专利名称：在近场传输中工作的光学元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及在近场传输中工作的光学元件。这种元件可以结合到用于 利用辐射(射线)照射物体并收集反射的辐射的近场检测装置中，或者结 合到用于收集物体发射出的辐射的检测装置中，所述元件相对于物体放置 在近场中。所述装置可以是例如光学信息介质上的光学信息的读出磁头或 读/写磁头或者光学显微镜的近场探针。
应该注意到，在物体周围两个区域之间具有区别，第一区域是检测器 放置于其中的远场区域，第二区域是邻近物体表面的近场区域。在近场区
域中，物体和光学元件之间的距离小于人/2兀，X表示物体反射或发射的辐射 波长。近场域上的约束甚至被释放到X而非Xy2兀，实际上在V27i处近场信 号是源自物体的信号的50%的信号，因此其可以被检测。作为近场标准，
物体和光学元件之间的距离可设为小于7T。
背景技术：
近场光学检测装置在标号为[l]、 [2]、 [3]、 [4]、 [5]和[6]的文献中有所 描述；其完整的参考清单列在说明书的结尾。
在前4个文献[1]、 [2]、 [3]、 [4]中，固体浸没透镜1被一般地用作近场 光学元件。由具有高折射率的材料，例如LasF35玻璃(由Schott公司目录 指定)或金刚石制成的透镜1一般具有面对聚焦物镜3的第一球形照准仪2 和面对圆盘5的第二照准仪4。第二照准仪4可以为如图1A所示的平面状 或如文献[3]中所述的凸面状。检测器8相对于固体浸没透镜1放置在聚焦 物镜3的相反侧。
为了在两个照准仪2、 4之间截断透镜1而采取了措施，为了最小化面 对物体5的第二照准仪4的表面,所述截断从第一照准仪2到第二照准仪4 作出，所述物体5在这种情况下为光盘。另外还提出，如图1B所示和文献 [4]中所述，将介电材料的大致为截头圆锥形的终端件6放置在第二照准仪
54旁边。所述大致为截头圆锥形的终端件6指向物体(在图1B中未示出)。 在大致为尖顶的部分的相反侧上，金属涂层7涂覆在大致为截头圆锥形的 终端件6的侧表面的一部分上，所述涂层7空出物体5 —侧大致为截头圆 锥形的终端件6的大致为尖顶的部分不进行涂覆。这种大致为截头圆锥形 的终端件6随后被同化为类似于放置在光导纤维末端、特别是在利用近场 检测的光学显微镜中的光学探针。在所述显微镜的结构中，光导纤维包括 纤芯和包层。所述光导纤维由尖顶部分构成末端，由纤芯的介电材料制成 的端部或孔口具有大约数十纳米(例如大约50纳米)的直径，所述直径比 所用辐射的波长小得多。除了尖端之外，尖顶部分的侧表面均被金属化。 金属涂层7用于引导辐射，所述辐射照射物体或从物体上收集。
这种检测装置的分辨率取决于孔口的尺寸和与物体之间的距离，而不 再取决于波长。
探针检测朝向其尖端的近区电磁场。这样，可获得尺寸小于波长的物 体细节的信息。由物体反射的电磁场耦合于探针的孔口中并且接着被引导 通过光纤直至检测器。近场是局部检测的。检测是直接的。场的本质没有 改变。通过映射所述场，物体可以被重构。
应该注意到，物体5发射或反射电磁波，所述电磁波在其构形上承载 信息并取决于其表面材料的光学特性。辐射或反射的光谱可被分为两部分， 其中一部分由所谓的均匀锥体(homogeneous cone)形成，包括传播(扩散) 的电磁波，其承载具有低于整个光学系统截止频率的频率信息，并且其被
辐射并因此可在检测器处大于所用辐射的波长的距离处被检测。由所谓的 非均匀锥体形成的另一部分包括渐逝电磁波或损耗电磁波(evanescent
electromagnetic waves),所述渐逝电磁波位于物体表面附近并且其量值在远
离物体传播时成指数地减小。这些渐逝非辐射波是物体亚波长细节信息载
体，但是它们保持在局部区域并且不能由检测器直接检测到。所述固体浸
没透镜或探针将通过阻挫效应(frustration effect)就地收集这些渐逝非辐射波。
实际上，每个辐射都可被分解为角谱，所述角谱为一组波矢对(kx，
kz)，其中kx为横向分量而kz为传播分量。两个分量通过散射关系相关
