專利名稱：光耦合元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光耦合元件(Lichtkoppelelement)，它具有一個(gè)由一種對于給定波長的光來說透明的材料制成的表面，其中在該表面的至少一個(gè)部位中有一種交織網(wǎng)格，該交織網(wǎng)格具有等距平行的線狀的凹造型(Einformung)或者具有等距平行的線狀的凸造型(Aus-formung)。
本發(fā)明首先由已經(jīng)在所述種類的光耦合元件上依據(jù)熒光得到用來證實(shí)化學(xué)的或生物化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識出發(fā)。對于這一點(diǎn)尤其可以參考WO 01/02839，其中在一種分析平臺的構(gòu)思內(nèi)描述了一種這樣的光耦合元件。它充分利用了一種眾所周知為“反常反射”的效應(yīng)。這里設(shè)有一個(gè)帶有一個(gè)層的載體。這種載體以及還有該層最好對于給定波長λ的、在一個(gè)光源、最好是一個(gè)至少近似單色光源例如一種激光器或一種發(fā)光二極管(LED)的紫外線(UV)-可見光(VIS)或近紅外(NIR)范圍中的光線來說是透明的。若是介電材料，那么在給定波長的情況下進(jìn)行考察時(shí)，層材料的折射率比載體的材料要大得多。上面覆有層的載體的表面有一種交織網(wǎng)格，該網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)通過層而轉(zhuǎn)移到層表面上。當(dāng)充分利用“失常的反射效應(yīng)”時(shí)，給定波長的光在保持某一個(gè)入射角時(shí)實(shí)際上完全反射了，而且實(shí)際上并沒有光沿著層或通過該層傳播。在合適地選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，該損耗的、也就是說橫向減幅的電磁場在層表面的緊挨著的環(huán)境中變得特別強(qiáng)，這樣熒光分子在這個(gè)部位中尤其有效地被激發(fā)。這就可以使得在所要分析的樣品的層表面上所探測到的設(shè)有所謂熒光標(biāo)記的物質(zhì)的濃度大大小于用相對該專利來說先前已知的方法可能測得的濃度。
現(xiàn)有的交織網(wǎng)格或者在載體基底/層和層/周圍大氣的兩種界面上存在的、在俯視中覆蓋地對齊的交織網(wǎng)格的指向就象該線狀的凹造型和在其中間形成的凸造型呈波浪形在一個(gè)方向上延伸。設(shè)有交織網(wǎng)格的光耦合元件，作為結(jié)構(gòu)波來看，單維垂直于直線形的凹造型或位于其之間的凸造型進(jìn)行伸展。考慮到這種定向性，按照在該文獻(xiàn)中詳細(xì)描述的方法，在對具有光耦合元件的平臺加載之前，所述的給定波長的激光首先借助于一種起偏器極化到某一個(gè)方向上。
如果考察用于其它光學(xué)分析方法的或者用于信息技術(shù)的光耦合元件的話，也就是說用于在波導(dǎo)層中激光的輸入耦合和輸出耦合，那么也在那里引人注目的是所設(shè)置的交織網(wǎng)格在所述方面單維地指向，也就是說所設(shè)置的線狀的凹造型和在其間形成的凸造型在一個(gè)方向上沿著表面伸展。由于這種定向性，原則上使輸送給光耦合元件的光線的矢量大小在空間上加權(quán)并根據(jù)其方向的不同通過光耦合元件而受到影響。通常在按所述的WO 01/028839的方法中，加載的光根據(jù)其在光耦合元件上的極化方向而受到不同的影響。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種開頭所述種類的光耦合元件，這種元件原則上對于加載光的矢量大小、尤其是對于其極化產(chǎn)生影響，更大程度地與矢量方向無關(guān)。
這在上面所述類型的、在表面的至少一個(gè)部位中具有等距平行的、線狀的凹造型的一種光耦合元件上如下來達(dá)到在該表面上存在其它等距平行的線狀的凹造型，它們與前面所述的凸造型交叉。
另一種方法是在上述類型的、在其表面的至少一個(gè)部位中設(shè)有等距平行的、線狀的凸造型的光耦合元件上如下來達(dá)到在所述的表面上還有另外的等距平行的、線狀的凸造型，它們與前面所述的凸造型交叉。
先前已知的以及按本發(fā)明的網(wǎng)柵的周期性、也就是說所述的凹造型或凸造型的順序間距按光的給定波長的函數(shù)來設(shè)計(jì)，所述光應(yīng)該相應(yīng)目標(biāo)地在使用光耦合元件時(shí)使用。
