JP2001255255A

JP2001255255A - 光ファイバプローブ、走査近接場光顕微鏡装置及び光記録媒体再生装置並びに光ファイバプローブの製造方法

Info

Publication number: JP2001255255A
Application number: JP2000084124A
Authority: JP
Inventors: Masaya Otsuka; 正也大塚; Nobuaki Toyoshima; 伸朗豊島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】近接場光を利用する光学装置用の光ファイバ
プローブに関して、その一端面で出射しない戻り光の影
響を抑制し得るようにする。【解決手段】コア２とクラッド３とからなる光ファイ
バ４の一端面に円錐台状に突出するコア先端２ａのみを
有するノンコートの光ファイバプローブ１とすること
で、ＳＮＯＭ装置等の近接場光を利用する光学装置に用
いる場合に、他方の端面側から入射される光に対して、
この一端面先端部での戻り光２８ｂ，２８ｃを効果的に
抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に近接場光（エ
バネッセント波）を利用する走査近接場光顕微鏡装置等
の光学装置に用いられる光ファイバプローブ、この光フ
ァイバプローブを用いた走査近接場光顕微鏡装置及び光
記録媒体再生装置並びに光ファイバプローブの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】試料表面の微細な凹凸形状観察方法とし
て、原子間力顕微鏡（Ａtom ＦorceＭicroscope）や走
査トンネル顕微鏡（Ｓcanning Ｔunnel Ｍicroscope）
を代表とする走査プローブ顕微鏡が広く普及している。
現在、この走査プローブ顕微鏡は、表面形状観察だけで
なく、摩擦力、磁気力、弾性率など様々な微小領域の特
性の観察に応用されている。この走査プローブ顕微鏡の
１つとして、走査近接場光顕微鏡（Ｓcanning Ｎear-fi
ield Ｏptical Ｍicroscope；以下適宜“ＳＮＯＭ”と
略す）がある。

【０００３】このＳＮＯＭとは、先端に微小開口を有す
る光ファイバプローブで形成される非伝搬の近接場を用
いて、光の解像限界を超える微小領域の光学特性の観察
を可能にしたものである。このＳＮＯＭ観察は、大きく
分けると以下の３つのモードイルミネーションモードコレクションモードイルミネーション／コレクションモードに区分される。

【０００４】イルミネーションモードとは、光ファイバ
プローブ等の微小開口から出射される光を観察試料に照
射し、その観察試料を透過した光を検知する方法であ
る。また、コレクションモードとは、イルミネーション
モードの逆で、観察試料を透過してきた光を、光ファイ
バプローブの微小開口で検出する方法である。さらに、
イルミネーション／コレクションモードは、前述のイル
ミネーションモードとコレクションモードとを合わせた
検出方法であり、光ファイバプローブの微小開口から出
射する光を、再び、その微小開口を通じて光ファイバプ
ローブに入射させて検出する方法である。

【０００５】しかし、イルミネーションモード及びコレ
クションモードはともに、その検知される光の強度は、
一般的に入射される光強度の１／１，０００以下である
ことが知られている。また、イルミネーション／コレク
ションモードでは、その２乗以下、つまり、１／１，０
００，０００以下と非常に微弱な信号しか検出できない
とされている。

【０００６】さらに、このイルミネーション／コレクシ
ョンモードにおいて、イルミネーション時に光ファイバ
プローブに入射される光の大部分は、微小開口から出射
せずにその端面若しくはその近傍で反射される。この光
ファイバプローブ先端部での反射光は、コレクションモ
ードで検出される光（信号光）と同じ光路を通るため、
ノイズの原因となる。

【０００７】しかし、観察試料が不透明な場合、その光
学特性を観察するには、３つのモードで一番検出効率の
低いイルミネーション／コレクションモードを使うしか
ない。そのため、高効率な検出方法が模索されている。

【０００８】この点、例えば、特開平９−２８１１２３
号公報によれば、ＳＮＯＭに用いられる光ファイバプロ
ーブとして、表面形状の高分解能性と光学特性の高分解
能を両立する光ファイバが提案されている。即ち、尖鋭
化された光ファイバプローブの金属被膜を、微小開口か
ら外周に向かうに従って漸次後退させた曲面構造にする
ことにより、表面形状の高解像度化と光学特性の高分解
能化を達成している。

【０００９】また、文献“APPLIED PHYSICS LETTERS VO
LUME74(1999)p.2773〜2775.：神奈川科学技術アカデミ
ー斎木ら”によれば、高効率なイルミネーション／コ
レクションモードの光ファイバプローブを用いて、ヒ素
化ガリウムの量子ドットの発光を観察するために、コア
とクラッドとからなる光ファイバの一端面に形成された
２段テーパコアに微小開口を有するように金属被膜を施
すことにより、高効率のイルミネーション／コレクショ
ンモードに対応した光ファイバプローブを製作すること
が報告されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平９−２
８１１２３号公報による場合、ＳＮＯＭにおいて、イル
ミネーション／コレクションモードにより検出する際、
光ファイバプローブ先端部で、微小開口から出射しない
大部分の光が戻り光となり、イルミネーション／コレク
ションモードで検出される光（信号光）と重なり、大き
なノイズとなってしまう。

【００１１】また、後者の文献による場合も、光ファイ
バプローブ先端において、金属被膜を施しているため、
その部分での戻り光が問題となる。ちなみに、この文献
では、量子ドットの発光を検出しているため、入射光
（光プローブ先端部での戻り光）と検出光とをダイクロ
イックミラーとバンドパスフィルタで分離検出している
ため、光ファイバプローブ先端部での戻り光は、問題と
していない。

