JP4153089B2 - 光ファイバプローブ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば走査型プローブ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として使用される光ファイバプローブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、近接場光学顕微鏡はナノメートル領域の光学技術として注目され、生体試料の形状や微細構造の観察、半導体素子の分光研究、高分子有機材料の蛍光検出等に応用されている。この顕微鏡は光を媒体とする走査型プローブ顕微鏡という側面を持ち、その解像度と明るさはプローブの形状・構造によって決定される。この顕微鏡には試料上に生じた光近接場を光ファイバプローブで散乱・集光して検出するコレクションモード（ｃモード）と光ファイバプローブから発生する近接場領域で試料を照射し、試料の散乱光或いは放出光を集光・検出するイルミネーションモード（ｉモード）という二つの方式があり、ｃモードには光近接場の散乱体として機能する散乱型プローブが、ｉモードには近接場を選択的に発生する発生型プローブが求められる。光ファイバプローブにおいて、テーパの先端と遮光性金属膜で形成された開口は、散乱型プローブと発生型プローブの代表的モデルであるが、これらを用いたｃモードとｉモードの分解能はそれぞれの先端と開口のサイズによって制限される。それ故、先端径或いは開口径を波長以下の範囲で制御することが要求される。また、光ファイバプローブで試料を照射し、試料の近接場を光ファイバプローブで散乱・検出するイルミネーション／コレクション（ｉ−ｃ）モードでは発生型プローブと散乱型プローブの両方として機能する必要がある。これらの顕微鏡モードは例えば不透明試料の分光にはｉ−ｃモードというようにその特徴に応じて使い分けられる。
【０００３】
この近接場光学顕微鏡においては、多種多様な応用を一種類の光ファイバプローブで行うことは不可能に近い。それ故、ある近接場測定を行う場合、その用途に適した顕微鏡モードを選択し、目標とする分解能を設定して、目標分解能に対して十分な検出光強度が得られるように光ファイバプローブの開口径等を最適化する必要がある。例えば生体試料観察のために分解能を重視して例えば２０ｎｍ程度の小さい開口径の光ファイバプローブを、また半導体分光のために透過光率を重視して例えば２００ｎｍ程度の大きい開口径の２種類の光ファイバプローブを作製することが行われていた。
【０００４】
近接場光学顕微鏡用の光ファイバプローブ作製法としては、溶融延伸、メニスカス・エッチング、選択エッチング等で光ファイバの先端をテーパ化し、更に真空蒸着器内で先鋭化された光ファイバを回転させながら側面又は後方から蒸着する手法が効果的な方法として知られている。図２１には、このような方法で作成される光ファイバプローブの先端部を示す。ここで、θはテーパ化された光ファイバプローブの先鋭角、ｄはその先端径でありこれは開口径に等しい。
【０００５】
光ファイバの先端をテーパ化する先鋭化工程としては、先端エッチングに基づく方法が最も先鋭化形状の再現性と制御性に優れたものとして知られている。コア半径ｒ1の光ファイバを緩衝ＨＦ水溶液に浸漬してエッチングする最も基本的な選択エッチングの例では、コアとクラッドの溶解速度がそれぞれＲ1とＲ2（＞Ｒ1）であったとする。光ファイバは次式で表される先鋭角θで先鋭化される。
ｓｉｎ（θ／２）＝Ｒ1／Ｒ2
このとき先端径ｄはエッチング時間Ｔにより
ｄ（Ｔ）＝２ｒ1（１−Ｔ／τ） （Ｔ＜τ）
ｄ（Ｔ）＝０ （Ｔ≧τ）
と表される。ここで、先端径が０になるエッチング時間τは
τ＝（ｒ1／Ｒ1）［（Ｒ1＋Ｒ2）／（Ｒ1−Ｒ2）］１／２
によって与えられ、エッチング時間Ｔをτ以下となるように制御することにより先端径ｄを制御できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の近接場光学顕微鏡に備えられる光ファイバプローブにおいては、透過効率が高いことが望ましい。光ファイバプローブの透過効率を向上させる手法としては、先端径を大きくすることにより光の開口径を大きくすることがなされていた。特に、光ファイバプローブを分光研究へ応用するときには、より量子効率の低い試料にその応用を拡大するため、使用波長領域を拡大するため、試料の偏光特性を得るために、透過効率又は散乱効率の向上、透過率の高い使用、非偏光成分の除去等が必要とされる。
【０００７】
また、上述の光ファイバプローブにおいては、ナノメートルオーダで先端径を制御するとともに、光の開口径を制御する必要がある。すなわち、上述の先鋭化工程において、選択エッチングを用いてマイクロメートルオーダのコアに対してナノメートルオーダで先端径を制御するためには溶解速度Ｒ1とＲ2とに３桁以上の精度が要求される。したがって、選択エッチングを用いて先鋭化工程を行うには、エッチング液の濃度及び組成、温度等の厳密な管理が不可欠となる。それゆえ、選択エッチングを用いて光ファイバの先端をナノメートルオーダで制御して先鋭化工程を行うのには、エッチング液の管理コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
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、容易にナノメートルオーダで制御して先鋭部が製造可能であるとともに、製造コストを低減して製造することができる光ファイバプローブ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブであって、上記先鋭部は、第１の屈折率を有する先鋭化された第１の誘電体層と、当該第１の誘電体層の周囲に形成され上記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電体層と、当該第２の誘電体層の周囲に形成された金属層とからなり、上記第２の誘電体層は、少なくとも一部に金属膜と誘電体膜が交互に形成された積層膜部を有することを特徴とする。
【００１０】
このような光ファイバプローブは、光ファイバからの光を先鋭部の第１の誘電体層又は第２の誘電体層を介して出射する。
【００１１】
また、本発明は、上記光ファイバプローブの製造方法であって、加熱した後に延伸することで光ファイバを分断してコアがクラッドに埋没している状態の光ファイバを作製する分断工程と、上記分断工程がなされた光ファイバにエッチングを施すことにより先端が先鋭化された先鋭部を形成する先鋭化工程と、上記先鋭部に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、上記先鋭部に金属層を形成する金属層形成工程とを有し、上記誘電体層形成工程では、上記先鋭化工程が施された光ファイバを回転させながら金属膜と誘電体膜を交互に成膜することを特徴とする。
【００１２】
このような光ファイバプローブの製造方法は、先鋭化された光ファイバに誘電体層及び金属層を形成することにより、誘電体層及び金属層を有する光ファイバプローブを製造する。
【００１３】