因此合乎邏輯地既建議了WO 01/02839，也建議了WO 00/75644，如果應(yīng)該使用有兩種波長光的光耦合元件，那么也許要用平行的凹造型或凸造型，但不等距地設(shè)計(jì)該光耦合元件，也就是說具有局部調(diào)整的網(wǎng)柵周期(Gitterperiode)或者具有相互交叉的線狀交織網(wǎng)柵，它們中的一個(gè)具有第一種周期的交織網(wǎng)柵對于一種波長的光進(jìn)行了優(yōu)化，而接著該第二個(gè)交織網(wǎng)柵，它對于第二種波長進(jìn)行了優(yōu)化，用一種與第一個(gè)不同的周期來實(shí)現(xiàn)。
此外但是對一種所述波長的光在光耦合元件上的矢量大小以矢量方向的函數(shù)不同加權(quán)地來處理，如同尤其是取決于它的極化方向。
在按本發(fā)明的光耦合元件中，等距平等的線狀的凹造型相互交叉，其中形成與上述這些凹造型鄰接的、位于它們之間的凸?fàn)钤煨蛵u。與此類似在上述種類的光耦合元件中等距平行的線狀的凸造型相互交叉，此時(shí)形成了位于它們之間的凹島狀造型。
與突起結(jié)構(gòu)的規(guī)定有關(guān)聯(lián)地可以進(jìn)一步參閱EP 1 040 874。其中也就是有如下建議為了有目的地影響用于光學(xué)分析技術(shù)的表面的可潤濕性而設(shè)計(jì)了不應(yīng)潤濕的、具有凸造型結(jié)構(gòu)的表面部位，該凸造型結(jié)構(gòu)的高度不低于某個(gè)最小值，也就是從50nm至10μm，從而使設(shè)有這種結(jié)構(gòu)的部位與未結(jié)構(gòu)化的表面材料的表面能有關(guān)聯(lián)地阻止了潤濕，并使該潤濕集中在未結(jié)構(gòu)化的表面部位中。盡管例如在按EP 1040 874所述的如上所述結(jié)構(gòu)化的部位中正好并不涉及光耦合部位(那里正好不應(yīng)該有試樣)，而且所描述的突起結(jié)構(gòu)不必一定滿足光學(xué)效果方面的準(zhǔn)則，但是按照本發(fā)明和尚需說明的那樣也要提及到與表面部位的表面能有關(guān)聯(lián)的表面可潤濕性的范圍。
如所述由提及的EP 1 040 874已知了以下規(guī)律用疏水地結(jié)構(gòu)化的表面規(guī)定在一個(gè)表面上不需要被潤濕的部位，并因而也規(guī)定了要潤濕的部位。在按本發(fā)明的方法中，除了用來解決開頭所述的任務(wù)，也相關(guān)聯(lián)地取得以下優(yōu)點(diǎn)一個(gè)界面對一種液體的表面能正比于在一個(gè)規(guī)定的俯視部位上存在的表面。若該表面在所述部位中是平的，那么這個(gè)表面、可以稱作比表面(spezifische Oberflaeche)，就遠(yuǎn)小于如果在也就是俯視部位中表面打毛了的情況。若在一個(gè)這樣的表面部位上留下一個(gè)液滴，那么它就在這個(gè)部位中伸展開，從而達(dá)到能量最小。實(shí)際效果是液滴在所述部位上以增大的比表面越來越多地集中起來，直至達(dá)到按EP 1 040 874所述充分利用的效果，也就是液體從所考察的部位滴落。
在按本發(fā)明的光耦合件中，在所考察的部位中，與只是一種交織網(wǎng)柵的規(guī)定相比，使比表面加大，但只是使大約留在這上面的一個(gè)液滴集中起來，但并不滴落。在上面所述的對按本發(fā)明的光耦合元件的優(yōu)選使用中，這是用于在一種技術(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生損耗的、也就是橫向減幅的電磁場，例如象由WP 01/02839預(yù)先已知了的那樣，因而使一種涂覆的、設(shè)有標(biāo)記的液體物質(zhì)在表面上形成增大的集中，這又加大了所產(chǎn)生的可讀的熒光信號并且還帶來了優(yōu)點(diǎn)在所考察的部位上可以留下很多、確實(shí)非常多的單個(gè)的液滴，而這些液滴相互并不注入。
在按本發(fā)明的光耦合元件的一種優(yōu)選實(shí)施形式中建議使凹造型設(shè)有三個(gè)深度級別。
通過凹造型的深度級別而提出了一種附加的參數(shù)，就是使所述比表面的大小發(fā)生變化。
此時(shí)必須考慮到所述凹造型的凹進(jìn)的側(cè)面部分也共同決定了所述的比表面，而且較深的凹造型比較淺的凹造型更多地加大了所述的比表面。
在按本發(fā)明的光耦合元件的另外一種優(yōu)選的實(shí)施形式中凹造型基本上到處都同樣深。
盡管按照本發(fā)明規(guī)定的等距平行的線狀的凹造型或凸造型例如可以成弧狀地沿著所考察的部位伸展，而在按照本發(fā)明的光耦合元件的優(yōu)選的實(shí)施形式中則建議該線狀的凹造型或凸造型是直線狀的。
