JP2005070683A - Optical fiber tip working method and optical fiber probe manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理物の微小領域にエネルギー光を照射し、そのエネルギーを利用して光加工、光刺激及び熱刺激等の任意の光処理を行ったり蛍光観察するために、光ファイバの先端を円錐状テーパ面に形成する光ファイバ先端加工方法及びそれを用いたファイバプローブ製造方法に関する。 The present invention irradiates a minute region of an object to be processed with energy light, and uses the energy to perform arbitrary light processing such as light processing, light stimulation and thermal stimulation, and to observe fluorescence, so that the tip of an optical fiber The present invention relates to an optical fiber tip processing method for forming a conical tapered surface and a fiber probe manufacturing method using the same.
生物分野などでは、DNAやRNAやタンパク質の生体分子の任意部位を切断したり結合する光加工を行ったり、細胞の任意部位への光刺激及び熱刺激を与えることが行われている。
この場合に、通常はレーザ光をレンズで絞って微小領域に照射することにより、他の部分に影響を与えることなくその任意の部位のみを光処理することができるが、レンズでレーザ光を絞っても、光の回折限界により、その光スポット径はミクロンオーダーであり、より小さなナノメータオーダーまで絞ることができない。
In the biological field and the like, optical processing that cuts and binds arbitrary sites of DNA, RNA, and protein biomolecules is performed, and light stimulation and thermal stimulation are applied to arbitrary sites of cells.
In this case, it is usually possible to optically process only an arbitrary part without affecting other parts by squeezing the laser light with a lens and irradiating a minute region. However, due to the diffraction limit of light, the diameter of the light spot is in the micron order, and cannot be reduced to a smaller nanometer order.
したがって、DNAやRNAやタンパク質の一部を光切断してトリミングし、特定の塩基配列を有する部分のみをサンプルとして取り出する場合などに、レンズを用いると光スポットの径はミクロンオーダーになってしまうので、所望の切断部位の周囲まで光が照射されてしまい、その部位を正確に切断することが極めて困難であった。 Therefore, when a part of DNA, RNA, or protein is photo-cut and trimmed and only a part having a specific base sequence is taken out as a sample, the diameter of the light spot becomes micron order when using a lens. Therefore, light is irradiated to the periphery of the desired cutting site, and it is extremely difficult to cut the site accurately.
このため、光を回折限界以下のナノメータオーダーの照射径で照射させることのできる光ファイバプローブが提案された。
この光ファイバプローブは、少なくともコア部分を円錐状に尖らせてその頂点を除いたテーパ面に金属被膜を形成したもので、コアを伝搬してきた光は、金属被膜が形成されていない頂点部分からその周囲10nm程度の範囲に近接場光として漏光されて照射される。 In this optical fiber probe, a metal film is formed on a taper surface excluding its apex by sharpening the core part at least in a conical shape. The light is leaked and irradiated as near-field light in a range of about 10 nm around the periphery.
したがって、光ファイバプローブの頂点を顕微鏡視野下で被処理物上の任意の位置に位置決めして光を照射すれば、その頂点の周囲10nm程度の範囲に光が照射され、周囲に影響を与えることなくその範囲内のみが光処理される。 Therefore, if the vertex of the optical fiber probe is positioned at an arbitrary position on the object to be processed under the microscope field of view and light is irradiated, the light is irradiated to the range of about 10 nm around the vertex, and the surroundings are affected. Only within that range is light-processed.