【００１２】このように、イルミネーション／コレクシ
ョンモードにより検出するＳＮＯＭ装置等の光学装置に
用いられる光ファイバプローブにおいては、その光ファ
イバプローブ先端部での戻り光が問題となる。

【００１３】そこで、本発明は、一端面から出射する光
の出射効率を高め得るとともに、この一端面で出射しな
い戻り光の影響を抑制し得る近接場光を利用する光学装
置用の光ファイバプローブを提供することを目的とす
る。

【００１４】特に、イルミネーション／コレクションモ
ードにより検出するＳＮＯＭ装置等の光学装置に用いる
場合の空間フィルタとしての効果を十分に発揮させ得る
光ファイバプローブを提供することを目的とする。

【００１５】また、イルミネーション／コレクションモ
ードにより検出するＳＮＯＭ装置等の光学装置に用いる
場合の空間フィルタとしての効果をより一層発揮させる
ことができ、光の解像限界を超える微細パターンを効果
的に観察し得る光ファイバプローブを提供することを目
的とする。

【００１６】また、イルミネーション／コレクションモ
ードにより検出する光学装置においてシアフォース制御
法を用いる場合に、その制御精度を高め得る走査近接場
光顕微鏡装置及び光記録媒体再生装置を提供することを
目的とする。

【００１７】さらに、本発明は、このような光ファイバ
プローブを用いることにより、不透明な観察試料や光記
録媒体に関して高解像度で検出を行える走査近接場光顕
微鏡装置及び光記録媒体再生装置を提供することを目的
とする。

【００１８】さらに、本発明は、ＦＩＢ（Ｆocused Ｉo
n Ｂeam）法を用いることなく、上記目的を達成する光
ファイバプローブを製造し得る光ファイバプローブの製
造方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の光
ファイバプローブは、コアとクラッドとからなる光ファ
イバの一端面に前記クラッド端面から円錐状又は円錐台
状に突出するコア先端を有する。

【００２０】従って、一端面先端部において、円錐状又
は円錐台状に突出するコア先端のみを有するノンコート
の光ファイバプローブを用いることにより、他方の端面
側から入射される光に対して、この一端面先端部での戻
り光を効果的に抑制することができる。

【００２１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の光
ファイバプローブにおいて、前記コア先端を形成する円
錐台状の円形状端面の直径寸法が１μｍ以下である。

【００２２】従って、円錐台状のコア先端の直径寸法を
１μｍ以下に規定することにより、特に、イルミネーシ
ョン／コレクションモードにより検出するＳＮＯＭ装置
等の光学装置に用いる場合の空間フィルタとしての効果
を十分に発揮させることができる。

【００２３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の光ファイバプローブにおいて、円錐状又は円錐台状
に突出させた前記コア先端部分を除く前記光ファイバの
外周面を金属膜で被膜してなる。

【００２４】従って、コア先端部分を除く光ファイバの
外周面を金属膜で被膜することにより、ＳＮＯＭ装置等
の光学装置においてシアフォース制御法を用いる場合
に、光ファイバプローブに照射される反射強度を強める
ことができ、その制御精度を高めることができる。

【００２５】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバ
が、シングルモードの光ファイバである。

【００２６】従って、シングルモードの光ファイバを用
いることにより、光ファイバ自体が有する空間フィルタ
機能を利用することができ、ＳＮＯＭ装置等の光学装置
に用いる場合の空間フィルタとしての効果をより一層発
揮させることができ、光の解像限界を超える微細パター
ンを効果的に観察できる。

【００２７】請求項５記載の発明の走査近接場光顕微鏡
装置は、観察試料に対峙する光ファイバプローブとし
て、請求項１ないし４の何れか一に記載の光ファイバプ
ローブを用いてなる。

【００２８】従って、請求項１ないし４の何れか一に記
載の光ファイバプローブを用いることにより、走査近接
場光顕微鏡装置として不透明な観察試料を高Ｓ／Ｎで高
解像度に検出することができる。

【００２９】請求項６記載の発明は、請求項５記載の走
査近接場光顕微鏡装置において、イルミネーション／コ
レクションモードにより前記観察試料の光学特性を検出
する。

【００３０】従って、走査近接場光顕微鏡装置として、
イルミネーション／コレクションモードにより観察試料
を検出することにより、不透明な観察試料を高Ｓ／Ｎで
高解像度に検出することができる。

【００３１】請求項７記載の発明は、請求項５又は６記
載の走査近接場光顕微鏡装置において、請求項３記載の
光ファイバプローブにおける前記光ファイバの前記コア
先端と前記観察試料との間の間隔をシアフォース制御法
により制御する。

【００３２】従って、コア先端部分を除く光ファイバの
外周面を金属膜で皮膜してなる請求項３記載のノンコー
トの光ファイバプローブを用いてシアフォース制御法に
よりコア先端の位置を制御するようにしたので、そのノ
ンコートの光ファイバプローブに照射されるレーザ光の
反射強度を強めることができるため、このノンコートの
光ファイバプローブのコア先端と観察試料表面との間の
間隔を精度よく制御することができる。

【００３３】請求項８記載の発明の光記録媒体再生装置
は、光記録媒体表面に対峙する光ファイバプローブとし
て、請求項１ないし４の何れか一に記載の光ファイバプ
ローブを用いてなる。

【００３４】従って、請求項１ないし４の何れか一に記
載の光ファイバプローブを用いることにより、光記録媒
体再生装置として不透明な光記録媒体に記録されている
微小な記録マークを高Ｓ／Ｎで高解像度に検出すること
ができる。

【００３５】請求項９記載の発明は、請求項８記載の光
記録媒体再生装置において、イルミネーション／コレク
ションモードにより前記光記録媒体の記録情報を再生検
出する。

【００３６】従って、光記録媒体再生装置として、イル
ミネーション／コレクションモードにより光記録媒体の
記録情報を再生検出することにより、微小な記録マーク
を高Ｓ／Ｎで高解像度に検出することができる。

【００３７】請求項１０記載の発明は、請求項８又は９
記載の光記録媒体再生装置において、請求項３記載の光
ファイバプローブにおける前記光ファイバの前記コア先
端と前記光記録媒体との間の間隔をシアフォース制御法
により制御する。

【００３８】従って、コア先端部分を除く光ファイバの
外周面を金属膜で皮膜してなる請求項３記載のノンコー
トの光ファイバプローブを用いてシアフォース制御法に
よりコア先端の位置を制御するようにしたので、そのノ
ンコートの光ファイバプローブに照射されるレーザ光の
反射強度を強めることができるため、このノンコートの
光ファイバプローブのコア先端と光記録媒体表面との間
の間隔を精度よく制御することができる。

【００３９】請求項１１記載の発明は、請求項１ないし
３の何れか一に記載の光ファイバプローブの製造方法で
あって、フッ酸とフッ化アンモンとの混合液からなるエ
ッチング液の混合比及び前記エッチング液によるエッチ
ング時間を制御して円錐状又は円錐台状のコア形状を形
成するようにした。

【００４０】従って、フッ酸とフッ化アンモンとの混合
液からなるエッチング液の混合比及びこのエッチング液
によるエッチング時間を適宜制御することにより、ＦＩ
Ｂを用いることなく、所望とする円錐状又は円錐台状の
コア形状を形成することができる。

【００４１】請求項１２記載の発明は、請求項４記載の
光ファイバプローブの製造方法であって、シングルモー
ドの光ファイバをフッ酸とフッ化アンモンとの混合液か
らなるエッチング液のウェットエッチングによりエッチ
ングして形成する際に、前記エッチング液の混合比及び
前記エッチング液によるエッチング時間を制御して円錐
状又は円錐台状のコア形状を形成するようにした。

【００４２】従って、シングルモードの光ファイバに関
して、フッ酸とフッ化アンモンとの混合液からなるエッ
チング液の混合比及びこのエッチング液によるエッチン
グ時間を適宜制御することにより、ＦＩＢを用いること
なく、所望とする円錐状又は円錐台状のコア形状を形成
することができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本実施の形態は、近接場光を利用
する走査近接場光顕微鏡（ＳＮＯＭ）における光ファイ
バプローブの構造に関する。特に、イルミネーション／
コレクションモードにおいて、高解像度で高Ｓ／ＮなＳ
ＮＯＭ像を提供できる光ファイバプローブに関する。

【００４４】図１及び図２に請求項１ないし４記載の光
ファイバプローブ１の構成例を示す。本実施の形態の光
ファイバプローブ１は、直径約２μｍのコア２と外径約
１２５μｍのクラッド３とからなるシングルモードの光
ファイバ４を基本とするもので、この光ファイバ４の一
端面を、フッ酸とフッ化アンモンとの混合液からなるエ
ッチング液に浸すことにより、この光ファイバ４の一端
面に、クラッド端面３ａから円錐状に先鋭化されて突出
するコア先端２ａを形成してなる。この円錐状のコア先
端２ａを、ＦＩＢ（Ｆocused Ｉon Ｂeam）法を用いて
切断面２ｂとして切断することにより図１に示すような
ノンコートの光ファイバプローブ１として形成されてい
る。ここに、シングルモードのカットオフ波長として
は、１μｍ以下、好ましくは８００ｎｍ以下がよく、本
実施の形態では、カットオフ波長７８０ｎｍのシングル
モードの光ファイバ４とされている。

【００４５】また、円錐状のコア先端２ａの切断面２ｂ
の円形面における直径寸法は１μｍ以下、好ましくは５
００ｎｍ以下とされる。本実施の形態では、５００ｎｍ
とされている。また、本実施の形態のようなノンコート
の光ファイバプローブ１において、図２に示すように、
そのコア先端２ａ部分の周りを除く光ファイバ４の周囲
（図示の如く、クラッド３のクラッド端面３ａ側部分を
除いてもよい）に金属膜５が被膜されている。

【００４６】このようにして請求項１ないし４記載の発
明のノンコートの光ファイバプローブ１が構成されてお
り、以下に説明するようなＳＮＯＭ装置や後述するよう
な光記録媒体再生装置等の近接場光を利用する光学装置
に用いることにより、所望の機能が発揮される。本実施
の形態では、図３を参照してＳＮＯＭ装置への適用例
（請求項５ないし７記載の発明）を説明する。

【００４７】図３に示すＳＮＯＭ装置は、ノンコートの
光ファイバプローブ１を用いて、イルミネーション／コ
レクションモードにより、不透明な観察試料である相変
化型の光記録媒体１１を観察する実験装置例を示してい
る。なお、光記録媒体１１の層構成としては、上層側か
ら順にＺｎＳ・ＳｉＯ₂（２０ｎｍ）／ＡｇＩｎＳｂＴ
ｅ（１０ｎｍ）／ＺｎＳ・ＳｉＯ₂（２０ｎｍ）／Ａｇ
（１２０ｎｍ）／ポリカーボネイト基板（０．６ｍｍ）
なる積層構造とされている。