【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。
【００１４】
本発明が適用される光ファイバプローブは、コアとクラッドからなる光ファイバの先端部分を先鋭化することにより形成された図１に示す先鋭部１を備えている。この先鋭部１は、円柱状の光ファイバを先鋭化することにより、円錐状に形成されている。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、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では、光ファイバプローブは照明と散乱物の両方として働く。
【００１５】
先鋭部１は、第１の屈折率を有する第１の誘電体層２と、この第１の誘電体層２の外周側に形成され第２の屈折率を有する第２の誘電体層３と、この第２の誘電体層３の外周側に形成された金属層４とからなる。
【００１６】
第１の誘電体層２は、後述の先鋭化工程により先鋭化されたコア又はクラッドからなる。この第１の誘電体層２は、例えば石英ガラスからなり、第１の屈折率が例えば１．５程度となされている。ここで、第１の誘電体層２は、内部での光の波長が（真空での光の波長／物質の屈折率）で求められることから、透過効率の向上を図るためには、高い屈折率の材料で形成される方が効果的である。
【００１７】
第２の誘電体層３は、第１の誘電体層２の外周側に例えば真空蒸着法により形成される。この第２の誘電体層３は、第１の誘電体層２の第１の屈折率に対して低い、例えば屈折率が約１．３のＭｇＦ2で形成されたとき、第１の誘電体層２に光を集光させる。一方、この第２の誘電体層３は、第１の誘電体層２の第１の屈折率より高い第２の屈折率で形成されたときには当該第２の誘電体層３内にも光が伝搬されることになる。これにより、先鋭部１から出射される光は拡がりが大きくなり、第１の屈折率が第２の屈折率より低いときの光の強度分布と比較してブロードな強度分布となる。
【００１８】
金属層４は、第２の誘電体層３の外周側に例えば真空蒸着法により形成される。この金属層４は、例えばＡｇ等の遮光性を有する材料からなり、第１の誘電体層２及び第２の誘電体層３内で伝達される光を外部に漏洩することを防止するとともに、外部からの光を遮る。
【００１９】
このように構成された先鋭部１を有する光ファイバプローブは、コアとクラッドからなる光ファイバを加工することにより製造され、光の開口径が約３００ｎｍ程度となされて形成され、コア内を伝達して先鋭部１に入射された光を先鋭部１の先端から出射する。
【００２０】
このような先鋭部１を有する光ファイバプローブは、上述したように、第２の誘電体層３及び金属層４を例えば真空蒸着法を用いて形成することができるので、ナノメートルサイズで形状を制御して製造することができる。
【００２１】
次に、本発明を適用した光ファイバプローブの他の一例について図２を用いて説明する。図２に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブは、先鋭部１の形状が第１の誘電体層２の中心軸と直交する断面形状が略楕円状となされている。すなわち、この光ファイバプローブの先鋭部１は、断面真円上の第１の誘電体層２と、断面略楕円状の第２の誘電体層３と、断面略楕円状の金属層４とからなる。このような光ファイバプローブによれば、第２の誘電体層３及び金属層４を楕円形状とすることにより、長軸方向に偏光した光の透過効率に比べ短軸方向に偏光した光の透過効率を著しく減少させることができる。
【００２２】
この図２に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを、全反射プリズムに光を入射し当該全反射プリズムに固定された試料をエバネッセント光で照明し、光ファイバプローブで散乱・検出するコレクションモードで使用するときには、全反射プリズムに入射させる光の偏光方向がその入射平面に対して偏光方向が垂直方向であればｓ偏光、偏光方向が平行方向であればｐ偏光と定義される。ここで、入射偏光が完全な直線偏光であったとしても、全反射プリズムや試料による反射・散乱過程で、入射偏光に垂直な成分や偏光解消した成分が発生することがある。これに対し、図２に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブは、断面略楕円形状となるように第２の誘電体層３及び金属層４を形成していることから、短軸が入射光の偏光と垂直になるように配置することにより、このような偏光変化及び偏光解消成分を効果的に除去することができる。
【００２３】
また、本発明を適用した光ファイバプローブの更に他の一例について図３を用いて説明する。図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブは、第２の誘電体層３が積層膜となされて形成されている。この第２の誘電体層３の積層膜は、金属膜５と、誘電体膜６とが例えば５〜１０ｎｍ程度の膜厚で相互に積層されてミクロンオーダ又は光の波長以下とされて形成されている。このように積層膜は、金属膜５により光を散乱するとともに、誘電体膜６により光を透過させる。したがって、図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブによれば、高い透過効率を有するとともに高い散乱効率を有する。したがって、この光ファイバプローブによれば、イルミネーション・コレクションモードで使用して好適なものとなされている。
【００２４】
なお、上記金属膜は、５〜１０ｎｍ程度であることが望ましいが、１〜５０ｎｍ程度の範囲内であれば高い透過効率の光ファイバプローブとすることができる。
【００２５】
また、図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブは、第２の誘電体層３を積層膜とし、積層膜を構成する各誘電体膜６の膜厚を等しくしても良い。このように光ファイバプローブは、各誘電体膜６の膜厚を等しくすることにより、金属膜５により光を散乱させ、開口部に相当する誘電体膜６の端面全体における光電界強度を向上させることができる。
【００２６】
更に、本発明を適用した光ファイバプローブは、図４及び図５に示すように、第２の誘電体層３を積層膜とし、積層膜を構成する最外周側の誘電体膜６の膜厚のみを大きくしても良い。この図４及び図５に示した光ファイバプローブは、先鋭部１から出射する光電界強度を金属膜５が存在する先鋭部１の中心軸付近でのみ高くすることができる。
【００２７】
更にまた、本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部１は、図６に示すように、第２の誘電体層３を、誘電体内にナノメートルサイズの球状の金属球７が分散・添加しているものとしても良い。
【００２８】
