JP2020518867A - 光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法 - Google Patents
光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020518867A JP2020518867A JP2020501104A JP2020501104A JP2020518867A JP 2020518867 A JP2020518867 A JP 2020518867A JP 2020501104 A JP2020501104 A JP 2020501104A JP 2020501104 A JP2020501104 A JP 2020501104A JP 2020518867 A JP2020518867 A JP 2020518867A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical fiber
- nanowire
- micropipette
- optical
- nanowires
- 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.)
- Granted
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 45
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 13
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 13
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 6
- 238000000349 field-emission scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 4
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/268—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light using optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/262—Optical details of coupling light into, or out of, or between fibre ends, e.g. special fibre end shapes or associated optical elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
- B82B3/0023—Forming specific nanostructures comprising flexible or deformable elements
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/107—Subwavelength-diameter waveguides, e.g. nanowires
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/25—Preparing the ends of light guides for coupling, e.g. cutting
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
本発明は、光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法であって、ａ)ナノワイヤを形成する物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように同軸整列する段階と、ｃ)前記ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記メニスカスが形成された状態のマイクロピペットを光ファイバと離れる方向に持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階とを含み、選択的に、前記製造されたナノワイヤにレーザーを照射し、ナノワイヤの末端部の形状を制御する段階をさらに含む。【選択図】図２
Description
本発明は、光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法に関する。また、本発明は、この方法で製造されたナノワイヤを含む光センサーに関する。
光ファイバとは、中心部(コア)には、屈折率の高い材質を使用して、外側部分(クラッ
ド)は、屈折率の低い材質を使用し、中心部を通過する光が全反射が起こるようにした光
学繊維である。したがって、光ファイバは、伝送される光の損失が極めて少なく、送受信するデータの損失も低くて、外部の影響をほとんど受けないため、光通信及び光センサーなどの分野で広く利用されている。
ド)は、屈折率の低い材質を使用し、中心部を通過する光が全反射が起こるようにした光
学繊維である。したがって、光ファイバは、伝送される光の損失が極めて少なく、送受信するデータの損失も低くて、外部の影響をほとんど受けないため、光通信及び光センサーなどの分野で広く利用されている。
一方、光ファイバは、製造工程及び機能達成のために、直径が１００乃至１，０００μｍの大きさを有することが一般的である。直径の小さいものの中で標準品としてよく使用されるものは、コア径が１０μｍで、クラッド径が１２５μｍである。光ファイバ、特にコアの直径をこれよりも小さくすることは、製作工程に困難があって、容易ではない状況である。一方、ナノスケールの研究の必要性によって、光ファイバをナノスケールの研究、実験、装置などに利用するために、最近、様々な研究が進行されている。
