JP3335892B2 - 光ファイバプローブの製造方法 - Google Patents
光ファイバプローブの製造方法Info
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- JP3335892B2 JP3335892B2 JP26686897A JP26686897A JP3335892B2 JP 3335892 B2 JP3335892 B2 JP 3335892B2 JP 26686897 A JP26686897 A JP 26686897A JP 26686897 A JP26686897 A JP 26686897A JP 3335892 B2 JP3335892 B2 JP 3335892B2
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Description
【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する光プローブ等として使用される
光ファイバプローブの製造方法に関する。
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する光プローブ等として使用される
光ファイバプローブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常の光学顕微鏡により得られる画像の
分解能は、回折限界（光の波長）によって制限される。
分解能は、回折限界（光の波長）によって制限される。
【０００３】これに対して、ナノメートルサイズの構造
を持つプローブを備えた近接場光学顕微鏡を用いれば、
光の波長を超えた分解能を持つ光学画像を得ることがで
きる。さらに、この近接場光学顕微鏡技術を利用するこ
とにより、ナノメートル級の分解能で、例えば生体試
料、半導体試料、光メモリ材料、感光性材料等の物体の
形状測定や分光計測、さらにはメモリ操作（書き込み／
読み出し／消去）、光加工などを行うことができる。
を持つプローブを備えた近接場光学顕微鏡を用いれば、
光の波長を超えた分解能を持つ光学画像を得ることがで
きる。さらに、この近接場光学顕微鏡技術を利用するこ
とにより、ナノメートル級の分解能で、例えば生体試
料、半導体試料、光メモリ材料、感光性材料等の物体の
形状測定や分光計測、さらにはメモリ操作（書き込み／
読み出し／消去）、光加工などを行うことができる。
【０００４】ここで、近接場光学顕微鏡の一例を図６に
示す。この近接場光学顕微鏡１００は、物体表面からの
距離が光の波長よりも小さい、極めて近接した領域に局
在するエバネッセント光を検出して物体の形状を測定す
るものである。
示す。この近接場光学顕微鏡１００は、物体表面からの
距離が光の波長よりも小さい、極めて近接した領域に局
在するエバネッセント光を検出して物体の形状を測定す
るものである。
【０００５】具体的には、この近接場光学顕微鏡１００
では、全反射条件下で物体１０３にレーザ光１０２が照
射されることにより生じたエバネッセント光１０２ａ
を、プローブ１０４のナノメートルサイズの先鋭部５の
先端によって散乱させる。この近接場光学顕微鏡１００
では、プローブ１０４が光ファイバで構成されており、
この光ファイバプローブ１０４の先鋭部１０５によって
散乱された光が当該先鋭部１０５を通じて光ファイバの
コアに導かれる。そして、コア内に導かれた光は、コア
内を伝搬し、光ファイバのもう一方の端部（出射端）か
ら出射し、検出器により検出される。そして、このと
き、光ファイバプローブ１０４を物体１０３上で走査さ
せることにより、２次元的な検出光の画像を得ることが
できる。
では、全反射条件下で物体１０３にレーザ光１０２が照
射されることにより生じたエバネッセント光１０２ａ
を、プローブ１０４のナノメートルサイズの先鋭部５の
先端によって散乱させる。この近接場光学顕微鏡１００
では、プローブ１０４が光ファイバで構成されており、
この光ファイバプローブ１０４の先鋭部１０５によって
散乱された光が当該先鋭部１０５を通じて光ファイバの
コアに導かれる。そして、コア内に導かれた光は、コア
内を伝搬し、光ファイバのもう一方の端部（出射端）か
ら出射し、検出器により検出される。そして、このと
き、光ファイバプローブ１０４を物体１０３上で走査さ
せることにより、２次元的な検出光の画像を得ることが
できる。
【０００６】また、この近接場光学顕微鏡１００で用い
られる光ファイバプローブ１０４としては、円錐状に形
成された先鋭部の先端がナノメートルサイズとなされた
もの（いわゆるチッププローブ）の他、例えば図７に示
すような先鋭部１０５の先端を除いて金属等からなる遮
光性被膜層１０６を形成したもの（いわゆる開口プロー
ブ）も使用することができる。この開口プローブでは、
遮光性被膜層１０６が形成された部分では散乱光が通過
せず、遮光性被膜層１０６が形成されていない先端のみ
を光が通過する。つまり、先鋭部５を被覆する遮光性被
膜層１０６の開口部６ａから露出した先端をもつファイ
バが上述の光ファイバプローブ１０４として使用され
る。
られる光ファイバプローブ１０４としては、円錐状に形
成された先鋭部の先端がナノメートルサイズとなされた
もの（いわゆるチッププローブ）の他、例えば図７に示
すような先鋭部１０５の先端を除いて金属等からなる遮