更にまた、本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部１は、図７に示すように、第１の誘電体層２を積層膜とした場合において、金属膜５の第１の誘電体層２の中心軸と直交する断面形状を略楕円形状としても良い。すなわち、このような先鋭部１を有する光ファイバプローブは、中心軸に垂直する方向における膜厚を一定とはしないで形成されている。この光ファイバプローブによれば、金属膜の楕円外形の長軸方向の偏光が選択的に散乱されるために、先端での散乱過程においても偏光特性が生じる。また、この光ファイバプローブによれば、金属膜５の楕円の長軸方向を検出光の偏光方向と一致させることにより、コレクションモードでの偏光変化や偏光解消を抑制することができる。
【００２９】
更に、本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部１は、図８に示すように、第１の誘電体層２、第２の誘電体層３及び金属層４を断面略楕円状として形成しても良い。このような先鋭部１を有する光ファイバプローブは、図８に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブと比較してさらなる偏光解消抑制効果を奏することができる。
【００３０】
次に、上述した図１に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。
【００３１】
この光ファイバプローブの製造方法は、光ファイバを分断する溶解延伸工程と、分断された光ファイバに対してエッチングを施すエッチング工程と、第２の誘電体層３を形成する第２の誘電体層形成工程と、第２の誘電体層３の周囲に金属層４を形成する金属層形成工程とを有する。
【００３２】
溶解延伸工程は、例えば比屈折率差が約０．３％の直径が約１０μｍの純粋石英（ＳｉＯ2）製コア１１と、直径が約１２５μｍのフッ素添加石英（Ｆ−ＳｉＯ2）製クラッド１２とからなる図９に示す光ファイバ１０を米国サッター社製マイクロピペットプラーＰ−２０００を使用して図１０に示すように熱を印加して溶解延伸する。これにより、図１１に示すように、光ファイバ１０を２つに分断する。
【００３３】
エッチング工程は、分断した光ファイバ１０を緩衝ＨＦ水溶液中で３０分間エッチングをすることにより行う。なお、緩衝ＨＦ水溶液は、体積混合比が４０重量％ＮＨ4Ｆ：５０重量％ＨＦ酸：Ｈ2Ｏ＝１０：１：１である。このエッチング工程が施された光ファイバ１０は、図１２に示す分断された光ファイバ１０のコア１１がクラッド１２に埋没し、クラッド１２が先鋭化されたものとされる。
【００３４】
第２の誘電体層形成工程は、エッチング工程が施された光ファイバ１０を回転させながら真空蒸着することによって例えばＭｇＦ2を先鋭化された部分に成膜する。これにより、ＭｇＦ2が１００ｎｍ程度の膜厚で先鋭化された部分に第２の誘電体層３を形成する。
【００３５】
金属層形成工程は、先鋭化された部分に第２の誘電体層３が形成された光ファイバ１０を回転させながら真空蒸着することによって金属層４として例えばＡｌを先鋭化させた部分に成膜する。これにより、先鋭化され第２の誘電体層３が形成された先鋭化された部分にＡｌが２００ｎｍ程度の膜厚で金属層４として形成される。
【００３６】
このように、光ファイバプローブの製造方法によれば、光ファイバ１０に溶解延伸工程、エッチング工程、第２の誘電体層形成工程及び金属層形成工程を施すことにより、図２に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造する。
【００３７】
つぎに、図３に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図３に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバに第２の誘電体層形成工程を行うとき、第２の誘電体層３としてＭｇＦ2を一方の側面から１００ｎｍ程度の膜厚で形成し、次に上記一方の側面とは逆の側面からＭｇＦ2を１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。次に、金属層形成工程では、一方の側面及び当該一方の側面とは逆の側面からＭｇＦ2を形成した光ファイバを回転させながら金属層４としてＡｌを形成することにより、図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブを形成する。このとき、一方の側面から当該一方の側面とは逆の側面に蒸着をするときには光ファイバを１８０度だけ回転させて、金属膜５及び誘電体膜６を蒸着する。
【００３８】
つぎに、図４に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図４に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバ１０に第２の誘電体層形成工程を行うとき、図１３に示すように銀（Ａｇ）を光ファイバ１０を回転させながら金属膜５を成膜する。次に、図１４に示すようにＭｇＦ2を光ファイバ１０を回転させながら誘電体膜６を成膜する。これにより、５ｎｍの金属膜５と２５ｎｍの誘電体膜６を交互に４層づつ形成する。更に、図１５に示すようにＡｌを２００ｎｍ程度光ファイバ１０を回転させながら成膜することにより、図１６及び図４に示すような先鋭部１を有する光ファイバプローブを形成する。
【００３９】
つぎに、図５に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図５に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバ１０に第２の誘電体層形成工程を行うとき、金属膜５として銀（Ａｇ）と誘電体膜６としてＭｇＦ2を交互に蒸着する。このとき、例えば５ｎｍの銀と２５ｎｍのＭｇＦ2を交互に２層づつ形成し、次に５ｎｍの銀と５０ｎｍの誘電体膜６を交互に２層づつ形成することにより第２の誘電体層３を形成する。そして、金属層４としてＡｌを２００ｎｍ程度形成することにより、図５に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを作製する。
【００４０】
つぎに、図８に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図８に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバに第２の誘電体層形成工程を行うとき、図１７に示すように、一方の側面から銀を例えば２５ｎｍ程度蒸着して金属膜５を形成し、次に当該一方の側面とは逆の側面から金属膜５を２５ｎｍ程度蒸着する。次に、図１８に示すように、上述の図１７を示して説明したのと同様に、ＭｇＦ2を金属膜５を蒸着して誘電体膜６を形成したときの一方の側面及び当該一方の側面とは逆の側面から蒸着する。次に、図１９に示すように金属膜５及び誘電体膜６を形成した光ファイバ１０を回転させながら、金属層４としてＡｌを例えば２００ｎｍ程度蒸着して図２０及び上述の図８に示す光ファイバプローブを作製する。
【００４１】
なお、蒸着法で第２の誘電体層３及び金属層４を形成するとき、蒸発原子の飛翔方向と先鋭化された光ファイバ１０の軸とのなす角度は銀を形成するときには９０度以上とし、誘電体膜６（ＭｇＦ2）を形成するときには９０度程度とし、Ａｌを形成するときには９０度以下とすることが望ましい。