按照本發(fā)明的基本觀點(diǎn)，這些所述的線狀的凹造型或凸造型完全成斜角相交，而且盡管如此仍解決了開始所提出的任務(wù)。一種給定波長的光在一個(gè)所考察的交織網(wǎng)柵上，以網(wǎng)柵深度、網(wǎng)柵周期等為函數(shù)并在凹造型和凸造型的占空循環(huán)(Duty Cycle)的這樣的一個(gè)周期內(nèi)受到影響。因此如果在斜角交叉的、線狀的凹造型或凸造型中這種斜角性通過對所述的參數(shù)、也就是網(wǎng)柵深度、網(wǎng)柵周期和占空循環(huán)在該相互交叉的樣品上的相應(yīng)的不同的設(shè)計(jì)布置來補(bǔ)償?shù)脑?，那么就可以完全對所考察的光的矢量大小、如同尤其是其極化方向在按本發(fā)明的光耦合元件上至少近似相同地進(jìn)行處理。同樣這樣也可以通過光耦合元件極大程度上與極性方向無關(guān)地來影響光線。在另外一種最為優(yōu)選的實(shí)施形式中，線狀的凹造型或線狀的凸造型成直角地相互交叉。那么這樣的等距平行的線狀的凹造型或凸造型的間距還保持相同。涉及給定的波長λ，最好在20nm和2000nm之間，(在空氣中)更為優(yōu)選地遵守以下的尺寸規(guī)定網(wǎng)柵周期，它定義為相互緊隨的線狀的凹造型或凸造型的間距0.1λ≤d0≤10λ優(yōu)選0.2λ≤d0≤2λ特別優(yōu)選0.5λ≤d0≤0.6λ網(wǎng)柵深度，定義為在線狀的凸造型之間的深度或線狀的凹造型的深度0.001λ≤dT≤10λ
優(yōu)選0.01λ≤dT≤λ特別優(yōu)選0.05λ≤dT≤0.2λ這樣得出以下絕對尺寸設(shè)定的線狀的凹造型或凸造型的間距d0更為優(yōu)選的是20nm至20000nm，尤其優(yōu)選是40nm至4000nm，特別優(yōu)選在100nm和1200nm之間。
存在的凹造型的深度dT更為優(yōu)選地達(dá)0.2nm至20000nm，尤其優(yōu)選在2nm和2000nm之間，尤其在10nm和400nm之間。
作為占空周期，定義為凸造型d7與緊隨的線狀的凹造型的間距之比，更為優(yōu)選地選擇一個(gè)范圍0.2至0.8，尤其優(yōu)選為0.4至0.6。
在按本發(fā)明的光耦合元件的另一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，所述的表面是指那一種涂覆在一個(gè)載體上的一個(gè)層。尤其是顧及到按本發(fā)明的光耦合元件的一種優(yōu)選的應(yīng)用，也就是說在熒光標(biāo)記-測量方法的范圍內(nèi)借助于損耗的、橫向減幅的電磁場，尤其如在WO 00/75644中所描述的那樣，如此建議載體的表面在所述的部位中具有相同的凹造型/凸造型結(jié)構(gòu)，如同層的表面和在俯視時(shí)這些結(jié)構(gòu)相互對齊。
載體的材料對于給定波長的光具有一個(gè)折射率，該折射率小于層材料的折射率。
由至少一種高折射材料制成的層更為優(yōu)選地至少由以下材料中的一種制成Ta2O5，TiO2，NbO5，ZrO2，ZnO或HfO2，并且更為優(yōu)選地具有一個(gè)厚度，涉及在空氣中給定的波長厚層0.01λ≤ds≤10λ優(yōu)選0.1λ≤ds≤2λ特別優(yōu)選0.2λ≤ds≤0.3λ絕對厚度因此比較優(yōu)選的是2nm≤ds≤20000優(yōu)選20nm≤ds≤4000nm特別優(yōu)選40nm≤ds≤600nm當(dāng)光耦合元件應(yīng)用于生物化學(xué)時(shí)，有利的可以是一種與高折射材料不同的表面上的成分。(例如，當(dāng)一種在結(jié)構(gòu)上要應(yīng)用于粘著的化學(xué)物優(yōu)化為SiO2之后，就可以在高折射層上應(yīng)用一種很薄的、并因而光學(xué)上不起使用作用的或者并不是不利作用的SiO2層。)這可以將另一種材料的附加的層、優(yōu)選其厚度d為0.001λ≤d≤0.2λ，最好0.01λ≤d≤0.05λ(該材料優(yōu)選為SiO2)進(jìn)行涂覆。該附加層的絕對厚度d因此對于優(yōu)選的λ在200nm與2000nm之間時(shí)最好是0.2nm≤d≤400nm優(yōu)選為2nm≤d≤100nm接下來示例地按照附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。附圖示出

