CN1307440C - 光耦合元件 - Google Patents
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Abstract
建议一种光耦合元件，它具有一个由一种对于给定波长λ的光来说透明的材料制成的表面(3)。为了使光耦合元件的作用与光的矢量大小的方向、尤其如极化的方向无关，在光耦合元件的表面上设有线状的凹造型的或凸造型(51，52)，它们相互等距平行并交叉成规定的角度φ。
Description
技术领域
本发明涉及一种光耦合元件(Lichtkoppelelement)，它具有一个由一种对于给定波长的光来说透明的材料制成的表面，其中在该表面的至少一个部位中有一种交织网格，该交织网格具有等距平行的线状的凹造型(Einformung)或者具有等距平行的线状的凸造型(Aus-formung)。
背景技术
本发明首先由已经在所述种类的光耦合元件上依据荧光得到用来证实化学的或生物化学反应的认识出发。对于这一点尤其可以参考WO01/02839，其中在一种分析平台的构思内描述了一种这样的光耦合元件。它充分利用了一种众所周知为“反常反射”的效应。这里设有一个带有一个层的载体。这种载体以及还有该层最好对于给定波长λ的、在一个光源、最好是一个至少近似单色光源例如一种激光器或一种发光二极管(LED)的紫外线(UV)-可见光(VIS)或近红外(NIR)范围中的光线来说是透明的。若是介电材料，那么在给定波长的情况下进行考察时，层材料的折射率比载体的材料要大得多。上面覆有层的载体的表面有一种交织网格，该网格的结构通过层而转移到层表面上。当充分利用“失常的反射效应”时，给定波长的光在保持某一个入射角时实际上完全反射了，而且实际上并没有光沿着层或通过该层传播。在合适地选择结构参数时，该损耗的、也就是说横向减幅的电磁场在层表面的紧挨着的环境中变得特别强，这样荧光分子在这个部位中尤其有效地被激发。这就可以使得在所要分析的样品的层表面上所探测到的设有所谓荧光标记的物质的浓度大大小于用相对该专利来说先前已知的方法可能测得的浓度。
现有的交织网格或者在载体基底/层和层/周围大气的两种界面上存在的、在俯视中覆盖地对齐的交织网格的指向就象该线状的凹造型和在其中间形成的凸造型呈波浪形在一个方向上延伸。设有交织网格的光耦合元件，作为结构波来看，单维垂直于直线形的凹造型或位于其之间的凸造型进行伸展。考虑到这种定向性，按照在该文献中详细描述的方法，在对具有光耦合元件的平台加载之前，所述的给定波长的激光首先借助于一种起偏器极化到某一个方向上。
如果考察用于其它光学分析方法的或者用于信息技术的光耦合元件的话，也就是说用于在波导层中激光的输入耦合和输出耦合，那么也在那里引人注目的是：所设置的交织网格在所述方面单维地指向，也就是说所设置的线状的凹造型和在其间形成的凸造型在一个方向上沿着表面伸展。由于这种定向性，原则上使输送给光耦合元件的光线的矢量大小在空间上加权并根据其方向的不同通过光耦合元件而受到影响。通常在按所述的WO 01/028839的方法中，加载的光根据其在光耦合元件上的极化方向而受到不同的影响。
发明内容
本发明的任务是提出一种开头所述种类的光耦合元件，这种元件原则上对于加载光的矢量大小、尤其是对于其极化产生影响，更大程度地与矢量方向无关。
这在上面所述类型的、在表面的至少一个部位中具有等距平行的、线状的凹造型的一种光耦合元件上如下来达到：在该表面上存在其它等距平行的线状的凹造型，它们与前面所述的凸造型交叉。
另一种方法是在上述类型的、在其表面的至少一个部位中设有等距平行的、线状的凸造型的光耦合元件上如下来达到：在所述的表面上还有另外的等距平行的、线状的凸造型，它们与前面所述的凸造型交叉。
先前已知的以及按本发明的网栅的周期性、也就是说所述的凹造型或凸造型的顺序间距按光的给定波长的函数来设计，所述光应该相应目标地在使用光耦合元件时使用。