【００４８】このような光記録媒体１１は、ステージ１
２上に設けられてｘ，ｙ平面（図中、水平面）及びｚ方
向（図中、垂直方向）に変位駆動自在なＰＺＴスキャナ
１３上に搭載されて、その表面に光ファイバプローブ１
のコア先端２ａが近接対峙するように配設されるもので
ある。ＰＺＴスキャナ１３はパソコン（ＰＣ）１４によ
る制御の下に、ｘ，ｙ平面方向用のドライバ１５、ｚ方
向用のドライバ１６を介して３次元的に変位駆動される
ことにより、光ファイバプローブ１に対する光記録媒体
１１の相対的位置を順次変位させる。

【００４９】光源１７から出射されたレーザ光（λ＝７
８０ｎｍ）は、レンズ１８により光ファイバカプラ１９
における光ファイバ１９ａに結合される。光ファイバ１
９ａに結合されたレーザ光は、光ファイバカプラ１９に
より２つの光ファイバ１９ｃ，１９ｄに分岐される。本
実施の形態では、これらの２つの光ファイバ１９ｃ，１
９ｄへの分岐比は、１９ｃ：１９ｄ＝５：１に設定され
ているが、この分岐比は、その目的に応じて適宜変えて
も問題はない。また、光ファイバカプラ１９により、分
岐される光ファイバの数も、３本以上でも問題はない。

【００５０】光ファイバ１９ｄに対してはノンコートの
光ファイバプローブ１が接続されており、この光ファイ
バ１９ｄ側に分岐されたレーザ光が光ファイバプローブ
１内に入射する。光ファイバ１９ｃの端面には反射防止
膜２０による反射防止処理が施されている。この反射防
止膜２０を備えることにより、光ファイバカプラ１９に
より分岐された光の光ファイバ１９ｃの端面での反射を
効果的に抑えることができる。さらに、この光ファイバ
１９ｃの端面から出射する光は、光検知器２１に入射し
てその強度が検知されることにより、他方の光ファイバ
１９ｄに分岐されて光ファイバプローブ１に入射する光
の強度の参照となる。

【００５１】ところで、光ファイバプローブ１はシアフ
ォース制御法によりコア先端２ａが常に光記録媒体１１
の表面近傍に位置するように制御される。即ち、光ファ
イバプローブ１の一部には振動子としてＰＺＴ２２が取
付けられており、ファンクションジェネレータ２３によ
る駆動の下、ドライバ２４を介してこのＰＺＴ２２を駆
動させることより、光記録媒体１１に対して垂直に保持
させた光ファイバプローブ１の先端を光記録媒体１１に
対して水平に振動させ得るように構成されている。シア
フォース制御法は、この光ファイバプローブ１が振動す
る際にその先端と光記録媒体１１の表面との間の摩擦に
よって生ずる振動の振幅の変化を、レーザ光源２５によ
り光ファイバプローブ１に対して照射した光を光検知器
２６によりレーザ光の光軸ずれとして検出し、この光検
知器２６の出力をｚ軸用のドライバ１６に対するロック
インアンプ２７にフィードバックさせて、ＰＺＴスキャ
ナ１３のｚ軸方向の位置を微調整することにより、光記
録媒体１１の表面と光ファイバプローブ１の先端との間
の間隔を常に一定に保つ制御法である。このようなシア
フォース制御法による場合、レーザ光源２５の光を集光
し、ノンコートの光ファイバプローブ１に照射する。こ
のノンコートな光ファイバプローブ１からの反射光を、
光検知器２６において検知し、光ファイバプローブ１の
振幅をＰＣ１４によりモニタする。この場合、本実施の
形態では、レーザ光源２５を照射する光ファイバプロー
ブ１の部分を金属コートすることにより、その反射強度
を高めることができ、光検知器２６で微小な変位を確実
にモニタできる。

【００５２】もっとも、本実施の形態では、シアフォー
ス制御法を用いたが、光てこ方式や振動水晶子を用い
て、コア先端２ａが常に光記録媒体１１の表面近傍に位
置するように制御してもよい。

【００５３】光ファイバカプラ１９により光ファイバ１
９ｄに分岐した光は、光ファイバプローブ１の先端コア
２ａから出射する。この出射光は、光記録媒体１１のＡ
ｇ層（反射層）で反射され、再びノンコートな光ファイ
バプローブ１に入射する。このとき、光記録媒体１１の
相状態を反映し、反射強度が異なる。本実施の形態で
は、アモルファス状態であれば反射強度が低く、結晶状
態であれば反射強度は高くなっている。

【００５４】ここで、この光ファイバプローブ１に再び
入射する光の大部分は、その円錐台状の先端コア２ａの
切断面２ｂ部分から入射する。このときの様子を図４を
参照して説明する。

【００５５】まず、ノンコートの光ファイバプローブ１
の先端部から出射する光は、そのクラッド端面３ａ又は
円錐台状のコア先端２ａから点光源状の広がりを持って
出射する。この出射光のうち、光記録媒体１１内部に位
置する反射層（Ａｇ層）で反射され、この光記録媒体１
１表面に対して図４（ａ）に示すように垂直に戻る光２
８ａ，２８ｂと図４（ｂ）に示すように斜めに戻る光２
８ｃとが存在する。

【００５６】図４（ａ）に示す光記録媒体１１表面に対
して垂直に戻る光２８ａ，２８ｂのうち、光ファイバプ
ローブ１の円錐台状のコア先端２ａの切断面２ｂに入射
する光２８ａは、そのまま光ファイバ４にカップリング
し、導入される。しかし、それ以外のところから入射す
る光２８ｂは、コア先端２ａの斜面において全反射さ
れ、ほとんど光ファイバ４にカップリングしない。ま
た、図４（ｂ）に示すように光記録媒体１１表面に対し
て斜めに戻る光２８ｃは、図示するような光路を通って
クラッド３内に入り込むため、これも光ファイバ４にカ
ップリングしない。

