DE19822871C2 - Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy - Google Patents

Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy

Info

Publication number
DE19822871C2
DE19822871C2 DE19822871A DE19822871A DE19822871C2 DE 19822871 C2 DE19822871 C2 DE 19822871C2 DE 19822871 A DE19822871 A DE 19822871A DE 19822871 A DE19822871 A DE 19822871A DE 19822871 C2 DE19822871 C2 DE 19822871C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
glass fiber
field
probe
optical
heat source
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.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19822871A
Other languages
German (de)
Other versions
DE19822871A1 (en
Inventor
Winfried Wiegraebe
Torsten Antrack
Dirk Heinzle
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.)
Jenoptik AG
Original Assignee
Carl Zeiss Jena GmbH
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 Carl Zeiss Jena GmbH filed Critical Carl Zeiss Jena GmbH
Priority to DE19822871A priority Critical patent/DE19822871C2/en
Publication of DE19822871A1 publication Critical patent/DE19822871A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19822871C2 publication Critical patent/DE19822871C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/241Light guide terminations
    • 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
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/255Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2552Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends

Description

In der optischen Rasternahfeldmikroskopie (SNOM = scanning near field microscopy) wird eine Oberfläche mit einer Sonde abgetastet.In optical near-field microscopy (SNOM = scanning near field microscopy) becomes a surface with a probe scanned.

Diese Sonde dient als Lichtquelle. In den meisten Fällen wird gleichzeitig mit dem optischen Signal ein topographisches Signal aufgezeichnet, welches zusätzliche, wertvolle Informationen über die untersuchte Probe enthält. Um diese Ergebnisse richtig zu interpretieren, müssen diese beiden Teilergebnisse zur Deckung gebracht werden. Dies muß bisher in den meisten Fällen nachträglich durch Bildbearbeitung geschehen, da durch die Art der Herstellung der Sonden topographische und optische Spitze nicht deckungsgleich sind.This probe serves as a light source. In most cases will turn on simultaneously with the optical signal recorded topographic signal, which additional, contains valuable information about the sample examined. To correctly interpret these results, they must both partial results are to be covered. This must so far in most cases Image editing happen because of the way it is made the topographic and optical tip probes are not are congruent.

In diesem Erfindungsvorschlag wird eine Sonde für die kombinierte Kraft- und Nahfeldoptische Rastermikroskopie beschrieben, bei der bereits bei der Messung topographisches und optisches Signal räumlich zur Deckung gebracht werden.In this proposal for the invention a probe for the combined force and near-field optical scanning microscopy already described during the measurement topographic and optical signal spatially to cover to be brought.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die am weitesten verbreiteten nahfeldoptischen Sonden bestehen aus zu einer Spitze gezogenen Glasfasern, die mit Aluminium bedampft werden [1]. Die Bedampfung erfolgt so, daß am vordersten Ende eine Apertur frei bleibt, durch die das Licht austreten kann. Um diese Apertur zu erhalten, wird die Faser so gezogen, daß das vorderste Ende flach abreißt [2]. Da die Bedampfung von schräg hinten erfolgt, bildet die Aluminiumschicht einen hervorstehenden Wulst um die Apertur. Die Lage des topographischen Bildes relativ zum simultan aufgenommenen optischen Bild wird bestimmt durch die relative Lage der Mitte der Apertur zur am weitesten hervorstehenden Teil des Wulstes. Diese relative Lage zueinander ist normalerweise nicht bekannt und kann nur abgeschätzt werden.The most widely used near-field optical probes consist of glass fibers drawn to a point, with Aluminum are steamed [1]. The vaporization takes place that an aperture remains free at the front end through which the light can come out. To get this aperture, the fiber is drawn so that the foremost end is flat tears off [2]. Since the steaming takes place diagonally from behind, the aluminum layer forms a protruding bead the aperture. The location of the topographical image relative the simultaneously recorded optical image is determined due to the relative position of the center of the aperture to the am most protruding part of the bead. This relative  The position of each other is usually unknown and can can only be estimated.

