して、近接場の光学的開口を介した光の分布を遠距離場においてさえもモニタリングすることは、調査されているレンズ又は光学系に関して取得可能な情報の面で固有の特性を有するということが、本発明の一部として認識される。特に、近接場の光学的開口は、光の波長の１／１０程度の小ささである可能性のある、非常に小さな開口である。このような開口は非常に広い角度から光を受け入れるが、これは、この開口のみにおいて集光される光が、検出可能となるのに十分なフルエンスを有することを意味する。従って、このような開口により集光される光は、光の波長の１／１０だけ開口から離れた焦点はずれの光によってさえも汚染されることがない。このことが、開口は集光におけるコヒーレントな点光源として作用するという事実に追加されると、遠距離場におけるこのように小さな近接場開口による光の分布のモニタリングは、コヒーレントな波面のモニタリングを可能にすることが分かる。従って、このような光が、調査されているレンズ等の焦点の周囲及び／又は焦点から離れた場所におけるいくつかの光軸面（optical plane）でモニタリングされるとき、上述の理論的シミュレーションとの相互作用により、調査されている光学系の位相特性を高精度で決定することができる。
【００３３】
レンズに対する位相特性の測定は、輸送強度方程式に基づいたとするアルゴリズムを使用して達成されているという事実がある［エイ．バーティ，ケイ．エイ．ニュージェント，ディー．パガーニン，及びエイ．ロバーツ，オプティカル・レターズ２３，１（１９９８年）（A. Barty, K. A. Nugent, D. Paganin, and A. Roberts, Optical Letters 23, 1 (1998) ）］。この方程式の場合、異なるｚ個のセクションについて対物面における強度を知る必要がある。近接場光学プローブによるこの強度の測定は、このようなレンズに基づく間接的な方法をも凌ぐ優位点を有する。近接場光学プローブが使用される限り、収集される情報は、光学データが光学系によって変換される際に発生する歪のうちのいかなるものも含まない。上記光学系は、バーティほかの場合ではレンズである。このことは、上述のように、近接場光学技術が、レンズに基づく歪を含まないだけでなく焦点はずれによる寄与も含まない強度情報を取得するという事実を含んでいる。従って、１つ又は複数の光軸面における光の分布に係る近接場光学方法は、異なるｚ個のセクションにおける強度の真の尺度である。このような方法に加えて、所定の点における近接場光学情報をレンズに基づく情報と組み合わせて、屈折率と位相分布と他の位相に基づく特性とに関するレンズに基づく技術を使用する場合に取得可能な分解能よりもさらに優れた分解能で位相特性の迅速な解析を達成することを考慮に入れることができる。またこのような組み合わせは、単独の近接場光学技術よりもさらに迅速に情報を取得することができる。
【００３４】
さらに、遠距離場の光学特性決定及び原子間力画像化と統合された近接場と、他の走査プローブ法（ＳＰＭ）との組み合わせは、微分干渉コントラスト（differential interference contrast：ＤＩＣ）等の標準的な位相及び屈折率測定技術の大幅な改良さえも可能にするということが認識される。例えば、他の場合を除外するものではない１つのエミュレーションでは、ＤＩＣにおいて、遠距離場ＤＩＣが測定されている領域内のサンプル上に、小さなものであっても勾配が存在すれば、ＤＩＣ画像は勾配に起因したアーティファクトを有し、位相及び屈折率特性は損なわれる。オンラインＳＰＭの存在は、この勾配に係るナノメートル未満までの正確な決定を可能にし、データからこのようなアーティファクトを除去できるようにする。
【００３５】
このような組み合わせに係るもう１つのエミュレーションでは、共焦点ＤＩＣ又はＣＣＤ画像化を用いたＤＩＣに基づく可能性のある遠距離場光学画像化システムの点広がり関数（point spread function：ＰＳＦ）のための安定した光源を提供するために、近接場光学装置が使用される。ＰＳＦに係るこのような知識は、本願特許発明の一部である装置のいくつかについての十分な特性決定に必要とされる高精度の屈折率にとって必須である。さらに、ＰＳＦは適切な所定位置における試験対象装置に対して取得可能であるが、このことは従来は決してできなかった。試験対象装置はＰＳＦに対して有意に寄与し、またサンプル内の異なる複数の場所でＰＳＦを変更することが可能であり、よって、先に説明した理論的手順による結果の完全な理論的解析のためには、サンプル上の異なるロケーションにおけるＰＳＦの複数の測定値を必要とする場合がある。さらに、ガラスを引っ張る技術又は他の技術は、特にＤＩＣのための遠距離場顕微鏡の光学特性に関する特異な情報を追加することができる、一意的な点光源の生成を可能にするということが認識される。他の場合を除外するものではないこのような構造の１つは、制御された偏光と既知のずれベクトル（shear vector）とを有する２つのビームを顕微鏡へ伝送するために２つのテーパ状ファイバを有する近接場光学素子を生成する能力である。これは真のＤＩＣ  ＰＳＦを可能にし、また、屈折率測定において最高の精度を達成する上で重要である。このようなガラス構造物又は他のシリコンの処理方法は、これらの近接場素子に基づいた光点が、原子間力フィードバックによって調査されているサンプルに対して極めて高い安定性で上記光点を維持する一体化された原子間力片持ち部材（カンチレバー）からの妨害なしに光軸上へ存在することを可能にするので、上述したことのすべてが可能となる。
【００３６】
さらに、ＤＩＣ測定は、ＤＩＣ画像をある位置において、次には別の位置において局所的及び／又はナノメートルサイズで変更する粒子の制御された位置決定であって、例えば原子間力センサによる位置決定によって、大幅に改良可能であることが認識される。これは、画成された回数で完了され、その結果は、原子間力センサからの正確な３Ｄ位置とともに、先に概説した理論的計算のための拘束条件として使用されて、屈折率の正確な３Ｄ表現である３Ｄ位相画像を含む試験対象装置の光学特性が画成される。重要なこととして、屈折率のこのような高精度３Ｄ表現を使用すれば、埋め込まれた導波路及び埋め込まれていない導波路の特性を一意的な方法で決定できる点に留意する。他のエミュレーションを除外するものではない１つのエミュレーションでは、導波路にフェムト秒レーザを通過させ、例えば光学的カー効果によってその屈折率に影響を与えることが可能である。この変化は、これらの高精度な３Ｄ屈折率の測定方法によって測定可能であり、よって導波路内を伝搬するレーザの電場及び強度を観測することができる。また、このような放射の伝搬が導波路又は他の構造物内の物質を加熱する際に当該放射の伝搬を観測するために、熱検出に係るＳＰＭ技術を使用する方法も使用可能であるということが指摘される。
【００３７】