光性被膜層１０６を形成したもの（いわゆる開口プロー
ブ）も使用することができる。この開口プローブでは、
遮光性被膜層１０６が形成された部分では散乱光が通過
せず、遮光性被膜層１０６が形成されていない先端のみ
を光が通過する。つまり、先鋭部５を被覆する遮光性被
膜層１０６の開口部６ａから露出した先端をもつファイ
バが上述の光ファイバプローブ１０４として使用され
る。
【０００７】以上に説明したように近接場光学顕微鏡で
は、物体上に生成したエバネッセント光をプローブによ
って集めるものであり、コレクションモードと称され
る。
は、物体上に生成したエバネッセント光をプローブによ
って集めるものであり、コレクションモードと称され
る。
【０００８】この他、近接場光学顕微鏡としては、プロ
ーブの先端に生じされたエバネッセント光によって物体
を局所的に照らすことにより光学画像を得るイルミネー
ションモードや、プローブの先端に生じさせたエバネッ
セント光で物体を局所的に照らすとともに、プローブの
先端によって散乱された光をプローブを通じて検出する
イルミネーション・コレクションモードが知られてい
る。
ーブの先端に生じされたエバネッセント光によって物体
を局所的に照らすことにより光学画像を得るイルミネー
ションモードや、プローブの先端に生じさせたエバネッ
セント光で物体を局所的に照らすとともに、プローブの
先端によって散乱された光をプローブを通じて検出する
イルミネーション・コレクションモードが知られてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
近接場光学顕微鏡における物体とプローブの間のエネル
ギーの移動の現象は、それらの分極間の近距離相互作用
として理解される。物体とプローブの間で効果的な相互
作用が生じる条件としては、第１に物体とプローブと大
きさが近いこと、第２に物体とプローブの間の距離がプ
ローブの大きさ以下であることである。ここでプローブ
の大きさとは、上記近接場光学顕微鏡１００において
は、先鋭部５の先端径を意味する。従って、近接場光学
顕微鏡の最高分解能は、プローブの先端径によって決定
される。このことから、近接場光学顕微鏡では、高分解
能を得るために先端をより先鋭化したプローブが求めら
れている。
近接場光学顕微鏡における物体とプローブの間のエネル
ギーの移動の現象は、それらの分極間の近距離相互作用
として理解される。物体とプローブの間で効果的な相互
作用が生じる条件としては、第１に物体とプローブと大
きさが近いこと、第２に物体とプローブの間の距離がプ
ローブの大きさ以下であることである。ここでプローブ
の大きさとは、上記近接場光学顕微鏡１００において
は、先鋭部５の先端径を意味する。従って、近接場光学
顕微鏡の最高分解能は、プローブの先端径によって決定
される。このことから、近接場光学顕微鏡では、高分解
能を得るために先端をより先鋭化したプローブが求めら
れている。
【００１０】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、高分解能を持つ光学画像を得ることがで
きる光ファイバプローブの製造方法を提供することを目
的とする。
たものであり、高分解能を持つ光学画像を得ることがで
きる光ファイバプローブの製造方法を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、単
一コアの周りにクラッドが設けられた光ファイバの一端
に、化学エッチングを行って、クラッドに対してコアが
円錐状に突出した先鋭部を形成する第１の工程と、上記
第１の工程により形成された先鋭部に対して、先端側か
ら軸方向にイオンビームを照射して、上記先鋭部が軸対
称になるように更に先鋭化する第２の工程と、上記第２
の工程により軸対称に先鋭化された上記先鋭部を有する
上記光ファイバの一端に化学エッチングを行って、先端
側から１段目のテーパ面の根元径がコア径より短く、２
段目の傾斜角が１段目の傾斜角より大きく、３段目の傾
斜角が２段目の傾斜角より小さい、３つの傾斜角を持つ
先鋭部を単一コア先端に形成する第３の工程とを有する
ことを特徴とする。
め、本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、単
一コアの周りにクラッドが設けられた光ファイバの一端
に、化学エッチングを行って、クラッドに対してコアが
円錐状に突出した先鋭部を形成する第１の工程と、上記
第１の工程により形成された先鋭部に対して、先端側か
ら軸方向にイオンビームを照射して、上記先鋭部が軸対
称になるように更に先鋭化する第２の工程と、上記第２
の工程により軸対称に先鋭化された上記先鋭部を有する
上記光ファイバの一端に化学エッチングを行って、先端
側から１段目のテーパ面の根元径がコア径より短く、２
段目の傾斜角が１段目の傾斜角より大きく、３段目の傾
斜角が２段目の傾斜角より小さい、３つの傾斜角を持つ
先鋭部を単一コア先端に形成する第３の工程とを有する
ことを特徴とする。
【００１２】本発明に係る光ファイバプローブの製造方
法では、伝搬される光の波長に応じて上記２段目の傾斜
角を調整する。
法では、伝搬される光の波長に応じて上記２段目の傾斜
角を調整する。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【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説明する。