Dieses Problem besteht auch bei anderen Sondenformen wie z. B. bei ausgezogenen und bedampften Mikropipetten [3].This problem also exists with other types of probes such as e.g. B. with extended and steamed micropipettes [3].

Bei einigen Bauformen von aperturlosen Sonden kann es sein, daß topographische und optische Spitze zufällig übereinstimmen. Aperturlose Sonden haben bisher jedoch nicht den technischen Stand erreicht, daß sie eine realistische Alternative zu Apertursonden darstellen.With some designs of apertureless probes it may be that topographic and optical tip random to match. So far, apertureless probes have does not reach the technical level that it is represent a realistic alternative to aperture probes.

  • 1. Betzig, E., et al., Breaking the Diffraction Barrier: Optical Microscopy on a Nanometer Scale. Science, 1991. 251: p. 1468-1470.1. Betzig, E., et al., Breaking the Diffraction Barrier: Optical microscopy on a nanometer scale. Science, 1991. 251: p. 1468-1470.
  • 2. Betzig, R. E. and J. K. Trautman, Near field scanning optical microscope having tapered waveguide. US 5,272,330, 1993.2. Betzig, R.E. and J.K. Trautman, Near field scanning optical microscope having tapered waveguide. US 5,272,330, 1993.
  • 3. Lewis, A., et al., Near field scanning optical microscopy. US 4,917,462, 1990.3. Lewis, A., et al., Near field scanning optical microscopy. US 4,917,462, 1990.
  • 4. Hecht, B., Forbidden light scanning near-field optical microscopy, Philosophisch-Naturwissenschaftliche Fakultät. 1996: Basel. p. 146.4. Hecht, B., Forbidden light scanning near-field optical microscopy, Faculty of Humanities. 1996: Basel. p. 146.

DE 41 06 548 A1 beschreibt ein Verfahren für einen Draht als Sender oder Empfänger aus elektrisch leitendem Material, nicht jedoch eine Glasfaser.DE 41 06 548 A1 describes a method for a wire as Transmitter or receiver made of electrically conductive material, but not an optical fiber.

In EP 763742 A1 wird eine abgerundete Sondenspitze durch Ätzen erzeugt.EP 763742 A1 describes a rounded probe tip generated by etching.

DE 691 14 209 T2 beschreibt ein Verfahren zum Ziehen von Glasfasern aus Festglasrohlingen.DE 691 14 209 T2 describes a method for pulling Glass fibers from solid glass blanks.

Aufgabe der Erfindung ist ein zuverlässig reproduzierbares Verfahren zur Herstellung von optischen Nahfeldsonden mit gleicher Apertur. The object of the invention is a reliably reproducible Process for the production of near-field optical probes with same aperture.  

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The task is accomplished through a process according to the characteristics of claim 1 solved.

Die Glasfasern werden so gezogen, daß sie vorne ein abgerundetes Ende haben.The glass fibers are pulled so that they are in front have a rounded end.

Anschließend werden die Sonden von schräg hinten mit Metall (z. B. Aluminium) bedampft. Die Größe der Apertur kann durch den Aufdampfwinkel eingestellt werden. Die vorderste Stelle der Sonde kann aus Glas oder einem dünnen lichtdurchlässigen Metallüberzug bestehen.Then the probes are slanted from behind with metal (e.g. aluminum) vaporized. The size of the aperture can vary the evaporation angle can be set. The first place the probe can be made of glass or a thin one translucent metal coating exist.

Als Ausgangspunkt dienen beispielsweise optische Glasfasern für die Telekommunikation mit einem Kerndurchmesser von 9 µm und einem Außendurchmesser von 125 µm.Optical glass fibers serve as a starting point for telecommunications with a core diameter of 9 µm and an outer diameter of 125 µm.

Die Spitzen werden mit einem Pipettenpuller P-2000 der Firma Sutter Instrument gezogen.The tips are cleaned with a P-2000 pipette puller Sutter Instrument pulled.

Das Gerät ist mikroprozessorgesteuert. Verschiedene Parameter können über eine Tastatur eingegeben und an einem Display kontrolliert werden. Bei diesem Puller wird die Faser zwischen zwei Spannbacken eingespannt. Durch diese Backen wird ein Zug mit konstanter Kraft auf die Faser übertragen. Mit einem CO2-Laser wird eine Stelle der Faser erhitzt. Die Stärke der Erwärmung wird voreingestellt. Die Faser beginnt zu schmelzen. Durch die konstante Kraft wird sie auseinandergezogen und wird dabei im erhitzten Bereich dünner. Die Zuggeschwindigkeit erhöht sich bis zu einem durch den eingestellten Parameter "Vel" vorgegebenen Wert. Ein günstiger Wert ist 20. Zu diesem Zeitpunkt wird der Laser abgeschaltet. Nach einer durch den Parameter "Del" vorgegebenen Zeitspanne (vorteilhaft Del0126) wird der Zug mit vorgegeben erhöhter Kraft abgeschlossen. The device is microprocessor controlled. Various Parameters can be entered via a keyboard and on a Display can be checked. With this puller the Fiber clamped between two jaws. Through this Baking is a pull with constant force on the fiber transfer. With a CO2 laser, a spot on the fiber heated. The strength of the warming is preset. The The fiber begins to melt. Because of the constant force they are pulled apart while doing so in the heated area thinner. The train speed increases up to one value specified by the set parameter "Vel". A favorable value is 20. At this point the Laser switched off. After a by the parameter "Del" given time span (advantageously Del0126) the Train completed with a predetermined increased force.  

Diese Kraft wird durch den Wert für "Pull" festgelegt (Vorteilhaft 150)This force is determined by the value for "Pull" (Advantageous 150)

Dieser letzte Schritt bestimmt die runde Spitzenform.This last step determines the round tip shape.

Bei erfolgreichem Zugversuch gibt das Gerät einen Wert für den Parameter "Heat on" zwischen 0.14 und 0.17 aus.If the tensile test is successful, the device gives a value for the parameter "Heat on" between 0.14 and 0.17.

Die Form der Spitze kann gegebenenfalls in einem REM kontrolliert werden.The shape of the tip can be determined in a SEM to be controlled.

Diese Spitzen werden mit Aluminium beschichtet. Dies erfolgt in einer Weise, so daß sich eine Apertur formt. Dazu wird beispielsweise eine thermische Bedampfungsanlage von Hochvakuum Dresden verwendet. Als Bedampfungsgut wird Aluminium auf beispielsweise drei Wolframschiffchen S aufgeteilt. Die Fasern FS werden senkrecht über den Schiffchen montiert (siehe Fig. 2). Die Halterung H für die Fasern kann um die eigene Achse rotieren. Die Fasern FS werden in drei Schritten bedampft. Durch die Wahl des Winkels kann der Durchmesser der Apertur vorgegeben werden.These tips are coated with aluminum. This is done in such a way that an aperture is formed. For example, a thermal evaporation system from Hochvakuum Dresden is used. Aluminum is divided into three tungsten boats S, for example, as vapor deposition material. The fibers FS are mounted vertically above the boat (see Fig. 2). The holder H for the fibers can rotate about its own axis. The fibers FS are steamed in three steps. The diameter of the aperture can be specified by the choice of the angle.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Nahfeldsonde sowie eine Nahfeldsonde nach dem Stand der Technik. Fig. 1 shows the near-field probe according to the invention as well as a near-field probe according to the prior art.

Links: Herkömmliche Bauform (REM - Aufnahme aus [4]).Left: Conventional design (SEM image from [4]).

Rechts: neuartige Bauform (die Sonde wurde nur unvollständig beschichtet, um die Form des Glasfaserkerns zu illustrieren)Right: new design (the probe was only incompletely coated to match the shape of the fiberglass core to illustrate)

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen einer Nahfeldsonde für die optische Nahfeldmikroskopie,
  • - bei dem eine lichtdurchlässige Glasfaser erhitzt und gezogen wird
  • - und die Außenseite der Glasfaser nach Erzeugen der Sondenspitze von derem rückwärtigem Ende her mit einer lichtundurchlässigen Schicht beschichtet wird, die eine für die optische Nahfeldmikroskopie geeignete Apertur an der Sondenspitze frei lässt,
dadurch gekennzeichnet,
  • - dass die Glasfaser zwischen zwei Spannbacken eingespannt wird, die einen Zug von vorgegebener, konstanter Kraft auf die Glasfaser ausüben,
  • - dass die Glasfaser zwischen den beiden Spannbacken mit einer Wärmequelle voreingestellter Leistung erwärmt wird, wobei die Glasfaser zu fließen beginnt und dabei im erhitzten Bereich dünner wird,
  • - dass die Fließgeschwindigkeit gemessen und die Wärmequelle abgeschaltet wird, wenn die Fließgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert erreicht hat
  • - und dass eine vorgegebene Zeitspanne nach Abschaltung der Wärmequelle die Zugkraft auf einen zweiten vorgegebenen Wert erhöht und hierdurch die Glasfaser in zwei Teile zerrissen wird
  • - wobei die am Ende der Zeitspanne im Bereich der Rissstelle vorliegende Temperatur des Glasfasermaterials und damit dessen zu diesem Zeitpunkt vorhandene Viskosität die Bildung eines abgerundeten, nichtflachen Endes der Glasfaser gewährleistet.
1. Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy,
  • - in which a translucent glass fiber is heated and pulled
  • and after the probe tip has been produced, the outside of the glass fiber is coated from its rear end with an opaque layer which leaves an aperture at the probe tip suitable for near-field optical microscopy,
characterized by
  • - that the glass fiber is clamped between two clamping jaws, which exert a constant, predetermined force on the glass fiber,
  • that the glass fiber between the two jaws is heated with a heat source of preset power, the glass fiber starting to flow and thereby becoming thinner in the heated area,
  • - That the flow rate is measured and the heat source is switched off when the flow rate has reached a predetermined value
  • - And that a predetermined period of time after switching off the heat source increases the tensile force to a second predetermined value and thereby the glass fiber is torn in two
  • - The temperature of the glass fiber material present at the end of the time period in the area of the crack and thus its viscosity at this point in time ensures the formation of a rounded, non-flat end of the glass fiber.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle ein CO2- Laser verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a CO 2 laser is used as the heat source. 3. Nahfeldsonde, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt ist.3. Near field probe, characterized in that it uses a method according to claim 1 or 2 is made.
DE19822871A 1998-05-22 1998-05-22 Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy Expired - Fee Related DE19822871C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19822871A DE19822871C2 (en) 1998-05-22 1998-05-22 Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19822871A DE19822871C2 (en) 1998-05-22 1998-05-22 Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19822871A1 DE19822871A1 (en) 1999-11-25
DE19822871C2 true DE19822871C2 (en) 2001-05-10

Family

ID=7868561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19822871A Expired - Fee Related DE19822871C2 (en) 1998-05-22 1998-05-22 Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19822871C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010013458U1 (en) 2010-09-23 2010-12-30 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Probe for apertureless near-field microscopy and / or Raman spectroscopy

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL127404A0 (en) * 1998-12-06 1999-10-28 Aaron Lewis Lensed optical fibers and unique micropipettes with subwavelength apertures

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4106548A1 (en) * 1991-03-01 1992-09-03 Hund Helmut Gmbh Wire probe as sub-microscopic transceiver EM radiation - is of length one or more times wavelength of light used with curved spike at one end and leading to light conductive structure at other end
DE69114209T2 (en) * 1990-08-16 1996-04-11 Corning Inc Process for the manufacture of glass objects.
WO1996030927A1 (en) * 1995-03-28 1996-10-03 The Regents Of The University Of California Combined scanning probe and scanning energy microscope
EP0763742A1 (en) * 1994-05-31 1997-03-19 Kanagawa Academy Of Science And Technology Optical fiber and its manufacture

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE6911420U (en) * 1969-03-21 1969-09-11 Th Wieland Scheideanstalt Fa D GALVANIZER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69114209T2 (en) * 1990-08-16 1996-04-11 Corning Inc Process for the manufacture of glass objects.
DE4106548A1 (en) * 1991-03-01 1992-09-03 Hund Helmut Gmbh Wire probe as sub-microscopic transceiver EM radiation - is of length one or more times wavelength of light used with curved spike at one end and leading to light conductive structure at other end
EP0763742A1 (en) * 1994-05-31 1997-03-19 Kanagawa Academy Of Science And Technology Optical fiber and its manufacture
WO1996030927A1 (en) * 1995-03-28 1996-10-03 The Regents Of The University Of California Combined scanning probe and scanning energy microscope

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Betzig, E., et al., Breaking the Diffraction Barrier: Optical Microscopy on a Nanometer Scale, Science, 1991, 251: p. 1468-1470 *
Betzig, R.E. and J.K. Trautman, Near field scanning optical microscope having tapered waveguide, US 52,72,330, 1993 *
Hecht, B., Forbidden light scanning near-field optical microscopy, Philosophisch- Naturwissenschaftliche Fakultät, 1996: Basel, p. 146 *
Lewis, A., et al., Near field scanning optical microscopy, US 49,17,462, 1990 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010013458U1 (en) 2010-09-23 2010-12-30 Eberhard-Karls-Universität Tübingen Probe for apertureless near-field microscopy and / or Raman spectroscopy

Also Published As

Publication number Publication date
DE19822871A1 (en) 1999-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69736449T2 (en) Scanning device, manufacturing method thereof and raster scanning microscope
Levick Another tungsten microelectrode
CH702315B1 (en) A process for preparing SPM and CD-SPM nanoneedle probes using ion beams and thereby produced SPM and CD-SPM nanoneedle probes.
US5480049A (en) Method for making a fiber probe device having multiple diameters
DE19900114B4 (en) Method and device for the simultaneous determination of at least two material properties of a sample surface, including the adhesion, the friction, the surface topography and the elasticity and rigidity
DE60030178T2 (en) Manufacturing method for a near-field optical probe
DE4007292C1 (en)
Lieberman et al. Simultaneous scanning tunneling and optical near‐field imaging with a micropipette
EP1523652B1 (en) Method for locally highly resolved, mass-spectroscopic characterisation of surfaces using scanning probe technology
DE102019108116A1 (en) Device with charged particle beam
Garcia-Parajo et al. Gold-coated parabolic tapers for scanning near-field optical microscopy: fabrication and optimisation
DE19822871C2 (en) Method for producing a near-field probe for optical near-field microscopy
DE112005001585B4 (en) Process for the manufacture of SPM and CD-SPM nano-needle probes
EP0623563B1 (en) Apparatus and method for heating a long glass body
DE4244268A1 (en) High resolution optical system with sensing tip
EP1141753B1 (en) Method for producing optical fibers with subwavelength apertures
EP1672648B1 (en) SPM-probe with an EBD-tip.
JP3127806B2 (en) Optical fiber manufacturing method
DE4106548A1 (en) Wire probe as sub-microscopic transceiver EM radiation - is of length one or more times wavelength of light used with curved spike at one end and leading to light conductive structure at other end
DE102005043974B4 (en) Micromechanical scanning sensor
EP2969995B1 (en) Modification of orifices in glass nanocapillaries
EP1588383B1 (en) Probe for an optical near field microscope and method for producing the same
EP2175286B1 (en) Method for producing a SPM probe with a sampling tip and adjustment aid opposite the sampling tip
EP0818699A1 (en) Optical near field probe and its method of fabrication
DE69912491T2 (en) Probe for near-field optical microscope, method for its production and near-field optical microscope

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee