專利名稱：近場光探頭和近場光學(xué)顯微鏡及光記錄/再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在近場光學(xué)顯微鏡或使用近場的光記錄/再生裝置上產(chǎn)生或探測近場光的光探頭。
在以前的光學(xué)顯微鏡中，用透鏡會聚光。這時，分辨率受到光波長的限制。與此相反地，在近場光學(xué)顯微鏡中，代替透鏡，用尺寸為毫微米量級的微小構(gòu)造，例如直徑在光波長以下的小孔來會聚光。當(dāng)光照射到這個微小構(gòu)造上時，在這個微小構(gòu)造近旁產(chǎn)生稱為近場光的處在局部區(qū)域中的光。通過使這個近場光接近樣品附近，在樣品表面上進(jìn)行掃描，能夠用由微小構(gòu)造的尺寸決定的分辨率測定樣品的形狀和光學(xué)特性。近年來這種顯微鏡開始應(yīng)用于生物樣品，半導(dǎo)體量子構(gòu)造，高分子材料等的形狀測定和光鐠，及高密度光記錄等的廣大領(lǐng)域。
我們廣泛地使用有光波長以下的小孔的經(jīng)過尖銳化的光纖(光纖探頭)作為產(chǎn)生近場光的構(gòu)造(近場光探頭)。這個光纖探頭是通過對光纖的一端一面加熱一面拉伸，并用化學(xué)刻蝕法對它進(jìn)行尖銳化后，在前端以外的部分涂敷金屬制成的。通過將光導(dǎo)入光纖中，就能在前端形成的小孔附近產(chǎn)生近場光。
可是上述的光纖探頭有光利用效率低的缺點(diǎn)。例如小孔的直徑為100nm時，從光纖前端射出的光的強(qiáng)度與入射到光纖的光的強(qiáng)度之比在0.001％以下。為了克服這個問題，已經(jīng)提出了下面那樣的光探頭。(1)多階段尖銳化的光纖探頭從根部到前端分2個階段或3個階段地改變光纖前端的尖角的光纖探頭(Applied Physics Letters,Vol.68,No.19,p2612-2614,1996；Applied Physics Letters，Vol.73,No.15,p2090-2092,1998)。(2)金屬針探頭用STM針作為探頭來使用。通過用光照射針的前端，在前端近旁產(chǎn)生強(qiáng)的近場光(日本專利申請公開特開平6-137847)。(3)有金屬小球的小孔光纖探頭在前端小孔的中心形成金屬小球的光纖探頭(日本專利申請公開特開平11-101809，由本發(fā)明的第一發(fā)明者們提出的提案)。由于從小孔射出的光，在金屬小球中激發(fā)起等離子體激元，在金屬球近旁產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。(4)涂敷金屬膜的玻璃片探頭在切割成三角柱狀的玻璃片上，形成厚度約為50nm的金屬膜，在這個金屬膜上激發(fā)起表面等離子體激元。等離子體激元向頂點(diǎn)傳播，在頂點(diǎn)近旁產(chǎn)生強(qiáng)的近場光(PhysicalReview B,Vol.55,No.12,p7977-7984,1997)。(5)有金屬散射體的玻璃基片探頭在玻璃基片底面上加上金屬散射體的探頭。用在金屬散射體近旁產(chǎn)生的強(qiáng)的近場光(日本專利申請公開特開平11-250460)。
在近場光學(xué)顯微鏡中，產(chǎn)生近場光的微小構(gòu)造和樣品表面的間隔必須有數(shù)nm～數(shù)10nm。因此，在用上述的光纖或玻璃片構(gòu)成的探頭時，為了控制探頭前端和樣品表面的間隔，需要特別的控制系統(tǒng)。一般地，用在探頭前端和樣品表面之間起作用的原子間力測定間隔，使用這個測定值實(shí)施伺服控制。
但是在利用上述的伺服控制時，因?yàn)槭艿剿欧в虻南拗?，所以探頭掃描的速度受到限制。特別是，在要求高數(shù)據(jù)傳送速度的光記錄/再生裝置中，必須使探頭在記錄光盤上高速掃描，用上述的控制法就不能對由于光盤的歪扭和傾斜產(chǎn)生的高頻的間隔變動進(jìn)行控制。因此為了解決這個問題，已經(jīng)提出了下面那樣的探頭，(1)平面開孔探頭用各向異性的刻蝕在硅基片中形成開孔的探頭(The Pacific RimConference on Lasers and Electro-Optics,WL2,“Fabrication of Siplanar apertured away for high speed nenr field optical storage andread out”)。因?yàn)樵谛】字苓叢糠质瞧教沟?，所以通過將探頭壓在樣品上就能夠保持一定的間隔。(2)有墊片的開孔探頭在玻璃基片底面上形成在前端有小孔的四角錐的突起，在這個突起的周邊形成墊片的探頭(日本專利申請公開特開平11-265520)。由于墊片，探頭前端和樣品的間隔就能夠保持一定。(3)有金屬微小芯片的面發(fā)射激光探頭在面發(fā)射激光出射口端面上形成金屬的小孔和金屬的微小突起(日本應(yīng)用物理，Vol.68,No.12,p1380-1383,1999)。因?yàn)闃?gòu)造是平坦的，所以通過將探頭壓在樣品上就能使間隔保持一定。因?yàn)榫哂薪饘俚奈⑿⊥黄鸷椭C振器構(gòu)造，所以預(yù)料也能提高效率。
作為近場光探頭的性能，要求下列的三點(diǎn)(1)光利用效率高。(2)可以進(jìn)行高速掃描。(3)包含在探測光中的背景光少。
為了提高光利用效率，已經(jīng)提出了上述的幾個方法。前端的尖銳角多階段地變化的光纖探頭有比一般使用的光纖探頭高10到100倍的效率，但是對于要求光利用效率在10％以上的光記錄/再生裝置等的要求高效率的應(yīng)用來說，還是不足夠的。此外，由于用了光纖，機(jī)械上就比較脆弱，不可能進(jìn)行高速掃描。金屬針探頭，有金屬小球的小孔光纖探頭，涂敷金屬膜的玻璃片探頭，有金屬散射體的玻璃基片探頭中無論那一個都利用金屬的特性使效率提高，能夠期望有高的效率?？墒?，上述的無論那一個探頭的前端都有機(jī)械上脆弱的形狀，不適合于高速掃描。特別是，金屬針探頭和有金屬散射體的玻璃基片探頭存在因?yàn)椴徽丈涞结樓岸嘶蛏⑸潴w的光也入射到樣品上，從而探測出很多背景光那樣的問題。
可能進(jìn)行高速掃描的探頭也有上述那樣的幾個提案。在平面開孔探頭和有墊片的開孔探頭的情形中，能夠進(jìn)行高速掃描，但是光利用效率小。預(yù)計有金屬微小突起的的面發(fā)射激光探頭能夠進(jìn)行高速掃描，光利用效率也高，背景光也少。但是，為了使用金屬的微小突起產(chǎn)生強(qiáng)的近場光，必須使金屬的形狀最佳化，可是關(guān)于形狀方面還沒有任何公開的結(jié)果發(fā)表。又，關(guān)于它的制造方法也沒有公開發(fā)表。