【００４２】
更に、第２の誘電体層３を構成する誘電体膜６としては、上述のＭｇＦ2のみならず、屈折率が約２．６程度のＺｎＳを用いても良い。このようにＭｇＦ2に代えてＺｎＳを誘電体膜６として作製された光ファイバプローブは、より高い透過効率有することになる。
【００４３】
このように製造される光ファイバプローブは、第２の誘電体層３及び金属層４を蒸着法等の薄膜形成技術を用いて形成するので、容易にナノメートルオーダの精度で製造される。すなわち、従来の光ファイバプローブを製造するときには、光ファイバに選択エッチングを施して光ファイバの先端をナノメートルオーダで制御するので管理コストが高価となっていたのに対して、本発明を適用した光ファイバプローブは、低コストでナノメートルオーダの先鋭部１を製造することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、光ファイバを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブであって、上記先鋭部が第１の屈折率を有する先鋭化された第１の誘電体層と、当該第１の誘電体層の周囲に形成され上記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電体層と、当該第２の誘電体層の周囲に形成された金属層とからなり、上記第２の誘電体層は、少なくとも一部に金属膜と誘電体膜が交互に形成された積層膜部を有するので、上記第２の誘電体層を構成する積層膜部が、金属膜により光を散乱するとともに、誘電体膜により光を透過させ、高い透過効率を有するとともに高い散乱効率を有するものとなり、イルミネーション・コレクションモードで使用して好適なものとなる。この光ファイバプローブは、蒸着法等の薄膜形成技術を用いて容易にナノメートルオーダで先鋭部の形状を制御して製造することができる。また、この光ファイバプローブによれば、例えば蒸着法等の薄膜形成技術を採用して第２の誘電体層及び金属層を形成することができるので、製造コストを低減することができる。
【００４５】
また、本発明に係る光ファイバプローブの製造方法によれば、加熱した後に延伸することで光ファイバを分断してコアがクラッドに埋没している状態の光ファイバを作製する分断工程と、上記分断工程がなされた光ファイバにエッチングを施すことにより先端が先鋭化された先鋭部を形成する先鋭化工程と、上記先鋭部に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、上記先鋭部に金属層を形成する金属層形成工程とを有し、上記誘電体層形成工程では、上記先鋭化工程が施された光ファイバを回転させながら金属膜と誘電体膜を交互に成膜するので、金属膜により光を散乱するとともに、誘電体膜により光を透過させ、高い透過効率を有するとともに高い散乱効率を有するイルミネーション・コレクションモードで使用して好適な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によれば、容易にナノメートルオーダで先鋭部の形状を制御して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によれば、蒸着法等の薄膜形成技術を用いて低コストで光ファイバプローブを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部を示す断面図及び平面図である。
【図２】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図及び平面図である。
【図３】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図５】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図６】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図７】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図及び平面図である。
【図８】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図及び平面図である。
【図９】光ファイバを示す断面図である。
【図１０】溶解延伸工程において、光ファイバを溶解することを説明するための断面図である。
【図１１】溶解延伸工程において、光ファイバを分断することを説明するための断面図である。
【図１２】溶解延伸工程により分断された光ファイバを示す断面図である。
【図１３】図４に示す先鋭部を有する光ファイバプローブの製造方法における第２の誘電体層形成工程を説明するための図である。
【図１４】図４に示す先鋭部を有する光ファイバプローブの製造方法における第２の誘電体層形成工程を説明するための図である。
【図１５】図４に示す先鋭部を有する光ファイバプローブの製造方法における金属層形成工程を説明するための図である。
【図１６】本発明を適用した光ファイバプローブの方法により製造された光ファイバプローブの先鋭部の一例を示す断面図である。
【図１７】第２の誘電体層を構成する金属膜を光ファイバに成膜するときの一例を示す断面図である。
【図１８】第２の誘電体層を構成する誘電体膜を光ファイバに成膜するときの一例を示す断面図である。
【図１９】金属層を成膜するときの一例を示す断面図である。
【図２０】本発明を適用した光ファイバプローブの製造方法により製造された光ファイバプローブを示す断面図である。
【図２１】従来の光ファイバプローブを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 先鋭部、２ 第１の誘電体層、３ 第２の誘電体層、４ 金属層
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば走査型プローブ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として使用される光ファイバプローブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、近接場光学顕微鏡はナノメートル領域の光学技術として注目され、生体試料の形状や微細構造の観察、半導体素子の分光研究、高分子有機材料の蛍光検出等に応用されている。この顕微鏡は光を媒体とする走査型プローブ顕微鏡という側面を持ち、その解像度と明るさはプローブの形状・構造によって決定される。この顕微鏡には試料上に生じた光近接場を光ファイバプローブで散乱・集光して検出するコレクションモード（ｃモード）と光ファイバプローブから発生する近接場領域で試料を照射し、試料の散乱光或いは放出光を集光・検出するイルミネーションモード（ｉモード）という二つの方式があり、ｃモードには光近接場の散乱体として機能する散乱型プローブが、ｉモードには近接場を選択的に発生する発生型プローブが求められる。光ファイバプローブにおいて、テーパの先端と遮光性金属膜で形成された開口は、散乱型プローブと発生型プローブの代表的モデルであるが、これらを用いたｃモードとｉモードの分解能はそれぞれの先端と開口のサイズによって制限される。それ故、先端径或いは開口径を波長以下の範囲で制御することが要求される。また、光ファイバプローブで試料を照射し、試料の近接場を光ファイバプローブで散乱・検出するイルミネーション／コレクション（ｉ−ｃ）モードでは発生型プローブと散乱型プローブの両方として機能する必要がある。これらの顕微鏡モードは例えば不透明試料の分光にはｉ−ｃモードというようにその特徴に応じて使い分けられる。
