(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に設けられ、四角錐の頂部側を底面と平行に切った四角錐台に形成された突起部であって、光を基板裏面から表面方向へ伝搬させるコアと、
このコアを伝搬する光の偏光方向に平行な方向に対向する該コアの側面に設けられた、金属膜からなる光吸収体と、
を具備し、
前記光の偏光方向に垂直な方向に対向する前記コアの側面には、該コアよりも屈折率が低い透明なクラッド領域が接してなることを特徴とする光プローブ。
【請求項２】
請求項１記載の光プローブと、このプローブの基端側に光を入射して該プローブの先端側から光を出射させるための光源と、前記プローブの先端側に入射され、該プローブの基端側から出射される光を受光するための受光部とを具備してなることを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小スポット光を得るための光プローブと、この光プローブを用いた光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光の回折限界以下の分解能で光ディスクに記録を行ったり、被測定体の表面の観測を行うため、近接場光を利用した光プローブが用いられている。これは、例えば文献１（S.Mononobe et al.:“Reproducible fabrication of a fiber probe with a nanometric protrusion for near-field optics”，Appl.Opt.,Vol.36,No.8(1997) pp.1496-1500.）や文献２（Y.Kim et al.:“Fabrication of micro-pyramidal probe array with aperture for near-field optical memory applications”，Jpn.J.Appl.Phys.,Vol.39,No.3B(2000) pp.1538-1541.）に開示されている。この光プローブでは、例えば光ファイバの先端側を先鋭化してその側面に金属をコーティングし、光を微小領域に閉じ込めて微小スポットを得ている。
【０００３】
しかしながら、この種の光プローブにおいては、側面にコーティングした金属による吸収のため、光の透過効率が極めて低いという問題がある。金属をコーティングしなければ吸収損失は避けられるが、そうすると光のしみ出しが大きくなり、微小スポットは得られない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、光ファイバの先端側面に金属をコーティングした光プローブにおいては、該プローブを通過する光の透過効率が極めて低く、またコーティングしないと所望の微小スポットが得られないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、コア部への光の閉じ込めによりスポット径の極小化をはかることができ、且つコア部を通過する光の透過効率を十分高くできる光プローブを提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、上記の光プローブを用いて、光ディスクへの記録や被測定体の表面観測を行うための光ピックアップ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【０００８】
即ち本発明は、微小スポット光を得るための光プローブにおいて、光を伝搬させるコアと、このコアを伝搬する光の進行方向に垂直な第１の方向に対向する該コアの側面に設けられた光吸収体と、前記光の進行方向及び第１の方向にそれぞれ垂直な方向に対向する前記コアの側面に設けられた、該コアよりも屈折率が低い透明なクラッド領域とを具備してなることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、微小スポット光を得るための光プローブにおいて、光を伝搬させるコアと、このコアを伝搬する光の偏光方向にほぼ垂直な方向の該コアの側面に設けられた光吸収体と、前記光の偏光方向にほぼ平行な方向の前記コアの側面に設けられた、該コアよりも屈折率が低い透明なクラッド領域とを具備してなることを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
(1) 光吸収体は金属膜からなること。
(2) コアは、誘電体からなること。
(3) コアは、半導体からなること。
【００１１】
(4) コアは棒状の光ファイバの先端側を端面が小径となるように絞り込み加工されたもので、光吸収体は該光ファイバの絞り込み加工された部分にコーティングされていること。
(5) コアの先端の端面形状は矩形であり、該矩形において、光の偏光方向にほぼ垂直な方向の距離は、偏光方向にほぼ平行な方向の距離よりも短いこと。
【００１２】
また本発明は、光を利用して記録媒体の記録・再生或いは被検査体の表面観測等を行うための光ピックアップ装置において、上記構成の光プローブと、このプローブの基端側に光を入射して該プローブの先端側から光を出射させるための光源と、前記プローブの先端側に入射され、該プローブの基端側から出射される光を受光するための受光部とを具備してなることを特徴とする。
【００１３】
ここで、光プローブの基端側にはレンズ及びハーフミラーが配置され、光源からの光はハーフミラーで反射され、レンズを通して光プローブの基端側に集光され、光プローブの基端側から出射される光はレンズ，ハーフミラーを通して受光部に集光されることを特徴とする。
【００１４】
（作用）
本発明によれば、コアを伝搬する光の偏光方向とほぼ垂直な方向のコアの側面に光吸収膜を設けることにより、この方向に対する光のしみ出しを無くして微小スポット光を得ることができる。さらに、コアを伝搬する光の偏光方向と平行な方向のコアの側面には透明なクラッド領域を設けることにより、光透過効率を高くすることができる。しかも、光吸収膜の存在に対する伝搬損失やスポット径の大きさがＴＭモードとＴＥモードとで異なることを有効に利用することにより、上記の目的をより有効に達成することができる。これにより、スポット径の極小化が可能で、且つ通過する光の透過効率を高くすることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光プローブの概略構成を示す斜視図である。
【００１７】
図中１０は断面が矩形の棒状ガラス体（コア）であり、このガラス体１０の先端側は端部が絞り込まれるように錐体状に加工されている。そして、先端の微小端面部１１の大きさは、例えばコアを伝搬する光の偏光方向が５０ｎｍ、これと直交する方向が２００ｎｍとなっている。ガラス体１０の先端部の斜面となっている４つの側面のうち、コアを伝搬する光の偏光方向に垂直な２つの側面には、金属膜からなる光吸収膜１２がコーティングされている。それ以外の側面、即ち光の偏光方向とほぼ平行な方向の側面には光吸収膜はコーティングされておらず、透明なクラッド領域となっている（この場合は空気に接している）。
【００１８】
なお、上記の光プローブの製造に際し、先端側を錐体状に加工する工程としては、エッチングや研磨を行えばよい。また、棒状ガラス体として既存の光ファイバを用いることも可能である。
【００１９】
本実施形態の特徴は、コアを伝搬する光の偏光方向と垂直な方向の側面にのみ光吸収膜を設けたことである。これにより、光プローブを通過する光の損失を極めて小さくできる。その原理について、以下に説明する。
【００２０】
図２は、ガラスコアと金属クラッドからなる平面型光導波路の伝搬損失α（ｃｍ-1）を計算した例を示したものである。ここでは、金属として金（Ａｕ）を用いた場合を示した。図から分かるようにコア内波長（コア幅）Ｗ（ｎｍ）が半波長（λ／（２ｎ）：ｎは屈折率でガラスの場合はｎ＝１．５）以下になると、ＴＥモードの伝搬損失は急激に増加する。これは、導波モードの金属中へのしみ出しの割合が大きくなり、金属による吸収の影響が大きくなるためである。この領域ではＴＥモードは殆ど伝搬できないことになる。
【００２１】
一方、ＴＭモードの伝搬損失は、半波長以下のコア幅になってもそれ程増加しない。従って、ＴＭモードに対しては金属があっても損失の増加は顕著ではないことが分かる。
【００２２】
図３は、図２の場合と同じ導波路構造に対して、伝搬する光のスポット径を計算したものである。注目すべきことは、コア幅が５０ｎｍ以下の領域ではＴＥモードのスポット径が増加するのに対し、ＴＭモードのスポット径は増加しないことである。
【００２３】
図２、図３より、微小コア幅の領域では、ＴＭモードのスポット径が小さく、かつ伝搬損失が小さいことが分かる。
【００２４】
図１の本実施形態は、この特性を利用したもので、ＴＭモードとなる方向の側面にのみ金属をコーティングすることによって、この方向に対する吸収損失の増加を軽減したものである。もう一方のＴＥモードとなる方向に対しては金属をコーティングしてないため、吸収損失は殆どない。なお、ＴＥモードとなる方向には十分小さいスポットを得ることはできないが、例えば微小端面部１１の径を２００ｎｍ程度とすることによって、スポット径として４００ｎｍを得ることができる。
