WO1999040445A1 - Optical probe for proximity field - Google Patents

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WO1999040445A1
WO1999040445A1 PCT/JP1999/000514 JP9900514W WO9940445A1 WO 1999040445 A1 WO1999040445 A1 WO 1999040445A1 JP 9900514 W JP9900514 W JP 9900514W WO 9940445 A1 WO9940445 A1 WO 9940445A1
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lens
optical probe
flat
field
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PCT/JP1999/000514
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Yasuyuki Mitsuoka
Norio Chiba
Nobuyuki Kasama
Takashi Niwa
Kunio Nakajima
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Seiko Instruments Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to a near-field optical probe capable of reproducing and recording high-density information using a near-field, and more particularly to an arrayed near-field optical probe.
  • the surface of the sample to be observed is irradiated with an electron beam of high energy, which may damage the sample or increase the size of the microscope. It tended to be complicated.
  • SPMs scanning probe microscopes
  • STMs scanning tunneling microscopes
  • AFMs atomic force microscopes
  • near-field optical microscopes that incorporate the SPM device configuration have attracted attention.
  • a near-field generated on the surface of a sample irradiated with light is scattered by a probe having a small aperture smaller than the wavelength of the propagation light used for observation, and the scattered light is detected. It enables observation of smaller areas that exceed the observation resolution of the optical microscope.
  • by sweeping the wavelength of the light irradiating the sample surface it is possible to observe the optical properties of the sample in a minute area.
  • Near-field optical microscopes usually use an optical fiber probe that has a small opening at the tip by sharpening the optical fiber and coating the periphery with metal, which interacts with the near field. The scattered light generated by this is passed through the inside of the probe and guided to the photodetector.
  • a near field was generated at the tip of the optical fiber probe, and the near field was generated by the interaction between the near field and the fine structure on the sample surface. It is also possible to guide the scattered light to a photodetector using a light collection system additionally provided.
  • the recording / reproducing of the recorded information is enabled by including the modulation of the wavelength or the intensity of the light irradiating the sample in the above-described method of detecting the near field.
  • an opening penetrating therethrough is formed in a silicon substrate by a semiconductor manufacturing technique such as photolithography, and one side of the silicon substrate is formed.
  • a cantilever-type optical probe has been proposed in which an insulating film is formed on the surface, and a conical optical waveguide layer is formed on the insulating film on the opposite side of the opening.
  • This cantilever type In an optical probe, an optical fiber can be inserted into an opening and light can be transmitted through a minute opening formed by coating a portion other than the tip of the optical waveguide layer with a metal film.
  • a pole lens or a lens forming resin is mounted in the opening of the cantilever type optical probe in order to condense light from the inserted optical fiber to the tip of the optical waveguide layer.
  • a cantilever type optical waveguide probe using an optical waveguide is known in place of the optical fiber inserted into the cantilever type optical probe according to the above-mentioned US Pat. No. 5,294,790.
  • a cantilever disclosed in U.S. Pat. No. 5,354,985 has a structure in which a capacitor layer is formed so that AFM technology can be used together with an optical waveguide for introducing light into an opening, and the amount of vibration and deflection of the cantilever is detected. It is configured to be able to.
  • the above-mentioned capacitor layer or piezo is used so as to use an AFM technique of irradiating the surface of the cantilever with a laser and detecting the amount of bending of the cantilever based on its reflection position.
  • planar probes without sharpened tips such as the probes described above
  • the planar probe has an opening of an inverted pyramid structure formed by anisotropic etching in a silicon substrate, and its apex has a diameter of several tens of nanometers and is penetrated.
  • Such a planar probe can be easily formed on a single substrate by using a semiconductor manufacturing technique, that is, an array can be easily formed, and in particular, as an optical head suitable for reading and recording of an optical memory using a near field. Can be used.
  • the above-mentioned ball lens By loading the above-mentioned ball lens into the opening of the flat probe, the light incident on the surface of the flat probe can be focused on the tip of the opening. is there.
  • the optical fiber probe described above does not have sufficient mechanical strength due to its sharpened tip, and is not suitable for mass production and arraying.
  • the scattered light obtained by disturbing the near field is very weak, when detecting the scattered light through an optical fiber, it is necessary to devise a method for obtaining a sufficient amount of light in the detection unit.
  • To generate a sufficiently large near-field through an optical fiber it is necessary to devise a method of condensing light at the opening.
  • an optical fiber is inserted into the opening to receive the scattered light from the optical waveguide layer or to introduce the propagation light into the optical waveguide layer. A sufficient amount of light could not be propagated between the wave layer and the optical fiber without loss.
  • the ball lens cannot always focus on the light input / output surface of the optical fiber or the tip of the optical waveguide layer, and cannot perform optimal focusing. .
  • the above-described planar probe is suitable for mass production and arraying, and has sufficient mechanical strength because it does not have a protruding sharp portion.
  • the probe is collected. Since light is realized, it has the same problem as the use of a ball lens in the cantilever type optical probe described above. Therefore, the present invention provides a probe having the above-mentioned conventional fine opening, Probe that can detect and generate near-field intensity, especially for near-field as optical memory head suitable for mass production and arraying to realize optical memory information recording and reproduction using near-field It is an object to provide an optical probe. Disclosure of the invention
  • an inverted conical hole is formed such that the top of the hole is the minute aperture.
  • a flat substrate formed through the flat substrate, a flat lens having a minute lens, and a light source for causing light to enter the flat lens; the flat substrate having a surface opposite to the surface on which the fine opening is formed; Characterized in that the flat lens is arranged on the side surface such that the focal point of the lens is located at the minute aperture, and the light source is arranged on the flat lens surface.
  • the flat lens located above the minute aperture the light from the light source can be efficiently focused on the minute aperture, the near field generated can be increased, and a compact optical probe is provided. it can.
  • the flat substrate has a plurality of the minute openings
  • the flat lens has a plurality of minute lenses to fit the plurality of the minute openings
  • the light source is at least one so as to be compatible with the plurality of microlenses.
  • the light from the light source can be efficiently focused on the minute apertures by the action of the plurality of flat lenses positioned so as to fit over the plurality of minute apertures, and the near-field light according to the present invention.
  • an optical probe can be provided which can record and reproduce information without requiring high-speed sweeping of the probe.
  • the flat lens has a refractive index gradient. Accordingly, it is possible to provide an optical probe having a flat lens portion as a flat lens disposed above the minute aperture and having a compact configuration suitable for mass production.
  • the near-field optical probe according to the present invention is characterized in that a part of the surface of the flat lens is a lens spherical surface.
  • an optical probe having a compact structure suitable for mass production, which has a minute lens portion capable of exerting the effect of a normal lens shape as a flat lens disposed above the minute aperture.