【０００３】
この近接場光学顕微鏡においては、多種多様な応用を一種類の光ファイバプローブで行うことは不可能に近い。それ故、ある近接場測定を行う場合、その用途に適した顕微鏡モードを選択し、目標とする分解能を設定して、目標分解能に対して十分な検出光強度が得られるように光ファイバプローブの開口径等を最適化する必要がある。例えば生体試料観察のために分解能を重視して例えば２０ｎｍ程度の小さい開口径の光ファイバプローブを、また半導体分光のために透過光率を重視して例えば２００ｎｍ程度の大きい開口径の２種類の光ファイバプローブを作製することが行われていた。
【０００４】
近接場光学顕微鏡用の光ファイバプローブ作製法としては、溶融延伸、メニスカス・エッチング、選択エッチング等で光ファイバの先端をテーパ化し、更に真空蒸着器内で先鋭化された光ファイバを回転させながら側面又は後方から蒸着する手法が効果的な方法として知られている。図２１には、このような方法で作成される光ファイバプローブの先端部を示す。ここで、θはテーパ化された光ファイバプローブの先鋭角、ｄはその先端径でありこれは開口径に等しい。
【０００５】
光ファイバの先端をテーパ化する先鋭化工程としては、先端エッチングに基づく方法が最も先鋭化形状の再現性と制御性に優れたものとして知られている。コア半径ｒ1の光ファイバを緩衝ＨＦ水溶液に浸漬してエッチングする最も基本的な選択エッチングの例では、コアとクラッドの溶解速度がそれぞれＲ1とＲ2（＞Ｒ1）であったとする。光ファイバは次式で表される先鋭角θで先鋭化される。
ｓｉｎ（θ／２）＝Ｒ1／Ｒ2
このとき先端径ｄはエッチング時間Ｔにより
ｄ（Ｔ）＝２ｒ1（１−Ｔ／τ） （Ｔ＜τ）
ｄ（Ｔ）＝０ （Ｔ≧τ）
と表される。ここで、先端径が０になるエッチング時間τは
τ＝（ｒ1／Ｒ1）［（Ｒ1＋Ｒ2）／（Ｒ1−Ｒ2）］１／２
によって与えられ、エッチング時間Ｔをτ以下となるように制御することにより先端径ｄを制御できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の近接場光学顕微鏡に備えられる光ファイバプローブにおいては、透過効率が高いことが望ましい。光ファイバプローブの透過効率を向上させる手法としては、先端径を大きくすることにより光の開口径を大きくすることがなされていた。特に、光ファイバプローブを分光研究へ応用するときには、より量子効率の低い試料にその応用を拡大するため、使用波長領域を拡大するため、試料の偏光特性を得るために、透過効率又は散乱効率の向上、透過率の高い使用、非偏光成分の除去等が必要とされる。
【０００７】
また、上述の光ファイバプローブにおいては、ナノメートルオーダで先端径を制御するとともに、光の開口径を制御する必要がある。すなわち、上述の先鋭化工程において、選択エッチングを用いてマイクロメートルオーダのコアに対してナノメートルオーダで先端径を制御するためには溶解速度Ｒ1とＲ2とに３桁以上の精度が要求される。したがって、選択エッチングを用いて先鋭化工程を行うには、エッチング液の濃度及び組成、温度等の厳密な管理が不可欠となる。それゆえ、選択エッチングを用いて光ファイバの先端をナノメートルオーダで制御して先鋭化工程を行うのには、エッチング液の管理コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
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、容易にナノメートルオーダで制御して先鋭部が製造可能であるとともに、製造コストを低減して製造することができる光ファイバプローブ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブであって、上記先鋭部は、第１の屈折率を有する先鋭化された第１の誘電体層と、当該第１の誘電体層の周囲に形成され上記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電体層と、当該第２の誘電体層の周囲に形成された金属層とからなり、上記第２の誘電体層は、少なくとも一部に金属膜と誘電体膜が交互に形成された積層膜部を有することを特徴とする。
【００１０】
このような光ファイバプローブは、光ファイバからの光を先鋭部の第１の誘電体層又は第２の誘電体層を介して出射する。
【００１１】
また、本発明は、上記光ファイバプローブの製造方法であって、加熱した後に延伸することで光ファイバを分断してコアがクラッドに埋没している状態の光ファイバを作製する分断工程と、上記分断工程がなされた光ファイバにエッチングを施すことにより先端が先鋭化された先鋭部を形成する先鋭化工程と、上記先鋭部に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、上記先鋭部に金属層を形成する金属層形成工程とを有し、上記誘電体層形成工程では、上記先鋭化工程が施された光ファイバを回転させながら金属膜と誘電体膜を交互に成膜することを特徴とする。
【００１２】
このような光ファイバプローブの製造方法は、先鋭化された光ファイバに誘電体層及び金属層を形成することにより、誘電体層及び金属層を有する光ファイバプローブを製造する。
【００１３】
【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。
【００１４】
本発明が適用される光ファイバプローブは、コアとクラッドからなる光ファイバの先端部分を先鋭化することにより形成された図１に示す先鋭部１を備えている。この先鋭部１は、円柱状の光ファイバを先鋭化することにより、円錐状に形成されている。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、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では、光ファイバプローブは照明と散乱物の両方として働く。
【００１５】
先鋭部１は、第１の屈折率を有する第１の誘電体層２と、この第１の誘電体層２の外周側に形成され第２の屈折率を有する第２の誘電体層３と、この第２の誘電体層３の外周側に形成された金属層４とからなる。
【００１６】
第１の誘電体層２は、後述の先鋭化工程により先鋭化されたコア又はクラッドからなる。この第１の誘電体層２は、例えば石英ガラスからなり、第１の屈折率が例えば１．５程度となされている。ここで、第１の誘電体層２は、内部での光の波長が（真空での光の波長／物質の屈折率）で求められることから、透過効率の向上を図るためには、高い屈折率の材料で形成される方が効果的である。