本發(fā)明的目的是提供滿足上述的3個要求的近場光探頭，即提供光利用效率高，能夠進(jìn)行高速掃描，包含在探測光中的背景光少的近場光探頭和它的制造方法。特別是，本發(fā)明的目的是提供為了通過用尺寸在光波長以下的金屬散射體提高光利用效率的最適合的散射體形狀和光入射到探頭的光入射方法。
本發(fā)明的近場光探頭是由基片，在基片上形成的有圓錐體或三角形等形狀的金屬散射體，在金屬散射體周邊形成的膜厚和散射體的高度相同的金屬或電介質(zhì)或半導(dǎo)體等的膜構(gòu)成的。金屬散射體的作用是產(chǎn)生強(qiáng)的近場光，它周圍的膜的作用是為了防止探頭在樣品附近高速地掃描時，散射體發(fā)生破損。此外，因?yàn)槟さ牟馁|(zhì)具有遮光性，通過使散射體與膜的間隔在光波長以下，能夠起到使背景光降低的作用。為了防止散射體的破損，代替形成膜，可以在基片表面上形成深度與散射體高度相等的坑洼，在該坑洼中形成金屬散射體。此外，為了進(jìn)一步降低散射體破損的概率，也可以在上述的散射體和它的周圍的膜之間或在基片表面上形成的坑洼的空間內(nèi)埋入有光透過性的膜。
金屬散射體的形狀為圓錐，多角錐，橢圓，三角形。散射體的形狀為三角形時，在三角形的3個頂點(diǎn)中，兩個頂點(diǎn)的曲率半徑可以比余下的一個頂點(diǎn)的曲率半徑大。又三角形的膜和它周圍的模也可以接合。這時，作為接合部分的一部分的孔的曲率半徑比三角形頂點(diǎn)的曲率半徑大。此外，作為散射體，也可以在基片上形成有平面橢圓體或三角形等前端尖銳化形狀的金屬膜，在它的尖銳化的頂點(diǎn)近旁使頂點(diǎn)和金屬膜的間隔在光波長以下那樣地形成別的金屬膜。特別是，可以使尖銳化的2個頂點(diǎn)的間隔在數(shù)10nm以下那樣地形成前端有尖銳化形狀的2個金屬膜。又，作為散射體，使用三角形或平面橢圓體等前端有尖銳化形狀的金屬膜時，也可以在基片側(cè)面上形成這些金屬膜。
為了使在入射光的聚光點(diǎn)上的光斑直徑小，可以用半球基片代替上述的平面基片。此外也可以在基片上設(shè)置全息透鏡等的聚光。此外，也可以在光諧振器或半導(dǎo)體激光器的出射口端面上形成金屬散射體。又，用平面橢圓體或三角形的膜作為金屬散射體時，也可以在基片側(cè)面或斜削的基片側(cè)面上形成平面橢圓體或三角形的膜使得只有平面橢圓體或三角形的一個頂點(diǎn)與樣品表面接觸。
本發(fā)明的近場光探頭的制造方法的特征是具有在基片上形成金屬或電介質(zhì)或半導(dǎo)體等的膜的膜形成工序，在膜上形成保護(hù)膜的保護(hù)膜涂敷工序，除去形成散射體部分的保護(hù)膜的曝光顯影工序，除去膜的一部分的膜的刻蝕工序，在除去了保護(hù)膜的部分上形成金屬散射體的散射體形成工序，和除去保護(hù)膜的保護(hù)膜除去工序。在制造圓錐狀或多角錐狀的散射體時，將除去保護(hù)膜的部分的形狀做成直徑在光波長以下的圓形或1邊在光波長以下的多角錐，在散射體形成工序中，在圓形孔中蒸鍍上直到這個圓形孔完全被堵塞那樣厚的金屬。此外，在上述的近場光探頭的制造工序中，可以除去膜形成工序，代替膜的刻蝕工序，加入刻蝕基片的基片刻蝕工序。
此外，在本發(fā)明的近場光探頭的制造中，也可以使用以具有在基片上形成金屬或電介質(zhì)或半導(dǎo)體等的膜的膜形成工序，用光刻法等除去這個膜的一部分的坑洼形成工序，形成保護(hù)膜的保護(hù)膜涂敷工序，除去形成散射體部分的保護(hù)膜的曝光顯影工序，在除去保護(hù)膜的部分上形成散射體的散射體形成工序，和除去保護(hù)膜的保護(hù)膜除去工序?yàn)樘卣鞯闹圃旆椒ā?br> 此外，在上述的制造工序中，代替除去膜的一部分的坑洼形成工序，可以加入用光刻法等在基片表面上直到形成坑洼的坑洼形成工序。
此外，也可以使用以具有在基片上形成金屬膜的金屬膜形成工序，在金屬膜上形成保護(hù)膜的保護(hù)膜涂敷工序，除去形成散射體部分周圍的保護(hù)膜的曝光顯影工序，在除去保護(hù)膜的部分上除去金屬膜的金屬膜刻蝕工序，和除去保護(hù)膜的保護(hù)膜除去工序?yàn)樘卣鞯姆椒▉碇圃臁?br> 此外，也可以使用以具有在基片上形成保護(hù)膜的保護(hù)膜涂敷工序，除去形成散射體部分周圍的保護(hù)膜的曝光顯影工序，形成散射體的金屬蒸鍍工序和除去保護(hù)膜的保護(hù)膜除去工序?yàn)樘卣鞯慕鼒龉馓筋^的方法進(jìn)行制造。
此外，用電介質(zhì)保護(hù)上述散射體的近場光探頭，通過以具有在形成散射體和它周圍的膜后，在其上形成電介質(zhì)膜的電介質(zhì)膜形成工序，為了使散射體前端露出表面，研磨電介質(zhì)膜的電介質(zhì)膜研磨工序?yàn)樘卣鞯闹圃旆椒ㄟM(jìn)行制造。
又，在將光導(dǎo)入本發(fā)明的近場光探頭時，必須使入射光的焦點(diǎn)位置與散射體的位置對準(zhǔn)，為此，利用以將入射到近場光探頭的光的一部分分離出來，將分離出來那部分光入射到在近場光發(fā)生源旁邊形成的用于調(diào)整焦點(diǎn)位置的圖案上，通過測定從那里反射的反射光的形狀，對入射光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整為特征的焦點(diǎn)位置自動調(diào)整方法。特別是，將從上述的用于調(diào)整焦點(diǎn)位置的圖案返回的光入射到凸透鏡和圓柱透鏡，通過測定這時的光束形狀的畸變，進(jìn)行與基片表面垂直的方向上的位置對準(zhǔn)；通過形成兩條寬度比光斑直徑小的細(xì)長的、方向上相互正交的溝槽作為用于調(diào)整焦點(diǎn)位置的圖案，并將入射光分成三束，將其中的一束光入射到近場光發(fā)生源，其余的兩束光入射到兩條溝槽的中心部分，對包含在從兩條溝槽反射的反射光圖案內(nèi)的兩個明亮部分的光量進(jìn)行比較，進(jìn)行與基片表面平行的方向上的位置對準(zhǔn)。
在將上述的近場光探頭應(yīng)用到可以交換光盤的光記錄/再生裝置上時，必須防止光盤表面的污染和擦傷。因此，本發(fā)明的光記錄/再生裝置的特征是將近場光探頭內(nèi)藏在保護(hù)記錄光盤的卡盤內(nèi)部。在卡盤的一角有旋轉(zhuǎn)軸，在這個旋轉(zhuǎn)軸上安裝一個臂，在這個臂上通過懸掛物安裝近場光探頭，使安裝有這個臂的旋轉(zhuǎn)軸與安裝了搭載光源和光檢測器的光讀寫頭的臂接合起來，光讀寫頭與近場光探頭連動，來自光探頭的光通過安裝在卡盤上的窗導(dǎo)入近場光探頭。為了使與上述的近場光探頭連接的臂和與光讀寫頭連接的臂結(jié)合起來，使用V形溝槽和半球狀凸起。此外，使用有圓錐或多角錐形狀的金屬突起，或在基片側(cè)面上形成的三角形或橢圓等的前端尖銳化形狀的金屬膜作為散射體時，為了提高分辨率和效率，可以在記錄光盤的記錄層下面設(shè)置金屬膜層。