【００５７】このように、光ファイバ４の空間フィルタ
機能を用いることで、光の解像限界を超える微細な光学
的な観察が行なうことができる。特に、シングルモード
の光ファイバ４を用いることで、その空間フィルタ機能
をさらに効果的にすることができる。この空間フィルタ
機能を効果的にするために、シングルモードの光ファイ
バ４のカットオフ波長としては前述したように１μｍ以
下、好ましくは８００ｎｍ以下がよい。

【００５８】光ファイバ４にカップリングした戻り光
（光２８ａ）は、光ファイバ１９ｄに導入された後、光
ファイバカプラ１９により光ファイバ１９ｂにカップリ
ングされ、光検出器２９により検出され、ロックインア
ンプ３０を介してＰＣ１４に取り込まれ、光記録媒体１
１の記録情報の再生検出等に供される。なお、ドライバ
３１を介して光源１７を駆動させるためのファンクショ
ンジェネレータ３２の信号もロックインアンプ３０を介
してＰＣ１４に取り込まれる。

【００５９】ところで、通常の遮光用の金属膜３３が開
口先端部分を除いて全面的に成膜されている光ファイバ
プローブ３４の場合、図５（ａ）に示すように円錐台状
の先端コア２ａにおいて、反射し再び、入射方向に戻っ
て行く。この図５（ａ）に示される戻り光３５ａは、イ
ルミネーション／コレクションモードにより光ファイバ
プローブ３４の先端から再び入射する光（信号光）と同
じ光路となるため、ノイズの原因となる。しかし、本実
施の形態のようなノンコートの光ファイバプローブ１の
場合、図５（ｂ）に示すように円錐台状の先端コア２ａ
の斜面部分から出射していく。このように、ノンコート
の光ファイバプローブ１を用いることで、イルミネーシ
ョン／コレクションモード時に問題となる光ファイバプ
ローブ１の先端での戻り光の問題も、解消することがで
きる（高Ｓ／Ｎな検出ができる）。

【００６０】このようなノンコートの光ファイバプロー
ブ１は、イルミネーション／コレクションモードによる
検出においては、光ファイバ４の空間フィルタ機能を用
いて、光の解像限界を超える微細な光学特性を観察する
ことができる。しかし、イルミネーションモードやコレ
クションモードでは、このような微小局所の光学特性を
得ることができない。つまり、前者においては、上述し
たようにクラッド端面３ａ又は円錐台状のコア先端２ａ
から点光源状の広がりを持って出射するため、微細局所
を照射することができない。また、後者においては、円
錐台状のコア先端２ａの斜面からの入射光が多く、前者
同様に、微小局所の光学特性を観察することができな
い。

【００６１】ちなみに、ノンコートの光ファイバプロー
ブ１を用いて、ＳＮＯＭのイルミネーション／コレクシ
ョンモードで観察した結果（ＳＮＯＭ像の写真）を図６
に示す。図からも分かるように、７８０ｎｍの波長の光
を用いて、このノンコートの光ファイバプローブ１によ
り、０．３５μｍピッチの記録マークまで観察できてい
る。このようにノンコートの光ファイバプローブ１を用
いることで、近接場プローブと同様の解像度を得られる
のみならず、高Ｓ／Ｎなイルミネーション／コレクショ
ンのＳＮＯＭ像を得ることもできる。

【００６２】本発明の第二の実施の形態を図３を参照し
て説明する。本実施の形態は、ノンコートの光ファイバ
プローブ１を用いて、イルミネーション／コレクション
モードにより記録情報の再生を行う光記録媒体再生装置
への適用例（請求項８ないし１０記載の発明に相当す
る）であり、基本的には前述の走査近接場光顕微鏡装置
の場合と同様であるため、図３を用いて説明する。光記
録媒体１１としては、相変化型の光記録媒体が用いられ
ている。なお、光記録媒体１１の層構成としては、上層
側から順にＺｎＳ・ＳｉＯ₂（２０ｎｍ）／ＡｇＩｎＳ
ｂＴｅ（１０ｎｍ）／ＺｎＳ・ＳｉＯ₂（２０ｎｍ）／
Ａｇ（１２０ｎｍ）／ポリカーボネイト基板（０．６ｍ
ｍ）なる積層構造とされている。

【００６３】このような光記録媒体１１は、ステージ１
２上に設けられてｘ，ｙ平面（図中、水平面）及びｚ方
向（図中、垂直方向）に変位駆動自在なＰＺＴスキャナ
１３上に搭載されて、その表面に光ファイバプローブ１
のコア先端２ａが近接対峙するように配設されるもので
ある。ＰＺＴスキャナ１３はパソコン（ＰＣ）１４によ
る制御の下に、ｘ，ｙ平面方向用のドライバ１５、ｚ方
向用のドライバ１６を介して３次元的に変位駆動される
ことにより、光ファイバプローブ１に対する光記録媒体
１１の相対的位置を順次変位させる（具体的には、光記
録媒体１１を回転駆動させる）。

【００６４】光源１７から出射されたレーザ光（λ＝７
８０ｎｍ）は、レンズ１８により光ファイバカプラ１９
における光ファイバ１９ａに結合される。光ファイバ１
９ａに結合されたレーザ光は、光ファイバカプラ１９に
より２つの光ファイバ１９ｃ，１９ｄに分岐される。本
実施の形態では、これらの２つの光ファイバ１９ｃ，１
９ｄへの分岐比は、１９ｃ：１９ｄ＝５：１に設定され
ているが、この分岐比は、その目的に応じて適宜変えて
も問題はない。また、光ファイバカプラ１９により、分
岐される光ファイバの数も、３本以上でも問題はない。

【００６５】光ファイバ１９ｄに対してはノンコートの
光ファイバプローブ１が接続されており、この光ファイ
バ１９ｄ側に分岐されたレーザ光が光ファイバプローブ
１内に入射する。光ファイバ１９ｃの端面には反射防止
膜２０による反射防止処理が施されている。この反射防
止膜２０を備えることにより、光ファイバカプラ１９に
より分岐された光の光ファイバ１９ｃの端面での反射を
効果的に抑えることができる。さらに、この光ファイバ
１９ｃの端面から出射する光は、光検知器２１に入射し
てその強度が検知されることにより、他方の光ファイバ
１９ｄに分岐されて光ファイバプローブ１に入射する光
の強度の参照となる。

【００６６】ところで、光ファイバプローブ１はシアフ
ォース制御法によりコア先端２ａが常に光記録媒体１１
の表面近傍に位置するように制御される。即ち、光ファ
イバプローブ１の一部には振動子としてＰＺＴ２２が取
付けられており、ファンクションジェネレータ２３によ
る駆動の下、ドライバ２４を介してこのＰＺＴ２２を駆
動させることより、光記録媒体１１に対して垂直に保持
させた光ファイバプローブ１の先端を光記録媒体１１に
対して水平に振動させ得るように構成されている。この
光ファイバプローブ１が振動する際にその先端と光記録
媒体１１の表面との間の摩擦によって生ずる振動の振幅
の変化を、レーザ光源２５により光ファイバプローブ１
に対して照射した光を光検知器２６によりレーザ光の光
軸ずれとして検出し、この光検知器２６の出力をｚ軸用
のドライバ１６に対するロックインアンプ２７にフィー
ドバックさせて、ＰＺＴスキャナ１３のz軸方向の位置
を微調整することにより、光記録媒体１１の表面と光フ
ァイバプローブ１の先端との間の間隔を常に一定に保つ
制御法である。このようなシアフォース制御法による場
合、レーザ光源２５の光を集光し、ノンコートの光ファ
イバプローブ１に照射する。このノンコートな光ファイ
バプローブ１からの反射光を、光検知器２６において検
知し、光ファイバプローブ１の振幅をＰＣ１４によりモ
ニタする。この場合、本実施の形態では、レーザ光源２
５を照射する光ファイバプローブ１の部分を金属コート
することにより、その反射強度を高めることができ、光
検知器２６で微小な変位を確実にモニタできる。

【００６７】もっとも、本実施の形態では、シアフォー
ス制御法を用いたが、光てこ方式や振動水晶子を用い
て、コア先端２ａが常に光記録媒体１１の表面近傍に位
置するように制御してもよい。

【００６８】光ファイバカプラ１９により光ファイバ１
９ｄに分岐した光は、光ファイバプローブ１の先端コア
２ａから出射する。この出射光は、光記録媒体１１のＡ
ｇ層（反射層）で反射され、再びノンコートな光ファイ
バプローブ１に入射する。このとき、光記録媒体１１の
相状態を反映し、反射強度が異なる。本実施の形態で
は、アモルファス状態であれば反射強度が低く、結晶状
態であれば反射強度は高くなっている。この光記録媒体
１１の相状態による反射強度の違いを用いて、光記録媒
体１１に記録されている情報を再生している。本実施の
形態では、４元素系の相変化型の光記録媒体１１を例に
しているが、ＧｅＳｂＴｅからなる３元素系の相変化型
の材料やＴｅＳｅＰｂ系及びフタロシアニン系の追記型
の光記録媒体を用いてもよい。また、光磁気による光記
録媒体でも問題はない。

【００６９】このように、光記録媒体再生装置の再生ヘ
ッドとして、ノンコートの光ファイバプローブ１を用い
ることで、この光ファイバプローブ１の先端部での戻り
光を効果的に抑えることができる。さらに、イルミネー
ション／コレクションモードにより検出（再生）するこ
とにより、第一の実施の形態のＳＮＯＭ装置で示したよ
うに、光ファイバ４が有する空間フィルタ機能を用い、
光の解像限界を超える微細な記録マークを再生すること
ができる。

【００７０】なお、光ファイバプローブ１に関しては、
磁気ハードディスクに使われている、いわゆるスライダ
に搭載させるようにしてもよい。この場合、円盤状の記
録媒体を高速に回転させ、スライダと記録媒体との間に
流れる空気の流れにより生じる浮上力により、プローブ
先端と記録媒体との間の距離を一定に保つ。これによ
り、シアフォース盛業法による場合と同程度の距離に両
者の距離を安定に保つことができ、記録媒体上の記録情
報を読み取る（再生する）ことができる。

【００７１】本発明の第三の実施の形態を図７ないし図
９を参照して説明する。本実施の形態は、例えば、図１
及び図２に示したような構造の光ファイバプローブ１
（直径約２μｍのコア２と外径約１２５μｍのクラッド
３とからなるシングルモードの光ファイバ４を基本とす
る光ファイバプローブ）を、ＦＩＢ法を用いることなく
円錐状又は円錐台状に形成する製造方法に関する。基本
的には、前述したように光ファイバ４の一端面を、フッ
酸とフッ化アンモンとの混合液からなるエッチング液に
浸す。この場合、エッチング液のフッ酸とフッ化アンモ
ンとの混合比としては、各溶液の体積比としてＨＦ（５
０％）：ＮＨＦ₄（４０％）：Ｈ₂Ｏ＝１：１０：１とし
ており、エッチング時間は３０分としている。図７はこ
のようなエッチングにより形成された光ファイバプロー
ブ１の先端部分のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像の写真
を示し、円錐台上面の円形コアの直径は約６００ｎｍで
ある。また、円錐台コア２の高さは約１０００ｎｍであ
る。

