JP3887274B2 - Guided near-field probe and method for manufacturing the same, aperture creating method, near-field spectroscopic device using the same, and optical head - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は近接場プローブ、特に、その先端構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に光学技術を応用した装置や機器は、使用する光の波長により分解能の限界が決定される。光の波長による限界を超える手段として近接場を利用した技術がある。この近接場を利用した技術に用いられる光ファイバプローブは、光の波長以下の小さな領域に対して使用されるため、突出したコアの先端の長さは通常数ミクロンである。
近接場の測定や近接場光を照射するため、プローブの表面に遮光性と延性をもつ材質でマスクを形成し、上記の先端部分にだけ、光を通す数十〜数百nmの径を持った微小開口が形成される。このような微小開口を作成する技術としては、押し付け法、斜め蒸着法、FIBなどがある。
【0003】
また、近接場光はnmのオーダーで局在しているため、プローブと試料を非常に接近させる必要がある。しかし、プローブは上記のように微細なものであるため試料との接触により破損する可能性が大きい。そのため、プローブと試料との間の距離制御は慎重にする必要がある。そのような制御法として、シアフォース制御やチューニングホーク制御などの光学系制御がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の開口作成も距離制御も非常に微細な領域に関わるものであり難しい技術である。
例えば、押し付け法では、プローブの先端部分を平坦な基板に押し付け、基板と接触しているマスク部分が引き伸ばされ、その部分を光が透過するようになる。このようして開口が形成されるが、この開口の大きさを制御するためプローブの先端からでる光の量を正確にモニターする必要がある。
斜め蒸着法では、マスクの蒸着量や、角度などの制御が難しく、再現性良く作成できない。また、FIBでは非常に高価な設備を必要とする。
【0005】
上記のシアフォース制御やチューニングホーク制御などの光学系の距離制御では、プローブの移動の自由度が少なく、また高速で動いている試料を測定することはできない。
本発明は、上記のような開口作成における開口径の制御、および試料との間の距離制御を容易化する近接場プローブを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のガイド付き近接場プローブは、クラッドおよび導光路として機能するコアを有する光ファイバからなり、前記クラッドは前記光ファイバの端面に前記コアを囲む略半球状の凹部を有し、前記凹部に囲まれたコアは先鋭化された先端部を有する。また、前記端面でのクラッドの凹んでいない部分をガイド面とし、前記コアの先端部は前記ガイド面とほぼ同じ高さにあり、前記ガイド面を試料とプローブの距離制御に使用することを特徴とする。上記のガイド付き近接場プローブにおいて、少なくとも前記コア先端部の表面に、光に対して不透明な材質よりなるマスク部を有し、前記コアの先端部に光を透過させる開口を設け、該開口と前記ガイド面が平行となるようにすることも好適である。
【0007】
また上記の開口が楕円状またはスリット状になっていることも好適である。
上記のガイド付き近接場プローブが前記コアを前記クラッド内に複数本有することも好適である。
また、本発明のガイド付き近接場プローブの製造方法は、クラッドと単数または複数本のコアからなる光ファイバを用い、クラッドの溶解速度よりコアの溶解速度が速いエッチング液に光ファイバの端面を浸漬しコア及びコア周囲のクラッドを凹ませる凹部作成工程と、クラッドの溶解速度よりコアの溶解速度が遅いエッチング液に前記凹部を有したファイバの端面を浸漬し前記凹部のコアを先鋭化する先鋭化工程と、からなる。そして、前記光ファイバの端面において前記コアの周囲のクラッドを略半球状に凹ませ、前記コアの先端が先鋭化するよう光ファイバを加工することを特徴とする。
【0008】
本発明のガイド付き近接場プローブの開口の作成方法は、クラッドおよび単数または複数のコアからなる光ファイバからなり、前記クラッドは前記光ファイバの端面に前記コアを囲む略半球状の凹部を有し、前記凹部に囲まれたコアは先鋭化された先端部を有し、少なくとも前記コア先端部の表面が、遮光性を持つマスク部で被覆され、前記端面でのクラッドの凹んでいない部分をガイド面とするガイド付き近接場プローブを用い、前記ガイド面を平板に押し付けることにより前記コア先端部に光を透過させる開口を作成し、前記コアが前記ガイド面から突出した距離を調整することにより開口径を制御することを特徴とする。
【0009】
また、本発明のガイド付き近接場プローブは近接場分光装置に好適に用いることが可能である。
さらに、光メモリ用の情報の記録/読み取りの光ヘッドとして、本発明のガイド付き近接場プローブを好適に用いることも可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガイド付き近接場プローブの一実施形態を詳しく説明する。
図1は本発明のガイド付き近接場プローブ2の端部の斜視図である。同図に示すガイド付き近接場プローブ2は、クラッド4と導光路として機能するコア6からなる光ファイバを用いて形成されている。ファイバの端面には同心円状にクラッド4、コア6が表出しており、コア6の周囲のクラッド4は略半球状に凹んだ凹部4aを有している。一方コア6は、その先端部6aが凹部4aから突出しており、かつ略円錐状に先鋭化されている。また、クラッド4の凹んでいない端面部分をガイド面8とする。コアの先端部4aはガイド面8とほぼ同じ高さであり、ガイド面8を用いて試料とプローブの距離制御を行なうことができる。