例えば、光ファイバの末端にナノ径を有するナノワイヤを連結する方法が研究されている。光ファイバの末端にナノワイヤを連結するとき、光ファイバとナノワイヤをそれぞれ個別に製造した後、近接位置させる方法で連結する場合は、それらの連結点から大きな光損失が起こる可能性がある(Xin Guoら、Nano Lett.、2009年、9(12)、pp4515〜4519‘Direct Coupling of Plasmonic and Photonic Nanowires for Hybrid Nanophotonic Components and Circuits’)。図１は、このような光ファイバとナノワイヤをそれぞれ個別に製
造した後、連結したとき、それらの連結部から光散乱が起こり、光損失が大きいことを示す図面である。具体的に、ＺｎＯ棒の一端に光を注入した後、Ａｇ棒への光伝達を観察したとき、両棒の連結部から光が散乱されることを示す。
造した後、連結したとき、それらの連結部から光散乱が起こり、光損失が大きいことを示す図面である。具体的に、ＺｎＯ棒の一端に光を注入した後、Ａｇ棒への光伝達を観察したとき、両棒の連結部から光が散乱されることを示す。
本発明は、このような従来技術が解決できなかった、光ファイバとナノワイヤの連結部位から光散乱が起こる問題を解決するために、光ファイバの末端から、ナノワイヤを光伝送軸に整列されるように直接成長させることにより、光ファイバとナノワイヤの連結部(junction)における光損失を最小化する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ナノワイヤの末端部の制御による光の受信、透過と反射を調節することを目的とする。
本発明は、光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法であって、本発明によるナノワイヤは、ａ)ナノワイヤを形成する物質溶液をマイクロピペットに満たし；ｂ)前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に、光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列して；ｃ)前記同軸整列され
た状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成し；ｄ)前記メニスカスが
形成された状態のマイクロピペットを光ファイバと離れる方向に持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造することができる。
た状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成し；ｄ)前記メニスカスが
形成された状態のマイクロピペットを光ファイバと離れる方向に持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造することができる。
好ましくは、本発明によるナノワイヤは、前記製造されたナノワイヤにレーザーを照射し、ナノワイヤの末端部の形状を制御する段階をさらに含んで製造することができる。
好ましくは、前記光ファイバは、テーパード状であり、末端の直径が０．２μｍ以下である。
好ましくは、前記光ファイバ末端の直径は、マイクロピペットの直径より小さい。
好ましくは、前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に、光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階は、ｘ軸とｙ軸に位置した光学レンズを利用して整列する。
好ましくは、前記光ファイバと連結されたナノワイヤは、光カップリング効率が８４％以上である。
また、本発明は、光ファイバ；及び本発明によって製造された光ファイバと連結されたナノワイヤを含む光センサーに関する。
好ましくは、前記光センサーは、前記光ファイバからナノワイヤ方向に光を受信する。
好ましくは、前記光センサーは、前記ナノワイヤから光ファイバ方向に光を受信する。
好ましくは、前記光センサーは、前記光ファイバからナノワイヤ方向に光を送信し、逆方向に光を受信する。
本発明によって製造された光ファイバと連結されたナノワイヤは、光ファイバとの連結部の光損失がないか、最小限に存在する。
本発明によって製造された光ファイバと連結されたナノワイヤは、ナノワイヤの末端部の制御を通じて、光ファイバからナノワイヤ方向への光の送受信だけではなく、ナノワイヤから光ファイバ方向への光の送受信にも最適化されている。
本発明で使用されるすべての技術用語は、特に定義しない以上、下記の定義を有し、本発明の関連分野で通常の当業者が一般に理解するような意味に合致される。また、本明細書には、好ましい方法や試料が記載されるが、これと類似または同等のものも本発明の範疇に含まれる。
本発明で使用される用語‘メニスカス(meniscus)’は、界面張力によって管中の液面がなす曲面を意味する。液体の性質によって、液面が凹面または凸面になる。
本発明は、光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法であって、具体的には、ａ)
ナノワイヤを形成する物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピ
ペットを、前記光ファイバの一側端部に、光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階と、ｃ)前記同軸整列され
た状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記メニ
スカスが形成された状態のマイクロピペットを光ファイバと離れる方向に持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階と、を含む。以下、各段階について具体的に検討する。
