DE4106548C2 - Drahtsonde zur berührungslosen, optischen Untersuchung von Oberflächenstrukturen im Submikrometerbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drahtsonde nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die als submikrosko­ pische Sende- oder Empfangsantenne im Bereich optischer Frequenzen arbeitet und ein Signal überträgt, das charakte­ ristisch für den Abstand und die optische Beschaffenheit eines unmittelbar benachbarten Objektes ist. Die Drahtsonde tastet dabei ein lokales, elektromagnetisches Wechselfeld optischer Frequenz berührungslos ab oder strahlt ein solches ab und wirkt daher als berührungslose Abstandssonde in der optischen Nahfeldmikroskopie. Die Drahtsonde besteht aus einer in einem Lichtwellenleiter, z. B. in einer Glasfaser, verlaufenden, zentralen Metallseele, die als konische Draht­ spitze über das Ende des Lichtwellenleiters hinaus fort­ gesetzt ist.

Spezielle Sondenanordnungen dienen dazu, die von der Sonde an eine Objektoberfläche abgegebene oder aufgenommene Strah­ lungsintensität hinsichtlich ihrer Intensität zu messen und aus dem Meßsignal Rückschlüsse auf die materialspezi­ fische, lokale Oberflächenstruktur zu ziehen, wobei die übertragene Strahlung entweder aus der Oberflächenwelle einer Totalreflexion entnommen wird, oder durch direkte Bestrahlung der Spitze der Drahtsonde oder durch Einkopplung über die Glasfaser erzeugt wird. Auch kann das benachbarte Objekt auf Lumineszenzphänomene, nichtlineare optische Prozesse, optische Wechselwirkungen zwischen Tunnelstrom und Beleuchtung untersucht werden.

Der dem Erfindungsgegenstand nächstgelegene Stand der Technik ist dokumentiert in der DE 39 16 047 A1, jedoch sind die in der DE 39 16 047 A1 offenbarten Ausführungsformen der Drahtsonde darauf gerichtet, ausschließlich streng be­ grenzte, lokale Leuchtflecke zu erzeugen. Die in dem Aufsatz "Raster-Sonden-Mikroskopie", von H. K. Wickramasinghe, Spektrum der Wissenschaft, 1989, S. 62 ff beschriebenen Ausführungsformen sind nur zur Verwendung in der Tunnelmikroskopie geeignet und übertragen somit ausschließlich Strom und keine optische Information.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen berührungslosen, optischen Abstandssensor zu schaffen, dessen Signal sowohl für den Abstand zu einem unmittelbar benach­ barten, zu untersuchenden Objekt als auch für dessen lokale optische Beschaffenheit charakteristisch ist.

Diese Aufgabe ist durch eine Drahtsonde gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Verfahren zur Herstellung einer solchen Drahtsonde sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Die Drahtsonde gemäß der Erfindung stellt einen Abstandssensor dar, mit Hilfe dessen ein optisches Signal für die optische Nahfeldmikroskopie, eine besondere Form der Rastersonden­ mikroskopie, gewonnen werden kann. Der für diese Funktion wesentliche Teil des Abstandssensors, d. h. der Drahtsonde, ist der aus dem Lichtwellenleiter, d. h. der Glasfaser, herausragende Metalldraht. Dieser Draht dient dazu, elektro­ magnetische Energie in Form einer strahlungslosen Oberflächen­ welle längs des Drahtes zur Spitze zu führen oder von dieser abzuführen. Mit der erfundenen Ausführungsform der Sonde war es erstmals möglich, eine Drahtwelle entlang eines Silber­ drahtes im optischen Frequenzbereich nachzuweisen.