【００２５】
図４は、ガラスコア／空気クラッドの平面型導波路に対してスポット径を計算した結果を示したものである。空気がクラッドの場合は、上述のようにＴＥモードに対してはコア幅２００ｎｍで最小スポットとして４００ｎｍ程度が得られる。また、前記図３からは金属クラッドの場合には、ＴＭモードに対してコア幅とほぼ同じスポット径が得られる。従って、例えばその方向の幅を５０ｎｍとすると、端面形状が５０ｎｍ×２００ｎｍの光プローブで、５０ｎｍ×４００ｎｍのスポットが得られることになり、かつ損失の小さいプローブを実現できる。
【００２６】
このように本実施形態によれば、ガラス体１０の先端側を錐体状に加工し、先端側の斜面となっている４つの側面のうち、コアを伝搬する光の偏光方向に垂直な２つの側面に金属膜からなる光吸収膜１２をコーティングすることにより、この方向に対する光のしみ出しを無くして微小スポット光を得ることができる。また、４つの側面のうち、コアを伝搬する光の偏光方向に平行な２つの側面には光吸収膜１２を形成せずに透明な空気に接するようにしているので、この方向に対しては光透過効率を高くすることができる。従って、先端端面部１１の形状を、コアを伝搬する光の偏光方向に垂直な方向で５０ｎｍ、平行な方向で２００ｎｍとすることにより、５０ｎｍ×４００ｎｍの微小スポット光を得ることができ、しかも通過する光の透過効率を十分に高くすることができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係わる光プローブの概略構成を示す斜視図である。
【００２８】
図中２０はＧａＰ基板であり、この基板２０の中央部にはピラミッド状の突起部２０’が設けられている。突起部２０’の先端の微小端面部２１は矩形となっている。突起部２０’の４つの側面のうち、突起部２０’を伝搬する光の偏光方向に垂直な２つの側面、及びこれに連続する基板２０の上面には、金属膜からなる光吸収膜２２がコーティングされている。ここでは、光吸収膜２２としてアルミニウム（Ａｌ）を用いている。それ以外の側面、即ち光の偏光方向とほぼ平行な方向の側面には光吸収膜２２はコーティングされておらず、透明なクラッド（この場合は空気）に接している。
【００２９】
図６は、ＧａＰコアとＡｌクラッドからなる平面型光導波路の伝搬損失を計算した例を示したものである。この場合にも、微小コア幅領域ではＴＥモードの損失が急激に増加するのに対し、ＴＭモードの損失はあまり増加しない。
【００３０】
図７は、ＧａＰコア／Ａｌクラッドの平面型導波路構造に対して、伝搬する光のスポット径を計算したものである。また、図８はＧａＰコア／空気クラッドの平面型導波路構造に対して、伝搬する光のスポット径を計算したものである。両図から分かるように、ＴＭモードに対しては金属クラッドでほぼコア幅のスポット径が得られ、またＴＥモードに対しては空気クラッドで、コア幅６０ｎｍに対して約１３０ｎｍのスポット径が得られる。
【００３１】
従って、例えば微小端面部２２の形状を突起部２０’を伝搬する光の偏光方向に平行な方向で５０ｎｍ、偏光方向に垂直な方向で６０ｎｍとすることにより、５０ｎｍ×１３０ｎｍの微小スポット光が得られることになり、かつ損失の小さい光プローブを実現できることになる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係わる光ピックアップ装置を示す概略構成図である。
【００３３】
図中の３０は第２の実施形態で説明した光プローブである。３１は光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）、３２は受光素子としてのフォトダイオード（ＰＤ）、３３はハーフミラー、３４は投影レンズ、３５，３６は集光レンズ、３８は被検査体を示している。
【００３４】
ＬＤ３１から出射されたレーザ光は、集光レンズ３５により集光され、ハーフミラー３３で反射され、投影レンズ３４により光プローブ３０の基端側に照射される。光プローブ３０に入射した光は、該プローブ３０内を通りそのスポット径が微小化されて先端から出射され、被検査体３８の表面に照射される。
【００３５】
被検査体３８の表面で反射した光の一部は、光プローブ３０の先端に入射し、該プローブ３０内を通り、基端側から出射される。光プローブ３０の基端側から出射された光は、ハーフミラー３３を通り集光レンズ３６により集光されてＰＤ３２に結像される。
【００３６】