ナノワイヤを形成する物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピ
ペットを、前記光ファイバの一側端部に、光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階と、ｃ)前記同軸整列され
た状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記メニ
スカスが形成された状態のマイクロピペットを光ファイバと離れる方向に持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階と、を含む。以下、各段階について具体的に検討する。
まず、ナノワイヤを形成する物質溶液をマイクロピペットに満たす段階(段階ａ)である。
ナノワイヤを形成する物質溶液は、メニスカスを形成できるあらゆる物質を含み、ほとんどの有機物を含む。具体的には、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートを使用することができて、ＣＹＴＯＰ(amorphous fluoropolymer)などのペルフル
オロ化合物(PFCs; Perfluorinated compounds)も使用できる。また、有機導電性高分子(
π-共役ポリマー)も使用することができ、これは、化学的ドーピングを通じて電気的、光学的特性を自由に調節できる特性がある。ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒は、蒸発性のよい物質を使用することができ、例えば、キシレン、クロロベンゼン、トルエンなどからなる群から選択された１種以上を使用することができる。
オロ化合物(PFCs; Perfluorinated compounds)も使用できる。また、有機導電性高分子(
π-共役ポリマー)も使用することができ、これは、化学的ドーピングを通じて電気的、光学的特性を自由に調節できる特性がある。ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒は、蒸発性のよい物質を使用することができ、例えば、キシレン、クロロベンゼン、トルエンなどからなる群から選択された１種以上を使用することができる。
マイクロピペットは、ピペットプラーを使用して、所望の直径に製造することができて、または市販のマイクロピペットを利用することもできる。マイクロピペットの直径は、光ファイバの末端部の直径より大きいものが好ましく、例えば、０．２μｍ以上である。したがって、ナノワイヤが光ファイバを包み込む形で製造されることによって、光損失を最小限に抑えることができる。すなわち、本発明に使用可能なマイクロピペットは、光ファイバの末端部の直径より大きいながらメニスカスを形成することができれば、マイクロピペットの種類、形態などに制限なく使用可能である。
次に、前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に、光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階(
段階ｂ)である。
段階ｂ)である。
本発明で使用される光ファイバは、ナノワイヤと接する部分がテーパード(tapered)さ
れた形状、即ち、狭まる形状を有する光ファイバを使用することが好ましい。一般に使用されるコア/クラッドを有する光ファイバの直径は、１００μｍ以上であるため、ナノワ
イヤと効率的に接するようにするために、光ファイバの一側端部をテーパリングして、直径を０．２μｍ以下、好ましくは、０．１μｍ以下に鋭くすることが好ましい。
れた形状、即ち、狭まる形状を有する光ファイバを使用することが好ましい。一般に使用されるコア/クラッドを有する光ファイバの直径は、１００μｍ以上であるため、ナノワ
イヤと効率的に接するようにするために、光ファイバの一側端部をテーパリングして、直径を０．２μｍ以下、好ましくは、０．１μｍ以下に鋭くすることが好ましい。
図２は、マイクロピペットを、光ファイバのテーパードされた末端に、光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列することを示す。前記テーパードされた光ファイバの長手方向軸とマイクロピペットの長手方向軸とを同軸に整列するためには、二つの光学レンズを用いて、それぞれｘ軸とｙ軸に整列することが好ましい。一つの光学レンズだけを利用する場合は、他の方向から発生する誤差により、同軸に合わせて整列することが難しく、マイクロピペットを用いて成長させるナノワイヤも、同軸に整列されて成長できなくなって、結局、テーパードされた光ファイバとナノワイヤとの光伝達損失が大きくなる。同軸整列のためには、ｘ軸とｙ軸の光学レンズを互いに垂直になるように位置させることが好ましい。同軸整列されたマイクロピペットを用いて、テーパードされた光ファイバの端部に合わせてナノワイヤを同軸に成長させることにより、光損失を最小限に抑えることができる。
次に、前記同軸整列された状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成する段階(段階ｃ)である。ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成するように、ナノワイヤを形成する物質溶液が満たされたマイクロピペットを、光ファイバの一側端部と離隔させる。
次に、前記メニスカスの形成された状態のマイクロピペットを光ファイバと離れる方向に持ち上げ、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階(段階ｄ)である。具体的に、マイクロピペットを、ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスが誘導できるくらいに、マイクロピペットと形成されるナノワイヤ間の間隔を維持しながら、光ファイバと離れる方向にマイクロピペットを持ち上げる場合、内部の液体が速やかに蒸発しつつ、溶解されている物質が凝固されて柱状をなすようになる。マイクロピペットは、光ファイバの長手方向軸、即ち、光学レンズを用いて、ｘ軸及びｙ軸と直角をなす方向(ｚ軸)に持ち上げられることが好ましい。ここで、光学レンズは、それぞれｘ軸とｙ軸に配列される。持ち上げる速度(引出速度)は、ナノワイヤを形成する物質溶液の種類及び濃度によって調節することができる。