て、図面を参照しながら説明する。
【００２２】まず、後に説明する製造工程に基づき形成
される光ファイバプローブについて説明する。
される光ファイバプローブについて説明する。
【００２３】この実施の形態に係る光ファイバプローブ
は、物体上にエバネッセント光を励起し、そのエバネッ
セント光の散乱光を検出することにより光の画像を得る
近接場光学顕微鏡に使用される。
は、物体上にエバネッセント光を励起し、そのエバネッ
セント光の散乱光を検出することにより光の画像を得る
近接場光学顕微鏡に使用される。
【００２４】この光ファイバプローブは、イルミネーシ
ョンモードの近接場光学顕微鏡においては、光の波長よ
り小さい波長領域において物体を照らすための照明、す
なわちエバネッセント光の照明として機能する。また、
コレクションモードの近接場光学顕微鏡においては、物
体上に励起されたエバネッセント光を散乱する散乱物と
して機能するとともに、散乱光を検出器に導くための導
波路として働く。また、イルミネーション・コレクショ
ンモードにおいては、照明と散乱物の両方として働く。
ョンモードの近接場光学顕微鏡においては、光の波長よ
り小さい波長領域において物体を照らすための照明、す
なわちエバネッセント光の照明として機能する。また、
コレクションモードの近接場光学顕微鏡においては、物
体上に励起されたエバネッセント光を散乱する散乱物と
して機能するとともに、散乱光を検出器に導くための導
波路として働く。また、イルミネーション・コレクショ
ンモードにおいては、照明と散乱物の両方として働く。
【００２５】また、この光ファイバプローブは、例え
ば、図１に示すような構造となっている。すなわち、こ
の光ファイバプローブ１０は、コア１１に回りにクラッ
ド１２が形成されてなる光ファイバよりなっている。そ
して、この光ファイバプローブ１０の一端には、３つの
傾斜角を持つ３段階に傾斜された軸対称の先鋭部が形成
されている。以下、この先鋭部１３を構成する角傾斜角
α、β、γを有する面を、先端側から第１のテーパ面１
３ａ、第２のテーパ面１３ｂ、第３のテーパ面１３ｃと
称する。
ば、図１に示すような構造となっている。すなわち、こ
の光ファイバプローブ１０は、コア１１に回りにクラッ
ド１２が形成されてなる光ファイバよりなっている。そ
して、この光ファイバプローブ１０の一端には、３つの
傾斜角を持つ３段階に傾斜された軸対称の先鋭部が形成
されている。以下、この先鋭部１３を構成する角傾斜角
α、β、γを有する面を、先端側から第１のテーパ面１
３ａ、第２のテーパ面１３ｂ、第３のテーパ面１３ｃと
称する。
【００２６】このように３つの傾斜角を持つ３段階に傾
斜された光ファイバプローブ１０の先鋭部１３では、第
１のテーパ面１３ａの傾斜角αを小さい角度にすること
で実効的な開口径が微小化し、分解能が向上する。この
とき、先鋭部１３が１つの傾斜角で円錐状に先鋭化され
ている場合には、この傾斜角が小さくなるほど、光の損
失が大きくなり透過効率が低下する。これに対して、こ
のように３つの傾斜角を有する３段階に傾斜された先鋭
部１３では、第１のテーパ面１３ａの傾斜角αを小さい
角度にしても、第２のテーパ面１３ｂの傾斜角βを調整
することで光の透過効率を上げることができる。つま
り、この光ファイバプローブ１０では、光の透過効率を
充分に得ながら、分解能の増強を図ることができる。こ
のような効果を得るためには、第２のテーパ面１３ｂの
傾斜角βが例えば３０゜〜９０゜がよく、第１のテーパ
面１３ａの傾斜角αと第３のテーパ面１３ｃの傾斜角γ
がこの傾斜角βよりも小さい角度であるのが望ましい。
斜された光ファイバプローブ１０の先鋭部１３では、第
１のテーパ面１３ａの傾斜角αを小さい角度にすること
で実効的な開口径が微小化し、分解能が向上する。この
とき、先鋭部１３が１つの傾斜角で円錐状に先鋭化され
ている場合には、この傾斜角が小さくなるほど、光の損
失が大きくなり透過効率が低下する。これに対して、こ
のように３つの傾斜角を有する３段階に傾斜された先鋭
部１３では、第１のテーパ面１３ａの傾斜角αを小さい
角度にしても、第２のテーパ面１３ｂの傾斜角βを調整
することで光の透過効率を上げることができる。つま
り、この光ファイバプローブ１０では、光の透過効率を
充分に得ながら、分解能の増強を図ることができる。こ
のような効果を得るためには、第２のテーパ面１３ｂの
傾斜角βが例えば３０゜〜９０゜がよく、第１のテーパ
面１３ａの傾斜角αと第３のテーパ面１３ｃの傾斜角γ
がこの傾斜角βよりも小さい角度であるのが望ましい。
【００２７】なお、例えば、第１のテーパ面１３ａ、第
２のテーパ面１３ｂ、第３のテーパ面１３ｃの傾斜角や
外径は、次の範囲となされるのが良い。
２のテーパ面１３ｂ、第３のテーパ面１３ｃの傾斜角や
外径は、次の範囲となされるのが良い。
【００２８】まず、第２のテーパ面１３ｂでは、上述の
如く傾斜角３０゜〜９０゜であるのが望ましい。また、
第２のテーパ面の根元径ｄ2は、伝搬される光の波長以
上であるのが望ましい。
如く傾斜角３０゜〜９０゜であるのが望ましい。また、
第２のテーパ面の根元径ｄ2は、伝搬される光の波長以
上であるのが望ましい。
【００２９】例えば、第１のテーパ面１３ａでは、傾斜
角αが３０゜以下であるのが望ましい。また、第１のテ