kx2 + kz2 = n2k02其中n是介质的折射率并且k0 = 2兀/ u均匀锥体由一组波矢对(kx， kz)限定，其满足
-k0《kx《k0。
非均匀锥体可由一组波矢对限定，其满足-—k0>kx>k0。
由探针检测的信号电平仅仅取决于存在于探针尖端以下的物体部分。 所述尖端非常小；其具有从几纳米到几百纳米的最小直径，所述直径保持 小于物体反射或发射的辐射波长。因此，当探针处于确定位置时，它只检 测面对其尖端的物体的细节。点对点检测得以实现并且因此点对点测量也 得以实现。通过利用探针扫描物体，可以通过并列放置在每一点处检测的 信息而建立近场图像。
在标号为[5]的参考文献中，描述了用于读取光盘的板状金属探针。它 包括中心孔和相对于所述中心孔偏移的一个或两个凹坑，这些凹坑置于待 读取的光盘侧上。利用这些凹坑，可通过所谓等离子体振子的表面波将更 多近场带回到探针的中心孔中，并且由光盘承载的标记的可见度增加。与 凹坑相符的标记的存在产生了用于等离子体振子的谐振腔，由此改变传输 场。标记的可见度增加。等离子体振子是特定的渐逝波。
在标号为[6]的参考文献中，描述了用于近场光学显微镜或用于读取介 质上信息的金属检测探针。它包括在自由端的相反侧带有金属凸缘的吸管 状部分，所述金属凸缘带有周期性释放构件。所述凸缘用于将更多电磁场 带回到吸管内部。
在最后两份文献中，在传输期间没有通过衍射效应进行的转变。
控制尖端和物体之间的距离很关键，并且由于尖端的小尺寸和点对点 操作，收集从物体上反射或发射的辐射是低速进行的。这种近场检测类型 并未很好地适应于光盘上信息的读出。由光盘承载的标记是在光盘旋转时 一个接一个地逐步检测的。为此，处理能力需要更为提高。
发明内容
本发明的目的正是提出一种在近场传输中工作的光学元件，利用所述 光学元件可以避免近场检测装置的上述缺陷。特别地，所述光学元件克服 了逐点工作元件不适合于较大表面上信息快速读出的缺陷。特别地， 一个目的是提出这样一种元件，其能够提供远远高于当前近 场检测装置中获得的辐射收集率的辐射收集率，而不论所述近场检测装置 是近场光学显微镜探针还是光学信息读出磁头。
另一个目的是能够恢复非均匀波，并因此检测出利用常规光学系统不 能看到的物体细节。
为了实现所述目的，本发明提出一种在近场传输中工作的光学元件， 所述元件包括至少一个部分，所述至少一个部分形成至少一个由在多个周 期上彼此接续的衍射微型结构构成的光栅，所述光栅能够通过在经过所述 部分传输期间的衍射效应将当物体反射或发射具有一定波长的辐射波时在 所述元件和位于近场中的物体之间建立的渐逝波转变为传播波。光栅周期 具有物体发射或反射的辐射的波长的量级。
有利地，光栅周期将被选择为小于物体发射或反射的辐射的波长。
因此，光学元件具有大于数个辐射波长、或者甚至基本上等于大约100
个辐射波长的横向尺寸。
光栅周期p可满足关系kx —k0<27t/p<kx + k0，其中k0:2兀从，而
kx为物体发射的渐逝波的横向分量。
备选地，光栅周期p可满足kx-2k0<27t/p<kx-k0，其中kO-2兀/入，
而kx是物体发射的渐逝波的横向分量。
所述光学元件还可包括至少一个在渐逝波转变前将其放大的部分，所
述部分与形成衍射微型结构光栅的部分协同工作。
所述放大部分可邻近形成衍射微型结构光栅的部分布置。 所述放大部分可由基于金、银、钼、铝、锑化铟(indium-antimony)
的金属材料或者半导体材料制成。
所述放大部分优选地具有基本上小于辐射波长的厚度。 所述放大部分可在与衍射微型结构相反的一侧覆盖形成衍射微型结构
光栅的部分的表面。
所述放大部分和形成衍射微型结构光栅的部分可由相同材料制成。
所述光学元件可有利地利用至少一个形成衍射微型结构光栅的部分与
一个或多个放大部分的交替叠层或者利用每一个均形成衍射微型结构光栅 的若干部分与至少一个放大部分的交替叠层形成。所述形成衍射微型结构光栅的部分可由导电材料和/或介电材料制成。 所述衍射微型结构光栅包括由凹入部分分隔开的突出部分、或者由通
孔分隔开的实心部分、或者由实心介电部分分隔幵的实心导电部分。 所述衍射微型结构光栅可以包括大致圆形且同心的波纹。 为了改进光学元件的传输，优选地，衍射微型结构光栅在旋转情况下不变。
可以对所述形成衍射微型结构光栅的部分进行周期调制。 为了使光学元件可以使用若干不同的辐射，所述形成至少一个衍射微 型结构光栅的部分可以包括若干并排的光栅，这些光栅具有不同周期。
为了增加光学元件的传输，所述形成衍射微型结构光栅的部分可以设
置为包括位于中心部分的中断周期部(brokenperiodicity)。
所述中断周期部分可以为实心体或空隙，其有助于光学元件的对中。 如果具有放大部分，优选地所述空隙延伸进入所述放大部分中。 本发明还涉及近场检测光学装置，所述装置包括按这种方式限定的光
学元件。
所述近场检测光学装置可包括用于转变过的传播波的置于光学元件下 游的检测器。
所述近场检测光学装置可包括置于光学元件下游的固体浸没透镜，在 存在检测器的情况下，所述固体浸没透镜置于用于转变过的传播波的检测 器的上游。
所述近场检测光学装置还可以为光学信息介质上的读出磁头或读/写 磁头，或者为近场光学显微镜探针。
参考附图，通过阅读对单纯作为指示而决非作为限制给出的示例性实 施例的描述，将可更好地理解本发明，其中
图1A、 1B (已经描述过)示出了接近现有技术水平的两个示例性近场 光学信息读出磁头；
图2以横截面视图的方式示出了安装在近场检测装置中的根据本发明 的示例性光学元件；图3A、 3B以横截面视图的方式示出了根据本发明的两个新颖的示例 性光学元件，这些元件是经过周期调制的；
图4A、 4B以横截面视图的方式示出了根据本发明的两个新颖的示例 性光学元件；
图5以俯视图的方式示出了根据本发明的另一个示例性光学元件，所 述光学元件设有多个衍射微型结构光栅；
图6以横截面视图的方式示出了根据本发明的示例性光学元件，其具 有多个形成衍射微型结构光栅的部分和多个叠置的放大部分。
不同附图中同样、类似或者相当的部分采用相同的数字标号，因而便 于从一个图转移到另一个图。
为了使附图更易读，附图所示的不同部分未必按照相同比例示出。
具体实施例方式
现在将参考图2，图2示出了本发明的对象、第一示例性近场检测光学 元件。
所述光学元件在传输中工作并且包括至少一个形成由至少一个衍射微 型结构lla构成的光栅11的部分llb。所述光栅11包括至少三个连续的衍 射微型结构lla，它们由相同的周期(周期性间隔)p分隔开。在图2中， 由衍射微型结构lla构成的光栅(衍射微型结构光栅)ll存在于一板的表 面上，它面向物体12，但是在其他结构中，它也可以将其背面面向物体12， 如随后在图4A中可见的那样。
在图2的所述示例中，假定物体12是待观察的样本并且光学元件10 安装在近场光学显微镜的探针中。其他物体可以利用这种光学元件检测， 所述其他物体可以是光学信息介质，并且在这种情况下，本发明的光学元 件被结合到用于读出或读/写光学信息的磁头中。
这些衍射微型结构lla可由波纹形成，即通过由凹入部分分隔开的突 出部分、由通孔分隔开的实心部分、由介电部分分隔开的导电实心部分(例 如带有通孔并因此带有空气的银支撑件)、或者甚至由其他不同种类的介电 部分分隔开的介电部分(例如硅与玻璃或者其他材料)形成。
在图2中，由衍射微型结构lla构成的光栅11包括由通孔20分隔开的实心部分。所述通孔20可通过光刻法在薄金属层中形成。
物体12在其被辐射照射或者发射出辐射时，发射出之前所述的两种辐射。因此，在物体12附近，在均匀波15和渐逝波16之间具有区别。均匀波15可以在均匀锥体14中传播，它们的波矢具有较小的横向分量kx，例如lkxl《k0。
在常规的近场检测装置中，用于收集到达其上的均匀波的检测器17放置在均匀锥面14中。
渐逝波16具有强的横向分量kx，例如kx〉k0，它们被局限在物体12的附近。渐逝波包含与具有物体12的亚波长大小的细节13、即物体的最精细细节相关的信息。
本发明的对象、光学元件的目的在于将渐逝波16转变为可在均匀锥体14中传播并到达检测器17的波16'。所述转变由在通过由衍射微型结构lla构成的光栅11传输期间的衍射效应进行。在光栅11的传输期间的衍射效应由横向分量kx到分量kx'的转换表示，其使得
kx' = kx ± mG (1)
其中自然数m表示衍射级，并且G = 2兀/p表示要检测的物体12中存在的空间频率。量p是衍射微型结构光栅的周期，它具有物体12反射或发射的辐射的波长的量级。量级指包含在波长的大约1/10到2倍之间。
有利地，光栅的周期p将被选择为小于物体12反射或发射的辐射的波长。
为了受益于强的传输，有利地选择衍射级m等于-l。当然，也可以为m选择另一个值，特别是值+1。通过光学元件10的转变之后的横向分量kx'相对于转变之前的横向分量kx进行在逆时针方向上的旋转。它被带回到均匀锥体14中并且进行传播和辐射。它可以通过检测器17检测。根据本发明，光学元件10的目的是允许亚波长信息的放射进入均匀锥体14中，所述信息决不会在之前位于该处，因为它被保留在非均匀锥体中并且不会自由传播到检测器。
为了优化所述转变，优选地，衍射微型结构光栅ll的周期p被调节为物体12发射的渐逝波16的频率。当周期p被设定时，近场进入远场的转变将在渐逝波16上进行，所述渐逝波的横向分量kx满足下述关系2兀/p — k0 < kx < 2兀/p + k0 (2)
光栅的周期满足
kx-k0 < 2兀/p < kx + k0 (3)
如果希望利用高于k0、即包含在更大频率范围中的更高空间频率来转
变渐逝波，则结果是
2兀/p + k0 < kx < 2兀/p + 2k0 (4)
这要求较小的周期p的选择满足
kx - 2k0 < 2兀/p < kx — k0 (5)
这将导致生产根据本发明对周期p进行调制、即具有如图3A、 3B中 所示的变化的周期的光栅的光学元件。因此，多种类型的非均匀波可同时 被转变。多种周期的存在改进了元件的总体性能。利用周期性，频率或光 谱信息可以被传输。
在这种情况下，在光栅11中区分出多个区域zl-z4，其中每一个区域 具有周期pl、 p2、 p3、 p4，这些周期在各区域上彼此不同。在每一个区域 中，微型结构在若干恒定的周期上彼此接续。这些区域zl、 z2、 z3可以相 互嵌套或者彼此接续，这取决于由衍射微型结构lla形成的样式(或图案)。 假定在图3A、 3B中，由衍射微型结构lla构成的光栅ll利用由大致圆形 的同心凹槽分隔开的突出部分形成。于是得到在旋转时不变的光学元件。
在图3A中，只有两个同心区域zl、 z2， zl区域比区域z2更居中。它 们的周期pl、 p2从区域zl开始增大。在图3B中，四个同心区域zl、 z2、 z3、 z4可按照从部分llb的中心部分朝向其边缘的顺序进行区分。它们的 周期pl、 p2、 p3、 p4从区域zl开始减小。许多其他的形状也可以设计为 用于衍射微型结构lla。
替代通过由大致圆形的同心凹槽分隔开的突出部分形成衍射微型结构 光栅11，其也可以通过由如图3B所示的螺旋形凹槽分隔开的突出部分、 或者通过另外由如图4A所示的大致直线平行的凹槽分隔开的突出部分形 成。
在另一个实施例中，可以设计为使得形成由衍射微型结构lla构成的 光栅11的部分lib由分布在如图4B所示设置的基座上的柱状物40的阵列 制成。在这种结构中，基座形成将在后面描述的放大部分18。如图6所示，还可以设计为使得形成由衍射微型结构lla构成的光栅 的部分lib由嵌入在金属板中的介电材料填料60或嵌入在介电材料板中的 反向金属填料61形成。
许多其他结构也是可行的，并且所描述的实施例不是限制性的。
形成由衍射微型结构lla构成的光栅11的部分llb可由基于铝、金、 银、铂的金属材料和/或例如玻璃、陶瓷、金刚石、有机或无机树脂、或者 甚至是硅的介电材料制成。
根据本发明的光学元件具有大于物体12反射或发射的辐射的波长的横 向尺寸T，这与其中探针的尖端小于波长的现有技术不同。光学元件10的 横向尺寸T为其横切光轴XX'的最大尺寸，即横切朝向检测器17的波传播 总体方向的最大尺寸。其可以是部分lib的直径，如果所述部分呈圆形的 话。所述横向尺寸T可以超过波长的若干倍并且可以达到大约一百个(或 数百个)波长。由于待转变的渐逝波需要与光栅的多个周期交会，以便有 效地转变为传播波，因此需要所述元件的较大扩展尺寸。如果光学元件进 一步进行了周期调制，如上所述，则其横向尺寸变得更大，例如为大约100 或数百微米。
如之前所提及的那样，为使得转变尽可能达到最佳并且为了去除寄生， 周期p的选择很重要。当利用优选等于绝对值1的单阶m进行衍射并且当 零阶(m=0)被截止时，获得最佳转变条件。零阶被截止这一事实表明了 传播均匀波15在穿过光学元件10时被严重削弱，以使其无法被加入到转 变后获得且存在于均匀锥体14中的传播波16'中。由于在近场中由检测器 17接收的信息和其在物体12处的初始信息之间可建立单链，因此特别是在 元件被周期调制的情况下所述均匀波15的所述削弱很显著。
如果周期p被合理地选择，则最初均匀的传播波15在它们穿过光学元 件期间其自身被利用等于绝对值1的衍射级转变为渐逝波(未示出)。因此
它们不会到达检测器17。接近以上由关系(3)、 (5)所确定的间隔的中间 值的周期p的值是特别合适的。
有利的是，能够在渐逝波16穿过本发明的光学元件物体之前放大渐逝 波16。这样，待转变的渐逝波16在信号水平方面可能是有利的，并且在与 被认为是寄生波的其他波相比较时也是有利的。放大可以通过在光学元件中的物体12 —侧包括放大部分18而实现， 所述放大部分光学地激发等离子体振子或表面波。所述放大部分18可由具 有带负实数部分的介电常数的材料制成。这种材料例如为金、银、铂这样 的贵金属，以及甚至为铝、锑化铟(InSb)，或甚至为例如硅这样的半导体。
如图3A所示，所述放大部分18可以通过与承载由衍射微型结构lla 构成的光栅11的部分lib叠置而形成双层。备选地，如图4B所示，放大 部分18和形成由衍射微型结构lla构成的光栅11的部分lib可相互嵌入 或嵌置。放大和转变同时进行。尺寸入的光子同时经过光栅和放大层。
放大部分18的厚度h优选地小于物体12反射或发射的辐射的近似波长。
放大部分18的材料按其介电常数而选择，其应当促进渐逝波的放大并 且遮蔽传播均匀波。所述放大部分18具有高通频率滤波器的功能。在没有 任何放大部分的情况下，衍射微型结构光栅优选地放置为面对待观测的物 体12。所述物体12优选地由金属制成。
设有由衍射微型结构lib构成的光栅11的部分lla和放大部分18可 如图3B所示由相同材料制成，或者相反地如图3A、 4A中明显所示由不同 材料制成。特别是在衍射微型结构设有凹槽且实心部分如图3A所示是非邻 接的并且假定形状为同心环或直线柱的情况下，放大部分18可被用作形成 衍射微型结构光栅11的部分lla的支撑件。
如图3A、 3B、 4A、 4B所示，可以在根据本发明的光学元件的中心区 域中设置中断周期区域19。所述中断周期区域19可以是图3A、 3B、 4A 中的空隙(中空部分)，或者是图4B中没有任何衍射微型结构的实心部分。 所述实心部分可以是金属或者介电材料。特别在衍射微型结构lla为实心 时，所述中断周期区域19具有改进光学元件传输的优点。还允许设置标记 器，所述标识器用于光学元件的对中，以及用于将要安装光学元件的磁头 或探针的伺服控制。
当其为空隙19时，所述空隙19可延伸到如图3B、 4A中所示的放大 部分18中。待检测的物体12的低频分量经过中断周期区域19。在中断周 期区域19处，没有频率转变，这更接近于探针型或读出或读/写磁头型的 常规装置中所出现的情况。当由衍射微型结构lla构成的光栅11具有圆形
14对称的凸起结构并且当其为实心时，通过空隙19的传输将得以显著改进。
现在关注图5所示的根据本发明的光学元件。所述光学元件以俯视图 的形式示出，并且只有形成多个衍射微型结构光栅R1、 R2、 R3的部分lib 可见，所述光栅R1、 R2、 R3并排布置。三种不同的衍射微型结构光栅R1、 R2、 R3是有区别的。假定所述光栅R1、 R2、 R3由设有通孔51的大致为 矩形的实心层50制成。通孔51按行和列布置，光栅R1、 R2、 R3是二维 的。可以将光栅设计为一维的，其可以形成为设有沿单独一行或单独一列 排列的孔。位于图5左上方的第一光栅R1具有周期pl'。位于右上方的第 二光栅R2具有周期p2'。光栅R1、 R2两者基本上占据相同的表面积。周 期pl'大于周期p2'。第一光栅R1的孔51大于第二光栅R2的孔51，并且 它们数量较少。
