DE60218795T2

DE60218795T2 - Vorrichtung zur Messung der Blendenöffnung einer Probe für optisches Nahfeld, und Verfahren zur deren Messung

Info

Publication number: DE60218795T2
Application number: DE60218795T
Authority: DE
Inventors: Gi-myung Suwon-city Woo; Petrov Paldal-gu Suwon-city Nikolai; Myung-bok -dong Paldal-gu Suwon-city Lee
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2022-08-31
Also published as: US6791071B2; KR20030024428A; CN1405784A; EP1293990B1; EP1293990A2; DE60218795D1; US20030057352A1; JP2003139514A; KR100434542B1; JP3802860B2; EP1293990A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Aperturgröße einer optischen Nahfeldsonde und im Besonderen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen eines genauen Aperturdurchmessers einer optischen Nahfeldsonde unter Verwendung eines Filters.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Optische Nahfeldsonden werden im Allgemeinen in Vorrichtungen für optische Nahfeldmikroskopie, wie Hochauflösungsvorrichtungen zum Messen von Materialflächen oder superhochdichte Aufzeichnungsmedien, verwendet.
Bei einer Vorrichtung zum Messen von Auflösung einer Materialfläche wird die Auflösung R als die Distanz zwischen zwei Punkten, die aufgelöst werden können, definiert und wird durch Gleichung 1 angegeben, wobei die Auflösung R proportional zu einer Wellenlänge λ und invers proportional zu einem Aperturdurchmesser einer Linse oder einer Iris ist.
Bei herkömmlicher optischer Fernfeldmikroskopie muss die Auflösung klein sein, wenn die Wellenlänge von Licht kürzer wird. Es gibt jedoch insofern eine Grenze, als die Auflösung auf Grund der Beugung von Licht nicht mehr klein bleiben kann. Diese Beugungsgrenze wird bei optischer Nahfeldabtastmikroskopie (hier im Folgenden als „NSOM" bezeichnet) nicht gezeigt. Daher kann eine Hochauflösungsvorrichtung zum Messen einer Materialfläche hergestellt werden.
Bei NSOM ist es erforderlich, eine Aperturgröße einer optischen Nahfeldsonde genau zu kennen, um hohe Auflösung einer Probe, die an der optischen Nahfeldsonde einer Größe, die kleiner als eine Wellenlänge ist, d. h. eine Subwellenlängengröße, angeordnet ist, unter Verwendung eines optischen Nahfeldmikroskops messen zu können.
Ein Aperturdurchmesser der optischen Sonde in der NSOM weist eine Subwellenlängengröße, d. h. einen Durchmesser d, von ungefähr 50–300 nm, bei optischer Nahfeldmikroskopie unter Verwendung eines sichtbaren Strahls mit einer Wellenlänge λ von 400–1000 nm auf. Diese Subwellenlängenauflösung kann erreicht werden, wenn die Probe an der optischen Nahfeldsonde angeordnet wird.
Herkömmliche NSOM verwendet ein Rasterelektronenmikroskop (REM) oder eine Nur-Mess-Vorrichtung (offenbart in US-Pat. Nr. 5.663.798), um den Aperturdurchmesser der optischen Sonde zu ermitteln.
Das REM reduziert einen von einer Elektronenkanone erzeugten Elektronenstrahl unter Verwendung mehrerer Elektronenlinsen auf einen Durchmesser in einem Bereich von mehreren bis zu Hunderten Å, strahlt ihn auf eine Probe ab, erfasst Sekundärelektronen, die von der Probe emittiert werden, oder Elektronen, die durch die Probe hindurchgegangen sind, moduliert Helligkeit in Zeitreihen auf einem Oszilloskop und misst die Fläche der Probe.
Das REM kann eine Apertur einer optischen Sonde genau messen, aber es ist teuer und erfordert viel Zeit.
Zum Messen der Apertur einer optischen Sonde unter Verwendung eines REM muss die Spitze der optischen Sonde, die ein elektrischer Isolator ist, mit einem leitfähigen Material beschichtet sein. Wenn die Apertur der beschichteten optischen Sonde gemessen wird und dann die beschichteten optische Sonde bei NSOM verwendet wird, verschlechtert die Beschichtung der Spitze der optischen Sonde die Leistung von NSOM. Daher sollte, da es schwierig ist, die mit dem REM gemessene optische Sonde wiederzuverwenden, eine neue optische Sonde bei NSOM verwendet werden. Die neue optische Sonde kann jedoch einen anderen Durchmesser als die mit dem REM gemessene optische Sonde aufweisen.
1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen einer Aperturgröße einer optischen Sonde, die in US-Patent Nr. 5.663.798 offenbart wird. Mit Bezugnahme auf 1 enthält die Vorrichtung eine Lichtquelle 11 zum Strahlen von Licht, einen Polarisator 13 zum Polarisieren des Lichtes, eine Fokussierlinse 15 zum Fokussieren des Lichtes auf eine optische Sonde 10, eine Linearanalysiereinrichtung 17, um von der optischen Sonde 10 durchgelassenes Licht durch einen optischen Detektor 19 aufzufangen, und den optischen Detektor 19 zum Umwandeln des Lichtes in ein elektrisches Signal und Erfassen des elektrischen Signals.
In der Vorrichtung wird, um einen Aperturdurchmesser herzuleiten, das in einem vorgegebenen Winkel durch die Apertur der optischen Sonde 10 hindurchgelassene Licht empfangen, ein Signal, das der Lichtintensität entspricht, wird von dem optischen Detektor 19 erfasst und das Signal wird zu einer Datenerfassungseinheit 23 oder einem Rechner (PC) 25 gesendet.
Wie in 1 gezeigt wird, dreht sich ein Motor 21, in den die Linearanalysiereinrichtung 17 und der optischen Detektor 19 eingebaut sind, von –165° auf +165°, um die Winkellichtintensitätsverteilung, die von der Apertur im Fernfeld emittiert wird, zu messen. Als eine Folge kann der Aperturdurchmesser der optischen Sonde gemessen werden.