因此合乎逻辑地既建议了WO 01/02839，也建议了WO 00/75644，如果应该使用有两种波长光的光耦合元件，那么也许要用平行的凹造型或凸造型，但不等距地设计该光耦合元件，也就是说具有局部调整的网栅周期(Gitterperiode)或者具有相互交叉的线状交织网栅，它们中的一个具有第一种周期的交织网栅对于一种波长的光进行了优化，而接着该第二个交织网栅，它对于第二种波长进行了优化，用一种与第一个不同的周期来实现。
此外但是对一种所述波长的光在光耦合元件上的矢量大小以矢量方向的函数不同加权地来处理，如同尤其是取决于它的极化方向。
在按本发明的光耦合元件中，等距平等的线状的凹造型相互交叉，其中形成与上述这些凹造型邻接的、位于它们之间的凸状造型岛。与此类似在上述种类的光耦合元件中等距平行的线状的凸造型相互交叉，此时形成了位于它们之间的凹岛状造型。
与突起结构的规定有关联地可以进一步参阅EP 1 040 874。其中也就是有如下建议：为了有目的地影响用于光学分析技术的表面的可润湿性而设计了不应润湿的、具有凸造型结构的表面部位，该凸造型结构的高度不低于某个最小值，也就是从50nm至10μm，从而使设有这种结构的部位与未结构化的表面材料的表面能有关联地阻止了润湿，并使该润湿集中在未结构化的表面部位中。尽管例如在按EP 1 040874所述的如上所述结构化的部位中正好并不涉及光耦合部位(那里正好不应该有试样)，而且所描述的突起结构不必一定满足光学效果方面的准则，但是按照本发明和尚需说明的那样也要提及到与表面部位的表面能有关联的表面可润湿性的范围。
如所述由提及的EP 1 040 874已知了以下规律：用疏水地结构化的表面规定在一个表面上不需要被润湿的部位，并因而也规定了要润湿的部位。在按本发明的方法中，除了用来解决开头所述的任务，也相关联地取得以下优点：
一个界面对一种液体的表面能正比于在一个规定的俯视部位上存在的表面。若该表面在所述部位中是平的，那么这个表面、可以称作比表面(spezifische Oberflaeche)，就远小于如果在也就是俯视部位中表面打毛了的情况。若在一个这样的表面部位上留下一个液滴，那么它就在这个部位中伸展开，从而达到能量最小。实际效果是：液滴在所述部位上以增大的比表面越来越多地集中起来，直至达到按EP1040874所述充分利用的效果，也就是液体从所考察的部位滴落。
在按本发明的光耦合件中，在所考察的部位中，与只是一种交织网栅的规定相比，使比表面加大，但只是使大约留在这上面的一个液滴集中起来，但并不滴落。在上面所述的对按本发明的光耦合元件的优选使用中，这是用于在一种技术范围内产生损耗的、也就是横向减幅的电磁场，例如象由WP 01/02839预先已知了的那样，因而使一种涂覆的、设有标记的液体物质在表面上形成增大的集中，这又加大了所产生的可读的荧光信号并且还带来了优点：在所考察的部位上可以留下很多、确实非常多的单个的液滴，而这些液滴相互并不注入。
在按本发明的光耦合元件的一种优选实施形式中建议使凹造型设有三个深度级别。
通过凹造型的深度级别而提出了一种附加的参数，就是使所述比表面的大小发生变化。
此时必须考虑到：所述凹造型的凹进的侧面部分也共同决定了所述的比表面，而且较深的凹造型比较浅的凹造型更多地加大了所述的比表面。
在按本发明的光耦合元件的另外一种优选的实施形式中凹造型基本上到处都同样深。
尽管按照本发明规定的等距平行的线状的凹造型或凸造型例如可以成弧状地沿着所考察的部位伸展，而在按照本发明的光耦合元件的优选的实施形式中则建议：该线状的凹造型或凸造型是直线状的。