ーパ面１３ａの根元径ｄ1は、第２のテーパ面１３ｂの
根元径ｄ2以下でありかつ伝搬される光の波長以下、例
えば、５０〜１００ｎｍ程度であるのが望ましい。
角αが３０゜以下であるのが望ましい。また、第１のテ
ーパ面１３ａの根元径ｄ1は、第２のテーパ面１３ｂの
根元径ｄ2以下でありかつ伝搬される光の波長以下、例
えば、５０〜１００ｎｍ程度であるのが望ましい。
【００３０】さらに、第３のテーパ面１３ｃでは、傾斜
角γが例えば１０゜〜３０゜程度であるのが望ましい。
角γが例えば１０゜〜３０゜程度であるのが望ましい。
【００３１】次に、このような３つの傾斜角を持つ３段
階に傾斜された先鋭部１３を有する光ファイバプローブ
１０の製造方法について、図２及び図３を用いて説明す
る。具体的には、光ファイバ１５は、図２（ａ）に示す
ようにコア１６の周りにクラッド１７が設けられた単一
コアでありかつ単一クラッドで構成される光ファイバ１
５を用いて製造する方法について説明する。なお、本発
明に係る光ファイバプローブの製造方法では、光ファイ
バの構造は特に限定されない。
階に傾斜された先鋭部１３を有する光ファイバプローブ
１０の製造方法について、図２及び図３を用いて説明す
る。具体的には、光ファイバ１５は、図２（ａ）に示す
ようにコア１６の周りにクラッド１７が設けられた単一
コアでありかつ単一クラッドで構成される光ファイバ１
５を用いて製造する方法について説明する。なお、本発
明に係る光ファイバプローブの製造方法では、光ファイ
バの構造は特に限定されない。
【００３２】ここで、光ファイバ１５の材料構成は、具
体的には、次の通りである。
体的には、次の通りである。
【００３３】 コア１６ ：ＧｅＯ2添加ＳｉＯ2 クラッド１７：純粋ＳｉＯ2 コア径 ：３μｍ クラッド径 ：１２５μｍ また、以下に説明する第１の工程と第３の工程では、光
ファイバ１５の先鋭化を行うため、化学エッチングを行
うが、これらの工程で用いられるエッチング液は、次の
ようなものが適当である。
ファイバ１５の先鋭化を行うため、化学エッチングを行
うが、これらの工程で用いられるエッチング液は、次の
ようなものが適当である。
【００３４】４０重量％ＮＨ4Ｆ水溶液：５０重量％Ｆ
Ｈ酸：Ｈ2Ｏ（体積比）がＸ：１：１のフッ酸緩衝溶液 このような光ファイバ１５に対し、上述したフッ酸緩衝
溶液を用いることにより、コア１６の溶解速度をＲ1、
クラッド１７の溶解速度をＲ2とした場合、Ｒ1＜Ｒ2の
条件を満たすこととなる。すなわち、本発明において
は、エッチング溶液は、光ファイバの材料構成により選
択され、コアの溶解速度がクラッドの溶解速度より遅く
なるように選択される。
Ｈ酸：Ｈ2Ｏ（体積比）がＸ：１：１のフッ酸緩衝溶液 このような光ファイバ１５に対し、上述したフッ酸緩衝
溶液を用いることにより、コア１６の溶解速度をＲ1、
クラッド１７の溶解速度をＲ2とした場合、Ｒ1＜Ｒ2の
条件を満たすこととなる。すなわち、本発明において
は、エッチング溶液は、光ファイバの材料構成により選
択され、コアの溶解速度がクラッドの溶解速度より遅く
なるように選択される。
【００３５】まず、光ファイバプローブの製造方法にお
ける第１の工程では、光ファイバ１５の一端に対して、
上記フッ酸緩衝溶液を用いた２段階エッチングを行い、
光ファイバ１５の先端部分の先鋭化を行う。第１段階で
は、フッ酸緩衝溶液の体積比のＸを１．７とし、６０分
間エッチングを行い、第２段階では、フッ酸緩衝溶液の
体積比のＸを１０とし、６０分間エッチングを行う。
ける第１の工程では、光ファイバ１５の一端に対して、
上記フッ酸緩衝溶液を用いた２段階エッチングを行い、
光ファイバ１５の先端部分の先鋭化を行う。第１段階で
は、フッ酸緩衝溶液の体積比のＸを１．７とし、６０分
間エッチングを行い、第２段階では、フッ酸緩衝溶液の
体積比のＸを１０とし、６０分間エッチングを行う。
【００３６】このような第１の工程の処理を光ファイバ
１５の一端に施すことにより、図２（ｂ）に示すよう
に、エッチングにより除去されたクラッド１７の端面１
７ａからコア１６が円錐状に突出した先鋭部１６ａが形
成される。このときの円錐状に突出した先鋭部１６ａの
根元径は、コア径とほぼ同一であり、先鋭角は、約２０
゜程度になる。
１５の一端に施すことにより、図２（ｂ）に示すよう
に、エッチングにより除去されたクラッド１７の端面１
７ａからコア１６が円錐状に突出した先鋭部１６ａが形
成される。このときの円錐状に突出した先鋭部１６ａの
根元径は、コア径とほぼ同一であり、先鋭角は、約２０
゜程度になる。
【００３７】続いて、光ファイバプローブの製造方法に
おける第２の工程では、上記第１の工程で形成された先
鋭部１６ａに対して、集束イオンビーム（Ｇａ+）を照
射する。照射範囲は、例えば、光ファイバ１５の中心軸
に対して３μｍ×３μｍの範囲である。このイオンビー
ム（Ｇａ+）は、例えば、集束イオンビーム試作作成装
置（ＪＦＩＢ−２１００）により照射することができ、
例えば、ビーム径３０ｎｍ、ドーズ量０．５μＣ／μｍ
2の条件でイオンビームを照射する。なお、この集束イ
オンビーム試作作成装置の性能の要点は、以下の通りで
ある。
おける第２の工程では、上記第１の工程で形成された先
鋭部１６ａに対して、集束イオンビーム（Ｇａ+）を照
射する。照射範囲は、例えば、光ファイバ１５の中心軸
に対して３μｍ×３μｍの範囲である。このイオンビー