【００１７】
第２の誘電体層３は、第１の誘電体層２の外周側に例えば真空蒸着法により形成される。この第２の誘電体層３は、第１の誘電体層２の第１の屈折率に対して低い、例えば屈折率が約１．３のＭｇＦ2で形成されたとき、第１の誘電体層２に光を集光させる。一方、この第２の誘電体層３は、第１の誘電体層２の第１の屈折率より高い第２の屈折率で形成されたときには当該第２の誘電体層３内にも光が伝搬されることになる。これにより、先鋭部１から出射される光は拡がりが大きくなり、第１の屈折率が第２の屈折率より低いときの光の強度分布と比較してブロードな強度分布となる。
【００１８】
金属層４は、第２の誘電体層３の外周側に例えば真空蒸着法により形成される。この金属層４は、例えばＡｇ等の遮光性を有する材料からなり、第１の誘電体層２及び第２の誘電体層３内で伝達される光を外部に漏洩することを防止するとともに、外部からの光を遮る。
【００１９】
このように構成された先鋭部１を有する光ファイバプローブは、コアとクラッドからなる光ファイバを加工することにより製造され、光の開口径が約３００ｎｍ程度となされて形成され、コア内を伝達して先鋭部１に入射された光を先鋭部１の先端から出射する。
【００２０】
このような先鋭部１を有する光ファイバプローブは、上述したように、第２の誘電体層３及び金属層４を例えば真空蒸着法を用いて形成することができるので、ナノメートルサイズで形状を制御して製造することができる。
【００２１】
次に、本発明を適用した光ファイバプローブの他の一例について図２を用いて説明する。図２に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブは、先鋭部１の形状が第１の誘電体層２の中心軸と直交する断面形状が略楕円状となされている。すなわち、この光ファイバプローブの先鋭部１は、断面真円上の第１の誘電体層２と、断面略楕円状の第２の誘電体層３と、断面略楕円状の金属層４とからなる。このような光ファイバプローブによれば、第２の誘電体層３及び金属層４を楕円形状とすることにより、長軸方向に偏光した光の透過効率に比べ短軸方向に偏光した光の透過効率を著しく減少させることができる。
【００２２】
この図２に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを、全反射プリズムに光を入射し当該全反射プリズムに固定された試料をエバネッセント光で照明し、光ファイバプローブで散乱・検出するコレクションモードで使用するときには、全反射プリズムに入射させる光の偏光方向がその入射平面に対して偏光方向が垂直方向であればｓ偏光、偏光方向が平行方向であればｐ偏光と定義される。ここで、入射偏光が完全な直線偏光であったとしても、全反射プリズムや試料による反射・散乱過程で、入射偏光に垂直な成分や偏光解消した成分が発生することがある。これに対し、図２に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブは、断面略楕円形状となるように第２の誘電体層３及び金属層４を形成していることから、短軸が入射光の偏光と垂直になるように配置することにより、このような偏光変化及び偏光解消成分を効果的に除去することができる。
【００２３】
また、本発明を適用した光ファイバプローブの更に他の一例について図３を用いて説明する。図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブは、第２の誘電体層３が積層膜となされて形成されている。この第２の誘電体層３の積層膜は、金属膜５と、誘電体膜６とが例えば５〜１０ｎｍ程度の膜厚で相互に積層されてミクロンオーダ又は光の波長以下とされて形成されている。このように積層膜は、金属膜５により光を散乱するとともに、誘電体膜６により光を透過させる。したがって、図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブによれば、高い透過効率を有するとともに高い散乱効率を有する。したがって、この光ファイバプローブによれば、イルミネーション・コレクションモードで使用して好適なものとなされている。
【００２４】
なお、上記金属膜は、５〜１０ｎｍ程度であることが望ましいが、１〜５０ｎｍ程度の範囲内であれば高い透過効率の光ファイバプローブとすることができる。
【００２５】
また、図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブは、第２の誘電体層３を積層膜とし、積層膜を構成する各誘電体膜６の膜厚を等しくしても良い。このように光ファイバプローブは、各誘電体膜６の膜厚を等しくすることにより、金属膜５により光を散乱させ、開口部に相当する誘電体膜６の端面全体における光電界強度を向上させることができる。
【００２６】
更に、本発明を適用した光ファイバプローブは、図４及び図５に示すように、第２の誘電体層３を積層膜とし、積層膜を構成する最外周側の誘電体膜６の膜厚のみを大きくしても良い。この図４及び図５に示した光ファイバプローブは、先鋭部１から出射する光電界強度を金属膜５が存在する先鋭部１の中心軸付近でのみ高くすることができる。
【００２７】
更にまた、本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部１は、図６に示すように、第２の誘電体層３を、誘電体内にナノメートルサイズの球状の金属球７が分散・添加しているものとしても良い。
【００２８】
更にまた、本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部１は、図７に示すように、第１の誘電体層２を積層膜とした場合において、金属膜５の第１の誘電体層２の中心軸と直交する断面形状を略楕円形状としても良い。すなわち、このような先鋭部１を有する光ファイバプローブは、中心軸に垂直する方向における膜厚を一定とはしないで形成されている。この光ファイバプローブによれば、金属膜の楕円外形の長軸方向の偏光が選択的に散乱されるために、先端での散乱過程においても偏光特性が生じる。また、この光ファイバプローブによれば、金属膜５の楕円の長軸方向を検出光の偏光方向と一致させることにより、コレクションモードでの偏光変化や偏光解消を抑制することができる。
【００２９】
更に、本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部１は、図８に示すように、第１の誘電体層２、第２の誘電体層３及び金属層４を断面略楕円状として形成しても良い。このような先鋭部１を有する光ファイバプローブは、図８に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブと比較してさらなる偏光解消抑制効果を奏することができる。
【００３０】
次に、上述した図１に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。
【００３１】
