JP2005283162A - Reflection type near-field light detection optical system and reflection type near-field optical microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、近接場光を利用して試料の表面情報や光学的情報等を測定する反射型近接場光検出光学系及び反射型近接場光学顕微鏡に関する。 The present invention relates to a reflective near-field light detection optical system and a reflective near-field optical microscope that measure surface information, optical information, and the like of a sample using near-field light.
近年、通常の光学レンズを用いる集光系の検出分解能の限界を打破する新しい集光方式として、近接場光が注目を集めている。近接場光は、微小光学開口近傍に形成される非伝播性の電磁場(エバネセント場)である。 In recent years, near-field light has attracted attention as a new condensing method that breaks the limit of detection resolution of a condensing system using a normal optical lens. Near-field light is a non-propagating electromagnetic field (evanescent field) formed in the vicinity of a minute optical aperture.
微小光学開口は光学プローブの光出射部に設けられ、光学開口の周囲は好ましくは反射体によって被覆されている。これは、開口以外の部分からの漏れ光が被検体へ入射するのを防止するためである。エバネセント場中に被検体表面を近接して配置すると、近接場相互作用により伝播性の散乱光が生じる。この散乱光の強度または位相は、被検体表面の光学情報を担うため、通常の検出手段によって被検体表面の情報を得ることができる。 The minute optical aperture is provided in the light emitting portion of the optical probe, and the periphery of the optical aperture is preferably covered with a reflector. This is to prevent leakage light from a portion other than the opening from entering the subject. When the subject surface is placed close to the evanescent field, propagating scattered light is generated by the near-field interaction. Since the intensity or phase of the scattered light bears optical information on the subject surface, information on the subject surface can be obtained by a normal detection means.
近接場光を利用したときの分解能は、エバネセント場のサイズで決定される。例えば、光ファイバー先端を絞り込み、数10nmの光学開口を残して先端部を金属などの反射体で被覆した場合、分解能は光学開口と同程度の数10nmにすることができる。このため、従来の対物レンズを用いた集光系よりも格段に分解能が向上する(例えば、特許文献1参照)。 The resolution when using near-field light is determined by the size of the evanescent field. For example, when the tip of the optical fiber is narrowed down and the tip is covered with a reflector such as metal while leaving the optical aperture of several tens of nm, the resolution can be several tens of nm, which is the same as the optical aperture. For this reason, the resolution is remarkably improved as compared with a condensing system using a conventional objective lens (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、近接場光学顕微鏡の空間分解能は開口の大きさで決まるため、分解能を上げるためには開口を小さくする必要があるが、開口を小さくすると検出できる光量が激減するため感度良く測定することは難しくなる。 However, since the spatial resolution of a near-field optical microscope is determined by the size of the aperture, it is necessary to reduce the aperture in order to increase the resolution. However, if the aperture is reduced, the amount of light that can be detected is drastically reduced. It becomes difficult.
一方で、光学顕微鏡のコントラストを上げる目的で、レーザー顕微鏡やそれをさらに発展させた光ヘテロダインレーザー顕微鏡が作られた。物質表面の凹凸をコントラスト良く観察することが可能になったが、回折限界には制限されるため空間分解能は光学顕微鏡と同程度である。 On the other hand, in order to increase the contrast of the optical microscope, a laser microscope and an optical heterodyne laser microscope, which is a further development of it, were created. Although it has become possible to observe unevenness of the material surface with good contrast, the spatial resolution is comparable to that of an optical microscope because it is limited to the diffraction limit.
近接場光学顕微鏡は高分解能だがコントラストはあまり良くなく、一方でレーザー顕微鏡は高コントラストだが空間分解能で劣る。これまでの技術では、高分解能と高コントラストは両立できていなかった。これらを両立するためには、レーザー顕微鏡では回折限界による制限のため今以上の高分解能化は不可能なので、近接場光学顕微鏡の高分解能を維持しつつ感度を上げる必要がある。 Near-field optical microscopes have high resolution but poor contrast, while laser microscopes have high contrast but poor spatial resolution. Until now, high resolution and high contrast were not compatible. In order to achieve both of these, since the laser microscope cannot limit the resolution further due to the limitation due to the diffraction limit, it is necessary to increase the sensitivity while maintaining the high resolution of the near-field optical microscope.
そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の問題点に鑑み、高分解能を維持しつつ感度を上げ、観察対象による微小な反射光強度、偏光或いは位相などの変化を高感度に検出することができるようにした反射型近接場光検出光学系及び反射型近接場光学顕微鏡を提供することにある。 Therefore, in view of the conventional problems as described above, the object of the present invention is to increase sensitivity while maintaining high resolution, and to detect minute changes in reflected light intensity, polarization, phase, etc. depending on the observation object with high sensitivity. It is an object of the present invention to provide a reflection type near-field light detection optical system and a reflection type near-field optical microscope.
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of embodiments described below.
本発明では、例えば、開口型近接場光学顕微鏡を局所照射集光モード(Illumination-Collection mode)で使用し、プローブ先端から戻ってくる光を光検出器で電気信号に変換した後、ロックインアンプ検出するにあたり、プローブ先端と観察対象との相対距離を周期的に変化させることにより、プローブ先端の開口を介して集光される観察対象からの微弱な反射信号光に変調を施し、ロックインアンプでは、この変調周波数もしくはその2倍の周波数に同期した信号成分を検出する。 In the present invention, for example, an aperture-type near-field optical microscope is used in a local illumination-collection mode, and light returning from the probe tip is converted into an electrical signal by a photodetector, and then a lock-in amplifier. For detection, the relative distance between the probe tip and the observation target is periodically changed to modulate the weak reflected signal light from the observation target that is collected through the opening at the probe tip. Then, a signal component synchronized with this modulation frequency or twice the frequency is detected.
プローブ先端から戻ってくる光には、開口近傍での近接場による微弱な信号光と、プローブ先端に形成された開口の周期の反射面からの強い反射光(=参照光)が混合されており、信号光と参照光の光干渉が生じる。プローブの振動に伴って信号光のみがわずかに変化すると、参照光との光干渉によりその変化が大幅に増幅されるため、信号光を高感度に検出することができる。 The light returning from the probe tip is mixed with weak signal light due to the near field near the aperture and strong reflected light (= reference light) from the reflection surface of the aperture formed at the probe tip. The optical interference between the signal light and the reference light occurs. When only the signal light changes slightly with the vibration of the probe, the change is greatly amplified by the optical interference with the reference light, so that the signal light can be detected with high sensitivity.
本発明に係る反射型近接場光検出光学系は、測定用レーザー光を出射するレーザー光源と、先端に上記測定用レーザ光の波長よりも短い径の光学開口とその周囲に反射面が設けられた構造を有し、後端側開口を介して入力される上記測定用レーザー光を導波して上記光学開口から近接場光を生成させて観測対象物表面に入射し、且つ上記観測対象物からの反射光を上記光学開口から導波し、上記後端側から導波された上記測定用レーザー光の上記反射面による反射光と、上記光学開口から導波された上記観測対象物からの反射光の干渉成分を含む検出光を後端側開口を介して出射する光学開口プローブと、上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離を周期的に変化させる振動付与手段と、上記光学開口プローブの後端側開口から出射される検出光を受光して電気信号に変換する光電変換手段と、上記光電変換手段により得られる電気信号を同期検波することにより、上記振動付与手段により与えられる上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離の変化周期に同期した上記検出光に含まれる各反射光の干渉成分を検出する同期検波手段とを備えることを特徴とする。 The reflective near-field light detection optical system according to the present invention includes a laser light source that emits measurement laser light, an optical opening having a diameter shorter than the wavelength of the measurement laser light at the tip, and a reflective surface around the optical aperture. The measurement laser light input through the rear end side opening is generated to generate near-field light from the optical opening and enter the surface of the observation target, and the observation target Is reflected from the reflection surface of the measurement laser light guided from the rear end side and from the observation object guided from the optical opening. An optical aperture probe for emitting detection light including an interference component of reflected light through the rear end side opening, a vibration applying means for periodically changing the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the observation target, and the optical Exit from the rear end opening of the aperture probe Photoelectric conversion means for receiving the detected detection light and converting it into an electrical signal, and the tip of the optical aperture probe provided by the vibration applying means and the observation object by synchronously detecting the electrical signal obtained by the photoelectric conversion means And a synchronous detection means for detecting an interference component of each reflected light included in the detection light synchronized with the change period of the relative distance to the detection distance.
本発明に係る反射型近接場光検出光学系において、上記振動付与手段は、例えば、上記光学開口プローブの先端を軸方向と交差する方向に振動させる固体振動子からなる。 In the reflection-type near-field light detection optical system according to the present invention, the vibration applying unit includes, for example, a solid vibrator that vibrates the tip of the optical aperture probe in a direction intersecting the axial direction.
また、本発明に係る反射型近接場光検出光学系において、上記振動付与手段は、例えば、上記光学開口プローブの先端を軸方向に振動させる固体振動子からなることを特徴とする。 In the reflective near-field light detection optical system according to the present invention, the vibration applying means is, for example, a solid vibrator that vibrates the tip of the optical aperture probe in the axial direction.
さらに、本発明に係る反射型近接場光学顕微鏡は、測定用レーザー光を出射するレーザー光源と、先端に上記測定用レーザ光の波長よりも短い径の光学開口とその周囲に反射面が設けられた構造を有し、後端側開口を介して入力される上記測定用レーザー光を導波して上記光学開口から近接場光を生成させて観測対象物表面に入射し、且つ上記観測対象物からの反射光を上記光学開口から導波し、上記後端側から導波された上記測定用レーザ光の上記反射面による反射光と、上記光学開口から導波された上記観測対象物からの反射光の干渉成分を含む検出光を後端側開口を介して出射する光学開口プローブと、上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離を周期的に変化させる振動付与手段と、上記光学開口プローブの後端側開口から出射される検出光を受光して電気信号に変換する光電変換手段と、上記光電変換手段により得られる電気信号を同期検波することにより、上記振動付与手段により与えられる上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離の変化周期に同期した上記検出光に含まれる各反射光の干渉成分を検出する同期検波手段とからなる反射型近接場光検出光学系を備えることを特徴とする。 Furthermore, the reflective near-field optical microscope according to the present invention includes a laser light source that emits a measurement laser beam, an optical opening having a diameter shorter than the wavelength of the measurement laser beam at the tip, and a reflective surface around the optical aperture. The measurement laser light input through the rear end side opening is generated to generate near-field light from the optical opening and enter the surface of the observation target, and the observation target Is reflected from the reflection surface of the measurement laser light guided from the rear end side, and from the observation object guided from the optical opening. An optical aperture probe for emitting detection light including an interference component of reflected light through the rear end side opening, a vibration applying means for periodically changing the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the observation target, and the optical Is it the rear end opening of the aperture probe? A photoelectric conversion means for receiving the detected detection light and converting it into an electric signal, and an observation of the tip of the optical aperture probe provided by the vibration applying means by synchronous detection of the electric signal obtained by the photoelectric conversion means A reflection type near-field light detection optical system comprising a synchronous detection means for detecting an interference component of each reflected light included in the detection light synchronized with a change period of a relative distance to a target is provided.
本発明では、プローブ先端と観察対象との相対距離を周期的に変化させることにより、プローブ先端の開口を介して集光される観察対象からの微弱な反射信号光に変調を施し、この微弱な反射信号光と、プローブ先端に設けられた光学開口の周囲の反射面で反射して戻る光(参照光)の干渉を利用して、微弱な反射信号光の強度、偏光、もしくは位相のわずかなずれを増幅して高感度に検出することができる。 In the present invention, by changing the relative distance between the probe tip and the observation target periodically, the weak reflected signal light from the observation target collected through the opening of the probe tip is modulated, and this weak signal is applied. Using the interference between the reflected signal light and the light reflected by the reflection surface around the optical aperture provided at the probe tip (reference light), the intensity, polarization, or phase of the weak reflected signal light is slight. The shift can be amplified and detected with high sensitivity.
本発明では、簡易な光学配置により、従来の反射型近接場光学顕微鏡における信号強度を2〜3桁増強することが可能であり、観察対象表面のナノスケール微小構造、微細な屈折率分布の高感度検出を実現することができ、本発明を次世代の光ディスクの読み出しに応用することによって、超高密度光ディスクの実現が可能となる。 In the present invention, the signal intensity in the conventional reflective near-field optical microscope can be increased by 2 to 3 digits with a simple optical arrangement, and the nanoscale microstructure on the surface to be observed and the high refractive index distribution are high. Sensitivity detection can be realized, and by applying the present invention to reading of the next generation optical disc, an ultra-high density optical disc can be realized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.