本実施形態にかかる近接場プローブは概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
【0011】
図2には本実施形態にかかるプローブの使用方法が示されている。同図に示すようにプローブ2端面のガイド面8を試料14に押し付ける。この時、ガイド面8とコア先端部6aは一定の位置関係となっているため、該コア先端部6aは試料14と適度に接触あるいは一定の離隔状態を維持することができる。したがって、シアフォース制御やチューニングホーク制御などの特別な距離制御装置が不要となる。その結果、プローブ2や試料14の自由かつ高速な移動、および装置の小型化や操作の簡略化が可能となる。
ガイド面8が光ファイバに元々備わっているクラッド4により形成されていることの利点としてはまず、ファイバに他の距離制御のための保持材を取り付ける場合と比べて作成が容易となることがあげられる。またその他にも、ガイド面8が平坦で面積が大きくとれるため、ガイド面8と試料14の接触面が大きく、プローブ2と試料14との位置制御が安定する等の利点がある。さらにコア6の先端部6aをガイド面8が保護している形状となっているため、プローブまたは試料を高速で移動させてもプローブ先端の破損の可能性が少ない。このように、高速で移動する試料にも対応できるので、ライン上を移動する試料の測定も可能となる。
【0012】
光ファイバの先端部から近接場光を照射/集光するためには、コアの周囲を金属などで被覆し、コアの先端部のみ光を透過させる小さな開口を設けなくてはならない。次にこの開口部を設けた近接場プローブについて説明する。図3はその斜視図であり、図4はその断面図である。図1と対応する部分には同じ符号をつけ詳しい説明は省略する。
図3の光ファイバの表面は光に対して不透明な材質のマスク部10により被覆されている。また、コアの先端部は、マスク部10が薄く引き延ばされ、光を透過させやすい開口面12が設けられている。この開口面12はガイド面8と同じ高さであり、開口面12とガイド面8は平行になっている。
【0013】
試料との距離制御は、図4に示すようにガイド面を試料14に押し付けることにより行なう。コアの先端部の開口12とガイド面8は同一平面上に載っているため、試料14とコア6の先端部の開口12が完全に密着した状態になっている。
図4(A)は、光ファイバの端面から光を入射し、他方の端面のコア6の先端部から近接場光22を発生させ試料14に照射し、その散乱光をまた開口12で集光する照射/集光モードで使用される場合、図4(B)は試料14表面の近接場光22内にコアの先端を挿入し光を集光する集光モードで使用される場合を示している。
【0014】
いずれの場合も近接場光は距離に応じて強度が大きく減少していくので、このように近接場を照射/集光する開口12を試料14に密着させることは光を無駄なく利用できる点で効率的に望ましい。
また、光の偏光性も考慮した測定や利用のために、光ファイバのコア断面が楕円状となったものを用い、開口部が楕円状またはスリット状となった近接場プローブも用いられる。このような近接場プローブに対して、本発明の技術を用いたものが図5である。図3に対応する部分には符号100を加え、詳しい説明は省略する。図5の開口112はスリット状となっており、その長軸方向に直線偏光する光の透過率がそれと直交する方向のものより高くなっている。ここでも、ガイド面108はクラッド104からなっており、コア106の先端化の作業とほぼ同時に作成することができる。
【0015】
本発明のプローブはその形状より、図2のようにプローブ2の先端で散乱された散乱光22がコア6の周囲のクラッド4の略半球状または半楕円体状凹部4aで反射され、その光が焦点に集まることにより集光効率をあげることも可能である。
上記のガイド付き近接場プローブの技術をクラッド内にコアが複数本あるマルチプローブに応用することも可能である。マルチプローブは導光路であるコアが一本の光ファイバに複数含まれているものから構成され、高密度記録装置の光ヘッド等に応用される。
【0016】
図6は多アレイ型のマルチプローブに本発明の技術を応用したものである。図1と対応する部分には符号200を加え、詳しい説明は省略する。図1の場合と同じく、ファイバの端面はコア206の周囲のクラッド204が略半球状に凹み、凹部204aを有している。クラッド204の凹んでいない端面をガイド面208として、試料に押し当てることによりコア206の先端部206aが試料に適切に接触または適度の距離を維持することができる。また、ガイド面208の面積が大きいので、試料との接着面も増加しプローブと試料位置関係が安定する。試料との距離制御のためのガイド面208として、光ファイバに元来備わっているクラッド204を利用することにより、コア206の先端化と同時にガイド面208を作成できるため、作成が容易となる。
【0017】
図7は本発明のガイド付きファイバープローブの製造手順の一例を図示したものである。図7(A)は加工する前の光ファイバーである。クラッド4はSiO2から成り、コア6はSiO2にGeO2をドープしたものである。製造の手順は凹部を形成する工程とコアを先鋭化する工程に大まかに分けられる。
まず凹部を形成するため、コア6の溶解速度がクラッド4の溶解速度より早いなるよう組成比が調節されたHF−NH4系緩衝溶液からなる第1エッチング液に、図7(A)のファイバ端面を浸す。すると、図7(B)に示すように、コア6が優先的に除去されコア6の部分が凹み、またクラッド4もコア6に近い部分がより多く溶解する。その結果、コア6及びコア周囲のクラッド4が略半球状に凹む。
【0018】
次にコアの先鋭化工程に移る。第2エッチング液としてコア6の溶解速度がクラッド4の溶解速度よりも遅くなるような組成のHF−NH4系緩衝溶液を用意する。この第2エッチング溶液に図7(B)のファイバ端面を所定の時間浸すと、クラッド4が除去されつつ、コア6が先鋭化される。その結果、図7(C)に示すように、クラッド4の凹部4aから先鋭化されたコア6が突出した形状となる。
