JPH06201353A - Optical near field microscope - Google Patents

Optical near field microscope

Info

Publication number
JPH06201353A
JPH06201353A JP5000795A JP79593A JPH06201353A JP H06201353 A JPH06201353 A JP H06201353A JP 5000795 A JP5000795 A JP 5000795A JP 79593 A JP79593 A JP 79593A JP H06201353 A JPH06201353 A JP H06201353A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
optical
light
evanescent wave
fiber probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP5000795A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsugiko Takase
つぎ子 高瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP5000795A priority Critical patent/JPH06201353A/en
Publication of JPH06201353A publication Critical patent/JPH06201353A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an optical near field microscope capable of dividing a detected evanescent wave into surface shape information and information of physical properties and simultaneously observing a surface shape and a surface optical characteristic. CONSTITUTION:A laser beam (wavelength not absorbed in test) to acquire surface shape information of a sample 25 radiated from a light source 21 and white light to acquire surface material information of the sample 25 are composed on the same optical axis by a half mirror 23, and it is made incident so as to be totally reflected by the sample 25 connected to the surface of a prism 24. By detecting an evanescent wave leaking from the surface of the sample 25 by an optical fiber probe 26, dividing it into a monochromatic component (surface shape information) and a white light component (material information), detecting them by PM 32, 35 respectively and making them picture images, it is possible to simultaneously acquire a surface shape and a surface optical characteristic of the sample 25.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光の照射により生じた
エバネッセント波の強度を検出し、表面形状と表面の光
学特性を得る光学的ニアフィールド顕微鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical near field microscope for detecting the intensity of an evanescent wave generated by irradiation of light and obtaining the surface shape and the optical characteristics of the surface.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、光学顕微鏡の分解能は、回折限
界により制限され、波長と同程度の値となることが知ら
れている。しかし、光波領域でも、エバネッセント波
(フォトンのトンネル効果)と微小開口をもつプローブ
とを利用すれば、回折限界をこえることが可能である。
この概念に基づいて構成されたシステムが光学的ニアフ
ィールド顕微鏡である。図3には従来の光学的ニアフィ
ールド顕微鏡の基本原理を示し、図4には光強度とプロ
ーブ−試料間距離との関係を示し、説明する。
2. Description of the Related Art Generally, it is known that the resolution of an optical microscope is limited by the diffraction limit and has a value comparable to the wavelength. However, even in the light wave region, it is possible to exceed the diffraction limit by using an evanescent wave (tunnel effect of photons) and a probe having a minute aperture.
A system constructed based on this concept is an optical near field microscope. FIG. 3 shows the basic principle of the conventional optical near-field microscope, and FIG. 4 shows the relationship between the light intensity and the probe-sample distance for explanation.

【0003】この光学的ニアフィールド顕微鏡において
は、半導体レーザ1から照射されたレーザ光がプリズム
2に入射される。前記プリズム2には試料3が載置さ
れ、前記レーザ光は該試料の底面で反射し、その際に前
記試料上部にエバネッセント光が発生する。このエバネ
ッセント波は、微小な開口をもつ光ファイバープローブ
4によって取り込まれる。
In this optical near-field microscope, the laser light emitted from the semiconductor laser 1 is incident on the prism 2. A sample 3 is placed on the prism 2, and the laser light is reflected by the bottom surface of the sample, and at that time, evanescent light is generated on the upper part of the sample. This evanescent wave is captured by the optical fiber probe 4 having a minute aperture.

【0004】即ち、前記試料3の表面方向をxy軸と
し、境界面に垂直な方向をz軸とすると、前記レーザ光
が全反射する条件下では、前記試料1表面上の法線方向
z<<λ(光の波長λ)なる近視野で考えれば、振幅が
z軸方向に指数関数的に減少し、エバネッセント光が発
生する。
That is, assuming that the surface direction of the sample 3 is the xy axes and the direction perpendicular to the boundary surface is the z axis, the normal direction z <on the surface of the sample 1 under the condition that the laser light is totally reflected. Considering in the near field of <λ (wavelength of light λ), the amplitude decreases exponentially in the z-axis direction, and evanescent light is generated.

【0005】この光をフォトンと見做して、この発生機
構を解釈すると、2つの媒質の屈折率の値によって決ま
るフォトン閉じ込めのポテンシャル障壁の高さに依存し
て、フォトンがトンネル効果により試料外に染み出す現
象と推測される。
When this light is regarded as a photon and the mechanism of generation is interpreted, the photon is out of the sample due to the tunnel effect depending on the height of the potential barrier of the photon confinement determined by the value of the refractive index of the two media. It is presumed that this is a phenomenon that seeps out.