ム（Ｇａ+）は、例えば、集束イオンビーム試作作成装
置（ＪＦＩＢ−２１００）により照射することができ、
例えば、ビーム径３０ｎｍ、ドーズ量０．５μＣ／μｍ
2の条件でイオンビームを照射する。なお、この集束イ
オンビーム試作作成装置の性能の要点は、以下の通りで
ある。
【００３８】 最小１０ｎｍ以下のイオンビーム径（１０ｎｍ〜４ｎ
ｍ） チャップ御タイプ試作保持機構 チャージニュートラライザ標準装備の精密加工精度 ＥＷＳによる加工工程のプログラム化 高性能試料ステージ 長い寿命のイオンソース（１５００時間以上） このような第２の工程の処理を光ファイバ１５に施すこ
とにより、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）に示し
た先鋭部１６ａが、軸対称になるようにさらに先鋭化さ
れた、クラッド１７の端面１７ａに対して円錐状に突出
した先鋭部１６ｂが形成される。このときの円錐状に突
出した先鋭部１６ｂの根元径は、コア径よりも短いもの
である。このことにより、光ファイバプローブの先鋭化
を図ることができ、高分解能を持つ光学画像を得ること
ができる光ファイバプローブを製造することができる。
また、光ファイバの構成に依存せず光ファイバの一端を
先鋭化することができる。すなわち、多重クラッド又は
多重コア等の光ファイバを用いずに、単一のクラッド及
びコアの光ファイバを用いて一端が軸対称になるように
先鋭化した光ファイバプローブを製造することができ
る。
ｍ） チャップ御タイプ試作保持機構 チャージニュートラライザ標準装備の精密加工精度 ＥＷＳによる加工工程のプログラム化 高性能試料ステージ 長い寿命のイオンソース（１５００時間以上） このような第２の工程の処理を光ファイバ１５に施すこ
とにより、図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）に示し
た先鋭部１６ａが、軸対称になるようにさらに先鋭化さ
れた、クラッド１７の端面１７ａに対して円錐状に突出
した先鋭部１６ｂが形成される。このときの円錐状に突
出した先鋭部１６ｂの根元径は、コア径よりも短いもの
である。このことにより、光ファイバプローブの先鋭化
を図ることができ、高分解能を持つ光学画像を得ること
ができる光ファイバプローブを製造することができる。
また、光ファイバの構成に依存せず光ファイバの一端を
先鋭化することができる。すなわち、多重クラッド又は
多重コア等の光ファイバを用いずに、単一のクラッド及
びコアの光ファイバを用いて一端が軸対称になるように
先鋭化した光ファイバプローブを製造することができ
る。
【００３９】続いて、光ファイバプローブの製造方法に
おける第３の工程では、上記第２の工程で先鋭部１６ｂ
が形成された光ファイバ１５の一端に対して、上記フッ
酸緩衝溶液を用いたエッチングを行い、３つの傾斜角を
持つ３段階に傾斜された先鋭部を形成する。この第３の
工程では、例えば、フッ酸緩衝溶液の体積比のＸを１０
とし、３０分間エッチングを行う。
おける第３の工程では、上記第２の工程で先鋭部１６ｂ
が形成された光ファイバ１５の一端に対して、上記フッ
酸緩衝溶液を用いたエッチングを行い、３つの傾斜角を
持つ３段階に傾斜された先鋭部を形成する。この第３の
工程では、例えば、フッ酸緩衝溶液の体積比のＸを１０
とし、３０分間エッチングを行う。
【００４０】このような第３の工程の処理を光ファイバ
１５の一端に施すことにより、図３（ａ）に示すような
形状を経て、図３（ｂ）に示すような、クラッド１７の
端面１７ａに対して突出した３つの傾斜角を持つ３段階
に傾斜された先鋭部１６ｃが形成される。この先鋭部１
６ｃは、上記図１で示したように、３つのテーパ面が形
成され、各傾斜角α，β，γを有する第１のテーパ面１
６ｃ-１、第２のテーパ面１６ｃ-２、第３のテーパ面１
６ｃ-３が形成される。
１５の一端に施すことにより、図３（ａ）に示すような
形状を経て、図３（ｂ）に示すような、クラッド１７の
端面１７ａに対して突出した３つの傾斜角を持つ３段階
に傾斜された先鋭部１６ｃが形成される。この先鋭部１
６ｃは、上記図１で示したように、３つのテーパ面が形
成され、各傾斜角α，β，γを有する第１のテーパ面１
６ｃ-１、第２のテーパ面１６ｃ-２、第３のテーパ面１
６ｃ-３が形成される。
【００４１】以上のように、この光ファイバプローブの
製造方法では、３つの傾斜角を持つ３段階に傾斜された
軸対称の先鋭部を有する光ファイバプローブを製造する
ことができる。この光ファイバプローブの製造方法で
は、例えば、第１の傾斜角αが３０°、第２の傾斜角β
が５０°、先端曲率半径が１０ｎｍ以下の光ファイバプ
ローブを製造することができる。従って、この光ファイ
バプローブの製造方法では、高分解能かつ高効率で、光
学画像を得ることができる光ファイバプローブを製造す
ることができる。また、この光ファイバプローブの製造
方法では、光ファイバの構成に依存せず光ファイバの一
端を先鋭化することができる。すなわち、この光ファイ
バプローブの製造方法では、多重クラッド又は多重コア
等の光ファイバを用いずに、単一のクラッド及びコアの
光ファイバを用いて一端が軸対称に先鋭化した光ファイ
バプローブを製造することができる。従って、安価な光
ファイバプローブを製造することができる。
製造方法では、３つの傾斜角を持つ３段階に傾斜された