Bei Verwendung der Drahtsonde als Sender regt optische, in die Glasfaser eingespeiste Energie kollektive Elektronen­ schwingungen auf der Oberfläche der Metallseele an (Ober­ flächenplasmonen) , die sich in die aus der Glasfaser heraus­ ragende Metallspitze fortpflanzen und sich an deren Ende konzentrieren. Bei Verwendung als Empfänger führt die von der Drahtspitze aufgenommene, optische Energie an der Oberfläche der Metallseele zur Ausbildung von Oberflächenplasmonen, welche ihrerseits die Glasfaser anregen und eine elektromagnetische Welle erzeugen, die durch die Glasfaser übertragen und an einen Detektor abgegeben wird. Der Energietransport über die Drahtsonde erfolgt somit in Form einer strahlungslosen, opti­ schen Oberflächenwelle, die durch Oberflächenplasmonen als Folge einer Resonanzanregung von Leitungselektronen in der Metalloberfläche gegeben ist.

Die Energieaufnahme oder Energieabgabe erfolgt primär am Ende der Drahtspitze über ein lokalisiertes, mit einer hohen lokalen Feldstärke verbundenes Oberflächenplasmon und ist stark vom Dielektrikum der unmittelbaren Umgebung und damit von der spezifischen Beschaffenheit eines unmittelbar benachbarten Objektes abhängig. Bei zunehmender Annäherung eines Objektes an das sensitive Ende der Drahtspitze ändert sich daher die optische Wechselwirkung der Drahtspitze mit dem Objekt, und zwar in Abhängigkeit vom Abstand und den lokalen optischen Eigenschaften des Objektes. Die hohe Feldstärke kann dabei nichtlineare, optische und stark lokalisierte Phänomene, wie z. B. eine Laseraktivität des Sondenmaterials und des Objektmaterials zur Folge haben.

Spezielle Sonden-Anordnungen dienen dazu, die von der Sonde an eine Objektoberfläche abgegebene oder von ihr aufgenom­ mene, optische Strahlungsintensität hinsichtlich ihrer Inten­ sität zu messen und aus dem Meßsignal Rückschlüsse auf die materialspezifische, lokale Oberflächenstruktur zu ziehen, wobei die übertragene Strahlung

• - aus der Oberflächenwelle einer Totalreflexion entnommen wird oder zur Anregung einer solchen dient, oder
• - durch direkte Bestrahlung der Spitze der Drahtsonde oder durch Einkopplung über die Glasfaser erzeugt wird.

Auch kann das benachbarte Objekt auf Lumineszenzphänomene, nichtlineare, optische Prozesse, optisch induzierte/elektrische oder elektrisch induzierte/optische Prozesse, magnetooptische Vorgänge und Wechselwirkungen zwischen Tunnelstrom und Be­ leuchtung untersucht werden.

In den Zeichnungen sind die erfundenen Sonden in mehreren Aus­ führungsbeispielen dargestellt und im Anschluß daran sind ihre Funktionsweisen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Drahtsonde mit abgewinkeltem Draht,

Fig. 2 die Maßverhältnisse einer praktisch verwirklichten Ausführungsform der Sonde,

Fig. 3a-3d die Darstellung eines Verfahrens zur Abwinklung der Drahtspitze,

Fig. 4 ein Diagramm der von der Sondenspitze emittierten Strahlung als Funktion der Bestrahlungsintensität für den Fall, daß oberhalb eines Schwellwertes der Intensität eine Laseraktivität einsetzt,

Fig. 5 schematisch die Verwendung der Sonde in einer Durchlichtanordnung der optischen Nahfeldmikro­ skopie (PSTM),

Fig. 7 schematisch die Verwendung der Sonde in einer in­ ternen Auflichtanordnung, wobei die Bezeichnung "intern" sich auf die Beleuchtung durch den Licht­ wellenleiter bezieht,

Fig. 8 schematisch die Verwendung der Sonde in einer externen Auflichtanordnung, wobei die Bestrahlung vom Außenraum des Lichtwellenleiters erfolgt,

Fig. 9 schematisch die Verwendung der Sonde in einer Reflexionsanordnung mit Richtungsweiche im Licht­ wellenleiter.

Der Aufbau der Sonde ist schematisch in idealisierter Form in Fig. 1 dargestellt. Ein Draht D, der den für die Funktion der Sonde wesentlichsten Teil bildet, ist in einem Lichtwel­ lenleiter L enthalten, in dem er zentrisch oder exzentrisch liegen kann.