ところで、このような光ファイバプローブ21は以下のような工程を経て製造される。
まず、図7(a)に示すように先端がフラットな光ファイバ22を緩衝弗化水素酸中に浸漬すると、図7(b)に示すようにコア23とクラッド24の溶解速度差により選択的にエッチングが行われて、先端根元径d=20nm程度の円錐状テーパ面25が形成される。
By the way, such an
First, when the
次いで、図7(c)に示すようにその周囲に金、銀、アルミを蒸着させることによって膜厚150nmの金属被膜26を形成した後、図7(d)に示すようにこれを樹脂液に浸漬するとサブミクロン領域での塗れ性がなくなることから、金属被膜26の頂点25aを除き樹脂27でコーティングされる。
Next, as shown in FIG. 7C, a
さらに、図7(e)に示すように金属被膜26をエッチングすると樹脂27でコーティングされていない頂点26a部分が選択的にエッチングされて光ファイバ22のコア23が露出し、最後に、図7(f)に示すように溶解液に浸漬して樹脂を剥離すれば光ファイバプローブ21が完成する。
Further, when the
これによれば、コア23を伝搬してきた光は、金属被膜26が形成されていない頂点25aからその周囲10nm程度の範囲に近接場光として漏光されて被処理物Wに照射される。
According to this, the light propagating through the
この場合において、先端形状はコア23とクラッド24の溶解速度差により決定され、その溶解速度差はゲルマニウムあるいはフッ素の含有量に左右される。
一般に、ゲルマニウムはコア23よりクラッド24の方が含有量が少なく、フッ素はコア23よりクラッド24の方が含有量が多いが、いずれの場合も、コア23よりクラッド24のほうが溶解速度が速いため、光ファイバ22の先端が円錐状テーパ面25となる。
In this case, the tip shape is determined by the difference in dissolution rate between the
In general, germanium has a lower content in the
しかしながら、最近では頂角の違いによる光照射特性を調べるため、あるいは様々なニーズに応じるため頂角を任意の角度に形成した光ファイバプローブが要望されているが、そのためには、光ファイバの原料となるゲルマニウムの混合量の比率を設計し直さなければならず、角度の異なる多種類の光ファイバプローブを安価に製造することは困難であった。
また、紫外線をワークに照射させる光処理にこの光ファイバプローブを用いる場合は、光ファイバに含有されているゲルマニウムが紫外線の透過率を低下させてしまう。
However, recently, an optical fiber probe having an arbitrary apex angle has been demanded in order to investigate the light irradiation characteristics depending on the apex angle or to meet various needs. Therefore, it has been difficult to inexpensively manufacture many types of optical fiber probes with different angles.
In addition, when this optical fiber probe is used for light processing for irradiating a workpiece with ultraviolet rays, germanium contained in the optical fiber reduces the transmittance of the ultraviolet rays.
そこで本発明は、コアとクラッドのゲルマニウムあるいはフッ素の混合量の差によらずとも、様々な頂角で円錐状テーパ面を簡単に形成できるようにすることを技術的課題としている。 Therefore, the present invention has a technical problem to be able to easily form a conical tapered surface at various apex angles regardless of the difference in the mixing amount of germanium or fluorine between the core and the clad.
本発明に係る光ファイバ先端加工方法は、光ファイバの先端周面をレーザ加工あるいは機械研磨することにより先端が先鋭化されていない円錐状テーパ面を形成する粗加工工程と、前記テーパ面に化学エッチングを施してその頂点を先鋭化させる先鋭化工程とからなることを特徴とする。 An optical fiber tip processing method according to the present invention comprises a roughing step of forming a conical tapered surface whose tip is not sharpened by laser processing or mechanical polishing of the tip peripheral surface of the optical fiber; And a sharpening step of sharpening the apex by etching.
また、本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、上記加工方法により光ファイバの先端を先鋭化された円錐状テーパ面を形成した後、その頂点を露出させると共に前記円錐状テーパ面の少なくともコア部分を被覆する金属被膜を形成する被膜形成工程とからなることを特徴とする。 Further, the method for manufacturing an optical fiber probe according to the present invention includes forming the conical tapered surface with the tip of the optical fiber sharpened by the above processing method, exposing the apex thereof, and at least the core of the conical tapered surface. And a film forming process for forming a metal film covering the portion.
本発明の光ファイバ先端加工方法によれば、まず、先端周面がレーザ加工あるいは機械研磨されて、先端が先鋭化されていない先丸円錐状テーパ面が形成される。
このとき、先端はまだ先鋭化されていないが、クラッドの肩部分は落とされて、その先端にコアが先丸状に露出している。
したがって、この状態で化学エッチングを施せば、光ファイバがゲルマニウムドープされていない場合、コアもクラッドも略同じ加工速度で研磨されていくので、円錐状テーパ面はその頂角が維持されたまま平行に研磨され、先端の先丸部分は同心球状に研磨されてその半径が徐々に小さくなって先鋭化されていく。
According to the optical fiber tip processing method of the present invention, first, the tip peripheral surface is laser machined or mechanically polished to form a rounded conical tapered surface whose tip is not sharpened.