さらに、本発明による光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法は、前記製造されたナノワイヤにレーザーを照射して、ナノワイヤの末端部の形状を制御する段階(段階ｅ)をさらに含むことができる。この場合は、ａ)ナノワイヤを形成する物質溶液をマイクロ
ピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に、
光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階と、ｃ)前記同軸整列された状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液
のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記メニスカスが形成された状態のマイクロピペッ
トを光ファイバと離れる方向に持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階と、ｅ)前記製造されたナノワイヤにレーザーを照
射し、ナノワイヤの末端部の形状を制御する段階と、によって光ファイバと連結されたナノワイヤを製造することができる。
ピペットに満たす段階と、ｂ)前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に、
光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階と、ｃ)前記同軸整列された状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液
のメニスカスを形成する段階と、ｄ)前記メニスカスが形成された状態のマイクロピペッ
トを光ファイバと離れる方向に持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階と、ｅ)前記製造されたナノワイヤにレーザーを照
射し、ナノワイヤの末端部の形状を制御する段階と、によって光ファイバと連結されたナノワイヤを製造することができる。
ナノワイヤの末端部の形状によって、光の反射及び透過の程度を決定することができる。したがって、光受信及び光検出などの再現性及び信頼度を高めるために、これを制御することが好ましい。特に、ナノワイヤの末端部の形状制御は、外部でナノワイヤ末端部を通じて光を受信するとき、受信される光の強度と指向性を決定するため、非常に重要である。図３は、本発明によって、レーザーで制御するナノワイヤの末端部の形状の例を示す。
また、図４の(ａ)及び(ｂ)は、本発明によってナノワイヤ末端部の形状を制御したナノワイヤを示し、図４の(ｃ)は、図４の(ａ)及び(ｂ)の光受信を比較するグラフである。図４の(ｂ)のナノワイヤは、図４の(ａ)のナノワイヤに比べて、切断面を鋭く製造したこと
が特徴である。これに対し、ナノワイヤと連結されていない光ファイバの他の一端で同一な光を導波した場合の、反射されて戻ってくる光の強度を測定し、図４の(ｃ)に示した。先端を鋭くした図４の(ｂ)のナノワイヤは、図４の(ａ)のナノワイヤに比べて、１／４水準の低い光だけが反射されて戻ってくることが分かり、図４(ｂ)の写真のように、ナノワイヤの端部から透過されて出ることを観察することができる。即ち、ナノワイヤの末端部の形状を制御して、光の反射及び透過を決定することができる。
が特徴である。これに対し、ナノワイヤと連結されていない光ファイバの他の一端で同一な光を導波した場合の、反射されて戻ってくる光の強度を測定し、図４の(ｃ)に示した。先端を鋭くした図４の(ｂ)のナノワイヤは、図４の(ａ)のナノワイヤに比べて、１／４水準の低い光だけが反射されて戻ってくることが分かり、図４(ｂ)の写真のように、ナノワイヤの端部から透過されて出ることを観察することができる。即ち、ナノワイヤの末端部の形状を制御して、光の反射及び透過を決定することができる。
図５は、ナノワイヤの製造工程を全体的に示す図である。
また、本発明は、光ファイバと、本発明によって製造された光ファイバと連結されたナノワイヤと、を含む光センサーに関する。
本発明による前記光センサーは、前記光ファイバからナノワイヤ方向に光を送信するか、前記ナノワイヤから光ファイバ方向に光を受信することができる。または、光ファイバからナノワイヤ方向に光を送信した後、これを再び受信する形であってもよい。
本発明によって製造された前記光ファイバと連結されたナノワイヤは、光カップリング効率が８４％以上である。カップリング効率は、ナノワイヤ末端における光学電力と、ナノワイヤを含まない光ファイバの末端における光学電力間の比率で定義される。
図６の(ａ)は、３５０ｎｍのナノワイヤ直径を有する導波管プローブのＦＥ−ＳＥＭイメージ(サイズバー、５μｍ)を示し、挿入された図は、テーパード光ファイバと同軸整列されたナノワイヤの連結部のＦＥ−ＳＥＭイメージ(サイズバー、１μｍ)を示す。図６の(ｂ)は、光ファイバと連結されたナノワイヤの光学顕微鏡写真(ＯＭ)を示し、図６の(ｃ)は、光ファイバと連結されたナノワイヤのフォトルミネセンス(PL)顕微鏡を示す。図６から分かるように、ナノワイヤとテーパード光ファイバとの間のスーパースムーズジャンクションによって、連結部(ジャンクション)から光散乱がほとんど起こらず(黄色点線円)、連結部において高いカップリング効率性を示す(サイズバー、２０μｍ)。これは、一般に、テーパード光ファイバの末端部にナノワイヤが付着される場合、一定量の散乱現象が発生するのと比較される。