本発明は、例えば図1に示すような構成の反射型近接場光学顕微鏡100に適用される。
The present invention is applied to, for example, a reflective near-field
この反射型近接場光学顕微鏡100は、観測対象物90が載置され、3軸方向にナノメートルオーダの移動が可能なピエゾステージ10と、このピエゾステージ10に載置された観測対象物90の表面近傍位置に先端部分が位置するように配置された光学開口プローブ20と、上記観測対象物90の表面に照射する測定用レーザー光Linを出射するレーザー光源30を備え、上記レーザー光源30から出射された測定用レーザー光Linが反射鏡31及びビームスプリッタ32を介して上記光学開口プローブ20の後端側開口21から当該光学開口プローブ20に入力されるようになっている。
The reflection near-field
上記ピエゾステージ10は、ステージコントローラ11を介してコンピュータ12に接続されている。上記ステージコントローラ11は、上記コンピュータ12による制御に基づいて、上記ピエゾステージ10をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に任意に移動させる。
The
また、上記光学開口プローブ20は、先鋭化されたテーパ状の反射面23を有するテーパ部の先端に上記測定用レーザ光Linの波長よりも短い径の光学開口22が設けられた構造を有し、後端側開口21に設けられたファイバカプラ21Aを介して測定用レーザー光Linが入力されるとともに検出光LRoutを出力するようになっている。ここで、この実施の形態では、先鋭化されたテーパ状の反射面23が金属反射膜23Aにより形成されているが、後端側開口21から入力された測定用レーザー光Linを先端の先鋭化された先端の光学開口23の周囲の部分で反射すればよく、金属反射膜23Aは空気層などであってもよい。
The
この光学開口プローブ20は、図2に模式的に示すように、上記ファイバカプラ21Aを介して入力される上記測定用レーザー光Linを導波して上記光学開口22から近接場光を生成させて観測対象物90の表面に入射し、且つ上記観測対象物90からの反射光LR2を上記光学開口22から導波し、上記後端側から導波された上記測定用レーザー光Linの上記反射面23による反射光LR1と、上記光学開口22から導波された上記観測対象物90からの反射光LR2の干渉成分を含む検出光LRoutを上記ファイバカプラ21Aを介して出射する。
As schematically shown in FIG. 2, the
なお、上記レーザー光源30としては、例えばHe−Neレーザーが用いられている。
As the
また、この反射型近接場光学顕微鏡100は、上記ファイバカプラ21Aを介して出射された検出光LRoutが上記ビームスプリッタ32を介して入力される光検出器40を備える。この光検出器40は、上記検出光LRoutを受光することにより、上記検出光LRoutの光強度に応じた信号レベルの検出信号SDをロックインアンプ50に出力する。
The reflection near-field
さらに、この反射型近接場光学顕微鏡100は、上記光学開口プローブ20の先端と観測対象物90の表面との相対距離を周期的に変化させる固体振動子60を備える。この固体振動子60は、例えばチューニングフォーククリスタルからなり、発振回路により構成されるチューニングフォークドライバ61によって駆動され、上記光学開口プローブ20の先端をその軸方向と交差する方向に周波数fで振動させるようになっている。
Further, the reflection near-field
このチューニングフォークドライバ61は、上記ステージコントローラ11により上記ピエゾステージ10をZ軸方向に移動させて、上記光学開口プローブ20の先端が観測対象物90の表面に接近することによって生じる原子間力によって、発振出力レベルが変化する。この発振出力レベルの変化を図示しないフィルタにより取り出してシアフォース制御信号SHCとして上記ステージコントローラ11に帰還することによって、上記光学開口プローブ20の先端と観測対象物90の表面との間の距離が一定になるように制御している。
The
また、上記チューニングフォークドライバ61は、発振出力すなわち上記固体振動子60の振動周波数で振動する発振信号を参照信号Frefとして上記ロックインアンプ50に供給している。
The
このような構成の反射型近接場光学顕微鏡100では、上記光学開口プローブ20の先端をその軸方向と交差する方向に周波数fで振動させることによって、上記光学開口プローブ20の先端と観測対象物90の表面との相対距離が所定の周期(1/f)で変化するので、上記光学開口22から導波された上記観測対象物90からの反射光LR2は、上記周波数fで変調されたものとなる。
In the reflective near-field
上記光学開口プローブ20は、上記後端側から導波された上記測定用レーザー光Linの上記反射面23による反射光LR1と、上記光学開口22から導波された上記観測対象物90からの上記周波数fで変調された反射光LR2の干渉成分を含む検出光LRoutを上記ファイバカプラ21Aを介して出射する。
The
そして、ロックインアンプ50は、光検出器40により得られる上記検出光LRoutの光強度に応じた信号レベルの検出信号SDを上記チューニングフォークドライバ61により与えられる上記固体振動子60の振動周波数fの参照信号Frefで同期検波することによって、上記振動周波数fに同期する信号成分、すなわち、上記反射光LR1と反射光LR2の位相のずれによって増幅された信号成分のみを測定信号MSとして取り出し、この測定信号MSを上記ステージコントローラ11を介してコンピュータ12に供給する。
Then, the lock-in
上記コンピュータ12は、上記ピエゾステージ10をx軸方向及びY軸方向に移動させて、上記ピエゾステージ10上の観測対象物90の表面を上記光学開口プローブ20の先端で走査することにより、上記観測対象物90の表面情報として、上記ロックインアンプ50により得られる測定信号MSを蓄えて、例えば測定信号MSによる画像をモニタ画面に表示する。
The