軸対称の先鋭部を有する光ファイバプローブを製造する
ことができる。この光ファイバプローブの製造方法で
は、例えば、第１の傾斜角αが３０°、第２の傾斜角β
が５０°、先端曲率半径が１０ｎｍ以下の光ファイバプ
ローブを製造することができる。従って、この光ファイ
バプローブの製造方法では、高分解能かつ高効率で、光
学画像を得ることができる光ファイバプローブを製造す
ることができる。また、この光ファイバプローブの製造
方法では、光ファイバの構成に依存せず光ファイバの一
端を先鋭化することができる。すなわち、この光ファイ
バプローブの製造方法では、多重クラッド又は多重コア
等の光ファイバを用いずに、単一のクラッド及びコアの
光ファイバを用いて一端が軸対称に先鋭化した光ファイ
バプローブを製造することができる。従って、安価な光
ファイバプローブを製造することができる。
【００４２】なお、上述した光ファイバプローブの製造
方法では、第２の工程において、ビーム径が３０ｎｍの
集束イオンビームを用いた場合を説明したが、例えば、
ビーム径が１μｍ程度のイオンビームを用いても先鋭化
することができる。従って、光ファイバにイオンビーム
を照射する場合において、安価な装置により処理を行う
ことができる。また、イオン照射時間も大幅に軽減する
ことができ、光ファイバプローブの量産の効率も良くす
ることができる。
方法では、第２の工程において、ビーム径が３０ｎｍの
集束イオンビームを用いた場合を説明したが、例えば、
ビーム径が１μｍ程度のイオンビームを用いても先鋭化
することができる。従って、光ファイバにイオンビーム
を照射する場合において、安価な装置により処理を行う
ことができる。また、イオン照射時間も大幅に軽減する
ことができ、光ファイバプローブの量産の効率も良くす
ることができる。
【００４３】さらに、この光ファイバプローブの製造方
法では、第１の工程でエッチングを行った後にイオンビ
ームを照射する場合について説明したが、例えば、第１
の工程で、プラー等により光ファイバを引き延ばして先
鋭化し、それにイオンビームを照射してさらに先鋭化を
行っても良い。
法では、第１の工程でエッチングを行った後にイオンビ
ームを照射する場合について説明したが、例えば、第１
の工程で、プラー等により光ファイバを引き延ばして先
鋭化し、それにイオンビームを照射してさらに先鋭化を
行っても良い。
【００４４】また、この光ファイバプローブの製造方法
では、第２の工程のイオンビームの照射量を、すなわ
ち、ドーズ量を変化させることにより、第３の工程を行
った後に形成される光ファイバプローブの形状を制御す
ることができる。これにより、プローブの長さをさらに
短くすることができ、透過効率を高くすることができ
る。例えば、第２の工程におけるイオンビームのドーズ
量を１ｎＣ／μｍ2とし、第３の工程におけるエッチン
グ時間を１０分とした場合、図４に示すような光ファイ
バプローブ２０を形成することができる。
では、第２の工程のイオンビームの照射量を、すなわ
ち、ドーズ量を変化させることにより、第３の工程を行
った後に形成される光ファイバプローブの形状を制御す
ることができる。これにより、プローブの長さをさらに
短くすることができ、透過効率を高くすることができ
る。例えば、第２の工程におけるイオンビームのドーズ
量を１ｎＣ／μｍ2とし、第３の工程におけるエッチン
グ時間を１０分とした場合、図４に示すような光ファイ
バプローブ２０を形成することができる。
【００４５】この図４に示す光ファイバプローブ２０
は、傾斜角αが１５゜、傾斜角βが７５゜となる。そし
て、この光ファイバプローブ２０は、プローブの頂点か
ら先鋭化部のテーパ面が最初に屈折する位置までの高さ
が３００ｎｍとなり、プローブの頂点からこの先鋭化部
の根元までの高さが１μｍとなる。そして、この先鋭化
部の根元径が２μｍとなる。
は、傾斜角αが１５゜、傾斜角βが７５゜となる。そし
て、この光ファイバプローブ２０は、プローブの頂点か
ら先鋭化部のテーパ面が最初に屈折する位置までの高さ
が３００ｎｍとなり、プローブの頂点からこの先鋭化部
の根元までの高さが１μｍとなる。そして、この先鋭化
部の根元径が２μｍとなる。
【００４６】図５は、この光ファイバープローブ２０の
透過効率と、先鋭角が約２０゜の一段のテーパ面を有す
る従来の光ファイバプローブの透過効率を示す図であ
る。
透過効率と、先鋭角が約２０゜の一段のテーパ面を有す
る従来の光ファイバプローブの透過効率を示す図であ
る。
【００４７】このような光ファイバープローブ２０は、
この図５に示すように、先鋭角が約２０゜の一段のテー
パ面を有する従来の光ファイバプローブと比較して、開
口径１００ｎｍ以下において、透過効率が１００倍以上
となる。
この図５に示すように、先鋭角が約２０゜の一段のテー
パ面を有する従来の光ファイバプローブと比較して、開
口径１００ｎｍ以下において、透過効率が１００倍以上
となる。
【００４８】
【発明の効果】本発明に係る光ファイバプローブの製造
方法では、単一コアの周りにクラッドが設けられた光フ
ァイバの一端に、化学エッチングを行って、クラッドに
対してコアが円錐状に突出した先鋭部を形成し、この先
鋭部に対して、先端側から軸方向にイオンビームを照射
して、上記先鋭部が軸対称になるように更に先鋭化し、
このように軸対称に先鋭化された上記先鋭部を有する上
記光ファイバの一端に化学エッチングを行って、先端側
から１段目のテーパ面の根元径がコア径より短く、２段
目の傾斜角が１段目の傾斜角より大きく、３段目の傾斜
角が２段目の傾斜角より小さい、３つの傾斜角を持つ先
鋭部を単一コア先端に形成する。
方法では、単一コアの周りにクラッドが設けられた光フ
ァイバの一端に、化学エッチングを行って、クラッドに
対してコアが円錐状に突出した先鋭部を形成し、この先
鋭部に対して、先端側から軸方向にイオンビームを照射
して、上記先鋭部が軸対称になるように更に先鋭化し、
このように軸対称に先鋭化された上記先鋭部を有する上
記光ファイバの一端に化学エッチングを行って、先端側
から１段目のテーパ面の根元径がコア径より短く、２段
目の傾斜角が１段目の傾斜角より大きく、３段目の傾斜
角が２段目の傾斜角より小さい、３つの傾斜角を持つ先
鋭部を単一コア先端に形成する。
【００４９】これにより、本発明に係る光ファイバプロ
ーブの製造方法では、コアの周りにクラッドが設けられ
た光ファイバよりなり、その一端に、３つの傾斜角をも
ち３段階に傾斜され、クラッドに対しコアが軸対称にな
るように突出した先鋭部を有し、上記先鋭部の先端側か
ら１段目のテーパ面の根元径がコア径より短く、２段目
の傾斜角が１段目の傾斜角よりも大きく、３段目の傾斜
角が２段目の傾斜角よりも小さい光ファイバプローブを
製造することができる。このようにして製造された光フ
ァイバプローブでは、先鋭部の先端側から１段目のテー
パ面の傾斜角を小さい角度にすることで実効的な開口径
が微小化し、分解能が向上する。このとき、先鋭部が１
つの傾斜角で円錐状に先鋭化されている場合には、この
傾斜角が小さくなるほど、光の損失が大きくなり透過効
率が低下することになるが、２段目の傾斜角を１段目の
傾斜角より大きく、３段目の傾斜角を２段目の傾斜角よ
り小さくした３段階に傾斜させた構造とすることによっ
て、光の透過効率を上げることができる。つまり、この
光ファイバプローブでは、光の透過効率を充分に得なが
ら、分解能の向上を図ることができる。すなわち、この
光ファイバプローブの製造方法では、高分解能かつ高効
率で、光学画像を得ることができる光ファイバプローブ
を製造することができる。
ーブの製造方法では、コアの周りにクラッドが設けられ
た光ファイバよりなり、その一端に、３つの傾斜角をも
ち３段階に傾斜され、クラッドに対しコアが軸対称にな
るように突出した先鋭部を有し、上記先鋭部の先端側か
ら１段目のテーパ面の根元径がコア径より短く、２段目
の傾斜角が１段目の傾斜角よりも大きく、３段目の傾斜
角が２段目の傾斜角よりも小さい光ファイバプローブを
製造することができる。このようにして製造された光フ
ァイバプローブでは、先鋭部の先端側から１段目のテー
パ面の傾斜角を小さい角度にすることで実効的な開口径
が微小化し、分解能が向上する。このとき、先鋭部が１
つの傾斜角で円錐状に先鋭化されている場合には、この
傾斜角が小さくなるほど、光の損失が大きくなり透過効
率が低下することになるが、２段目の傾斜角を１段目の
傾斜角より大きく、３段目の傾斜角を２段目の傾斜角よ
り小さくした３段階に傾斜させた構造とすることによっ
て、光の透過効率を上げることができる。つまり、この
光ファイバプローブでは、光の透過効率を充分に得なが
ら、分解能の向上を図ることができる。すなわち、この
光ファイバプローブの製造方法では、高分解能かつ高効
率で、光学画像を得ることができる光ファイバプローブ
を製造することができる。
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【図１】光ファイバプローブの先端形状の一例を示す断
面図である。
面図である。
【図２】本発明に係る光ファイバプローブの製造方法を
説明する為の各工程における光ファイバの形状を示す断
面図である。
説明する為の各工程における光ファイバの形状を示す断
面図である。
【図３】本発明に係る光ファイバプローブの製造方法を
説明する為の各工程における光ファイバの形状を示す断
面図である。
説明する為の各工程における光ファイバの形状を示す断
面図である。
【図４】本発明に係る光ファイバプローブの製造方法に
より製造した光ファイバプローブの断面図である。
より製造した光ファイバプローブの断面図である。
【図５】上記光ファイバプローブの透過効率を説明する
ための図である。
ための図である。
【図６】近接場光学顕微鏡の原理を説明する模式図であ
る。
る。
【図７】開口プローブを示す断面図である。
１０ 光ファイバプローブ、１５ 光ファイバ、１１，
１６ コア、１２，１７ クラッド
１６ コア、１２，１７ クラッド
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−159847（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−196928（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−151769（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−209307（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−209308（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−66510（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−330280（ＪＰ，Ａ) 国際公開95／33207（ＷＯ，Ａ１) 物部秀二、大津元一，”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”，1996年秋季第57回応用 物理学会学術講演会予稿集第３分冊，日 本，応用物理学会，1996年９月７日，Ｎ ｏ．３，ｐ．778 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 G01B 11/30 G01B 7/34 G01B 21/30 H01J 37/28 G02B 6/00 - 6/44 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 単一コアの周りにクラッドが設けられた
光ファイバの一端に、化学エッチングを行って、クラッ
ドに対してコアが円錐状に突出した先鋭部を形成する第
１の工程と、 上記第１の工程により形成された先鋭部に対して、先端
側から軸方向にイオンビームを照射して、上記先鋭部が
軸対称になるように更に先鋭化する第２の工程と、 上記第２の工程により軸対称に先鋭化された上記先鋭部
を有する上記光ファイバの一端に化学エッチングを行っ
て、先端側から１段目のテーパ面の根元径がコア径より
短く、２段目の傾斜角が１段目の傾斜角より大きく、３
段目の傾斜角が２段目の傾斜角より小さい、３つの傾斜
角を持つ先鋭部を単一コア先端に形成する第３の工程と
を有することを特徴とする光ファイバプローブの製造方
法。 - 【請求項２】 伝搬される光の波長に応じて上記２段目
の傾斜角を任意に調整することを特徴とする請求項１記
載の光ファイバプローブの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26686897A JP3335892B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 光ファイバプローブの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26686897A JP3335892B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 光ファイバプローブの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108939A JPH11108939A (ja) | 1999-04-23 |
| JP3335892B2 true JP3335892B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=17436777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26686897A Expired - Fee Related JP3335892B2 (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 光ファイバプローブの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3335892B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001062574A (ja) * | 1999-06-25 | 2001-03-13 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | 微細加工装置 |
| JP4675000B2 (ja) * | 2001-06-26 | 2011-04-20 | 日本分光株式会社 | 近接場光プローブ及びその製造方法 |
| JP4705281B2 (ja) * | 2001-08-22 | 2011-06-22 | 日本分光株式会社 | 散乱型近接場プローブ及びその製造方法 |
| CN102590560B (zh) * | 2012-02-13 | 2013-11-06 | 清华大学 | 一种利用聚焦离子束技术制备光纤探针的方法 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP26686897A patent/JP3335892B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 物部秀二、大津元一，"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"，１９９６年秋季第５７回応用物理学会学術講演会予稿集第３分冊，日本，応用物理学会，１９９６年９月７日，Ｎｏ．３，ｐ．７７８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11108939A (ja) | 1999-04-23 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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