【００７２】ここに、フッ酸とフッ化アンモンとの混合
液からなるエッチング液によるウェットエッチングの時
間を長くすることにより、円錐台コア２の高さが高くな
るとともに、円錐台上面の円形コアの直径が小さくな
る。エッチング時間を３０分、６０分、９０分と各々異
ならせた場合の光ファイバプローブ１の端面のコアの様
子に関するＳＥＭの写真を図８（ａ）〜（ｃ）に各々示
す。図８（ａ）〜（ｃ）からも分かるように、エッチン
グ時間を長くするに伴い円錐台コア２の高さが高くな
り、かつ、円錐台上面の円形コアの直径が小さくなる。
従って、このエッチング時間を制御することにより、円
錐台上面の円形状端面の直径寸法が１μｍ以下となるよ
うに光ファイバプローブ１を形成できるだけでなく、そ
の直径寸法を制御することもできる。

【００７３】また、フッ酸とフッ化アンモンとの混合比
を可変制御することにより円錐台コア２の断面形状を変
えることができる。例えば、各溶液の体積比としてＨＦ
（５０％）：ＮＨＦ₄（４０％）：Ｈ₂Ｏ＝１：１．７：
１とし、エッチング時間を３０分としたエッチングによ
り形成された光ファイバプローブ１の先端部分のＳＥＭ
像の写真を図９に示す。図８（ｃ）と図９との対比から
も分かるように、フッ化アンモンとの混合比を大きくす
ることにより、図８（ｃ）のように先端角を鋭角に形成
できることとなる。

【００７４】このように、光ファイバプローブ１をエッ
チングにより製造する上で、フッ酸とフッ化アンモンと
の混合液からなるエッチング液の混合比及びこのエッチ
ング液によるエッチング時間を適宜制御することによ
り、ＦＩＢを用いることなく、所望とする形状の円錐台
コア２を形成することができる。

【００７５】

【発明の効果】請求項１記載の発明の光ファイバプロー
ブによれば、一端面先端部において、円錐状又は円錐台
状に突出するコア先端のみを有するノンコートの光ファ
イバプローブとしたので、ＳＮＯＭ装置等の光学装置に
用いる場合に、他方の端面側から入射される光に対し
て、この一端面先端部での戻り光を効果的に抑制するこ
とができる。

【００７６】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の光ファイバプローブにおいて、円錐台状のコア先端
の直径寸法を１μｍ以下に規定したので、特に、イルミ
ネーション／コレクションモードにより検出するＳＮＯ
Ｍ装置等の光学装置に用いる場合の空間フィルタとして
の効果を十分に発揮させることができる。

【００７７】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は２記載の光ファイバプローブにおいて、コア先端部分
を除く光ファイバの外周面を金属膜で被膜したので、Ｓ
ＮＯＭ装置等の光学装置においてシアフォース制御法を
用いる場合に、光ファイバプローブに照射される反射強
度を強めることができ、その制御精度を高めることがで
きる。

【００７８】請求項４記載の発明によれば、請求項１，
２又は３記載の光ファイバプローブにおいて、シングル
モードの光ファイバを用いるようにしたので、光ファイ
バ自体が有する空間フィルタ機能を利用することがで
き、ＳＮＯＭ装置等の光学装置に用いる場合の空間フィ
ルタとしての効果をより一層発揮させることができ、光
の解像限界を超える微細パターンを効果的に観察でき
る。

【００７９】請求項５記載の発明の走査近接場光顕微鏡
装置によれば、請求項１ないし４の何れか一に記載の光
ファイバプローブを用いるようにしたので、走査近接場
光顕微鏡装置として不透明な観察試料を高Ｓ／Ｎで高解
像度に検出することができる。

【００８０】請求項６記載の発明によれば、請求項５記
載の走査近接場光顕微鏡装置として、イルミネーション
／コレクションモードにより観察試料を検出するように
したので、不透明な観察試料を高Ｓ／Ｎで高解像度に検
出することができる。

【００８１】請求項７記載の発明によれば、請求項５又
は６記載の走査近接場光顕微鏡装置において、コア先端
部分を除く光ファイバの外周面を金属膜で皮膜してなる
請求項３記載のノンコートの光ファイバプローブを用い
てシアフォース制御法によりコア先端の位置を制御する
ようにしたので、そのノンコートの光ファイバプローブ
に照射されるレーザ光の反射強度を強めることができる
ため、このノンコートの光ファイバプローブのコア先端
と観察試料表面との間の間隔を精度よく制御することが
できる。

【００８２】請求項８記載の発明の光記録媒体再生装置
によれば、光記録媒体表面に対峙する光ファイバプロー
ブとして、請求項１ないし４の何れか一に記載の光ファ
イバプローブを用いるようにしたので、光記録媒体再生
装置として不透明な光記録媒体に記録されている微小な
記録マークを高Ｓ／Ｎで高解像度に検出することができ
る。

【００８３】請求項９記載の発明によれば、請求項８記
載の光記録媒体再生装置として、イルミネーション／コ
レクションモードにより光記録媒体の記録情報を再生検
出するようにしたので、微小な記録マークを高Ｓ／Ｎで
高解像度に検出することができる。

【００８４】請求項１０記載の発明によれば、請求項８
又は９記載の光記録媒体再生装置において、コア先端部
分を除く光ファイバの外周面を金属膜で皮膜してなる請
求項３記載のノンコートの光ファイバプローブを用いて
シアフォース制御法によりコア先端の位置を制御するよ
うにしたので、そのノンコートの光ファイバプローブに
照射されるレーザ光の反射強度を強めることができるた
め、このノンコートの光ファイバプローブのコア先端と
光記録媒体表面との間の間隔を精度よく制御することが
できる。

【００８５】請求項１１記載の発明によれば、請求項１
ないし３の何れか一に記載の光ファイバプローブの製造
方法であって、フッ酸とフッ化アンモンとの混合液から
なるエッチング液の混合比及び前記エッチング液による
エッチング時間を制御して円錐状又は円錐台状のコア形
状を形成するようにしたので、ＦＩＢを用いることな
く、所望とする円錐状又は円錐台状のコア形状を形成す
ることができる。

【００８６】請求項１２記載の発明によれば、請求項４
記載の光ファイバプローブの製造方法であって、シング
ルモードの光ファイバをフッ酸とフッ化アンモンとの混
合液からなるエッチング液のウェットエッチングにより
エッチングして形成する際に、前記エッチング液の混合
比及び前記エッチング液によるエッチング時間を制御し
て円錐状又は円錐台状のコア形状を形成するようにした
ので、シングルモードの光ファイバに関して、ＦＩＢを
用いることなく、所望とする円錐状又は円錐台状のコア
形状を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一及び第二の実施の形態の光ファイ
バプローブ構造を示す断面図である。

【図２】金属膜による被膜状態を示す光ファイバプロー
ブの正面図である。

【図３】走査近接場光顕微鏡装置及び光記録媒体再生装
置を示す構成図である。

【図４】戻り光の様子を説明するための光ファイバプロ
ーブの断面図である。

【図５】金属膜の影響を説明するための光ファイバプロ
ーブの断面図である。

【図６】ＳＮＯＭ像を拡大して示す写真である。

【図７】本発明の第三の実施の形態を説明するためのＳ
ＥＭ像を拡大して示す写真である。

【図８】エッチング時間を異ならせた場合のＳＥＭ像を
拡大して示す写真である。

【図９】エッチング液の混合比を変えた場合のＳＥＭ像
を拡大して示す写真である。

【符号の説明】

１光ファイバプローブ２コア２ａコア先端３クラッド３ａクラッド端面４光ファイバ５金属膜１１観察試料、光記録媒体

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ１１Ｂ 7/09 Ｇ１１Ｂ 7/09 Ｂ 7/135 7/135 Ａ 7/22 7/22 Ｇ１２Ｂ 21/06 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１ＣＦターム(参考） 2F065 AA49 AA50 AA54 DD04 DD05 DD12 FF00 GG04 LL00 LL02 2H052 AA07 AF19 5D118 AA13 BA01 BF02 CD02 CD15 DC10 EA11 5D119 AA11 AA20 AA22 BA01 CA06 DA05 EA03 JA35 JA64 NA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアとクラッドとからなる光ファイバの
一端面に前記クラッド端面から円錐状又は円錐台状に突
出するコア先端を有することを特徴とする光ファイバプ
ローブ。
【請求項２】前記コア先端を形成する円錐台状の円形
状端面の直径寸法が１μｍ以下であることを特徴とする
請求項１記載の光ファイバプローブ。
【請求項３】円錐状又は円錐台状に突出させた前記コ
ア先端部分を除く前記光ファイバの外周面を金属膜で被
膜してなることを特徴とする請求項１又は２記載の光フ
ァイバプローブ。
【請求項４】前記光ファイバが、シングルモードの光
ファイバであることを特徴とする請求項１，２又は３記
載の光ファイバプローブ。
【請求項５】観察試料に対峙する光ファイバプローブ
として、請求項１ないし４の何れか一に記載の光ファイ
バプローブを用いてなることを特徴とする走査近接場光
顕微鏡装置。
【請求項６】イルミネーション／コレクションモード
により前記観察試料の光学特性を検出することを特徴と
する請求項５記載の走査近接場光顕微鏡装置。
【請求項７】請求項３記載の光ファイバプローブにお
ける前記光ファイバの前記コア先端と前記観察試料との
間の間隔をシアフォース制御法により制御することを特
徴とする請求項５又は６記載の走査近接場光顕微鏡装
置。
【請求項８】光記録媒体表面に対峙する光ファイバプ
ローブとして、請求項１ないし４の何れか一に記載の光
ファイバプローブを用いてなることを特徴とする光記録
媒体再生装置。
【請求項９】イルミネーション／コレクションモード
により前記光記録媒体の記録情報を再生検出することを
特徴とする請求項８記載の光記録媒体再生装置。
【請求項１０】請求項３記載の光ファイバプローブに
おける前記光ファイバの前記コア先端と前記光記録媒体
との間の間隔をシアフォース制御法により制御すること
を特徴とする請求項８又は９記載の光記録媒体再生装
置。
【請求項１１】請求項１ないし３の何れか一に記載の
光ファイバプローブの製造方法であって、フッ酸とフッ
化アンモンとの混合液からなるエッチング液の混合比及
び前記エッチング液によるエッチング時間を制御して円
錐状又は円錐台状のコア形状を形成するようにしたこと
を特徴とする光ファイバプローブの製造方法。
【請求項１２】請求項４記載の光ファイバプローブの
製造方法であって、フッ酸とフッ化アンモンとの混合液
からなるエッチング液のウェットエッチングによりエッ
チングしてシングルモードの光ファイバを形成する際
に、前記エッチング液の混合比及び前記エッチング液に
よるエッチング時間を制御して円錐状又は円錐台状のコ
ア形状を形成するようにしたことを特徴とする光ファイ
バプローブの製造方法。