またＤＩＣに加えて、従来の遠距離場画像化システムを使用することが可能であり、ここで、上記遠距離場画像化システムは、ＤＩＣを用いるか又は用いず、もしくは、例えば第２高調波発生等の非線形光学現象を用い、及び／又は用いないものであり、また、所定の制御された位置において、伝送又は反射モードで検出器へ到達する光線を単にブロックすることが可能であり、この情報は、原子間力センサからの正確な３Ｄ位置とともに、試験対象装置の高分解能画像に対して逆畳み込み演算を実行するために上述の計算に係る拘束条件として使用可能である。このアプローチはまた、プローブが概して透明であるが、その先端部において、サンプル上の位置からの遠距離場画像化システムの光線をブロックするか又はブロックしないかのいずれかであるナノメートルサイズ又はそれより大きい不透明な粒子を有する場合に、強度の微分（差分）とともにブロック処理が使用される微分技術（difference techniques）によっても効果的に使用可能である。これは、例えば断続的な接触を行うモードで、又は互いに接触しかつ表面から所定距離だけ離隔されている２つの位置でデータが収集される他の何らかの同様のモードで、過渡的に実行されることが可能である。これは、微分スペクトルの発生を可能にする。明らかに、データは、表面からの粒子について複数の位置で収集されることも可能である。これらの着想は、遠距離場光学画像化を使用する任意の技術、例えば共焦点ラマン顕微分光法に拡張されることが可能である。場合によっては、これらの方法は、すべての遠距離場光学顕微鏡の中に存在する従来の照射の代わりにエバネッセント波照射と組み合わされることが可能である。すべての場合において、光学画像化に対してピクセル毎に直接に相関された原子間力センサを使用することは、サンプル表面の非常に厳密な描写（delineation）を可能にし、これは、理論的計算のための強い拘束条件になる。
【００３８】
さらに、シミュレーション、生成及び特性決定に係るこのような反復手順はまた、上述のすべての試験パラメータと統合された最良のソリューションを与えるように数学的に最小化されることが可能なパラメータとして、屈折率プロファイル及び他の高分解能の遠距離場方法に関するデータを使用するということも認識される。例えばフェムト秒レーザをオンラインモニタとして用いた平面導波路の生成においては、上記のことは特に重要になる可能性があり、又は、屈折率は、理論に関しまた後続の加工をガイドすることに関する拘束条件としてともに変化する。
【００３９】
さらに、反射又は伝送モードにおける近接場光学はまた、近接場光学素子によって照射される試験対象装置からの反射又は透過が、既知の屈折率のもの、例えば空気に対する屈折率を与えることができるので、屈折率情報をもたらしうるということが認識される。
【００４０】
さらに、アームの１つが近接場光学装置であるファイバ干渉計の方式においてもまた位相特性を調査するために、近接場光学素子はファイバカプラ等と組み合わされて、試験対象装置に照射している集光された光の混合を可能にできるということが認識される。
【００４１】
従って、本発明に係る重要な態様は、画成された特性を有するマイクロ及びナノファイバ又は他のレンズ又は他の光学素子を生成することの一部としての近接場光学の決定的な重要性についての認識であり、このような画成は本発明以前は不可能であった。
【００４２】
次には上述のシミュレーション及び特性決定によってガイドされることが可能な生成に係る統合された手順は、このようなレンズファイバの生成における新たな地平へと至る。他の場合を除外するものではない一例として、本発明以前には、ファイバレンズの生成はクラッドのテーパ処理のみに基づいていたので、ウエスト直径は、曲率半径と、研磨又はエッチングにより達成されるテーパリング角度とに基づいていたという事実がある。これに対して、シミュレーション及び特性決定ガイドが実証しているように、クラッド及びコアがテーパ処理されるようにファイバをテーパ処理し、次にエッチング又は研磨を使用してコアではなく単にクラッドを変えることは、付加的な自由度を許容する。すなわち、ここで、ファイバレンズに係る複数のパラメータは、コアのテーパ角度と、この時点ではコアのテーパ角度とは独立しているクラッドのテーパ角度と、クラッドの曲率半径とに依存する。このことは、本願特許発明以前にはどんな方法によっても達成されたことのないウエスト直径の３．５ミクロン未満への削減を含む、多くの優位点を可能にする。さらに、このような操作は、適切な能動導波路（レーザ）と、コレクタ又は受動導波路への入射光として作用するファイバレンズとの間で８０％を超える高い結合効率の達成を可能にする。
【００４３】
本発明に係るもう１つの結果によれば、このように極小の直径が、電気通信産業における関心の対象である１．３乃至１．６ミクロン間の導波路様式において、焦点のスポットを直径０．２５ミクロンで制御することにより達成可能である。このことは、従来、より大きなスポットサイズに対してであっても不可能だった。それにも関わらず、このような制御を達成することは、当該産業により所望されるタイプの結合効率にとって不可欠であり、本発明なくしては、これらの結果を達成する上で上記パラメータのどんな組み合わせが使用されなければならないかを知る方法は存在しなかった。
【００４４】
本発明に係る（他のエミュレーションを除外するものではない）１つのエミュレーションは、画成された張力及び画成された冷却によるレーザ加熱処理の下でファイバのテーパ処理が実行される場合である。この目的に必要な特性決定を達成するためには、近接場光学特性決定の結果と、それに関連した方法と、反復的な理論的シミュレーションとに基づいて最適に制御される必要のある冷却を行って、張力を最大に維持しながら熱は最低限に維持されなければならない。引っ張り処理を行うことで、ファイバ先端部に対する特定のテーパ角度がもたらされる。このウエスト直径を±０．２５ミクロンのレベルに制御することは、テーパの正確な特性に依存し、これは、ビームのウエスト直径とともに、正確にシミュレーションされかつ特性決定される必要があり、これらのパラメータは、近接場光学及びその関連技術をこの反復ループ内に包含することによって測定可能である。これまでは、このような閉ループが、ガウス特性を維持しなければならないレンズ形成プロセスに必須の部分のはずであるということが認識されていなかった。実際に、本願特許発明より以前に、一体化されたレンズファイバの製造業者らは特性決定ツールを開発する必要性について公言していた。
【００４５】
さらに、このような閉ループ制御について、スポットサイズが円錐の角度に関連しているだけでなく、ファイバ端部とコアが伸長していく位置との間の分離にも関連していることが認識されている。われわれが現在において実行可能な制御により、先に論じた張力の適用、加熱及び冷却によるテーパ処理の後で、レーザ加熱フェーズの幾何学的構造及び性質を先端部で調節することができる。他の場合を除外するものではない１つのエミュレーションにおいては、このような微調整を用いて、様々なレンズパラメータに対して８０％を超える再現可能な結合効率が達成された。
【００４６】
他のエミュレーションを除外するものではない本発明に係るもう１つのエミュレーション（図５Ａ）では、ファイバレンズの生成に関して、先に論じた張力の適用、加熱及び冷却による引っ張り処理の結果として生成されることが可能な突起に多大な重要性のあることが認識された。ファイバの中心に画成される突起（５．１）は、先に論じた技術によって特性決定されたレンズに係る複数のパラメータに依存して制御される必要がある。突起はセントレーション（centration）の制御を可能にするが、これが、このようなファイバレンズの形成における必須のパラメータであることが発見されたことはこれまでになかった。次にこの突起は、特性決定によって画成されたように、制御されたエッチングを用いて画成された距離まで除去される。例えば、突起の曲率（５．２）を図５Ｂに示すように調整する幾何学的形状を生成するためには、３０分が必要とされる。続いて、レーザ又は他の溶融処理を使用して、近接場光学の結果によって画成されたレンズに係る最終的な複数のパラメータ（５．３）が達成される（図５Ｃを参照）。
【００４７】
これらのパラメータは電子的に記録され、パラメータの設定に際しては、上述の手順による結果的に得られたレンズに係る後続の詳細な特性決定が決定的に重要となる（図６）。
【００４８】
