JP3053380B2 - Optical fiber probe - Google Patents
Optical fiber probeInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばプローブ走
査型顕微鏡の一つである近接場光学顕微鏡において、エ
バネッセント光を検出または照射する光プローブとして
使用される光ファイバプローブに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber probe used as an optical probe for detecting or irradiating evanescent light in, for example, a near-field optical microscope which is one of probe scanning microscopes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の光ファイバプローブ１００は、図
７に示すように、光ファイバの先端を先鋭化させること
で、先鋭部１０１を形成し、当該先鋭部の先端１０２か
らレーザ光を励起していた。この光ファイバプローブで
は、先鋭部の根本部分１０３から先端１０２に向かって
開口が次第に小さくなるように形成されている。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 7, a conventional optical fiber probe 100 forms a sharpened portion 101 by sharpening the tip of an optical fiber, and excites a laser beam from a tip 102 of the sharpened portion. I was In this optical fiber probe, the opening is formed so as to gradually decrease from the root portion 103 of the sharp portion toward the tip 102.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の光ファ
イバプローブ１００は、例えば開口半径等の最適化を図
るための設計がなされていないのが現状である。また、
この光ファイバプローブ１００では、先鋭部の先端１０
２から出射するレーザ光の効率という点からみても、最
適化を考慮していなかった。However, at present, the above-described optical fiber probe 100 is not designed to optimize, for example, the aperture radius. Also,
In this optical fiber probe 100, the tip 10 of the sharp portion is
In terms of the efficiency of the laser light emitted from the laser light source 2, no optimization was considered.
【０００４】そこで、本発明は、上述したような実情に
鑑みて提案されたものであり、先鋭部の先端部分の形状
を最適化することにより、レーザ光の効率を向上させる
とともに、高い集光効果を有する光ファイバプローブを
提供することを目的とする。Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and by optimizing the shape of the tip portion of the sharp portion, the efficiency of the laser beam has been improved and the light collection efficiency has been improved. It is an object to provide an optical fiber probe having an effect.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決する本
発明に係る光ファイバプローブは、屈折率がｎのコアと
上記コアの周囲に形成されたクラッドと上記クラッドの
周囲に形成された遮光性被覆層からなり、入射された光
を上記コア内部で伝搬する光伝搬部と、上記光伝搬部側
から上記遮光性被覆層の開口が次第に小となされ、上記
光伝搬部からの光を集光して、複数の光ピークを有する
光を出射開口から出射する先鋭部とを備え、上記先鋭部
の出射開口の直径をＤ［ｎｍ］とし、αを１．０〜２．
２の範囲内の値を有する定数とし、λ［ｎｍ］を上記出
射開口から出射する光の波長としたとき、 Ｄ＝αλ／ｎ を満たすことを特徴とするものである。An optical fiber probe according to the present invention for solving the above-mentioned problems has a core having a refractive index of n, a clad formed around the core, and a light-shielding formed around the clad. Ri Do from sexual coating layer, the incident light
The light propagation portion that propagates inside the core, and the opening of the light-shielding coating layer is gradually reduced from the light propagation portion side, and collects light from the light propagation portion to have a plurality of light peaks. A sharp portion for emitting light from the emission opening, the diameter of the emission opening of the sharp portion is D [nm], and α is 1.0 to 2.0.
When D is a constant having a value within the range of 2, and λ [nm] is a wavelength of light emitted from the emission aperture, D = αλ / n is satisfied.
【０００６】また、本発明に係る他の光ファイバプロー
ブは、屈折率がｎのコアと上記コアの周囲に形成された
クラッドと上記クラッドの周囲に形成された遮光性被覆
層からなり、入射された光を上記コア内部で伝搬する光
伝搬部と、上記クラッドの内壁から出射開口に向かって
開口が次第に小となされるように形成された２以上の傾
斜面を備え、上記光伝搬部からの光を集光して出射開口
から出射する先鋭部とを備え、上記先鋭部の出射開口の
直径をＤ［ｎｍ］とし、αを１．０〜２．２の範囲内の
値を有する定数とし、λ［ｎｍ］を上記出射開口から出
射する光の波長としたとき、 Ｄ＝αλ／ｎ を満たすとともに、先鋭部の出射開口を、上記先鋭部の
内部における集光位置に設けられた微小開口とすること
を特徴とするものである。[0006] Another optical fiber probe according to the present invention, the refractive index is made of light-shielding coating layer formed around the cladding and the cladding formed around the core and the core of n, the incident A light propagating portion for propagating the light inside the core, and two or more inclined surfaces formed so that the opening is gradually reduced from the inner wall of the cladding toward the emission opening, and A sharp portion for condensing light and exiting from the exit aperture, wherein the diameter of the exit aperture of the sharp portion is D [nm], and α is a constant having a value in the range of 1.0 to 2.2. , Λ [nm] is the wavelength of the light emitted from the emission aperture, D = αλ / n is satisfied, and the emission aperture of the sharp part is formed by the minute aperture provided at the condensing position inside the sharp part. It is characterized by the following.