図７は、入力レーザー電力の関数であって、カップリング効率を示し、カップリング効率(ダイヤモンド表示)は、本発明によるナノワイヤ末端(四角表示)における光学電力と、ナノワイヤを含まない光ファイバ(先端部分がテーパードされた光ファイバ)の末端(点表
示)における光学電力間の比率で定義される。本発明によって製造された、光ファイバと
連結されたナノワイヤの光カップリングは、本発明でテストされた入力レーザーの全体電力に対して８４％以上のカップリング効率を有するように(図７、ダイヤモンド表示)、有意に改善された。ここで、カップリング効率は、本発明によるナノワイヤ末端における光電力(図７、四角表示)と、ナノワイヤを含まない光ファイバの末端における光電力(図７
、点表示)間の比率で定められる。高いカップリング効率は、ナノワイヤ末端において、
入力レーザー光出力を約１ｎＷ乃至３ｎＷ、好ましくは、最大約１ｎＷまで有意に減少させることができ、これは、ナノワイヤのフォトルミネセンス(PL)を検出するに十分である。
示)における光学電力間の比率で定義される。本発明によって製造された、光ファイバと
連結されたナノワイヤの光カップリングは、本発明でテストされた入力レーザーの全体電力に対して８４％以上のカップリング効率を有するように(図７、ダイヤモンド表示)、有意に改善された。ここで、カップリング効率は、本発明によるナノワイヤ末端における光電力(図７、四角表示)と、ナノワイヤを含まない光ファイバの末端における光電力(図７
、点表示)間の比率で定められる。高いカップリング効率は、ナノワイヤ末端において、
入力レーザー光出力を約１ｎＷ乃至３ｎＷ、好ましくは、最大約１ｎＷまで有意に減少させることができ、これは、ナノワイヤのフォトルミネセンス(PL)を検出するに十分である。
Claims (10)
- 光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法であって、
ａ)ナノワイヤを形成する物質溶液をマイクロピペットに満たす段階と、
ｂ)前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に、光ファイバの長手方向軸
と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階と、
ｃ)前記同軸整列された状態で、ナノワイヤを形成する物質溶液のメニスカスを形成す
る段階と、
ｄ)前記メニスカスが形成された状態のマイクロピペットを光ファイバと離れる方向に
持ち上げながら、ナノワイヤを形成する物質溶液の溶媒を蒸発させてナノワイヤを製造する段階と、
を含む、光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法。 - 前記製造方法は、前記ｄ)段階の後、前記製造されたナノワイヤにレーザーを照射し、
ナノワイヤの末端部の形状を制御する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法。 - 前記光ファイバは、テーパード状であり、光ファイバ末端の直径が０．２μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法。
- 前記光ファイバ末端の直径は、マイクロピペットの直径より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法。
- 前記マイクロピペットを、前記光ファイバの一側端部に、光ファイバの長手方向軸と前記マイクロピペットの長手方向軸とが一直線上になるように、同軸整列する段階は、ｘ軸とｙ軸に位置した光学レンズを利用することを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法。
- 前記光ファイバと連結されたナノワイヤは、光カップリング効率が８４％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法。
- 光ファイバと、
第１項乃至第６項のいずれかに記載の方法によって製造された前記光ファイバと連結されたナノワイヤと、を含む光センサー。 - 前記光センサーは、前記光ファイバからナノワイヤ方向に光を受信することを特徴とする、請求項７に記載の光センサー。
- 前記光センサーは、前記ナノワイヤから光ファイバ方向に光を受信することを特徴とする、請求項７に記載の光センサー。
- 前記光センサーは、前記光ファイバからナノワイヤ方向に光を送信し、逆方向に光を受信することを特徴とする、請求項７に記載の光センサー。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170037708A KR101969844B1 (ko) | 2017-03-24 | 2017-03-24 | 광섬유와 연결된 나노선의 제조방법 |
| KR10-2017-0037708 | 2017-03-24 | ||
| PCT/KR2017/013082 WO2018174368A1 (ko) | 2017-03-24 | 2017-11-17 | 광섬유와 연결된 나노선의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020518867A true JP2020518867A (ja) | 2020-06-25 |
| JP7242073B2 JP7242073B2 (ja) | 2023-03-20 |
Family
ID=63584491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020501104A Active JP7242073B2 (ja) | 2017-03-24 | 2017-11-17 | 光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11002571B2 (ja) |
| EP (1) | EP3604209A4 (ja) |
| JP (1) | JP7242073B2 (ja) |
| KR (1) | KR101969844B1 (ja) |