  • the flat lens is a lens utilizing diffraction.
  • the flat lens is arranged inside the inverted conical hole.
  • a lens is arranged immediately before the minute aperture, and an optical probe having a more compact structure suitable for mass production can be provided.
  • a cantilever having an optical waveguide provided with the minute opening in a protrusion is disposed, and the flat lens is formed of the optical waveguide. It is characterized by being arranged so as to be adapted to the light incident surface.
  • the light from the light source can be efficiently focused on the micro-aperture by the action of the flat lens located above the micro-aperture, the near field generated can be increased, and the conventional cantilever-type optical probe is used. It can provide an optical probe to which the technology using the technology can be applied.
  • an inverted conical hole is formed.
  • a flat substrate formed so as to penetrate the top so as to be the minute opening; a light collecting layer having a plurality of mirrors for guiding incident light to the minute opening; and a light source for causing light to enter the light collecting layer.
  • the light-collecting layer is arranged such that the light-collecting point is located at the fine opening, The light source is arranged on the surface of the layer. Therefore, the light from the light source can be efficiently focused on the micro-aperture by the action of the light-collecting layer located above the micro-aperture, and the generated near-field can be increased and the optical probe with a compact configuration can be provided. it can.
  • a cantilever having an optical waveguide provided with the minute opening in the protrusion is disposed, and the light-collecting layer is provided with the optical waveguide. It is characterized by being arranged to match the light incident surface of the wave path.
  • the light from the light source can be efficiently focused on the micro-aperture by the action of the condensing layer located above the micro-aperture, the near-field generated can be increased, and the conventional cantilever-type optical probe is used. It is possible to provide an optical probe to which the technology using the optical fiber can be applied.
  • the light source is replaced with a photodetector, and scattered light scattered at the minute aperture is detected.
  • the scattered light generated from the minute aperture can be efficiently supplied to the photodetector by the action of the flat lens or the light-collecting layer located above the minute aperture, so that the detected scattered light can be increased and the compact configuration can be achieved.
  • An optical probe can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a near-field optical probe according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a method for manufacturing a flat plate microlens according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view of a near-field optical probe according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a near-field optical probe having a Fresnel zone plate according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a near-field optical probe having a holographic lens according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional view of a near-field optical probe according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a near-field optical probe using a cantilever-type optical waveguide probe according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 8 is a sectional view of a near-field optical probe using a cantilever-type optical probe according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a part of the near-field optical probe according to the first embodiment.
  • a flat microlens 5 is provided on a silicon substrate 1 having an opening 3, and a surface emitting laser 4 is further provided on the flat microlens 5.
  • the silicon substrate 1 has a tapered portion 2 formed therethrough so as to have a minute opening 3.
  • the opening 3 has a diameter of, for example, 50 nanometers so that a near-field is generated by light introduced from the cover 2.
  • the cover part 2 is formed by fine processing using conventional photolithography and silicon anisotropic etching.
  • a thermal oxide film or an AuZCr metal film serving as a mask for the subsequent anisotropic etching is provided on both surfaces of the silicon substrate 1 having a (100) plane.
  • a portion of the surface of the mask which becomes the opening window of the mask is removed to expose the (100) plane. Subsequently, the surface on which the opening window is formed is exposed to an etching solution, and a four-sided paper having an inverted pyramid structure is formed on the silicon substrate 1, and at the same time, the other surface is formed so that the tip thereof becomes the opening 3. Is exposed. Next, the silicon substrate 1 having the desired opening 3 and the tapered portion 2 formed thereon can be obtained by removing the mask material on both surfaces of the silicon substrate 1.
  • a minute opening can be formed by the technology used in the above-described semiconductor manufacturing process, a silicon substrate having such an opening can be used as a planar probe capable of generating a near-field, with good reproducibility. It is suitable for mass production, and in particular, it is easy to form an array in which multiple openings are formed on the same silicon substrate.
  • the flat-plate microlens 5 has a refractive index gradient in which the refractive index changes continuously from one surface of the flat plate to the other surface, and converts light incident on one surface of the flat plate to the other surface. Functions as a lens that can collect or collimate light to the side.
  • a plurality of flat plate microlenses 5 having a refractive index gradient can be formed on the same flat plate, and can be adapted to the above-mentioned arrayed openings on the silicon substrate.
  • FIG. 2 shows an example of a method for manufacturing a flat plate microlens 5 having a refractive index gradient.
  • a metal film 22 is formed on a glass substrate 2 "! By vacuum evaporation or sputtering, and then, as shown in FIG. 2 (b), by photolithography. Then, a circular opening 23 is formed, and then selective ion exchange is performed by immersing the glass substrate in a molten salt as shown in Fig. 2 (c), where ions to be diffused and transferred into the glass substrate are formed.
  • Fig. 2 shows an example of a method for manufacturing a flat plate microlens 5 having a refractive index gradient.
  • ions with a large electron polarizability are selected, and diffusion confined by the circular aperture 23 forms a three-dimensional concentration distribution while wrapping around the aperture, producing a refractive index gradient proportional to it.
  • a plurality of lenses are formed, each of which has a hemispherical refractive index distribution point-symmetrically with the center of the circular aperture as the highest refractive index.
  • the flat microlens 5 is set on the silicon substrate 1 so that the light incident on the flat microlens 5 having a plurality of lens portions is focused on the respective openings of the silicon substrate described above.
  • the bonding between the silicon substrate 1 and the flat microlens 5 is performed using, for example, an organic adhesive.
  • the manufacturing method of the flat microlens 5 is not limited to the above-described selective ion exchange, and may be another method, for example, a CVD method.
  • a surface emitting laser 4 serving as a light source is provided on a surface of the flat microlens 5, that is, a surface on which light is incident from the outside.
  • the light emitted from the surface-emitting laser is incident on the flat microlens 5, and the incident light is given the same effect as the lens by the refractive index gradient of the flat microlens 5.
  • the light is focused on the opening 3 of the silicon substrate 1 disposed below. By being collected, local high-energy light is collected, and the intensity of the near field generated at the aperture 3 is increased.
  • a disk-shaped planar substrate is used as a recording medium, and the arrayed optical memory heads are arranged above the substrate.
  • the distance between the opening and the recording medium must be close to the opening diameter. Therefore, by filling a lubricant between the optical memory head and the recording medium and making the optical memory head sufficiently thin, the surface tension of the lubricant can be used to sufficiently increase the distance between the optical memory head and the recording medium. Can be kept small. Furthermore, it can follow the deflection of the recording medium.
  • the proximity state between the optical memory head and the recording medium may be controlled not by the above-mentioned lubricant but by an air bearing similarly to the flying head used in the hard disk technology.