すなわち、この反射型近接場光学顕微鏡100は、測定用レーザー光Linを出射するレーザー光源30と、先端に上記測定用レーザー光Linの波長よりも短い径の光学開口22とその周囲を被覆する反射面23が設けられた構造を有し、後端側開口21を介して入力される上記測定用レーザー光Linを導波して上記光学開口22から近接場光を生成させて観測対象物90の表面に入射し、且つ上記観測対象物90からの反射光LR2を上記光学開口22から導波し、上記後端側から導波された上記測定用レーザー光Linの上記反射面23による反射光LR1と、上記光学開口22から導波された上記観測対象物90からの反射光LR2の干渉成分を含む検出光LRoutを後端側開口21を介して出射する光学開口プローブ20と、上記光学開口プローブ20の先端と観測対象物90との相対距離を周期的に変化させる固体振動子60と、上記光学開口プローブ20の後端側開口21から出射される検出光LRoutを受光して電気信号に変換する光検出器40と、上記光検出器40による検出信号SDとして得られる電気信号を同期検波することにより、上記固体振動子60により与えられる上記光学開口プローブ20の先端と観測対象物90との相対距離の変化周期に同期した上記検出光LRoutに含まれる各反射光LR1,LR2の干渉成分を検出するロックインアンプ50とからなる反射型近接場光検出光学系80を備える。
That is, the reflective near-field
ここで、開口径40nmの光学開口プローブ20を用いて、上記光学開口プローブ20の先端をその軸方向と交差する方向に周波数fで振動させてその周波数fで検出出力を同期検波した本発明による方法と、検出出力をそのまま測定する従来の方法で、観測対象物90として回折格子(3600本/mm)を観測した結果を図3の(A),(B)に示す。
Here, by using the
従来の方法では、図3の(B)に示すように、ノイズに埋もれて回折格子は確認できないが、上記光学開口プローブ20の先端をその軸方向と交差する方向に周波数fで振動させた本発明による方法によれば、図3の(A)に示すように、ノイズに埋もれることなく回折格子を明瞭に観測することができた。
In the conventional method, as shown in FIG. 3B, the diffraction grating is not confirmed because it is buried in noise, but the tip of the
ここで、上述の反射型近接場光学顕微鏡100では、光学開口プローブ20の先端と観測対象物90の表面との間の距離が一定になるように制御するためのシアフォース制御信号SHCを得るために光学開口プローブ20の先端に微少振動を付与するための振動付与手段と、上記光学開口22から導波された上記観測対象物90からの反射光LR2を変調するため振動付与手段とを兼ねるチューニングフォーククリスタルからなる固体振動子60を用いて、上記光学開口プローブ20の先端をその軸方向と交差する方向に振動させたが、上記シアフォース制御信号SHCを得るための振動付与手段と、上記観測対象物90からの反射光LR2を変調するため振動付与手段とは、個別のものとすることができる。
Here, in the reflective near-field
また、上記観測対象物90からの反射光LR2を変調するため振動付与手段は、例えば、図4に示す反射型近接場光学顕微鏡200のように、上記光学開口プローブ20の先端をその軸方向に振動させるようにしてもよい。
Further, the vibration applying means for modulating the reflected light LR2 from the
図4に示す反射型近接場光学顕微鏡200は、光学開口プローブ20の先端と観測対象物90の表面との間の距離が一定になるように制御するためのシアフォース制御信号SHCを得るために光学開口プローブ20の先端に微少振動を付与するためのピエゾ素子260、上記ピエゾ素子260を駆動するピエゾドライバ261、上記ピエゾ素子260により光学開口プローブ20の先端に付与された微少振動を検出するために、上記光学開口プローブ20の先端を被覆する金属反射膜23Aに外周側からレーザー光を照射する半導体レーザー262、上記金属反射膜23Aによる反射光を受光して検出する光検出器263、この光検出器263による検出信号が供給されるロックインアンプ264、上記光学開口22から導波された上記観測対象物90からの反射光LR2を変調するためチューニングフォーククリスタルからなる固体振動子160を備える。
The reflection-type near-field
上記ロックインアンプ264は、上記ピエゾ素子260を駆動するピエゾドライバ261から上記ピエゾ素子260の駆動信号が参照信号として供給されており、上記光検出器263の検出信号SDを上記参照信号で同期検波することにより得られるシアフォース制御信号SHCをステージコントローラ11に帰還する。
The lock-in
そして、この反射型近接場光学顕微鏡200では、上記固体振動子160の振動方向が上記光学開口プローブ20の軸方向(z方向)に一致しており、上記光学開口プローブ20の先端をその軸方向に周波数fで振動させることにより、上記観測対象物90からの反射光LR2を周波数fで変調するようになっている。
In the reflective near-field
なお、この反射型近接場光学顕微鏡200における他の構成要素は、上述の反射型近接場光学顕微鏡100と同じなので、図4中に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
The other components in the reflective near-field
ここで、上述の反射型近接場光学顕微鏡100及び反射型近接場光学顕微鏡200では、チューニングフォーククリスタルからなる固体振動子60,160により上記光学開口プローブ20の先端を周波数fで振動させるようにしたが、チューニングフォーククリスタルに代えてピエゾ素子を用いるようにしてもよい。また、上記光学開口プローブ20の先端と観測対象物90との相対距離を周期的に変化させればよく、上記光学開口プローブ20の先端を振動させる代わりに、ピエゾステージ10を振動させるようにしてもよい。
Here, in the reflective near-field