At this time, the tip is not sharpened yet, but the shoulder portion of the clad is dropped, and the core is exposed in a rounded shape at the tip.
Therefore, if chemical etching is performed in this state, when the optical fiber is not doped with germanium, the core and the clad are polished at substantially the same processing speed, so that the conical tapered surface is maintained in parallel with its apex angle maintained. The tip rounded portion of the tip is polished concentrically, and its radius is gradually reduced and sharpened.
このとき、先鋭化された円錐状テーパ面の頂角は、粗加工工程でレーザ加工したときの先丸円錐状テーパ面の頂角がそのまま維持され、その角度は光ファイバの組成にかかわりなく粗加工により決定される。
したがって、粗加工する際に頂角を変化させることにより様々な頂角に先鋭化した円錐状テーパ面に加工することができる。
At this time, the apex angle of the sharpened conical tapered surface is maintained as it is when the laser processing is performed in the roughing process, and the angle is maintained regardless of the composition of the optical fiber. Determined by processing.
Therefore, it is possible to process into a conical tapered surface sharpened to various apex angles by changing the apex angle during rough machining.
本例では、光ファイバ先端を様々な頂角に先鋭化した円錐状テーパ面に形成するという課題を、ゲルマニウムあるいはフッ素の混合量によらず実現した。 In this example, the problem of forming the tip of the optical fiber on a conical tapered surface sharpened at various apex angles was realized regardless of the amount of germanium or fluorine mixed.
図1は本発明方法により製造された光ファイバプローブを示す断面図、図2は製造工程図、図3は粗加工工程の説明図、図4は他の粗加工工程の説明図、図5は先鋭化工程の説明図、図6は被膜形成工程の説明図である。 1 is a sectional view showing an optical fiber probe manufactured by the method of the present invention, FIG. 2 is a manufacturing process diagram, FIG. 3 is an explanatory diagram of a roughing process, FIG. 4 is an explanatory diagram of another roughing process, and FIG. Explanatory drawing of a sharpening process, FIG. 6 is explanatory drawing of a film formation process.
図1は本発明方法を実施して製造した光ファイバプローブ1を示し、例えばコア3の外径5μm、クラッド4の外径125μmの光ファイバ2の先端が頂角θの先鋭円錐状テーパ面5に加工されると共に、その頂点5a部分を除き金属被膜6が形成されている。
FIG. 1 shows an optical fiber probe 1 manufactured by carrying out the method of the present invention. For example, the tip of an
図2はこのような光ファイバプローブ1の製造工程を示し、先端がフラットな光ファイバ2をレーザ加工して、その先端を頂角αの先丸円錐状テーパ面7に形成する粗加工工程P1、その先端を先鋭化する先鋭化工程P2、先鋭円錐状テーパ面5の頂点5a近傍に金属被膜を形成する被膜形成工程P3とからなる.
