专利名称:光纤探针、光学探测装置和光探测方法
技术领域：
本发明涉及在用于测量和纳米级制造的扫描探针显微镜中使用的光纤探针，和光学探测装置，及光学探测方法。
背景技术：
采用最新的STM(扫描隧道电子显微镜)、AFM(原子力显微镜)和其他SPM(扫描探针显微镜)技术，人们能够进行测量和甚至纳米级的制造。在SPM中，近场显微镜用于生物技术和其他领域中的测量和评估，该近场显微镜能够探测衍射极限以下小区域中的光学特征。另外，正在对使用近场显微镜的上述技术的光学记录装置和微制造装置进行研究和改进。
在近场显微镜中，衍射极限以下尺寸的微细结构用作探针，并且探针的前端受到照明，以在探针的前端附近产生近场光。如果在此条件下驱动探针扫描样本的表面，则近场光由于位于探针附近的近场光和样本表面之间的电磁作用，该近场光散射，或者近场光穿过样本。通过探测散射的近场光或穿过样本的近场光，可能获得样本表面的光学信息，如光强度、光谱和偏振。
通常在近场显微镜中，光探针包括光纤，该光纤具有芯部和环绕该芯部的包覆层；该芯部具有尖锐末端，该尖锐末端从光纤末端突出，从而形成光探针的突出部分，例如该突出部分由金、银或其他金属覆盖。采用这种光探针，可能获得具有高于光波长的分辨率的光学图像。
当通过使用上述近场光学显微镜测量样本的小区域中材料属性时，通过探测位于小于光波长的样本的较小区域中的渐消光，可以测量样本的形状。然后，用上述光探针散射该渐消光，从而转换成散射光，该渐消光在样本在全反射的情况下由光照明时产生。散射光通过突出部分导向到光纤的芯部中，并由连接到光纤的另一端(发射端)上的探测器探测。即，近场光学显微镜对该光进行散射，并用光探针探测散射的光。
在现有技术中，尽管近场光学显微镜能够以高分辨率测量，但是存在测量的覆盖范围较小的问题，尤其是只有几十微米。
最近，在如硅片的探测检查之类的应用中，需要在使用普通传播光在宽范围中完成测量之后，使用近场光以高分辨率进行测量，从而相继测量和检查相同样本。为了满足这种需要，在例如日本公开的专利申请No.2000-55818中提出一种探测检查装置，其中用于近场光探测的光探针设置在具有基于物镜的观察系统的普通光学显微镜中。
在探测检查装置中，当测量由物镜覆盖的较宽区域的特定微小区域中的某些材料属性时，需要将用于近场光探测的光探针的位置相对于该微小区域对准，然后进行近场光探测(高分辨率测量)。然而，将该光探针与该微小区域的对准非常困难，并且该测量非常耗时。
发明内容
本发明的基本目的在于解决现有技术的一个或多个问题。
本发明的特定目的在于，提供一种允许使用近场光以高分辨率和高效率进行快速测量，但却不需要光纤探针的位置对准的光纤探针，一种光学探测装置，和一种光学探测方法。
根据本发明的实施例，提供一种光纤探针，包括用于传播来自光源的光的芯部，所述芯部的前端表面包括用于发射传播光的第一出口区域和用于漏出近场光的第二出口区域，所述第一出口区域和所述第二出口区域以同心方式形成，其中第一出口区域形成在外围侧上，并且第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角不同于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角。
根据本发明，有可能既使用普通传播光在宽范围中进行测量，又只采用一个探针，使用近场光以高分辨率进行测量，并使用近场光在高分辨率测量中获得与使用普通光在宽范围测量中相比更高的信噪比。
另外，有可能有效地收集使用普通光在宽范围测量中来自样本的光，从而减少测量时间。
从下面参照附图给出的优选实施例的详细描述中，本发明的这些和其他目的、特征和优点将变得更加明确。