【0006】このようなトンネリング・フォトンの観測
確率は、zの増加とともに指数関数的に減衰するため、
高い縦分解能が得られる。また、フォトンの場は光波長
より小さい開口直経(a)をもつプローブにより破壊測
定され、フォトン運動量の測定誤差は、 Δp=hk/2π・Δλ/λ=h/a となる。この誤差により開口で検出されるフォトンの位
置測定の最小不確定性は 、 △x=a/2π
The observation probability of such tunneling photons decays exponentially as z increases.
High vertical resolution can be obtained. The photon field is destructively measured by a probe having an aperture diameter (a) smaller than the light wavelength, and the measurement error of the photon momentum is Δp = hk / 2π · Δλ / λ = h / a. The minimum uncertainty of the position measurement of the photon detected at the aperture due to this error is Δx = a / 2π

【0007】となり、開口直径aで決まる高い横分解能
が得られる。すなわち、従来の光学顕微鏡は回折効果に
基づく不確定性原理に従う分解能をもつのに対し、ここ
では微小開口をもつプローブを用いてフォトンの位置を
スキャンニングすることにより、横分解能が決まる。次
に図5には、従来の透過型のニアフィールド顕微鏡の基
本装置を示し説明する。
Therefore, a high lateral resolution determined by the aperture diameter a can be obtained. That is, while the conventional optical microscope has a resolution according to the uncertainty principle based on the diffraction effect, the lateral resolution is determined here by scanning the photon position using a probe having a minute aperture. Next, a basic device of a conventional transmission type near-field microscope is shown in FIG. 5 and explained.

【0008】このニアフィールド顕微鏡において、半導
体レーザ1が照射する単色光のレーザ光をプリズム2に
全反射する角度で入射させる。この時、前記プリズム2
に載置された試料3は、該プリズム表面に接合されてい
るものとする。
In this near-field microscope, the monochromatic laser light emitted from the semiconductor laser 1 is made incident on the prism 2 at an angle for total reflection. At this time, the prism 2
It is assumed that the sample 3 placed on the prism is bonded to the surface of the prism.

【0009】前記レーザ光の入射により、前記試料3の
表面から表面形状に依存するエバネッセント波が発生す
る。このエバネッセント波を微小な開口をもつ光ファイ
バープローブ4によって検出する。この光ファイバープ
ローブ4は3次元(XYZ)微動用の圧電アクチュエー
タ5によって保持されており、XY軸微動用の圧電アク
チュエータ5に、後述するXY走査信号を印加すること
により、前記光ファイバープローブ4をXY面内で走査
させる。前記圧電アクチュエータ5は、光プローブアプ
ローチ用粗動ステージ6に取り付けられている。
By the incidence of the laser light, an evanescent wave depending on the surface shape is generated from the surface of the sample 3. This evanescent wave is detected by the optical fiber probe 4 having a minute aperture. The optical fiber probe 4 is held by a piezoelectric actuator 5 for three-dimensional (XYZ) fine movement. By applying an XY scanning signal, which will be described later, to the piezoelectric actuator 5 for fine movement of the XY axes, the optical fiber probe 4 is moved to the XY plane. Scan inside. The piezoelectric actuator 5 is attached to a coarse movement stage 6 for optical probe approach.

【0010】前記光ファイバープローブ4によって検出
されたエバネッセント波は、干渉フィルタ7a,フォト
マルチプライヤ(PM)7b及び電流電圧変換アンプ8
で構成されるフォトディテクタ部により、光電変換さ
れ、プローブ位置制御用フィードバック回路9に出力さ
れる。
The evanescent wave detected by the optical fiber probe 4 is an interference filter 7a, a photomultiplier (PM) 7b and a current-voltage conversion amplifier 8.
Photoelectric conversion is performed by the photodetector unit constituted by and output to the probe position control feedback circuit 9.

【0011】前記プローブ位置制御用フィードバック回
路9は、微動機構用コントローラ(PZTコントロー
ラ)10及び光プローブ・オートアプローチ用コントロ
ーラ11により構成されている。
The probe position control feedback circuit 9 comprises a fine movement mechanism controller (PZT controller) 10 and an optical probe / auto approach controller 11.

【0012】前記プローブ位置制御用フィードバック回
路9は、前記光ファイバープローブ4によって検出され
たエバネッセント光の強度を一定になるように、Z軸圧
電アクチュエータ5に駆動信号を印加して制御し、プロ
ーブ−試料間の距離を一定に保持させる。このようにし
て得られた結果、前記圧電アクチュエータ5のZ軸制御
電圧(試料表面の凹凸情報)を画像化することにより、
試料表面の形状が観察される。
The probe position control feedback circuit 9 applies a drive signal to the Z-axis piezoelectric actuator 5 so as to make the intensity of the evanescent light detected by the optical fiber probe 4 constant, and controls the probe-sample. Keep the distance between them constant. As a result obtained in this way, by imaging the Z-axis control voltage of the piezoelectric actuator 5 (information on the unevenness of the sample surface),
The shape of the sample surface is observed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の光学的
ニアフィールド顕微鏡では、単色光(試料の吸収のない
波長領域)を試料に入射し、試料表面から放出されたエ
バネッセント波を検出し、表面形状の観察をおこなって
いる。しかし、この光学的ニアフィールド顕微鏡では、
単色光を入射しているために、試料の分光特性などの試
料の光学的物性を評価することができない。
In the above-mentioned conventional optical near-field microscope, monochromatic light (wavelength region where the sample does not absorb) is incident on the sample, and the evanescent wave emitted from the sample surface is detected to detect the surface. We are observing the shape. But with this optical near-field microscope,
Since the monochromatic light is incident, it is not possible to evaluate the optical properties of the sample such as the spectral characteristics of the sample.

【0014】さらに、試料の光学物性を観察している波
長領域の光では、試料表面から放出されるエバネッセン
ト波の強度が、試料表面の形状に関する情報と物性情報
とを含んでおり、得られるエバネッセント波強度のみか
ら、プローブ−試料間の位置制御を行うことは困難であ
った。
Furthermore, in the light in the wavelength region where the optical properties of the sample are observed, the intensity of the evanescent wave emitted from the sample surface includes information on the shape of the sample surface and physical property information, and the obtained evanescent wave is obtained. It was difficult to control the position between the probe and the sample only from the wave intensity.

【0015】そこで本発明は、検出されるエバネッセン
ト波を表面形状情報と物性情報に分離し、同時に表面形
状と表面の光学特性の観察可能な光学的ニアフィールド
顕微鏡を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical near-field microscope that separates the detected evanescent wave into surface shape information and physical property information, and at the same time, can observe the surface shape and the optical characteristics of the surface.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、試料を保持するプリズムと、所定波長領域
のレーザ光を照射する第1の光源と、白色光を照射する
第2の光源と、前記レーザ光と白色光の各光軸を同一光
軸に合成させ、前記プリズムに全反射角を満たす条件で
入射させる手段と、前記試料から放出されるエバネッセ
ント波を取り込む微小開口の先端を有する光ファイバー
プローブと、前記光ファイバープローブからのエバネッ
セント波をレーザ光成分と白色光成分に分離する光成分
分離手段と、前記レーザ光成分のエバネッセント波の強
度を光電変換して検出する第1光検出手段と、前記白色
光成分のエバネッセント波の強度を光電変換して検出す
る第2光検出手段と、第1光検出手段からの信号によ
り、前記光ファイバープローブのXY方向の走査、及び
前記ファイバープローブと試料間距離を一定に保つよう
にZ方向の位置制御を行なうプローブ移動手段と、前記
第2光検出手段からの信号により試料表面情報として画
像化する表示手段とで構成される光学的ニアフィールド
顕微鏡を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides a prism for holding a sample, a first light source for irradiating laser light in a predetermined wavelength region, and a second light source for irradiating white light. A light source, a means for synthesizing the respective optical axes of the laser light and the white light into the same optical axis, and causing the prism to enter the prism under a condition satisfying a total reflection angle, and a tip of a minute aperture for taking in an evanescent wave emitted from the sample. An optical fiber probe, an optical component separating means for separating an evanescent wave from the optical fiber probe into a laser light component and a white light component, and a first photodetector for photoelectrically converting the intensity of the evanescent wave of the laser light component to detect it. Means, a second light detecting means for photoelectrically detecting the intensity of the evanescent wave of the white light component, and a signal from the first light detecting means, and the optical fiber The probe movement means for scanning the probe in the XY directions and for controlling the position in the Z direction so as to keep the distance between the fiber probe and the sample constant, and the signal from the second photodetection means forms an image as sample surface information. An optical near-field microscope including a display means is provided.

【0017】[0017]

【作用】以上のような構成の光学的ニアフィールド顕微
鏡では、試料表面の形状を観察するための単色レーザ光
(試料全体にわたって吸収のない波長)と、試料表面の
物性情報を検出するための白色光との各光軸が同一光軸
になるように合成されて、プリズム表面に接合する試料
に全反射角を満たす入射角で入射され、試料表面から漏
れでるエバネッセント波を単色光成分(表面形状情報)
と白色光成分(物性情報)とに分離し、試料表面の凹凸
情報を画像化して、表面形状と表面の光学特性が観察さ
れる。
With the optical near-field microscope configured as described above, a monochromatic laser beam (a wavelength that does not absorb light over the entire sample) for observing the shape of the sample surface and a white color for detecting physical property information on the sample surface are used. The evanescent waves leaking from the sample surface are combined into a monochromatic light component (surface shape) by synthesizing so that the optical axes of the light and the light are the same optical axis, and are incident on the sample bonded to the prism surface at an incident angle that satisfies the total reflection angle. information)
And the white light component (physical property information) are separated, the unevenness information of the sample surface is imaged, and the surface shape and the optical characteristics of the surface are observed.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1には本発明による第1実施例としての
光学的ニアフィールド顕微鏡の構成を示し、説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an optical near-field microscope as a first embodiment according to the present invention, which will be described.

【0019】この光学的ニアフィールド顕微鏡におい
て、試料の吸収のない波長領域即ち近赤外領域のレーザ
光(半導体レーザ光)を照射する光源21と、試料の特
性吸収があり光吸収などの試料固有の光物性を観察する
ための白色光を照射する光源22とが設けられる。各光
源21,22から照射されたレーザ光と白色光は、ハー
フミラー23により同一軸上になるように合成されて、
プリズム24に載置される試料(サンプル)25に合成
光が全反射される角度で入射する。前記試料25の上方
には、該試料25から放出されるエバネッセント波を検
出するために、微小開口の先端部を有する光ファイバー
プローブ26が設けられる。
In this optical near-field microscope, a light source 21 for irradiating a laser beam (semiconductor laser beam) in a wavelength region where the sample does not absorb, that is, a near infrared region, and a sample having characteristic absorption of the sample, such as optical absorption, are peculiar to the sample. And a light source 22 that emits white light for observing the optical properties of The laser light emitted from each of the light sources 21 and 22 and the white light are combined by the half mirror 23 so as to be on the same axis,
The combined light is incident on the sample 25 mounted on the prism 24 at an angle at which the combined light is totally reflected. Above the sample 25, in order to detect the evanescent wave emitted from the sample 25, an optical fiber probe 26 having a tip of a minute aperture is provided.

【0020】前記光ファイバープローブ26は、X,Y
走査、およびZ方向に微動させる圧電アクチュエータ
(PZT)27に支持される。また、前記圧電アクチュ
エータ27は、XYZ粗動ステージ28に搭載されてい
る。
The optical fiber probe 26 has X, Y
It is supported by a piezoelectric actuator (PZT) 27 that performs scanning and fine movement in the Z direction. The piezoelectric actuator 27 is mounted on the XYZ coarse movement stage 28.

【0021】そして、前記光ファイバープローブ26を
通して検出されるエバネッセント波の強度が一定になる
ように、Z軸方向に微動する印加電圧のサーボ制御を行
なう微動機構用コントローラ(PZTコントローラ)2
9を設け、前記光ファイバープローブ26と試料25間
の距離が一定に保持される。
Then, a fine movement mechanism controller (PZT controller) 2 for servo-controlling the applied voltage that finely moves in the Z-axis direction so that the intensity of the evanescent wave detected through the optical fiber probe 26 becomes constant.
9 is provided to keep the distance between the optical fiber probe 26 and the sample 25 constant.

【0022】前記光ファイバープローブ26から放出さ
れたエバネッセント波(レーザ光及び白色光の合成光)
が白色光成分だけを透過する光学フィルタ30によっ
て、レーザ光成分と白色光成分に分離される。
Evanescent wave (combined light of laser light and white light) emitted from the optical fiber probe 26.
Is separated into a laser light component and a white light component by the optical filter 30 that transmits only the white light component.

【0023】前記光学フィルタ30によって分離された
レーザ光成分は、干渉フィルタ31を介して、フォトマ
ルチプライヤ(PM)32に入射し、該フォトマルチプ
ライヤ(PM)32は、前記レーザ光成分の強度に応じ
て、前記光ファイバープローブ26の位置情報となる出
力を前記PZTコントローラ29に出力する。次に前記
白色光成分が、検出部に入射され電気信号に光電変換さ
れる。
The laser light component separated by the optical filter 30 enters the photomultiplier (PM) 32 through the interference filter 31, and the photomultiplier (PM) 32 intensifies the laser light component. In response to this, an output that is position information of the optical fiber probe 26 is output to the PZT controller 29. Next, the white light component is incident on the detector and photoelectrically converted into an electric signal.

【0024】つまり、前記白色光成分は、光学フィルタ
(カットフィルタ,バンドパスフィルタ等)33を介し
て、光電変換及び信号増幅するモノクロメータ(分光
器)34に入射する。前記モノクロメータ34により波
長選択された光は、フォトマルチプライヤ(PM)35
に入射され、内蔵する光電子増倍管で光電変換される。
そして、光電変換された出力は、光子カウント部(Phot
ocurrent detector)37により増幅されA/D変換され
て、ホストコンピュータ38に取り込まれる。前記モノ
クロメータ34は、前記ホストコンピュータ38の制御
信号により駆動するMCスキャン用コントローラ36に
より駆動制御されている。そして、前記試料25上の所
望する測定点で、モノクロメータ34の波長スキャンを
行いながら、エバネッセント波の強度を測定することに
より、光学スペクトルを観察する。
That is, the white light component is incident on the monochromator (spectrometer) 34 for photoelectric conversion and signal amplification via the optical filter (cut filter, bandpass filter, etc.) 33. The light whose wavelength is selected by the monochromator 34 is supplied to a photomultiplier (PM) 35.
And is photoelectrically converted by a built-in photomultiplier tube.
Then, the photoelectrically converted output is the photon counting unit (Phot
It is amplified by an ocurrent detector 37, A / D converted, and taken into a host computer 38. The monochromator 34 is drive-controlled by an MC scan controller 36 driven by a control signal from the host computer 38. Then, the optical spectrum is observed by measuring the intensity of the evanescent wave while performing the wavelength scan of the monochromator 34 at a desired measurement point on the sample 25.

【0025】そして前記ホストコンピュータ38には、
前記光ファイバープローブ26をXY面内で走査した場
合の圧電アクチュエータ(PZT)27をZ軸方向に微
動させるための印加電圧、若しくはエバネッセント波強
度を試料25表面の情報として画像化するための例え
ば、CRT等の表示系39が設けられている。このよう
に構成された光学的ニアフィールド顕微鏡により測定動
作について説明する。
The host computer 38 has
For example, a CRT for imaging the applied voltage for finely moving the piezoelectric actuator (PZT) 27 in the Z-axis direction when the optical fiber probe 26 is scanned in the XY plane or the evanescent wave intensity as information on the surface of the sample 25. A display system 39 for the like is provided. The measurement operation will be described with the optical near-field microscope configured as described above.

【0026】まず、光源(半導体レーザ)21から試料
25に光吸収されない近赤外のレーザ光を照射し、ハー
フミラ23を透過し、全反射条件を満たすような入射角
で該プリズム24に入射させ、前記プリズム24の上面
に密接する試料25に照射させる。ここで、前記レーザ
光は、試料の全領域にわたって光学特性が一定である波
長を選択する、すなわち、試料から漏れでてくるエバネ
ッセント波強度が、試料の微小領域の光学的性質の違い
に依存せずに、試料表面の凹凸形状だけに依存するよう
な波長を選択する。
First, the sample 25 is irradiated with near-infrared laser light which is not absorbed by the sample 25 from the light source (semiconductor laser) 21, passes through the half mirror 23, and is incident on the prism 24 at an incident angle that satisfies the condition of total reflection. The sample 25, which is in close contact with the upper surface of the prism 24, is irradiated. Here, the laser light selects a wavelength whose optical characteristics are constant over the entire region of the sample, that is, the evanescent wave intensity leaking from the sample depends on the difference in the optical properties of the minute region of the sample. Instead, a wavelength that depends only on the uneven shape of the sample surface is selected.

【0027】また、前記試料25表面の光学特性(光学
スペクトルなど)を観察するための白色光は、ハーフミ
ラ23によって反射させて、前記レーザ光と同一の光軸
にして前記プリズム24に入射させる。
The white light for observing the optical characteristics (optical spectrum, etc.) of the surface of the sample 25 is reflected by the half mirror 23 and made incident on the prism 24 with the same optical axis as the laser light.

【0028】そして、前記プリズム24に全反射条件を
満たすように光を入射させた時、光学的トンネリング現
象によって、試料25表面から漏れでてきたエバネッセ
ント波(レーザ光成分+白色光成分)は、微小開口を有
する光ファイバープローブ26によって検出される。
When light is incident on the prism 24 so as to satisfy the condition of total reflection, the evanescent wave (laser light component + white light component) leaking from the surface of the sample 25 due to an optical tunneling phenomenon is It is detected by the optical fiber probe 26 having a minute aperture.

【0029】前記光ファイバープローブ26に入射した
エバネッセント光は、光フィイバープローブ26の出口
から放出され、光学的フィルタ30により、レーザ光成
分と白色光成分に分離される。
The evanescent light that has entered the optical fiber probe 26 is emitted from the outlet of the optical fiber probe 26, and separated into a laser light component and a white light component by the optical filter 30.

【0030】この前記レーザ光成分は、レーザ光の波長
だけを選択的に透過する光学的干渉フィルタ31を介し
て、フォトマルチプライヤ32で光電変換され、試料表
面の形状に依存したエバネッセント波成分のみを示す電
気信号として検出される。
The laser light component is photoelectrically converted by the photomultiplier 32 through the optical interference filter 31 that selectively transmits only the wavelength of the laser light, and only the evanescent wave component depending on the shape of the sample surface is obtained. Is detected as an electrical signal.

【0031】そして前記電気信号により、光ファイバー
プローブをXY面内で走査しながら、エバネッセント波
のレーザ光成分の強度を一定に保つように、光ファイバ
ープローブ26の位置制御がを行なわれ、試料表面の形
状に沿って走査され、表面形状情報が得られる。
The position of the optical fiber probe 26 is controlled by the electric signal so as to keep the intensity of the laser light component of the evanescent wave constant while scanning the optical fiber probe in the XY plane, and the shape of the sample surface is controlled. And scanned to obtain surface shape information.

【0032】また、前記白色光成分は、白色光成分(可
視部)を透過し、レーザ光成分(近赤外)を透過しない
ような光学フィルタ33を介して、フォトマルチプライ
ヤ35で光電変換される。
The white light component is photoelectrically converted by the photomultiplier 35 through the optical filter 33 which transmits the white light component (visible portion) and does not transmit the laser light component (near infrared). It

【0033】すなわち、前記試料25のXY面内の任意
の測定点で、レーザ光によって、前記光ファイバープロ
ーブ26と試料25の表面間の距離を一定に保っている
状態(レーザ光によるエバネッセント波の強度が一定に
保たれている状態)にを保持させ、前記フォトマルチプ
ライヤ35を波長駆動させて各ポイントにおける光学ス
ペクトルを測定することにより、試料の光学物性情報が
得られる。
That is, at a given measurement point in the XY plane of the sample 25, a state in which the distance between the optical fiber probe 26 and the surface of the sample 25 is kept constant by the laser light (the intensity of the evanescent wave by the laser light). Is kept constant), and the photomultiplier 35 is wavelength-driven to measure the optical spectrum at each point, whereby optical physical property information of the sample can be obtained.

【0034】そして、前記試料25の任意の測定点での
光学スペクトルを測定することにより、該試料25表面
の光学特性の分布を観察することができる。つまり、プ
ローブと試料間の距離を一定に保持させるようにしてプ
ローブ位置を制御しているので、試料−プローブ距離に
依存しない試料本来の光学特性の観測ができる。
By measuring the optical spectrum of the sample 25 at any measurement point, the distribution of the optical characteristics on the surface of the sample 25 can be observed. That is, since the probe position is controlled so that the distance between the probe and the sample is kept constant, the original optical characteristics of the sample can be observed without depending on the sample-probe distance.

【0035】従って、エバネッセント波のレーザ光成分
(表面形状に関する情報)と白色光成分(光学物性に関
する情報)を同時に観察することにより、試料の表面形
状と各ポイントでのスペクトルデータを画像データとし
て表示することができる。例えば、エバネッセント波の
白色光成分の特定波長での強度を画像データとしてマッ
ピングし、凹凸形状のデータ(レーザ光成分)と重ね合
わせて表示することにより、凹凸形状と光学的物性との
相関に関する情報が得られる。
Therefore, by simultaneously observing the laser light component of the evanescent wave (information about the surface shape) and the white light component (information about the optical properties), the surface shape of the sample and the spectrum data at each point are displayed as image data. can do. For example, by mapping the intensity of the white light component of the evanescent wave at a specific wavelength as image data and displaying it by superimposing it on the unevenness shape data (laser light component), information regarding the correlation between the unevenness shape and optical physical properties is displayed. Is obtained.

【0036】また、1ライン上の各ポイントの光学スペ
クトルを凹凸形状と同時に表示することにより、幾何学
的構造と電子状態、振動状態(光学スペクトル)との両
面から物質の構造解析を行うことができる。
By displaying the optical spectrum of each point on one line at the same time as the concavo-convex shape, it is possible to analyze the structure of a substance from both the geometrical structure, the electronic state, and the vibrational state (optical spectrum). it can.

【0037】次に図2には、本発明による第2実施例と
しての光学的ニアフィールド顕微鏡の構成を示し、説明
する。ここで、第2実施例の構成部材で図1に示す構成
部材と同等の部材には、同じ参照符号を付して、その説
明を省略する。
Next, FIG. 2 shows the structure of an optical near-field microscope as a second embodiment according to the present invention, which will be described. Here, the members of the second embodiment which are the same as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0038】この第2実施例では、前述した第1実施例
における、モノクロメータ34及びフォトマルチプライ
ヤ(光電子増倍管)35からなる検出部が、ポリクロメ
ータ40を用いた分光器と1次元ラインセンサ(1次元
フォトダイオードアレー)41の組み合わせにより、試
料上の各ポイントでの、エバネッセント波の白色光成分
のスペクトルの即時測定が可能になる。
In the second embodiment, the detection unit consisting of the monochromator 34 and the photomultiplier (photomultiplier tube) 35 in the first embodiment is a spectroscope using a polychromator 40 and a one-dimensional line. The combination of the sensor (one-dimensional photodiode array) 41 enables immediate measurement of the spectrum of the white light component of the evanescent wave at each point on the sample.

【0039】前記光学フィルタ33を介して、前記ポリ
クロメータ40に入射したエバネッセント波は、内蔵す
る回折格子によって分散した光をスリットを介さずに、
1次元のラインセンサ41で検出することにより、エバ
ネッセント波の光学スペクトルを波長駆動することなし
に観測することができる。
The evanescent wave incident on the polychromator 40 through the optical filter 33 disperses the light dispersed by the built-in diffraction grating without passing through the slit.
By detecting with the one-dimensional line sensor 41, the optical spectrum of the evanescent wave can be observed without wavelength driving.

【0040】この試料上の各ポイントでのスペクトルを
即時観察することができるために、短時間で試料表面で
の光学特性のマッピングが可能になる。特に光学的に不
安定な試料表面のスペクトルを短時間で測定しなければ
いけない場合などに好適している。但し、このようにポ
リクロメータ40とラインセンサ41を組み合わせたシ
ステムは、第1実施例のモノクロメータ34とフォトマ
ルチプライヤ35を組み合わせたシステムに対しては、
波長分解能、光検出感度がやや劣っている。
Since it is possible to immediately observe the spectrum at each point on the sample, it becomes possible to map the optical characteristics on the sample surface in a short time. It is particularly suitable when the spectrum of the optically unstable sample surface must be measured in a short time. However, the system in which the polychrometer 40 and the line sensor 41 are combined in this way is different from the system in which the monochromator 34 and the photomultiplier 35 of the first embodiment are combined.
Wavelength resolution and light detection sensitivity are slightly inferior.

【0041】従って、非常に弱いエバネッセント波を検
出する場合や、光学スペクトルの微細構造(波長分解能
が必要)を観測する場合には、第1実施例の構成が好適
している。また本発明は、前述した実施例に限定される
ものではなく、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々の変形や応用が可能であることは勿論である。
Therefore, in the case of detecting a very weak evanescent wave or in the case of observing the fine structure of the optical spectrum (requiring wavelength resolution), the configuration of the first embodiment is suitable. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications and applications can be made without departing from the scope of the invention.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、検
出されるエバネッセント波を表面形状情報と物性情報に
分離し、同時に表面形状と表面の光学特性の観察可能な
光学的ニアフィールド顕微鏡を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention, an optical near-field microscope capable of separating a detected evanescent wave into surface shape information and physical property information and at the same time observing the surface shape and the optical characteristics of the surface. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、本発明による第1実施例としての光学
的ニアフィールド顕微鏡の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical near-field microscope as a first embodiment according to the present invention.

【図2】図2は、本発明による第2実施例としての光学
的ニアフィールド顕微鏡の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical near-field microscope as a second embodiment according to the present invention.

【図3】図3は、従来の光学的ニアフィールド顕微鏡の
基本原理を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the basic principle of a conventional optical near-field microscope.

【図4】図4は、光強度とプローブ−試料間距離との関
係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a light intensity and a probe-sample distance.

【図5】図5は、従来の透過型のニアフィールド顕微鏡
の基本装置を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a basic device of a conventional transmission type near-field microscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体レーザ、2,24…プリズム、3,25…試
料、4,26…光ファイバープローブ、5,27…圧電
アクチュエータ(PZT)、6,28……光プローブア
プローチ用粗動ステージ(XYZ粗動ステージ)、7
a,31…干渉フィルタ、7b,32,35…フォトマ
ルチプライヤ(PM)、8…電流電圧変換アンプ、9…
プローブ位置制御用フィードバック回路、10,29…
微動機構用コントローラ(PZTコントローラ)、11
…光プローブ・オートアプローチ用コントローラ、1
2,38…ホストコンピュータ、21,22…光源、2
8…XYZ粗動ステージ、30,33…光学フィルタ、
34…モノクロメータ(分光器)、36…MCスキャン
用コントローラ、37…光子カウント部(Photocurrent
detector)、39…表示系、40…ポリクロメータ、4
1…(1次元)ラインセンサ。
1 ... Semiconductor laser, 2, 24 ... Prism, 3, 25 ... Sample, 4, 26 ... Optical fiber probe, 5, 27 ... Piezoelectric actuator (PZT), 6, 28 ... Optical probe approach coarse movement stage (XYZ coarse movement) Stage), 7
a, 31 ... Interference filter, 7b, 32, 35 ... Photomultiplier (PM), 8 ... Current-voltage conversion amplifier, 9 ...
Feedback circuit for probe position control 10, 29 ...
Fine movement mechanism controller (PZT controller), 11
… Optical probe / auto approach controller, 1
2, 38 ... Host computer 21, 22 ... Light source, 2
8 ... XYZ coarse movement stage, 30, 33 ... Optical filter,
34 ... Monochromator (spectrometer), 36 ... MC scan controller, 37 ... Photon counting unit (Photocurrent
detector), 39 ... Display system, 40 ... Polychrometer, 4
1 ... (one-dimensional) line sensor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料を保持するプリズムと、 所定波長領域のレーザ光を照射する第1の光源と、 白色光を照射する第2の光源と、 前記レーザ光と白色光の各光軸を同一光軸に合成させ、
前記プリズムに全反射角を満たす条件で入射させる手段
と、 前記試料から放出されるエバネッセント波を取り込む微
小開口の先端を有する光ファイバープローブと、 前記光ファイバープローブからのエバネッセント波をレ
ーザ光成分と白色光成分に分離する光成分分離手段と、 前記レーザ光成分のエバネッセント波の強度を光電変換
して検出する第1光検出手段と、 前記白色光成分のエバネッセント波の強度を光電変換し
て検出する第2光検出手段と、 第1光検出手段からの信号により、前記光ファイバープ
ローブのXY方向の走査、及び前記ファイバープローブ
と試料間距離を一定に保つようにZ方向の位置制御を行
なうプローブ移動手段と、 前記第2光検出手段からの信号により試料表面情報とし
て画像化する表示手段とを具備することを特徴とする光
学的ニアフィールド顕微鏡。
1. A prism for holding a sample, a first light source for irradiating laser light in a predetermined wavelength region, a second light source for irradiating white light, and the same optical axis for each of the laser light and white light. Synthesize on the optical axis,
Means for allowing the prism to enter under a condition that satisfies a total reflection angle, an optical fiber probe having a tip of a minute aperture for capturing an evanescent wave emitted from the sample, a laser light component and a white light component for the evanescent wave from the optical fiber probe A first light detecting means for photoelectrically converting and detecting the intensity of the evanescent wave of the laser light component; and a second light detecting means for photoelectrically converting the strength of the evanescent wave of the white light component. A light detecting means, and a probe moving means for performing scanning in the XY directions of the optical fiber probe and position control in the Z direction so as to keep a distance between the fiber probe and the sample constant by a signal from the first light detecting means, Display means for forming an image as sample surface information by a signal from the second light detecting means. Optical near-field microscope, wherein the door.
JP5000795A 1993-01-06 1993-01-06 Optical near field microscope Withdrawn JPH06201353A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5000795A JPH06201353A (en) 1993-01-06 1993-01-06 Optical near field microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5000795A JPH06201353A (en) 1993-01-06 1993-01-06 Optical near field microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06201353A true JPH06201353A (en) 1994-07-19

Family

ID=11483620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5000795A Withdrawn JPH06201353A (en) 1993-01-06 1993-01-06 Optical near field microscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06201353A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003023188A (en) * 2001-07-06 2003-01-24 Seiko Instruments Inc Method for manufacturing piezoelectric device
JP2008175651A (en) * 2007-01-17 2008-07-31 Gunma Univ Near-field light probe, optical device, probe microscope, and probe microscope type read/write head device
JP2009052956A (en) * 2007-08-24 2009-03-12 Canon Inc Measuring device and method
WO2010005013A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 株式会社ニコン Measuring apparatus

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003023188A (en) * 2001-07-06 2003-01-24 Seiko Instruments Inc Method for manufacturing piezoelectric device
JP2008175651A (en) * 2007-01-17 2008-07-31 Gunma Univ Near-field light probe, optical device, probe microscope, and probe microscope type read/write head device
JP2009052956A (en) * 2007-08-24 2009-03-12 Canon Inc Measuring device and method
US8497995B2 (en) 2007-08-24 2013-07-30 Canon Kabushiki Kaisha Measurement apparatus and method for measuring surface shape and roughness
WO2010005013A1 (en) * 2008-07-09 2010-01-14 株式会社ニコン Measuring apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3290586B2 (en) Scanning near-field optical microscope
US5138159A (en) Scanning tunneling microscope
RU2049327C1 (en) Method for determining surface properties of near-zone light field in specimen region
JP2823970B2 (en) Near-field scanning optical microscope
US7091476B2 (en) Scanning probe microscope assembly
US5377003A (en) Spectroscopic imaging device employing imaging quality spectral filters
US6242734B1 (en) Scanning probe microscope assembly and method for making confocal, spectrophotometric, near-field, and scanning probe measurements and associated images
USRE36529E (en) Spectroscopic imaging device employing imaging quality spectral filters
KR20190060769A (en) Infrared characteristics of sample using peak force tapping
US7189984B2 (en) Object data input apparatus and object reconstruction apparatus
JP2008046132A (en) Spectroscopy system
US8209767B1 (en) Near field detection for optical metrology
CA2070330C (en) High resolution spectroscopy system
US5406377A (en) Spectroscopic imaging system using a pulsed electromagnetic radiation source and an interferometer
HUT62098A (en) Method for testing transparent and/or reflective objects placed in the near filed by means of microscope, as well as scanning microscope
JPH06201353A (en) Optical near field microscope
EP0846932B1 (en) Scanning near-field optic/atomic force microscope
US6831747B2 (en) Spectrometry and filtering with high rejection of stray light
JPH0949849A (en) Device suitable for measuring near field of work piece
US9826918B2 (en) Method and device for detecting the surface structure and properties of a probe
US7061620B2 (en) Method and apparatus for three-dimensional object detection
JPH0954101A (en) Scanning near field optical microscope
JP2006300808A (en) Raman spectrometry system
JP3669466B2 (en) Thermal spectrometer
JPH06265790A (en) Laser microscope

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20000307