トポグラフィ及び光学の両方に係るこのような同時的特性決定は、０．２５ミクロンの精度を備えたスポットサイズが、まさに回折限界にある作動距離±１ミクロンの精度とともに達成されることを許容する、複数のパラメータ間における所定タイプの調整（レジストレーション）を達成させるために不可欠である。さらに、結果的に得られるレンズの優れたセントレーションが存在する。
【００４９】
さらに、図７において、上記技術は、１０分の数ミクロンという極限的な精度（７．１）でストリップ処理されることが可能なファイバにおける点に対して、高精度にレンズ位置を決定するようなレンズ形成を可能にし、ここでは、深紫外レーザによる、ストリップ処理されたファイバに対するレーザアブレーションが使用される。
【００５０】
ファイバの主となる長手方向に対して所定の角度に光を方向付けるために、ファイバの片持ち（８．１）が達成されることが可能である（図８）。他の場合を除外するものではない１つのパラメータセットは、９０゜から０゜（すなわち曲げなし）までで変更可能な角度におけるファイバの曲げである。
【００５１】
さらに、先に説明した複数の技術の組み合わせを使用し、ファイバ軸に対して９０度で研磨及びレンズ形成を行うことにより、あるいは、機械研磨及びレーザ研磨されたレンズの片面のみをコーティングすること又は研磨されたレンズの片側に楕円形構造を生成することで、適切なコーティングを行ってビームスプリッタを生成することにより、テーパ処理を達成することも可能である。
【００５２】
上述の手順を使用すれば、先に説明した制御により様々な形状及び組み合わせを達成することができる。
【００５３】
本発明に係るもう１つのエミュレーションとして、円柱レンズ（９．１）の形成については説明する価値がある（図９を参照）。ここでは、先に論じた張力の適用、加熱及び冷却によるテーパ処理に係る複数の技術のインタフェースをとることと、先に説明したシミュレーション及び特性決定によってガイドされるレーザ及び機械研磨処理とが組み合わされる。
【００５４】
この場合では、上述の手順によって生成されたレンズは、続いて２つの面（１８０゜）から互いに研磨され、次に別のレーザステップが導入されて粗く研磨された面が滑らかにされ、所望される制御及び光学的性能が達成される。このような組み合わされた手順の使用により、少なくとも１：３である楕円軸比を達成することが可能である。このことは、これらの組み合わせに係るもう１つのエミュレーションであるが、他の組み合わせを除外するものではない。
【００５５】
また、上記組み合わせは、偏光保持ファイバの偏光を保持するようにレンズを生成可能である光学現象を達成するだけでなく、偏光保持ファイバを使用することなくレンズを介して偏光を達成可能な条件を達成することも許容する。
【００５６】
また、先に説明した特性決定の重要性が閉ループにおいてこのようなファイバレンズの金属化（メタライゼーション）に適用される場合において、はんだ付けのためのストリップ処理されたファイバ上への金属の蒸着又は付着による被覆と、磁力を含む他の必要条件とは、真空蒸着と電気化学的付着及び電気を用いない付着との両方においてこのようなファイバレンズに対して高精度で達成されることが可能である。これらの蒸着又は付着による被覆は、材料がプラスチックの形式で（又は可塑的に）付着されるような材料の電気化学的付着とガルバノプラスチック（galvana plastic）付着との組み合わせにより、様々なパッケージに対する気密シール（hermetic seal）を達成するために使用可能である。これらはまた、本願特許において発明されたレンズ形成手順とともに回転を用いたソフトリソグラフィ技術又は制御された真空技術によってファイバの３Ｄ付着による被覆を達成することにも使用可能である。最終的に得られる構造物もまた、レーザ溶接されることが可能である。
【００５７】
本願特許明細書において説明した手順はすべて、ドーピング又は他の手段によりシリコンの屈折率を変更することによりシリコンに対して微細加工されることが可能なものを含む、他の導波路構造物にも使用可能である。
【００５８】
これらの金属蒸着又は付着は、後述のように、他の材料から作られたレンズ付又はレンズを持たないファイバの先端部もしくは導波路を完全に被覆することができる。この構造上には、本発明の一部であるいくつかの手段のうちの１つにより開口を形成することが可能である。
【００５９】
まず、ナノインデンテーション（ナノサイズの圧痕の形成）のプロセス（図１０）を使用して、ファイバ構造の先端部、又は端部において所定角度で研磨されたファイバの側方部、又は所望される任意の点において、ナノサイズの寸法を有する開口（１０．１）を生成することが可能である。本手順の１つのエミュレーションにおいて、結果的に得られる構造は、達成されるファイバ開口の構造が強度及び／又は分布の両方の面で入力されかつ出力される光と合成される場合に、それら結果的に得られる構造の光学的出力に関連して反復的に制御されることが可能である。これは、ナノインデンテーション手順を用いるか、又は、ナノ開口を生成することが可能な、集束されたイオンビームや化学エッチングなどを含む他の手順を用いるかのいずれかにより、このような開口の形成を自動化することを許容する。また、非線形アブレーションを用いてナノサイズの寸法を有する開口を生成するために、フェムト秒レーザも使用可能である。また、レーザ又は熱により支援されたナノインデンテーションのプロセスも可能であり、このプロセスでは、装置がナノサイズの圧痕（impression）を生成し、また、インデンテーション（圧痕）が生成されるべき表面を一時的に溶融するためにレーザ又は他の装置が使用される。また、金属蒸着又は付着は、レンズ付又はレンズを持たないファイバの先端部又は導波路を完全に被覆することが可能であり、このとき、以下の処理により、これらの構造物の上へ１つ又は複数の開口を形成することが可能である。すなわち、装置を金属で完全にコーティングし、次に、レンズがその角度及び相互作用に起因して粘性溶液でコーティングされないように、ファイバの先端部を、樹脂又は他の粘性溶液を表面に付着させる溶液内へ浸漬する。これにより、金属コーティングの小さな領域が露出されかつエッチングされて、コーティングがレンズに近接させられるようにし、振動及び他の機械的問題又は同様の問題等のその後の問題点を防止することができる。
【００６０】
すべてのこのような手順では、明らかに、先に説明した特性決定手順が不可欠であり、この特性決定なしでは、使用される手順に係るパラメータを効果的に調整することができない。
【００６１】
正確なシミュレーションが固有の統合された特性決定と組み合わされる上述のアプローチはまた、これらの構成要素又は他の構成要素の加工には不可欠であり、これは、モード変換器と、マルチレンズアレイと、微小電気機械技術アプローチやシリコン導波路等の他のソリューションとを含むレンズ形成及び／又は導波路形成を達成できるものであり、上記シリコン導波路では、シリコン基板内に導波路を生成するためにドーパントが使用されるか、又は、様々な材料の屈折率を変化させるためにフェムト秒レーザが使用される。これらすべてのレンズ形成又は導波路形成のソリューションは、本発明の一部であるシミュレーション及び特性決定の統合なしには、所望される結果を達成できることはないであろう。正確なパラメータは、このようなシミュレーション及び特性決定によってのみ画成されることが可能である。従来技術に係る発明の中には、標準的な微小電子技術及び微小電気機械技術による加工を必要とする材料を含む、様々な幾何学的構造を有するガラス及び／又は他の材料において、画成されたレンズ及び／又は導波路構造物を生成する上で、理論的シミュレーションと、特性決定方法と、標準的な微小電子技術及び微小電気機械技術による加工を必要とする材料を含む多様な生成技術とによるこのような閉ループの重要性を認識しているものは存在していない。
【００６２】
上記のことに加えて、本発明はまた、シミュレーションを加工及び高精度の特性決定と組み合わせるその能力により、テーパ処理されたか、研磨されたか、テーパ処理されていないか、予めレンズ形成されたか、又はレンズ形成されていないかのいずれかであるファイバの先端部へフレネル及び回折光学の機能を追加するツールとして、近接場光学の光学的な交代（photoalternation）及び／又は原子間力顕微鏡リソグラフィの統合を可能にする。
【００６３】
本発明者らが発見した方法では、ファイバは、深ＵＶレーザ等のレーザが通過する近接場光学装置の先端部に対して移動されることが可能である。このことは、フレネルレンズの形成に十分な分解能での適切なファイバの先端部における変更された屈折率の形成、又は回折光学面を形成するパターンの形成を可能にする。このようなフレネルレンズ又は回折レンズを生成するためには、この手順又は化学エッチング又は原子間力リソグラフィ又は集束されたイオンビーム又は他の任意の方法又はこれらの方法を組み合わせた方法であって、ファイバのコアの屈折率及び／又はトポグラフィを十分な分解能で変更することのできる方法によって生成されたレンズを有する深ＵＶファイバを使用可能である。
【００６４】
先に説明した理論的シミュレーション及び近接場特性決定は、この加工プロセスにおいてもやはり決定的に重要である。
【００６５】
上記のことに加えて、深ＵＶリソグラフィ技術は、半導体産業では、投影技術とともに、又は投影技術なしに使用され、当該技術は、ファイバの先端部の上へ所定のパターンを形成するために使用可能であり、これは、屈折率又はトポグラフィを並列に変更することができる。本発明のこの態様は、集束をもたらすことができるだけでなく、分散の補償と、多焦点特性と、位相面の補正、複屈折の除去又は付加（imposition）、もしくは結果的に得られるレンズにおける様々な収差の除去等の他の特性とをもたらすことができる。
【００６６】
本願特許明細書において説明した反復的なシミュレーション及び特性決定ツールは、やはり、これらのパラメータを達成するために不可欠である。
【００６７】
これらのレンズは、ファイバの先端部において複数のレンズと上述のビームスプリッタ又は他の光学的構成要素とを組み合わせるために、レーザ及び機械研磨された先端部へ挿入されることが可能である。
【００６８】
上述の手順は、フレネル又は回折理論又は他の理論によって与えられる任意の光学的パラメータが達成されることを可能にする。一例は、同じ焦点を有する２つの軸を有する円柱レンズである。また、先にも述べたように、本発明はＵＶレーザ放射に限定されるものではなく、超高速レーザアブレーション、及び／又は、線形及び多光子（multiphoton）プロセスによる屈折率の変更等の、他のレーザも使用可能である。さらに、先にも述べたように、レーザ、又は他の加熱方法、又は他に支援された及び／又は支援されていないナノインデンテーションは、このような支援されたナノ圧痕による回折又はフレネル構造を再現するために使用可能である。
【００６９】
本発明における不可欠な構成要素であるシミュレーション及び特性決定に係るガイドの使用により、このような回折光学素子は、ナノサイズの開口及び様々な材料と組み合わされて、光をガイドする固有の特性を取得することができる。その一例は、例えば、誘電体により適切にコーティングされかつ適切な配置の開口を備えた銀又は金又はアルミニウム製の回折光学構造物をファイバの端部に形成することである。これは、固有の光操作を達成するための、開口における光伝送と金属のプラズモン特性との間の相互作用による光の操作を可能とすることができる。誘電体材料と、金属の厚さと、層の個数とは、操作される必要のある波長との整合を達成するために調整されることが可能である。このような操作は、どのような特性が所望されるかに依存して、誘電体が存在せず１層のみの金属が存在する場合から、異なる数及び様々な厚さの誘電体及び金属層が存在する場合にまでの範囲を有する可能性がある。これはすべて、本願特許発明における不可欠な構成要素であるシミュレーション及び近接場光学及びＳＰＭ測定によってガイドされる。
【００７０】
これらの固有のレンズはすべて、先に述べたすべてのレンズの場合と同様に、レンズの前方におけるファイバ経路内でファイバに書き込まれたブラッグ格子が存在する状態で、また存在しない状態で組み合わされることが可能である。本発明のシミュレーション及び特性決定が許容する様々な手順は、格子を消去することなくファイバのブラッグ格子にレンズ形成するための複数の方法を選択しまた順序づけることを可能にする。
【００７１】
さらに、フレネル又は回折光学素子は、別のファイバ上へ生成されることが可能であり、これが、問題となっているファイバにスプライス処理される（永久接続される）。
【００７２】
さらに、先に説明したプロセスでは、高屈折率ファイバを有する固体浸レンズ（solid immersion lens）を生成することができる。このような手順においては、テーパ処理を行う前又は後に、レーザ溶融処理によってファイバの端部へボールを形成することが可能であり、ボールは次に機械研磨及びレーザ研磨の組み合わせによって研磨されて、固体浸レンズとして機能することが可能である平坦なきのこ形ヘッドを生成することができる。研磨される面の表面はレーザ研磨により光学的に優れた性能にされる必要があるので、機械研磨とレーザ研磨とを組み合わせ可能であることは、ここでは不可欠である。この場合もやはり、固体浸レンズが上述の特性決定ツールによってシミュレーションされかつ特性決定されることが不可欠な構成要素であり、これなくしては、レンズの特性決定を効果的に達成することができない。
【００７３】
あるエミュレーションにおいては、このようなレンズ（１１．１）は片持ち式ファイバの端部に配置されることが可能であり（図１１）、これにより、固体浸レンズが表面に接触させられること又は表面に接近させられることが可能であるように、一体化された原子間力センサに付加的な感度が与えられ、また、照射を行っている顕微鏡対物レンズに対してこのレンズが敏感に整列される。他のエミュレーションを除外するものではないもう１つのエミュレーションでは、このような固体浸レンズは、本願特許明細書において説明しているように様々な研磨の組み合わせによって生成されることが可能であり、よって、これは、平坦な表面が先端部まで研磨されかつ所望されればコーティングが適用されてもよい他の幾何学的構造を有する可能性もある。またこれらのレンズは、フレネル及び回折レンズ特性と組み合わされることも可能である。
【００７４】
ファイバに対する、また中空のテーパ状マイクロピペット及びファイバに対するテーパ処理及びレンズ形成によって、きのこ形レンズ又はボールレンズ等の他の固有の構造を実現することができ、この場合、レーザによる後続の加熱を使用して、ハンドル付きのコリメータとして使用可能なきのこ形レンズ（１２．１）（図１２を参照）又はボールレンズ（１３．１）（図１３を参照）を形成することができる。このようなボールレンズは、レンズと組み合わされた集光用のテーパを有する大型ファイバ等の、他の方法では達成できない組み合わせをもたらすために使用可能である。シミュレーション及び特性決定は、制御された発散を生成することが可能であり、ここで説明したような後続のボールレンズは視準（コリメーション）を生成することができる。本発明に係るこの態様のアプリケーションの一例は、大きな光源をコリメートされた光源へ集中させて、より小さな直径を有するファイバ等の装置へ進入させる必要性にある。
【００７５】