さらに、第3エッチング液として、クラッド4のコア6に対する相対的な溶解速度が第2エッチング液より速くなるような組成比のHF−NH4系緩衝溶液を用意する。この第3エッチング液に図7(C)のファイバ端面を浸漬すると、図7(D)に示すように、コア6の周囲のクラッド4が略半球状の凹部4aを有し、コア先端部6aは1段目のテ−パ形状6bのテーパ角が2段目のテ−パ形状6cのテーパ角より大きい2段テ−パ型に形成される。
【0019】
また、これら一連の操作を適切に行なうことによりクラッドのガイド面8からコア6の先端部6aまでの距離hを調整することができる。後述するように開口作成においてこの距離hにより、開口の大きさを調整することができる。本発明では上記のように化学エッチングを用いているので長さを精密に調整することができ、そのため開口径も精密に調整できる。
ガイド部をクラッドで形成していることにより、他の保持材でガイド部を形成したものに比べて、ガイド部が平坦で面積が大きく安定した形状となる。また、コアの先端化の加工と同時にガイド部が作成されるので手間がかからない。
【0020】
ここでは、コア先端部が2段テ−パ型のガイド付きプローブの製造方法の概略を述べたが、もちろんコアの先鋭化の工程でエッチング液の組成や浸漬時間を調節することにより他のテ−パ形状にすることもできる。また、前述したマルチプローブの場合も、コアが複数本ある光ファイバを用いて上記と同様な手順で作成することができる。
【0021】
次にプローブの開口作成について述べる。近接場光を照射/集光し、光の回折限界を超えた非常に微細な領域を測定するために、開口は非常に微細にかつ精密に作成しなければならない。しかしながら、従来の開口作成技術では開口の作成や開口の大きさの制御などに特別な装置を要した。本発明での開口作成は基本的には、平坦な板にコアの先端部を押し当て、遮光性をもつ物質であらかじめ被覆された部分を引き延ばし光が透過しやすい開口を作成する押し付け法である。しかし、従来の押し付け法では、開口径の制御のため上記の開口作成中に光ファイバを通した光が開口から出てくる光量を測定して開口径の制御を行なうことが必要であった。これに対して、本発明では特別な装置は必要なく上記の近接場プローブの製造において、コアの先端部がガイド面から突出する量を調整することにより開口径を制御できる。
【0022】
この開口作成方法を、図8を参照して説明する。図1と同じ構成要素には同一の符号をつけ説明を省略する。図8(A)において、プローブ2はその表面が遮光性と延性をもつマスク部10で被覆されている。また、距離hはガイド面8からコア6の先端部6aまでの距離である。図8(B)のように、このプローブ2のガイド面8を平坦な基板16に押し付けることにより平板16に接触したコア6の先端部6aのマスク10が引き伸ばされ開口12ができる。ここで、ガイド面8から突出したコア6の先端部6aの距離hにより試料に接面するコア先端部6aの量が決まり、その結果、開口径rを制御することができる。プローブ2の形状の形成は非常に精度の高い選択化学エッチング法で行なっているため、ガイド面から突出するコア6の先端部6aの距離hは正確に制御できる。つまり、開口径rも正確に制御することが可能である。また、プローブを平板に押し付ける際に、ガイド面8が平板16に密着するよう押し付けるのみであるので、特別な装置が必要なく、またガイド面8と開口面12が完全に平行になる。
【0023】
上記の開口作成方法は、図6で示したマルチプローブや図5の偏光型のプローブの場合も同様の手順で行なうことができる。
本発明のガイド付きプローブを用いることにより、試料との距離制御のための特別な装置は必要なく、シアフォース制御などの距離制御装置を用いたものと比べて、プローブの移動の自由度が増す。
【0024】
【実施例】
そこで、本発明のガイド付き近接場プローブをもちいた応用例を以下にあげる。
<近接場分光装置>
図9は近接場分光装置の概念図である。同図において、光照射手段36により光ファイバの端面に照射された光は、光ファイバを通りガイド付き近接場プローブ20の開口から近接場光として試料に照射される。そして、試料により散乱された近接場光を再び開口より集光し、集光した光はファイバを通り、ビームスプリッタ42により反射され分光手段30に送られる。
プローブのZ軸方向への移動に関して、通常のプローブを用いた場合、nmオーダーの制御が必要であり特別な装置を必要としたが、本発明では距離制御として特別な装置を必要とせず、プローブ20を試料14に押し当てるのみでよい。
【0025】
ただし、図9では、XY軸方向のより精密なプローブの移動のため、プローブ20に粗動駆動部32と微動駆動部34の2段階の制御部を設けている。まず、粗動駆動部32には駆動のためのXYZ3軸ステージが取り付けられ、プローブの大きな移動を行なう。この粗動駆動部32は手動で移動するようにすることも可能である。また、粗動駆動部32を試料に押し当て、プローブ20の側面に取り付けられた微動駆動部34によりプローブ20の先端部分が図9の点線部分のように動き、より精密なプローブ先端の移動を行なうことができる。
図10はプローブの移動を手動で制御するための装置の一例である。プローブ20は保護用被覆部28で覆われ、プローブの試料と接触する端面側に手動制御部26が取り付けられている。また、プローブの他の端面は分光手段30に接続される。手動制御部26を手動で移動させ試料に押し付けることにより、プローブ20の先端の位置を制御することができる。
【0026】
これらの近接場分光装置において、たわみセンサ、接触センサ、圧力センサ、超音波センサなどを用いてプローブと試料が接触したこと検出するようにしてもよい。
以上のように試料とプローブとの間の距離制御に光学系制御が必要ないため、操作の容易化や装置の小型化が可能となる。さらに、ライン上を流れていく試料など、高速で移動する試料などの測定も可能となる。
【0027】