この光ファイバプローブの製造方法は、光ファイバを分断する溶解延伸工程と、分断された光ファイバに対してエッチングを施すエッチング工程と、第２の誘電体層３を形成する第２の誘電体層形成工程と、第２の誘電体層３の周囲に金属層４を形成する金属層形成工程とを有する。
【００３２】
溶解延伸工程は、例えば比屈折率差が約０．３％の直径が約１０μｍの純粋石英（ＳｉＯ2）製コア１１と、直径が約１２５μｍのフッ素添加石英（Ｆ−ＳｉＯ2）製クラッド１２とからなる図９に示す光ファイバ１０を米国サッター社製マイクロピペットプラーＰ−２０００を使用して図１０に示すように熱を印加して溶解延伸する。これにより、図１１に示すように、光ファイバ１０を２つに分断する。
【００３３】
エッチング工程は、分断した光ファイバ１０を緩衝ＨＦ水溶液中で３０分間エッチングをすることにより行う。なお、緩衝ＨＦ水溶液は、体積混合比が４０重量％ＮＨ4Ｆ：５０重量％ＨＦ酸：Ｈ2Ｏ＝１０：１：１である。このエッチング工程が施された光ファイバ１０は、図１２に示す分断された光ファイバ１０のコア１１がクラッド１２に埋没し、クラッド１２が先鋭化されたものとされる。
【００３４】
第２の誘電体層形成工程は、エッチング工程が施された光ファイバ１０を回転させながら真空蒸着することによって例えばＭｇＦ2を先鋭化された部分に成膜する。これにより、ＭｇＦ2が１００ｎｍ程度の膜厚で先鋭化された部分に第２の誘電体層３を形成する。
【００３５】
金属層形成工程は、先鋭化された部分に第２の誘電体層３が形成された光ファイバ１０を回転させながら真空蒸着することによって金属層４として例えばＡｌを先鋭化させた部分に成膜する。これにより、先鋭化され第２の誘電体層３が形成された先鋭化された部分にＡｌが２００ｎｍ程度の膜厚で金属層４として形成される。
【００３６】
このように、光ファイバプローブの製造方法によれば、光ファイバ１０に溶解延伸工程、エッチング工程、第２の誘電体層形成工程及び金属層形成工程を施すことにより、図２に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造する。
【００３７】
つぎに、図３に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図３に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバに第２の誘電体層形成工程を行うとき、第２の誘電体層３としてＭｇＦ2を一方の側面から１００ｎｍ程度の膜厚で形成し、次に上記一方の側面とは逆の側面からＭｇＦ2を１００ｎｍ程度の膜厚で形成する。次に、金属層形成工程では、一方の側面及び当該一方の側面とは逆の側面からＭｇＦ2を形成した光ファイバを回転させながら金属層４としてＡｌを形成することにより、図３に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブを形成する。このとき、一方の側面から当該一方の側面とは逆の側面に蒸着をするときには光ファイバを１８０度だけ回転させて、金属膜５及び誘電体膜６を蒸着する。
【００３８】
つぎに、図４に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図４に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバ１０に第２の誘電体層形成工程を行うとき、図１３に示すように銀（Ａｇ）を光ファイバ１０を回転させながら金属膜５を成膜する。次に、図１４に示すようにＭｇＦ2を光ファイバ１０を回転させながら誘電体膜６を成膜する。これにより、５ｎｍの金属膜５と２５ｎｍの誘電体膜６を交互に４層づつ形成する。更に、図１５に示すようにＡｌを２００ｎｍ程度光ファイバ１０を回転させながら成膜することにより、図１６及び図４に示すような先鋭部１を有する光ファイバプローブを形成する。
【００３９】
つぎに、図５に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図５に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバ１０に第２の誘電体層形成工程を行うとき、金属膜５として銀（Ａｇ）と誘電体膜６としてＭｇＦ2を交互に蒸着する。このとき、例えば５ｎｍの銀と２５ｎｍのＭｇＦ2を交互に２層づつ形成し、次に５ｎｍの銀と５０ｎｍの誘電体膜６を交互に２層づつ形成することにより第２の誘電体層３を形成する。そして、金属層４としてＡｌを２００ｎｍ程度形成することにより、図５に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブを作製する。
【００４０】
つぎに、図８に示す先鋭部１を有する光ファイバプローブの製造方法について説明する。図８に示した先鋭部１を有する光ファイバプローブを製造するときには、上述の溶解延伸工程、エッチング工程を施した光ファイバに第２の誘電体層形成工程を行うとき、図１７に示すように、一方の側面から銀を例えば２５ｎｍ程度蒸着して金属膜５を形成し、次に当該一方の側面とは逆の側面から金属膜５を２５ｎｍ程度蒸着する。次に、図１８に示すように、上述の図１７を示して説明したのと同様に、ＭｇＦ2を金属膜５を蒸着して誘電体膜６を形成したときの一方の側面及び当該一方の側面とは逆の側面から蒸着する。次に、図１９に示すように金属膜５及び誘電体膜６を形成した光ファイバ１０を回転させながら、金属層４としてＡｌを例えば２００ｎｍ程度蒸着して図２０及び上述の図８に示す光ファイバプローブを作製する。
【００４１】
なお、蒸着法で第２の誘電体層３及び金属層４を形成するとき、蒸発原子の飛翔方向と先鋭化された光ファイバ１０の軸とのなす角度は銀を形成するときには９０度以上とし、誘電体膜６（ＭｇＦ2）を形成するときには９０度程度とし、Ａｌを形成するときには９０度以下とすることが望ましい。
【００４２】
更に、第２の誘電体層３を構成する誘電体膜６としては、上述のＭｇＦ2のみならず、屈折率が約２．６程度のＺｎＳを用いても良い。このようにＭｇＦ2に代えてＺｎＳを誘電体膜６として作製された光ファイバプローブは、より高い透過効率有することになる。
【００４３】
このように製造される光ファイバプローブは、第２の誘電体層３及び金属層４を蒸着法等の薄膜形成技術を用いて形成するので、容易にナノメートルオーダの精度で製造される。すなわち、従来の光ファイバプローブを製造するときには、光ファイバに選択エッチングを施して光ファイバの先端をナノメートルオーダで制御するので管理コストが高価となっていたのに対して、本発明を適用した光ファイバプローブは、低コストでナノメートルオーダの先鋭部１を製造することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明は、光ファイバを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブであって、上記先鋭部が第１の屈折率を有する先鋭化された第１の誘電体層と、当該第１の誘電体層の周囲に形成され上記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電体層と、当該第２の誘電体層の周囲に形成された金属層とからなり、上記第２の誘電体層は、少なくとも一部に金属膜と誘電体膜が交互に形成された積層膜部を有するので、上記第２の誘電体層を構成する積層膜部が、金属膜により光を散乱するとともに、誘電体膜により光を透過させ、高い透過効率を有するとともに高い散乱効率を有するものとなり、イルミネーション・コレクションモードで使用して好適なものとなる。この光ファイバプローブは、蒸着法等の薄膜形成技術を用いて容易にナノメートルオーダで先鋭部の形状を制御して製造することができる。また、この光ファイバプローブによれば、例えば蒸着法等の薄膜形成技術を採用して第２の誘電体層及び金属層を形成することができるので、製造コストを低減することができる。
【００４５】
また、本発明に係る光ファイバプローブの製造方法によれば、加熱した後に延伸することで光ファイバを分断してコアがクラッドに埋没している状態の光ファイバを作製する分断工程と、上記分断工程がなされた光ファイバにエッチングを施すことにより先端が先鋭化された先鋭部を形成する先鋭化工程と、上記先鋭部に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、上記先鋭部に金属層を形成する金属層形成工程とを有し、上記誘電体層形成工程では、上記先鋭化工程が施された光ファイバを回転させながら金属膜と誘電体膜を交互に成膜するので、金属膜により光を散乱するとともに、誘電体膜により光を透過させ、高い透過効率を有するとともに高い散乱効率を有するイルミネーション・コレクションモードで使用して好適な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によれば、容易にナノメートルオーダで先鋭部の形状を制御して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によれば、蒸着法等の薄膜形成技術を用いて低コストで光ファイバプローブを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部を示す断面図及び平面図である。
【図２】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図及び平面図である。
【図３】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図５】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図６】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図である。
【図７】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図及び平面図である。
【図８】本発明を適用した光ファイバプローブの先鋭部の他の一例を示す断面図及び平面図である。
【図９】光ファイバを示す断面図である。
【図１０】溶解延伸工程において、光ファイバを溶解することを説明するための断面図である。
【図１１】溶解延伸工程において、光ファイバを分断することを説明するための断面図である。
【図１２】溶解延伸工程により分断された光ファイバを示す断面図である。
【図１３】図４に示す先鋭部を有する光ファイバプローブの製造方法における第２の誘電体層形成工程を説明するための図である。
【図１４】図４に示す先鋭部を有する光ファイバプローブの製造方法における第２の誘電体層形成工程を説明するための図である。
【図１５】図４に示す先鋭部を有する光ファイバプローブの製造方法における金属層形成工程を説明するための図である。
【図１６】本発明を適用した光ファイバプローブの方法により製造された光ファイバプローブの先鋭部の一例を示す断面図である。
【図１７】第２の誘電体層を構成する金属膜を光ファイバに成膜するときの一例を示す断面図である。
【図１８】第２の誘電体層を構成する誘電体膜を光ファイバに成膜するときの一例を示す断面図である。
【図１９】金属層を成膜するときの一例を示す断面図である。
【図２０】本発明を適用した光ファイバプローブの製造方法により製造された光ファイバプローブを示す断面図である。
【図２１】従来の光ファイバプローブを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 先鋭部、２ 第１の誘電体層、３ 第２の誘電体層、４ 金属層
Claims (8)
- 光ファイバを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブであって、
上記先鋭部は、第１の屈折率を有する先鋭化された第１の誘電体層と、当該第１の誘電体層の周囲に形成され上記第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電体層と、当該第２の誘電体層の周囲に形成された金属層とからなり、
上記第２の誘電体層は、少なくとも一部に金属膜と誘電体膜が交互に形成された積層膜部を有することを特徴とする光ファイバプローブ。 - 上記金属層は、上記第１の誘電体層の中心軸と直交する断面形状が略楕円状となされて形成されてい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。
- 上記金属膜は、１〜５０ｎｍの範囲内の膜厚で形成されてい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。
- 上記積層膜部は、上記先鋭部から出射する光の波長以下の膜厚で形成されてい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。
- 請求項１記載の光ファイバプローブの製造方法であって、
加熱した後に延伸することで光ファイバを分断してコアがクラッドに埋没している状態の光ファイバを作製する分断工程と、
上記分断工程がなされた光ファイバにエッチングを施すことにより先端が先鋭化された先鋭部を形成する先鋭化工程と、
上記先鋭部に誘電体層を形成する誘電体層形成工程と、
上記先鋭部に金属層を形成する金属層形成工程とを有し、
上記誘電体層形成工程では、上記先鋭化工程が施された光ファイバを回転させながら金属膜と誘電体膜を交互に成膜することを特徴とする光ファイバプローブの製造方法。 - 上記金属層形成工程は、上記誘電体層形成工程で誘電体層が形成された光ファイバの一方の側面から金属層を形成した後に他方の側面から金属層を形成することを特徴とする請求項５記載の光ファイバプローブの製造方法。
- 上記誘電体層形成工程は、上記先鋭化が施された光ファイバの一方の側面から誘電体層を形成した後に他方の側面から誘電体層を形成することを特徴とする請求項５記載の光ファイバプローブの製造方法。
- 上記先鋭化工程は、光ファイバにエッチングを施すことによりクラッドからなる先鋭部を形成することを特徴とする請求項５記載の光ファイバプローブの製造方法。
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