【０００７】このような光ファイバプローブは、上記式
を満たすような直径を有する出射開口を形成することに
より、光を集光して出射開口から光を出射する。[0007] Such an optical fiber probe forms an exit aperture having a diameter satisfying the above formula, thereby condensing light and exiting the light from the exit aperture.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【０００９】第１の実施の形態に係る光ファイバプロー
ブ１は、図１に示すように、コア２と、このコア２の周
囲に形成されたクラッド３と、クラッド３の周囲に形成
された遮光性被覆層４とからなる。As shown in FIG. 1, an optical fiber probe 1 according to a first embodiment has a core 2, a clad 3 formed around the core 2, and a light shield formed around the clad 3. And a conductive coating layer 4.
【００１０】コア２は、所定の屈折率ｎを有し、クラッ
ド３は、コアの屈折率ｎよりも小さい屈折率を有してい
る。このようにコア２及びクラッド３が形成されること
で、光ファイバプローブ１に入射されたレーザ光は、コ
ア２とクラッド３との境界で全反射しながら進行するこ
とになる。[0010] The core 2 has a predetermined refractive index n, and the cladding 3 has a refractive index smaller than the refractive index n of the core. By forming the core 2 and the clad 3 in this manner, the laser light incident on the optical fiber probe 1 travels while being totally reflected at the boundary between the core 2 and the clad 3.
【００１１】この光ファイバプローブ１は、上記コア
２，クラッド３，遮光性被覆層４からなる光伝搬部５
と、遮光性被覆層４の直径が光伝搬部５から先端に向か
って次第に小となされている先鋭部６とからなる。The optical fiber probe 1 has a light propagation section 5 composed of the core 2, cladding 3, and light-shielding coating layer 4.
And a sharpened portion 6 in which the diameter of the light-shielding coating layer 4 is gradually reduced from the light propagation portion 5 toward the tip.
【００１２】光伝搬部５は、所定の屈折率ｎを有するコ
ア２と、このコア２よりも低い屈折率を有するクラッド
３とからなる。光伝搬部５は、このように構成されるこ
とで、コア４内にレーザ光を伝搬させ、このレーザ光を
先鋭部３に導く。The light propagation section 5 includes a core 2 having a predetermined refractive index n and a clad 3 having a lower refractive index than the core 2. With such a configuration, the light propagation unit 5 propagates the laser light in the core 4 and guides the laser light to the sharp part 3.
【００１３】先鋭部６は、遮光性被覆層４と、遮光性被
覆層４の内周側に形成されたコア２とからなり、光を出
射する出射開口７の開口を狭くするように先鋭化されて
なる。この先鋭部６は、遮光性被覆層４の内壁を、光伝
搬部５のクラッド３の内壁とのなす第１の角度θ1を以
て形成することで、第１の傾斜面８を形成している。こ
のように遮光性被覆層４を形成することにより、先鋭部
６は、コア２の直径を光伝搬部５から出射開口７に向か
うに従って次第に小としている。The sharpened portion 6 comprises the light-shielding coating layer 4 and the core 2 formed on the inner peripheral side of the light-shielding coating layer 4, and is sharpened so as to narrow the opening of the emission opening 7 for emitting light. Be done. The sharpened tip 6, the inner wall of the light-shielding coating layer 4, by forming with a first angle theta 1 formed by the inner wall of the cladding 3 light propagating portion 5 forms a first inclined plane 8 . By forming the light-shielding coating layer 4 in this manner, the diameter of the core 2 of the sharpened portion 6 is gradually reduced from the light propagation portion 5 toward the emission opening 7.
【００１４】ここで、第１の角度θ1は、４５［゜］以
下であれば良く、４５［゜］〜１０［゜］の範囲内とな
るように第１の傾斜面８を形成することがさらに望まし
い。Here, the first angle θ 1 may be 45 [°] or less, and the first inclined surface 8 is formed so as to be within a range of 45 [°] to 10 [°]. Is more desirable.
【００１５】また、この光ファイバプローブ１では、α
を１．０〜２．２の範囲内の値を有する定数とし、λ
［ｎｍ］を出射する光の波長としたとき、 Ｄ＝αλ／ｎ （式１） を満たすように出射開口７の直径Ｄ［ｎｍ］が形成され
ている。In the optical fiber probe 1, α
Is a constant having a value in the range of 1.0 to 2.2, and λ
When [nm] is the wavelength of the emitted light, the diameter D [nm] of the emission opening 7 is formed so as to satisfy D = αλ / n (Equation 1).
【００１６】このように、上記式１を満たすような出射
開口７が形成された光ファイバプローブ１は、光伝搬部
５から伝搬されたレーザ光を、先鋭部６の内壁である第
１の傾斜面８で反射させることで集光し、出射開口７か
ら外部に出射する。As described above, the optical fiber probe 1 in which the emission aperture 7 satisfying the above formula 1 is formed, the laser beam propagated from the light propagation section 5 is converted into the first inclined wall 6 which is the inner wall of the sharp section 6. The light is condensed by being reflected by the surface 8 and is emitted to the outside through the emission opening 7.
【００１７】このような光ファイバプローブ１におい
て、出射開口７の直径Ｄが変化されたとき、出射開口７
の中心位置から出射されるレーザ光の光強度を図２に示
す。この光ファイバプローブ１においては、光伝搬部５
に入射されるレーザ光の波長λを約８３０［ｎｍ］と
し、第１の角度θ1を約１０［゜］とし、コア２の屈折
率を１．５３としたとき、出射開口７の直径Ｄが約６０
０［ｎｍ］〜１２００［ｎｍ］の範囲内において光強度
が高くなっていることがわかる。このとき、定数αは、
上記式１から算出すると、約１．０〜２．２となる。In such an optical fiber probe 1, when the diameter D of the exit aperture 7 is changed, the exit aperture 7
FIG. 2 shows the light intensity of the laser light emitted from the center position of the laser beam. In this optical fiber probe 1, the light propagation section 5
When the wavelength λ of the laser light incident on the laser beam is about 830 [nm], the first angle θ 1 is about 10 [゜], and the refractive index of the core 2 is 1.53, the diameter D of the exit aperture 7 is Is about 60
It can be seen that the light intensity is high in the range of 0 [nm] to 1200 [nm]. At this time, the constant α is
Calculated from the above equation 1, it is about 1.0 to 2.2.
【００１８】したがって、この光ファイバプローブ１で
は、定数αを１．０〜２．２の範囲内とするように出射
開口７の直径Ｄを形成することにより、より光強度を高
くすることができる。さらに、光ファイバプローブ１
は、定数αを約１．５程度とすることにより、出射開口
７からの光強度を最も高くすることができる。Therefore, in the optical fiber probe 1, the light intensity can be further increased by forming the diameter D of the exit aperture 7 so that the constant α is in the range of 1.0 to 2.2. . Further, the optical fiber probe 1
By setting the constant α to about 1.5, the light intensity from the emission aperture 7 can be maximized.
【００１９】つぎに、光ファイバプローブ１において出
射開口７からレーザ光を出射したときの近接場における
光強度分布を測定した結果を図３に示す。この図３は、
出射開口７の直径Ｄを１２００，１０００，７５０，５
５０［ｎｍ］としたときの光強度と、焦点位置からの距
離との関係を示す図である。Next, FIG. 3 shows the result of measuring the light intensity distribution in the near field when laser light is emitted from the emission opening 7 in the optical fiber probe 1. This FIG.
The diameter D of the exit aperture 7 is 1200, 1000, 750, 5
It is a figure which shows the relationship between the light intensity at the time of 50 [nm], and the distance from a focus position.
【００２０】この図３によれば、曲線ａで示した出射開
口７の直径Ｄが１２００［ｎｍ］のときでは、焦点位置
とは異なる２つの位置にレーザ光が集光されていること
がわかる。According to FIG. 3, when the diameter D of the emission aperture 7 shown by the curve a is 1200 [nm], it is understood that the laser light is focused on two positions different from the focal position. .
【００２１】また、曲線ｃで示した出射開口７の直径Ｄ
［ｎｍ］を７５０［ｎｍ］としたときでは、焦点位置に
高いピークがあり、かつ、非常に小さい幅でスポットが
形成されていることがわかる。The diameter D of the exit aperture 7 shown by the curve c
When [nm] is set to 750 [nm], it can be seen that there is a high peak at the focal position and a spot is formed with a very small width.
【００２２】出射開口７の直径を１０００［ｎｍ］とし
たときの曲線ｂでは、焦点位置及び焦点位置の両側に光
強度の弱いピークが発生していることが分かる。In the curve b when the diameter of the exit aperture 7 is 1000 [nm], it can be seen that a light intensity peak is generated on both sides of the focal position and the focal position.
【００２３】更に、曲線ｄで示した出射開口７の直径Ｄ
を５５０［ｎｍ］としたときでは、曲線ｂ及び曲線ｃで
示したピークよりも低いピークが存在していることがわ
かる。Further, the diameter D of the exit aperture 7 shown by the curve d
Is set to 550 [nm], it can be seen that there are peaks lower than the peaks shown by the curves b and c.
【００２４】このように、出射開口７の直径Ｄを１２０
０ｎｍとしたときには２つのスポットが形成され、出射
開口７の直径Ｄを７５０ｎｍとしたときには１つのスポ
ットが形成され、出射開口７の直径Ｄを１０００ｎｍと
したときには３つのスポットが形成されている。As described above, the diameter D of the exit aperture 7 is set to 120
When the diameter is 0 nm, two spots are formed. When the diameter D of the exit aperture 7 is 750 nm, one spot is formed. When the diameter D of the exit aperture 7 is 1000 nm, three spots are formed.
【００２５】このような結果より、出射開口７の直径Ｄ
を１０００［ｎｍ］，７５０［ｎｍ］としたとき、波長
８３０［ｎｍ］での回折限界を超えて集光位置にレーザ
光が集光されていることがわかる。すなわち、上述の式
１における定数αを約１．３〜２．０とし、出射開口７
の直径Ｄを７００［ｎｍ］〜１１００［ｎｍ］程度とす
ることにより、回折限界を超えて集光位置に複数のピー
クを有するレーザ光を集光することができる。From these results, the diameter D of the exit aperture 7 is
Is 1000 [nm] and 750 [nm], it can be seen that the laser light is focused on the focusing position beyond the diffraction limit at a wavelength of 830 [nm]. That is, the constant α in the above equation 1 is set to about 1.3 to 2.0, and
By setting the diameter D of the laser beam to about 700 [nm] to 1100 [nm], a laser beam having a plurality of peaks at a focus position beyond the diffraction limit can be collected.
【００２６】したがって、このような光ファイバプロー
ブ１によれば、上述の式１中のαを１．３〜２．０とし
て出射開口７の直径Ｄを変化させることにより、光強度
を高くし、かつ、回折限界を超えたスポットを形成する
ことができる。したがって、この光ファイバプローブ１
によれば、出射開口７の直径Ｄを変化させるとともに、
第１の角度θ1を変化させることで、集光効率及び被照
射物に形成するスポット径の最適化を図ることができ
る。Therefore, according to such an optical fiber probe 1, the light intensity can be increased by changing the diameter D of the exit aperture 7 by setting α in the above equation 1 to 1.3 to 2.0, and In addition, a spot exceeding the diffraction limit can be formed. Therefore, this optical fiber probe 1
According to this, while changing the diameter D of the exit aperture 7,
By changing the first angle θ 1 , it is possible to optimize the light collection efficiency and the spot diameter formed on the irradiation object.
【００２７】つぎに、第２の実施の形態に係る光ファイ
バプローブ１０について説明する。この光ファイバプロ
ーブ１０は、図４及び図５に示すように、第１の実施の
形態に係る光ファイバプローブ１と同様に、コア１１
と、このコア１１の周囲に形成されたクラッド１２と、
クラッド１２の周囲に形成された遮光性被覆層１３とか
らなる。また、この光ファイバプローブ１０は、レーザ
光を伝搬する光伝搬部１４と、この光伝搬部１４からの
レーザ光を集光して出射する先鋭部１５とからなる。な
お、図４は光ファイバプローブ１０の縦断面図であり、
図５は光ファイバプローブ１０の横断面図である。Next, an optical fiber probe 10 according to a second embodiment will be described. As shown in FIGS. 4 and 5, the optical fiber probe 10 has a core 11 similar to the optical fiber probe 1 according to the first embodiment.
And a clad 12 formed around the core 11;
And a light-shielding coating layer 13 formed around the clad 12. The optical fiber probe 10 includes a light transmitting portion 14 for transmitting laser light, and a sharp portion 15 for condensing and emitting the laser light from the light transmitting portion 14. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the optical fiber probe 10,
FIG. 5 is a cross-sectional view of the optical fiber probe 10.
【００２８】光伝搬部１４は、第１の実施の形態の光フ
ァイバプローブ１における光伝搬部５と同様の構成を有
する。The light propagation section 14 has the same configuration as the light propagation section 5 in the optical fiber probe 1 of the first embodiment.
【００２９】先鋭部１５は、遮光性被覆層１３と、遮光
性被覆層１３の内周側に形成されたコア１１とからな
り、レーザ光を出射する微小開口１６が先端に形成され
ている。この先鋭部１５は、第１の傾斜面１７と、第２
の傾斜面１８と、第３の傾斜面１９とが遮光性被覆層１
３の内壁により形成されてなり、光伝搬部１４から先端
に向かって開口が次第に小さくなるように形成されてい
る。The sharpened portion 15 is composed of a light-shielding coating layer 13 and a core 11 formed on the inner peripheral side of the light-shielding coating layer 13, and has a micro opening 16 for emitting laser light at the tip. The sharpened portion 15 is formed by the first inclined surface 17 and the second inclined surface 17.
Of the light-shielding coating layer 1 and the third inclined surface 19
3, and the opening is gradually reduced from the light propagation portion 14 toward the tip.
【００３０】第１の傾斜面１７は、クラッド１２の内壁
から先端側に向かって形成され、クラッド１２の内壁と
第１の角度θ11を以て形成される。第２の傾斜面１８
は、第１の傾斜面１７から先端側に向かって形成され、
遮光性被覆層１３の内壁と第２の角度θ12を以て形成さ
れる。第３の傾斜面１９は、第２の傾斜面１８から先端
側に向かって形成され、第３の角度θ13で略Ｖ字状に形
成される。The first inclined surface 17 is formed from the inner wall of the clad 12 toward the distal end, and is formed at a first angle θ 11 with the inner wall of the clad 12. Second inclined surface 18
Is formed from the first inclined surface 17 toward the distal end side,
It is formed at a second angle θ 12 with the inner wall of the light-shielding coating layer 13. Third inclined surface 19 is formed toward the distal end side from the second inclined surface 18 is formed into a substantially V-shape in the third angle theta 13.
【００３１】第１の角度θ11は１０［゜］〜４５［゜］
の範囲内となるように形成され、第２の角度θ12は５０
［゜］〜９０［゜］の範囲内となるように形成され、第
３の角度θ13は０［゜］〜３０［゜］の範囲内となるよ
うに形成される。このように光ファイバプローブ１０
は、第１の傾斜面１７、第２の傾斜面１８、第３の傾斜
面１９が形成されることで、先端に形成された微小開口
１６の直径が約１００［ｎｍ］以下となるように形成さ
れている。The first angle θ 11 is 10 [１０] to 45 [゜].
, And the second angle θ 12 is 50
The third angle θ 13 is formed so as to be within the range of [゜] to 90 [゜], and the third angle θ 13 is formed to be within the range of 0 [゜] to 30 [゜]. Thus, the optical fiber probe 10
The first inclined surface 17, the second inclined surface 18, and the third inclined surface 19 are formed so that the diameter of the minute opening 16 formed at the tip becomes about 100 [nm] or less. Is formed.
【００３２】この先鋭部１５は、図５に示すように、第
１の傾斜面１７と第２の傾斜面１８との境界線Ａにおけ
る直径Ｄを、第１の実施の形態の光ファイバプローブ１
と同様に、上述の式１で示す関係を満たすように形成さ
れている。As shown in FIG. 5, the sharp portion 15 has a diameter D at a boundary line A between the first inclined surface 17 and the second inclined surface 18 and the diameter D of the optical fiber probe 1 according to the first embodiment.
Similarly to the above, it is formed so as to satisfy the relationship represented by the above-described expression 1.
【００３３】また、この先鋭部１５は、クラッド１２と
第１の傾斜面１７の境界線Ｂと、境界線Ａとの高さ方向
における差Ｈ1が０．８μｍ〜１．２μｍの範囲内に形
成されている。また、境界線Ａと、第２の傾斜面１８と
第３の傾斜面１９との境界線Ｃとの高さ方向における差
Ｈ2が１５０［ｎｍ］〜２５０［ｎｍ］の範囲内に形成
されている。また、境界線Ｃと微小開口１６との高さ方
向の差Ｈ3が３００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］の範囲内
に形成されている。The sharp portion 15 has a difference H 1 in the height direction between the boundary line B between the cladding 12 and the first inclined surface 17 and the boundary line A within a range of 0.8 μm to 1.2 μm. Is formed. Further, the boundary line A, the difference H 2 in the height direction of the boundary line C between the second inclined surface 18 and third inclined surface 19 is formed in the range of 150 [nm] ~250 [nm] ing. The difference H 3 in the height direction of the boundary line C and the minute opening 16 is formed in the range of 300 [nm] ~400 [nm] .
【００３４】このような光ファイバプローブ１０は、光
伝搬部１４からレーザ光Ｌ１が入射されると、例えばコ
ア１１内から第２の傾斜面１８で反射して、微小開口１
６に向かってレーザ光を集光する。すなわち、この光フ
ァイバプローブ１０は、光伝搬部１４から先鋭部１５に
入射されたレーザ光を微小開口１６に導くような構成と
なされている。When the laser beam L1 is incident from the light propagation section 14, such an optical fiber probe 10 reflects the laser beam L1 from the inside of the core 11 on the second inclined surface 18, for example.
The laser beam is focused toward 6. That is, the optical fiber probe 10 is configured to guide the laser light incident on the sharp portion 15 from the light propagation section 14 to the minute aperture 16.
【００３５】また、この光ファイバプローブ１０は、式
１の定数αを１．０〜３．５の範囲内となるように境界
線Ａにおける直径Ｄが形成されているので、高い効率で
微小開口１６からレーザ光を出射することができるとと
もに、所望の集光位置に回折限界を超えてレーザ光を集
光することができる。また、この光ファイバプローブ１
０では、式１におけるαを３．０程度とすることがさら
に望ましい。この光ファイバプローブ１０は、第１の実
施の形態に係る光ファイバプローブ１とは異なり、微小
開口１６からレーザ光を出射するので、微小開口１６の
直径を変化させることで、微小開口１６から出射するレ
ーザ光を制限して、被照射物に形成するスポット径を変
化させることができる。In the optical fiber probe 10, the diameter D at the boundary A is formed so that the constant α in the equation 1 is in the range of 1.0 to 3.5. The laser beam can be emitted from the laser beam 16 and the laser beam can be focused at a desired focusing position beyond the diffraction limit. Also, this optical fiber probe 1
At 0, it is more desirable to set α in Equation 1 to about 3.0. Unlike the optical fiber probe 1 according to the first embodiment, the optical fiber probe 10 emits laser light from the minute opening 16, so that the diameter of the minute opening 16 is changed to emit the laser light from the minute opening 16. It is possible to change the spot diameter formed on the irradiation object by limiting the laser beam to be irradiated.
【００３６】つぎに、第１〜第３の傾斜面が形成された
光ファイバプローブ１０について、微小開口１６の直径
［ｎｍ］を変化させたときの出射効率を測定した結果を
図６に示す。この図６は、第１の実施の形態に係る光フ
ァイバプローブ１について出射開口の直径Ｄを変化させ
たときの特性を白丸で示し、第２の実施の形態に係る光
ファイバプローブ１０の特性を黒丸で示す。Next, with respect to the optical fiber probe 10 on which the first to third inclined surfaces are formed, the result of measuring the emission efficiency when the diameter [nm] of the minute aperture 16 is changed is shown in FIG. FIG. 6 shows the characteristics of the optical fiber probe 1 according to the first embodiment when the diameter D of the exit aperture is changed by white circles, and shows the characteristics of the optical fiber probe 10 according to the second embodiment. Shown by black circles.
【００３７】この図６によれば、第１の実施の形態に係
る光ファイバプローブ１は、出射開口７の直径Ｄが約３
００［ｎｍ］以上のときには高い出射効率を示し、直径
Ｄが約３００［ｎｍ］以下となると、出射効率が急激に
低下していることがわかる。According to FIG. 6, the optical fiber probe 1 according to the first embodiment has a diameter D of the exit aperture 7 of about 3 mm.
It can be seen that when the diameter D is equal to or greater than 00 [nm], the emission efficiency is high, and when the diameter D is equal to or less than about 300 [nm], the emission efficiency sharply decreases.
【００３８】一方、第２の実施の形態に係る光ファイバ
プローブ１０は、微小開口１６の直径が約１００［ｎ
ｍ］以下となっても出射効率が急激に低下しておらず、
直径が約５０［ｎｍ］程度の微小開口１６となっても、
高い出射効率でレーザ光を出射させることができ、か
つ、被照射物に微小径のスポットを形成することができ
る。On the other hand, in the optical fiber probe 10 according to the second embodiment, the diameter of the minute aperture 16 is about 100 [n].
m] or less, the emission efficiency does not decrease sharply,
Even if the micro aperture 16 has a diameter of about 50 [nm],
A laser beam can be emitted with high emission efficiency, and a spot having a small diameter can be formed on an irradiation object.
【００３９】したがって、この第２の実施の形態に係る
光ファイバプローブ１０は、第１〜第３の角度θ11，θ
12，θ13、境界線Ａにおける直径Ｄ、微小開口１６の直
径を変化させることにより、出射効率及び被照射物に形
成するスポット径の最適化を図ることができる。Accordingly, the optical fiber probe 10 according to the second embodiment has the first to third angles θ 11 and θ 11 .
12 , θ 13 , the diameter D at the boundary line A, and the diameter of the minute opening 16 can be changed to optimize the emission efficiency and the spot diameter formed on the irradiation object.
【００４０】また、この第２の実施の形態に係る光ファ
イバプローブ１０は、上述のように、第１〜第３の角度
θ11，θ12，θ13、境界線Ａにおける直径Ｄを最適化
し、高さＨ1〜Ｈ3を変化させ、微小開口１６の直径を１
００［ｎｍ］以下とすることにより、従来の開口型プロ
ーブよりも、約１０００倍程度の効率でレーザ光を出射
させることができる。The optical fiber probe 10 according to the second embodiment optimizes the first to third angles θ 11 , θ 12 , θ 13 and the diameter D at the boundary line A as described above. , The heights H 1 to H 3 are changed, and the diameter of the minute opening 16 is set to 1
By setting the diameter to be equal to or less than 00 [nm], laser light can be emitted with an efficiency of about 1000 times that of a conventional aperture probe.
【００４１】[0041]
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る光ファイバプローブは、屈折率がｎのコアと上記コア
の周囲に形成されたクラッドと上記クラッドの周囲に形
成された遮光性被覆層からなり、入射された光を上記コ
ア内部で伝搬する光伝搬部と、上記光伝搬部側から上記
遮光性被覆層の開口が次第に小となされ、上記光伝搬部
からの光を集光して、複数の光ピークを有する光を出射
開口から出射する先鋭部とを備え、上記先鋭部の出射開
口の直径をＤ［ｎｍ］とし、αを１．０〜２．２の範囲
内の値を有する定数とし、λ［ｎｍ］を上記出射開口か
ら出射する光の波長としたとき、 Ｄ＝αλ／ｎ を満たすので、出射開口から出射する複数の光ピークを
有する光の効率を調整することができるとともに、光伝
搬部からの複数の光ピークを有する光を集光して出射開
口から出射することができる。As described above in detail, the optical fiber probe according to the present invention comprises a core having a refractive index of n, a clad formed around the core, and a light-shielding coating formed around the clad. Layer, and the incident light is
(A) The light propagation portion that propagates inside, the opening of the light-shielding coating layer is gradually reduced from the light propagation portion side, and the light from the light propagation portion is condensed to form light having a plurality of light peaks. A sharp portion that emerges from the exit aperture, the diameter of the exit aperture of the sharp portion is D [nm], α is a constant having a value in the range of 1.0 to 2.2, and λ [nm] is Assuming that the wavelength of the light exiting from the exit aperture is D = αλ / n, it is possible to adjust the efficiency of light having a plurality of light peaks exiting from the exit aperture, The light having the above light peak can be collected and emitted from the emission aperture.
【００４２】また、本発明に係る他の光ファイバプロー
ブは、屈折率がｎのコアと上記コアの周囲に形成された
クラッドと上記クラッドの周囲に形成された遮光性被覆
層からなり、入射された光を上記コア内部で伝搬する光
伝搬部と、上記クラッドの内壁から出射開口に向かって
開口が次第に小となされるように形成された２以上の傾
斜面を備え、上記光伝搬部からの光を集光して出射開口
から出射する先鋭部とを備え、上記先鋭部の出射開口の
直径をＤ［ｎｍ］とし、αを１．０〜２．２の範囲内の
値を有する定数とし、λ［ｎｍ］を上記出射開口から出
射する光の波長としたとき、 Ｄ＝αλ／ｎ を満たすとともに、先鋭部の出射開口を、上記先鋭部の
内部における集光位置に設けられた微小開口とするの
で、出射開口から出射する複数の光ピークを有する光の
効率を調整することができるとともに、光伝搬部からの
複数の光ピークを有する光を集光して出射開口から出射
することができる。Further, another optical fiber probe according to the present invention, the refractive index is made of light-shielding coating layer formed around the cladding and the cladding formed around the core and the core of n, the incident A light propagating portion for propagating the light inside the core, and two or more inclined surfaces formed so that the opening is gradually reduced from the inner wall of the cladding toward the emission opening, and A sharp portion for condensing light and exiting from the exit aperture, wherein the diameter of the exit aperture of the sharp portion is D [nm], and α is a constant having a value in the range of 1.0 to 2.2. , Λ [nm] is the wavelength of the light emitted from the emission aperture, D = αλ / n is satisfied, and the emission aperture of the sharp part is formed by the minute aperture provided at the condensing position inside the sharp part. Therefore, a plurality of lights emitted from the emission aperture The efficiency of the light having the peak can be adjusted, and the light having a plurality of light peaks from the light propagation portion can be collected and emitted from the emission aperture.