さらに、本願特許明細書において説明されている方法、すなわち、上述のように加工をガイドするためにシミュレーションと近接場及び関連付けられた特性決定とに係る本質的な構成要素が使用される方法は、焦点におけるスポットサイズが、最大で５０ミクロンまでの距離におけるコア直径と同じである、レンズ付ファイバを生成することができる。
【００７６】
複数のこのようなボールレンズは、このような１つのレンズとして、又はこのような複数のレンズとして使用可能である。例えば他の場合を除外するものではない１つのエミュレーションでは、一体化されたファイバレンズは、ボールレンズと統合されて（一体化されて）コリメートされた光のビームを得ることが可能であり、次にはこれが第２のボールレンズ又は標準的なレンズと共用され、非常に小さくかつ回折限界のスポットサイズを得ることが可能である。また、このような組み合わせにより、一体化されたファイバレンズの作動距離を延長することが可能になる。ファイバレンズからの作動距離に係るこのような延長に関して、さらに小さなスポットサイズを取得するためには、他の場合を除外するものではない１つのエミュレーションでは、一体化されたファイバレンズと、平行ビームを生成する１つのボールレンズと、さらに、所定の開口を有するもう１つの第２のボールレンズとを有して、この第２のボールレンズから最長の距離だけ離れた場所において最高の分解能を達成することによって行うことが可能である。
【００７７】
さらに、テーパ処理及びエッチングを含む本願特許明細書において説明されている手順は、コーティングなし又は金属コーティング付きのいずれかで使用可能な尖った部分を備えた複数の構造物（図１４を参照）を許容する、偏光保持ファイバ内の構造を可能にする。これらの構造物の上へコーティングが適用される場合、金属コーティングされた構造物の間の絶縁が維持されるような方法で、尖った部分を備えた複数の構造物の各々の上にコーティングが生成される限り、上記構造物は電気的なピンセットとして使用可能である。
【００７８】
片持ちで支持された、また片持ちで支持されているのではないテーパ状マイクロピペットはまた、回折限界を超える高度に制御された光の集中のために使用可能である。このような集中を達成するために、あるエミュレーションでは、適切なテーパ状ピペット内へ硝酸銀溶液が導入されることが可能であり、ピペットは、制御された長さの時間にわたって砂糖の溶液内へ挿入され、銀のナノシード（nano seed）（１４．１）が形成される（図１４を参照）。このナノシードは次に、無電解的方法によって、金、又は銀、又はアルミニウム、又は集光のために使用可能なプラズモン共鳴を有する様々な金属の制御されたナノ粒子へと成長させられることが可能である。
【００７９】
上述の手順は、単なる１つのエミュレーションである。他のエミュレーションは、ピペット内へ砂糖を配置し、外側に硝酸銀を配置することを含む。ピペットを周囲の液体から制御しながら引き抜いてピペットの先端部にロッド状の幾何学的構造を生成することも発見されていて、また、先端部に他の金属を蒸着させるか又は付着させるために他の組み合わせを使用することは本発明の他のエミュレーションである。また、このようなテーパ状のマイクロピペット又は他の構造物の先端部にこれらの金属粒子及び他の金属粒子を形成させる他のソリューションもまた本発明の一部である。
【００８０】
さらに、他のエミュレーションは、これらの構造物の先端部でのナノ粒子の形成の間における照射や加熱などにてなる様々な組み合わせを含み、これらは粒子の特性を変えることが可能であって、やはり本発明の重要な部分となっている。
【００８１】
本構造は、中空のピペット構造に液体を挿入することが照射の間にナノ粒子に対する冷却剤として作用することを可能にする。
【００８２】
最後に、ガラス以外の材料にてなりかつ片持ち式であるか又は片持ち式でない、このような中空のテーパ状ピペット又は所定の材料にてなるこのような他の装置は、成形により、開口付きの導波路を生成するために使用可能である。このようなエミュレーションでは、テーパ状のマイクロピペット又は他の同様の中空装置は、使用されている光学的放射のために、金属又は不透明な物質でコーティングされる。中空の空胴は次に液体で満たされ、この液体は中空領域の形状に従うであろう。この液体は、プラスチックに変化するか、又は同様の性質を有するであろう他の任意の物質に変化する溶融物又は溶液、すなわち硬化して中空領域の構造となる液体であることが可能である。硬化する物質が硬化後により大きな屈折率を有するならば、これは導波路として機能するようになり、光は、テーパ状のピペット又は中空の空胴を包囲する不透明な物質によって閉じ込められる。明らかに、シミュレーション及び近接場光学及び他の特性決定技術は、このような装置の構造、屈折率及び光変調特性を画成する上で決定的に重要である。
【００８３】
同様に、テーパ形状を有する、又はテーパ形状を持たないピペット又は他の中空装置は、このような硬化する材料によって、制御された圧力及び制御された浸潤処理で充填されてもよく、液体が開口部から射出される程度は、制御されることが可能である。液体で充填された中空装置から射出されたものは次に型に入れられ、射出された液体は型を満たして硬化し、光学素子を形成する。明らかに、複数のこのような中空の管及び複数のこのような型は、複数の装置の生成を自動化すること、及び／又は複数の装置にてなるアレイを生成することに使用可能である。明らかに、本願特許発明の本質的な特性決定構成要素は、個別のマイクロ又はナノ光学装置又はこのような装置にてなるアレイを生成するために、型を用いてか又は型を用いずに生成される、もしくは中空の管を用いてか又は中空の管を用いずに生成されるマイクロ及びナノレンズアレイの特性を決定するために使用可能であり、これらの特性決定技術は、今日の産業で必要とされる精度では達成が困難であった、又は不可能であったこのような装置を生成する上で決定的に重要である。
【００８４】
もう１つのエミュレーションでは、射出される液体の量は、ナノメートルサイズの寸法の程度まで制御され次いで金属でコーティングされることが可能であり、これにより、あるエミュレーションでは、使用されているレーザの波長に合わせてプラズモン共鳴を調節するための、金属コーティングで被覆されたナノメートルサイズの誘電体ボールが、例えば力検出装置の先端部に生成される。
【００８５】
明らかに、高次の非線形性又は他の何らかの特性を有するカルコゲニド（chalcogenide）のような材料を含むが、他を除外するものではない様々な材料を使用可能である。このような構造物は、電場で変調されてスイッチとして使用されることも可能である。また、このような中空の空胴内にフォトニックバンドギャップを備えた構造化された導波路を生成するために、反転した型、及び／又は使い捨ての型、及び／又は透明な型、及び／又は選択的に充填される型が使用されるような、複数の組み合わせが達成されることも可能である。
【００８６】
これらの素子の性質は、理論によってシミュレーションされ、これらの全分野において必須の近接場光学により特徴決定されることが可能である。
【００８７】
これは上述の素子を生成するための非常に迅速な方法であり、上記方法は容易に自動化される。明らかに、中空の開口部のサイズは、スプライス処理を容易にするために例えばネットワーク内のファイバの寸法に合わせて調節されることが可能である。
【００８８】
上述したことのすべてにおいて、ファイバ素子の周囲のプラスチック製クラッドは、深ＵＶ放射レーザを使用して非常に高い分解能で効果的に除去されることが可能である。これは、金属蒸着又は付着のために、ファイバのプラスチックコーティングを高アスペクト比で除去することをもたらす（図７の７．１を参照）。ストリップ処理の性質もまた、先に説明した特性決定技術によって特性決定されることが可能である。
【００８９】
マルチモードファイバがサポートできるモード数は、その開口数（numerical aperture：ＮＡ）と、光の波長（λ）と、そのコア半径（ｒ）とに依存する。コア半径が小さくなるほど、マルチモードファイバがサポートできるモードの数は少なくなる。コア半径が何らかの臨界値よりも小さくなるとき、ファイバがサポートできるのは単一のモードのみになる。
【００９０】
テーパ状のマルチモードファイバでは、コア半径は逓減するように変化する。このようなファイバにおいてコア半径が上述の臨界値よりも小さくなると、ファイバ内では単一のモードのみが伝搬する。
【００９１】
ここで、テーパ状のマルチモードファイバにおける他のモードには何が生じているのかという疑問がある。考えられることとして、より高次のモードは反射されてファイバのテーパ状領域へ戻されること、又はそのエネルギーはクラッド領域へ拡散されることがある。
【００９２】
本発明の一部としては、テーパ状のマルチモードファイバに係る複数のパラメータ（ファイバの端部におけるテーパ処理された角度及び曲率半径）があり、これらのパラメータのもとで、マルチモードファイバは、５０パーセント以上の高い結合効率を備えた、マルチモード方式からシングルモード方式への送信機又はカプラとして作用する。このような装置では、ファイバのマルチモード領域内に存在する複数の高次モードは、テーパ状のファイバの端部に接近するにつれて次第にシングルモードへ変化する。
【００９３】
この効果を実証するために、あるエミュレーションにおいて、５０μｍのコア直径及び０．２のＮＡを有するマルチモードＦＭＳＤファイバを採り上げた。ファイバの端部でレーザ溶融することによる引っ張り処理手順を行って、これをテーパ処理した。ファイバ端部におけるコア直径は、約４μｍであった。レーザ光（λ＝１．５μｍ）をファイバに結合させた。焦平面におけるレンズ付ファイバのウエスト直径を決定するために、近接場光学画像を取得した。図１５は、その測定結果を示す。焦点は、表面から１２ミクロンの距離に達していた。３．８ミクロンのウエスト直径が取得された。
【００９４】
２つの光学装置間の結合効率は、これらが同じＮＡ及びウエスト直径を有するときに最大値に達することが可能である。本発明者らは、このことの達成を可能にする生成技術をシミュレーションし、また本発明者らは、２つのファイバ間のこの結合におけるモードフィールド径を整合させる反復ループを実行するために、本発明による特性決定技術を使用することなく結果の特性決定を行った。
【００９５】
従って、本発明のこのエミュレーションでは、焦平面における３．８ミクロンのウエスト直径及び１５ミクロンの作動距離を有するシングルモードのレンズ付ファイバを使用したが、本発明の基本的態様に適合する他の値もまた使用可能である。
【００９６】
また、近接場光学技術を使用して、シングルモードのレンズ付ファイバのウエスト及びモードフィールド径及び作動距離を決定した。図１６に、その測定結果を示す。
【００９７】
１．５μｍのレーザ光を使用して、マルチモードのレンズ付ファイバとシングルモードのレンズ付ファイバとの結合効率を測定した。６４％の結合効率が取得された。
【００９８】
先に説明した特性決定に際しては、遠距離場光学特性決定と、原子間力画像化及び他の走査プローブ法（ＳＰＭ）と完全に統合された近接場光学系を使用可能である。しかしながら、多くの場合、この特定のアプリケーションのためにより簡単な装置が必要とされる。ここでは、本発明の一部として、試験対象装置とプローブファイバとをピッグテール（pigtailing）なしで高度に安定した接触状態に維持するアクティブなフィードバックを可能にする簡単な装置について説明する。本装置に係る１つのエミュレーションは、プローブホルダ１７．１と、プローブと試験対象装置との間に原子間力センサの存在を許容する構造で構成される試験対象装置ホルダ１７．２とを備えてなる。このような試験のために、プローブファイバはフィードバック用の音さに接着されてもよく、又はプローブレーザビームで照射されてもよい。いずれの場合も、プローブファイバは圧電デバイス１７．３内に配置され、試験対象装置の面に対して数オングストロームだけ調節される。１７．３に示す圧電デバイスは、ｘ、ｙ及びｚ方向の動きを有する円柱形の圧電デバイスであってもよい。プローブファイバが試験対象装置へ接近するにつれて変調の周波数及び振幅は変化し、これは、音さ又はプローブレーザのいずれかによってモニタリングされる。
【００９９】
本発明のある好適な実施形態では、プローブファイバは音さに接着されず、音さ及びプローブファイバはともに圧電デバイス内に保持され、これにより、音さがプローブファイバを検出するまでプローブファイバ及び音さを互いに近接させることができる。次に、プローブファイバは、音さに近接して僅かに調節されるにつれて、試験対象装置へ接近する。これが試験対象装置に近接した位置に到達すると、音さがこの変化に応答し、プローブファイバを試験対象装置に対してより高い安定性（最大で０．００２ｄＢまで。）で維持するフィードバックループが動作させられる。この状況下で、近接場光学プロファイルと、反射減衰量他に関する光波測定値（これはまた、本発明の一部として、生成される光学素子内に設けられた光学的面の性質をモニタリングする上でも非常に重要である。）と、トポグラフィを含む近接場／遠距離場の両方に係る他のパラメータとは、ピッグテールなしに測定されることが可能である。本質的に、本発明は、原子間力検出処理が、装置とプローブとを互いに安定的に維持するための電子的な接着剤として機能することを実証している。本装置は、安定性、反復可能性及び再現可能性を最大で０．００２ｄＢまで可能にする。また本装置は、光学画像化システム（図１７には図示せず。）を用いてプローブ及び試験対象装置のオンラインの閲覧を可能にする。
【０１００】
また、他のエミュレーションを除外するものではないもう１つのエミュレーションでは、プローブファイバの位置を測定する装置は、本願特許明細書において説明されているレンズ付ファイバ自体であってもよく、又は、本願特許明細書に記載した手順によって、２つのチャネルを備えたマイクロピペットにおけるファイバに対して引っ張り処理を行うことによって生成されることが可能な２つのレンズ付ファイバであってもよい。１つのレンズ付ファイバ、もしくは２つのレンズ付ファイバ、もしくはレンズなしの１つ又は２つのファイバのいずれかにより、プローブファイバの位置は、それが表面へ接近するのに伴って正確に測定可能になる。これは、これらの装置を介してプローブファイバ上へ光を送り、次に反射される光又は伝送される光を測定することによって達成され、よって、プローブファイバの周波数、振幅及び／又は位置は、それがサンプルに接近するのに伴って変化する。プローブファイバと検出及び照射用ファイバとは、適切な位置において互いに接着される場合もあれば、画成された位置において圧電デバイスによって保持される場合もある。
【０１０１】
本装置及び他の装置における本質的な発明は、ナノサイズの位置決定と光波測定と画像化とに係る各世界が今日では別個の独立した世界であると認識したことにあり、本発明はこれらの世界を統合し、一体化するものである。また、このような統合に影響するこれらの装置は、１つの装置が適切な手段によりもう１つの装置へ接続される生成プロセスの重要な部分として、本願特許明細書において説明しているタイプのオンライン試験及び測定を可能にするという認識も、本発明の一部である。このような傾向にあって認識すべき重要なこととして、他のエミュレーションは、１つのシステム内で１つの装置及び２つのファイバが取り扱われることも可能な３列型の装置を可能にするということがある。
【０１０２】
先に説明した手順はすべて、自動的な加工のために容易に変更可能である。本発明は、自動化されたプロセスを制御するコンピュータのプログラムに含まれる、ファイバレンズに係るシミュレーションの理論から、本願特許明細書において説明している特性決定と、ピックアップなどを含む複雑なファイバの取り扱い、張力及び熱によるテーパ処理、エッチング、突起における制御されたレンズ形成、機械研磨、レーザスクライビングなどや、本願特許明細書において説明しているすべてのステップを含む処理に至るまでの、複数のステップのそれぞれ、又はこれらのステップの組み合わせを含む、完全に自動化されたシステムを含む。
【０１０３】
またこれらの手順は、レーザと、他の屈折率変更方法と、本願特許明細書において説明されている他の手順とを含む、本発明に係る構成要素を含む。
【０１０４】
しかしながら、上記プロセスにおける必須の構成要素は、本願特許明細書において説明されているシミュレーション及び特性決定の各方法である。これらは、本願特許明細書において説明されている光学素子の生成を自動的な方法かつ反復的な方法で可能にする。反復によって究極的な効率が達成されるので、これらは、その原理に基づいて自動化されたマシンにおいてより効率的に動作する。さらに、自動的なマシンは、ファイバ束上に複数のレンズを生成することと、以上に効率的に融合される。
【０１０５】
本願特許発明によって達成されることが可能な光学素子に係る結果の１つは、光ファイバと一体化される、極めて小さなスポットサイズのレンズである。先にも述べたように、回折限界スポットサイズを達成可能である。このことは、スペクトルの可視領域ではこれが０．５ミクロンまで小さくなれることを意味する。さらに、セクション５．２．Ａ．１．ｃにおいて注意したように、これらの構造は片持ち式であることも可能である。このことは、それらが顕微鏡のレンズの下へぴったりと嵌合できることを意味する。本願特許発明の進歩性の一部であるシミュレーション及び特性決定技術によって生成されることが可能となったこのようなレンズ付ファイバ又は直線状のレンズ付ファイバを使用して、本発明者らは、簡単な走査型の一体化されたレンズ付ファイバに基づく共焦点（scanning integral lensed fiber based confocal：ＳＩＬＣ）顕微鏡を発明した。これは、セクション５．１２で説明したものと同じ圧電技術を使用している。このような装置は、従来型の共焦点ビームスキャナより格段に高いスループット、集光効率及び分解能により、複雑なビーム走査型共焦点顕微鏡に容易に取って代わるであろう。従来型の共焦点ビームスキャナは、一体化されたファイバレンズが走査されるという事実からもたらされるものである。これは、球面収差を除くすべての収差が除去されることを意味する。通常、このような分解能を達成できるものはサンプルとして行う走査だけである。さらに、レンズファイバ束は走査速度を何倍にも増大させることができる。これは、ニプコー（Nipkow）円板の問題点を除いたニプコー円板走査と同様のものとなるであろう。このようなＳＬＩＣ顕微鏡における光路は、光がファイバを通過させられてかつ同じファイバによって集光され、次にファイバスプリッタ又はダイクロイックフィルタのいずれかを通過させられるというものになる。またこれは、反射された蛍光も含むであろう。レンズ付ファイバは、それが正立型顕微鏡のレンズの下へ挿入されるべき場合には片持ち式にされてもよく、又は、それは、倒立型顕微鏡の上に配置されるか、又は正立型顕微鏡のレンズとは反対側へ配置されてもよい。
【０１０６】
代替のエミュレーションは、ピエゾチューブ（piezo tube）スキャナの中、又はファイバ（１９．２）を走査することのできる他の走査用装置の中に、レンズ付き又はレンズなしのファイバ（１９．１）を配置し、この組み合わせを顕微鏡又は同様の装置のポート内へ配置する。顕微鏡のチューブレンズ又はセクション５．７で説明したボールレンズ（１９．３）は、平行なビーム（１９．４）を生成し、次に顕微鏡の対物レンズ又は別のボールレンズ（１９．５）がサンプル（１９．６）上へスポットを生成する。
【０１０７】
あるエミュレーションでは、ピエゾチューブスキャナがビームを走査する可能性があり、顕微鏡のレンズは集束されたスポットを生じさせることが可能である。このような組み合わせはサンプル上へ回折限界スポットを形成することが可能であり、レンズは光を高効率で集光して上記光をファイバを介して送り返すことが可能であり、このファイバを介して照射が達成される。ファイバスプリッタは、励起と検出とを分離することも可能である。さらに、照射及び検出のチャネルも分離されることが可能である。照射がファイバを介して行われ、検出がもう１つのチャネルを介して行われる場合、上記もう１つのチャネルは顕微鏡内の別の光路に取り付けられることが可能であり、上記顕微鏡は、検出のための電荷結合素子を含む大面積の検出器を有することが可能である。検出器が電荷結合素子である場合は、ファイバの走査は、電荷結合素子の異なるピクセルの位置に対応するように調節されることが可能であり、電荷結合素子からの読み出しを行うためのソフトウェアは、当該電荷結合素子のピクセルに対して、又は照射されているピクセルを認識することを可能にする他の何らかのソフトウェア又はハードウェア装置に対して、ファイバの位置を合わせるように調節される。また、より多くの平行した照射を得るために複数のファイバを走査することも可能である。
【０１０８】
回折限界スポットを生成するこのようなシステムは、最高のスループットを有する最大分解能及び／又は超分解能ビーム走査の共焦点顕微鏡法のためだけでなく、５．２．Ａ．１ｂで説明している本発明に係る、このような高分解能の共焦点画像化が不可欠である不透明粒子による放射のブロックに関してもまた重要である。この後者の場合には、ファイバ照射装置（イルミネータ）を現時点の場所に固定し続けながらサンプルの走査を行うことが望ましい。あるいは、本セクションで説明しているファイバビームスキャナに関連して粒子の走査を行うことも可能である。従って、超高分解能及び超高スループットの共焦点の発明と、画像化のための放射のブロック処理とに関するこれら２つの発明の組み合わせは、新たな機具使用（instrumentation）と新たな分解能バリアとが光学的画像化において交差されることを可能にする。明らかに、粒子によるブロック処理は、断続的な接触を行うモードで実行可能であり、よって、データはプローブの表面に対する異なる様々な位置で収集されることが可能であり、収集されたデータからは微分画像を生成可能である。また、粒子はファイバと調和して（又は一致して）走査されることが可能となる場合もある。また、複数のファイバ及び複数の粒子を使用することも可能である。また、別のエミュレーションでは、粒子は、信号を遮へいするよりむしろ増強する粒子であることが可能であり、このことは、粒子が照射の周波数でプラズモン共鳴を有する場合に生じるであろう。
【０１０９】
明らかに、すべてのエミュレーションにおいて、本セクションで説明している装置は多光子顕微鏡法にも使用可能である。すべての場合において、このアプローチでは、異なる光軸面が見えるように、レンズのサンプル距離を調節することができる。
【０１１０】
本セクションで説明している技術は、不透明粒子又は増強する粒子を使用する場合と使用しない場合における、読み出し専用システムでの、又は読み出し及び書き込みシステムでの磁気記憶装置を含むデータ記憶装置のアプリケーションに非常に効果的に適用可能である。磁気光学記憶装置に係る１つのエミュレーションでは、ビットの書き込みは、ナノメートルサイズで制御される不透明粒子によって変調されることが可能であり、上記不透明粒子は、照射による直接的な加熱のために表面から上方に移動されることが可能であり、又は、より強い強度で照射される一方で、粒子が表面上に存在して書き込みのために表面へ熱を伝送することが可能である。粒子の位置は、フライングヘッド技術における速度を変化させることによってか、もしくは書き込み又は高分解能の読み出しのいずれかのために粒子の位置が調節される他の何らかの能動又は受動フィードバック技術によってかのいずれかで変調されることが可能である。また、粒子が照射の周波数でプラズモン共鳴を備えた増強する粒子である他のエミュレーションを着想することもできる。
【０１１１】
本願特許発明の進歩性に基づくレンズ付ファイバによって提供される高分解能はまた、プリンタやコピー機等のためのスキャナのような他の光走査装置との密接な関連を有している。このようなアプリケーションに対しても、本発明は、レンズ付ファイバ束がこのような光走査装置においても有用であることが可能であるように考慮している。
【０１１２】
片持ちで支持されている場合と片持ちで支持されているのではない場合における一体化されたレンズ付ファイバと、これらのレンズが達成できる回折限界性能とに係る本願特許発明における発展は、非常に高い分解能のスポットサイズをもたらすことが可能であり、これらのスポットサイズは波長がより短くなればさらに小さくなる。さらにこれらのマイクロレンズは、そのサイズに起因して固有の最小収差を有するだけでなく、本願特許発明に必須の部分であるシミュレーション、特性決定及びマルチステップの各方法に起因してこのような高性能で生成される。さらに、このような高性能の一体化されたレンズを有する片持ち式ファイバに係るこれらの幾何学的構造は、データ記憶装置において現在利用可能なフライングヘッド技術にとって非常に良好な素子を形成する。従って、受動フィードバックにより、一体化されたレンズファイバを上方へ移動させることが可能であり、上記レンズファイバは、短い焦点距離を有するように作られることが可能である。明らかに、本願特許明細書において説明しているように、ファイバに基づく固体浸レンズは、非常に軽量な特性を有するファイバによって作られることが可能であり、このこともやはり、固体浸レンズを近接場に維持することが可能な、データ記憶装置のフライングヘッド技術に合成されることが可能である。
【０１１３】
また本願特許明細書において説明されている装置は、装置のレンズに金属層の接点を有する二酸化珪素等の誘電体の層によって絶縁された多層の金属でコーティングされることが可能である。このような装置は光学装置及び温度検出装置としても機能することが可能であり、またこのような装置は、その片持ち式又は直線状の形式のいずれにおいても、トポグラフィを測定するため、また電気的特性等の走査プローブ顕微鏡法に係る他の複数のパラメータを測定するための原子間力センサとして当該装置が動作することを可能にする力定数で生成されることが可能である。
【０１１４】
これは、このような複数のコーティングされた装置に係る１つのエミュレーションにすぎない。他のエミュレーションを除外するわけではない他のエミュレーションは、テーパ処理されかつコーティングされているがレンズを持たないようなプローブを含む。
【０１１５】
さらに、このような複数のコーティングが、このような光ファイバ及び他の同様の素子の先端部に光を検出しかつ生成する構造物を生成することができるような、他の場合も存在する。さらに、他のエミュレーションを除外するものではない他の装置は、柔軟な装置が屈曲するにつれて金属コーティング間の材料の抵抗値が変化するように、多層の金属と分離用の誘電体コーティングとを有するテーパ状又は他の装置を含むことが可能である。このような装置は、抵抗値又は他の電気的パラメータの変更に基づいたフィードバックにより表面へ接近する可能性を有し、また熱抵抗器としても機能することが可能であり、先に述べたような光学特性を有する可能性もある。
【０１１６】
端的に言って、必須の接続技術が近接場光学にありかつこの近接場光学が今日の産業において必要とされている広範な素子の加工を可能にするということが認識されているマイクロ及びナノ光学素子の形成に関しては、これまでに同様のアプローチが提案されたことはない。アプリケーションは、あらゆる光学分野にわたるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】２つのパラメータによって、すなわちテーパ角度（１．４）と双曲線の頂点における曲率半径（１．５）とによって記述される双曲線形状を備えたテーパ状ファイバレンズの幾何学的モデルを示す図である。この図のｘ及びｙ軸の単位は、ミクロンである。
【図２】シミュレーションによって計算された、ファイバレンズから発生する波を示し、−４３度のテーパ角度と−３．５μの曲率半径とを有する双曲線形状のテーパ状ファイバレンズから発生したλ＝１．５μの波の強度分布を示す図である。
【図３】ウエスト直径の関数としての結合効率を示す図である。
【図４】テーパ状コアファイバレンズのウエスト直径に対するファイバレンズの作動距離の依存性に関して、実験データと計算データとの比較を示す図である。
【図５Ａ】一体化されたレンズを形成する別のステップにおいて重要になる突起を高精度で生成するようにパラメータを調節できることを示す図である。
【図５Ｂ】画成されたエッチング手順後の図５Ａの突起を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂの構造物をレーザ溶融した後に生成される最終的なレンズを示す図である。
【図６】一体化されたファイバレンズのトポグラフィ（６．１）と、近接場光学顕微鏡法及び統合された原子間力顕微鏡法の組み合わせによってモニタリングされたレンズ表面（６．２）における光の分布との重ね合わせ図（コラージュ）である。
【図７】ストリップ処理されたファイバの高精度コーティングを可能にする深紫外レーザストリップ処理を示す図である。
【図８】片持ち式のレンズファイバ構造を示す図である。
【図９】本発明により説明される手順に従って生成された円柱レンズを表す図である。
【図１０】ファイバ及び他の光学的構成要素の上に配置される、コーティング上の画成された構造を形成する一方法としてのナノインデンテーションを示す図である。水平の点線（１０．１）は、ナノインデンテーションの中心の真上へガイドとして配置されている。
【図１１】本願特許明細書に概説された手順によって形成された固体浸レンズである２つの構造物１１．１及び１１．２を示す図である。
【図１２】本発明により開示された手順によって生成されるきのこ型レンズを示す図である。
【図１３】本発明により開示された手順によって生成されるボール型レンズを示す図である。
【図１４】エッチング及びテーパ処理によって生成された、複数の尖った部分（１４．１）を備えた構造を示す図である。
【図１５】本願特許発明の手順により構造物の先端部に成長させられ、原子間力に対する敏感性を有する能力を持つことが可能なナノ粒子を示す図である。
【図１６】マルチモードのレンズ付ファイバの焦平面におけるＮＳＯＭ画像の線走査を示す図である。
【図１７】シングルモードのレンズ付ファイバの焦平面におけるＮＳＯＭ画像の線走査を示す図である。
【図１８】本願特許明細書に説明された特性決定方法の原理に基づく、小型化された試験対象のプローブファイバ装置の特性決定システムを示す図である。
【図１９】ファイバを用いた共焦点画像化方式を表す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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