Die aus dem Lichtwellenleiter L hervorstehende Länge l₁ des Drahtes D liegt im Bereich der Größenordnung einer oder meh­ rerer Wellenlängen des verwendeten Lichtes und ist in einem Winkel im Bereich von ± 90° zur Mittenachse abgewinkelt. Die Länge l₁ des Drahtes D mündet an dem Kopfende P₁ in einer Spitze mit dem Durchmesser d₂, der kleiner oder vergleichbar zur Wellenlänge ist. Der Durchmesser d₁ des Drahtes D an dessen Fußende P₂ kann gleich oder größer als d₂ sein, woraus sich die konische Form der Länge l₁ ergibt.

In Fig. 2 sind schematisch die Maßverhältnisse in einer bereits verwirklichten Ausführungsform der Drahtsonde gezeigt. Der Lichtwellenleiter L besteht aus einer Glasfaser einer belie­ bigen Länge und hat einen Durchmesser d₅ von ca. 80 µm. Die Glasfaser läuft an einem Ende über eine Länge l₃ von ca. 50 µm - 1 mm konisch zu, wobei das Verhältnis der Durchmesser d₅/d₆ am Beginn des Konus etwa gleich groß ist wie das Ver­ hältnis der Durchmesser d₃/d₄ am Ende des Konus. Dieser Konus mündet über eine Länge l₄ in den Endteil der Sonde, wobei d₁/d₂ kleiner sein kann als d₃/d₄.

Die Glasfaser endet mit einer Dicke d₇ kleiner als 10 µm in einem den Draht D umschließenden Kragen K der Länge l₂ von wenigen Mikrometern. Aus diesem Kragen ragt der Draht mit seiner Länge l₁ von ca. 1-20 µm unter dem Winkel α hervor und hat an seinem Kopfende P₁ den Durchmesser d₂. An seinem Fußende P₂ hat der Draht den Durchmesser d₁, der größer ist als d₂.

Die Fig. 3a-3d zeigen, wie durch Andrücken des Drahtes D gegen eine plane Glasfläche G die aus dem Lichtwellenleiter L her­ vorstehende Länge l₁ abgewinkelt werden kann. Durch weiteres Ätzen des Lichtwellenleiters kann die Sonde derart gestaltet werden, daß der Abknickpunkt des Drahtes D im Abstand d_w vom Kragen K liegt (Fig. 3d).

In der verwirklichten Form wurde die Sonde hergestellt durch Ziehen des glasummantelten, aus Silber bestehenden Drahtes D nach dem bekannten Taylorverfahren und durch Ziehen einer Spitze nach demselben Verfahren, wobei eine Methode zur lokalen Erhitzung des Drahtes angewendet wurde. Die in dieser Weise hergestellte Spitze wurde mit einem glaslösenden Ätzmittel behandelt, so daß ein Stück des Silberdrahtes D freigelegt wurde. Wegen des konischen Verlaufs der Glasspitze ist die Länge des freigelegten Drahtstückes abhängig von der Ätzzeit.

Es sei jedoch ausdrücklich betont, daß dieses Herstellungs­ verfahren in mannigfacher Weise variiert werden kann. So können z. B. das Material des Glasmantels, der Durchmesser des Kernes sowie die Querschnittsformen des Glasmantels und des Kernes in weiten Grenzen geändert werden.

Wie bereits erwähnt kann die vorstehend beschriebene Draht­ sonde submikroskopischer Bauart als Empfänger oder Sender elektromagnetischer Strahlung im infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich dienen und ist in dieser Eigenschaft geeig­ net als berührungslose Abstandssonde, u. a. als Sonde für die optische Nahfeldrastermikroskopie, darüber hinaus ist sie aber auch geeignet, für die Rastertunnelmikroskopie und eine nachfolgend noch neu beschriebene Form der Kraftmikroskopie zu dienen, desgleichen auch für die Kombination dieser Rastersonden­ mikroskopie-Arten.

Insbesondere können Anordnungen angegeben werden, die eine simultane, optische Nahfeldmikroskopie, Rastertunnelmikroskopie und Kraftmikroskopie erlauben.