| CN (1) | CN110536860A (ja) |
| WO (1) | WO2018174368A1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018131222A1 (de) * | 2018-12-06 | 2020-06-10 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster | Einzelphotonendetektorvorrichtung |
| KR102251622B1 (ko) * | 2020-01-29 | 2021-05-13 | 포항공과대학교 산학협력단 | 코어-쉘 구조 나노선의 제조 방법 및 이로부터 제조된 나노선 |
| KR102247650B1 (ko) * | 2020-01-29 | 2021-05-04 | 포항공과대학교 산학협력단 | 나노 피펫을 사용한 나노선 제조 방법 및 나노선 제조 장치, 그리고 상기 방법으로 제조된 나노선 |
| KR102561260B1 (ko) * | 2020-09-16 | 2023-07-31 | 주식회사 레신저스 | 광섬유와 웨이브가이드의 결합 구조물 및 상기 결합 구조물의 형성 방법 |
| US12024423B2 (en) | 2021-02-01 | 2024-07-02 | POSTECH Research and Business Development Foundation | Method for fabricating micro- or nanowire at predetermined position of object using micro- or nanopipette |
| US11911983B2 (en) | 2021-02-01 | 2024-02-27 | POSTECH Research and Business Development Foundation | Method of forming micro- or nanowires at predetermined positions of an object using a micro- or nanopipette |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110073243A1 (en) * | 2007-09-14 | 2011-03-31 | Min-Feng Yu | Drawing Process for the Continuous Fabrication of Nanofibers Made of a Variety of Materials |
| US20120298401A1 (en) * | 2010-01-22 | 2012-11-29 | Postech Academy-Industry Foundation | Method for fabricating a three-dimensional ultrafine polymer conducting wire, omnidirectional wiring, and ultrafine polymer conducting wire fabricated using the method |
| KR101526324B1 (ko) * | 2014-01-14 | 2015-06-18 | 포항공과대학교 산학협력단 | 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법 |
| KR20160000281A (ko) * | 2014-06-24 | 2016-01-04 | 포항공과대학교 산학협력단 | 3차원 고분자 나노선 광배선 및 그 제조방법 |
| US20160049214A1 (en) * | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Empire Technology Development Llc | Coupling between nanostructures and optical fibers |
| KR20160056485A (ko) * | 2014-11-11 | 2016-05-20 | 한국전기연구원 | 그래핀 나노 패턴 인쇄 방법，그에 사용되는 장치 및 잉크 |
| KR20170024251A (ko) * | 2015-08-25 | 2017-03-07 | 부경대학교 산학협력단 | 레이저를 이용하여 절삭 가공된 전반사 유도용 광섬유와 광섬유 끝단의 절삭 가공장치 및 가공방법 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1442475A4 (en) * | 2001-11-08 | 2005-12-21 | Shipley Co Llc | FIBER OPTIC CLOSURE |
| CN101702046A (zh) * | 2009-11-19 | 2010-05-05 | 浙江大学 | 金属纳米线与纳米光纤、光学纳米线耦合的复合导波结构 |
| KR101069587B1 (ko) * | 2010-01-22 | 2011-10-05 | 포항공과대학교 산학협력단 | 3차원 전도성 고분자 극미세 와이어의 제조와 전 방향성 배선 방법, 및 이에 의해 제조된 전도성 고분자 극미세 와이어와 배선 |
| KR20130057546A (ko) * | 2011-11-24 | 2013-06-03 | 한국전기연구원 | 전도성고분자와 이종물질간 복합체의 3차원 미세와이어 제조 방법 |
| KR101390157B1 (ko) | 2012-09-24 | 2014-05-07 | 연세대학교 산학협력단 | 나노선 정렬용 광섬유, 이를 이용한 나노선 정렬 시스템 및 나노선 정렬방법 |