2 ist eine grafische Darstellung, die eine Winkelverteilungslichtintensität zeigt, die von der herkömmlichen Aperturmessvorrichtung gemessen wurde. Mit Bezugnahme auf 2 ist, wenn die Wellenlänge des von der Lichtquelle 11 emittierten Lichtes 633 nm beträgt und ein Polarisationswinkel 90° beträgt, die Fernfeld-Winkelintensitätsverteilung von Licht, das durch die optische Sonde mit einem Aperturdurchmesser von 60 nm, 380 nm oder 3,2 μm (der mit dem REM vorgemessen wird) durchgelassen wird, eine gaußsche mit einem maximalen Lichtintensitätswert bei 0°.
Wie in 2 zu sehen ist, wird bei abnehmenden Aperturdurchmesser eine Halbwertsbreite zunehmend breiter. Hier ist die Halbwertsbreite die Differenz zwischen zwei Winkeln, die der Hälfte des maximalen Lichtintensitätswerts entspricht.
Mit Bezugnahme auf 2 ist, wenn ein Aperturdurchmesser d (= 2a) der optischen Sonde 60 nm beträgt, die Halbwertsbreite die Differenz zwischen zwei Winkeln +60° und –60° entsprechend der Lichtintensität von 0,5, d. h. 120°. Wenn der Aperturdurchmesser d (= 2a) der optischen Sonde 380 nm beträgt, ist die Halbwertsbreite die Differenz zwischen +30° und –30°, d. h. 60°.
3 ist eine grafische Darstellung von Halbwertsbreite nach Aperturdurchmessern der optischen Sonde mit Bezugnahme auf 2. In 3 ist die Linie (a) auf Basis der Kirchhoffschen Theorie vorhergesagt, die Linie (b) ergibt sich durch die Kleinaperturgrenztheorie von Bethe und die Linie (c) ist diejenige, die sich durch die herkömmliche Messvorrichtung ergibt.
Der Aperturdurchmesser einer optischen Sonde kann ermittelt werden, indem die Halbwertsbreite aus der Intensitätsverteilung des von der optischen Sonde emittierten Lichtes unter Verwendung von 3 ermittelt wird und dann der entsprechende Durchmesser anhand von 2 gefunden wird.
Die in 2 gezeigte Vorrichtung erfordert eine zusätzliche Einheit, die sich um die optische Sonde herumdreht, um die von der optischen Sonde hindurchgelassene Lichtintensität zu messen. Und wenn die Drehung der Vorrichtung nicht genau ist, ist es schwierig, einen genauen Aperturdurchmesser zu messen. Da es schwierig ist, die Spitze der optischen Sonde genau in dem Drehzentrum anzuordnen, treten beim Messen des Aperturdurchmessers leicht Fehler auf.
Darüber hinaus sollte die Lichtintensität bei einer Vielzahl von Winkeln mit der Drehung des Motors gemessen und grafisch dargestellt werden. Somit dauert es lange, Aperturdurchmesser zu messen, und auf Grund der Messbegrenzungsaktionen der Vorrichtung ist es schwierig, Aperturdurchmesser, die kleiner als λ/6 sind, zu messen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum genauen Messen der Apertur einer optischen Sonde ohne Beschädigen der optischen Sonde, die leicht hergestellt und konfiguriert werden kann, und ein Verfahren davon bereitzustellen.
Entsprechend wird zum Erfüllen der vorgenannten Aufgabe eine Vorrichtung zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält eine Lichtquelle, einen optischen Detektor und ein Filter. Die Lichtquelle strahlt Licht auf die optische Nahfeldsonde. Der optische Detektor ist vor der optischen Nahfeldsonde angeordnet und empfängt das durch die optische Nahfeldsonde durchgelassene Licht, um Lichtintensität zu erfassen. Das Filter ist zwischen der Lichtquelle und dem optischen Detektor ausgebildet und lässt von dem durch die optische Nahfeldsonde durchgelassenen Licht nur Licht mit Wellenlängen in einer spezifischen Mode durch.
Hier ist, wenn ein freier Raum oder ein Medium zwischen der Lichtquelle und dem Filter besteht, die spezifische Mode eine Bessel-Gauss-Mode.
Der freie Raum, der einen Brechungsindex von 1 aufweist, ist einer von Medien mit einheitlichen Brechungsindizes.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, wird eine Vorrichtung zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält eine Lichtquelle, einen optischen Detektor, ein Filter und einen Lichtwellenleiter. Die Lichtquelle strahlt Licht auf die optische Nahfeldsonde. Der optische Detektor ist vor der optischen Nahfeldsonde angeordnet und empfängt das durch die optische Nahfeldsonde durchgelassene Licht, um Lichtintensität zu erfassen. Das Filter ist zwischen der Lichtquelle und dem optischen Detektor ausgebildet und lässt von dem durch die optische Nahfeldsonde durchgelassenen Licht nur Licht mit Wellenlängen in einer spezifischen Mode durch. Der Lichtwellenleiter ist zwischen der optischen Nahfeldsonde und dem Filter angeordnet und leitet das Licht.
Wenn der Lichtwellenleiter ein Gradientenindex-Wellenleiter ist, ist die spezifische Mode eine Hermite-Gauss-Mode.
Die spezifische Mode ist eine Laguerre-Gauss-Mode, wenn der Lichtwellenleiter eine Gradientenindex-Faser ist.
Die spezifische Mode ist eine Stufenindex-Wellenleitermode oder eine Stufenindex-Fasermode, wenn der Lichtwellenleiter ein Stufenindex-Wellenleiter oder eine Stufenindex-Faser ist.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, wird eine Vorrichtung zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält eine Lichtquelle, einen optischen Detektor, ein Filter und eine Maske. Die Lichtquelle strahlt Licht auf die optische Nahfeldsonde. Der optische Detektor ist vor der optischen Nahfeldsonde angeordnet und empfängt das durch die optische Nahfeldsonde durchgelassene Licht, um Lichtintensität zu erfassen. Das Filter ist zwischen der Lichtquelle und dem optischen Detektor ausgebildet und lässt von dem durch die optische Nahfeldsonde durchgelassenen Licht nur Licht mit Wellenlängen in einer spezifischen Mode durch. Die Maske ist zwischen der Lichtquelle und dem Filter angeordnet und weist einen Hohlraum in der Mitte auf, durch den Licht hindurchtritt.