ここで、ＰＤ３２の検出信号は、被検査体３８の光照射部の表面状態を反映したものとなる。従って、光プローブ３０と被検査体３８とを相対的に平行移動させることにより、ＰＤ３２の検出信号を元に被検査体３８の表面状態を観察することが可能となる。
【００３７】
また、ＬＤ３１から出射される光の偏光方向は紙面上下方向であり、ハーフミラー３３で反射された光の偏光方向は紙面左右方向となる。従って、光プローブ３０において光吸収体２２がコーティングされた側面が、突起部２０’を伝搬する光の偏光方向に垂直な２つの側面となり、これにより光を微小スポットに絞ることが可能となっている。図９では、ＬＤ３１からの出射光は紙面上下方向に偏光しており、光プローブ３０の吸収体２２は、図に示したように左側面と右側面に設けられている。ＬＤ３１からの光の偏光方向がこれと垂直な方向（紙面表裏方向）の場合には、吸収体２２を手前側面と後側面に設ければよい。
【００３８】
このように本実施形態では、第２の実施形態で説明した光プローブ３０を用いると共に、光プローブ３０に対し光を導入する機構（３１，３３，３４，３５）及び光プローブ３０から光を導出する機構（３２，３３，３４，３６）を設けることにより、被検査体３８に照射する光を微小スポットに絞ることができ、且つ被検査体３８の表面の微視的領域からの光を検出することができる。このため、光の回折限界以下の分解能で記録を行ったり、被検査体表面の状態を高精度に測定することができる。
【００３９】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態ではコア部（第１の実施形態ではコア全体、第２の実施形態ではコアの突起部）の断面形状を矩形としたが、これを円形や楕円形にしてもよい。円や楕円の場合、側面にコーティングする金属膜は、光の偏光方向に対向する領域（偏光方向に対して９０±４５度の範囲内に位置する面）に形成すればよい。
【００４０】
また、光吸収膜は、金やアルミニウムに限るものではなく、光を吸収できるものであれば他の金属を用いることができる。さらに、金属以外の材料を用いることも可能である。また、光吸収膜を形成する以外の面は必ずしも空気に接している必要はなく、この面にコアよりも屈折率が低い透明な膜をコーテイングしてもよい。さらに、コアの材料はガラスや半導体に限るものではなく、光を十分に透過するものであればよく、実施形態より短い波長に対してはＧａＮ等を用いることも可能である。
【００４１】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光を伝搬させるコアに対し、光の偏光方向にほぼ垂直な方向の側面に光吸収体を設け、光の偏光方向にほぼ平行な方向の側面は該コアよりも屈折率が低い透明なクラッド領域としているので、コア部への光の閉じ込めによりスポット径の極小化をはかることができ、且つコア部を通過する光の透過効率を十分高くすることができる。従って、波長より短い径のコア部を通過する光の効率を大幅に向上した光プローブ及びこれを用いた光ピックアップ装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる光プローブの概略構成を示す斜視図。
【図２】ガラス／Ａｕ導波路における伝搬損失の計算例を示す図。
【図３】ガラス／Ａｕ導波路におけるスポット径の計算例を示す図。
【図４】ガラス／空気導波路におけるスポット径の計算例を示す図。
【図５】第２の実施形態に係わる光プローブの概略構成を示す斜視図。
【図６】ＧａＰ／Ａｌ導波路における伝搬損失の計算例を示す図。
【図７】ＧａＰ／Ａｌ導波路におけるスポット径の計算例を示す図。
【図８】ＧａＰ／空気導波路におけるスポット径の計算例を示す図。
【図９】第３の実施形態に係わるピックアップ装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０…ガラス体（コア）
２０…ＧａＰ基板（コア）
１１，２１…端面部
１２，２２…光吸収膜
３０…光プローブ
３１…ＬＤ（光源）
３２…フォトダイオード（受光素子）
３３…ハーフミラー
３４…投影レンズ
３５，３６…集光レンズ
【図１】
0003917354.tif 000002
【図２】
0003917354.tif 000003
【図３】
0003917354.tif 000004
【図４】
0003917354.tif 000005
【図５】
0003917354.tif 000006
【図６】
0003917354.tif 000007
【図７】
0003917354.tif 000008
【図８】
0003917354.tif 000009
【図９】
0003917354.tif 000010