| WO2016122958A1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-08-04 | The Regents Of The University Of California | Method for thermally drawing nanocomposite-enabled multifunctional fibers |
| CN104777332A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-15 | 中国科学技术大学 | 高效率突破衍射极限的探针及其制备方法 |
-
2017
- 2017-03-24 KR KR1020170037708A patent/KR101969844B1/ko active IP Right Grant
- 2017-11-17 US US16/496,924 patent/US11002571B2/en active Active
- 2017-11-17 JP JP2020501104A patent/JP7242073B2/ja active Active
- 2017-11-17 CN CN201780088903.1A patent/CN110536860A/zh active Pending
- 2017-11-17 WO PCT/KR2017/013082 patent/WO2018174368A1/ko active Application Filing
- 2017-11-17 EP EP17902054.0A patent/EP3604209A4/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110073243A1 (en) * | 2007-09-14 | 2011-03-31 | Min-Feng Yu | Drawing Process for the Continuous Fabrication of Nanofibers Made of a Variety of Materials |
| US20120298401A1 (en) * | 2010-01-22 | 2012-11-29 | Postech Academy-Industry Foundation | Method for fabricating a three-dimensional ultrafine polymer conducting wire, omnidirectional wiring, and ultrafine polymer conducting wire fabricated using the method |
| KR101526324B1 (ko) * | 2014-01-14 | 2015-06-18 | 포항공과대학교 산학협력단 | 공액 고분자 나노선의 원격 조작 방법 |
| KR20160000281A (ko) * | 2014-06-24 | 2016-01-04 | 포항공과대학교 산학협력단 | 3차원 고분자 나노선 광배선 및 그 제조방법 |
| US20160049214A1 (en) * | 2014-08-12 | 2016-02-18 | Empire Technology Development Llc | Coupling between nanostructures and optical fibers |
| KR20160056485A (ko) * | 2014-11-11 | 2016-05-20 | 한국전기연구원 | 그래핀 나노 패턴 인쇄 방법，그에 사용되는 장치 및 잉크 |
| KR20170024251A (ko) * | 2015-08-25 | 2017-03-07 | 부경대학교 산학협력단 | 레이저를 이용하여 절삭 가공된 전반사 유도용 광섬유와 광섬유 끝단의 절삭 가공장치 및 가공방법 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| LEE ET AL.: "Quantitative Probing of Cu2+ Ions Naturally Present in Single Living Cells", ADVANCED MATERIALS, vol. 28, no. 21, JPN6021035782, 29 March 2016 (2016-03-29), pages 4071 - 4076, XP071816481, ISSN: 0004862095, DOI: 10.1002/adma.201600161 * |
| LEE ET AL.: "Supporting Information for Adv. Mater., DOI:10.1002/adma.201600161 Quantitative Probing of Cu2+ Ions", ADVANCED MATERIALS, JPN6021035781, 29 March 2016 (2016-03-29), pages 1 - 12, ISSN: 0004862094 * |
| YAN ET AL.: "Nanowire-based single-cell endoscopy", NATURE NANOTECHNOLOGY, vol. 7, JPN6021035783, 18 December 2011 (2011-12-18), pages 191 - 196, ISSN: 0004862093 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7242073B2 (ja) | 2023-03-20 |
| CN110536860A (zh) | 2019-12-03 |
| KR20180108226A (ko) | 2018-10-04 |
| KR101969844B1 (ko) | 2019-04-18 |
| EP3604209A1 (en) | 2020-02-05 |