按照本发明的基本观点，这些所述的线状的凹造型或凸造型完全成斜角相交，而且尽管如此仍解决了开始所提出的任务。一种给定波长的光在一个所考察的交织网栅上，以网栅深度、网栅周期等为函数并在凹造型和凸造型的占空循环(Duty Cycle)的这样的一个周期内受到影响。因此如果在斜角交叉的、线状的凹造型或凸造型中这种斜角性通过对所述的参数、也就是网栅深度、网栅周期和占空循环在该相互交叉的样品上的相应的不同的设计布置来补偿的话，那么就可以完全对所考察的光的矢量大小、如同尤其是其极化方向在按本发明的光耦合元件上至少近似相同地进行处理。同样这样也可以通过光耦合元件极大程度上与极性方向无关地来影响光线。在另外一种最为优选的实施形式中，线状的凹造型或线状的凸造型成直角地相互交叉。那么这样的等距平行的线状的凹造型或凸造型的间距还保持相同。涉及给定的波长λ，最好在20nm和2000nm之间，(在空气中)更为优选地遵守以下的尺寸规定：
网栅周期，它定义为相互紧随的线状的凹造型或凸造型的间距：
0.1λ≤d0≤10λ
优选：0.2λ≤d0≤2λ
特别优选：0.5λ≤d0≤0.6λ
网栅深度，定义为在线状的凸造型之间的深度或线状的凹造型的深度：
0.001λ≤dT≤10λ
优选：0.01λ≤dT≤λ
特别优选：0.05λ≤dT≤0.2λ
这样得出以下绝对尺寸：
设定的线状的凹造型或凸造型的间距d0更为优选的是20nm至20000nm，尤其优选是40nm至4000nm，特别优选在100nm和1200nm之间。
存在的凹造型的深度dT更为优选地达0.2nm至20000nm，尤其优选在2nm和2000nm之间，尤其在10nm和400nm之间。
作为占空周期，定义为凸造型d7与紧随的线状的凹造型的间距之比，更为优选地选择一个范围0.2至0.8，尤其优选为0.4至0.6。
在按本发明的光耦合元件的另一种优选的实施形式中，所述的表面是指那一种涂覆在一个载体上的一个层。尤其是顾及到按本发明的光耦合元件的一种优选的应用，也就是说在荧光标记-测量方法的范围内借助于损耗的、横向减幅的电磁场，尤其如在WO 00/75644中所描述的那样，如此建议：载体的表面在所述的部位中具有相同的凹造型/凸造型结构，如同层的表面和在俯视时这些结构相互对齐。
载体的材料对于给定波长的光具有一个折射率，该折射率小于层材料的折射率。
由至少一种高折射材料制成的层更为优选地至少由以下材料中的一种制成：Ta2O5，TiO2，NbO5，ZrO2，ZnO或HfO2，并且更为优选地具有一个厚度，涉及在空气中给定的波长：
厚层：0.01≤ds≤10λ
优选：0.1λ≤ds≤2λ
特别优选：0.2λ≤ds≤0.3λ
绝对厚度因此比较优选的是：
2nm≤ds≤20000
优选20nm≤ds≤4000nm
特别优选40nm≤ds≤600nm
当光耦合元件应用于生物化学时，有利的可以是一种与高折射材料不同的表面上的成分。(例如，当一种在结构上要应用于粘着的化学物优化为SiO2之后，就可以在高折射层上应用一种很薄的、并因而光学上不起使用作用的或者并不是不利作用的SiO2层。)这可以将另一种材料的附加的层、优选其厚度d为0.001λ≤d≤0.2λ，最好0.01λ≤d≤0.05λ(该材料优选为SiO2)进行涂覆。该附加层的绝对厚度d因此对于优选的λ在200nm与2000nm之间时最好是：
0.2nm≤d≤400nm
优选为2nm≤d≤100nm。
附图说明
接下来示例地按照附图对本发明进行说明。附图示出：
图1俯视概略图，表示已知种类的具有单维交织网栅的一种光耦合元件；
图2类似于图1的俯视图，并有两个剖面图，一个第一种按本发明的光耦合元件的优选的实施形式；
图3类似于图2的俯视图，按本发明的光耦合元件的另一种实施形式；
图4(a)和4(b)用于对一个涂在表面上的液滴进行成形的表面结构的作用简图；
图5按照类似于图2或3的俯视图，按本发明的一种光耦合元件，它具有三种不同的凹造型深度级别的凹造型；
图6按本发明的光耦合元件的一种优选的实施形式的用立体简图，并按图2所示的实施形来实现；
图7在类似于图6的示意图中表示一种按本发明的光耦合元件，根据图3所示实施形式来实现。
具体实施方式