10 ピエゾステージ、11 ステージコントローラ、12 コンピュータ、20 光学開口プローブ、21 後端側開口、21A ファイバカプラ、22 光学開口、23 反射面、23A 金属反射膜、30 レーザー光源、31 反射鏡、32 ビームスプリッタ、40 光検出器、50 ロックインアンプ、60,160 固体振動子、61 チューニングフォークドライバ、80 反射型近接場光検出光学系、90 観測対象物、100,200 反射型近接場光学顕微鏡、260 ピエゾ素子、261 ピエゾドライバ、262 半導体レーザー、263 光検出器、264 ロックインアンプ、Lin 測定用レーザー光、LRout 検出光、LR1,LR2 反射光、SD 検出信号、Fref 参照信号、SHC シアフォース制御信号、MS 測定信号 10 piezo stage, 11 stage controller, 12 computer, 20 optical aperture probe, 21 rear end side aperture, 21A fiber coupler, 22 optical aperture, 23 reflective surface, 23A metal reflective film, 30 laser light source, 31 reflective mirror, 32 beam splitter , 40 photodetector, 50 lock-in amplifier, 60,160 solid state oscillator, 61 tuning fork driver, 80 reflective near-field light detection optical system, 90 observation object, 100, 200 reflective near-field optical microscope, 260 piezo Element, 261 piezo driver, 262 semiconductor laser, 263 photodetector, 264 lock-in amplifier, Lin measurement laser light, LRout detection light, LR1, LR2 reflected light, SD detection signal, Fref reference signal, SHC shear force control signal, MS measurement signal
Claims (4)
先端に上記測定用レーザ光の波長よりも短い径の光学開口とその周囲に反射面が設けられた構造を有し、後端側開口を介して入力される上記測定用レーザ光を導波して上記光学開口から近接場光を生成させて観測対象物表面に入射し、且つ上記観測対象物からの反射光を上記光学開口から導波し、上記後端側から導波された上記測定用レーザ光の上記反射面による反射光と、上記光学開口から導波された上記観測対象物からの反射光の干渉成分を含む検出光を後端側開口を介して出射する光学開口プローブと、
上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離を周期的に変化させる振動付与手段と、
上記光学開口プローブの後端側開口から出射される検出光を受光して電気信号に変換する光電変換手段と、
上記光電変換手段により得られる電気信号を同期検波することにより、上記振動付与手段により与えられる上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離の変化周期に同期した上記検出光に含まれる各反射光の干渉成分を検出する同期検波手段と
を備えることを特徴とする反射型近接場光検出光学系。 A laser light source for emitting measurement laser light;
It has a structure in which an optical opening having a diameter shorter than the wavelength of the laser beam for measurement at the front end and a reflective surface around it are provided, and guides the laser beam for measurement input through the rear end side opening. The near-field light is generated from the optical aperture and incident on the surface of the observation target, and the reflected light from the observation target is guided from the optical aperture and guided from the rear end side. An optical aperture probe that emits detection light including reflected light from the reflection surface of laser light and an interference component of reflected light from the observation object guided from the optical aperture through the rear end side aperture;
Vibration applying means for periodically changing the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the observation target;
Photoelectric conversion means for receiving detection light emitted from the rear end side opening of the optical aperture probe and converting it into an electrical signal;
By synchronously detecting the electrical signal obtained by the photoelectric conversion means, each reflection included in the detection light synchronized with the change period of the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the observation target given by the vibration applying means. A reflective near-field light detection optical system, comprising: a synchronous detection unit that detects an interference component of light.