因?yàn)楸景l(fā)明的近場光探頭用形狀為圓錐或多錐體或平面橢圓體或三角形的金屬散射體產(chǎn)生近場光，所以能夠產(chǎn)生非常強(qiáng)的近場光。此外，因?yàn)槭窃谏⑸潴w的周圍形成有膜厚與散射體的高度相同的金屬或電介質(zhì)或半導(dǎo)體等的膜，所以能夠在不破壞散射體的前提下使探頭高速地進(jìn)行掃描。此外，因?yàn)槟さ牟馁|(zhì)具有遮光性，通過使散射體與膜的間隔在光波長以下，能夠使背景光降低。
圖的簡單說明

圖1是表示本發(fā)明的近場光探頭的全體構(gòu)造的圖，(a)是斜視圖，(b)是截面圖。
圖2是表示本發(fā)明的金屬散射體的形狀的斜視圖，(a)圓錐體，(b)平面橢圓體，(c)三角形，(d)兩個頂點(diǎn)的曲率半徑比余下的一個頂點(diǎn)的曲率半徑大的三角形，(e)與周邊的膜接合的三角形。
圖3是表示本發(fā)明的金屬散射體的形狀的斜視圖，(a)在三角形的頂點(diǎn)近旁形成了金屬膜的，(b)在三角形的頂點(diǎn)近旁再形成一個三角形的。
圖4是表示本發(fā)明的近場光探頭的全體構(gòu)造的截面圖，(a)代替形成膜，在基片上形成的坑洼，(b)在散射體和膜之間埋入透明的電介質(zhì)，(c)代替形成膜，在基片上形成的坑洼，在散射體周邊形成透明的電介質(zhì)，(d)使與散射體之間沒有間隔那樣地形成電介質(zhì)膜。
圖5是光入射到三角形的金屬膜上時產(chǎn)生的近場光強(qiáng)度分布，(a)計算方法，(b)計算結(jié)果(畫出了與入射光強(qiáng)度之比)。
圖6是光入射到相對的2個三角形的金屬膜上時產(chǎn)生的近場光強(qiáng)度分布，(a)計算方法，(b)計算結(jié)果(畫出了與入射光強(qiáng)度之比)。
圖7是光入射到三角形的入射方法的斜視圖，(a)光只照射前端的方法，(b)使在金屬膜上產(chǎn)生表面等離子體激元那樣地入射光的方法。
圖8(a)在基片側(cè)面上形成了三角形的膜的探頭的斜視圖，(b)在斜削的基片側(cè)面上形成了三角形的膜的探頭的斜視圖。
圖9是表示光入射到本發(fā)明的近場光探頭的入射方法的截面圖，(a)用放置在外部的透鏡會聚光的方法，(b)將基片做成半球狀，(c)在基片上形成全息透鏡，(d)使?jié)M足光的全反射條件那樣地入射光。
圖10是在光諧振器端面上形成金屬散射體的截面圖。
圖11是在半導(dǎo)體激光器的端面上形成金屬散射體的截面圖。
圖12是表示近場光光纖探頭的制造工序的示意圖，表示(a)形成膜的步驟，(b)涂敷保護(hù)膜的步驟，(c)曝光，顯影步驟，(d)膜的刻蝕步驟，(e)形成散射體的步驟，(f)除去保護(hù)膜的步驟。
圖13是表示形成有圓錐或多角錐形狀的散射體的方法的示意圖。
圖14是表示近場光光纖探頭的制造工序的示意圖，表示(a)形成膜的步驟，(b)形成坑洼的步驟，(c)涂敷保護(hù)膜的步驟，(d)曝光，顯影步驟，(e)形成散射體的步驟，(f)除去保護(hù)膜的步驟。
圖15是表示近場光光纖探頭的制造工序的示意圖，表示(a)形成金屬膜的步驟，(b)涂敷保護(hù)膜的步驟，(c)曝光，顯影步驟，(d)金屬膜的刻蝕步驟，(e)除去保護(hù)膜的步驟。
圖16是表示近場光光纖探頭的制造工序的示意圖，表示(a)涂敷保護(hù)膜的步驟，(b)曝光，顯影步驟，(c)蒸鍍金屬的步驟，(d)除去保護(hù)膜的步驟。
圖17是用透明的電介質(zhì)包裹散射體周邊的探頭的制造工序的示意圖，表示(a)形成電介質(zhì)膜的步驟，(b)研磨電介質(zhì)膜的步驟。
圖18是表示自動焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)方法的示意圖。
圖19是表示在自動焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)方法中用于位置調(diào)節(jié)的標(biāo)志與光束的關(guān)系和探測器與光束的關(guān)系的示意圖，表示(a)在探頭上形成的標(biāo)志的形狀與光束的位置關(guān)系，(b)探測器的形狀和焦點(diǎn)位置對準(zhǔn)時在探測器上的光束形狀，(c)對于探頭的基片面在水平方向上光束的位置偏離時在探測器上的光束形狀，(d)在對于探頭的基片面于垂直方向上光束的位置偏離時在探測器上的光束形狀。
圖20是表示將本發(fā)明的近場光探頭應(yīng)用于光記錄/再生裝置時的裝置構(gòu)成的斜視圖，表示(a)全體的構(gòu)成，(b)光學(xué)系統(tǒng)。
圖21是表示內(nèi)藏近場光探頭的光盤卡盤的圖，(a)表示全體構(gòu)成的斜視圖，(b)截面圖，(c)表示用于將卡盤內(nèi)部的臂和卡盤外部的臂結(jié)合起來的V形溝槽和半球突起的斜視圖。
圖22是表示使用有金屬膜的光盤的近場光記錄/再生方法的圖，(a)用有圓錐狀的金屬散射體的探頭情形的截面圖，(b)用在基片側(cè)面上有三角形的膜的探頭情形的斜視圖。
下面說明本發(fā)明的具體的實(shí)施形態(tài)。
本發(fā)明的近場光探頭，如圖1所示，是由有光透過性的基片11，有圖2或圖3那樣的形狀的金屬散射體12，在金屬散射體周圍形成的由金屬，電介質(zhì)，半導(dǎo)體等組成的膜13構(gòu)成的?；?1例如是由石英制成的，散射體12例如是由金或銀制成的。此外，膜13例如是由金，銀，鈦或硅制成的。
散射體12的作用是產(chǎn)生強(qiáng)的近場光，被透鏡等聚光的光14入射到如圖1(b)所示的基片上，照射散射體12。這時，光14由于散射體12發(fā)生散射，在散射體近旁產(chǎn)生有高空間頻率成分的近場光。因?yàn)樯⑸潴w的散射效率越高，近場光強(qiáng)度越大，所以在有高散射效率的金屬散射體近旁產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。
在散射體接近樣品15近旁時，膜13起著防止散射體與樣品表面發(fā)生碰撞受到破壞的作用。所以，必須使膜13的厚度h1和散射體12的高度h1相等。又，為了這樣地防止散射體的破壞，代替形成膜，可以如圖4(a)所示，通過在基片上挖下只與散射體高度h1相等的深度h3，形成坑洼21，在坑洼21中形成散射體。此外進(jìn)一步，可以如圖4(b),(c)所示，在膜和散射體之間的空間，或在基片上形成的坑洼中埋入電介質(zhì)22。通過這樣做，可以進(jìn)一步減少散射體破壞的概率。
在形成上述的膜13時，希望用金屬或半導(dǎo)體等有遮光性的物質(zhì)(反射或吸收光的物質(zhì))作材料，并且散射體和膜的間隔S1在數(shù)百nm以下。例如用金，鈦或硅作材料，間隔S1為50nm。這樣由于膜是用有遮光性的物質(zhì)做成的，在測定樣品的形狀和光學(xué)特性及在光記錄/再生裝置上再生記錄標(biāo)志時，也能夠提高圖像和再生信號的對比度。即，當(dāng)光照射散射體12時，因?yàn)檠苌錁O限光束直徑不可能小到與散射體同樣程度。所以，光的一部分沒有受到散射作為背景光入射到樣品15上。結(jié)果，在入射到樣品的光中有低次的空間頻率成分的光的比例增大，圖像和再生信號的對比度下降。這里，由于使散射體12和膜13的距離S1在光波長以下那樣地形成有遮光性的膜，沒有照射到散射體12的光被反射或吸收，就能夠降低入射到樣品15上的背景光的光量。
又，膜的材質(zhì)是金屬時，必須設(shè)置散射體和金屬的間隔，可是膜的材質(zhì)是金屬以外的電介質(zhì)等時，如圖4(d)所示，可以使膜23和散射體12連接起來那樣地形成膜。
上述的散射體12的形狀，為圖2(a)所示的圓錐或多角錐。光入射到這個散射體時，在頂點(diǎn)61近旁產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。頂點(diǎn)61的曲率半徑，高度h6和底面寬度(直徑)d1，例如可以是頂點(diǎn)的曲率半徑為20nm，高度為100nm和底面寬度為100nm。頂點(diǎn)的曲率半徑在50nm以下也是可以的，可是為了得到高的分辨率希望頂點(diǎn)的曲率半徑小。高度和底面寬度可以在數(shù)百nm以下，可是為了激發(fā)后面所述的等離子體激元，希望對頂點(diǎn)的曲率半徑，高度和底面寬度之比進(jìn)行調(diào)整。
散射體的形狀可以如圖2(b)所示為平面橢圓體(包括圓在內(nèi))。長軸和短軸的長度及厚度，例如，長軸的長度為150nm，短軸的長度為50nm，厚度為40nm。長軸和短軸的值可以在數(shù)百nm以下，厚度可以在100nm以下，可是希望這些值的比符合后面所述的等離子體激元的激發(fā)條件。光入射到這個平面橢圓體的膜時，在與光的偏振方向63平行的軸上的平面橢圓體的頂點(diǎn)62處產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。特別是，為了產(chǎn)生強(qiáng)的近場光，希望光的偏振方向和橢圓的長軸平行。
散射體的形狀可以如圖2(c)所示為膜狀的三角形70。三角形的一個頂點(diǎn)64的曲率半徑和厚度，例如，頂點(diǎn)的曲率半徑為15nm，厚度為30nm。頂點(diǎn)的曲率半徑可以在100nm以下，厚度可以在100nm以下。希望頂點(diǎn)的尖角符合后面所述的等離子體激元的激發(fā)條件。當(dāng)光向著在光的偏振方向63進(jìn)行尖銳化的頂點(diǎn)64照射時，因?yàn)殡娮蛹性诩怃J地尖銳化的頂點(diǎn)64近旁，在那里產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。用FDTD法(Journal of Optical Society of America A,Vol.12,No.9,p1974-1983,1995)計算在光入射到膜狀三角形上時，金屬膜近旁產(chǎn)生的近場光分布的結(jié)果表示在圖5中。在這個計算中，如圖5(a)所示，解析區(qū)域403的大小在x,y,z各個方向上為0.3×0.2×2.6μm，三角形膜的材質(zhì)是金，膜厚=30nm，前端曲率半徑=25nm，尖角q0=20°。入射波402是波長為650nm的平面波，這個波是放置在離開膜1個波長的位置上的波源401產(chǎn)生的(L2=650nm)。入射波的偏振方向在圖中的x軸方向。關(guān)于解析區(qū)域的邊界條件，在與x軸，y軸垂直的面上用周期邊界條件，在與z軸垂直的面上用吸收邊界條件。金屬膜和邊界的間隔(L3)為1個波長，波源和邊界的間隔為1個波長。使用網(wǎng)格數(shù)在x,y,z各個方向上為60×50×60，在三角形膜的頂點(diǎn)附近間隔變小的不均勻的網(wǎng)格，在三角形膜的頂點(diǎn)附近的網(wǎng)格間隔為2.5nm，時間分割的寬度為1×10-18秒，反復(fù)計算的次數(shù)為15000次。圖5(b)的計算結(jié)果表示近場光強(qiáng)度密度(Inear)和入射光的強(qiáng)度密度(Iin)之比。這樣在頂點(diǎn)64附近產(chǎn)生強(qiáng)的光場，它的強(qiáng)度的最大值與入射光之比約為750倍。半值寬度在x,y方向上分別為15nm,45nm。又，作為金屬用其它的金屬也可以，例如用銀的時候也得到同樣的強(qiáng)度分布，強(qiáng)度最大值和入射光之比約為590倍。此外，可以認(rèn)為有上述橢圓形狀的金屬膜的頂點(diǎn)附近的近場光分布也與從形狀類似的情況得到的結(jié)果相同。
上述的三角形的長度L1在光波長以下時(例如L1=200nm)，在尖銳化的頂點(diǎn)以外的頂點(diǎn)65近旁也產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。因此希望使三角形的長度L1，例如比1μm等的光波長大，如圖7(a)所示光只照射尖銳化的頂點(diǎn)64。或者，為了使在頂點(diǎn)64以外的其它兩個頂點(diǎn)上近場光強(qiáng)度小，如圖2(d)所示也可以增大其它兩個頂點(diǎn)68的曲率。這時，三角形的長度L1可以在光波長以下。例如，如果頂點(diǎn)64的曲率半徑為10nm，則頂點(diǎn)68的曲率半徑在50nm以上，長度L1約為30nm。通過這樣做，因?yàn)殡娮酉蝽旤c(diǎn)68集中的程度變小，在那里產(chǎn)生的近場光強(qiáng)度變?nèi)?。此外，如圖2(e)所示，三角形形狀的散射體70可以和它周圍的膜13接合。這時，接合部分71的曲率可以比頂點(diǎn)64的曲率半徑大。這時，三角形的長度L1可以在光波長以下。例如，如果頂點(diǎn)64的曲率半徑為10nm，則接合部分71的曲率半徑在50nm以上，長度L1約為300nm。
作為散射體，如圖3(a)所示，也可以用在有平面橢圓體或三角形等前端尖銳化形狀的金屬膜81的頂點(diǎn)82近旁形成了別的金屬膜83的。例如，形成頂點(diǎn)的曲率半徑為15nm，厚度為30nm的三角形膜，與三角形的頂點(diǎn)的間隔S2為5nm那樣地形成有長方形形狀的厚度為30nm的膜。三角形頂點(diǎn)的曲率半徑可以在100nm以下，厚度可以在100nm以下。希望頂點(diǎn)的尖角-合后面所述的等離子體激元的激發(fā)條件。長方形膜的厚度與三角形膜的厚度相同。間隔S2可以在數(shù)10nm以下，可是為了得到高的分辨率希望間隔S2小。入射光的偏振方向如箭頭63所示，指向頂點(diǎn)82，照射在頂點(diǎn)82和膜83之間。這時，在頂點(diǎn)82和金屬膜上各自產(chǎn)生偶極子，由于這些偶極子相互作用，在頂點(diǎn)82和金屬膜83之間產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。
特別是希望金屬膜83的形狀是，如圖3(b)所示，與金屬膜81相同有平面橢圓體或三角形那樣的前端尖銳化形狀的膜84。各個頂點(diǎn)82,83相互接近地配置。例如各個頂點(diǎn)之間的間隔S1為5nm那樣地形成頂點(diǎn)的曲率半徑為15nm，厚度為30nm的兩個三角形。各個三角形頂點(diǎn)的曲率半徑可以在100nm以下，厚度可以在100nm以下，頂點(diǎn)的間隔S3在數(shù)10nm以下，可是為了得到高的分辨率希望它們小。入射光的偏振方向如箭頭63所示，指向頂點(diǎn)82。通過這樣做，因?yàn)樵趦蓚€金屬膜上各自產(chǎn)生非常大的偶極子，所以由于這些偶極子相互作用的結(jié)果，在兩個頂點(diǎn)之間產(chǎn)生非常強(qiáng)的近場光。光入射到相對的兩個三角形上時，用FDTD法計算得到的在這個金屬膜近旁產(chǎn)生的近場光分布的結(jié)果表示在圖6中。在這個計算中，如圖6(a)所示，解析區(qū)域403的大小在x,y,z各個方向上為0.3×0.2×2.6μm，三角形膜的材質(zhì)是金，膜厚=30nm，前端曲率半徑=25nm，尖角q0=20°。入射波402是波長為780nm的平面波，這個波是放置在離開膜1個波長的位置上的波源401產(chǎn)生的(L2=780nm)。入射波的偏振方向在圖中的x軸方向。關(guān)于解析區(qū)域的邊界條件，在與x軸，y軸垂直的面上用周期邊界條件，在與z軸垂直的面上用吸收邊界條件。金屬膜和邊界的間隔(L3)為1個波長，波源和邊界的間隔為1個波長。使用網(wǎng)格數(shù)在x,y,z各個方向上為60×50×60，在三角形膜的頂點(diǎn)附近，間隔變小的不均勻的網(wǎng)格，在三角形膜的頂點(diǎn)附近的網(wǎng)格間隔為2.5nm，時間分割的寬度為1×10-18秒，反復(fù)計算的次數(shù)為15000次。圖6(b)表示近場光強(qiáng)密度(Inear)和入射光的光強(qiáng)密度(Iin)之比的分布。這樣在頂點(diǎn)82和85的間隔中產(chǎn)生強(qiáng)的光場，它的強(qiáng)度的最大值與入射光之比約為5700倍。半值寬度在x,y方向上都是5nm。又，作為金屬也可以用其它的金屬，例如用銀的時候也得到同樣的強(qiáng)度分布，強(qiáng)度最大值和入射光之比約為5500倍。
作為上述的散射體，用由金屬形成的尺寸為毫微米的圓錐體，多角錐體，橢圓，或三角形的膜時，也可以通過在這個散射體內(nèi)部激發(fā)起局域的等離子體激元，使在這個散射體近旁產(chǎn)生的近場光的強(qiáng)度增大。局域的等離子體激元，如在尺寸在光波長以下的橢圓體或前端曲率半徑在光波長以下那樣地尖銳化的金屬突起物(圓錐體的頂點(diǎn)和橢圓或三角形的膜的頂點(diǎn)與它相當(dāng))內(nèi)產(chǎn)生的電子的諧振狀態(tài)中，產(chǎn)生局域的等離子體激元則在這個金屬近旁產(chǎn)生非常強(qiáng)的光場。局域的等離子體激元是由特定波長的光激發(fā)的，它的諧振波長由金屬的種類，形狀，激發(fā)光的偏振方向決定。所以，希望使諧振波長與激發(fā)光源的波長接近那樣地設(shè)定這些參數(shù)。例如，散射體的形狀能夠近似成球形時，在金屬是金的情形中，在諧振波長520nm處散射體近旁的近場光強(qiáng)密度是入射光的光強(qiáng)密度的30倍，在金屬是銀的情形中，在諧振波長350nm處散射體近旁的近場光強(qiáng)密度是入射光的光強(qiáng)密度的480倍。此外，散射體的形狀能夠與長軸∶短軸=3∶1的旋轉(zhuǎn)橢圓體近似時，在金屬是金的情形中，在諧振波長650nm處散射體近旁的近場光強(qiáng)密度是入射光的光強(qiáng)密度的6500倍，在金屬是銀的情形中，在諧振波長500nm處散射體近旁的近場光強(qiáng)密度是入射光的光強(qiáng)密度的105倍。但是，在金屬的形狀為橢球體的情形中，假定激發(fā)光的偏振方向與橢圓的長軸方向平行。在金屬的形狀為球的情形中，因?yàn)槭侵行膶ΨQ的，所以偏振方向是任意的。從這個計算結(jié)果，可以清楚地看到在有橢圓形狀的金屬膜近旁產(chǎn)生非常強(qiáng)的近場光。因?yàn)槟軌蛘J(rèn)為圓錐體或三角形的頂點(diǎn)的形狀也與長軸和短軸的長度比大的橢圓近似，所以通過使這個形狀和材質(zhì)最佳化，能夠期待有與橢圓同等程度的電場增強(qiáng)。
在將散射體的形狀做成三角形的情形中，也可以將光照射在金屬膜上來激發(fā)表面等離子體激元波。因此，如圖7(b)所示，當(dāng)光的偏振方向與光的入射面平行(p偏振)時，使表面等離子體激元波的波數(shù)k3與入射光的波數(shù)矢量k1的面方向成分k2一致地調(diào)整入射角q1。例如在金屬是由金做成，膜的厚度為40nm時，q1=44.5°。三角形的長度L1在例如為數(shù)μm等的光波長以上，使光點(diǎn)的位置在金屬膜上，光的入射面的方向與表面等離子體激元波向頂點(diǎn)64行進(jìn)的方向重合。通過這樣做，在在金屬膜上生成的表面等離子體激元波聚集在尖銳化頂點(diǎn)64上，在頂點(diǎn)64近旁產(chǎn)生強(qiáng)的近場光。
此外，用有平面橢圓體或三角形等的前端尖銳化形狀的金屬膜作散射體時，如圖8(a)所示，也可以在基片側(cè)面94上形成這個金屬膜91。產(chǎn)生強(qiáng)的近場光的頂點(diǎn)92與基片底面93接合?；瑐?cè)面94可以如圖8(b)所示發(fā)生傾斜。這時，能夠使光在與底面93垂直的方向上入射。此外，為了保護(hù)金屬膜，可以在金屬膜上復(fù)蓋透明的電介質(zhì)。
將會聚的光束14入射到上述的散射體12上，例如如圖9所示的那樣進(jìn)行。在圖9(a)的例子中，光通過放置在基片附近的物鏡31聚光起來，入射到散射體12上。在圖9(b)的例子中，基片32的形狀為半球狀，使通過物鏡31會聚起來的光入射到這個基片32上。通過這樣做，可以提高透鏡的NA，能夠使焦點(diǎn)處的光束直徑比圖9(a)進(jìn)一步減小。在圖9(c)的例子中，在基片上形成全息透鏡等的光會聚機(jī)構(gòu)33，向基片入射的平行光在散射體12成為會聚的光束。在圖9(d)的例子中，將基片做成半球棱鏡或直角棱鏡等，會聚的光在散射體12的部分基片表面上發(fā)生全反射。通過這樣做，使入射到樣品的背景光的光量降低。
也可以在光諧振器的端面上形成散射體12。例如，如圖10所示，在基片11上形成金屬膜等有光反射性的膜，接著，形成電介質(zhì)等有光透過性的膜，其厚度t4為t4×n4=N×λ/2(n4電介質(zhì)折射率，λ=光波長，N=1以上的整數(shù))。在這上面形成散射體12和有反射性的膜13。因?yàn)橥ㄟ^這樣制作的諧振器構(gòu)造，能夠提高入射到散射體12的光電場強(qiáng)度，所以，能夠增強(qiáng)在散射體近旁產(chǎn)生的近場光強(qiáng)度。
此外，也可以在圖11那樣的激光器51的活性層52上的激光出射口上形成散射體12。半導(dǎo)體激光器可以是面發(fā)射型的。用了這種激光器，與在上述的諧振器端面上形成散射體一樣可以增強(qiáng)近場光強(qiáng)度，同時沒有必要用透鏡了。
可以如下地制作上述那樣的近場光探頭。
首先，如圖12(a)所示，用真空蒸鍍器或?yàn)R射裝置等在基片101上形成金屬，電介質(zhì)，半導(dǎo)體等的膜102。膜的厚度與要形成的散射體的高度相同(膜的形成)。
其次，如圖12(b)所示，在膜的上面涂敷上正型的電子射線用的保護(hù)層103。然后，如圖12(c)所示，用電子射線曝光裝置對要形成散射體的部分104進(jìn)行曝光，通過放入顯影液中將它除去。
其次，如圖12(d)所示，除去被曝光部分104的膜102。用刻蝕溶液除去膜。例如在金屬膜是用金形成的情形中，用王水進(jìn)行刻蝕。這時，如果刻蝕時間長，因?yàn)榭涛g液通過四周進(jìn)入保護(hù)層的下面，使比被曝光的部分104大的部分除去了。這個四周進(jìn)入的長度s3與圖1(b)中的散射體和膜的間隔s1相當(dāng)。為了膜的除去也可以用等離子體刻蝕裝置。但是，因?yàn)樵谶@種情形中不發(fā)生由于四周進(jìn)入引起的刻蝕，所以s3變成0。因此，能夠制作如圖4(d)所示的散射體和膜連接起來那樣的探頭。
其次，如圖12(e)所示，用真空蒸鍍器堆積金屬。由此，在除去了保護(hù)層的部分104上堆積金屬，形成散射體105(散射體形成工序)。
最后，放入保護(hù)層的剝離液中。用剝離液除去保護(hù)層和堆積在它上面的金屬膜106，制成如圖12(f)所示的有散射體105和膜102的探頭。
在制作如圖2(a)所示的圓錐形散射體的情形中，在上述的曝光工序中圓形地曝光保護(hù)層(半徑在光波長以下)。這時，在上述的散射體形成工序中在保護(hù)膜103上堆積金屬膜106時，因?yàn)殡S著金屬膜106的厚度的增加，在保護(hù)層上打開的小孔104的內(nèi)側(cè)也有金屬從四周進(jìn)入，所以小孔的大小會逐漸地變小。因此，通過進(jìn)行金屬膜的堆積直到小孔填滿為止，能夠形成圖13所示的圓錐形的散射體111。
為了如圖4(a)和(c)所示，在基片上坑洼處形成金屬散射體，不用最初的膜形成工序，將保護(hù)層直接涂敷在基片上，代替膜的刻蝕工序，加入刻蝕基片的基片刻蝕工序。這時，如果使用石英等沒有導(dǎo)電性的材料作為基片，則在用電子射線進(jìn)行曝光時，為了防止基片帶電致使制作的圖案擴(kuò)大，在涂敷保護(hù)層前用濺射法或真空蒸鍍法在基片上形成厚度在數(shù)10nm以下的有導(dǎo)電性的透明膜，例如ITO等。
也可如下制作上述的近場光探頭。
首先，如圖14(a)所示，用真空蒸鍍器或?yàn)R射裝置等在基片101上形成金屬，電介質(zhì)，半導(dǎo)體等的膜102。膜的厚度與形成的散射體的高度相同。
其次，如圖14(b)所示，用光刻法或電子射線刻蝕法除去要形成散射體部分的膜123。
其次，如圖14(c)所示，涂敷正型的電子射線的保護(hù)層，如圖14(d)所示，用電子射線曝光裝置對要形成散射體的部分125進(jìn)行曝光。曝光后，通過放入顯影液中將被曝光的部分125的保護(hù)層除去。
其次，如圖14(d)所示，用真空蒸鍍器在保護(hù)膜上堆積金屬。通過這樣做，在除去了保護(hù)層的部分125上形成散射體105。
最后，通過放入保護(hù)層的剝離液中，除去保護(hù)膜124和在它上面形成的金屬膜127。
為了如圖4(a)和(c)所示，在基片上坑洼處形成金屬散射體，不用最初的膜形成工序，加入用光刻法等在基片表面上直接形成坑洼的工序。
此外，也可如下制作上述的近場光探頭。
首先，如圖15(a)所示，用真空蒸鍍器或?yàn)R射裝置在基片101上形成金屬，電介質(zhì)，半導(dǎo)體等的膜102。膜的厚度與形成的散射體的高度相同。
其次，如圖15(b)所示，在膜102上涂敷正型的電子射線保護(hù)層，然后，如圖15(c)所示，用電子射線曝光裝置對與在圖1上的散射體12和膜13之間的部分16相當(dāng)?shù)牟糠?34進(jìn)行曝光。曝光后，通過放入顯影液中將被曝光的部分134的保護(hù)層除去。
其次，如圖15(d)所示，用刻蝕溶液或等離子刻蝕等除去已經(jīng)除去了保護(hù)膜的部分134的膜102。
最后，如圖15(e)所示，除去保護(hù)膜133。
此外，也可用負(fù)型保護(hù)膜，如下制作上述的近場光探頭。
首先，如圖16(a)所示，在基片101上涂敷負(fù)型保護(hù)層141。如果使用石英等沒有導(dǎo)電性的材料作為基片，則在用電子射線進(jìn)行曝光時，為了防止基片帶電致使圖案擴(kuò)大，在涂敷保護(hù)層前在基片上形成有導(dǎo)電性的透明膜，例如ITO等(厚度例如在數(shù)10nm)。
其次，如圖16(b)所示，通過用電子射線曝光，除去與在圖1上的散射體12和膜13之間的部分16相當(dāng)?shù)牟糠?42以外的保護(hù)層。
其次，如圖16(c)所示，用真空蒸鍍器堆積金屬。通過這樣做，形成散射體105和它四周的膜144。
最后，如圖16(d)所示，通過放入保護(hù)層的剝離液中，除去保護(hù)膜142和堆積在它上面的金屬膜143。
又，如圖4(b)和(c)所示，如下制作用電介質(zhì)22保護(hù)散射體12的近場光探頭。
首先，如圖17(a)所示，用真空蒸鍍器或?yàn)R射裝置在散射體12和它四周的膜13上形成電介質(zhì)膜151。