在图1中，一边是俯视图，另一边是一个侧视图，表示了原先已知种类的一种交织网栅。在一种对于一种给定波的光来说透明的材料、尤其对于波长λ＝633nm的激光来说，例如由Ta2O5制成的材料的表面3中加工了一个交织网栅。该交织网栅由凹造型5组成，这种造型相互平行，而且应该用唯一一种波长的光线来加载的话(主要是200nm≤λ≤2000nm)，这些凹造型5是等距的，也就是说其间距d0到处都相等，其宽度d5同样也这样，而且因此在凹造型5之间剩余的带条7的宽度d7也相等。间距d0定义为网栅周期，如毫不费事地可从侧视图中得出的那样，用网栅的占空循环定义为凸造型宽度d7与网栅周期d0之比。
同样凹造型5的深度dT通常也是到处相同的。表面3和物体1的材料、网栅周期d0、网栅的占空循环和网栅深度dT要匹配于所希望的光波长λ。
图1所示的本身就已知的交叉网栅也可以在一定条件下、如点划线所示是成弯曲弧形的。规定了一个前进方向LG1。若在原始的、并未设有凹造型7的表面平面E中用Y定义该方向，而与之垂直横交的方向如图所示，用X定义，那么可见如下二如在光束9处简图中所表示那样，光的矢量大小
的分量
和
、如特别是极化那样，通过交织网栅而不同地受到影响，也就是说交织网栅的这种光的矢量大小的作用取决于矢量方向α。例如交织网栅的作用并不是与光束9中光的极化方向无关。
正如开头已经叙述过的那样，早先就已知用图1所示类型的交织网栅对于两种或多种波长λ的光进行处理。为此目的在交织网栅上调整、也就是说局部改变网栅周期连同在一定条件下在前进方向LG1上的其它大小。然而下面要描述的按照本发明的光耦合元件则肯定对一种唯一的光波长λ进行优化，因而在一个考察的部位中并不设置局部调整的网栅周期或者具有不同周期的交织网栅。
图2表示了一种按本发明的光耦合元件的第一种原理性的实施变型。此时图2(a)为俯视图，图2(b)是在一个方向上的横剖面图，图2(c)表示在与此垂直方向上的一个横剖面图。在物体1的表面3中加工出等距平行的线状的第一种凹造型51、以及与该凹造型成角交叉的第二种等距平行的凹造型52。线状的凹造型51和52形成一个在考察部位中在二维方向X和Y上连贯的凹造型网栅。
第一种线状的凹造型51的宽度为d51，第二种凹造型52的宽度为d52。
紧随的第一种线状的凹造型51的间距为d01，紧随的第二种线状的凹造型52的间距为d02。该间距定义了相应的第一种网栅周期d01，第二种网栅周期为d02。
通过线状的凹造型51和52规定了岛状的凸造型7。
第一个占空循环用比值(d01-d51)/d01来定义。与此类似第二个占空循环定义为(d02-d52)/d02。
在根据图2(a)所示的俯视图中，根据角度的选择、以及对于线性凹造型的各自宽度d5x和该造型的间距d0x的测量的选择对于余留的凸起“岛形”造型7为偏菱形状、菱形的、矩形的或正方形的形状。
如果与图2联系起来考察在图1中概略表示的给定波长λ的光束9的话，那么可以见到：用按本发明的光耦合元件，按图2所示有目的地使光的矢量大小
的两个矢量分量
和
、尤其如它们的极化受到影响。当相互交叉的线状的凹造型51和52的位置为斜角性(≠90°)时，可以通过选择网栅周期d01和d02的比例和例如凹造型d51和d52的各自宽度使光矢量分量对应于
和
的影响通过光耦合元件同样也有目的地受到影响。因此即使当≠90°时由于对上述参数d01、d02、d51、d52进行了对应的协调，就可以实现按本发明的光耦合元件对于光的矢量大小
的与方向无关的作用。
另外可以毫不费事地见到：开头所述的比表面例如在表面3的一个部位B1上看，在按本发明的光耦合元件中远大于在已知种类的一个光耦合元件上的，该元件的交织网栅作为实例表示在图1中。
在根据图4(a)和4(b)进一步讨论这种作用结果之前，应该根据图3、即类似于图2(a)的图，表示出按本发明的光耦合元件的另一种实施形式。在这种实施形式中在物体1的表面3中具有等距平行的第一种线状的凸造型71，它通过等距平行的第二种线状的凸造型72交叉成角度。这样形成的二维凸造型网栅分隔或规定了位于其间的凹造型的“岛”5。