  • the material used as the recording medium is, for example, a material to which the phase change recording method can be applied
  • the recording uses the heat mode of the light energy, increasing the density of light is an important factor. Therefore, it is desired to generate a sufficiently large near field even in the case of optical recording using a near field, and in the optical memory head according to the present invention, the intensity of the near field is increased by the action and effect of the flat microlens. Achieved.
  • the illumination mode is a so-called near-field optical microscope in which light is condensed at the opening of the optical memory head to generate a near-field.
  • the near-field optical probe according to the present invention is also effective for a so-called collection mode in which a near-field generated by a minute information recording structure on a recording medium surface is detected by a minute aperture.
  • the near field detected at the aperture is converted into scattered light and enters the flat microlens surface, and the flat microlens functions as a collimating lens.
  • a photodetector must be placed in place of the laser.
  • the near-field optical probe as the optical memory head according to the present invention has a plurality of apertures and a plurality of flat microlenses for condensing light on the apertures. Optical recording and reading can be performed, and further, trackingless can be realized by adjusting the arrangement interval to the information recording unit interval on the recording medium.
  • the flat microlens 5 is disposed on the upper surface of the silicon substrate 1.
  • Si02 corresponding to the glass substrate of the flat microlens 5 is laminated.
  • a lens may be formed by giving a refractive index gradient to this by a selective ion exchange method.
  • the surface of the Si02 to be laminated does not need to be a flat surface as long as it is contained in the paper portion 2 and may be a curved surface.
  • it has a normal lens shape, and the lens effect and refractive index gradient due to that shape. It may also have a lens effect by arrangement.
  • FIG. 3 is a sectional view of a part of the optical memory head according to the second embodiment.
  • a microlens substrate 6 is arranged in place of the flat microlens 5 of FIG. 1 describing the first embodiment.
  • ions having a large radius are selected as the effect of diffusion and transfer into the glass substrate, and the difference in the ion radii to be exchanged is used.
  • the circular opening bulges. Therefore, unlike the generation of the refractive index gradient, which is an effect of the selective ion exchange method in the first embodiment, a lens is formed using a normal lens shape.
  • the surface of the microlens substrate 6 is not flat, so that the surface emitting laser 4 cannot be directly disposed on the surface. Therefore, it is necessary to provide a distance between the microlens substrate 6 and the surface emitting laser 4, and the microlens substrate 6 is fixed by a spacer (not shown).
  • the lens portions can be easily arrayed, and can be adapted to the openings of the similarly arrayed silicon substrates.
  • lens formation using a normal lens shape having such a swelling is performed not by the above-described selective ion exchange method but by another method, for example, by irradiating a photosensitive glass with ultraviolet rays to form a crystallized portion and a minute spherical surface.
  • a crystallized glass method of forming and lens-forming may be used.
  • the microlens substrate 6 formed as described above collects light coming from the surface-emitting laser 4 into the opening 3 of the silicon substrate 1 in the illumination mode, similarly to the effect of the flat microlens in the first embodiment.
  • the surface emitting laser 4 is in the collection mode instead of the photodetector, the scattered light generated from the three apertures can be collimated to the photodetector.
  • the microlens substrate 6 is formed by combining the selective ion exchange method for selecting ions having a large electric polarizability described in Embodiment 1 and the selective ion for selecting ions having a large ion radius described in Embodiment 2 to form a lens on the surface.
  • the glass substrate may have a shape and a refractive index gradient inside the glass substrate.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the near-field optical probe according to the third embodiment.
  • a Fresnel zone plate 7 is arranged in place of the flat microlens 5 of FIG. 1 describing the first embodiment.
  • the Fresnel zone plate 7 generates diffracted light by a fine pattern on the glass substrate to generate a lens effect, and condenses the coherent light from the surface emitting laser 4 to the aperture 3 without aberration.
  • various methods such as furnace beam heating, laser interferometry, dry etching, and precision machining can be used. It can be created.
  • the Fresnel zone plate between the surface emitting laser, which is a light source, and the aperture it is possible to increase the intensity of the near field generated or detected at the aperture.
  • a holographic lens 8 may be used instead of the Fresnel zone plate as shown in FIG.
  • the holographic lens 8 is a hologram created so that the diffraction spot corresponds to the aperture 3, and is capable of condensing the light from the light source, preferably the light incident from the coherent light 9, into the aperture 3. it can.
  • This holography 445 is a hologram created so that the diffraction spot corresponds to the aperture 3, and is capable of condensing the light from the light source, preferably the light incident from the coherent light 9, into the aperture 3. it can.
  • the Fresnel zone plate 7 or the holographic lens 8 is arranged on the upper surface of the silicon substrate 1. Each of them is formed in the paper portion 2 formed on the silicon substrate 1. Is also good.
  • a light source for example, a surface emitting laser is arranged on the upper surface of the silicon substrate 1.
  • FIG. 6 shows a partial cross-sectional view of the near-field optical probe according to the fourth embodiment.
  • FIG. 6 a configuration including a parabolic mirror 10, a mirror 11, and a light transmitting material 12 is arranged in place of the flat microlens 5 of FIG.
  • the light incident on the light transmitting material 12 is efficiently reflected by the parabolic mirror 10 toward the mirror 11, and the light directed to the mirror 11 is collected toward the opening 3. Thereby, the intensity of the near field generated in the aperture can be increased.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the near-field optical probe according to the fifth embodiment.
  • FIG. 7 (here, a cantilever type probe is used instead of the silicon substrate 1 of FIG. 1 illustrating the first embodiment)
  • the optical waveguide of the optical waveguide probe is disposed, and the flat microlens 5 described in Embodiment 1 is disposed in contact with the light incident surface of the optical waveguide 13, and the light source and the light source are disposed on the upper surface of the flat microlens 5.
  • a surface emitting laser 4 is provided, which makes it possible to condense light with high intensity and introduce light into a lossless optical waveguide as compared with the conventional configuration performed by a normal lens optical system. Is achieved and the near-field is generated efficiently at the opening 3. In this case, it is more suitable for use as an optical probe of a near-field optical microscope, rather than forming an array and using it as an optical memory head. I have.
  • a cantilever-type light source provided with an opening In the probe as well, by arranging the structure composed of the flat microlens 5 and the surface emitting laser 4 above the projection 15, as in the case of the cantilever type optical waveguide probe, high intensity light collection and loss can be achieved.
  • the introduction of light into the projection “15” is achieved, and the near-field is generated efficiently at the aperture.
  • the array is formed and the near-field is used rather than used as an optical memory head. Suitable for use as an optical probe for an optical microscope.
  • the flat microlens 5 is replaced by the microlens substrate 6, the Fresnel zone plate 7, the holographic lens 8, or the parabolic mirror 10, the mirror 11, and the optical lens described in the fourth embodiment. It is also possible to use a structure made of the transmitting material 12.
  • a laser diode or an LED can be sequentially stacked on a lens substrate located on the lower surface of a light source using a surface emitting laser by a conventional silicon process.
  • the light from the light source can be efficiently focused on the micro-aperture by the flat lens positioned above the micro-aperture, and the near-field has a higher intensity than the conventional optical probe.
  • a compact near-field optical probe can be provided.
  • a near-field optical probe suitable for use as an optical fiber can be provided.
  • the flat lens has a refractive index gradient
  • the surface of the flat lens is flattened, and a light source disposed above the flat lens can be arranged close to the flat lens, so that the size and the size of the flat lens can be reduced.
  • An optical probe that can be produced can be provided.
  • an ordinary lens effect can be provided in a minute area, and a compact and mass-producible optical probe can be provided.
  • the flat lens is a lens utilizing diffraction
  • the adjustment of the optical axis can be omitted after the flat lens is installed, and the light source arranged above the flat lens can be arranged close. This makes it possible to provide a near-field optical probe that is compact and can be mass-produced.
  • a cantilever provided with an optical waveguide having a minute opening in the protrusion is disposed, and the flat lens is disposed so as to be suitable for the light incident surface of the optical waveguide.
  • the technology cultivated in the conventional cantilever optical probe can be used.
  • the light from the light source can be efficiently focused on the micro-aperture by the condensing layer located above the micro-aperture, so that a near-field light that can generate a near-field with a higher intensity than conventional optical probes can be generated. Probes can be provided.
  • a cantilever provided with an optical waveguide having a minute opening in the protrusion is disposed, and the light-collecting layer is disposed so as to be adapted to the light incident surface of the optical waveguide.
  • the technology cultivated in the conventional cantilever type optical probe can be used.
  • the scattered light generated from the minute aperture can be efficiently reduced by the flat lens or the light-collecting layer located above the minute aperture. It is possible to provide a near-field optical probe that can be supplied to a photodetector well, can detect a near-field with less crosstalk more efficiently than a conventional optical probe, and has a compact configuration.

Description

明 細 書 近接場用光プローブ 技術分野
本発明は、近接場を利用して高密度な情報の再生及び記録を可能とする近 接場用光プローブに関し、特にアレイ化された近接場用光プローブに関する。 背景技術
試料の光学特性分布を観察する通常の光学顕微鏡は、試料の照射に用いら れる可視光、すなわち伝搬光の回折限界によって、その波長の 1 Z 2以下の分 解能における構造観察は実現できない。よって、この光学顕微鏡においては、 試料の構造を分析するための最小単位が数百ナノメ一トルに制限されてしまう。 し力、しながら、肉眼観察の延長となる像を得ることができるため、解析を簡単に すると共に顕微鏡の構成を簡略化することができた。
一方、より高分解能な試料表面観察を可能にした電子顕微鏡においては、観 察対象となる試料の表面にエネルギーの高い電子線を照射するため、試料に ダメージを与えたり、顕微鏡の構成が大型、複雑となる傾向があった。
また、更なる高分解像が得られる走査型トンネル顕微鏡（STM)や原子間力 顕微鏡（AFM )に代表される走査型プローブ顕微鏡（S P M )に至っては、試料 表面の原子'分子像を得ることが可能であり、顕微鏡を構成する装置も比較的 小型化することができた。し力、しな力ら、検出している物理量は、トンネル電流 や原子間力などのプローブと試料表面との間に生じる相互作用であり、得られ る表面形状像の分解能はプローブ先端形状に依存されていた。
そこでいま、伝搬光を使用し、プローブと試料表面近接場との間に生じる相互 作用を検出することで前述の光学顕微鏡における伝搬光の回折限界を打破し 、且つ SPMの装置構成を取り入れた近接場光学顕微鏡が注目されている。 近接場光学顕微鏡においては、観察に用いられる伝搬光の波長以下の微小 な開口を有するプローブによって、光の照射された試料の表面に生じる近接場 を散乱させ、その散乱光を検出することで、上記光学顕微鏡の観察分解能を越 えた、より微小な領域の観察を可能としている。また、試料表面に照射する光の 波長を掃引することで、微小領域における試料の光学物性の観測をも可能とし ている。
近接場光学顕微鏡には、通常、光ファイバを先鋭化して周辺を金属でコーティ ングすることにより、その先端に微小開口を設けた光ファイバプローブが使用さ れており、近接場と相互作用することによって生じた散乱光をプローブ内部に通 過させて光検出器に導く。
また、その光ファイバプローブを通して試料に向けて光を導入させることによつ て、光ファイバプローブ先端部に近接場を生じさせ、この近接場と試料表面の微 細構造との相互作用によって生じた散乱光を更に付加された集光系を用いて光 検出器に導くことも可能である。
更に、顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイバプローブを通して試料に向け て光を導入させることによって、試料表面にエネルギー密度の高い近接場を局 所的に生成でき、それによつて試料表面の構造または物性を変えることができ、 高密度メモリが実現される。その場合、前記した近接場の検出方法に、試料に 照射する光の波長または強度の変調を含めることで、記録された情報の記録- 再生を可能とする。
近接場光学顕微鏡に使用されるプローブとして、例えば米国特許第 5,294,790 号に開示されているように、フォトリソグラフィ等の半導体製造技術 によってシリコン基板にこれを貫通する開口部を形成し、シリコン基板の一方の 面には絶縁膜を形成して、開口部の反対側の絶縁膜の上に円錐形状の光導波 層を形成したカンチレバー型光プローブが提案されている。このカンチレバー型 光プローブにおいては、開口部に光ファイバを挿入し、光導波層の先端部以外 を金属膜でコー亍イングすることで形成された微小な開口に光を透過させること が'できる。
更に、そのカンチレバー型光プローブの開口部には、挿入される光ファイバか らの光を光導波層先端に集光するために、ポールレンズまたはレンズ形成用レ ジンを装填している。
また、上記した米国特許第 5,294,790 号によるカンチレバー型光プローブに 挿入される光ファイバに代えて、光導波路を用いたカンチレバー型光導波路プ ローブが知られている。例えば米国特許第 5，354，985号に開示されているカン チレバ一は、開口に光を導入させる光導波路と共に AFM技術を利用できるよう にキャパシタ層を形成し、カンチレバーの振動及び撓み量の検出ができるように 構成されている。
更に、そのカンチレバー型光導波路プローブによれば、カンチレバー表面にレ 一ザを照射して、その反射位置によってカンチレバーの撓み量を検出するタイプ の AFM技術を利用するように、前記したキャパシタ層またはピエゾ抵抗層の形 成を省き、更に光導波路上に開口方向に凹状のレンズ、またはフレネルゾーン プレートを形成して導波路から導入された光を開口に向かって集光させることが できる。
更に、上述したプローブのような先鋭化された先端をもたない平面プローブの 使用もまた提案されている。その平面プローブは、シリコン基板に異方性エッチ ングによって逆ピラミッド構造の開口を形成したものであり、特にその頂点が数 十ナノメートルの径を有して貫通されている。そのような平面プローブは、半導 体製造技術を用いて、同一基板上に複数作成すること、すなわちアレイ化が容 易であり、特に近接場を利用した光メモリの再生記録に適した光ヘッドとして使 用できる。この平面プローブの開口部に前述したボールレンズを装填することに より、平面プローブ表面に入射された光を開口先端部に集光することも可能で ある。
し力、しながら、以上に説明した光ファイバプローブにおいては、先鋭化された 先端を有しているために機械的強度が十分でなく、大量生産及びアレイ化にも 適していない。また、近接場を乱すことで得られる散乱光は非常に微弱であるた め、光ファイバを通してその散乱光を検出する場合には、検出部において十分 な光量を得るための工夫が必要になる。また、光ファイバを通して十分な大きさ の近接場を生成する場合には、その開口に光を集光する工夫が必要となる。 また、以上に説明したカンチレバー型光プローブにおいては、その開口部に光 ファイバを挿入して、光導波層からの散乱光の受光、または光導波層への伝搬 光の導入を達成するため、光導波層と光ファイバとの間において十分な光量を 損失なく伝搬することはできなかった。
更に、その開口部にボールレンズを装填した場合にあっても、ボールレンズは 必ずしも光ファイバの光入出面または光導波層の先端部に焦点を合わせること はできず、最適な集光は行えない。
また、以上に説明したカンチレバー型光導波路プローブにおいても、光導波路 と光検出器への伝搬光または光源からの伝搬光との間において、上記したカン チレバー型光プローブを使用した場合と同様の問題を有する。
カンチレバー型光プローブ及びカンチレバー型光導波路プローブは共に、ァレ ィ化、特に 2次元に配列するアレイ化の実現は困難である。また、これらは元来 、顕微鏡としての利用を目的としているために光メモリの情報記録■再生を念頭 においてはおらず、記録媒体上の高速な掃引は困難である。
以上に説明した平面プローブにおいては、大量生産及びアレイ化に適しており 、突出した先鋭部をもたないために機械的強度も十分ではあるが、その開口部 にボールレンズを装填することによって集光を実現しているので、上記したカン チレバー型光プローブにおけるボールレンズの使用と同様の問題を有する。 従って、本発明は、上記した従来の微小な開口を有するプローブにおいて、十 分な近接場強度を検出及び生成できるプローブ、特に近接場を利用した光メモ リの情報記録'再生を実現させるために、大量生産及びアレイ化に適した光メモ リ用ヘッドとしての近接場用光プローブを提供することを目的とする。 発明の開示
本発明に係る近接場用光プローブにおいては、近接場を生成及びノまたは散 乱させる微小開口を有する近接場用光プローブにおいて、逆錐状の穴がその頂 部を前記微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、微小なレンズを 有した平板レンズと、前記平板レンズに光を入射させる光源と、を含み、前記平 面基板において、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に、前記平板 レンズをそのレンズの焦点が前記微小開口に位置するように配置し、前記平板 レンズの面上に前記光源を配置したことを特徴としている。
従って、微小開口の上方に位置した平板レンズの作用によって、光源からもた らされる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れる と共にコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平面基板は、前記 微小開口を複数有し、前記平板レンズは、前記複数の微小開口に適合するべく 複数の微小なレンズを有し、前記光源は、前記複数の微小レンズに適合するべ く少なくとも 1つであることを特徴としている。
従って、複数の微小開口の上方に、それに適合するように位置した複数の平 板レンズの作用によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束で きると共に、本発明に係る近接場用光プローブを光メモリ用ヘッドとして使用す る場合に、プローブの高速な掃引を必要としない情報の記録 ·再生が可能とした 光プローブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズが屈折 率勾配を有していることを特徴としている。 従って、微小開口の上方に配置する平板レンズとして、平面状のレンズ部を有 し、且つ大量生産に適したコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズの表面 の一部がレンズ球面となっていることを特徴としている。
従って、微小開口の上方に配置する平板レンズとして、通常のレンズ形状の 効果を及ぼせる微小なレンズ部を有し、且つ大量生産に適したコンパクトな構 成の光プローブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズが回折 を利用するレンズであることを特徴としている。
従って、微小開口の上方に配置する平板レンズとして、平らな表面を有するレ ンズ部を備え、且つ大量生産に適したコンパクトな構成の光プローブを提供でき る。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平板レンズが前記 逆錐状の穴の内部に配置されたことを特徴としている。
従って、微小開口の直前にレンズが配置され、大量生産に適したよリー層コン パク卜な構成の光プローブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平面基板に代えて、 突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形成されたカンチレバーが配置さ れ、前記平板レンズは、前記光導波路の光入射面に適合するように配置された ことを特徴としている。
従って、微小開口の上方に位置した平板レンズの作用によって、光源からもた らされる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れる と共に、従来のカンチレバー型の光プローブを使用した技術を適用できる光プロ ーブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、近接場を生成及び ま たは散乱させる微小開口を有する近接場用光プローブにおいて、逆錐状の穴が その頂部を前記微小開口とするように貫通して形成された平面基板と、入射さ れた光を前記微小開口に導くミラーを複数有する集光層と、前記集光層に光を 入射させる光源と、を含み、前記平面基板において、前記微小開口が形成され た面と反対側の面上に、前記集光層をその集光点が前記微小開口に位置する ように配置し、前記集光層の面上に前記光源を配置したことを特徴としている。 従って、微小開口の上方に位置した集光層の作用によって、光源からもたらさ れる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れると共 にコンパクトな構成の光プローブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記平面基板に代えて 、突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形成されたカンチレバーが配置さ れ、前記集光層は、前記光導波路の光入射面に適合するように配置されたこと を特徴としている。
従って、微小開口の上方に位置した集光層の作用によって、光源からもたらさ れる光を効率よく微小開口に集束でき、生成される近接場の増大が図れると共 に、従来のカンチレバー型の光プローブを使用した技術を適用できる光プロ一 ブを提供できる。
また、本発明に係る近接場用光プローブにおいては、前記光源を光検出器に 代えて、前記微小開口において散乱される散乱光を検出することを特徴として いる。
従って、微小開口の上方に位置した平板レンズまたは集光層の作用によって、 微小開口からもたらされる散乱光を効率よく光検出器に供給でき、検出される 散乱光の増大が図れると共にコンパクトな構成の光プローブを提供できる。 図面の簡単な説明
図 1は、本発明の実施の形態 1による近接場用光プローブの断面図である。 図 2は、本発明の実施の形態 1における平板マイクロレンズの製法を説明す る図である。
図 3は、本発明の実施の形態 2による近接場用光プローブの断面図である。 図 4は、本発明の実施の形態 3におけるフレネルゾーンプレートを配置した近 接場用光プローブの断面図である。
図 5は、本発明の実施の形態 3におけるホログラフィックレンズを配置した近 接場用光プローブの断面図である。
図 6は、本発明の実施の形態 4による近接場用光プローブの断面図である。 図 7は、本発明の実施の形態 5におけるカンチレバー型光導波路プローブを 使用した近接場用光プローブの断面図である。
図 8は、本発明の実施の形態 5におけるカンチレバー型光プローブを使用し た近接場用光プローブの断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に、本発明に係る近接場用光プローブの実施の形態を図面に基づいて 詳細に説明する。
[実施の形態 1 ]
図 1は、実施の形態 1に係る近接場用光プローブの一部の断面図を示してい る。
図 1において、開口 3を有するシリコン基板 1上に平板マイクロレンズ 5が設け られ、更にその平板マイクロレンズ 5の上に面発光レーザ 4が設けられている。 シリコン基板 1はこれを貫通するようにテーパ部 2が形成され、微小な開口 3 を有している。開口 3は、亍ーバ部 2から導入される光によって近接場が生成さ れるように、例えば 50ナノメ一トルの径を有している。亍一バ部 2は、従来のフォ トリソグラフィゃシリコン異方性エッチングなどを用いた微細加工によって形成さ れる。例えば、（1 00)平面を有するシリコン基板 1の両面に、続いて行う異方性 エッチングのマスクとなる熱酸化膜または AuZCr金属膜などを設け、その一方 の表面のマスクの開口窓となる部分を除去して（1 00)平面を露出させる。続い て、開口窓が形成された面をエッチング溶液にさらし、シリコン基板 1に逆ピラミ ッド構造をした四方面の亍一パを形成し、同時にその先端が開口 3となるように 他方の面のマスク裏面が露出される。次にシリコン基板.1の両面のマスク材料 を除去することにより、所望の開口 3を有してテーパ部 2が形成されたシリコン 基板 1を得ることができる。
従って、以上のような半導体製造プロセスに用いられる技術によって微小な 開口を形成できるため、このような開口を有するシリコン基板は、近接場を生成 できる平面プローブとして活用でき、良好な再現性を伴った大量生産に適し、特 に同一シリコン基板上に複数の開口を形成するアレイ化が容易となる。
平板マイクロレンズ 5は、その平板の一方の表面から他方の表面に向かって 屈折率が連続的に変化した屈折率勾配を有しており、平板の一方の表面に入 射した光を他方の表面側に集光またはコリメートできるレンズとして機能する。 屈折率勾配を有する平板マイクロレンズ 5は、同一平板上に複数形成でき、 上述したシリコン基板上のアレイ化された開口にそれぞれ適合させることができ る。
図 2は、屈折率勾配を有する平板マイクロレンズ 5の製法例を示している。先 ず、図 2 ( a)に示すように、ガラス基板 2 "!上に真空蒸着またはスパッタリングに より金属膜 22を形成し、続いて、図 2 ( b)に示すように、フォトリソグラフィによつ て円形開口 23を形成する。次に、図 2 ( c)に示すように、このガラス基板を溶融 塩に浸すことにより選択イオン交換を行う。この時、ガラス基板中に拡散移入さ せるイオンは、電子分極率の大きいイオンを選び、円形開口 23という制限をう けた拡散は開口周辺にも回り込みながら 3次元的な濃度分布を形成し、それに 比例した屈折率勾配を生じ、図 2 ( d)に示すように、複数のレンズの形成が実現 される。その一つ一つのレンズは円形開口の中心を最高屈折率として点対称に 半球状の屈折率分布を有するレンズとなる。 このようにして複数のレンズ部を有する平板マイクロレンズ 5に入射される光 が、前述したシリコン基板のそれぞれの開口に集束するように、平板マイクロレ ンズ 5をシリコン基板 1上に設置する。この際、シリコン基板 1と平板マイクロレン ズ 5との張り付けは、例えば有機接着剤を使用して行う。
なお、平板マイクロレンズ 5の製法は上記した選択イオン交換によらず、他の 方法、例えば CVD法であってもよい。