| EP3604209A4 (en) | 2020-12-30 |
| US20200103256A1 (en) | 2020-04-02 |
| US11002571B2 (en) | 2021-05-11 |
| WO2018174368A1 (ko) | 2018-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7242073B2 (ja) | 光ファイバと連結されたナノワイヤの製造方法 | |
| KR102005058B1 (ko) | 습도 센서 | |
| US7697808B2 (en) | Multi-tipped optical component | |
| Paiva et al. | Optical fiber tips for biological applications: from light confinement, biosensing to bioparticles manipulation | |
| CN106898407A (zh) | 一种精准操控纳米颗粒和生物分子的纳米光镊装置及方法 | |
| KR101583736B1 (ko) | 3차원 고분자 나노선 광배선 및 그 제조방법 | |
| CN105759345A (zh) | 一种基于金纳米管的spp光纤及其制备方法 | |
| Zheng et al. | Rapid fabrication of micro-nanometric tapered fiber lens and characterization by a novel scanning optical microscope with submicron resolution | |
| CN103983808A (zh) | 一种微纳颗粒双向传输和可控性定位的光学方法 | |
| Yang et al. | Polymer micro or nanofibers for optical device applications | |
| CN105759346A (zh) | 一种基于金纳米线的spp光纤及其制备方法 | |
| Mondal et al. | Optical fiber nanoprobe preparation for near-field optical microscopy by chemical etching under surface tension and capillary action | |
| JP2022186686A (ja) | 光配線及びその製造方法 | |
| CN104090329A (zh) | 一种基于渐变折射率多模光纤锥的光纤光镊及其使用方法 | |
| Li et al. | Optical manipulation of gold nanoparticles using an optical nanofiber | |
| CN106911067A (zh) | 在线控制聚合物光纤随机激光发射波长的方法 | |
| JP4153089B2 (ja) | 光ファイバプローブ及びその製造方法 | |
| KR102247650B1 (ko) | 나노 피펫을 사용한 나노선 제조 방법 및 나노선 제조 장치, 그리고 상기 방법으로 제조된 나노선 | |
| CN107290820B (zh) | 一种介质硅光子晶体光纤及其制作方法 | |
| KR100390211B1 (ko) | 박막 증착법을 이용한 기능성 광섬유 프로브 제작방법 | |
| Naqshbandi et al. | Fabrication of self-assembled microwires from silica nanoparticles for sensing | |
| CN110862946B (zh) | 双向传输纳米颗粒和细胞的光纤探针、系统、生物传送带及传输方法 | |
| KR101134265B1 (ko) | 광섬유 탐침 제조 방법 및 장치 | |
| Naqshbandi et al. | Room temperature self-assembly of mixed nanoparticles into complex material systems and devices | |
| US20140170695A1 (en) | Biological cell nanocavity probes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201113 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210908 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210914 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220208 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220428 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220708 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220830 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221129 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230131 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230301 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7242073 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |