TW591256B - Light coupling-element, method to realize a polarization-independence and method to reduce the drop-size on the light coupling-element with surface-grids - Google Patents

Description

591256 五、 發明說明 ( 1 ) 本 發 明 涉 及 一 種 光 耦I 合 元 件 ，其表面之 材料可透過一 種 波 長 已 給 定 之 光 其 中 在 表 面之至少一 區域中存在一 種 線 型 光 柵 其 具 有 等 距 之 平 行直線形式 之輸入型條片 或 具 有 等 距 之 平 行 直 線 形 式 之 輸出型條片 〇 本 發 明 以 下 述 認 知 作 爲 起 始 點：已提出 上述形式之光 耦I 合 元 件 以 便 依 據 螢 光 來 證 明 化學反應或 生化反應。與 此 相 關 者 特 別 是 可 參 考 WO 0 1 /02839 ，其 中在一種分析 板 模 中 描 述 此 種 光 奉禹 合 元 件 0 其使用一種 稱爲”不正常 反 射 "之習知之效應。 其載體設有一種層， ’對一種光源（ 較 佳 是 至 少 接 近 單 色 之 光 源 ， 例如，雷射 或led)之 UV-VIS 或 NIR 範[ 圍（2 0 Onm 至 2000nm)中 給定之波長λ 之 光 而 言 該 載 體 及 該 層 是 透 明 的。在介電 質材料之情況 下 該 層 之 材 料 所 具 有 之 折 射 率較載體者 大很多（在給 定 之 液 長 中 觀 看 時 )0 載體之表面（其上施: 加該層）具有線 型 光 柵 其 結 構 經 由 薄 層 而 轉 印（transfer)至該層之表面 上 〇 在 已 使 用 之 π不正常之反射效應”中， 該給定波長之 光 在 遵 守 一 種 指 定 之 入 射 角 時 實際上會完 全被反射而使 光 不 會 沿 著 該 層 或 經 由 該 層 而 穿透。在適 當地選取該結 構 參 數 時 1 該 逐 漸 衰 減 (即， 橫向衰減）之 電磁場在層表 面 之 直 接 之 周 圍 環 境 中 特 別 強 ，在此種區 域中螢光分子 可 特 別 有 效 地 被 激 發 〇 這 樣 可 偵測各待分 析之試樣之層 表 面 上 之 設 有 所 S田 m 螢 光 標 纖 之 物質之很小 之濃度，此種 濃 度 較 先 刖 已 知 之 方 法 所 能 偵 測者小很多 〇 § 刖 之 線 型 光 柵 或 存 在 於 載 3- 體基板/層及層/周圍大氣 591256 五、發明說明（2) 之此二個界面上之線型光柵（俯視圖中對準時被覆蓋）須 對準，使線型之輸入型條片及介於其間之輸出型條片以 波之形式在某一方向中擴展。以結構波觀之，設有線型 光柵之光耦合元件在一維空間中是垂直於線型輸入型條 片或垂直於介於其間之輸出型條片而擴展。依據該文件 中所述之較佳方式，考慮到上述之對準性時，在板模施 加該光耦合元件之前，上述之波長已給定之雷射光只藉 由偏光片而在一種指定之方向中偏振。 若考慮其它光學分析方法或資訊技術目的（例如，在 波導層中輸入或發出雷射光）所用之光耦合元件，則須 注意：所設置之線型光柵是在一維空間中對準，即，所 設置之線型輸入型條片及介於其間之輸出型條片在沿著 表面之方向中展開。由於此種對準性，則傳送至光耦合 元件之光之向量大小在空間中被加權（weighted)且依據 其方向而受到光耦合元件不用程度之影響。依據wo 0 1 /0283 9中之方式，所施加之光依據其在光耦合元件上 之偏振方向而受到不同之影響。 本發明之目的是提供上述形式之光耦合元件，其以增 大之方式作用在入射光之向量大小上（特別是作用在其 偏振上）而與向量方向無關。 就上述形式之光耦合元件（其在表面之至少一區域中 具有等距之平行直線形式之輸入型條片）而言上述目的 以下述方式達成：在表面上存在著其它等距之平行直線 形式之輸入型條片，其與第一次所提及者相交。 591256 五、 發明說明 ( 3) 另 *— 種 方 式 是 5 在 上述 形式 之 光耦合元件（其中在表 面 之 至 少 一 區 域 中 存 在著 等距 之 平行直線形式之輸出型 條 片 )上該巨 丨的以下述方式達成= 在該表面上存在著其 它 等 距 之 平 行 直 線 形 式之 輸出 型 條片，其與第一次所提 及 之 輸 出 型 條 片 相 交 0 先 刖 技 藝 及 本 發 明 之光 柵之 周 期性（即，上述輸入型 條 片 或 輸 出 型 條 片 之 序列 間之 距 離）是光之已給定之波 長 之 函 數 該 光 是 用 在光 奉禹合 元 件中。 因 此 ，若光耦合元件使用 二波 長 之光時，則WO 0 1 /02839 及 W0 00/75644 中 之 建議 是合 乎 邏輯的，光耦合元件以 平 行 之 輸 入 型 條 片 或 輸出 型條 片 (但距離不相等）構成， 即 5 其 具 有 局 部 調 變 之光 栅周 期 或具有相交之線型光柵 ? 其 中 之 一 以 第 一 周 期對 某一 波 長之光達成最佳化，第 二 線 型 光 舰 ffllJ 則 對 第 二 波長 達成 最 佳化（其周期不同於第 一 周 期 )° 又 > 上 述 各 波 長 之 一之 光之 向 量大小在光耦合元件上 作 爲 向 里 方 向 之 函 數 而作 不同 之 加權（w e i g t i n g)，這特 別 是 與 其 偏 振 方 向 有 關。 在 本 發 明 之 光 耦I 合 元件 (其中各等距平行之直線形式 之 輸 入 型 條 片 相 交）之間形成各輸出島。同理，在上述 形 式 之 光 耦I 合 元 件 (其中各等距平行之直線形式之輸出 型 條 片 相 交 )之間形成各輸入島。 在 設 有 各 凸 起結 構 時， 可參 考 EP 1 0408 74。其中爲了 適 當 地 影 響 光 學 分 析 技術 用之 -5 - 表 面之可沾濕性，則未被

五、發明說明（4) 沾濕之表面區須設有輸出結構，其高度不小於一種指定 之最小値，即，由5 0 n m至1 0 u m，使設有此種結構之各 區在與未結構化之表面材料之表面能量相關之情形下防 止一種沾濕作用且使沾濕作用集中在已結構化之表面區 中。雖然EP 1〇408 74中上述已結構化之各區未涉及光 耦合區域（試樣在該處不應存在）且上述之各凸起結構未 滿足光學作用所需之準則，但依據本發明及以下仍將描 述者，表面可沾濕之與各表面區之表面能量有關之區域 仍將被提及。 如上所述，由EP 1 040874中已知各種規律性，其以防 水之結構化表面而在一種表面上界定一些不可沾濕之區 域且因此亦界定了一些可沾濕之區域。在本發明之設計 中，除了可達成上述之目的以外亦可達成以下之優點： 至流體界面之表面能量是與一已界定之俯視區中已存 在之表面成比例。若此表面在上述區域中是平坦的，則 此表面（可稱爲比（specific)表面）較該表面在上述俯視區 中已粗糙化時小很多。若在此種表面區上施加一種流體 液滴，則其會在此區上擴展而達到一種能量最小値。實 際上這表示：流體液滴在上述區域上以逐漸增大之比表 面而更集中，直至到達EP 1 0408 74中所使用之效應爲 止，使流體由相膦之區域滴下。 在本發明之光耦合元件中，在所考慮之區域中該特定表面較 只設有線型光柵時會更加擴大，但只擴大至使其上之液滴集中 但不滴出爲止。在上述使用本發明之光耦合元件以產生逐漸衰 591256 五、發明說明（5 ) 減（即，橫向衰減）之電磁場時，在例如由WP 0 1 /02839中 已爲人所知之技術中因此會使表面上已施加之設有標纖 之流體物質之濃度增大，這樣使所形成之可讀取之螢光 信號增大且又有以下之優點：在所考慮之區域中可沈積 許多各別之液滴而不會互相交錯地灌注。 在本發明之光耦合元件之較佳之實施形式中，輸入型 條片設有三個深度位準。 另一參數由輸入型條片之深度等級來設定，以改善上 述特定表面之大小。 因此須考慮：上述輸入型條片之凹入之側面部份共同 決定了上述之特定表面，較深之輸入型條片使上述特定 表面之擴大程度較更淺之輸入型條片所造成者還大。 在本發明之光耦合元件之另一較佳之實施形式中，各 輸入型條片都一樣深。 雖然本發明之等距平行直線形式之輸入型條片或輸出 型條片可以彎曲之形式沿著所觀看之區域而延伸，但在 本發明之光耦合元件之較佳實施形式中建議以直線形式 設置各輸入型條片或輸出型條片。 依據本發明之基本外觀，上述直線形式之輸入型條片 或輸出型條片以斜角方式相交而達成上述之目的。一種 波長已設定之光在所考慮之線型光柵上在光柵深度，光 柵週期且在此種周期內是輸入型條片及輸出型條片之任 務周期等之作用下受到影響。因此，在本發明之光耦合 元件上至少可以幾乎相同之方式來處理所觀察之光之向 五、發明說明（6) 重大小（特別是其偏振方向），若在以斜角相交之直線形 式之這些輸入型條片或輸出型條片中該斜角是由上述各 參數（即，光栅深度，光柵周期及任務周期）之不同之設 計來補償時。 因此，光可不受偏振方向所影響，這是由上述之光耦 合元件來達成。在另一實施形式中，直線形式之輸入型 條片或輸出型條片以直角方式相交。又，隨後之等距平 行直線形式之各輸入型條片或各輸出型條片之間距是相 等的。就一給定之波長（較佳是在20nm和20 00nm之間） 而言，（在空氣中）較佳是遵循以下之大小規則： 光柵周期，其定義成隨後之直線形式之輸入型條片或 輸出型條片之距離： 0. 1 入 $ d0 S 1 0 λ 較佳：0.2 λ λ 特別佳：0.5 λ λ 光柵深度，其定義成直線形式之輸出型條片之間之深 度或直線形式之輸入型條片之深度： 0.001 λ 10 λ 較佳：0·01 λ λ 特別佳：0.05 λ 0.2 λ 因此可得到以下之絕對（absolute)大小： 直線形式之輸入型條片或輸出型條片之距離d。較佳是 在2 0 n m至2 0 0 0 0 n m之間，特別佳是在4 0 n m至4 0 0 0 n m 之間，更好之情況是在l〇〇nm及1 2 00nm之間。 五、發明說明（7) 現有之輸入型條片之深度dT較佳是〇.2nm至20000nm ，特別佳是在2nm至2000nm之間，更好之情況是在 1 0 n m 至 4 0 0 n.m 之間。 任務周期（duty cycle)定義成輸出型條片寬度d7對隨後 之直線形式之輸入型條片之距離之比（ratio)，任務周期較 佳是在0.2至0.8之範圍中，特別佳是在0.4至0.6之範 圍中。 在本發明之光耦合元件之另一較佳之實施形式中，上 述之表面是指一種層之施加在一載體上之此面。特別是 就本發明之光耦合元件之應用而言，即，在螢光標記-側 量方法中藉由橫向衰減之電磁場（特別是如W0 00/75644 中所述者）來進行時，則建議：載體之表面在上述區域 中所具有之輸入型條片/輸出型條片結構是與該層之表 面上者相同且在俯視圖中各結構互相對準。 載體之材料因此具有一種波長已給定之光所需之折射 率，其較該層材料之拆射率還低。 由至少一種高折射之材料所構成之層較佳是由Ta2〇5 ，Ti02，Nb05，Zr02，ZnO或Hf02中至少一種材料所 構成且在空氣中相對於一給定之波長λ具有一種厚度： 層厚度：0.01 λ 10 λ 較佳是：0.1ASds$2A 特別佳是：0.2 λ $ds$0.3 λ 絕對厚度因此較佳是：2nmSdsS 20 0 00nm 更佳是:20nm^ds^4000nm 591256 五、發明說明（8) 特別佳是：4 0 n m S d s $ 6 0 0 n m 在使用該光耦合元件於生化領域中時，在表面上使用 一與高折射材料不同之化學成份是有利的。例如，若一 施加至該結構上之化學劑受到最佳化而黏附至Si〇2上 時’則可施加一很薄且因此在光學上無效或有效之Si02 層至該高折射之層上，這可以下述方式達成：施加厚度 d，0.001；lSdS0.2A，較佳是 0.01λ‘(1$0·05λ，之由 另一材料（較佳是Si02)所構成之另一薄層。此層之絕對 厚度d在λ介於200nm及2000nm時較佳是：0.2nmSd =400nm » 更佳是 2nmSdgl00nm。 本發明以下將依據圖式來詳述。圖式簡單說明： 第1圖習知技藝之光耦合元件之俯視圖，其具有一 維之線型光柵。 第2圖類似於第1圖，其是本發明之光耦合元件之 第一較佳實施形式之俯視圖及二個切面圖。 第3圖本發明之光耦合元件之另一實施形式之俯視 圖，其類似於第2圖。 第4 (a)及4(b)圖表面結構作用上之圖解，其用來形 成一種施加在表面上之液滴。 第5圖依據第2，3圖之俯視圖，本發明之光耦合元 件在三個不同之輸入型條片深度位準上具有多個輸入型 條片。 第6圖本發明之光耦合元件之較佳實施形式之透視 圖，其是依據第2圖之實施形式來構成。

-10- 五、發明說明（9) 第7圖類似於第6圖，其是依據第3圖之實施形式 來構成。 第1圖是習知之線型光柵之俯視圖及側視圖。在一糸合 定波長（特別是；l=633nm)之光可透過之材料（例如，由 T a2 0 5所構成之表面3中加入一種線型光柵。其由輸入 型條片5 (其互相平行）所構成，且若施加一種唯一之波 長又之光（較佳是200nmSA‘2000nm)，則各輸入型條片 5成等距，即，其間距屯均相等，其寬度d5亦相等， 各輸入型條片5之間所存在之條片7之寬度d7亦相同。 間距d。定義了光柵周期，其可輕易地由側視圖得知，光 柵之任務周期定義成輸出型條片寬度d7對光柵周期d。 之比。 輸入型條片5之深度dT通常都相等。表面3及本體i 之材料，光柵周期dQ，光柵之任務周期及光柵深度dT 因此須依據所期望之波長λ來調整。 第一圖所示之習知之線型光柵情況需要時亦可如點線 所示而彎曲。界定一種進行方向LG1。若在一未設有輸 入型條片7之原始表面E中定義此方向]^01爲y，與y 相垂直之方向定義成X，則可知：如光束9上所示者， 光之向量値E(特別是其偏振）之成份Ex及£Y會受到線 型光柵不同之影響，即，線型光柵之作用就此種光之向 量値而言是與向量方向有關的。例如，線型光柵之作用 是與光束9中光之偏振方向有關。 如上所述，以第1圖中所示型式之線型光柵來處理二 -11- 591256 五、發明說明（1〇) 種或多種波長λ之光已爲人所知。爲了此一目的，在線 型光柵上須對該光柵週期dQ及進行方向LG,中可能存在 之其它値進行調變（即，局部性地改變）。但隨後即將描 述之本發明之光耦合元件在每一情況中須針對唯一之波 長λ而被最佳化，使局部已調變之光柵周期或周期不同 之線型光柵未出現在所觀察之區域中。 第2圖是本發明之光耦合元件之第一實施形式。第2a 圖是俯視圖’第2b圖是某一方向中之橫切面圖，第2c 圖是在與該某一方向相垂直之方向中之橫切面圖。本體 1之表面3中加入等距平行直線形式之第一輸入型條片 5!，以及與第一輸入型條片51成一角度φ而相交之等距 平行直線形式之第二輸入型條片5 2。直線形式之輸入型 條片5 !及5 2在二維空間X及y中形成一種在觀看區域 中連續之輸入型條片光柵。 直線形式之第一輸入型條片5,之寬度是d51，第二輸 入型條片52之覓度是d52。隨後之直線形式之第一輸入 型條片5!之間距是，第二輸入型條片52之間距是 d02這些間距定義了相對應之第一（dQ1)及第二光柵周期 (d02)。 藉由直線形式之輸入型條片5 !及5 2來定義各輸出島 〇 第一任務周期由所定義。第二任務周期 定義成（心2-(152)/(1。2。 在第2 ( a)圖之俯視圖中依據直線形式之輸入型條片及 其間距以及測量各別之寬度d5x和選取角度φ，則對

-12- 591256 五、發明說明（11 ) 仍保留之輸出”島” 7可形成長菱形，菱形，矩形或正方 形之形式。 若與第2圖一起來考慮第1圖中所示之波長λ已給定 之光束9，則可知：利用本發明第2圖之光耦合元件可 適當地影響該光之向量値Ε(特別是其偏振）之二個向量 成份£χ及Ey。在相交之直線形式之輸入型條片5ι及52 成斜角（即，4# 90°)之情況下，藉由選取光柵周期d(n& d02之比以及輸入型條片d51及d52之各別之寬度，則可 由光耦合元件來適當地使光向量成份£x及£y受到影響 。在p #90°時適當地調整上述之參數，貝0 可使本發明之光耦合元件作用在光之向量値£上而與方 向無關。 又，可輕易地得知：上述之特定表面（例如，表面3 之區域BJ在本發明之光耦合元件中較先前技藝之光耦 合元件（其線型光柵如第1圖所示）中者大很多。 在依據第4(a)及4(b)圖進一步討論該作用之前，應依 據第3圖（類似於第2(a)圖）來說明本發明之光耦合元件 之另一實施形式。在此種實施形式中在本體1之表面3 上存在多個等距平行之直線形式之第一輸出型條片， 其與等距平行之直線形式之第二輸出型條片72相交成一 種角度P。這樣所形成之二維輸出型條片光柵界定了 其間之輸入’’島’’ 5。 藉由輸出型條片71或72來決定各輸出型條片寬度d71 及d72且例如藉由相鄰之平行直線形式之輸出型條片7 ! 或72來決定相對應之光柵周期dQ1及dQ2。任務周期由 -13- 591256 五、發明說明（12 ) 或（172/(1。2 來定義。 就第3圖所示之本發明之光耦合元件作用在光之向量 値而言，第2圖中所述者同樣適用，以本發明之光耦合 元件亦同樣可使特定之表面增大。 已增大之特定表面作用在液滴之形成上，這顯示在第 4圖中。第4(a)圖中該本體10具有平坦之表面12。表 面12上存在著液滴14。第4(b)圖中顯示一種本體10a ，其具有由結構化所增大之特定表面1 2 a。液滴1 4 a施 加在表面上。此二個圖中Es是周圍空氣及本體10或 l〇a之表面之間之表面能量，Efs是液滴14或14a及本 體10或10a之間之界面上之表面能量，Efa是液滴14 或14a及周圍空氣之間之界面上之表面能量。液滴會膨 脹，吏表面能量之和最小化。由於較大之特定表面1 2a ，則已結構化之面12a上之表面能量Efs較該平坦表面 12上者還大，液滴14a在橫向中較左方所示之平坦表面 1 2中者更集中以達成上述之能量最小値。 上述之效應在習知之線型光柵或光耦合元件（第1圖 所示者）轉換成本發明所示之第2圖或第3圖時可達成 :在第2,3圖中已結構化之表面上所施加之液滴更集中 ，使液體試樣之光學分析成爲可能。在第2圖或第3圖 中已結構化之表面上施加液滴試樣，其由於上述之相鄰 之”包封’’效應，則可施加數目較第1圖中者大很多之各 別液滴於本發明之已結構化之表面之給定之範圍上，這 對許多試樣之自動化之快速光學分析是很重要的。各別

-14- 591256 五、發明說明（13 ) 之液滴試樣互相交錯之危險性可大大地降低。第2或第 3圖中已結構化之表面劃分成二維空間。 在第2圖所示之本發明之第一較佳實例形式中，輸入 型條片5 i之深度dT1等於輸入型條片52之深度dT2。 就第2圖所示之表面結構之製法而言，可參考w〇 01/55760 。此種結構可藉由微影術及蝕刻技術（其已爲人所知）以 下述方式製成： 在未結構化之本體1之表面3上施加一種光漆層，其 例如可爲Clariant公司之漆AZ 1815。第一輸入型條片 結構\在光漆層中藉由近場雷射攝影術（NFH)，雙射束 雷射攝影術或一般形式之遮罩曝光而被曝光。適當之曝 光技術當然須依據光柵周期d。，之値來選取。在例如 3 6 Onm之很短之光柵周期時，較佳是使用雷射攝影 術來進行曝光，特別是使用W0 0 1 /55760中所述之NFH 〇 曝光之後本體表面3相對於曝光源而旋轉一種角度φ ( 第2圖），然後依據第二輸入型條片5 2之結構來進行曝 光。 在第二次曝光之後，使光漆被顯像，且藉由隨後之蝕 刻過程使曝光後對應於5 i, 5 2之裸露之表面部份同時被 蝕刻去除。然後去除其餘之光漆，這例如可藉由氧電漿 來達成。 第二圖所示之結構（其中dT1 = dT2)可藉由同時蝕刻二個 輸入型條片結構5 ,，5 2而形成。 -1 5 -

591256 五、發明說明（14) 依據第5圖來描述本發明第2圖所示形式之另一較佳 之光耦合元件。輸入型條片區域5 15 5 2之結構因此具有 三個深度位準：在荬·-輸入型條片結構51塗漆及曝光之 後使光漆顯影且第一線型光柵鈾刻成深度dT1。然後使 本體1旋轉一種角度P，表面又塗漆，曝光及顯像且第 二輸入型條片結構52蝕刻成深度dT2。在此種方式中由 於二個輸入型條片結構5 ,及52分別被蝕刻，則已蝕刻 之深度dT1及dT2可選擇成不同。第5圖是所形成之光 親合元件結構之俯視圖，其適用於一般之情況，即，輸 入型條片之二個蝕刻深度dT1及dT2不相同之時。未以 陰影表示之區域是未結構化之表面（S卩，第2圖之輸出 島7)之原來位準上之結構元件。單一陰影線之結構區域 分別具有深度dT2或dT1。陰影線相交叉之結構區中各深 度dT1及dT2相加（add)。因此形成一種具有三種結構深 度dT1，dT2, dT1 + dT2之表面結構。若藉由適當地測量各蝕 刻時間而選取dT1=dT2，則位準數由3降至2，即，深度 dT1=dT2 及 2dT】=2dT2 共二種。 可明顯地得知：光耦合元件在第5圖中具有更決定性 之已放大之特定表面，上述之效應可大大地用來使液滴 局部化。 現在若考慮第3圖之本發明之光耦合元件，則明顯可 得知：該處之各輸入島3可以適當之光漆-及蝕刻技術 被蝕刻成袋孔且必要時各輸入型條片5可在其深度之不 同之位準上。

-16- 591256 五、發明說明（15 ) 在第3圖之實施形式中，若必要時可以不同之深度階 級來製成直線形式之輸出型條片7 ι或7 2。 在第2圖之實施形式中，當仍保留之各輸出島7特定 是與製程有關而在俯視圖中可爲長菱形，菱形，矩形或 正方形時，則由於不同之製程技術使第3圖之實施形式 中各輸入島5之俯視圖可爲任意形狀，其可加至第2圖 之形式，特別是亦可爲圓形或橢圓形。 依據第2至5圖來描述本發明之光耦合元件，其中只 有本體1之表面被結構化。界定該表面3所用之本體較 佳是一施加在載體上之層，特別是一種波導層，其例如 由Ta205所構成。須再強調：在不同之光柵周期d(n，d()2 及/或任務周期時此種不同不是用來考慮二種不同之波 長，而是如第1，2圖所示在斜角情況（p古9 0。）時使本發 明之結構作用在光向量値之各成份上，特別是作用在偏 振上。 因此，在較佳之實施形式中明顯地須選取： P = 9 0 °且同時使 doi = d〇2 5 d5i = d52 或 d71 = d72。 製法（特別是對第二圖所示者）因此可簡化。 特別是對微滴定板所用之光耦合元件（請參考W0 0 1 /5 5 760)而言，其使用逐漸衰減之電磁場來測得各設有 螢光標記之物質，目前所述之本體1由一種高折射率之 材料（其可透過波長已給定之雷射光）之層所構成，例如 -1 7 - 591256 五、發明說明（16) ，由 丁&2 0 5，丁丨02^132 05,21：02,21102，：^02等金屬氧化物所 構成且厚度是150nm。該層施加在由Schott Desag AF45-玻璃所構成之載體上，層厚度d例如爲〇.7mm。. 上述之結構化方法現在不是在層1之表面上進行，而 是使第2至5圖所示之結構加在該載體之表面上。然後 在載體之表面上塗佈此層1，施加在載體表面上之本發 明之結構形成在層1之表面3上。在第2圖之結構（p = 90°，dT1 = dT2且同時對各輸入型條片進行蝕刻）中形成 第6圖所示之光耦合元件，其載體15具有以第2圖之 實施形式所結構化之載體表面1 5。其上之層1 a具有已 結構化之表面3 a。 層1 a之材料之折射率較載體1 5之材料者還大，玻璃 或上述各種層材料（例如，Ta2 0 5)可符合此需求。 第7圖中在載體15上之層la中加入第3圖所示之結 構，其具有圓形之輸入島5。 利用本發明所有實施形式中之光耦合元件而製備一種 元件，其作用在光之向量値上而與向量方向無關。又， 所得到之優點是：在本發明之已結構化之表面上施加液 滴時，由於比表面已擴大而使液滴集中在淸楚界定之區 域上’追樣可封此光親合兀件濃密地施加液體試樣。本 發明之光耦合元件可用於習知之全部之光學分析方法中 ’特別是可使用逐漸衰減之電磁場以探測各種以螢光來 標記之物質，但亦可使光射入或發出，特別是可使雷射 光於波導層中進/出，這亦屬光學分析技術或資訊技術 之範圍。 -18- 591256 五、發明說明（ι〇 〔符號說明〕 元件號數 中文名稱 1510,1Oa 本體 3 表面 5 輸入型條片 7 輸出型條片 9 光束 12,12a 表面 14,14a 液滴 -19-

Claims (1)

1. 591256 六、申請專利範圍 第9 1 1 2 3 42 3號「光耦合元件，偏振無關性之達成方法及 使光耦合元件上之液滴大小降低所用之方法」專利案 (9 3年1月修正） 六申請專利範圍： 1. 一種光耦合元件，其表面（3 )由一種可透過一給定之 波長（λ )之光之材料所構成，在表面（3 )之至少一區 域中存在著等距之平行直線形式之輸入型條片（5 i )， 其特徵爲：在表面（3 )上另存在著等距之平行直線形 式之輸入型條片（52)，其與輸入型條片（5J相交成一 種角度（Φ )。 2. —種光親合兀件，其表面（3)由一種可透過一給定之 波長（λ)之光之材料所構成，在表面（3)之至少一區 域中存在著等距之平行直線形式之輸出型條片（7,)， 其特徵爲：在表面（3 )上另存在著等距之平行直線形 式之輸出型條片（72)，其與輸出型條片（50相交成一 種角度（P )。 3. 如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其中在各 輸出型條片（7，7 i，72)之間所界定之輸入型條片 (51552,5)以二種涂度位準（dT1，dT2，dT1+ dT2)來形成 ο 4. 如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其中在輸 出型條片（7，, 72)之間所存在之輸入型條片（5 , ，52) 具有相同之深度。

   591256 六、申請專利範圍 5.如申請專利範圍第1或2項之光耦I合元件，其中已存 之直線形式之輸入型條片（51552)或輸出型條片（7ι,7^ 是直線型的。 6·如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其中等距 平行之直線形式之輸入型條片（5 !，5 2)或輸出型條片 (7 72)以直角方式相交且隨後之等距平行之直線形 式之輸入型條片（，52)或輸出型條片（7i，72)之間距 (“）是相同的。 7·如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其中隨後 之等距平行之直線形式之輸入型條片（5}，52)或輸出 型條片（7^72)之間距（dQ)選取成如下之範圍： 2 0 0 n m ^ d 0 S 2 0 0 0 0 n m， 較佳是 40nin$do$4000nm， 特別是 100nmSdoS 1200nm 〇 8.如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其中隨後 之等距平行之直線形式之輸入型條片（，52)或輸出型 條片（7 i，72)之間距（d。）相對於空氣中一給定之波長λ 而言選取成如下之範圍： 0 . 1 λ 10 λ， 較佳是 〇.2 λ 入， 591256 六、申請專利範圍 特別是 〇.5 λ €九$0.6 λ。 9. 如申請專利範圍第1項之光耦合元件，其中輸入型條 片之深度dT是在0.2nm至20000nm之間’較佳是在 10nm 至 400nm 之間。 10. 如申請專利範圍第1項之光耦合元件，其中輸入型條 片之深度dT相對於空氣中一給定之波長λ而言選取成 如下之範圍： 0.00lA=dj=10A ? 較佳是 0.01A^dj=A 5 特別是 0.05 λ gdT‘0.2 又。 11·如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其中任務 周期定義成輸出型條片寬度對隨後之直線形式之輸入 型條片或輸出型條片之間距之比（r a t i 〇 )且選取成0 · 2 至0.8，特別是0.4至0.6。 12·如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其中該表 面（3)是具有至少一層之層系統（la)之表面，其施加 在載體（1 5 )上。 13·如申請專利範圍第1 2項之光耦合元件，其中載體（1 5 ) 之表面在該區中所具有之輸入型條片/輸出型條片結 構是與層系統（1 a )之表面者相同，且在俯視圖中這些 591256 六、申請專利範圍 結構互相對準。 14.如申請專利範圍第1 2項之光耦合元件，其中該載體 (1 5 )之材料對該波長（λ )已給定之光所顯示之折射率 較層系統之層材料之折射率還低。 15·如申請專利範圍第1 2項之光耦合元件，其中該系統 具有至少一由高折射率之材料所構成之層，較佳是由 下列材料中至少一種材料所構成： Ta2〇5，Ta02，Nb05，Zr02，ZnO，Hf〇2。 16·如申請專利範圍第1 2項之光耦合元件，其中該層系 統之厚度d s是： 2nm 至 20000nm ， 較佳是 20nm 至 4000nm ， 特別是 40ηηι 至 4000nm 更佳是 ds=150nm 〇 17.如申請專利範圍第1 2項之光耦合元件，其中該層系 統相對於空氣中該給定之波長λ而言具有之厚度ds是 0.01 λ 10 λ » 較佳是 0.01 λ Sds$2 λ， 591256 六、申請專利範圍 特別是 0.2 久 SdsS0.3 λ。 18. 如申g靑專利範圍第1或2項之光耦I合元件，其中在等 距平行之直線形式之輸入型條片（5 !，52)之間仍存在之 輸出型條片（7 )或在等距平行之直線形式輸出型條片 (7!，72)之間仍存在之輸入型條片（5)之俯視圖是長菱 形，菱形，矩形或正方形。 19. 如申請專利範圍第2項之光耦合元件，其中存在於平 行直線形式之輸出型條片（7 i，72)之間之各輸入型條片 (5 )之俯視圖是圓形的或橢圓形的。 20. 如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件，其係用在 物質分析用之光學分析板模上。 21. 如申請專利範圍第1或2項之光耦合元件應用在資訊 技術之資料傳輸上。 22. —種偏振無關性之達成方法，藉此使具有表面光柵之 光耦合元件作用在波長已給定之入射光上，其特徵爲 :表面光栅須以二維方式形成在表面上，使偏振向量 之垂直成份均勻地受到光柵所影響。 23. —種使光耦合元件上之液滴大小降低所用之方法，其 特徵爲：藉由設置一種在二維空間中延伸之表面光柵 使其上所形成之液滴大小降低。