位于层50的下部的第三光栅R3具有基本上等于第一光栅Rl的表面 积加上第二光栅R2的表面积的表面积。它具有变化的周期，在其中心部分 具有中断周期区域52，并且在其两侧中的每一侧上，设有两个具有周期p3' 的第一带状区域53，并在更远离中断周期区域52的位置处，设有另外两个 具有周期p4'的带状区域54。不同的带状区域53、 54是并置的。周期p3' 大于周期p4'。位于所述带状区域53、 54中的孔51具有大致相同的尺寸。 随着远离其中心部分移动，第三光栅R3的周期减小，从p3'变化为p4'。
为了进一步增强将到达检测器17的信息强度，可以通过交替地叠置至 少一个设有至少一个由衍射微型结构lla构成的光栅11的部分llb和一个 或多个放大部分18或者通过交替地叠置多个分别设有至少一个衍射微型结 构光栅11和至少一个放大部分18的部分lib来制成本发明的光学元件。 在这种叠置情况下，待转变的渐逝波在到达形成由至少一个衍射微型结构 lla构成的光栅11的部分lib之前首先穿过放大部分18。所述实施例示出 在图6中。
现在将参考图4A对根据本发明的示例性光学元件进行详细说明。假定 根据本发明的元件已经集成或结合到近场检测装置中，所述近场检测装置 可以为用于读出光学信息的磁头或读/写磁头。
近场检测装置包括与检测器17协同工作的根据本发明的元件10。固体 浸没透镜21被插入到根据本发明的光学元件10和检测器17之间。更特别地，固体浸没透镜21和设有由衍射微型结构lla构成的光栅11的部分lib 通过任何合适的方式相互组装，例如通过粘结或任何其他方式组装。这种 组装在固体浸没透镜21的第二照准仪上进行，即在最靠近待检测物体12 的照准仪上进行。
假定所述检测装置用于利用具有400纳米波长的辐射工作。 假定本发明的光学元件对象具有设有由衍射微型结构lla构成的光栅 11的部分lib和叠置的放大部分18，所述放大部分18位于待检测的物体 12的一侧。由衍射微型结构lla构成的光栅ll包括大致圆形且同心的凹槽 llc。光栅11的周期p基本恒定并具有100纳米的值。凹槽lie的宽度为 50纳米。凹槽llc的深度为20纳米。由贵金属制成的放大层18的厚度例 如为30纳米。本发明的元件对象的总厚度为50纳米。假定放大部分18和 形成衍射微型结构光栅的部分lib由相同的金属制成，例如由贵金属制成。 在光学元件的中心区域，设有延伸到放大部分中的空隙19。对于具有 大约40微米直径的光学元件，空隙19可具有在大约0.02微米和10微米之 间的直径。
通过提供利用等离子体振子效应、即渐逝电磁波的强激发而工作的放 大部分18，高于2兀从的高空间频率范围的传输可得以促进。通过在形成由 衍射微型结构lla构成的光栅11的部分lib的中心部分设置中断周期区域 19，传输可进一步得以提高，并且可以设置用于对中及控制包括所述光学 元件的检测装置的位置的标记器。即使中断周期区域为实心的，也可实现 对中和控制。
形成由衍射微型结构lla构成的光栅11的部分llb具有通过放大部分 18将传输的电磁场转变成远场的功能，并且因此使其在只要存在的情况下 就可以通过经由固体浸没透镜20而到达检测器17。然后可以处理到达检测 器17的信号，因为所述信号的频率主要对应于放大部分18中通过等离子 体振子效应放大的那些频率。所述频率一般地高于远场检测器的常规极限， 因为光栅11的周期小于物体12反射或发射的辐射的波长。
因此，这种光学元件的分辨率R可通过引入物体12浸没于其中的介质 的折射率nl (通常是空气，因此nl二l)和在其中通过本发明的元件物体 转变的波随着其离开所述元件而传播的介质的折射率n2进行粗略的估算。这可以是图4A的结构中固体浸没透镜的折射率。所述分辨率R表示为
R= X/ 2(nl +人n2/p)
所述公式表明，对于小于所用波长X的周期p，分辨率R变得小于^/2nl。 虽然已经详细图示和描述了本发明的若干实施例，应该理解的是，在 不脱离本发明范围的情况下可以作出不同的变化和修改。这些修改可以在 衍射微型结构的形状方面以及在它们形成的样式方面进行。所描述的各种 备选方案应该理解为不是相互排斥的。
引用文献US-B-5,125，750 P] WO 00/23840 [3] WO 03/062864"固体浸没透镜与锥形探针相结合的近场光学模拟以及高效固体浸 没透镜-探针系统"("Near-field optics simulation of a solid immersion lens combining with a conical probe and a highly efficient solid immersion lens-probe system"),赵远凤等(Yuan-Fong Chau et al.)，应用物理杂志 (Journal of applied physics),第95巻，第7期，2004年4月1日，3378-3384 页。"在近场光学读出系统中使用表面等离子体振子的策略" ("Strategies for employing surface plasmons in near-field optical readout systems"), Choon How Gan等，光学快报(Optics express), 2006年3月 20日，第14巻，第6期，2385-2397页。 US-A1-2005/016159权利要求
1. 一种在传输中工作的近场检测光学元件，其特征在于，其包括至少一个部分(11b)，所述至少一个部分(11b)形成至少一个由在多个周期(p)上彼此接续的衍射微型结构(11a)构成的光栅(11)，所述光栅(11)能够通过在经过所述形成由衍射微型结构(11a)构成的光栅(11)的部分(11b)传输期间的衍射效应将当物体(12)反射或发射具有一定波长的辐射时在所述元件和位于近场中的物体(12)之间建立的渐逝波(16)转变为传播波(16′)，所述光栅(11)的周期(p)与辐射波长具有相同的量级。
2. 根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光栅(11)的 周期(p)小于所述辐射波长。
3. 根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，其具有大于数 个辐射波长、或者甚至基本上等于大约一百个辐射波长的横向尺寸(T)。
4. 根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，所述光栅的周 期(p)满足关系kx-k0〈2兀/p〈kx + k0，其中k0-2兀从，并且kx为物体 发射的渐逝波的横向分量。
5. 根据权利要求1或2所述的光学元件，其特征在于，所述光栅的周 期(p)满足关系kx-2k0<27i/p<kx-k0，其中kO-2兀/X，并且kx为物体 发射的渐逝波的横向分量。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的光学元件，其特征在于，其还 包括至少一个在渐逝波(16)转变前将其放大的放大部分(18)，所述放大 部分(18)与所述形成由衍射微型结构(1 la)构成的光栅(11)的部分(lib) 协同工作。
7. 根据权利要求6所述的光学元件，其特征在于，所述放大部分(18) 与所述形成由衍射微型结构(lla)构成的光栅(11)的部分(lib)并排放置。
8. 根据权利要求6或7所述的光学元件，其特征在于，所述放大部分 (18)由基于金、银、销、铝、锑化铟的金属材料或半导体材料制成。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述 放大部分(18)具有基本上小于所述辐射波长的厚度(h)。
10. 根据权利要求6至9中任一项所述的光学元件，其特征在于，所述 放大部分(18)在与所述衍射微型结构(lla)相反的一侧覆盖所述形成由 衍射微型结构(lla)构成的光栅(11)的部分(lib)的表面。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述放大部分(18)和所述形成由衍射微型结构(lla)构成的光栅(11)的 部分(lib)由相同材料制成。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的光学元件，其特征在于，其 包括交替叠层，所述叠层由至少一个形成由衍射微型结构构成的光栅的部 分(lib)和一个或多个放大部分(18)形成，或者由数个部分(lib)形 成，所述数个部分(lib)中的每一个形成由衍射微型结构构成的光栅和至 少一个放大部分(18)。
13. 根据权利要求1至12中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述形成由衍射微型结构构成的光栅的部分(lib)由导电材料和/或介电材料 制成。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述由衍射微型结构构成的光栅(11)包括由凹入部分分隔开的突出部分、 由通孔(20)分隔开的实心部分、或者由实心介电部分分隔开的实心导电 部分。
15. 根据权利要求1至14中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述由衍射微型结构构成的光栅(11)包括大致为圆形且同心的波纹。
16. 根据权利要求1至15中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述由衍射微型结构构成的光栅(11)在旋转时不变。
17. 根据权利要求1至16中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述形成至少一个由衍射微型结构构成的光栅(11)的部分(lib)被进行周 期调制。
18. 根据权利要求1至17中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述形成至少一个由衍射微型结构构成的光栅的部分(lib)包括具有不同周 期(pl'、 p2')的多个并排光栅(Rl、 R2)。
19. 根据权利要求1至18中任一项所述的光学元件，其特征在于，所 述形成至少一个由衍射微型结构构成的光栅(11)的部分(lib)包括位于中心部分中的中断周期部(19)。
20. 根据权利要求19所述的光学元件，其特征在于，所述中断周期部 为实心体或空隙。
21. 根据与权利要求6相结合的权利要求20所述的光学元件，其特征 在于，所述空隙延伸到所述放大部分(18)中。
22. —种近场检测光学装置，其特征在于，其包括根据权利要求1至 21中任一项所述的光学元件。
23. 根据权利要求22所述的近场检测光学装置，其特征在于，其包括 用于转变过的传播波(16')的放置在光学元件下游的检测器(17)。
24. 根据权利要求22或23所述的检测装置，其特征在于，其包括放置 在所述光学元件(10)下游的固体浸没透镜(21)，在存在所述检测器(17) 的情况下，所述固体浸没透镜(21)放置在用于转变过的传播波(16')的 所述检测器(17)的上游。
25. 根据权利要求22至24中任一项所述的检测装置，其特征在于，所 述检测装置为光学信息介质上的读出磁头或读/写磁头或者近场光学显微 镜探针。
全文摘要
本发明涉及一种在传输中工作的近场检测光学元件。其包括至少一个部分(11b)，所述至少一个部分(11b)形成至少一个由在多个周期(p)上彼此接续的衍射微型结构(11a)构成的光栅(11)，所述光栅(11)能够通过在经过所述形成由衍射微型结构(11a)构成的光栅(11)的部分(11b)传输期间的衍射效应将当物体(12)反射或发射具有一定波长的辐射时在所述元件和位于近场中的物体(12)之间建立的渐逝波(16)转变为传播波(16′)。光栅(11)的周期(p)具有辐射波长的量级。该近场检测光学元件适用于近场检测装置中。
文档编号G11B7/135GK101467021SQ200780021912
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月8日 优先权日2006年6月12日
发明者L·普皮内, S·米穆尼 申请人:原子能委员会