Wird Licht vom Ende des Lichtwellenleiters L eingestrahlt, so pflanzt sich das Licht bis zum Kragen K fort. Dort, im Licht­ wellenleiter oder am Kragen K, wird eine Oberflächenwelle an der Oberfläche des Silberdrahtes angeregt, die sich bis an das Kopfende P₁ des Drahtes D fortpflanzt. Dort kommt es durch eine partielle Umwandlung der Oberflächenwelle zur Abstrahlung von Licht, was als lokale Emission von der Spitze zu beobachten ist.

Umgekehrt kann das Kopfende P₁ des Drahtes D durch eine lokale Lichtemission in unmittelbarer Nähe des Kopfendes angeregt werden. Dies führt zu einer Anregung der Oberflächenwelle und zu einer Einkopplung von Lichtenergie in den Lichtwellenleiter.

Die Funktion der Drahtspitze (des Kopfendes P₁) als optische Nahfeldsonde erklärt sich wie folgt: Wird die Spitze durch die Oberflächenwelle am Draht zur Emission von Strahlung ange­ regt, so entsteht neben dem Strahlungsfeld ein Nahfeld hoher Intensität, das sehr eng an der Spitze lokalisiert ist. Die Reichweite dieses Nahfeldes korreliert mit dem Spitzendurch­ messer d₁. Je kleiner der Durchmesser ist, desto geringer ist die Reichweite. Die Intensität des Nahfeldes nimmt im Abstand d/5 von der Spitze um 50% ab für den Fall, daß der Durchmesser klein ist im Vergleich zur Wellenlänge des abgestrahlten Lichtes. Bringt man einen Gegenstand in die Reichweite des Nahfeldes, so wird die Emission von der Spitze verändert und zwar in Abhängigkeit vom Abstand zum Objekt und in Abhängigkeit von den lokalen optischen Eigenschaften des Objektes. Die Emission von der Spitze in den Außenraum oder in den Lichtwellenleiter hinein wird als Signal für die optische Nahfeldmikroskopie verwendet.

Voraussetzung für die Existenz von Oberflächenwellen an Metall­ drähten ist, daß es sich um ein nicht ideales Metall handelt. Insbesondere im Falle von Silber sind im optischen Frequenz­ bereich Oberflächenplasmonen an Drähten zu erwarten. Hier handelt es sich um Resonanzanregungen der Leitungselektronen an der Metalloberfläche, die eine besondere Bedeutung für die optische Sonde besitzen. Oberflächenplasmonen führen zu einer elektromagnetischen Oberflächenwelle hoher Intensität. Diese Oberflächenwelle führt an der Spitze des Drahtes zur Anregung eines lokalisierten Oberflächenplasmons, das im wesentlichen der Resonanzanregung einer Silberkugel entspricht, die zur op­ tischen Resonanzstreuung an Silbersolen führt. Bei der opti­ schen Sonde wird also am Ende der Glasfaser ein Oberflächen­ plasmon angeregt, das sich entlang dem Draht bis zur Spitze fortpflanzt. Hier wird ein lokalisiertes Oberflächenplasmon der Spitze angeregt. Diese gekoppelte Resonanzanregung führt zu einer sehr hohen lokalen Feldstärke in unmittelbarer Um­ gebung der Spitze, die ähnlich wie die Resonanzfrequenz einer Silberkugel stark abhängt von einem Dielektrikum in unmittel­ barer Umgebung. Ein ähnliches Phänomen wurde bereits früher mit einer anderen Geometrie beobachtet und zur Ausführung einer optischen Nahfeldsonde verwendet. Dabei handelt es sich um die Kopplung eines Oberflächenplasmons entlang der Ober­ fläche eines Metallfilmes. Diese Abhängigkeit bewirkt den sehr starken Einfluß eines Objektes in unmittelbarer Umgebung der Spitze auf Resonanzfrequenz und Intensität der Strahlungs­ emission von der Spitze. Bringt man ein Objekt in die Nähe der Spitze, so ändert sich bei konstanter Beobachtungswellen­ länge die Intensität als Funktion des Abstandes zwischen Spitze und Objekt, wobei die Abstandsabhängigkeit in charak­ teristischer Weise von den lokalen optischen Eigenschaften des Objektes abhängt. So kann z. B. sein, daß sich bei Bestrah­ lung der Spitze von der Glasfaser her mit weißem Licht die Farbe der Emission an der Spitze als Funktion des Abstandes zum Objekt ändert. Bei Bestrahlung mit monochromatischem Licht kann die Annäherung eines Objektes je nach Beschaffenheit des Objektes eine Abnahme, eine Zunahme oder auch eine Charakte­ ristik mit einem Maximum der Intensität bewirken. Diese Ab­ hängigkeiten können in einer der unten angegebenen Anordnungen eines optischen Nahfeldmikroskopes vermessen werden. Diese starken Abstandsabhängigkeiten sind Ursache für die Kontrast­ entstehung für die optische Nahfeldmikroskopie in ähnlicher Weise wie bei anderen Formen der optischen Nahfeldmikroskopie.

Die lokale Intensität in unmittelbarer Umgebung der Spitze kann zur Erzeugung nichtlinearer, optischer Phänomene an oder in unmittelbarer Umgebung der Spitze führen, die auf eine Ab­ messung der Dimension weniger Nanometer begrenzt ist, bei relativ kleinen Bestrahlungsintensitäten. Insbesondere ist denkbar, daß es bei Annäherung eines laseraktiven Materials in unmittelbarer Nähe der Spitze zu einer auf die extrem kleine Reichweite des Nahfeldes der Sonde beschränkte Besetzungsin­ version und damit zu einer auf eine Dimension weniger Nano­ meter begrenzte Laseraktivität kommt. Experimentell läßt sich eine solche Aktivität nachweisen durch ein überproportionales Anwachsen der von der Spitze emittierten Strahlung I₂ bei Überschreiten eines Schwellwertes der Bestrahlungsintensität I₁ (Fig. 4). Es ist auch denkbar, daß das Spitzenmaterial selbst im oben genannten Sinne zur Laseraktivität fähig ist.

Verschiedene Anordnungen 1)-7) der Sonde zum Zwecke der optischen Nahfeldmikroskopie sind denkbar, wie dies schematisch im Zu­ sammenhang mit den Fig. 5-9 erläutert ist, in denen die Draht­ sonden aus Gründen einer vereinfachten Zeichnung in gestreckter Form dargestellt sind. In der Praxis weisen sie jedoch die in Anspruch 1 erwähnte abgewinkelte Form auf.

• 1) Durchlichtanordnung in Analogie zum Photon Scanning Tunneling Microscope (Fig. 5). Das Objekt befindet sich als dünne Schicht auf einem glatten Glasträger oder auf der Oberfläche einer lichtleitenden Struktur. Die Glasoberfläche wird von der Glasseite her unter einem Winkel der Totalreflexion be­ strahlt. Dadurch werden an der Objektoberfläche evanescente Wellen erzeugt. Bringt man die Drahtsonde in die Nähe der Ober­ fläche, so wird die Spitze der Drahtsonde durch das evanes­ cente Feld angeregt und Licht wird in den Lichtwellenleiter eingekoppelt, das am Ende des Lichtwellenleiters detektiert wird. Das eingekoppelte Signal zeigt eine Abstandsabhängigkeit. Diese Abstandsabhängigkeit des Signals wird verwendet, um während des Rastervorganges die Sonde so nachzuführen, daß die detektierte Intensität konstant ist. Das Nachführungs­ signal wird zur Bildgebung verwendet.
• 2) Durchlichtanordnung in der umgekehrten PSTM-Anordnung (Photon Scanning Tunneling Microscope), wie in Fig. 6 dargestellt. Die Spitze wird durch den Lichtwellen­ leiter bestrahlt. Das Objekt ist ähnlich wie beim PSTM in Form einer dünnen Schicht auf einer Glasoberfläche oder an der Oberfläche eines zweiten Lichtwellenleiters angebracht. Wird die Spitze an die Oberfläche herangeführt, so werden evanes­ cente Wellen angeregt und Licht wird in die Richtung der Winkel der Totalreflexion oder in die Moden des zweiten Lichtwellen­ leiters eingekoppelt und mit Hilfe des Detektors De detektiert. Ähnlich wie bei der Tunnelmikroskopie können durch Modulation von Abstand oder Bestrahlungswellenlänge spektroskopische Eigenschaften der Oberfläche abgebildet werden. Diese Anord­ nung hat gegenüber der unter 1) angegebenen Anordnung den Vorteil der geringeren Strahlenbelastung des Objektes.
• 3) Die externe Auflichtanordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Die Spitze wird von außen her lokal bestrahlt. Dies führt zur Anregung der Spitze und der Drahtwelle. Licht wird deshalb in den Lichtwellenleiter eingekoppelt. Die eingekoppelte Inten­ sität ändert sich, wenn die Spitze an die Objektoberfläche herangeführt wird. Dieses abstandsabhängige Signal wird ver­ wendet, um wiederum die Oberfläche bei konstanter, eingekoppel­ ter Intensität abzurastern, und das Nachführsignal wird zur Bildgebung aufgezeichnet. Die Anordnung entspricht einer für das PSTM angegebenen Reflexionsanordnung.
• 4) Die interne Auflichtanordnung ist in Fig. 8 gezeigt. Die Spitze wird durch den Lichtwellenleiter bestrahlt. Die Spitze wird über eine Optik möglichst hoher Apertur abgebildet, und das von der Spitze emittierte Licht wird gemessen, und das Meßsignal wird in ähnlicher Form wie oben beschrieben zur Bilderzeugung verwendet. Diese Anordnung eignet sich besonders, um Nahfeld­ effekte der Sonde visuell im Lichtmikroskop zu beobachten. Die Methode hat gegenüber der oben angegebenen den Vorteil einer geringeren Strahlungsbelastung des Objektes.
• 5) Die Reflexionsanordnung mit Richtungsweiche im Lichtwellen­ leiter ist in Fig. 9 dargestellt. Sie ist analog der Reflexions­ anordnung des PSTM.
• 6) Anordnungen der oben beschriebenen Art können alle mit der in Fig. 1 gezeigten, abgewinkelten Sonde in sonst nicht näher beschriebener Form realisiert werden.
• 7) Neben der Nahfeldmikroskopie auf die oben beschriebene Art kann auch die Lumineszenz durch Einbringen von Filtern in Beleuchtungs- oder Detektionsstrahlengang als Signal für die Mikroskopie verwendet werden. Signale, die auf Grund nichtli­ nearer Prozesse erzeugt werden, können in Anordnungen, bei denen die Bestrahlung durch den Lichtwellenleiter erfolgt, zur Bildgebung ausgenutzt werden. Optisch induzierte Phäno­ mene wie NOBIC (Near field Optical Induced Conductivity) und photoakustische Signale können zur Bildgebung dienen. Auf Grund der metallischen Spitze können auch optisch induzierte, elek­ trische Phänomene und elektrisch induzierte, optische Phänomene als Signale für die Bildgebung ausgenutzt werden. Magneto­ optische Phänomene können mit submikroskopischcr Auflösung abgebildet werden.
  Da die Spitze metallisch ist, kann gleichzeitig Tunnel­ mikroskopie und SNOM (Scanning Near Field Optical Microscopy) betrieben werden. Man kann das elektrische Signal bei einer leitenden Oberfläche zur Abstandsregelung verwenden und das optische Signal aufzeichnen. Umgekehrt kann man leitfähige Bereiche lokalisieren, indem man das optische Signal zur Abstandsregelung verwendet und den Strom aufzeichnet. Optisch induzierte Einflüsse auf den Tunnelstrom und durch den Tunnelstrom induzierte Lumineszenz, die in die Drahtwelle eingekoppelt wird, können als Signal für die Bildgebung ver­ wendet werden.

Kraftmikroskopie mit der optischen Nahfeldsonde: Varianten der Sonde mit abgewinkelten Drähten können zur Kraft­ mikroskopie verwendet werden. Dabei dient der gerade Teil der Sonde als Federbalken, der abgewinkelte Draht als Spitze. In der internen Auflichtanordnung wird z. B. der Beleuchtungs­ strahlengang mit einer Frequenz in der Nähe der Eigenresonanz des Federbalkens moduliert. Dies führt zu einer photoaku­ stischen Modulation des Abstandes zwischen Spitze und Objekt. Wegen der Wechselwirkung zwischen Spitze und Objekt führt dies zu einer Anregung des über diese Wechselwirkung mit der schwin­ genden Oberfläche gekoppelten Federbalkens. Das externe optische Signal wird detektiert und die Phasendifferenz zwischen Anre­ gungssignal und detektiertem Signal wird als Maß für die Wech­ selwirkungskraft verwendet. Nachführsignale zur Einstellung eines konstanten und optisch stationären Signals und das optische Wechselsignal können zur Bildgebung verwendet werden. Der Ab­ stand kann auch durch erzwungene Vibration des Objektes oder des Federbalkens moduliert werden.

Claims (4)

1. Drahtsonde zur berührungslosen, optischen Untersuchung von Oberflächenstrukturen im Submikrometerbereich,

• - mit einem Metalldraht (D) und einem den Metalldraht (D) in seiner Längsrichtung ummantelnden Lichtwellenleiter (L),
• - wobei das sensitive Kopfende (P₁) des Metalldrahtes (D) als konisch zulaufende Drahtspitze ausgebildet ist und über das Ende des Lichtwellenleiters (L) hinaus vorsteht
• - und in einem Rasterverfahren im Abstand über die zu unter­ suchende Oberfläche berührungslos geführt wird,
• - wobei die Drahtspitze im optischen Nahfeld einer zu unter­ suchenden Probenoberfläche evaneszente Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge von der Probenoberfläche aufnimmt oder aus ihrem optischen Nahfeld Strahlung einer vorgege­ benen, optischen Wellenlänge an die Probenoberfläche abgibt,
• - und wobei der den Metalldraht (D) ummantelnde Lichtwellen­ leiter (L) die von der Drahtspitze aufgenommene, optische Strahlung zu einem Detektor (De) überträgt oder die optische Strahlung einer Lichtquelle in die Drahtspitze einkoppelt,
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß der Metalldraht (D) und die Drahtspitze aus Silber bestehen,
• - und die Drahtspitze in ihrer Länge (l₁) die vorgegebene Wellenlänge um ein Mehrfaches übersteigt und ein abgerunde­ tes Kopfende (P₁) mit einem Durchmesser (d₂) kleiner oder gleich der vorgegebenen Wellenlänge aufweist und sich bis zu ihrem Fußende (P₂) auf einen Durchmesser (d₁) verbreitert, der gleich oder größer dem Durchmesser (d₂) des Kopfendes (P₁) ist,
• - und daß die Drahtspitze aus dem Lichtwellenleiter (L) gegen­ über der Längsrichtung des Metalldrahtes (D) unter einem Winkel (α) von bis zu 90° austritt.

2. Drahtsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (L) zusammen mit dem eingeschlos­ senen Metalldraht (D) bis zum Ende des Lichtwellenleiters (L) über eine Länge zwischen 1000 µm bis 50 µm konisch zusammen­ läuft, wobei der Lichtwellenleiter (L) mit einem Außendurch­ messer kleiner als 10 µm endet.

3. Verfahren zur Herstellung der Drahtsonde nach den An­ sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach dem Taylor-Verfahren hergestellter, ummantelter Silberdraht durch lokales Erhitzen und Ziehen zu einer Spitze geformt wird und das Ende dieses Silberdrahtes durch Abätzen des umge­ benden Mantels freigelegt wird, wobei die überstehende Länge (l₁) des Silberdrahtes von der Ätzzeit abhängt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der überstehende Silberdraht durch Andrücken an eine plane Gegenfläche gezielt abgewinkelt wird.