通过凸造型71或72就规定了凸造型宽度d71和d72以及相应的网栅周期d01和d02，例如对应于间距邻接的平行的线状的凸造型71或72。此处占空循环通过比例d71/d01或d72/d01来定义。
关于图3所示的按本发明的光耦合元件对光矢量大小的作用适合于结合图2已经叙述过的，同样也适合于用根据本发明的光耦合元件所实现的比表面的加大。
加大的比表面对形成液滴的作用在图4中作了简明表示。在图4(a)中简明表示了具有平的表面12的物体10。在该表面上有一个液滴14。图4(b)中表示了一个物体10a，它具有通过结构化而加大的比表面12a。在该表面上又涂覆一个液滴14a。另外，在两个图中Eas表示了周围大气和物体10或10a的表面之间的表面能；Efs表示在液滴14或14a和物体10或10a之间的界面上的表面能；最后Efa表示在液滴14或14a和周围大气之间的界面上的表面能。原则上液滴向外扩展的程度应使其表面能之和成为最小。因为根据较大的比表面12a、在结构化的表面12a上的表面能Efs大于在平表面12时的情况，液滴14a为达到所述的能量最小值，在横向上的收缩比在左边所示的平表面12的情况时更多。
这种效果同样在按图1所示的原先已知的交织网栅或光耦合元件过渡到一种按图2或图3所示的按本发明的网栅或光耦合元件时可以实现：在按图2或图3所示的结构化的表面上涂覆上的液滴收缩得更多，因而尤其对于液体试样的光学分析来说可以将试样液滴涂覆在按图2或图3所示结构化的表面上，这种试样液滴由于所示的效果与相邻的液滴“隔离开”，这也就可以实现：在按本发明的结构化的表面的一个给定伸展上涂覆的单个液滴的数量比例如在按图1所示的结构化的表面上的数量要大大增加，这例如对于许多试样进行自动化的快速的光学分析来说特别重要。尽管其应用得不多、在按图2或图3所示结构化的表面上沿二维方向分布，然而这些单个试滴相互进入的危险大大减小了。
在按图2所示的按本发明的光耦合元件的第一种优选的实施形式中，凹造型51的深度dT1等于凹造型52的深度dT2。
就一种如图2所示表面结构的制造方法而言，例如可以全面参考WO 01/55760。这种结构可以通过已知的光刻法和腐蚀技术如下所述来制造。
在未结构化的物体1的表面3上涂覆一层光致抗蚀剂涂层，例如约120nm的克拉力特(Clariant)公司的AZ1815光致抗蚀剂涂层。第一种凹造型结构51借助于近场全息摄影术(NFH)、借助于双射线全息摄影术或借助于通常类型的掩膜曝光而在光致抗蚀剂涂层中进行曝光。适合的曝光技术当然根据网栅周期d01的大小来选择。对于很短的网栅周期d01、例如360nm，比较优选地使用全息摄影曝光法，尤其是近场全息摄影术(NFH)，例如在WO 01/55760中所述的那样。
在曝光之后使物体表面3相对于曝光源旋转角度(见图2)，并按照第二种凹造型的结构52来进行曝光。
在该第二次曝光之后对光致抗蚀剂进行显影，并通过一种紧接着的腐蚀过程使得在曝光过程之后露出来的表面部分对应于51、52同时也腐蚀掉。然后例如借助于一种氧等离子体将剩下的光致抗蚀剂去除掉。
通过同时地对两种凹造型结构51，52进行腐蚀就形成了图2所示的dT1＝dT2的结构。
按照图5应该说明图2所示种类的另一种优选的按照本发明的光耦合元件。此处一种结构具有三个深度级别的凹造型部位51、52。对此如下所述来进行。在第一种凹造型结构51涂覆光致抗蚀剂并曝光之后使光致抗蚀剂显影并腐蚀出第一种交织网栅，其深度为dT1。接着使物体1转动角，使表面又涂抗蚀剂、曝光、显影并腐蚀出第二种凹造型结构52，其深度为dT2。由于在这种方法中这两种凹造型结构51和52单独分开地进行腐蚀，因而就可以选择不同的腐蚀深度dT1和dT2。在图5中俯视表示了所形成的光耦合元件的结构，首先是对于这两种腐蚀深度、或者说凹造型dT1和dT2的深度不相等的一般情况。此时未打剖面线的区域表示了在未结构化的表面的原始级别上的结构元素，也就是按图2所示的岛形凸造型7。简单地打上剖面线的结构部位具有各自进入的深度，也就是或者是dT2或者是dT1。在双重阴影线的结构部位中深度dT1和dT2相加。因而得到一种具有三种结构深度级别dT1、dT2、dT1+dT2的表面结构。若通过相应地测定例如腐蚀时间选择dT1＝dT2、那么级别数就从3减少到2，也就是说减少到深度dT1＝dT2和2dT1＝2dT2。
毫无问题地可以看出，在按图5所示的变型方案中的光耦合元件具有另一个大大加大的比表面，因而可以更强地充分利用上面所述的液滴定位(Tropfenlokalisation)的作用。
若考察按图3所示的按本发明的光耦合元件，那么可以看出：那里用一种相应的光致抗蚀剂技术和腐蚀技术可以腐蚀出凹造型岛5，实际上作为盲孔；而且也是在那里在一定条件下可以使凹造型5实现其深度的不同级别。
此外如果想要的话，在按图3所示的实施形式中完全可能也实现具有深度台阶的线状的凸造型71或72。
在按图2所示的实施形式中留下的凸造型岛7比较优选地、并尤其是取决于加工而在俯视图中可以是偏菱形、菱形、矩形或正方形，而由于不同的加工技术凹造型岛5在按图3所示的实施形式中基本上在俯视图中可以成任意形状，除了与图2有关联说明的形状之外尤其也可以是圆形或椭圆形的。
根据图2至5表示了一种按本发明的光耦合元件，在此元件上只是使物体1的表面进行了结构化。此时规定该表面3的物体比较优选地可以是一个涂覆在一个载体上的层，如尤其是一个波导层，例如由Ta2O5制成。要再次强调：即使在网栅周期d01，d02和/或占空循环不同时，这种差别并不用于考虑两种光波长，而是为了如按图1和2所述的那样即使在≠90°的斜角时、也各有目的地使按本发明的规定的结构作用于光矢量大小的分量，如尤其是作用于极化作用。
由此可见，在一种最优选的实施形式中选择：＝90°并同时：
d01＝d02，d51＝d52或d71＝d72。
这样也大大简化了制造方法，尤其是用于图2所示形状的方法。
特别顾及到一个光耦合元件，也用于微滴定板(Mikrotiter-platen)，对此应参见WO 01/55760，但是尤其为了充分利用耗损的电磁场用于检测设有荧光标记的物质，通过一层高折射的、对于给定波长的激光来说透明的材料实现了直至下一个叙述到的物体1，这种材料例如由一种金属氧化物制成，例如由Ta2O5，TiO2，Nb2O5，ZrO2，ZnO2，HfO2，此时优选其厚度为150nm。该层设置在一个例如由Schott DesagAF45-玻璃制成的载体上，层厚例如为0.7mm。
以前所描述的结构化的方法并不是在层1的表面上进行，而是使这些按图2至5所示的结构在载体的表面上进行加工。然后对该载体表面涂覆层1，并在设置层1的表面3上形成了涂覆于载体表面上的按本发明的结构。在按图2所示的结构中，＝90°，dT1＝dT2，同时对凹造型进行了腐蚀就得出了按图6所示的光耦合元件，它具有按图2所示实施形式的结构化的载体表面150的载体15，在其上面涂覆的层1a具有结构化的表面3a。
层1a的材料比载体15的材料具有较大的折射率，这对于玻璃和上述一种层材料来说，尤其如Ta2O5是满足要求的。
在图7中，在一个载体15上、在层1a中加工出一种按图3所示实施形式的结构，它具有圆形的凹造型岛5。
在所有所表示的实施形式中使用根据本发明的光耦合元件提供了一种元件，这种元件对于光矢量大小产生影响，但基本上与矢量方向无关。除此之外起的优点在于，在用液滴对于按本发明的结构化的表面进行加载时、由于比表面的加大使得液滴在明确规定的部位上产生了集中，这就可以实现使用液体试样对于光耦合元件进行密封的加载。按本发明的光耦合元件可以充分地用于所有已知的光学分析法中，尤其也充分利用了损耗的场，用来研究作有荧光标记的物质，但是也用于光的、尤其是激光的输入耦合和输出耦合，它由或者说成波导层组成，这又应该考虑到光学分析技术的方面或者信息技术范围的方面。
Claims (31)
1.具有一个表面(3)的光耦合元件，该表面由一种对于给定的一个波长(λ)的光来说为透明的材料所制成，表面(3)是具有至少一个层的一个层系统(1a)的表面，该层系统涂覆在一个载体(15)上；而且载体(15)对于给定波长(λ)的光来说具有一个折射率，该折射率低于层系统(1a)的一种层材料的折射率，其中在表面(3)的至少一个部位中有等距平行的线状的凹造型(51)或凸造型(71)，在该表面(3)上具有其它的等距平行的线状的、与前述凹造型(51)或凸造型(71)交叉的凹造型(52)或凸造型(72)，其特征在于，已存在的线状的凹造型(51，52)或凸造型(71，72)为直线状的，而且这些已有的、相互紧接着的等距平行的线状的凹造型(51，52)或凸造型(71，72)的间距是相等的，所述间距相对于空气中给定的波长λ的关系按下式：
0.1λ≤d0≤10λ
进行选择。
2.按权利要求1所述的光耦合元件，其特征在于，同时构成有凹造型(51，52)和凸造型(71，72)。
3.按权利要求2所述的光耦合元件，其特征在于，在该元件上设置的、在凸造型(7，71，72)之间所规定的凹造型(51，52，5)具有三种深度级别(dT1，dT2，dT1+dT2)。
4.按权利要求1至3中任一项所述的光耦合元件，其特征在于，在位于设定的凸造型(7，71，72)之间的凹造型(5，51，52)同样深。
5.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，等距平行的线状的凹造型(51，52)或凸造型(71，72)成直角相互交叉。
6.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，相互紧接着的等距平行的线状的凹造型(51，52)或等距平行的线状的凸造型(71，72)的间距(d0)如下来选定：
200nm≤d0≤20000nm。
7.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，相互紧接着的等距平行的线状的凹造型(51，52)或等距平行的线状的凸造型(71，72)的间距(d0)如下来选定：
40nmd0≤4000nm。
8.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，相互紧接着的等距平行的线状的凹造型(51，52)或等距平行的线状的凸造型(71，72)的间距(d0)如下来选定：
100nm≤d0≤1200nm。
9.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，相互紧接着的等距平行的线状的凹造型(51，52)或等距平行的线状的凸造型(71，72)的间距相对于空气中给定的波长λ的关系如下进行选择：
0.2λ≤d0≤2λ。
10.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，相互紧接着的等距平行的线状的凹造型(51，52)或等距平行的线状的凸造型(71，72)的间距相对于空气中给定的波长λ的关系如下进行选择：
0.5λ≤d0≤0.6λ。
11.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，所设置的凹造型的深度dT为0.2nm至20000nm。
12.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，所设置的凹造型的深度dT为10nm至400nm。
13.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，所设置的凹造型的深度dT相对于空气中给定的波长λ的关系如下进行选择：
0.001λ≤dT≤10λ。
14.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，所设置的凹造型的深度dT相对于空气中给定的波长λ的关系如下进行选择：