【図１】第１の実施の形態に係る光ファイバプローブを
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an optical fiber probe according to a first embodiment.
【図２】第１の実施の形態に係る光ファイバプローブに
おいて、出射開口の直径Ｄの大きさと、光強度との関係
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a size of a diameter D of an exit aperture and a light intensity in the optical fiber probe according to the first embodiment.
【図３】第１の実施の形態に係る光ファイバプローブに
おいて、焦点位置からの距離と、焦点位置における光強
度との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a distance from a focus position and light intensity at the focus position in the optical fiber probe according to the first embodiment.
【図４】第２の実施の形態に係る光ファイバプローブを
示す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an optical fiber probe according to a second embodiment.
【図５】第２の実施の形態に係る光ファイバプローブを
示す横断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an optical fiber probe according to a second embodiment.
【図６】第１の実施の形態に係る光ファイバプローブの
直径Ｄ、第２の実施の形態に係る光ファイバプローブの
微小開口の直径を変化させたときの出射効率を示す図で
ある。FIG. 6 is a diagram illustrating emission efficiency when the diameter D of the optical fiber probe according to the first embodiment and the diameter of the minute aperture of the optical fiber probe according to the second embodiment are changed.
【図７】従来の光ファイバプローブを示す断面図であ
る。FIG. 7 is a sectional view showing a conventional optical fiber probe.
１，１０ 光ファイバプローブ、２，１１ コア、３，
１２ クラッド、４，１３ 遮光性被覆層、５，１４
光伝搬部、６，１５ 先鋭部、７ 出射開口、８第１の
傾斜面、１６ 微小開口、１７ 第１の傾斜面、１８
第２の傾斜面、１９ 第３の傾斜面1,10 Optical fiber probe, 2,11 core, 3,
12 clad, 4,13 light-shielding coating layer, 5,14
Light propagation part, 6,15 sharp part, 7 exit aperture, 8 first inclined plane, 16 minute aperture, 17 first inclined plane, 18
2nd slope, 19 3rd slope
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−261039（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−243649（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−146126（ＪＰ，Ａ) 米国特許5485536（ＵＳ，Ａ) 物部秀二、外１名，“高い透過効率を 持つ近接場光学顕微鏡用ファイバープロ ーブ作製法”，応用物理学会学術講演会 予稿集，応用物理学会，1996年９月７ 日，第57回，第３分冊，ｐ778 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G01B 11/30 G02B 6/10 H01J 37/28 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-7-261039 (JP, A) JP-A-9-243649 (JP, A) JP-A-7-146126 (JP, A) US Patent 5,485,536 (US) , A) Shuji Monobe and one other, “Fiber probe fabrication method with high transmission efficiency for near-field optical microscope”, Proceedings of the Japan Society of Applied Physics, Japan Society of Applied Physics, September 7, 1996. 57th, 3rd volume, p778 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 13/10-13/24 G01B 11/30 G02B 6/10 H01J 37/28 JICST file (JOIS ) WPI / L (QUESTEL)
Claims (7)
成されたクラッドと上記クラッドの周囲に形成された遮
光性被覆層からなり、入射された光を上記コア内部で伝
搬する光伝搬部と、 上記光伝搬部側から上記遮光性被覆層の開口が次第に小
となされ、上記光伝搬部からの光を集光して、複数の光
ピークを有する光を出射開口から出射する先鋭部とを備
え、 上記先鋭部の出射開口の直径をＤ［ｎｍ］とし、αを
１．０〜２．２の範囲内の値を有する定数とし、λ［ｎ
ｍ］を上記出射開口から出射する光の波長としたとき、 Ｄ＝αλ／ｎ （式１） を満たすことを特徴とする光ファイバプローブ。1. A Ri Do of a light-shielding coating layer formed around the cladding and the cladding formed around the core and the core index of refraction n, transfer the incident light inside the core
The light propagation portion to be conveyed, the opening of the light-shielding coating layer is gradually reduced from the light propagation portion side, the light from the light propagation portion is condensed, and the light having a plurality of light peaks is emitted from the emission opening. A sharp portion that emits light, the diameter of the emission opening of the sharp portion is D [nm], α is a constant having a value in the range of 1.0 to 2.2, and λ [n
m] represents the wavelength of light emitted from the emission aperture, and D = αλ / n (Equation 1).
成されたクラッドと上記クラッドの周囲に形成された遮
光性被覆層からなり、入射された光を上記コア内部で伝
搬する光伝搬部と、 上記クラッドの内壁から出射開口に向かって開口が次第
に小となされるように形成された２以上の傾斜面を備
え、上記光伝搬部からの光を集光して出射開口から出射
する先鋭部とを備え、 上記先鋭部の出射開口の直径をＤ［ｎｍ］とし、αを
１．０〜２．２の範囲内の値を有する定数とし、λ［ｎ
ｍ］を上記出射開口から出射する光の波長としたとき、 Ｄ＝αλ／ｎ （式１） を満たすとともに、先鋭部の出射開口を、上記先鋭部の
内部における集光位置に設けられた微小開口とすること
を特徴とする光ファイバプローブ。2. A core having a refractive index of n, a clad formed around the core, and a light-shielding coating layer formed around the clad, wherein incident light is transmitted inside the core.
A light propagating portion to be conveyed ; and two or more inclined surfaces formed so that an opening is gradually reduced from the inner wall of the cladding toward the exit opening, and condenses and emits light from the light propagating portion. A sharp portion that exits from the opening, the diameter of the exit opening of the sharp portion is D [nm], α is a constant having a value in the range of 1.0 to 2.2, and λ [n
m] is the wavelength of light emitted from the above-mentioned exit aperture, D = αλ / n (Equation 1) is satisfied, and the exit aperture of the sharp part is provided at the light-condensing position provided inside the sharp part. An optical fiber probe having an opening.
に向かって開口が次第に小となされるように形成された
第１の傾斜面と、 上記第１の傾斜面から出射開口側に向かって開口が次第
に小となされるように形成された第２の傾斜面とを少な
くとも有し、 上記第１の傾斜面と第２の傾斜面との接続位置における
直径をＤ［ｎｍ］とし、上記αを１〜３．５の範囲内を
有する定数としたとき、上記式１を満たすように形成さ
れていることを特徴とする請求項２記載の光ファイバプ
ローブ。3. A first inclined surface formed such that an opening is gradually reduced from an inner wall of the cladding toward an emission opening, and an opening is formed from the first inclined surface toward an emission opening. Has at least a second inclined surface formed so that is gradually reduced, a diameter at a connection position between the first inclined surface and the second inclined surface is D [nm], and the α is The optical fiber probe according to claim 2 , wherein the optical fiber probe is formed so as to satisfy Expression 1 when a constant having a range of 1 to 3.5 is set.
１の角度を有し、上記光伝搬部から出射開口側に向かっ
て開口が次第に小となされるように形成された第１の傾
斜面と、 上記クラッドの内壁と第２の角度を有し、上記第１の傾
斜面から出射開口側に向かって開口が次第に小となされ
るように形成された第２の傾斜面と、 上記クラッドの内壁と第３の角度を有し、上記第２の傾
斜面から出射開口側に向かって開口が次第に小となされ
るように形成された第３の傾斜面とを備えることを特徴
とする請求項２記載の光ファイバプローブ。4. The first inclined portion has a first angle with the inner wall of the cladding, and has a first slope formed so that an opening is gradually reduced from the light propagation portion toward an emission opening side. A second inclined surface having a second angle with respect to the inner wall of the clad, the opening being gradually reduced from the first inclined surface toward the exit opening side; And a third inclined surface having a third angle with the inner wall of the second inclined surface and having an opening gradually reduced from the second inclined surface toward the emission opening side. Item 3. The optical fiber probe according to Item 2 .
１０［゜］〜４５［゜］の範囲内となるように形成され
ることを特徴とする請求項４記載の光ファイバプロー
ブ。5. The optical fiber according to claim 4, wherein the first inclined surface is formed such that the first angle is within a range of 10 [゜] to 45 [゜]. probe.
５０［゜］〜９０［゜］の範囲内となるように形成され
ることを特徴とする請求項４記載の光ファイバプロー
ブ。6. The optical fiber according to claim 4, wherein the second inclined surface is formed such that the second angle is within a range of 50 [゜] to 90 [゜]. probe.
０［゜］〜２０［゜］の範囲内となるように形成される
ことを特徴とする請求項４記載の光ファイバプローブ。7. The optical fiber according to claim 4, wherein the third inclined surface is formed such that the third angle is in a range of 0 [゜] to 20 [゜]. probe.
Priority Applications (1)
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| JP10075735A JP3053380B2 (en) | 1998-03-24 | 1998-03-24 | Optical fiber probe |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH11271339A JPH11271339A (en) | 1999-10-08 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP3053380B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7274012B2 (en) | 2004-07-12 | 2007-09-25 | Ricoh Company, Ltd. | Optical fiber probe, light detection device, and light detection method |
Families Citing this family (3)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 物部秀二、外１名，"高い透過効率を持つ近接場光学顕微鏡用ファイバープローブ作製法"，応用物理学会学術講演会予稿集，応用物理学会，１９９６年９月７日，第５７回，第３分冊，ｐ７７８ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7274012B2 (en) | 2004-07-12 | 2007-09-25 | Ricoh Company, Ltd. | Optical fiber probe, light detection device, and light detection method |
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| JPH11271339A (en) | 1999-10-08 |
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