圖1俯視概略圖，表示已知種類的具有單維交織網(wǎng)柵的一種光耦合元件；圖2類似于圖1的俯視圖，并有兩個(gè)剖面圖，一個(gè)第一種按本發(fā)明的光耦合元件的優(yōu)選的實(shí)施形式；圖3類似于圖2的俯視圖，按本發(fā)明的光耦合元件的另一種實(shí)施形式；圖4(a)和4(b)用于對一個(gè)涂在表面上的液滴進(jìn)行成形的表面結(jié)構(gòu)的作用簡圖；圖5按照類似于圖2或3的俯視圖，按本發(fā)明的一種光耦合元件，它具有三種不同的凹造型深度級別的凹造型；圖6按本發(fā)明的光耦合元件的一種優(yōu)選的實(shí)施形式的用立體簡圖，并按圖2所示的實(shí)施形來實(shí)現(xiàn)；圖7在類似于圖6的示意圖中表示一種按本發(fā)明的光耦合元件，根據(jù)圖3所示實(shí)施形式來實(shí)現(xiàn)。
在圖1中，一邊是俯視圖，另一邊是一個(gè)側(cè)視圖，表示了原先已知種類的一種交織網(wǎng)柵。在一種對于一種給定波的光來說透明的材料、尤其對于波長λ＝633nm的激光來說，例如由Ta2O5制成的材料的表面3中加工了一個(gè)交織網(wǎng)柵。該交織網(wǎng)柵由凹造型5組成，這種造型相互平行，而且應(yīng)該用唯一一種波長的光線來加載的話(主要是200nm≤λ≤2000nm)，這些凹造型5是等距的，也就是說其間距d0到處都相等，其寬度d5同樣也這樣，而且因此在凹造型5之間剩余的帶條7的寬度d7也相等。間距d0定義為網(wǎng)柵周期，如毫不費(fèi)事地可從側(cè)視圖中得出的那樣，用網(wǎng)柵的占空循環(huán)定義為凸造型寬度d7與網(wǎng)柵周期d0之比。
同樣凹造型5的深度dT通常也是到處相同的。表面3和物體1的材料、網(wǎng)柵周期d0、網(wǎng)柵的占空循環(huán)和網(wǎng)柵深度dT要匹配于所希望的光波長λ。
圖1所示的本身就已知的交叉網(wǎng)柵也可以在一定條件下、如點(diǎn)劃線所示是成彎曲弧形的。規(guī)定了一個(gè)前進(jìn)方向LG1。若在原始的、并未設(shè)有凹造型7的表面平面E中用Y定義該方向，而與之垂直橫交的方向如圖所示，用X定義，那么可見如下如在光束9處簡圖中所表示那樣，光的矢量大小E的分量Ex和Ey、如特別是極化那樣，通過交織網(wǎng)柵而不同地受到影響，也就是說交織網(wǎng)柵的這種光的矢量大小的作用取決于矢量方向α。例如交織網(wǎng)柵的作用并不是與光束9中光的極化方向無關(guān)。
正如開頭已經(jīng)敘述過的那樣，早先就已知用圖1所示類型的交織網(wǎng)柵對于兩種或多種波長λ的光進(jìn)行處理。為此目的在交織網(wǎng)柵上調(diào)整、也就是說局部改變網(wǎng)柵周期連同在一定條件下在前進(jìn)方向LG1上的其它大小。然而下面要描述的按照本發(fā)明的光耦合元件則肯定對一種唯一的光波長λ進(jìn)行優(yōu)化，因而在一個(gè)考察的部位中并不設(shè)置局部調(diào)整的網(wǎng)柵周期或者具有不同周期的交織網(wǎng)柵。
圖2表示了一種按本發(fā)明的光耦合元件的第一種原理性的實(shí)施變型。此時(shí)圖2(a)為俯視圖，圖2(b)是在一個(gè)方向上的橫剖面圖，圖2(c)表示在與此垂直方向上的一個(gè)橫剖面圖。在物體1的表面3中加工出等距平行的線狀的第一種凹造型51、以及與該凹造型成角交叉的第二種等距平行的凹造型52。線狀的凹造型51和52形成一個(gè)在考察部位中在二維方向X和Y上連貫的凹造型網(wǎng)柵。
第一種線狀的凹造型51的寬度為d51，第二種凹造型52的寬度為d52。
緊隨的第一種線狀的凹造型51的間距為d01，緊隨的第二種線狀的凹造型52的間距為d02。該間距定義了相應(yīng)的第一種網(wǎng)柵周期d01，第二種網(wǎng)柵周期為d02。
通過線狀的凹造型51和52規(guī)定了島狀的凸造型7。
第一個(gè)占空循環(huán)用比值(d01-d51)/d01來定義。與此類似第二個(gè)占空循環(huán)定義為(d02-d52)/d02。
在根據(jù)圖2(a)所示的俯視圖中，根據(jù)角度的選擇、以及對于線性凹造型的各自寬度d5x和該造型的間距d0x的測量的選擇對于余留的凸起“島形”造型7為偏菱形狀、菱形的、矩形的或正方形的形狀。
如果與圖2聯(lián)系起來考察在圖1中概略表示的給定波長λ的光束9的話，那么可以見到用按本發(fā)明的光耦合元件，按圖2所示有目的地使光的矢量大小E的兩個(gè)矢量分量Ex和Ey、尤其如它們的極化受到影響。當(dāng)相互交叉的線狀的凹造型51和52的位置為斜角性(≠90°)時(shí)，可以通過選擇網(wǎng)柵周期d01和d02的比例和例如凹造型d51和d52的各自寬度使光矢量分量對應(yīng)于Ex和Ey的影響通過光耦合元件同樣也有目的地受到影響。因此即使當(dāng)≠90°時(shí)由于對上述參數(shù)d01、d02、d51、d52進(jìn)行了對應(yīng)的協(xié)調(diào)，就可以實(shí)現(xiàn)按本發(fā)明的光耦合元件對于光的矢量大小E的與方向無關(guān)的作用。
另外可以毫不費(fèi)事地見到開頭所述的比表面例如在表面3的一個(gè)部位B1上看，在按本發(fā)明的光耦合元件中遠(yuǎn)大于在已知種類的一個(gè)光耦合元件上的，該元件的交織網(wǎng)柵作為實(shí)例表示在圖1中。
在根據(jù)圖4(a)和4(b)進(jìn)一步討論這種作用結(jié)果之前，應(yīng)該根據(jù)圖3、即類似于圖2(a)的圖，表示出按本發(fā)明的光耦合元件的另一種實(shí)施形式。在這種實(shí)施形式中在物體1的表面3中具有等距平行的第一種線狀的凸造型71，它通過等距平行的第二種線狀的凸造型72交叉成角度。這樣形成的二維凸造型網(wǎng)柵分隔或規(guī)定了位于其間的凹造型的“島”5。
通過凸造型71或72就規(guī)定了凸造型寬度d71和d72以及相應(yīng)的網(wǎng)柵周期d01和d02，例如對應(yīng)于間距鄰接的平行的線狀的凸造型71或72。此處占空循環(huán)通過比例d71/d01或d72/d01來定義。
關(guān)于圖3所示的按本發(fā)明的光耦合元件對光矢量大小的作用適合于結(jié)合圖2已經(jīng)敘述過的，同樣也適合于用根據(jù)本發(fā)明的光耦合元件所實(shí)現(xiàn)的比表面的加大。
加大的比表面對形成液滴的作用在圖4中作了簡明表示。在圖4(a)中簡明表示了具有平的表面12的物體10。在該表面上有一個(gè)液滴14。圖4(b)中表示了一個(gè)物體10a，它具有通過結(jié)構(gòu)化而加大的比表面12a。在該表面上又涂覆一個(gè)液滴14a。另外，在兩個(gè)圖中Eas表示了周圍大氣和物體10或10a的表面之間的表面能；Efs表示在液滴14或14a和物體10或10a之間的界面上的表面能；最后Efa表示在液滴14或14a和周圍大氣之間的界面上的表面能。原則上液滴向外擴(kuò)展的程度應(yīng)使其表面能之和成為最小。因?yàn)楦鶕?jù)較大的比表面12a、在結(jié)構(gòu)化的表面12a上的表面能Efs大于在平表面12時(shí)的情況，液滴14a為達(dá)到所述的能量最小值，在橫向上的收縮比在左邊所示的平表面12的情況時(shí)更多。
這種效果同樣在按圖1所示的原先已知的交織網(wǎng)柵或光耦合元件過渡到一種按圖2或圖3所示的按本發(fā)明的網(wǎng)柵或光耦合元件時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在按圖2或圖3所示的結(jié)構(gòu)化的表面上涂覆上的液滴收縮得更多，因而尤其對于液體試樣的光學(xué)分析來說可以將試樣液滴涂覆在按圖2或圖3所示結(jié)構(gòu)化的表面上，這種試樣液滴由于所示的效果與相鄰的液滴“隔離開”，這也就可以實(shí)現(xiàn)在按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化的表面的一個(gè)給定伸展上涂覆的單個(gè)液滴的數(shù)量比例如在按圖1所示的結(jié)構(gòu)化的表面上的數(shù)量要大大增加，這例如對于許多試樣進(jìn)行自動化的快速的光學(xué)分析來說特別重要。盡管其應(yīng)用得不多、在按圖2或圖3所示結(jié)構(gòu)化的表面上沿二維方向分布，然而這些單個(gè)試滴相互進(jìn)入的危險(xiǎn)大大減小了。
在按圖2所示的按本發(fā)明的光耦合元件的第一種優(yōu)選的實(shí)施形式中，凹造型51的深度dT1等于凹造型52的深度dT2。
就一種如圖2所示表面結(jié)構(gòu)的制造方法而言，例如可以全面參考WO 01/55760。這種結(jié)構(gòu)可以通過已知的光刻法和腐蝕技術(shù)如下所述來制造。
在未結(jié)構(gòu)化的物體1的表面3上涂覆一層光致抗蝕劑涂層，例如約120nm的克拉力特(Clariant)公司的AZ1815光致抗蝕劑涂層。第一種凹造型結(jié)構(gòu)51借助于近場全息攝影術(shù)(NFH)、借助于雙射線全息攝影術(shù)或借助于通常類型的掩膜曝光而在光致抗蝕劑涂層中進(jìn)行曝光。適合的曝光技術(shù)當(dāng)然根據(jù)網(wǎng)柵周期d01的大小來選擇。對于很短的網(wǎng)柵周期d01、例如360nm，比較優(yōu)選地使用全息攝影曝光法，尤其是近場全息攝影術(shù)(NFH)，例如在WO 01/55760中所述的那樣。
在曝光之后使物體表面3相對于曝光源旋轉(zhuǎn)角度(見圖2)，并按照第二種凹造型的結(jié)構(gòu)52來進(jìn)行曝光。
在該第二次曝光之后對光致抗蝕劑進(jìn)行顯影，并通過一種緊接著的腐蝕過程使得在曝光過程之后露出來的表面部分對應(yīng)于51、52同時(shí)也腐蝕掉。然后例如借助于一種氧等離子體將剩下的光致抗蝕劑去除掉。
通過同時(shí)地對兩種凹造型結(jié)構(gòu)51，52進(jìn)行腐蝕就形成了圖2所示的dT1＝dT2的結(jié)構(gòu)。
按照圖5應(yīng)該說明圖2所示種類的另一種優(yōu)選的按照本發(fā)明的光耦合元件。此處一種結(jié)構(gòu)具有三個(gè)深度級別的凹造型部位51、52。對此如下所述來進(jìn)行。在第一種凹造型結(jié)構(gòu)51涂覆光致抗蝕劑并曝光之后使光致抗蝕劑顯影并腐蝕出第一種交織網(wǎng)柵，其深度為dT1。接著使物體1轉(zhuǎn)動角，使表面又涂抗蝕劑、曝光、顯影并腐蝕出第二種凹造型結(jié)構(gòu)52，其深度為dT2。由于在這種方法中這兩種凹造型結(jié)構(gòu)51和52單獨(dú)分開地進(jìn)行腐蝕，因而就可以選擇不同的腐蝕深度dT1和dT2。在圖5中俯視表示了所形成的光耦合元件的結(jié)構(gòu)，首先是對于這兩種腐蝕深度、或者說凹造型dT1和dT2的深度不相等的一般情況。此時(shí)未打剖面線的區(qū)域表示了在未結(jié)構(gòu)化的表面的原始級別上的結(jié)構(gòu)元素，也就是按圖2所示的島形凸造型7。簡單地打上剖面線的結(jié)構(gòu)部位具有各自進(jìn)入的深度，也就是或者是dT2或者是dT1。在雙重陰影線的結(jié)構(gòu)部位中深度dT1和dT2相加。因而得到一種具有三種結(jié)構(gòu)深度級別dT1、dT2、dT1+dT2的表面結(jié)構(gòu)。若通過相應(yīng)地測定例如腐蝕時(shí)間選擇dT1＝dT2，那么級別數(shù)就從3減少到2，也就是說減少到深度dT1＝dT2和2dT1＝2dT2。
毫無問題地可以看出，在按圖5所示的變型方案中的光耦合元件具有另一個(gè)大大加大的比表面，因而可以更強(qiáng)地充分利用上面所述的液滴定位(Tropfenlokalisation)的作用。
若考察按圖3所示的按本發(fā)明的光耦合元件，那么可以看出那里用一種相應(yīng)的光致抗蝕劑技術(shù)和腐蝕技術(shù)可以腐蝕出凹造型島5，實(shí)際上作為盲孔；而且也是在那里在一定條件下可以使凹造型5實(shí)現(xiàn)其深度的不同級別。
此外如果想要的話，在按圖3所示的實(shí)施形式中完全可能也實(shí)現(xiàn)具有深度臺階的線狀的凸造型71或72。
在按圖2所示的實(shí)施形式中留下的凸造型島7比較優(yōu)選地、并尤其是取決于加工而在俯視圖中可以是偏菱形、菱形、矩形或正方形，而由于不同的加工技術(shù)凹造型島5在按圖3所示的實(shí)施形式中基本上在俯視圖中可以成任意形狀，除了與圖2有關(guān)聯(lián)說明的形狀之外尤其也可以是圓形或橢圓形的。
根據(jù)圖2至5表示了一種按本發(fā)明的光耦合元件，在此元件上只是使物體1的表面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化。此時(shí)規(guī)定該表面3的物體比較優(yōu)選地可以是一個(gè)涂覆在一個(gè)載體上的層，如尤其是一個(gè)波導(dǎo)層，例如由Ta2O5制成。要再次強(qiáng)調(diào)即使在網(wǎng)柵周期d01，d02和/或占空循環(huán)不同時(shí)，這種差別并不用于考慮兩種光波長，而是為了如按圖1和2所述的那樣即使在≠90°的斜角時(shí)、也各有目的地使按本發(fā)明的規(guī)定的結(jié)構(gòu)作用于光矢量大小的分量，如尤其是作用于極化作用。
由此可見，在一種最優(yōu)選的實(shí)施形式中選擇＝90°并同時(shí)d01＝d02，d51＝d52或d71＝d72。
這樣也大大簡化了制造方法，尤其是用于圖2所示形狀的方法。
特別顧及到一個(gè)光耦合元件，也用于微滴定板(Mikrotiter-platen)，對此應(yīng)參見WO 01/55760，但是尤其為了充分利用耗損的電磁場用于檢測設(shè)有熒光標(biāo)記的物質(zhì)，通過一層高折射的、對于給定波長的激光來說透明的材料實(shí)現(xiàn)了直至下一個(gè)敘述到的物體1，這種材料例如由一種金屬氧化物制成，例如由Ta2O5，TiO2，Nb2O5，ZrO2，ZnO2，HfO2，此時(shí)優(yōu)選其厚度為150nm。該層設(shè)置在一個(gè)例如由SchottDesag AF 45-玻璃制成的載體上，層厚例如為0.7mm。
以前所描述的結(jié)構(gòu)化的方法并不是在層1的表面上進(jìn)行，而是使這些按圖2至5所示的結(jié)構(gòu)在載體的表面上進(jìn)行加工。然后對該載體表面涂覆層1，并在設(shè)置層1的表面3上形成了涂覆于載體表面上的按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。在按圖2所示的結(jié)構(gòu)中，＝90°，dT1＝dT2，同時(shí)對凹造型進(jìn)行了腐蝕就得出了按圖6所示的光耦合元件，它具有按圖2所示實(shí)施形式的結(jié)構(gòu)化的載體表面150的載體15，在其上面涂覆的層1a具有結(jié)構(gòu)化的表面3a。
層1a的材料比載體15的材料具有較大的折射率，這對于玻璃和上述一種層材料來說，尤其如Ta2O5是滿足要求的。
在圖7中，在一個(gè)載體15上、在層1a中加工出一種按圖3所示實(shí)施形式的結(jié)構(gòu)，它具有圓形的凹造型島5。
在所有所表示的實(shí)施形式中使用根據(jù)本發(fā)明的光耦合元件提供了一種元件，這種元件對于光矢量大小產(chǎn)生影響，但基本上與矢量方向無關(guān)。除此之外起的優(yōu)點(diǎn)在于，在用液滴對于按本發(fā)明的結(jié)構(gòu)化的表面進(jìn)行加載時(shí)、由于比表面的加大使得液滴在明確規(guī)定的部位上產(chǎn)生了集中，這就可以實(shí)現(xiàn)使用液體試樣對于光耦合元件進(jìn)行密封的加載。按本發(fā)明的光耦合元件可以充分地用于所有已知的光學(xué)分析法中，尤其也充分利用了損耗的場，用來研究作有熒光標(biāo)記的物質(zhì)，但是也用于光的、尤其是激光的輸入耦合和輸出耦合，它由或者說成波導(dǎo)層組成，這又應(yīng)該考慮到光學(xué)分析技術(shù)的方面或者信息技術(shù)范圍的方面。
權(quán)利要求
1.具有一個(gè)表面(3)的光耦合元件，該表面由一種對于給定的一個(gè)波長(λ)的光來說為透明的材料所制成，其中在表面(3)的至少一個(gè)部位中具有等距平行的線狀的凹造型(51)，其特征在于，在表面(3)上有其它的等距平行的線狀的與上述造型交叉成()的凹造型(52)。
2.具有一個(gè)表面(3)的光耦合元件，該表面由一種對于給定的一個(gè)波長(λ)的光來說為透明的材料所制成，其中在表面(3)的至少一個(gè)部位中具有等距平行的線狀的凸造型(71)，其特征在于，在表面(3)上有其它的等距平行的線狀的與上述造型交叉成()的凸造型(72)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，在該元件上設(shè)置的、在凸造型(7，71，72)之間所規(guī)定的凹造型(51，52，5)具有三種深度級別(dT1，dT2，dT1+dT2)。
4.按權(quán)利要求1或2所述的光耦合元件，其特征在于，在位于設(shè)定的凸造型(7，71，72)之間的凹造型(5，51，52)基本上同樣深。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，已存在的線狀的凹造型(51，52)或凸造型(71，72)為直線狀的。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，等距平行的、線狀的凹造型(51，52)或凸造型(71，72)成直角地相互交叉，而且這些已有的、相互緊接著的等距平行的線狀的凹造型(51，52)或凸造型(71，72)的間距是相等的。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，相互緊接著的等距平行的線狀的凹造型(51，52)或等距平行的線狀的凸造型(71，72)的間距(d0)如下來選定200nm≤d0≤20000nm，更為優(yōu)選地40nm≤d0≤4000nm尤其是100nm≤d0≤1200nm。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，相互緊接著的等距平行的線狀的凹造型(51，52)或等距平行的線狀的凸造型(71，72)的間距相對于空氣中給定的波長λ的關(guān)系如下進(jìn)行選擇0.1λ≤d0≤10λ優(yōu)選0.2λ≤d0≤2λ特別優(yōu)選0.5λ≤d0≤0.6λ。
9.按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，所設(shè)置的凹造型的深度dT為0.2nm至20000nm，優(yōu)選為10nm至400nm。
10.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，所設(shè)置的凹造型的深度dT相對于空氣中給定波長λ的關(guān)系如下進(jìn)行選擇0.001λ≤dT≤10λ優(yōu)選0.01λ≤dT≤λ特別優(yōu)選0.05λ≤dT≤0.2λ。
11.按權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，定義為凸造型寬度與相互緊鄰的線狀的凹造型或凸造型的距離之比值的占空循環(huán)選擇為0.2至0.8，特別優(yōu)選為0.4至0.6。
12.按權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，表面(3)是一種層系統(tǒng)(1a)的表面，該層系統(tǒng)具有至少一個(gè)涂覆在一個(gè)載體(15)上的層。
13.按權(quán)利要求12所述的光耦合元件，其特征在于，載體(15)的表面在該部位中如同層系統(tǒng)(1a)的表面一樣具有相同的凹造型/凸造型結(jié)構(gòu)，而且在俯視圖中這些結(jié)構(gòu)相互對齊。
14.按權(quán)利要求12或13所述的光耦合元件，其特征在于，載體(15)的材料對于給定波長(λ)的光具有一個(gè)折射率，該折射率低于層系統(tǒng)的一種層材料的折射率。
15.按權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，層系統(tǒng)具有至少一個(gè)由一種高折射材料制成的層，該層最好由以下材料中的至少一種制成Ta2O5，TaO2，NbO5，ZrO2，ZnO，HfO2。
16.按權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，層系統(tǒng)的厚度ds為2nm至20000nm，優(yōu)選為20nm至4000nm，尤其是40nm至600nm，更為優(yōu)選地ds＝150nm。
17.按權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，層系統(tǒng)有一個(gè)厚度ds，該厚度相對于空氣中給定波長λ的關(guān)系為0.01λ≤ds≤10λ優(yōu)選0.01λ≤ds≤2λ特別優(yōu)選0.2λ≤ds≤0.3λ。
18.按權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的光耦合元件，其特征在于，在等距平行的線狀的凹造型(51，52)之間留下的凸造型(7)、或者在等距平行的線狀的凸造型(71，72)之間留下的凹造型(5)在俯視圖中為偏菱形、菱形、矩形或正方形的。
19.按權(quán)利要求2或3至16中的任一項(xiàng)所述的、只要從屬于權(quán)利要求2的光耦合元件，其特征在于，在平行的線狀的凸造型(71，72)之間存在的凹造型(5)在俯視圖中為圓形或橢圓形的。
20.按權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的光耦合元件在一種用于物質(zhì)分析的光學(xué)分析平臺上的應(yīng)用。
21.按權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的光耦合元件在信息技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸上的應(yīng)用。
22.用于實(shí)現(xiàn)極化獨(dú)立性的方法，借助于這種獨(dú)立性、一個(gè)具有一個(gè)表面網(wǎng)柵的光耦合元件對于入射的給定波長的光產(chǎn)生影響，其特征在于，二維地在該表面上如此形成表面網(wǎng)柵，使得正交的極化矢量分量均勻地受到網(wǎng)柵的影響。
23.用于縮減在一個(gè)具有表面網(wǎng)柵的光耦合元件上的液滴大小的方法，其特征在于，通過設(shè)置一種二維伸展的表面網(wǎng)柵使在該網(wǎng)柵上形成的液滴大小減小。
全文摘要
建議一種光耦合元件，它具有一個(gè)由一種對于給定波長λ的光來說透明的材料制成的表面(3)。為了使光耦合元件的作用與光的矢量大小的方向、尤其如極化的方向無關(guān)，在光耦合元件的表面上設(shè)有線狀的凹造型的或凸造型(文檔編號G02B6/124GK1620619SQ02820170
公開日2005年5月25日 申請日期2002年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者M·維基, B·麥森赫爾德 申請人:尤納克西斯巴爾策斯公司