また、試料のある点を測定した後、近接場光の強度が十分小さくなる所までプローブを移動してバックグラウンドを計測し、また試料の他の点を測定するという手順を繰り返してマッピング操作をすることも好適である。
ここでは、イルミネーションコレクション型の近接場分光装置のみを説明したが、もちろんコレクション型、イルミネーション型の近接場分光装置にも本発明のガイド付きファイバプローブを用いることができる。
【0028】
<光ヘッド>
本発明のガイド付きファイバプローブ20や図6に示したガイド付きマルチプローブ202等を近接場光メモリ用の情報の記録/読み取りの光ヘッドとして好適に用いることが可能である。図11はその概念図である。同図において記録面18は回転手段38により高速で回転する。書き込み/読み取り手段40はガイド付き近接場プローブ202の端面から個々の複数のコアに光を入射、または光ファイバからの光を検出することにより情報の書き込みや読み取りを行なう。ファイバの他の端面では先鋭化したコアから記録面18に光を照射/集光することにより記録面28に情報を書き込み/読み込みを行なっている。
【0029】
記録面10と光ヘッド202の間の距離制御のためにはガイド面を記録面18に押し当てるのみでいいので、特別な光学系制御を用いる必要がなく、装置が小型化される。また、コアの先端部が記録面18と適度に接触するために光を無駄なく利用できる。
また、クラッドよりなるガイド面の面積が大きいため記録面との接触面の面積が大きく安定性があり、記録面が高速で運動する場合にも対応できる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガイド付き近接場プローブを用いることにより、プローブ先端の開口作成が容易になり、また試料との距離制御が不要となる。また、本発明のガイド付き近接場プローブの製造方法によれば、開口径を正確に制御でき、プローブの作成は容易となる。
また本発明のガイド付き近接場プローブを近接場分光装置のプローブや光記憶装置の光ヘッドに用いることにより、プローブや光ヘッドの制御が容易となり、また高速で移動する試料にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガイド付き近接場プローブの斜視図である。
【図2】プローブと試料との距離制御の説明図である。
【図3】開口をもったガイド付き近接場プローブの斜視図である。
【図4】プローブと試料との距離制御の説明図である。
【図5】スリット型の開口をもったガイド付き近接場プローブの斜視図である。
【図6】複数のコアを有すガイド付き近接場マルチプローブの斜視図である。
【図7】ガイド付き近接場プローブの製造方法の説明図である。
【図8】開口作成方法の説明図である。
【図9】ガイド付き近接場プローブを用いた近接場分光装置の概念図である。
【図10】手動用プローブ移動装置の概念図である。
【図11】ガイド付き近接場プローブを光ヘッドとして用いた光記憶装置の概念図である。
【符号の説明】
2 ガイド付き近接場プローブ
4、104,204 クラッド
4a、104a、204a クラッドの凹部
6、106,206 コア
6a、106a、206a コア先端部
6b 第1テーパ形状
6c 第2テーパ形状
8、108,208 ガイド面
10、110 マスク部
12、112 開口
14 試料
16 開口用の平坦な基板
18 記録面
20、120 開口を持ったガイド付き近接場プローブ
22 近接場
24 散乱光
26 手動制御部
28 保護用被膜部
30 分光手段
32 粗動駆動部
34 微動駆動部
36 光照射手段
38 回転手段
40 書き込み/読み取り装置
202 ガイド付き近接場マルチプローブ
h ガイド面からコア先端までの距離
r 開口径[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a near-field probe, and more particularly to an improvement in its tip structure.
[0002]
[Prior art]
In general, the limit of resolution of an apparatus or apparatus using optical technology is determined by the wavelength of light used. There is a technique using a near field as means for exceeding the limit due to the wavelength of light. Since the optical fiber probe used in the technique using the near field is used for a small region below the wavelength of light, the length of the protruding core tip is usually several microns.
In order to measure near-field and irradiate near-field light, a mask is formed on the surface of the probe with a light-shielding and ductile material, and has a diameter of several tens to several hundreds of nanometers that allows light to pass through only the tip part. A minute opening is formed. As a technique for creating such a minute opening, there are a pressing method, an oblique deposition method, FIB, and the like.
[0003]
Moreover, since the near-field light is localized on the order of nm, it is necessary to bring the probe and the sample very close to each other. However, since the probe is fine as described above, there is a high possibility of damage due to contact with the sample. Therefore, it is necessary to carefully control the distance between the probe and the sample. Such control methods include optical system control such as shear force control and tuning hawk control.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described opening creation and distance control are related to a very fine region and are difficult techniques.
For example, in the pressing method, the tip portion of the probe is pressed against a flat substrate, the mask portion in contact with the substrate is stretched, and light is transmitted through the portion. Although the opening is formed in this way, it is necessary to accurately monitor the amount of light emitted from the tip of the probe in order to control the size of the opening.
In the oblique deposition method, it is difficult to control the deposition amount and angle of the mask, and it cannot be produced with good reproducibility. Also, FIB requires very expensive equipment.
[0005]
In the distance control of the optical system such as the shear force control and the tuning hawk control described above, the degree of freedom of movement of the probe is small and a sample moving at high speed cannot be measured.
An object of the present invention is to provide a near-field probe that facilitates the control of the opening diameter and the control of the distance to the sample in creating the opening as described above.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the guided near-field probe of the present invention comprises a clad and an optical fiber having a core functioning as a light guide, and the clad is substantially hemispherical surrounding the core on the end face of the optical fiber. A core having a recess and a core surrounded by the recess has a sharpened tip. In addition, a portion of the end surface where the cladding is not recessed is used as a guide surface, and the tip of the core is substantially at the same height as the guide surface, and the guide surface is used for controlling the distance between the sample and the probe. And In the guided near-field probe, at least the surface of the core tip has a mask made of a material opaque to light, and an opening for transmitting light is provided in the tip of the core. It is also preferable that the guide surfaces are parallel.
[0007]
It is also preferable that the opening is in the shape of an ellipse or a slit.
It is also preferable that the guided near-field probe has a plurality of the cores in the cladding.
The method for manufacturing a guided near-field probe of the present invention uses an optical fiber comprising a clad and one or more cores, and immerses the end face of the optical fiber in an etching solution having a faster core dissolution rate than the cladding dissolution rate. A recess forming step for recessing the core and the cladding around the core, and sharpening for sharpening the core of the recess by immersing the end face of the fiber having the recess in an etching solution whose core dissolution rate is slower than the cladding dissolution rate Process. Then, the cladding around the core is recessed into a substantially hemispherical shape at the end face of the optical fiber, and the optical fiber is processed so that the tip of the core is sharpened.
[0008]
The method for creating an aperture of a guided near-field probe of the present invention comprises an optical fiber comprising a clad and one or more cores, and the clad has a substantially hemispherical recess surrounding the core on the end face of the optical fiber. The core surrounded by the concave portion has a sharpened tip portion, and at least the surface of the core tip portion is covered with a light-shielding mask portion, and guides a portion of the end face where the cladding is not recessed. Using a guided near-field probe as a surface, press the guide surface against a flat plate to create an opening that transmits light to the tip of the core, and adjust the distance that the core protrudes from the guide surface. It is characterized by controlling the aperture.
[0009]
In addition, the guided near-field probe of the present invention can be suitably used for a near-field spectrometer.
Furthermore, the guided near-field probe of the present invention can be suitably used as an optical head for recording / reading information for an optical memory.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the guided near-field probe of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a perspective view of an end portion of a guided near-field probe 2 according to the present invention. The guided near-field probe 2 shown in the figure is formed using an optical fiber including a clad 4 and a
The near-field probe according to this embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
[0011]
FIG. 2 shows a method of using the probe according to this embodiment. As shown in the figure, the
The advantage of the
[0012]
In order to irradiate / collect near-field light from the tip of the optical fiber, the periphery of the core must be covered with a metal or the like, and a small opening that allows light to pass through only the tip of the core must be provided. Next, a near-field probe provided with this opening will be described. 3 is a perspective view thereof, and FIG. 4 is a sectional view thereof. The parts corresponding to those in FIG.
The surface of the optical fiber in FIG. 3 is covered with a
[0013]
The distance to the sample is controlled by pressing the guide surface against the
In FIG. 4A, light is incident from the end face of the optical fiber, near-
[0014]
In either case, the intensity of near-field light greatly decreases according to the distance. Thus, when the
In addition, for measurement and use in consideration of light polarization, a near-field probe having an elliptical core cross section and an elliptical or slit aperture is also used. FIG. 5 shows such a near-field probe using the technique of the present invention. The part corresponding to FIG. 3 is denoted by reference numeral 100, and detailed description thereof is omitted. The
[0015]
Due to the shape of the probe of the present invention, the scattered light 22 scattered at the tip of the probe 2 is reflected by the substantially hemispherical or semi-ellipsoidal
It is also possible to apply the above-described guided near-field probe technique to a multi-probe having a plurality of cores in the clad. The multi-probe is composed of a plurality of cores that are light guide paths included in one optical fiber, and is applied to an optical head of a high-density recording apparatus.
[0016]
FIG. 6 shows the application of the technique of the present invention to a multi-array type multi-probe. A portion corresponding to FIG. 1 is denoted by reference numeral 200, and detailed description thereof is omitted. As in the case of FIG. 1, the end face of the fiber has a
[0017]
FIG. 7 illustrates an example of a manufacturing procedure of the guided fiber probe of the present invention. FIG. 7A shows an optical fiber before processing. The clad 4 is made of SiO 2 , and the
First, in order to form a recess, the fiber shown in FIG. 7A is used as a first etching solution made of an HF-NH 4 buffer solution whose composition ratio is adjusted so that the dissolution rate of the
[0018]
Next, the process proceeds to a core sharpening process. As the second etching solution, an HF-NH 4 buffer solution having a composition such that the dissolution rate of the
Further, an HF-NH 4 buffer solution having a composition ratio is prepared as the third etching solution so that the relative dissolution rate of the clad 4 with respect to the
[0019]
Moreover, the distance h from the
Since the guide portion is formed of the clad, the guide portion is flat and has a large area and a stable shape as compared with the case where the guide portion is formed of another holding material. Moreover, since the guide portion is created simultaneously with the processing for making the tip of the core, it does not take time.
[0020]
Here, the outline of a method for manufacturing a probe with a guide having a two-step taper core at the core tip has been described. Of course, other components can be obtained by adjusting the composition of the etching solution and the immersion time in the core sharpening process. -It can also be shaped like a pad. In the case of the above-described multi-probe, it can be produced by the same procedure as described above using an optical fiber having a plurality of cores.
[0021]
Next, the creation of the probe aperture will be described. In order to irradiate / collect near-field light and measure a very fine area beyond the diffraction limit of light, the aperture must be made very fine and precise. However, the conventional aperture creation technique requires a special device for creating the aperture and controlling the size of the aperture. The opening creation according to the present invention is basically a pressing method in which the tip of the core is pressed against a flat plate, and a portion pre-coated with a light-shielding substance is stretched to create an opening through which light can easily pass. . However, in the conventional pressing method, in order to control the aperture diameter, it is necessary to control the aperture diameter by measuring the amount of light emitted from the aperture through the optical fiber during the creation of the aperture. On the other hand, in the present invention, no special device is required, and the aperture diameter can be controlled by adjusting the amount by which the tip of the core protrudes from the guide surface in the production of the near-field probe.
[0022]
This opening creation method will be described with reference to FIG. The same components as those in FIG. In FIG. 8A, the surface of the probe 2 is covered with a
[0023]
The above aperture creation method can be performed in the same procedure for the multi-probe shown in FIG. 6 and the polarization type probe shown in FIG.
By using the guided probe of the present invention, a special device for controlling the distance to the sample is not required, and the degree of freedom of movement of the probe is increased as compared with a device using a distance control device such as shear force control. .
[0024]
【Example】
Thus, application examples using the guided near-field probe of the present invention will be described below.
<Near-field spectrometer>
FIG. 9 is a conceptual diagram of a near-field spectrometer. In the figure, the light irradiated to the end face of the optical fiber by the light irradiation means 36 passes through the optical fiber and is irradiated to the sample as near-field light from the opening of the guided near-
Regarding the movement of the probe in the Z-axis direction, when a normal probe is used, nm order control is required and a special device is required. However, in the present invention, no special device is required for distance control. It is only necessary to press 20 against the
[0025]
However, in FIG. 9, a two-stage control unit including a coarse
FIG. 10 shows an example of an apparatus for manually controlling the movement of the probe. The
[0026]
In these near-field spectroscopic apparatuses, it may be detected that the probe and the sample are in contact with each other using a deflection sensor, a contact sensor, a pressure sensor, an ultrasonic sensor, or the like.
As described above, since it is not necessary to control the optical system for controlling the distance between the sample and the probe, the operation can be facilitated and the apparatus can be downsized. Furthermore, it is possible to measure a sample moving at a high speed such as a sample flowing on the line.
[0027]
After measuring a point on the sample, move the probe to a place where the intensity of the near-field light is sufficiently low to measure the background, and repeat the procedure of measuring the other point on the sample to repeat the mapping operation. It is also suitable to do.
Here, only the illumination collection type near-field spectroscopic device has been described, but it goes without saying that the guided fiber probe of the present invention can also be used for the collection type and illumination type near-field spectroscopic devices.
[0028]
<Optical head>
The guided
[0029]
In order to control the distance between the
In addition, since the area of the guide surface made of the clad is large, the area of the contact surface with the recording surface is large and stable, and the case where the recording surface moves at high speed can also be handled.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, by using the guided near-field probe of the present invention, it is easy to create an opening at the tip of the probe and it is not necessary to control the distance to the sample. Moreover, according to the method for manufacturing a guided near-field probe of the present invention, the aperture diameter can be accurately controlled, and the probe can be easily created.
In addition, by using the guided near-field probe of the present invention for the probe of the near-field spectroscopic device and the optical head of the optical storage device, the control of the probe and the optical head can be facilitated, and it can be applied to a sample moving at high speed. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a guided near-field probe of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of distance control between a probe and a sample.
FIG. 3 is a perspective view of a guided near-field probe having an opening.
FIG. 4 is an explanatory diagram of distance control between a probe and a sample.
FIG. 5 is a perspective view of a guided near-field probe having a slit-type opening.
FIG. 6 is a perspective view of a guided near-field multi-probe having a plurality of cores.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a method for manufacturing a guided near-field probe.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an opening creation method.
FIG. 9 is a conceptual diagram of a near-field spectrometer using a guided near-field probe.
FIG. 10 is a conceptual diagram of a manual probe moving device.
FIG. 11 is a conceptual diagram of an optical storage device using a guided near-field probe as an optical head.
[Explanation of symbols]
2 Near-field probe with
Claims (8)
前記クラッドは前記光ファイバの端面に前記コアを囲む略半球状の凹部を有し、
前記凹部に囲まれたコアは先鋭化された先端部を有し、
前記端面でのクラッドの凹んでいない部分をガイド面とし、
前記コアの先端部は前記ガイド面とほぼ同じ高さにあり、
前記ガイド面を試料とプローブの距離制御に使用することを特徴としたガイド付き近接場プローブ。In an optical fiber consisting of a core that functions as a cladding and a light guide,
The clad has a substantially hemispherical recess surrounding the core on the end face of the optical fiber,
The core surrounded by the recess has a sharpened tip;
The not-depressed portion of the cladding at the end surface is a guide surface,
The core tip is substantially at the same height as the guide surface,
A near-field probe with guide, wherein the guide surface is used for controlling a distance between the sample and the probe.
少なくとも前記コア先端部の表面に、光に対して不透明な材質よりなるマスク部を有し、
前記コアの先端部に光を透過させる開口を設け、
該開口と前記ガイド面が平行となることを特徴とするガイド付き近接場プローブ。The guided near-field probe according to claim 1,
At least the surface of the core tip has a mask portion made of a material opaque to light,
An opening for transmitting light is provided at the tip of the core,
A near-field probe with guide, wherein the opening and the guide surface are parallel to each other.
前記開口が楕円状またはスリット状になっていることを特徴とするガイド付き近接場プローブ。The near-field probe according to claim 2,
A guided near-field probe, wherein the opening is elliptical or slit-shaped.
前記コアが前記クラッド内に複数本あることを特徴とするガイド付き近接場プローブ。The guided near-field probe according to claims 1 to 3,
A guided near-field probe comprising a plurality of cores in the cladding.
クラッドの溶解速度よりコアの溶解速度が速いエッチング液に光ファイバの端面を浸漬しコア及びコア周囲のクラッドを凹ませる凹部作成工程と、
クラッドの溶解速度よりコアの溶解速度が遅いエッチング液に前記凹部を有したファイバの端面を浸漬し前記凹部のコアを先鋭化する先鋭化工程と、
からなり、
前記光ファイバの端面において前記コアの周囲のクラッドを略半球状に凹ませ、前記コアの先端が先鋭化するよう光ファイバを加工することを特徴とするガイド付き近接場プローブの製造方法。Using an optical fiber consisting of a clad and one or more cores,
A recess creating step in which the end face of the optical fiber is immersed in an etching solution having a faster core dissolution rate than the cladding dissolution rate to dent the core and the cladding around the core;
A sharpening step of sharpening the core of the recess by immersing the end face of the fiber having the recess in an etching solution having a core dissolution rate slower than the dissolution rate of the cladding;
Consists of
A method of manufacturing a guided near-field probe, wherein an optical fiber is processed such that a cladding around the core is recessed into a substantially hemispherical shape on an end face of the optical fiber, and a tip of the core is sharpened.
前記クラッドは前記光ファイバの端面に前記コアを囲む略半球状の凹部を有し、
前記凹部に囲まれたコアは先鋭化された先端部を有し、
少なくとも前記コア先端部の表面が、遮光性を持つマスク部で被覆され、
前記端面のクラッドの凹んでいない部分をガイド面とするガイド付き近接場プローブを用い、
前記ガイド面を平板に押し付けることにより前記コア先端部に、光を透過させる開口を作成し、
前記コアが前記ガイド面から突出した距離を調整することにより開口径を制御することを特徴とする近接場プローブの開口作成方法。Consisting of an optical fiber with a cladding and one or more cores,
The clad has a substantially hemispherical recess surrounding the core on the end face of the optical fiber,
The core surrounded by the recess has a sharpened tip;
At least the surface of the core tip is coated with a light-shielding mask,
Using a near-field probe with a guide, which is a non-dented portion of the cladding on the end face,
Create an opening that transmits light at the core tip by pressing the guide surface against a flat plate,
An opening creation method for a near-field probe, wherein an opening diameter is controlled by adjusting a distance by which the core protrudes from the guide surface.
請求項1〜4記載のガイド付き近接場プローブを用いたことを特徴とする近接場分光装置。In a near-field spectrometer using a near-field probe,
A near-field spectrometer using the guided near-field probe according to claim 1.
請求項1〜4のガイド付き近接場プローブを用いることを特徴とするガイド付き光ヘッド。As an optical head for recording / reading information for optical memory,
A guided optical head using the guided near-field probe according to claim 1.
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