FIG. 2 shows a manufacturing process of such an optical fiber probe 1, and a rough machining process P in which an
粗加工工程P1では、光ファイバ2をレーザ加工する場合、特開2003−33893号公報に示されたような加工方法を用いる。
これは、図3に示すように、CO2レーザ8から出射されたレーザ光を、光ファイバ2の側面から照射してその照射スポットを溶融蒸発させることにより光ファイバの先端加工を行なるもので、CO2レーザ8から光ファイバ2に至るレーザ光の光路L上には、光ファイバ2の先端形状に応じた加工スポット形状Sを所定倍(例えば20倍)に拡大した透光部Hを有するマスク10と、透光部Hの実像を前記加工スポット形状Sまで縮小して光ファイバ2上に結像させる縮小投影光学系11が介装され、CO2レーザ8とマスク10の間にはレーザ光を拡径させて平行ビームを形成する拡大コリメートレンズ系12が介装されている。
In rough processing step P 1, if the laser processing
As shown in FIG. 3, the tip of the optical fiber is processed by irradiating the laser beam emitted from the CO 2 laser 8 from the side surface of the
このCO2レーザ8として、ピークパワーが大きく平坦なビームプロファイルを持ったマルチモード光を急峻な立ち上がりを持った短パルス状に出力することができるTEA−CO2レーザを用いれば、大きな光パルスエネルギーを短時間で光ファイバ2に与えることができるので作業効率に優れる。
そして、透光部Hに頂角の異なる三角形の遮光部10aを形成した複数のマスク10を用意しておき、光ファイバ2を回転させながら、レーザ光を照射することにより、光ファイバ先端を任意の頂角を有する先丸円錐状テーパ面7に粗加工することができる。
If a TEA-CO 2 laser capable of outputting multimode light having a large peak power and a flat beam profile as a short pulse with a steep rise is used as the CO 2 laser 8, a large optical pulse energy is obtained. Can be applied to the
A plurality of
また、粗加工工程P1は、図4(a)に示すように、光ファイバ2をその光軸Xを中心に回転させながら、光軸Xに対して頂角αの半角α/2をなす方向からCO2レーザ8を照射させる方法を用いても良い。
これにより、図4(b)示すように、先端が先鋭化されていない先丸円錐状テーパ面7が頂角αで形成される。
Further, as shown in FIG. 4A, the rough machining step P 1 forms a half angle α / 2 of the apex angle α with respect to the optical axis X while rotating the
As a result, as shown in FIG. 4B, a rounded conical
次に、先鋭化工程P2では、図5(a)に示すように、光ファイバ2の先端を緩衝弗化水素酸中に浸漬することにより先丸円錐状テーパ面7に化学エッチングを施してその先端を先鋭化させる加工を行う。
光ファイバ2がゲルマニウムドープされていない場合、図5(b)に示すように、コア3もクラッド4も略同じ加工速度で研磨されていくので、円錐状テーパ面7はその頂角αが維持されたまま平行に研磨され、先端の先丸部分7aは同心球状に研磨されてその半径が徐々に小さくなって先鋭化されていく。
このとき、先鋭円錐状テーパ面5の頂角θは、図5(b)及び(c)に示すように、粗加工工程P1でレーザ加工したときの先丸円錐状テーパ面7の頂角αがそのまま維持されるので、先鋭円錐状テーパ面5の頂角θは光ファイバ2の組成にかかわりなく粗加工により決定される。
Next, the sharpening process P 2, as shown in FIG. 5 (a), Sakimaru conical
When the
At this time, the apex angle θ of the pointed conical tapered
また、光ファイバ2がゲルマニウムドープされている場合、図5(d)に示すように、コア3よりもクラッド4の加工速度が速いので、円錐状テーパ面7はその頂角αが維持されたまま平行にエッチングされる一方、先丸部分7aはそれより少ないエッチング量でエッチングされる。
このとき、クラッド4が先にエッチングされて、コア3はその周面が先端から露出されるので、先に露出される先端側の方が加工時間が長なって、より鋭角に先鋭化される。
したがって、コア3部分の先鋭円錐状テーパ面5の頂角θは、図5(d)及び(e)に示すように、粗加工工程P1でレーザ加工したときの先丸円錐状テーパ面7の頂角αより小さくなり、頂角θ<頂角αの関係が成立するが、頂角αが大きければ頂角θも大きく、頂角αが小さければ頂角θも小さいという関連があるので、ゲルマニウムのドープ量によらずとも頂角θを頂角αにより制御することができる。
Further, when the
At this time, since the clad 4 is etched first and the peripheral surface of the
Thus, the
被膜形成工程P3では、先鋭化された円錐状テーパ面5の頂点5aを露出させると共に少なくともコア3部分を被覆する金属被膜6を形成する。
具体的な手順は、図6(a)に示すようにその周囲に金、銀、アルミを蒸着させることによって膜厚150nmの金属被膜6を形成した後、図6(b)に示すようにこれを樹脂液に浸漬すると、樹脂液はサブミクロン領域での塗れ性がないことから金属被膜6の頂点6aを除き樹脂9でコーティングされる。
In the film formation step P 3, to form a metal film 6 which covers at least the
Specifically, as shown in FIG. 6 (a), a metal film 6 having a thickness of 150 nm is formed by depositing gold, silver, and aluminum on the periphery thereof, as shown in FIG. 6 (b). Is immersed in the resin solution, the resin solution does not have a coating property in the sub-micron region, so that it is coated with the resin 9 except for the
この状態で、図6(c)に示すように金属被膜6をエッチングすると樹脂9でコーティングされていない頂点6a部分が選択的にエッチングされて光ファイバ2のコア3先端が露出する。そして、最後に、図6(d)に示すように溶解液に浸漬して樹脂を剥離すれば光ファイバプローブ1が完成する。
In this state, when the metal film 6 is etched as shown in FIG. 6C, the apex 6a portion that is not coated with the resin 9 is selectively etched, and the tip of the
なお、上述の説明では、粗加工工程P1で光ファイバ2をレーザ加工する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、機械研磨する場合であっても良い。
In the above description, there has been described a case where laser processing the
以上述べたように、本発明は、コア及びクラッドのゲルマニウムやフッ素の混合量に関係なく、様々な頂角で円錐状テーパ面を形成できるので、ゲルマニウムドープされていない紫外線用石英光ファイバや、フッ素ドープされていない石英光ファイバを先鋭化加工する用途に適用することができる。 As described above, the present invention can form a conical tapered surface at various apex angles regardless of the mixing amount of germanium and fluorine in the core and the cladding, so that the quartz optical fiber for ultraviolet light not doped with germanium, The present invention can be applied to the use of sharpening a quartz optical fiber not doped with fluorine.
1 光ファイバプローブ
2 光ファイバ
5 先鋭円錐状テーパ面
5a 頂点
6 金属被膜
7 先丸円錐状テーパ面
P1 粗加工工程
7a 先丸部分
P2 先鋭化工程
P3 被膜形成工程
8 CO2レーザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
7a Pointed part P 2 Sharpening process P 3 Film formation process
8 CO 2 laser
Claims (2)
光ファイバの先端周面をレーザ加工あるいは機械研磨することにより先端が先鋭化されていない円錐状テーパ面を形成する粗加工工程と、前記テーパ面に化学エッチングを施してその頂点を先鋭化させる先鋭化工程とからなることを特徴とする光ファイバ先端加工方法。 An optical fiber tip processing method for forming the tip of an optical fiber into a conical tapered surface,
A roughing process for forming a conical tapered surface whose tip is not sharpened by laser processing or mechanical polishing of the tip peripheral surface of the optical fiber, and a sharpening for sharpening the apex by performing chemical etching on the tapered surface An optical fiber tip processing method comprising the steps of:
光ファイバの先端周面をレーザ加工あるいは機械研磨することにより先端が先鋭化されていない円錐状テーパ面を形成する粗加工工程と、前記テーパ面に化学エッチングを施してその頂点を先鋭化させる先鋭化工程と、前記頂点を露出させると共に前記円錐状テーパ面の少なくともコア部分を被覆する金属被膜を形成する被膜形成工程とからなることを特徴とする光ファイバプローブ製造方法。
A method of manufacturing an optical fiber probe in which the tip of an optical fiber is formed in a conical tapered surface,
A roughing process for forming a conical tapered surface whose tip is not sharpened by laser processing or mechanical polishing of the tip peripheral surface of the optical fiber; And a coating forming step of forming a metal coating that exposes the apex and covers at least a core portion of the conical tapered surface.
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JP2003303788A JP2005070683A (en) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Optical fiber tip working method and optical fiber probe manufacturing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012507738A (en) * | 2008-11-04 | 2012-03-29 | ザ ユニバーシティー オブ クイーンズランド | Surface structure modification |
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2003
- 2003-08-28 JP JP2003303788A patent/JP2005070683A/en active Pending
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