先端に上記測定用レーザ光の波長よりも短い径の光学開口とその周囲に反射面が設けられた構造を有し、後端側開口を介して入力される上記測定用レーザ光を導波して上記光学開口から近接場光を生成させて観測対象物表面に入射し、且つ上記観測対象物からの反射光を上記光学開口から導波し、上記後端側から導波された上記測定用レーザ光の上記反射面による反射光と、上記光学開口から導波された上記観測対象物からの反射光の干渉成分を含む検出光を後端側開口を介して出射する光学開口プローブと、
上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離を周期的に変化させる振動付与手段と、
上記光学開口プローブの後端側開口から出射される検出光を受光して電気信号に変換する光電変換手段と、
上記光電変換手段により得られる電気信号を同期検波することにより、上記振動付与手段により与えられる上記光学開口プローブの先端と観測対象との相対距離の変化周期に同期した上記検出光に含まれる各反射光の干渉成分を検出する同期検波手段と
からなる反射型近接場光検出光学系を備えることを特徴とする反射型近接場光学顕微鏡。 A laser light source for emitting measurement laser light;
It has a structure in which an optical opening having a diameter shorter than the wavelength of the laser beam for measurement at the front end and a reflective surface around it are provided, and guides the laser beam for measurement input through the rear end side opening. The near-field light is generated from the optical aperture and incident on the surface of the observation target, and the reflected light from the observation target is guided from the optical aperture and guided from the rear end side. An optical aperture probe that emits detection light including reflected light from the reflection surface of laser light and an interference component of reflected light from the observation object guided from the optical aperture through the rear end side aperture;
Vibration applying means for periodically changing the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the observation target;
Photoelectric conversion means for receiving detection light emitted from the rear end side opening of the optical aperture probe and converting it into an electrical signal;
By synchronously detecting the electrical signal obtained by the photoelectric conversion means, each reflection included in the detection light synchronized with the change period of the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the observation target given by the vibration applying means. A reflective near-field optical microscope comprising a reflective near-field light detection optical system comprising synchronous detection means for detecting an interference component of light.
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---|---|---|---|---|
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WO2013108060A1 (en) | 2012-01-20 | 2013-07-25 | Potemkin Alexander | Near-field scanning optical microscope |
CN103954802A (en) * | 2014-05-13 | 2014-07-30 | 中国科学技术大学 | Long-wavelength scanning near-field microscopic analysis system |
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-
2004
- 2004-03-26 JP JP2004093463A patent/JP2005283162A/en active Pending
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