平板マイクロレンズ 5の表面、すなわち外部から光が入射される面の上には、 光源となる面発光レーザ 4が設けられている。この面発光レーザからもたらされ る光は平板マイクロレンズ 5へと入射し、入射された光は、平板マイクロレンズ 5 の有する屈折率勾配によってレンズ同様の効果が及ぼされ、平板マイクロレン ズ 5の下方に配置されたシリコン基板 1の開口 3に集光される。集光されること によって、局所的な高エネルギーの光が集められ、開口 3に生じる近接場の強 度を増大させる。
次に、以上に説明したシリコン基板 1、平板マイクロレンズ 5及び面発光レー ザ 4とを積層した構成を光メモリ用ヘッドとして記録媒体上に配置し、開口 3に生 成される近接場によって光記録を行う方法を説明する。
記録媒体として例えば円盤状の平面基板を用い、その上方にアレイ化された 前記光メモリ用ヘッドを配置する。光メモリ用ヘッドの開口に生成される近接場 を記録媒体に作用させるために、開口と記録媒体との間を開口径程度まで近接 させなけらばならない。そこで、光メモリ用ヘッドと記録媒体の間に潤滑剤を充 填し、光メモリ用ヘッドを十分に薄く形成することで、潤滑剤の表面張力を利用し て光メモリ用ヘッドと記錄媒体との間隔を十分に小さく維持できる。更には、記 録媒体の撓みに対しても追従できる。
なお、光メモリヘッドと記録媒体との近接状態を上記した潤滑剤によらずに、 ハードディスク技術に用いられているフライングヘッドと同様にエアベアリングに よって制御してもよい。 記録媒体として用いられる材料を、例えば相変化記録方式を適用できる材料 とした場合に、その記録は光エネルギーのヒートモードを用いるために、光の高 密度化は重要なファクタとなる。従って、近接場を利用した光記録の場合も十分 に大きな強度の近接場の生成が望まれ、本発明による光メモリ用ヘッドにおい ては、平板マイクロレンズの作用効果によって、その近接場の強度増加を達成 している。
上述した説明においては、光メモリ用ヘッドの開口に光を集光して近接場を 生成させる、いわゆる近接場光学顕微鏡で言うイルミネーションモードであるが、 他の光学系によって記録媒体面に光を照射し、記録媒体面上の微小な情報記 録構造によって生じる近接場を微小な開口によって検出する、いわゆるコレクシ ヨンモードに対しても本発明による近接場用光プローブは有効となる。その場合、 開口で検出された近接場は散乱光に変換されて平板マイクロレンズ表面へと入 射して、平板マイクロレンズはコリメートレンズとして機能されるため、平板マイク 口レンズの上面には面発光レーザに代えて光検出器を配置しなければならな い。
また、本発明による光メモリ用ヘッドとしての近接場用光プローブは、開口と それに光を集光する平板マイクロレンズを複数個配列できるために、記録媒体 上におけるヘッドの掃引を最小限に抑え、高速な光記録及び読み出しが可能と なり、更には、前記配列間隔を記錄媒体上の情報記録単位間隔に適合させるこ とによってトラッキングレスが実現できる。
なお、上述した説明において、シリコン基板 1の上面に平板マイクロレンズ 5 を配置するとした力 シリコン基板 1に形成されたテーパ部 2内に、平板マイクロ レンズ 5のガラス基板に相当する、例えば Si02 を積層し、これに選択イオン交 換法により屈折率勾配を与えてレンズ化してもよい。この場合、積層される Si02 の表面は亍ーパ部 2内に収まっている限り平面である必要はなく曲面であっても よい。また、通常のレンズ形状を有して、その形状によるレンズ効果と屈折率勾 配によるレンズ効果とを併せ持つていてもよい。
[実施の形態 2]
図 3は、実施の形態 2に係る光メモリ用ヘッドの一部の断面図を示している。 図 3においては、実施の形態 1を説明した図 1の平板マイクロレンズ 5に代え て、マイクロレンズ基板 6を配置している。マイクロレンズ基板 6は、実施の形態 1に説明された選択イオン交換法おいて、ガラス基板中に拡散移入させるィ才 ンとして半径の大きいイオンを選び、それら交換されるイオン半径の違いによつ て円形開口部に膨らみを生じさせている。従って、実施の形態 1における選択ィ オン交換法の効果である屈折率勾配の生成と異なり、通常のレンズ形状による レンズ化が施されている。この膨らみにより、マイクロレンズ基板 6の表面は平 坦でないため、その上に直接に面発光レーザ 4を配置することはできない。従つ て、マイクロレンズ基板 6と面発光レーザ 4とは隔たりを設ける必要があり、図示 しないスぺーサによって固定される。
このような選択イオン交換法によって製作されるマイクロレンズ基板 6は、レ ンズ部のアレイ化が容易であり、同じくアレイ化されたシリコン基板の開口に適 合させることができる。
なお、このような膨らみを有する通常のレンズ形状によるレンズ化は、上述し た選択イオン交換法によらずに、他の方法、例えば感光性ガラスに紫外線照射 して結晶化部と微小な球面を形成してレンズ化する結晶化ガラス法であっても よい。
以上のように作成されたマイクロレンズ基板 6は、実施の形態 1における平板 マイクロレンズによる効果と同じく、イルミネーションモードとした場合に、面発光 レーザ 4からもたらされる光をシリコン基板 1の開口 3に集光でき、面発光レー ザ 4を光検出器に代えてコレクションモードとした場合に、開口 3力、らもたらされ る散乱光を光検出器にコリメートできる。
従って、生成及び検出される近接場の強度の増大を図ることができ、特にァ /40445
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レイ化されてシリコン基板 1とこのマイクロレンズ基板 6、及び面発光レーザ 4 (または光検出器）からなる構成を光メモリ用ヘッドとして使用した場合に、実施 の形態 1において説明された効果と同様に、近接場を利用した高効率な再現性 の高い光情報記錄'再生が達成される。
なお、マイクロレンズ基板 6を、実施の形態 1で説明した電気分極率の大きい イオンを選ぶ選択イオン交換法と実施の形態 2で説明したイオン半径の大きい イオンを選ぶ選択イオンを組み合わせ、表面にレンズ形状を有し、且つガラス基 板内部に屈折率勾配を有したものとしてもよい。
[実施の形態 3]
図 4は、実施の形態 3に係る近接場用光プローブの一部の断面図を示してい る。
図 4においては、実施の形態 1を説明した図 1の平板マイクロレンズ 5に代え て、フレネルゾーンプレート 7を配置している。フレネルゾーンプレート 7は、ガラ ス基板上の微細なパターンにより回折光を作り、レンズ作用を生じさせるもので あり、面発光レーザ 4からのコヒーレントな光に対して無収差で開口 3に集光す ることができる。フレネルゾーンプレート 7の微細加工については竃子ビーム加 ェゃ、レーザ干渉法、ドライエッチング法及び精密機械加工法など種々の方法 を用いることができるが、マスタを作成すればスタンビングなどで大量に作成す ることが可能である。
フレネルゾーンプレートを光源である面発光レーザと開口の間に設けることに より、開口において生成または検出される近接場の強度を増大させることが可 能になる。
なお、上記フレネルゾーンプレートフに代えて、図 5に示すようにホログラフイツ クレンズ 8を使用してもよい。ホログラフィックレンズ 8は、回折スポットが開口 3 に対応するように作成されたホログラムであり、光源からの光、好まし〈はコヒー レント光 9から入射された光を開口 3に集光することができる。このホログラフィ 445
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ックレンズにおいても、マスタを作成すればスタンビングなどで大量生産が可能 である。
更に、上述した説明において、シリコン基板 1の上面にフレネルゾーンプレー 卜 7またはホログラフィックレンズ 8を配置するとした力 シリコン基板 1に形成さ れた亍ーパ部 2内に、それぞれが形成されていてもよい。この場合、シリコン基 板 1の上面に光源、例えば面発光レーザが配置される。
[実施の形態 4]
図 6は、実施の形態 4に係る近接場用光プローブの一部の断面図を示してい る。
図 6においては、実施の形態 1を説明した図 1の平板マイクロレンズ 5に代え て、パラボラミラー 1 0、ミラー 1 1及び光透過材 1 2からなる構成が配置されてい る。光透過材 1 2に入射された光はパラボラミラー 1 0においてミラー 1 1に向け て効率良く反射され、更にミラー 1 1に向けられた光は、開口 3に向けて集光され る。これによつて、開口に生成させる近接場の強度を増大させることができる。
[実施の形態 5]
図 7は、実施の形態 5に係る近接場用光プローブの断面図を示している 図 7(こおいては、実施の形態 1を説明した図 1のシリコン基板 1に代えて、カン チレバー型光導波路プローブの光導波路が配置されている。光導波路 1 3の光 入射面に実施の形態 1において説明した平板マイクロレンズ 5が接して配置さ れ、その平板マイクロレンズ 5の上面に、光源となる面発光レーザ 4が配置され ている。これにより、通常のレンズ光学系によって行われていた従来の構成と比 較して、高強度な集光及び損失のない光導波路への光の導入が達成され、開 口 3における近接場の発生が効率よく行われる。この場合、アレイ化を行い、光 メモリ用ヘッドとして使用するよりもむしろ、近接場光学顕微鏡の光プローブとし ての使用に適している。
また、図 8に示すように先端に開口となる突起 1 5を設けたカンチレバー型光 プローブにおいても、その突起 1 5の上方に平板マイクロレンズ 5及び面発光レ 一ザ 4からなる構成を配置させることにより、カンチレバー型光導波路プローブ の場合と同様に、高強度な集光及び損失のない突起" 1 5への光の導入が達成さ れ、開口における近接場の発生が効率よく行われる。この場合も、アレイ化を行 し、、光メモリ用ヘッドとして使用するよりもむしろ、近接場光学顕微鏡の光プロ一 ブとしての使用に適している。
なお、実施の形態 5において、平板マイクロレンズ 5を、マイクロレンズ基板 6、 フレネルゾーンプレート 7、ホログラフィックレンズ 8、または実施の形態 4におい て説明されたパラボラミラー 1 0、ミラ一 1 1及び光透過材 1 2からなる構成として もよい。
以上に説明した実施の形態 1 ~ 5において、光源を面発光レーザとしている 力 下面に位置するレンズ基板上にレーザダイオードや LEDを従来のシリコン プロセスによって順次積層することも可能である。 産業上の利用可能性
以上説明したように本発明によれば、微小開口の上方に位 した平板レンズ によって、光源からもたらされる光を効率よく微小開口に集束でき、従来の光プ ローブと比較して強度の大きな近接場が生成できると共にコンパクトな構成とし た近接場用光プローブを提供できる。
また、微小開口及びその上方に位置した平板レンズのレンズ部を複数備える ことにより、近接場を利用した光メモリの情報記録、特に高速な掃引をすること なく、且つトラッキングレスが実現される光メモリ用ヘッドとしての使用に適した 近接場用光プローブを提供できる。
また、平板レンズを屈折率勾配を有したものにすることで、平板レンズの表面 の平坦化が提供され、その上方に配置される光源を近接して配置することがで きるためによりコンパクトで大量生産可能な光プローブを提供できる。 また、平板レンズをレンズ球面を有したものにすることで、通常のレンズ効果 を微小な領域において提供でき、コンパクトで大量生産可能な光プローブを提 供できる。
また、平板レンズを回折を利用するレンズにすることで、該平板レンズの設置 後は光軸の調整を省くことができ、且つその上方に配置される光源を近接して 配置することができるためによりコンパクトで大量生産可能な近接場用光プロ一 ブを提供できる。
また、平板レンズが逆錐状の穴の内部に配置されることで、更なるコンパクト 化が図れた近接場用光プローブを提供できる。
また、平面基板に代えて、突起部に微小開口を設けた光導波路の形成され たカンチレバーが配置され、前記平板レンズは、前記光導波路の光入射面に適 合するように配置されることで、従来のカンチレバー型光プローブにおいて培わ れた技術を利用できる。
また、微小開口の上方に位置した集光層によって、光源からもたらされる光を 効率よく微小開口に集束できることで、従来の光プローブと比較して強度の大き な近接場が生成できる近接場用光プローブを提供できる。
また、平面基板に代えて、突起部に微小開口を設けた光導波路の形成され たカンチレバーが配置され、集光層は、前記光導波路の光入射面に適合するよ うに配置されていることで、従来のカンチレバー型光プローブにおいて培われた 技術を利用できる。
また、光源を光検出器に代えて、微小開口において散乱される散乱光を検出 することで、微小開口の上方に位置した平板レンズまたは集光層によって、微 小開口からもたらされる散乱光を効率よく光検出器に供給でき、従来の光プロ ーブと比較して効率良くクロストークの少ない近接場の検出ができると共にコン パク卜な構成とした近接場用光プローブを提供できる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 近接場を生成及び または散乱させる微小開口を有する近接場用光プロ ーブであって、
逆錐状の穴がその頂部を前記微小開口とするように貫通して形成された平面 基板と、
微小なレンズを有した平板レンズと、
前記平板レンズに光を入射させる光源と、を含み、
前記平面基板において、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に、前 記平板レンズをそのレンズの焦点が前記微小開口に位置するように配置し、 前記平板レンズの面上に前記光源を配置したことを特徴とする近接場用光プ ローブ。
2. 前記平面基板は、前記微小開口を複数有し、
前記平板レンズは、前記複数の微小開口に適合するべく複数の微小なレンズ を有し、
前記光源は、前記複数の微小レンズに適合するべく少なくとも 1つであること を特徴とする請求項 1記載の近接場用光プローブ。
3. 前記平板レンズは、屈折率勾配を有していることを特徴とする請求項 1ま たは 2記載の近接場用光プローブ。
4. 前記平板レンズは、表面の一部がレンズ球面となっていることを特徴とす る請求項 1乃至 3のいずれか 1つに記載の近接場用光プローブ。
5. 前記平板レンズは、回折を利用するレンズであることを特徴とする請求項 1または 2記載の近接場用光プローブ。
6. 前記平板レンズは、前記逆錐状の穴の内部に配置されたことを特徴とす る請求項 1乃至 5のいずれか 1つに記載の近接場用光プローブ。
7. 前記平面基板に代えて、突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形 成されたカンチレバーが配置され、
前記平板レンズは、前記光導波路の光入射面に適合するように配置されたこ とを特徴とする請求項 1乃至 6のいずれか 1つに記載の近接場用光プローブ。
8. 近接場を生成及び κまたは散乱させる微小開口を有する近接場用光プロ ーブであって、
逆錐状の穴がその頂部を前記微小開口とするように貫通して形成された平面 基板と、
入射された光を前記微小開口に導くミラ一を複数有する集光層と、
前記集光層に光を入射させる光源と、を含み、
前記平面基板において、前記微小開口が形成された面と反対側の面上に、前 記集光層をその集光点が前記微小開口に位置するように配 し、
前記集光層の面上に前記光源を配置したことを特徴とする近接場用光プロ一 ブ。
9. 前記平面基板に代えて、突起部に前記微小開口を設けた光導波路の形 成されたカンチレバーが配置され、
前記集光層は、前記光導波路の光入射面に適合するように配 されたことを 特徴とする請求項 8記載の近接場用光プローブ。
1 0. 前記光源に代えて光検出器を配置し、前記微小開口において散乱され る散乱光を検出することを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれか 1つに記載の 近接場用光プローブ。
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