Die spezifische Mode ist eine Maskenmode.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, wird ein Verfahren zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde unter Verwendung eines Filters zum Durchlassen von Licht in einer spezifischen Mode bereitgestellt. Das Verfahren enthält die Schritte: (a) Strahlen von Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf eine optische Sonde; (b) Durchlassen von Wellenlängen in einer spezifischen Mode von dem von der optischen Nahfeldsonde emittierten Licht unter Verwendung eines Filters; (c) Erfassen eines ersten Lichtintensitätswertes einer ersten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung von Licht einer Wellenlänge mit einer Modenzahl von Null von dem durch das Filter durchgelassenen Licht; (d) Erfassen eines zweiten Lichtintensitätswertes einer zweiten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung von Licht einer Wellenlänge mit einer von Null verschiedenen Modenzahl von dem durch das Filter durchgelassenen Licht; und (e) Einsetzen eines Verhältnisses des ersten und des zweiten Lichtintensitätswertes in eine vorgegebene Gleichung, um den Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde zu ermitteln.
Schritt (b) enthält des Weiteren Durchlassen des durch die optische Nahfeldsonde zu dem Filter durchgelassenen Lichtes durch ein vorgegebenes Medium.
Hier ist, wenn das vorgegebene Medium einen einheitlichen Brechungsindex hat, die spezifische Mode eine Bessel-Gauss-Mode.
Wenn das vorgegebene Medium ein Gradientenindex-Wellenleiter ist, ist die spezifische Mode eine Hermite-Gauss-Mode.
Wenn das vorgegebene Medium eine Gradientenindex-Faser ist, ist die spezifische Mode eine Laguerre-Gauss-Mode.
Wenn das vorgegebene Medium ein Stufenindex-Wellenleiter oder eine Stufenindex-Faser ist, ist die spezifische Mode eine Stufenindex-Wellenleitermode oder eine Stufenindex-Fasermode.
Schritt (b) kann des Weiteren Durchlassen des durch die optische Nahfeldsonde zu dem Filter durchgelassenen Lichtes durch eine Maske mit einem Hohlraum in der Mitte. Hier ist die spezifische Mode eine Maskenmode.
Schritt (d) kann Ermitteln eines Lichtintensitätswertes aus einer zweiten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung einer Wellenlänge mit einer Modenzahl von 2 von dem durch das Filter durchgelassenen Licht enthalten.
Schritt (e) enthält die Schritte: (e-1) Ermitteln einer Moden-Lösung, die einer spezifischen Mode gemäß einem spezifischen Medium entspricht; (e-2) Berechnen einer Kopplungskonstanten, die der Moden-Lösung entspricht, und Ermitteln einer Beziehungsgleichung der Kopplungskonstanten in Bezug auf den Aperturdurchmesser der optischen Sonde; und (e-3) Einsetzen eines Verhältnisses des in Schritt (c) gemessenen ersten Lichtintensitätswertes und des in Schritt (d) gemessenen zweiten Lichtintensitätswertes für die Verhältnisgleichung, um den Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde herzuleiten.
In Schritt (e-1) ist die spezifische Mode eine Hermite-Gauss-Mode, wenn das spezifische Medium ein Gradientenindex-Wellenleiter ist.
In Schritt (e-2) wird eine Gleichung der Kopplungskonstanten, die der Moden-Lösung entspricht, in Bezug auf den Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde ermittelt.
In Schritt (e-3) kann der Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde aus einer vorgegebenen Gleichung hergeleitet werden, wenn der in Schritt (d) gemessene zweite Lichtintensitätswert einer Wellenlänge mit einer Modenzahl von 2 entspricht.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, wird ein Verfahren zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde unter Verwendung einer Maske mit einem Hohlraum gemäß Anspruch 25 bereitgestellt.
Wenn die optischen Informationen unter Verwendung einer optischen Sonde mit einem Aperturdurchmesser, der kleiner als eine Wellenlänge von Licht ist, gespeichert werden oder eine Probe mit einem Mikroskop mit einer optischen Sonde beobachtet wird, ist es erforderlich, den Aperturdurchmesser der optischen Sonde genau zu kennen, um schriftliche Informationen oder ein genaues Bild auf der Fläche der Probe wiederzugeben.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Aperturdurchmesser im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren zum Messen eines Aperturdurchmessers einer optischen Nahfeldsonde, d. h. ein Verfahren unter Verwendung eines REM oder einer getrennten Messvorrichtung, leicht gemessen werden. Außerdem kann, da der Aperturdurchmesser ohne Beschädigen der optischen Nahfeldsonde gemessen werden kann, eine entsprechende optische Sonde gewählt werden. Des Weiteren ist die Konfiguration der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung simpel und die Messkosten können verringert werden. Darüber hinaus können Aperturdurchmessergrößen von λ/6 oder weniger gemessen werden, die mit einem herkömmlichen Verfahren schwierig zu messen sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorgenannte Aufgabe und die vorgenannten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher, indem bevorzugte Ausführungen davon mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden, bei denen:
1 eine als Querschnitt ausgeführte Ansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zum Messen einer Apertur einer optischen Sonde ist;
2 eine grafische Darstellung ist, die die nach Winkeln gemessene Verteilung von Lichtintensität in der in 1 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung zeigt;
3 eine grafische Darstellung ist, die Halbwertsbreite nach Aperturdurchmessern der optischen Sonde in der in 1 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung zeigt;
4 eine als Querschnitt ausgeführte schematische Ansicht einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine als Querschnitt ausgeführte schematische Ansicht einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine als Querschnitt ausgeführte schematische Ansicht einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
7 eine Konfigurationsansicht der Vorrichtung zum Messen von Aperturdurchmessern nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine grafische Darstellung ist, die die Licht-Moden-Intensität in Bezug auf Aperturdurchmesser bei unterschiedlichen Moden-Filtern nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine grafische Darstellung ist, die Moden-Konstanten in Bezug auf die Zahl von Moden nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine grafische Darstellung ist, die die Licht-Moden-Intensität in Bezug auf Verhältnisse von Aperturdurchmessern nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine grafische Darstellung ist, die die Licht-Moden-Intensität in Bezug auf Verhältnisse von Aperturdurchmessern nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine grafische Darstellung ist, die die Licht-Moden-Intensität in Bezug auf Aperturdurchmesser nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine grafische Darstellung ist, die die Licht-Moden-Intensität in Bezug auf Aperturdurchmesser nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine grafische Darstellung ist, die die Licht-Moden-Intensität in Bezug auf Aperturdurchmesser nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 eine grafische Darstellung ist, die Ausgangslichtintensitäten für unterschiedliche Eingangslichtintensitäten in Bezug auf Distanzen zu einer optischen Sonde nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 eine Ansicht einer optischen Sonde eines Aperturdurchmessers ist, der mit einem REM neu gemessen wurde, wobei der Aperturdurchmesser jeweils mit der Aperturmessvorrichtung nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung gemessen wurde;
17 eine grafische Darstellung ist, die relative Verhältnisse von Lichtintensität in Bezug auf Aperturdurchmesser zeigt; und
18 eine grafische Darstellung ist, die Ausgangslichtintensitäten für unterschiedliche Eingangslichtintensitäten unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Distanz von einer optischen Sonde zu einem Fenster zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden hierin Ausführungen einer Vorrichtung zum Messen eines Aperturdurchmessers einer optischen Nahfeldsonde nach der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
4 ist eine als Querschnitt ausgeführte schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer Vorrichtung zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde der vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf 4 enthält die Vorrichtung eine Lichtquelle 31, einen optischen Detektor 37 und ein Raum-Moden-Filter 35a. Die Lichtquelle 31 strahlt Licht in Richtung einer optischen Sonde 33. Der optische Detektor 37 ist vor der optischen Sonde 33 angeordnet und empfängt durch die optische Sonde 33 hindurchgelassenes Licht, um Lichtintensität zu erfassen. Das Raum-Moden-Filter 35a ist zwischen der Lichtquelle 31 und dem optischen Detektor 37 ausgebildet und lässt von dem durch die optische Sonde 33 durchgelassenen Licht nur Licht mit Wellenlängen einer spezifischen Mode durch. Hier kann ein einheitliches Medium mit einem einheitlichen Brechungsindex des Weiteren zwischen der optischen Sonde 33 und dem Raum-Moden-Filter 35a angeordnet werden.
Die Lichtquelle 31 ist eine Laserdiode (LD), die einen Laser mit einer Wellenlänge von ungefähr 630 nm als eine Lichtquelle verwendet, wenn der Aperturdurchmesser der optischen Sonde in einem Bereich von ungefähr 50–100 nm liegt.
Die optische Sonde 33 ist eine konische optische Faser, deren Spitze kegelförmig ist und von der eine plattierte Schicht mit Aluminium beschichtet ist. Der Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde 33 muss kleiner sein als eine von der Lichtquelle 31 emittierte Wellenlänge. Dadurch soll die Beugungsgrenze auf Grund der Wellenlänge des Lichtes überwunden werden. Wenn mit anderen Worten ein Teilchen des Lichtes kleiner als die Wellenlängen des Lichtes ist, ist es auf Grund der von der Wellenlänge des Lichtes verursachten Beugungsgrenze unmöglich, das Teilchen zu erfassen. Somit muss zum Erfassen der Teilchen des Lichtes, die kleiner als die Wellenlänge des Lichtes sind, das Licht durch eine optische Sonde mit einem Aperturdurchmesser, der kleiner als die Wellenlänge des Lichtes ist, emittiert werden.
Die optische Sonde 33 wird auf verschiedenen Gebieten, wie einer optischen Nahfeldmikroskopie, einem Laser, optischer Informationsspeicherung, optisches Einfangen und Ähnliches, verwendet. Im Besonderen kann, wenn die optische Sonde 33 bei optischen Aufnahmetechniken für optische Informationsspeicherung verwendet wird, ein optisch beschreibbares Medium mit viel höherer Aufzeichnungsdichte als die Informationsaufzeichnungsdichte der optischen Sonde 33 hergestellt werden, indem ein Lichtpunkt einer sehr kleinen Größe erzielt wird.
Der optische Detektor 37 ist ein allgemeiner Photodetektor (PD). Jedoch müssen gemäß dem Medientyp, der zwischen der optischen Sonde 33 und dem Raum-Moden-Filter 35a angeordnet ist, unterschiedliche optische Detektoren verwendet werden. Zum Beispiel besteht bei der Vorrichtung zum Messen des Aperturdurchmessers der optischen Sonde nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ein freier Raum zwischen der optischen Sonde 33 und dem Raum-Moden-Filter 35a. Da jedoch der freie Raum eine niedrigere Lichtübertragungseffizienz aufweist als ein Wellenleiter oder eine optische Faser, ist es notwendig, einen optischen Detektor mit der besseren Leistung auszubilden.
Das Raum-Moden-Filter 35a dient dazu, auf Basis der Art des Mediums, das zwischen der optischen Sonde 33 und dem Raum-Moden-Filter 35a angeordnet ist, von dem Licht nur Licht von Wellenlängen einer spezifischen Mode hindurchzulassen.
Bei der Vorrichtung nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung lässt, wenn ein freier Raum besteht oder ein Medium mit einem einheitlichen Brechungsindex zwischen der optischen Sonde 33 und dem Raum-Moden-Filter 35a angeordnet ist, das Raum-Moden-Filter 35a nur Licht von Wellenlängen mit einer Bessel-Gauss-Mode durch.
Im Allgemeinen wird die Ausbreitungsgleichung des Lichtes, das durch das Medium hindurchgelassen wird, durch Gleichung 1 angegeben. Hier ist das Medium ein homogenes Medium oder ein inhomogenes Medium mit einem stufenweise variierenden Brechungsindex. (Δ + k2)ψ(r →, z) = 0 (1)
Gleichung 2 ist eine Helmholtz-Gleichung für einen Punkt, der kleiner ist als die Wellenlänge des Lichtes auf einem Anfangsplan z = 0, der von einer optischen Sonde, die beschichtet oder unbeschichtet ist, gebildet wird, d. h. ein Punkt mit Subwellenlängengröße.
Hier breitet sich das von der optischen Sonde 33 emittierte Licht durch ein Medium mit wohlbekannten Eigenschaften, z. B. einheitlicher Brechungsindex, ein Stufenindex-Wellenleiter, eine Stufenindex-Faser, ein Gradientenindex-Wellenleiter oder eine Gradientenindex-Faser, aus. Somit kann eine genaue Lösung der Wellengleichung 1 ermittelt werden.
wobei c_m eine Moden-Konstante ist und ψ_m eine Moden-Lösung ist. Ein elektrisches Feld wandert in eine Richtung Z in dem Medium. Hier wird die Ausbreitungsgleichung durch Gleichung 3 angegeben.
Im Falle des freien Raums wird eine Moden-Lösung von Wellenlänge in einer Bessel-Gauss-Mode, die von einem Raum-Moden-Filter 35a ermittelt wurde, durch Gleichung 4 dargestellt:
wobei J_m eine Bessel-Funktion ist.
Hier wird die Moden-Konstante c_m durch Gleichung 5 angegeben.
wobei γ_m0 eine Wurzel von J_m(x) = 0 ist und R der Radius des Raum-Moden-Filters in dem freien Raum ist. Die vorgegebene Beziehungsgleichung für den Aperturdurchmesser der optischen Sonde wird von einer Beziehung zwischen einer Kopplungskonstanten c_m von Gleichung 5 und einem von dem Detektor erfassten Lichtintensitätswert zum Ermitteln des Aperturdurchmessers der optischen Sonde 33 hergeleitet.
8 ist eine grafische Darstellung, die die Licht-Moden-Intensität q in Bezug auf Aperturdurchmesser w_a in einem freien Raum mit einem Brechungsindex n von 1 oder einem Medium mit einem Brechungsindex n von 2 zeigt. Die Wellenlänge λ von verwendetem Licht beträgt 650 nm. Hier beträgt der Radius R des Filters 5 μm.
Wie aus der 8 ersichtlich ist, beträgt, wenn der Aperturdurchmesser w_a Null ist, die relative Moden-Intensität q 1. Die Licht-Moden-Intensität q nimmt mit zunehmender Größe der Apertur ab. Der Aperturdurchmesser weist einen Wert zwischen 0–0,7 μm in dem freien Raum mit dem Brechungsindex 1 auf und weist einen Wert zwischen 0–0,5 μm in dem Medium mit dem Brechungsindex 2 auf. Mit anderen Worten steigt die Flanke der Moden-Intensität q mit dem Brechungsindex n.
9 ist eine grafische Darstellung, die die Licht-Moden-Intensität q in Bezug auf Aperturdurchmesser w_a für Verhältnisse unterschiedlicher Moden-Konstanten zeigt. Hier beträgt der Brechungsindex n 1 und der Radius R des Filters beträgt 5 μm. Die Form des in 9 gezeigten Graphen ist der Form des in 8 gezeigten Graphen ähnlich. Die Flanke der Moden-Intensität q für das Konstantenverhältnis c₅/c₁ ist höher als diejenige der Moden-Intensität q für das Konstantenverhältnis c₂/c₁. Die Empfindlichkeit steigt mit dem Flankenanstieg.
5 ist eine als Querschnitt ausgeführte schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen eines Aperturdurchmessers einer optischen Sonde nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf 5 enthält die Vorrichtung eine Lichtquelle 31, einen optischen Detektor 37, ein Filter 35b und einen Lichtwellenleiter 39. Die Lichtquelle 31 strahlt Licht in Richtung einer optischen Sonde 33. Der optische Detektor 37 ist vor der optischen Sonde 33 angeordnet und empfängt das durch die optische Sonde 33 hindurchgelassene Licht, um Lichtintensität zu erfassen. Das Filter 35b ist zwischen der Lichtquelle 31 und dem optischen Detektor 37 angeordnet und lässt von dem durch die optische Sonde 33 durchgelassenen Licht nur Licht mit Wellenlängen in einer spezifischen Mode durch. Der Lichtwellenleiter 39 ist zwischen der optischen Sonde 33 und dem Filter 35b angeordnet und leitet das Licht.
Hier sind die Lichtquelle 31 und der optische Detektor 37 im Hinblick auf ihre Struktur und Funktion mit denjenigen, die bei der ersten Ausführung beschrieben wurden, identisch und daher werden ihre Beschreibungen weggelassen.
Der Lichtwellenleiter 39 nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann ein Gradientenindex-Wellenleiter, eine Gradientenindex-Faser, ein Stufenindex-Wellenleiter oder eine Stufenindex-Faser sein.
Ein Brechungsindex n des Gradientenindex-Wellenleiters erfüllt Gleichung 6. n2(x) = n20 – ω2x2 (6)wobei n₀ ein Brechungsindex der optischen Achse des Gradientenindex-Wellenleiters ist und ω ein Brechungsindex in Bezug auf eine Distanzeinheit ist.
Wenn der Lichtwellenleiter 39 nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Gradientenindex-Wellenleiter ist, lässt das Filter 37 nur Wellenlängen in einer Hermite-Gauss-Mode durch. Hier wird die Moden-Lösung der Hermite-Gauss-Mode durch Gleichung 7 angegeben.
Eine Kopplungskonstante c_m entsprechend der Moden-Lösung wird aus Gleichung 8 für einen Punkt mit einer gaußschen Intensitätsverteilung ermittelt. cm = ∫E(x, z)ψm(x)dx (8)
Die Koeffizienten erster und zweiter Ordnung c₀ und c₂ werden durch die Gleichung 9 angegeben.
Das Moden-Intensitäts-Verhältnis q kann anhand von c₀ und c₂ gemäß Gleichung 10 ermittelt werden.
Der Aperturdurchmesser w_a der optischen Sonde 33 wird dann durch Lösen der Gleichung 10 wie folgt ermittelt.
10 ist eine grafische Darstellung, die die Moden-Konstante c_2n als eine Funktion der Modenzahl n zeigt. Wie aus 10 ersichtlich ist, steigt die Moden-Konstante c_2n deutlich an, wenn die Modenzahl n kleiner als 10 ist. Somit wird eine insignifikante Moden-Intensität q erzielt, wenn die Modenzahl n in Bezug auf die Konstante erster Ordnung c₀ größer als 10 ist.
11 ist eine grafische Darstellung, die ein Verhältnis c₂/c₀ der Licht-Moden-Intensität q als eine Funktion des Aperturdurchmesserverhältnisses w_a/w₀ zeigt. Somit gilt, dass, wenn w_a Null ist, q 0,7 ist und q Null wird, wenn w_a gleich w_o wird, da q sinkt, wenn sich w_a graduell w_o nähert.
Wenn der Lichtwellenleiter 39 nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Gradientenindex-Faser ist, lässt das Filter 37 nur Wellenlängen in einer Laguerre-Gauss-Mode durch.
Hier ist die Gradientenindex-Faser eine optische Faser, bei der ein Brechungsindex eines Kernteils der optischen Faser eine glatte Funktion in Bezug auf eine Distanz zu der Mitte in einem Querschnitt wird. Ein Brechungsindex n der Gradientenindex-Faser wird außerdem durch Gleichung 6 angegeben.
Eine Moden-Lösung der Laguerre-Gauss-Mode wird durch Gleichung 12 angegeben.
Die erste und zweite Moden-Konstante c₀ und c₂ aus der Gleichung 12 werden durch Gleichung 13 wie folgt angegeben.
Das Licht-Moden-Intensitäts-Verhältnis q von c₀ und c₂ erster und zweiter Ordnung wird durch Gleichung 14 angegeben.
Der Aperturdurchmesser w_a der optischen Sonde wird dann durch Lösen der Gleichung 14 wie folgt ermittelt.
12 ist eine grafische Darstellung, die ein Moden-Intensitäts-Verhältnis q (= c₂/c₀) als eine Funktion in Bezug auf das Aperturdurchmesserverhältnis w_a/w₀ zeigt.
Wenn der Lichtwellenleiter 39 ein Stufenindex-Wellenleiter oder eine Stufenindex-Faser ist, lässt das Filter 37 nur Wellenlängen in einer Stufenmode durch.
Hier ist der Stufenindex-Wellenleiter ein flacher Lichtwellenleiter, wobei ein Brechungsindex in der Stufenform variiert. Die Stufenindex-Faser ist eine optische Faser, wobei Brechungsindizes von Kern und Plattierung einheitlich sind und der Brechungsindex der Plattierung höher ist als derjenige des Kerns.
Eine Moden-Lösung der Stufenmode kann aus Gleichung 16 ermittelt werden. Em(x, r) = Acosk1xexp(–iβmz), m = 0, 2, ... Em(x, r) = Asink1xexp(–iβmz), m = 1, 3, ... (16)wobei β_m eine Ausbreitungskonstante ist, d die Dicke des Wellenleiters ist, n₁ der Brechungsindex des Kerns ist und n₂ der Brechungsindex einer Abdeckung ist.
Hier wird eine horizontale räumliche Frequenz k₁ durch Gleichung 17 angegeben.
Die Kopplungskonstante c_m, die die Gleichungen 16 und 17 erfüllt, wird durch Gleichung 18 angegeben.
Die 13 und 14 sind grafische Darstellungen, die die Moden-Intensität q in Bezug auf die Aperturdurchmesser w_a der Stufenmode für unterschiedliche Dicken des Wellenleiters zeigen. In 13 beträgt die Dicke d des Wellenleiters 3 μm und in 14 beträgt die Dicke d des Wellenleiters 5 μm. Wenn der Brechungsindex n₂ der Abdeckung einheitlich ist und auf 1,5 eingestellt ist, beträgt der Brechungsindex n₁ des Kerns 1,6 bzw. 2,0. Es ist ersichtlich, dass die Flanke, wenn der Brechungsindex n₁ des Kerns 2,0 beträgt, etwas größer ist als die Flanke, wenn der Brechungsindex n₁ des Kerns 1,6 beträgt.
Ein Verfahren zum Messen der Aperturgröße der optischen Nahfeldsonde unter Verwendung eines Filters, um nur Wellenlängen in einer spezifischen Mode durchzulassen, unter Verwendung einer Vorrichtung zum Messen der Apertur der optischen Sonde nach der ersten oder zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält die folgenden Schritte: (a) Strahlen von Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge in Richtung der optischen Sonde; (b) Durchlassen nur von Licht von Wellenlängen in einer spezifischen Mode von dem von der optischen Sonde durchgelassenen Licht unter Verwendung des Filters; (c) Erfassen eines ersten Lichtintensitätswertes einer ersten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung einer Wellenlänge mit einer Modenzahl von 0 von dem durch das Filter durchgelassenen Licht; (d) Erfassen eines zweiten Lichtintensitätswertes einer zweiten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung einer Wellenlänge mit einer von 0 verschiedenen Modenzahl von dem durch das Filter durchgelassenen Licht; und (e) Einsetzen des ersten und des zweiten Lichtintensitätswertes in eine vorgegebene Gleichung für einen Aperturdurchmesser der optischen Sonde, um den Aperturdurchmesser der optischen Sonde zu ermitteln.
Schritt (e) enthält: (e-1) Ermitteln einer Moden-Lösung, die einer spezifischen Mode gemäß einem spezifischen Medium entspricht; (e-2) Berechnen einer Kopplungskonstanten, die der Moden-Lösung entspricht, und Ermitteln einer Beziehungsgleichung der Kopplungskonstanten für den Aperturdurchmesser der optischen Sonde; und (e-3) Ein setzen des in Schritt (c) gemessenen ersten Lichtintensitätswertes und des in Schritt (d) gemessenen zweiten Lichtintensitätswertes in die Gleichung, um den Aperturdurchmesser der optischen Sonde herzuleiten.
6 ist eine als Querschnitt ausgeführte schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen einer Apertur einer optischen Sonde nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Bei dem Verfahren zum Messen des Aperturdurchmessers unter Verwendung der Vorrichtung nach der ersten oder zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Moden-Intensität in Bezug auf den Aperturdurchmesser ermittelt. Ein Verfahren zum Messen eines Aperturdurchmessers in der Vorrichtung nach der dritten Ausführung bestimmt jedoch den Aperturdurchmesser aus einem Reduktionsverhältnis von Lichtintensität der optischen Achse in Bezug auf den Aperturdurchmesser.
Mit Bezugnahme auf 6 enthält die Vorrichtung nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle 31, einen optischen Detektor 37 und ein Filter 35c. Die Lichtquelle 31 strahlt Licht in Richtung einer optischen Sonde 33. Der optische Detektor 37 ist vor der optischen Sonde 33 angeordnet und empfängt das durch die optische Sonde 33 hindurchgelassene Licht, um Lichtintensität zu erfassen. Das Filter 35c ist zwischen der Lichtquelle 31 und dem optischen Detektor 37 angeordnet und lässt von dem durch die optische Sonde 33 durchgelassenen Licht nur Licht mit Wellenlängen in einer spezifischen Mode durch. Das Filter 35c weist einen Hohlraum in der Mitte zum Durchlassen eines Teils des Lichtes auf.
Hier sind die Lichtquelle 31 und der optische Detektor 37 im Hinblick auf ihre Struktur und Funktion mit denjenigen, die bei der ersten Ausführung beschrieben wurden, identisch und daher werden ihre Beschreibungen weggelassen.
Das Verfahren zum Messen des Aperturdurchmessers in der Vorrichtung nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthält die folgenden Schritte: (a) Strahlen von Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge in Richtung der optischen Sonde; (b) Erfassen eines ersten Lichtintensitätswertes aus einer ersten Fernfeld-Intensitätsverteilung des durch die Maske durchgelassenen Lichtes; (c) Erfassen eines zweiten Lichtintensitätswertes aus einer zweiten Fernfeld-Intensitätsverteilung des durch die Maske durchgelassenen Lichtes; und (d) Einsetzen des ersten und des zweiten Lichtintensitätswer tes in eine vorgegebene Beziehung für die Lichtintensität und den Aperturdurchmesser der optischen Sonde, um den Aperturdurchmesser der optischen Sonde zu ermitteln. Hier weist das Filter 35c in der Mitte den Hohlraum mit einer Größe s von ungefähr 6 μm auf.
7 ist eine Konfigurationsansicht der Vorrichtung zum Messen des Aperturdurchmessers nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Mit Bezugnahme auf 7 wird von einer Lichtquelle 31 emittiertes Licht durch eine Linse 32, einen Koppler 34 und eine optische Faser 36 zu einer optischen Sonde 33 durchgelassen. Spezifische Wellenlängen des durch die optische Sonde 33 durchgelassenen Lichtes, die einer Maskenmode entsprechen, werden durch das Filter 35c, das einen Hohlraum aufweist, emittiert und zu einem optischen Detektor durchgelassen, um erfasst zu werden. Hier ist das Bezugszeichen 38 eine Stufe, bei der die optische Sonde 33, das Filter 35c und der optische Detektor 37 installiert sind.
15 zeigt Ergebnisse des Lichtintensitätsverhältnisses, die anhand eines Experiments ermittelt wurden, das durchgeführt wurde, als das Filter 35c nicht angeordnet ist und die Ausgangslichtintensität 21,3 mW beträgt, wobei eine Laserdiode mit einer Wellenlänge von 650 nm als die Lichtquelle 31 installiert ist, ein Strom von 95 mA angelegt wird und der Hohlraum eines Filters eine rechteckige Größe von 1,20 nm × 1,01 nm aufweist. Wie aus 15 ersichtlich ist, beträgt, wenn bei einem Lichtintensitätsverhältnis I, wenn eine Distanz z zwischen der optischen Sonde 33 und dem Filter 35c 5 mm bzw. 20 mm beträgt, eine grafische Darstellung in Bezug auf den Aperturdurchmesser w_a der optischen Sonde erfolgt, der Aperturdurchmesser w_a 1,66 μm, wenn das Lichtintensitätsverhältnis I 13 beträgt.
16 zeigt einen Aperturdurchmesser einer optischen Sonde, der mit der Vorrichtung nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung gemessen wurde und mit einem REM neu gemessen wurde. Der in 16 gezeigte Aperturdurchmesser der optischen Sonde beträgt 1,62 μm und entspricht fast dem Aperturdurchmesser der optischen Sonde, der mit der Vorrichtung nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung gemessen wurde. Dies beweist, dass die Vorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung einen Aperturdurchmesser genau messen kann.
17 ist eine grafische Darstellung, die ein relatives Lichtintensitätsverhältnis (γ = I₂/I₁) in Bezug auf den Aperturdurchmesser w_a zeigt, wenn die Lichtintensitäten I₁ und I₂ durch die Gleichung 19 definiert werden. Hier beträgt eine Größe eines Hohlraums eines Fensters 6 μm und eine Distanz z von einer Apertur einer optischen Sonde zu dem Fenster beträgt 300 μm. I1 = ∫∫s|E/(x, y, z1)|2dxdy I2 = ∫∫s|E/(x, y, z2)|2dxdy (19)
Mit Bezugnahme auf 17 ist ersichtlich, dass das Lichtintensitätsverhältnis γ mit einer Zunahme des Aperturdurchmessers w_a ab dem Punkt sinkt, an dem der Aperturdurchmesser w_a Null beträgt und das Lichtintensitätsverhältnis γ ungefähr 15 beträgt. Es ist zum Beispiel ersichtlich, dass wenn das relative Lichtintensitätsverhältnis γ 7 beträgt, der Aperturdurchmesser w_a der optischen Sonde ungefähr 0,27 μm beträgt.
18 ist eine grafische Darstellung, die eine Ausgangslichtintensität I_out unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Distanz z von der optischen Sonde zu dem Fenster für unterschiedliche Eingangslichtintensitäten zeigt. In diesem Fall weist der Fensterhohlraum eine Größe von 9 mm × 9 mm auf. Es ist ersichtlich, dass die Ausgangslichtintensität umso größer wird, je größer die Eingangslichtintensität ist. Hier stellt g1 die größte Eingangslichtintensität dar und g2, g3 und g4 stellen verringerte Eingangslichtintensitäten dar. Außerdem ist anhand von g1, g2, g3 und g4 ersichtlich, dass, ungeachtet der Eingangslichtintensität, die Ausgangslichtintensität abnimmt, wenn die Distanz z zunimmt.
Die oben beschriebenen Ausführungen sind als Beispiele für bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung auszulegen und nicht als Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel kann ein Durchschnittsfachmann eine vorgegebene optische Vorrichtung zwischen einer optischen Sonde und einem optischen Detektor und ein Filter nach dem technischen Geist der vorliegenden Erfindung ausbilden. Somit ist der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die angehängten Ansprüche und Äqui valente davon zu definieren und nicht durch die beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung.
Wie oben beschrieben wurde, kann bei der Vorrichtung und dem Verfahren zum Messen der Apertur der optischen Sonde die Vorrichtung einfach hergestellt werden und der Aperturdurchmesser der optischen Sonde kann genau gemessen werden, ohne die optischen Sonde zu beschädigen.

Claims

Vorrichtung zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Lichtquelle (37) zum Strahlen von Licht auf die optische Nahfeldsonde (33); einen optischen Detektor (31), der vor der optischen Nahfeldsonde (33) angeordnet ist, wobei der optische Detektor (37) das durch die optische Nahfeldsonde (33) hindurchgelassene Licht empfängt, um Lichtintensität zu erfassen; und ein Filter (35a, 35b, 35c), das zwischen der Lichtquelle (31) und dem optische Detektor (37) ausgebildet ist, wobei das Filter (35a, 35b, 35c) von dem durch die optische Nahfeldsonde (33) durchgelassenen Licht nur Licht mit Wellenlängen in einer spezifischen Mode durchlässt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die spezifische Mode eine Bessel-Gauss-Mode ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren ein Medium (39) umfasst, das zwischen der optischen Nahfeldsonde und dem Filter angeordnet ist und einen einheitlichen Brechungsindex hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren umfasst: einen Lichtwellenleiter (39), der zwischen der optischen Nahfeldsonde (33) und dem Filter (35a, 35b, 35c) angeordnet ist, wobei der Lichtwellenleiter (39) dazu dient, das Licht zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Lichtwellenleiter (39) ein Gradientenindex-Wellenleiter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die spezifische Mode eine Hermite-Gauss-Mode ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Lichtwellenleiter (39) eine Gradientenindex-Faser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die spezifische Mode eine Laguerre-Gauss-Mode ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Lichtwellenleiter (39) ein Stufenindex-Wellenleiter oder eine Stufenindex-Faser ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die spezifische Mode eine Stufenindex-Wellenleitermode oder eine Stufenindex-Fasermode ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren umfasst: eine Maske, die zwischen der Lichtquelle (31) und dem Filter (35a, 35b, 35c) angeordnet ist und einen Hohlraum in der Mitte aufweist, durch den das Licht hindurchtritt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die spezifische Mode eine Maskenmode ist.
Verfahren zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde (33) unter Verwendung eines Filters (35a, 35b, 35c) zum Durchlassen von Licht in einer spezifischen Mode, wobei das Verfahren umfasst: (a) Strahlen von Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf eine optische Sonde (33); (b) Durchlassen von Wellenlängen in einer spezifischen Mode von dem von der optischen Nahfeldsonde (33) emittierten Licht unter Verwendung eines Filters (35a, 35b, 35c); (c) Erfassen eines ersten Lichtintensitätswertes einer ersten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung von Licht einer Wellenlänge mit einer Modenzahl von Null von dem durch das Filter (35a, 35b, 35c) durchgelassenen Licht; (d) Erfassen eines zweiten Lichtintensitätswertes einer zweiten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung von Licht einer Wellenlänge mit einer von Null verschiedenen Modenzahl von dem durch das Filter (35a, 35b, 35c) durchgelassenen Licht; und (e) Einsetzen eines Verhältnisses des ersten und des zweiten Lichtintensitätswertes in eine vorgegebene Gleichung, um den Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde (33) zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt (b) des Weiteren Durchlassen des durch die optische Nahfeldsonde (33) zu dem Filter (35a, 35b, 35c) durchgelassenen Lichtes durch ein vorgegebenes Medium (39) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das vorgegebene Medium (39) einen einheitlichen Brechungsindex hat.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 15, wobei die spezifische Mode eine Bessel-Gauss-Mode ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das vorgegebene Medium (39) ein Gradientenindex-Wellenleiter ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die spezifische Mode eine Hermite-Gauss-Mode ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das vorgegebene Medium (39) eine Gradientenindex-Faser ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die spezifische Mode eine Laguerre-Gauss-Mode ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das vorgegebene Medium (39) ein Stufenindex-Wellenleiter oder eine Stufenindex-Faser ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die spezifische Mode eine Stufenindex-Wellenleitermode oder eine Stufenindex-Fasermode ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt (d) Ermitteln eines zweiten Lichtintensitätswertes aus einer zweiten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung einer Wellenlänge mit einer Modenzahl von 2 von dem durch das Filter durchgelassenen Licht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei Schritt (e) umfasst: (e-1) Ermitteln einer Moden-Lösung, die einer spezifischen Mode gemäß einem spezifischen Medium entspricht; (e-2) Berechnen einer Kopplungskonstante, die der Moden-Lösung entspricht, und Ermitteln einer Beziehungsgleichung der Kopplungskonstante in Bezug auf den Aperturdurchmesser der optischen Sonde; und (e-3) Einsetzen eines Verhältnisses des in Schritt (c) gemessenen ersten Lichtintensitätswertes und des in Schritt (d) gemessenen zweiten Lichtintensitätswertes für die Verhältnisgleichung, um den Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde (33) herzuleiten.
Verfahren zum Messen einer Apertur einer optischen Nahfeldsonde (33) unter Verwendung einer Maske (356) mit einem Hohlraum, wobei das Verfahren umfasst: Strahlen von Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge auf die optische Nahfeldsonde (33); Erfassen eines ersten Lichtintensitätswertes aus einer ersten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung des durch die Maske (356) durchgelassenen Lichts; Erfassen eines zweiten Lichtintensitätswertes aus einer zweiten Fernfeld-Lichtintensitätsverteilung des durch die Maske (356) durchgelassenen Lichtes und Einsetzen des ersten und des zweiten Lichtintensitätswertes in eine vorgegebene Gleichung für Lichtintensität und einen Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde, um den Aperturdurchmesser der optischen Nahfeldsonde (33) zu ermitteln.