0.01λ≤dT≤λ。
15.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，所设置的凹造型的深度dT相对于空气中给定的波长λ的关系如下进行选择：
0.05λ≤dT≤0.2λ。
16.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，定义为凸造型宽度与相互紧邻的线状的凹造型或凸造型的距离之比值的占空循环选择为0.2至0.8。
17.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，定义为凸造型宽度与相互紧邻的线状的凹造型或凸造型的距离之比值的占空循环选择为0.4至0.6。
18.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统具有至少一个由一种高折射材料制成的层，该层由以下材料中的至少一种制成：Ta2O5，TaO2，NbO5，ZrO2，ZnO，HfO2。
19.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统的厚度ds为：
2nm至20000nm。
20.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统的厚度ds为：
20nm至4000nm。
21.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统的厚度ds为：
40nm至600nm。
22.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统的厚度ds为：
ds＝150nm。
23.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统有一个厚度ds，该层厚相对于空气中给定波长λ的关系为：
0.01λ≤ds≤10λ。
24.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统有一个厚度ds，该层厚相对于空气中给定波长λ的关系为：
0.01λ≤ds≤2λ。
25.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，层系统有一个厚度ds，该层厚相对于空气中给定波长λ的关系为：
0.2λ≤ds≤0.3λ。
26.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，在等距平行的线状的凹造型(51，52)之间留下的凸造型(7)、或者在等距平行的线状的凸造型(71，72)之间留下的凹造型(5)在俯视图中为偏菱形、菱形、矩形或正方形的。
27.按权利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，在平行的线状的凸造型(71，72)之间存在的凹造型(5)在俯视图中为圆形或椭圆形的。
28.按权利要求1或2所述的光耦合元件在一种用于物质分析的光学分析平台上的应用。
29.按权利要求1或2所述的光耦合元件在信息技术的数据传输上的应用。
30.用于实现极化独立性的方法，借助于这种独立性，一个具有一个表面网栅的光耦合元件对于入射的给定波长的光产生影响，其特征在于，二维地在表面上形成按权利要求1或2所述的光耦合元件的表面网栅，使得正交的极化矢量分量均匀地受到网栅的影响。
31.用于缩减在一个具有表面网栅的光耦合元件上的液滴大小的方法，其特征在于，通过设置一种二维伸展的、按权利要求1或2所述的光耦合元件的表面网栅使在该网栅上形成的液滴大小减小。
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