其次，如圖17(b)所示，通過用研磨劑研磨散射體12和它四周的膜13之間22以外的部分除去這些部分。作為研磨劑，例如可以用金剛石膏劑，氧化鋁膏劑或二氧化硅膏劑。
在使上述的近場光探頭接近樣品，對樣品進(jìn)行掃描時，要按照樣品的凹凸變動探頭的位置。特別是，應(yīng)用于光記錄/再生裝置時，由于光盤的傾斜和歪扭，探頭的位置會發(fā)生很大的變動。結(jié)果，入射到探頭的光的位置發(fā)生偏移，照射金屬散射體的光量發(fā)生變動。為了防止這種情況的發(fā)生，必須有使入射光的焦點(diǎn)位置總是與金屬散射體的位置對準(zhǔn)的自動調(diào)整機(jī)構(gòu)。其方法如下所示。
如圖18所示，用光柵或渥拉斯頓棱鏡等1604將平行光束1600分成兩條以上的光束。在探頭上，在散射體的旁邊設(shè)置用于焦點(diǎn)對準(zhǔn)的標(biāo)志，分開的光束中的一條照射散射體1609，其它的光束照射用于焦點(diǎn)對準(zhǔn)的標(biāo)志。通過測定照射在用于焦點(diǎn)對準(zhǔn)的標(biāo)志上又反射回來的光束的形狀對焦點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
具體地說，如下構(gòu)成該裝置。如圖19(a)所示，在散射體1702的旁邊，設(shè)置兩條寬度比光斑直徑小，深度為λ/8n(λ光波長，n基片的折射率)的細(xì)長的溝槽(1701,1703)。這兩條溝槽在方向上相互正交。用光柵或渥拉斯頓棱鏡等將光束分成三條，其中的一條1705照射散射體1702，其余的兩條1704,1706照射溝槽1701,1703的中心。用光束分裂器1603將這3條光束的反射光與入射光分離后，通過凸透鏡1605和圓柱透鏡1606后，入射到探測器1607。探測器1607有3個受光面，如圖19(b)所示，外側(cè)的受光面中的1個1707被分割成4部分，另一方的外側(cè)的受光面1703被分割成2部分。
如下進(jìn)行使與基片面平行的方向上的位置對準(zhǔn)的操作。在受光面1707,1708,1709上的光束的形狀成為1710,1711,1712那樣。中心的光束1711是來自散射體的反射光，它旁邊的光束1710,1712是來自溝槽的反射光。來自溝槽的反射光的圖案，由于在溝槽處發(fā)生的衍射光的干涉，有圖19(b)所示的2個明亮部分。在焦點(diǎn)位置對準(zhǔn)時，這2個部分的亮度成為相互相等，可是在焦點(diǎn)位置發(fā)生偏離時，如圖19(c)所示那樣地在2個部分的亮度中產(chǎn)生差別。所以，通過使2個部分的亮度相等那樣地進(jìn)行控制，能夠使焦點(diǎn)位置對準(zhǔn)(使來自探測器的信號(A+C)-(B+D)=0和E-F=0那樣地進(jìn)行控制)。
使與基片面垂直的方向上的位置對準(zhǔn)，例如在用無球面像差方式，將圓柱透鏡等不發(fā)生球面像差的光學(xué)部品插入探測光學(xué)系統(tǒng)，使焦點(diǎn)位置對準(zhǔn)的情形中，使在探測器上形成最小模糊圈那樣地進(jìn)行調(diào)整，在焦點(diǎn)對準(zhǔn)時返回光的形狀如圖19(b)所示成為圓的形狀。但是焦點(diǎn)位置偏離時，因?yàn)榉祷毓馐遣黄叫泄?，通過凸透鏡1605和圓柱透鏡1606的光的形狀如圖19(d)所示成為橢圓的形狀。所以，通過使光束的形狀成為圓的形狀那樣地進(jìn)行控制，能夠使焦點(diǎn)位置對準(zhǔn)(使來自探測器的信號(A+D)-(B+D)=0那樣地進(jìn)行控制)。
將上述的近場光探頭用于光記錄/再生裝置的應(yīng)用例如圖20(a)所示。近場光探頭搭載在搭載物鏡，光源，探測器等的光讀寫頭1802上。使這個光讀寫頭接近光盤1801。光讀寫頭用支架致動器1803，在光盤的半徑方向上移動。光讀寫頭內(nèi)部的光學(xué)系統(tǒng)如圖20(b)那樣地構(gòu)成。用半導(dǎo)體激光器1809作光源，將出射光射到準(zhǔn)直儀透鏡1810上，用光束整形棱鏡1811使光束成為圓形的平行光束。這個光束通過用于焦點(diǎn)對準(zhǔn)的光柵1812，偏振光束分裂器1813,1/4波長片，反光鏡1801，物鏡1807后，入射到近場光探頭1804。用致動器1808調(diào)整物鏡的位置。此外，為了跟蹤，用致動器1806微調(diào)近場光探頭的位置。近場光探頭1804安裝在懸掛物1805上，依靠這個懸掛物的力壓在光盤1801上。用偏振光束分裂器1813將來自光探頭的反射光與入射光分離，反射光通過聚光透鏡1815和用于位置對準(zhǔn)的圓柱透鏡1816后，入射到探測器1817。
在以上的記錄裝置中，因?yàn)橛涗泴勇冻鲈谟涗浌獗P表面上，所以從光讀寫頭1802取出光盤1801進(jìn)行搬運(yùn)時，由于擦傷或污染了光盤就會發(fā)生不能再生記錄數(shù)據(jù)的危險。為了防止這種情形的發(fā)生，如圖21所示，將光盤1801和近場光探頭1804收納在卡盤1900內(nèi)，可以使光盤表面和近場光探頭與外界空氣隔斷。例如，如圖21(b)所示，將臂1904安裝在設(shè)置在卡盤角上的旋轉(zhuǎn)軸上，將懸掛物1805和近場光探頭1804安裝在這個臂上。通過使旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使臂1904移動進(jìn)行跟蹤。將包含光源和探測器的光讀寫頭主體1903放置在卡盤外面，來自光讀寫頭主體的光1902通過透明的窗1901，導(dǎo)入近場光探頭1804。這時，光1902成為平行光，如圖9(c)所示，用在近場光探頭上形成的聚光機(jī)構(gòu)對入射到近場光探頭的光進(jìn)行聚光。光讀寫頭主體1903安裝在由旋轉(zhuǎn)致動器1908驅(qū)動的臂1907上，這個臂與近場光探頭連接的旋轉(zhuǎn)軸1905接合。因此，光讀寫頭主體和近場光探頭連動。如圖21(c)所示，用V形溝槽1909和半球狀的突起1910使與近場光探頭連接的旋轉(zhuǎn)軸1905和安裝有光讀寫頭主體的臂1907高精度地接合起來。即，將V形溝槽1909安裝在旋轉(zhuǎn)軸1905的上部，將半球狀的突起1910安裝在光讀寫頭主體的臂1907的下部。通過將半球狀的突起1910壓在V形溝槽1909上，使光讀寫頭主體的臂1907與旋轉(zhuǎn)軸1905接合起來。
在用有圖2(a)那樣的圓錐狀的金屬散射體的近場光探頭或如圖8那樣的在基片側(cè)面上有三角形或平面橢圓體等的前端尖銳化形狀的金屬膜的近場光探頭的情形中，如圖22(a)和(b)所示，也可以將金屬層設(shè)置在光盤中的記錄層的下面。例如，在光盤基片2003上形成金或銀等的金屬層2001，在其上再形成厚度約5nm的相變化媒體等的記錄膜層2000。這樣，在光盤中形成金屬膜時，由于在金屬散射體12上產(chǎn)生的偶極子和在金屬膜2001中產(chǎn)生的偶極子相互作用，能夠增強(qiáng)金屬散射體前端和金屬膜之間的近場光強(qiáng)度。所以能夠提高效率。
權(quán)利要求
1．近場光探頭，其特征在于，在基片上有其軸與基片表面垂直的圓錐或多角錐形狀的金屬散射體。
2．近場光探頭，其特征在于，在基片上有長軸和短軸的長度及厚度在光波長以下的平面橢圓體形狀的金屬散射體。
3．近場光探頭，其特征在于，在基片上有厚度和頂點(diǎn)的曲率半徑在光波長以下的三角形形狀的金屬散射體。
4．權(quán)利要求3記載的近場光探頭，其特征在于，在上述三角形的3個頂點(diǎn)內(nèi)，兩個頂點(diǎn)的曲率半徑比余下的一個頂點(diǎn)的曲率半徑大。
5．權(quán)利要求3記載的近場光探頭，其特征在于，將上述平面上三角形和它周圍的膜接合，作為接合部分的一部分的孔的曲率半徑比三角形頂點(diǎn)的曲率半徑大。
6．近場光探頭，其特征在于，在基片上有前端經(jīng)過尖銳化的形狀的金屬膜和任意形狀的金屬膜，尖銳化的頂點(diǎn)與另一個金屬膜的間隔為數(shù)10nm。
7．近場光探頭，其特征在于，在基片上有前端經(jīng)過尖銳化的形狀的兩個金屬膜，各自頂點(diǎn)的間隔為數(shù)10nm。
8．權(quán)利要求1到7之任一項(xiàng)記載的近場光探頭，其特征在于，在上述散射體的周邊有膜厚與散射體的高度相同的金屬膜或電介質(zhì)膜或半導(dǎo)體膜。
9．權(quán)利要求8記載的近場光探頭，其特征在于，上述膜有遮光性，散射體和它周圍的膜的間隔在光波長以下。
10．權(quán)利要求1到7之任一項(xiàng)記載的近場光探頭，其特征在于，在基片表面上形成深度與散射體的高度相等的坑洼，在這個坑洼中形成金屬的散射體。
11．權(quán)利要求8到10之任一項(xiàng)記載的近場光探頭，其特征在于，在上述散射體和它周圍的膜之間或在基片表面上形成的坑洼的空間內(nèi)埋入有光透過性的材料。
12．權(quán)利要求1到11之任一項(xiàng)記載的近場光探頭，其特征在于，上述的基片是半球狀的。
13．權(quán)利要求1到11之任一項(xiàng)記載的近場光探頭，其特征在于，在上述的基片上設(shè)置聚光元件。
14．權(quán)利要求13記載的近場光探頭，其特征在于，上述的聚光元件是全息透鏡。
15．權(quán)利要求1到11之任一項(xiàng)記載的近場光探頭，其特征在于，在光諧振器的端面上形成上述的金屬散射體。
16．權(quán)利要求1到11之任一項(xiàng)記載的近場光探頭，其特征在于，在半導(dǎo)體激光器的出射口端面上形成上述的金屬散射體。
17．近場光探頭，其特征在于，在基片側(cè)面或斜削的基片側(cè)面上形成有平面橢圓體或三角形等的前端尖銳化形狀的金屬膜，使得尖銳化的頂點(diǎn)與樣品表面接觸。
18．權(quán)利要求17記載的近場光探頭，其特征在于，用透明的電介質(zhì)復(fù)蓋上述的基片側(cè)面上形成的金屬膜。
19．近場光學(xué)顯微鏡，其特征在于，使用權(quán)利要求1到18之任一項(xiàng)記載的近場光探頭。
20．光記錄/再生裝置，其特征在于，使用權(quán)利要求1到18之任一項(xiàng)記載的近場光探頭。
21．近場光學(xué)顯微鏡和光記錄/再生裝置，其特征在于，使用將入射到近場光探頭的光的一部分分離出來，將分離出來那部分光入射到在近場光發(fā)生源的旁邊形成的用于調(diào)整焦點(diǎn)位置的圖案上，通過測定從那里反射的反射光的形狀，對入射光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整的焦點(diǎn)位置自動調(diào)整方法。
22．權(quán)利要求21記載的近場光學(xué)顯微鏡和光記錄/再生裝置，其特征在于，使用將從上述的用于調(diào)整焦點(diǎn)位置的圖案返回的光入射到凸透鏡或圓柱透鏡，通過測定這時的光束形狀的畸變進(jìn)行與基板表面垂直方向的位置對準(zhǔn)的焦點(diǎn)位置自動調(diào)整方法。
23．權(quán)利要求21記載的近場光學(xué)顯微鏡和光記錄/再生裝置，其特征在于，使用作為上述的用于調(diào)整焦點(diǎn)位置的圖案，形成兩條寬度比光斑直徑小的細(xì)長的、方向上相互正交的溝槽，將入射光分成三束，將其中的一束光入射到近場光發(fā)生源，其余的兩束光入射到兩條溝槽的中心部分，通過對包含從兩條溝槽反射的反射光的圖案的兩個明亮的部分的光量進(jìn)行比較，使焦點(diǎn)位置對準(zhǔn)的焦點(diǎn)位置自動調(diào)整方法。
24．光記錄/再生裝置，其特征在于，使用在卡盤內(nèi)部內(nèi)藏近場光探頭的記錄光盤。
25．權(quán)利要求24記載的光記錄/再生裝置，其特征在于，使用在卡盤的一角有旋轉(zhuǎn)軸，在旋轉(zhuǎn)軸上安裝一個臂，在這個臂上通過懸掛物安裝著近場光探頭的記錄光盤。
26．權(quán)利要求24記載的光記錄/再生裝置，其特征在于，使安裝了上述臂的旋轉(zhuǎn)軸與安裝了搭載光源和光探測器的光讀寫頭的臂接合，使光讀寫頭與近場光探頭連動，將來自光讀寫頭的光通過安裝在卡盤上的窗導(dǎo)入近場光探頭。
27．權(quán)利要求24到26之任一項(xiàng)記載的光記錄/再生裝置，其特征在于，使用V形溝槽和半球狀凸起實(shí)現(xiàn)與上述的近場光讀寫頭連接的臂和與光讀寫頭連接的臂的結(jié)合。
28．光記錄/再生裝置，其特征在于，使用在記錄層下面設(shè)置了金屬膜層的記錄光盤。
全文摘要
提供光利用效率高,能夠進(jìn)行高速掃描,包含在探測光中的背景光少的近場光探頭和它的制造方法。在基片11上形成有圓錐體或多錐體或平面橢圓體或三角形形狀的金屬散射體12,在這個散射體周邊形成膜厚和散射體高度相同的金屬或電介質(zhì)或半導(dǎo)體等的膜13。
文檔編號G11B7/12GK1319777SQ0012867
公開日2001年10月31日 申請日期2000年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月13日
發(fā)明者松本拓也, 島野健, 保坂純男, 一色史雄 申請人:株式會社日立制作所