图1是本发明的实施例所述在近场光学显微镜中使用的光学探测装置1的示意图；图2是光学探测装置1中光探针(optical probe)13的例子的放大示意图，其中第一渐尖部分(taper portion)具有圆锥形；图3是光探针13a的放大示意图，其中第一渐尖部分是弯曲的；图4是举例说明从光探针13的前端到聚光点的距离与光探针13的第一渐尖部分20a的倾角之间的关系的曲线；图5是举例说明从光探针的前端到聚光点的距离与光探针13的第二渐尖部分22b和第一渐尖部分22a的直径比之间的关系的曲线；图6是举例说明当光探针13的第一渐尖部分22a的倾角为10时，光点的直径和传播光束的波长之间的关系的曲线；图7是光探针13b的放大示意图，其中光屏蔽层33只设置在第二渐尖部分22b上；图8是示出一般透光率分布，即光传递与光波长之间的关系的曲线；图9是示出当光屏蔽层33为金膜时，近场光强度和光波长之间的关系的曲线；图10是示出近场光强度与第二渐尖部分22b的倾角之间的关系的曲线；图11是光探针13c的例子的放大示意图，其中第二渐尖部分22b的前端部分不用光屏蔽层33进行覆盖；及图12是光探测装置1中光探针13d的例子的放大示意图，该光探测装置还包括第三渐尖部分30c。
具体实施方式
下面，参照附图解释本发明的优选实施例。
在本发明中，除了考虑结构的光探针结构设计成用于提高近场光的光点的特征之外，还考虑在使用近场光的高分辨率测量中，可以进一步提高分辨率和光利用率。尤其是，在本发明的光探针结构中，在光探针的芯部的前端表面上，用于发射传播光的第一出口区域和用于漏出近场光的第二出口区域以同心的方式设置，其中第一出口区域在周边侧上，且第一出口区域的法线和第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角彼此不同。
首先，对光探测装置的基本构造和使用图1的光探测装置的测量过程进行描述。
图1是在本发明的实施例所述近场光学显微镜中使用的光探测装置1的示意图。
例如，图1中所示光探测装置1可以在近场光学显微镜中使用，该近场光学显微镜用于测量样本的较小区域中材料的属性。
如图1中所示，光探测装置1包括光源11，设置在从光源11发出的光的光路中的偏振光束分离器12，设置在通过偏振光束分离器12的光的光路中的1/4波片(wave plate)18，用于对通过该1/4波片18的光进行会聚并照射在样本2的表面2a上的光探针13，和用于对从样本表面2a返回的光进行探测的光探测器14。
光源11由未示出的电源驱动，以进行振荡。波长转换单元17连接到光源11上，并且能够改变从光源11发出的光的波长。该波长转换单元17通过改变光的波长用于控制来自光源11的光的光点的直径。
偏振光束分离器12允许来自光源11的光通过，并将光导向样本表面2a。同时，偏振光束分离器12也反射来自样本表面2a的光，并将光导向光学探测器14。
穿过偏振光束分离器12的光进入1/4波片18。
来自光源11的光线性地偏振。该线性偏振的光通过1/4波片18，并转换成圆形偏振光，并入射到光探针13的芯部31中。
样本表面2a上反射的圆形偏振的返回光再次通过1/4波片18，并转换成线性偏振光，但是偏振方向与来自光源11的光不同，并且该线性偏振光由偏振光束分离器12反射。
应当注意的是，可以使用常规光束分离器，取代偏振光束分离器12。
光探针13包括光导向部分21和由光屏蔽层33覆盖的突出部分22。光导向部分21由光纤形成，该光纤包括芯部31和环绕芯部31的包覆层(cladlayer)32。例如，芯部31和包覆层32用二氧化硅基玻璃制成，并且通过向其中添加锗或磷，包覆层32的折射率低于芯部31。
突出部分22形成芯部31的圆锥部分，该圆锥部分在光导部分21的末端处从包覆层32突出。突出部分22包括用于发射普通传播光的第一渐尖部分20a，和用于漏出近场光的第二渐尖部分20b(参见图2)。
光探针13包括探针控制器15，该探针控制器对应于本发明的权利要求
中的“移动控制单元”。例如，该探针控制器15包括三轴驱动器，用于使光探针13接近或远离样本表面2a移动，或者用于驱动光探针13，以在水平方向上扫描样本表面2a。除了使光探针13接近或远离样本表面2a移动之外，探针控制器15还可以使样本表面2a接近或远离光探针13移动。
光学探测器14接收来自样本表面2a的返回光，并将该光转换成电信号，以产生亮度信号。图像以该亮度信号为基础形成，并显示在未示出的显示器上。通过使用所显示的图像，用户能够测量和观察样本表面2a的细节。
关于探测从样本表面2a返回的光的方法，当样本2是透光的时，光学探测器14可以与光探针13相对定位，使样本2位于它们之间。
图2是光探测装置1中光探针13的例子的放大示意图，其中第一渐尖部分22a具有圆锥形。
首先，描述用于发射普通传播光的第一渐尖部分20a的结构，和普通传播光的光点的特征。
在图2中，在芯部31中传播的普通传播光41抵达第一渐尖部分20a，并从该第一渐尖部分20a射出光探针13。
此处，光探针13的第一渐尖部分20a的表面22a为圆锥形，并且表面22a的法线43a与传播光的光轴42成角度θ1。下面，角度θ1称为倾角θ1。
优选是，该倾角θ1小于传播光41的全反射角，并大于0°。
采用这种构造，在透射过光屏蔽层33之后，在光探针13中传播的光的大部分受到折射，并从光探针13射出，并且聚焦在从光探针13的前端间隔几百纳米到几微米的位置处，形成高强度的光点。
光探针13的第一渐尖部分20a可以具有其他形状，而不是图2中所示的圆锥形。
图3是光探针13a的放大示意图，其中第一渐尖部分是弯曲的。
光聚焦在从光探针13的前端间隔的位置处形成高强度光点的原因在于，倾角θ1小于传播光41的全反射角。在现有的光探针中，倾角θ1大于传播光41的全反射角，光强度在光探针13的前端附近最大，并在远离光探针13的前端的位置处迅速降低，从而光点是低强度光。
聚焦的光点和探针13的前端之间的距离可以通过调节第一渐尖部分20a的倾角θ1控制。
图4是举例说明从光探针13的前端到聚焦的光点的距离与光探针13的第一渐尖部分20a的倾角θ1之间的关系的曲线。
当第一渐尖部分20a的反射率为1.53，并且光发射到其中的介质为空气时，全反射角为40°。如图4中所示，当入射角(倾角)小于40°时，传播光受到聚焦，从而在远离光探针13的前端几百纳米到几微米的位置处形成光点。
另外，为了在从光探针13的前端间隔开的位置处形成光点，需要光探针13的第二渐尖部分22b的直径B和第一渐尖部分22a的直径A的比(参照图2)相对小。
图5是举例说明从光探针的前端到聚焦的光点的距离与光探针13的第二渐尖部分22b和第一渐尖部分22a的直径比(B/A)之间的关系的曲线。
如图5中所示，当该直径比(B/A)小于0.25时，传播光被聚焦，从而在从光探针13的前端间隔开的位置处形成光点。
通过调节第一渐尖部分22a的底脚(foot)的直径D，第一渐尖部分20a的倾角θ1，和传播光41的波长，可以控制光点的直径。例如，第一渐尖部分22a的底脚的直径D，第一渐尖部分20a的倾角θ1，和传播光的波长可以调节成使得光点的直径与所需测量分辨率相当。尤其是，通过减小第一渐尖部分22a的底脚的直径D，增大第一渐尖部分20a的倾角θ1，和减小传播光41的波长，可以减小光点的直径。
图6是举例说明当光探针13的第一渐尖部分22a的倾角θ1为10时，光点的直径和传播光的波长之间的关系的曲线。
在图6所示的例子中，光从具有1.53折射率的第一渐尖部分22a发射到空气中。如果通过将第一渐尖部分22a的直径D设置成2微米，第一渐尖部分20a的倾角θ1设置成20度，并且传播光41的波长设置成0.4微米，则可以将光点直径调节到0.4微米(FWHM(半最大值全宽)。在这种情况下，从光探针的前端到聚焦光点的距离为1.2微米。
设置在光探针13上的光屏蔽层33用于形成使用近场光(高分辨率测量)的测量中近场光的光点。光屏蔽层33可以以各种方式设置在光探针13上。
图7是光探针13b的放大示意图，其中光屏蔽层33只设置在第二渐尖部分22b上。
一般地，图2中所示的光探针13与图7中所示的光探针13b相比具有较低强度的发射光，但是通过调节光屏蔽层33的材料和厚度，并选择来自光源11的光的波长，通过使用光探针13，可以用传播光进行测量。
例如，当光屏蔽层33的材料为金，并且其厚度为80纳米时，已经确认的是，光聚焦在从光探针13的前端间隔几百纳米到几微米的位置处，并且形成高强度的光点。
而且，考虑到与光屏蔽层33的双折射属性相关的散射特征，优选地选择来自光源11的光的波长等于或接近导致光屏蔽层33的最大透光率的值。在这种情况下，可能提高从光探针13发射的光的强度。
图8是示出一般的透光率分布即透光率和光波长之间的关系的曲线。
在图8中，假设最大透光率为T0，并且最大透光率的一半为T1；与透光率T1相对应的波长为λ11和λ12。此处，大致导致最大透光率T0的波长包括从波长λ11到波长λ12的波长(图8中的阴影区域)。例如，当光屏蔽层33的材料为金时，λ11为480纳米，并且λ12为700纳米。
接下来，再次参照图2描述用于漏出近场光的探针13的第二渐尖部分20b的结构。
如图2中所示，在芯部31内传播的光41中，光纤的光轴附近的光分量到达第二渐尖部分20b，并入射到第二渐尖部分20b。
此处，光探针13的第二渐尖部分20b的表面22b具有圆锥形状，并且表面22b的法线43b和传播光的光轴42成角度θ2。下面，该角度θ2称为倾角θ2。
优选是，倾角θ2大于或等于传播光41的全反射角，并小于90°。
在这种构造中，传播到光探针13中的光的大部分在光屏蔽层33和光探针13的芯部31之间的界面上反射，但是光41的一小部分透射过光屏蔽层(此处，这称为“泄漏(seep)”)，并且沿着光屏蔽层33传播到光探针13的前端，在前端处变为局部表面等离子体振子(local surface Plasmon)。由于如上所述获得的该表面等离子体振子，可以在光探针13的前端附近形成光点，这称为近场光点。
光屏蔽层33可以是任何材料。为了加强表面等离子体振子产生的近场光，优选是使用金膜。金膜在化学稳定性上也较好。
图9是示出当光屏蔽层33是金膜时，近场光强度和光波长之间的关系的曲线。
通过以近场光强度对光波长的依赖性为基础，选择入射光的波长，可以增强从光探针13漏出的近场光的强度。例如，可以选择大致导致最大近场光强度P0的波长。
一般地，近场光强度的分布呈现如图9中所示的峰值。假设近场光的最大强度为P0，并且最大强度的一半为P1；与光强度P1相对应的波长为λ11和λ12。
此处，大致导致最大近场光强度P0的波长包括从波长λ11到波长λ12的波长(图9中的阴影部分)，并且可以选择从λ11到λ12的波长。
例如，当光屏蔽层33为金膜时，λ11为大约480纳米，并且λ12为大约700内米。
图10是示出近场光强度和第二渐尖部分22b的倾角θ2之间的关系的曲线。
类似于近场光强度对光波长的依赖性的描述，近场光强度还依赖于第二渐尖部分22b的倾角θ2。通过以近场光强度对第二渐尖部分22b的倾角θ2的依赖性为基础选择入射光的波长，可增大从光探针13漏出的近场光的强度。例如，可以选择大致导致最大近场光强度P0的倾角θ2。
一般地，近场光强度对倾角θ2的依赖性呈现如图10中所示的峰值。假设近场光的最大强度为P0，并且最大强度P0的一半为P1；与光强度P1相对应的倾角θ2为θa和θb。
例如，此处大致导致最大近场光强度P0的倾角θ2为从倾角θa到倾角θb(图10中的阴影区域)，并且可以选择从θa到θb的倾角。
例如，当光屏蔽层33为金膜，并且入射光的波长为532纳米时，θa为大约45°，并且θb为大约55°。
光屏蔽层33可以以和图2、图3和图7中所示的光探针13、光探针13a和光探针13b中不同的方式设置在光探针13上。
图11是光探针13c的例子的放大示意图，其中第二渐尖部分22b的前端部分不由光屏蔽层33覆盖。
在图11中，用于漏出近场光的第二渐尖部分22b不完全由光屏蔽层33覆盖，但是光屏蔽层33不设置在第二渐尖部分22b的前端处，留有小开口。采用这种构造，有可能形成近场光的高强度光点，能够进行高信噪比(SNR)的测量。
图12是光探测装置1中光探针13d的例子的放大示意图，它还包括第三渐尖部分30c。
在使用近场光的测量(高分辨率测量)中，测量分辨率大致由光探针13的前端的曲率半径决定，并且当前端的曲率半径较小时，可以获得高测量分辨率。
一般地，为了减小光探针13的前端的曲率半径，需要光探针13非常尖锐。然而，如上所述，当第二渐尖部分22b的形状调节成产生近场光的最大强度时，变得难以使得光探针13尖锐，从而在采用图2中所示光探针13的情况下，难以获得高强度近场光和高测量分辨率。
光探针13d可以用于解决该问题，除了图2中光探针13的部件之外，它还包括第三渐尖部分30c。
在图12中，第三渐尖部分30c的倾角(未示出)大于第二渐尖部分22b的倾角θ2，并小于90°。优选是，由于光探针13变得更加尖锐，所以第三渐尖部分30c的倾角较大。
接下来，描述采用具有如图1中所示结构的光探测装置1的测量过程。
首先，描述使用普通传播光的宽范围测量。
包括线性偏振光分量的来自光源11的光透射过偏振光束分离器12，其偏振状态由1/4波片18改变，然后该光入射到光探针13的芯部31中。入射光在芯部31中传播，从光探针13发出，并聚焦，从而在从光探针13的前端分离的位置处形成光点。
然后，探针控制器15将光探针13靠近或远离样本表面2a移动，从而将样本表面2a定位在光点的位置处。在定位光探针13的过程中，需要聚焦的光点和光探针13的前端之间的距离的信息，并且该信息可以事先用实验方法测量。
接下来，探针控制器15驱动光探针13，以在水平方向上扫描样本表面2a。在该步骤中，从光探针13发出的光从样本表面2a返回，并且光学探测器14接收该返回的光，并产生亮度信号，以该亮度信号为基础，形成图像，并显示在未示出的显示器上。从该图像可以获得样本表面2a的详细材料属性信息。
当光探针13在水平方向上扫描样本表面2a时，光探针13可以相对于样本表面2a设置在特定高度。在这种情况下，不需要在接近和分离方向上进行控制，并且与聚焦的光点和光探针13的前端之间的距离(几百纳米到几微米)的信息一起，可能以高速度进行扫描，并从而极大减小测量时间。与现有技术的近场光测量相比，由于在本发明中每个点的测量范围较大，所以采用相同数量的测量点或测量线可以实现更宽范围的测量。
而且，与从光探针13射出的光不聚焦的情况相比，在本发明中，可能收集较大数量的来自样本表面2a返回光，结果由于在使用不同光的测量中的提高的信噪比，可获得高对比度的测量结果。
因此，可提供一种光学探测装置，它能够使用普通传播光在宽范围测量中以高速进行有效光探测。
接下来，描述使用近场光的高分辨率测量。
包括线性偏振光分量的来自光源11的光透射过偏振光束分离器12，其偏振状态由1/4波片18改变，然后光入射到光探针13的芯部31中。入射光在芯部31中传播，并进入到光探针13的光屏蔽层33中。在该步骤中，作为渐消光(evanescent light)的近场光在光屏蔽层33的出口端处漏出。在近场光漏出的情况下，探针控制器15将光探针13移动靠近样本表面2a。此时，当光探针13的前端和样本表面2a之间的距离小于来自光源11的光的波长的四分之一时，从光探针13漏出的近场光照亮样本表面2a，并且近场光的小光点形成在样本表面2a上。形成小光点的近场光穿过光屏蔽层33，并经过芯部31导向光学探测器14。以这种方式，可能在样本表面2a上进行高分辨率测量。
如上所述，通过将一个光探针13靠近或远离样本表面2a移动，可能有选择地改变样本表面2a上近场光的光点和传播光的光点，可能进行使用传播光的宽范围测量和只用一个光探针使用近场光的高分辨率测量。
另外，在能够使用近场光进行高分辨率测量的这种测量系统中，不需要安装用于宽范围测量的单独光探针，从而可以减小系统的尺寸和部件的数量，并且减小了系统的成本。
接下来，描述在使用传播光在宽范围中的测量完成后使用近场光以高分辨率进行测量从而相继测量和检查相同样本的过程。
包括线性偏振光分量的来自光源11的光穿过偏振光束分离器12，其偏振状态由1/4波片18改变，然后光入射到光探针13的芯部31中。入射光在芯部31中传播，从光探针13射出，并聚焦，从而在从光探针13的前端分隔开的位置处形成光点。
然后，探针控制器15将光探针13靠近或远离样本表面2a移动，从而将样本表面2a定位在光点的位置处。可以事先以实验的方法测量聚焦的光点和光探针13的前端之间的距离的信息，该信息在定位光探针13的过程中使用。
接下来，探针控制器15驱动光探针13，以在水平方向上扫描样本表面2a。在该步骤中，从光探针13射出的光从样本表面2a返回，并且光学探测器14接收该返回的光，并产生亮度信号，以该亮度信号为基础，形成图像，并显示在未示出的显示器上。从该图像中，可以获得样本表面2a的详细材料属性信息。
从所显示的图像中获得的样本表面2a的光学材料属性信息中，用户确定期望进行材料属性的更详细测量的小区域。光探针13在水平方向上移动，以将光探针13的位置对准该小区域，然后如上所述，使用近场光进行高分辨率测量。
以这种方式，在使用传播光进行宽范围测量完成之后，使用近场光进行高分辨率测量，以相继测量和检查相同样本，不需要调换将使用的光探针，并且可以用和宽范围测量相同的轴线进行高分辨率测量。因此，可能减少用户的工作量，并且采用已经精确定位在期望的小区域处的光探针，可以进行高分辨率测量。
根据本发明，从光纤传播到光探针的光以小于全反射角并大于0的入射角入射，并向普通光那样从第一出口区域射出。另外，从光纤传播的光以不等于相对于第一出口区域的入射角的入射角入射，并从第二出口区域漏出。由于从光探针射出的光的强度增大，所以普通光的光点形成在从光探针的前端间隔开的位置处，近场光的光点形成在靠近光探针的前端的位置处。
另外，由于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角设置成大于或等于传播光的全反射角，并小于90°，所以可能在光探针的前端附近形成强近场光的光点。
另外，由于第二出口区域包括第一部分和位于第一部分的内侧上的第二部分，所以第二出口区域的第二部分的法线的倾角大于第一部分的法线的倾角并小于90°，可减小光探针的前端的曲率半径，由此可能在光探针的前端附近产生强近场光，并提高使用近场光的测量中的分辨率。
而且，由于普通光的光点与光探针的前端间隔开形成，并且近场光的光点形成在光探针的前端附近，所以有可能使用普通光在宽范围中进行测量，同时只用一个探针使用近场光以高分辨率进行测量。
由于波长控制单元设置成以光屏蔽层的材料和厚度，第一出口区域的法线的倾角和第二出口区域的法线的倾角为基础控制光波长，所以有可能在使用普通光的测量中获得期望的光点直径，光强度和聚焦位置，而且有可能在使用近场光的测量中获得近场光的高强度。
另外，有可能在使用近场光的测量中获得高信噪比的探测信号。
而且，由于在使用普通光的测量中提高的信噪比，所以可能获得高强度的光点，并获得高对比度的测量结果。
由于在考虑到光屏蔽层的材料和入射光的波长的同时，第二出口区域的法线的倾角调节成使得第二出口区域中光屏蔽层的表面上的近场光的强度等于或接近最大值，有可能产生较强的近场光。
通过使用波长控制单元，进一步控制波长控制单元，有可能产生较强的近场光。
而且，有可能获得期望的光点直径和期望的聚焦位置。
有可能获得较强的近场光和高分辨率，并选择适当的测量分辨率。
由于在使用普通光的宽范围测量中可以有效地收集来自样本的光，所以有可能减小测量时间。
尽管出于说明的目的参照所选特定实施例在上面描述了本发明，但是应当清楚的是，本发明不仅局限于这些实施例，在不脱离本发明的基本概念和范围的情况下，本领域技术人员可以对其作出各种修改。
本专利申请以2005年2月4日提交的日本优先专利申请No.2005-029652为基础，其全部内容在此通过引用合并进来。
权利要求
1.一种光纤探针，包括用于传播来自光源的光的芯部，所述芯部的前端表面包括用于发射传播光的第一出口区域和用于漏出近场光的第二出口区域，所述第一出口区域和所述第二出口区域以同心方式形成，其中第一出口区域形成在外围侧上，及第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角不同于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角。
2.一种光纤探针，包括用于传播来自光源的光的芯部，所述芯部的前端表面由用于漏出近场光的光屏蔽层覆盖，所述芯部的前端表面包括用于发射传播光的第一出口区域和用于漏出近场光的第二出口区域，所述第一出口区域和所述第二出口区域以同心方式形成，其中第一出口区域形成在外围侧上，及该第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角不同于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角。
3.如权利要求
1所述的光纤探针，其中，第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角小于传播光的全反射角，并大于0°。
4.如权利要求
1所述的光纤探针，其中，第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角大于或等于传播光的全反射角，并小于90°。
5.如权利要求
1所述的光纤探针，其中第二出口区域包括第一部分和位于第一部分的内侧上的第二部分，第二出口区域的第一部分的法线相对于传播光的光轴的倾角大于或等于传播光的全反射角，并小于90°，及第二出口区域的第二部分的法线相对于传播光的光轴的倾角大于第一部分的法线的倾角，并小于90°。
6.一种光探测装置，包括光源；光纤探针，该光纤探针包括用于传播来自光源的光的芯部，形成在所述芯部的前端处的光探针；移动控制单元，该移动控制单元用于将光纤探针和样本的表面彼此靠近或远离移动，从而从芯部的前端漏出的传播光或近场光的光点形成在样本的表面上，及探测单元，该探测单元用于探测来自样本表面的光，其中该光探针包括芯部的前端表面上的用于发射传播光的第一出口区域，和芯部的前端表面上的用于漏出近场光的第二出口区域，第一出口区域和第二出口区域以同心方式形成，第一出口区域形成在外围侧上，及第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角不同于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角。
7.一种光探测装置，包括光源；光纤探针，该光纤探针包括用于传播来自光源的光的芯部，形成在所述芯部的前端处的光探针，所述芯部的前端表面由用于漏出近场光的光屏蔽层覆盖；移动控制单元，该移动控制单元用于将光纤探针和样本的表面彼此靠近或远离移动，从而从芯部的前端漏出的传播光或近场光的光点形成在样本的表面上；及探测单元，该探测单元用于探测来自样本表面的光，其中该光探针包括芯部的前端表面上的用于发射传播光的第一出口区域，和芯部的前端表面上的用于漏出近场光的第二出口区域，第一出口区域和第二出口区域以同心方式形成，第一出口区域形成在外围侧上，及第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角不同于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角。
8.如权利要求
6所述的光学探测装置，其中，第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角小于传播光的全反射角，并大于0°。
9.如权利要求
6所述的光学探测装置，其中，第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角大于或等于传播光的全反射角，并小于90°。
10.如权利要求
6中所述的光学探测装置，其中第二出口区域包括第一部分和位于第一部分的内侧处的第二部分，第二出口区域的第一部分的法线相对于传播光的光轴的倾角大于或等于传播光的全反射角，并小于90°，及第二出口区域的第二部分的法线相对于传播光的光轴的倾角大于第一部分的法线的倾角，并小于90°。
11.如权利要求
7所述的光学探测装置，还包括波长控制单元，该波长控制单元用于以光屏蔽层的材料和厚度，第一出口区域的法线的倾角和第二出口区域的法线的倾角为基础，将来自光源的光的波长控制为预定波长。
12.如权利要求
11所述的光学探测装置，其中，所述预定波长等于或接近导致光屏蔽层的表面上近场光的最大强度的值。
13.如权利要求
11所述的光学探测装置，其中，所述预定波长等于或接近导致光屏蔽层的最大透光率的值。
14.如权利要求
7所述的光学探测装置，其中，调节第二出口区域的法线的倾角，使得第二出口区域中光屏蔽层的表面上近场光的强度等于或接近最大值。
15.如权利要求
7所述的光学探测装置，还包括波长控制单元，该波长控制单元用于控制来自光源的光的波长，其中控制该波长控制单元，并调节第二出口区域的法线的倾角，使得第二出口区域中光屏蔽层的表面上近场光的强度等于或接近最大值。
16.如权利要求
6所述的光学探测装置，其中，调节第一出口区域的法线的倾角，使得光点的形状变为预定形状。
17.如权利要求
6所述的光学探测装置，其中，调节光探针的直径，使得在芯部中传播的光的光点的形状变为预定形状。
18.如权利要求
6所述的光学探测装置，其中，调节第一出口区域的法线的倾角和光探针的直径，使得在芯部中传播的光的光点的形状变为预定形状。
19.一种光学探测方法，包括如下步骤将来自光源的光传播到光纤探针的芯部，所述光纤探针包括形成在该芯部的前端处的光探针，该光探针包括芯部的前端表面上用于发射传播光的第一出口区域，和该前端表面上用于漏出近场光的第二出口区域，该第一出口区域和第二出口区域以同心方式形成，该第一出口区域形成在外围侧上，并且第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角不同于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角；将光纤探针和样本的表面彼此靠近或远离移动，使得从芯部的前端漏出的传播光或近场光的光点形成在样本的表面上；及探测来自样本表面的光。
20.一种光学探测方法，包括如下步骤将来自光源的光传播到光纤探针的芯部，所述光纤探针包括形成在芯部的前端处的光探针，该光探针包括芯部的前端表面上用于发射传播光的第一出口区域，和该前端表面上用于漏出近场光的第二出口区域，该第一出口区域和第二出口区域以同心方式形成，第一出口区域形成在外围侧上，第一出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角不同于第二出口区域的法线相对于传播光的光轴的倾角，并且至少前端表面的第二出口区域由用于漏出近场光的光屏蔽层覆盖；将光纤探针和样本的表面彼此靠近或远离移动，使得从芯部的前端表面漏出的传播光或近场光的光点形成样本表面上；及探测来自样本表面的光。
21.如权利要求
20所述的方法，还包括如下步骤以光屏蔽层的材料和厚度，第一出口区域的法线的倾角和第二出口区域的法线的倾角为基础，将来自光源的光的波长控制到预定波长。
专利摘要
本发明公开了一光学探测装置图像，它允许使用近场光以高分辨率和高效率进行快速测量，但是不需要光纤探针的位置对准。该光学探测装置包括光纤探针，该光纤探针具有用于传播光的芯部，在该芯部的前端处形成光探针；移动控制单元，将光纤探针靠近或远离样本移动；及探测单元，探测来自样本表面的光，其中，在光探针的芯部的前端表面上，具有在外围侧上用于发射传播光的第一出口区域，和用于漏出近场光的第二出口区域，该第一出口区域和第二出口区域以同心方式形成，并且第一出口区域的倾角不同于第二出口区域的倾角。
文档编号G01Q30/02GKCN1942753SQ200680000201
公开日2007年4月4日 申请日期2006年2月2日
发明者伊藤泉, 高田将人, 照太郎, 大津元一, 八井崇, 兴梠元伸 申请人:株式会社理光, 财团法人神奈川科学技术研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan