JPH04291310A - Short distance field scanning optics microscope and its use - Google Patents

Short distance field scanning optics microscope and its use

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JPH04291310A
JPH04291310A JP3303113A JP30311391A JPH04291310A JP H04291310 A JPH04291310 A JP H04291310A JP 3303113 A JP3303113 A JP 3303113A JP 30311391 A JP30311391 A JP 30311391A JP H04291310 A JPH04291310 A JP H04291310A
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radiation
light
fiber
aperture
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ロバート エリック ベットズィッグ
Michael George Ernst
アーンスト マイケル ジョージィ
Hellman Francis
フランシス ヘルマン
Jay K Trautman
ジェイ ケネス トラウトマン
Raymond Wolfe
レイモンド ウォルフ
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Abstract

PURPOSE: To provide an optical system provided with high resolution and reliability capable of efficiently transmitting light. CONSTITUTION: The light emitted from a light source is radiated through the optical opening of a probe 20 to a target object and detected. The probe 20 is composed of a part of an optical fiber having a core and a clad and is provided with a tapered area tapered in terms of heat insulation. A clad outer surface inside the tapered area is smoothed and a part thereof is coated with metal and forms a metal waveguide part. The diameter of the terminating surface of the tapered area is determined to be equal to or less than a metal mode cut-off diameter.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、小さな開口、典型的に
は、1光学波長より小さな開口がサンプルの光学近距離
場内に、つまり、サンプルの概ね1光学波長以内に位置
され、この開口が時間変動光学信号を生成するためにこ
のサンプルの表面を通じてラスター状に走査され、この
時間変動光学信号が検出及び再生され、非常に高い分解
能を持つイメージが生成される光学顕微鏡に関する。本
発明は、さらに、製造プロセスの最中にワークピースを
検査するためにこの顕微鏡を使用する方法に関する。
FIELD OF INDUSTRIAL APPLICATION This invention relates to a method in which a small aperture, typically smaller than one optical wavelength, is located in the optical near field of the sample, that is, within approximately one optical wavelength of the sample; The present invention relates to an optical microscope that is scanned raster-wise across the surface of the sample to produce a time-varying optical signal, which time-varying optical signal is detected and reproduced to produce an image with very high resolution. The invention further relates to a method of using this microscope to inspect a workpiece during a manufacturing process.

【0002】0002

【従来の技術】多くの研究者が従来の光学イメージング
・システムの固有の欠点を克服するための光学走査の使
用法について研究を行なっている。つまり、いわゆる近
距離場走査光学顕微鏡法(near−field sc
anning optical microscopy
,NSOM)においては、1光学波長よりも小さな直径
を持つ開口がサンプルの表面に接近して位置され、この
表面を通じて走査される。あるスキームにおいては、サ
ンプルが外部ソースによって反射的に、あるいは透過的
に照射される。反射あるいは透過した光の一部が開口に
よって集められ、例えば、光ファイバーを介して光検出
器に中継される。もう一つのスキームにおいては、光が
光ファイバーによって開口に中継されるが、この開口自
体がサンプルの反射的あるいは透過的照射のための小型
光源として機能する。この場合においては、従来の手段
が選択されたあるいは透過された光を集め、検出するた
めに使用される。いずれの場合においても、検出された
光学信号が再生され、イメージ情報が得られる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Many researchers are investigating the use of optical scanning to overcome the inherent drawbacks of conventional optical imaging systems. That is, so-called near-field scanning optical microscopy (near-field scanning optical microscopy)
anning optical microscopy
, NSOM), an aperture with a diameter smaller than one optical wavelength is positioned close to the surface of the sample and scanned through this surface. In some schemes, the sample is illuminated either reflectively or transparently by an external source. A portion of the reflected or transmitted light is collected by the aperture and relayed to a photodetector via, for example, an optical fiber. In another scheme, light is relayed by an optical fiber to an aperture, which itself functions as a miniature light source for reflective or transmissive illumination of the sample. In this case, conventional means are used to collect and detect the selected or transmitted light. In either case, the detected optical signal is reproduced to obtain image information.

【0003】例えば、1986年8月5日付けでW.D
.ポール(Pohl)に交付された合衆国特許第4,6
04,520号は、ピラミッド状の光学的に透明な結晶
から製造されるプローブを使用するNSOMシステムに
ついて記載しており、不透明の金属コーティングが結晶
に塗られる。結晶の頂点の所で、結晶のチップ及びこの
チップ上の金属コーティングの両方が本質的に正方形の
100nm以下の長さの辺を持つ開口を形成するために
除去される。合衆国特許第4,604,520号におい
て説明されるもう一つの開口は、シングル・モード光学
ファイバーから製造される。ファイバーの一つの平な終
端が金属化され、ファイバーのコアのみを露出するよう
にコーティング内に同軸の穴が形成される。
For example, on August 5, 1986, W. D
.. U.S. Patent Nos. 4 and 6 issued to Pohl
No. 04,520 describes a NSOM system that uses a probe made from a pyramidal optically transparent crystal, with an opaque metal coating applied to the crystal. At the apex of the crystal, both the tip of the crystal and the metal coating on the tip are removed to form an essentially square opening with sides less than 100 nm long. Another aperture described in US Pat. No. 4,604,520 is fabricated from single mode optical fiber. One flat end of the fiber is metalized and a coaxial hole is formed in the coating to expose only the core of the fiber.

【0004】1990年4月17日付けでA.L.ルイ
ス(Lewis )らに交付された合衆国特許第4,9
17,462号において説明される幾分異なるアプロー
チにおいては、プローブがピペットから形成される。つ
まり、ガラス・チューブが細いチップに線引きされ、不
透明の金属層にてコートされる。線引きの後、ピペット
は中空の穴を残すが、これは、チップの所でガラス及び
上側の金属層の両方を通じて現われる。結果としての金
属の環がこの開口を画成する。この開口は、金属層の径
方向に内側への成長の結果としてのガラス内に画成され
る穴よりも小さい。上に説明の方法の一つの欠点は、光
がプローブを通じて比較的低い効率にて透過されること
である。このために、信号レベルが比較的低くなる。幾
つかのケースにおいては、開口が低い信号レベルを補償
するために大きくされなければならない。この措置は、
結果として分解能が落ちるために望ましない。例えば、
光がソースから開口にコートなしのピペットを通じて送
られる場合、光学場は、ピペットの外側壁の所にかなり
大きな振幅を持つ。放射を拘束するために、壁を金属に
てコートすることが必要である。ただし、減衰が金属コ
ーティング内での吸収の結果として発生する。さらに、
金属コートは、光学漏れを許す欠陥、例えば、ピンホー
ルを作る傾向を持つ。この傾向の対策として厚さを増す
と、長さ(つまり、ピペットの径方向に対する厚さ)及
び開口を画成する金属環の外径も増加する。結果として
、金属環内における吸収及び消失に起因する光学損失が
増加し、またチップのサイズも増加する。チップが大き
くなると、サンプルの表面に対する近い接近を維持しな
がらサンプルの細いくぼんだ形態上の特徴を走査するこ
とが一層困難になる。(重要なことに、金属の堆積に起
因する大き過ぎるチップ・サイズの問題は、ファイバー
の終端をコートする金属層内の穴によって画成される開
口を持つタイプの一定の直径を持つ光ファイバー・プロ
ーブにも適用する。)
As of April 17, 1990, A. L. U.S. Patent Nos. 4 and 9 issued to Lewis et al.
In a somewhat different approach described in No. 17,462, the probe is formed from a pipette. That is, a glass tube is drawn into thin chips and coated with an opaque metal layer. After drawing, the pipette leaves a hollow hole that appears through both the glass and the upper metal layer at the tip. The resulting metal ring defines this aperture. This opening is smaller than the hole defined in the glass as a result of radially inward growth of the metal layer. One drawback of the method described above is that light is transmitted through the probe with relatively low efficiency. This results in a relatively low signal level. In some cases, the aperture must be made larger to compensate for the lower signal level. This measure is
This is not desirable because the resolution will drop as a result. for example,
When light is sent through an uncoated pipette from a source to an aperture, the optical field has a fairly large amplitude at the outside wall of the pipette. It is necessary to coat the walls with metal to constrain the radiation. However, attenuation occurs as a result of absorption within the metal coating. moreover,
Metallic coats have a tendency to create defects, such as pinholes, that allow optical leakage. Increasing the thickness to counter this tendency also increases the length (ie, the radial thickness of the pipette) and the outer diameter of the metal ring defining the aperture. As a result, optical losses due to absorption and dissipation within the metal ring increase, and the size of the chip also increases. As the tip becomes larger, it becomes more difficult to scan narrow, recessed topographical features of the sample while maintaining close proximity to the sample's surface. (Importantly, the problem of too large a tip size due to metal deposition is a problem with fixed-diameter fiber optic probes of the type with an aperture defined by a hole in the metal layer that coats the end of the fiber.) (also applies to)

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】プローブが(例えば、
エッチングによって)研いだ円錐チップを持ち、金属コ
ートのないシングル・モード・ファイバーであるとき発
生する問題が、例えば、C.ギラード(Girard)
及びM.スページャ−(Spajer)によってアプラ
イド・オプティクス(Applied Optics)
、29(1990)、ページ3726−3733に掲載
の論文『反射近距離場光学顕微鏡法に対するモデム(M
odel for reflection near 
field optical microscopy)
』において説明されている。一つの問題は、チップに向
かってファイバー内を通過する光の一部分が円錐テーパ
ーのサイドによって反射され、次にこれを通じて透過さ
れることである。第二の問題は、テーパーのサイドがフ
ァイバーを通じて伝播でき、結果として検出器の所のノ
イズ・レベルを増加させる望ましくない光学信号を捕ら
えることである。上の説明から、今日に至るまで、光の
効率的な伝送(つまり、プローブの壁との光学的相互作
用に起因する減衰が比較的小さい)、比較的小さなチッ
プ直径、高い分解能、及び高い信頼性を併せ持つNSO
Mプローブを提供することに成功してないことが分かる
[Problem to be solved by the invention] If the probe (for example,
The problem that arises when single-mode fibers with a sharpened conical tip (by etching) and no metal coating, e.g. Girard
and M. Applied Optics by Spajer
, 29 (1990), pages 3726-3733.
odel for reflection near
field optical microscopy)
”. One problem is that a portion of the light passing through the fiber toward the tip is reflected by the sides of the conical taper and then transmitted through it. A second problem is that the sides of the taper capture unwanted optical signals that can propagate through the fiber and consequently increase the noise level at the detector. From the above discussion, to date, efficient transmission of light (i.e., relatively low attenuation due to optical interaction with the probe wall), relatively small tip diameter, high resolution, and high reliability NSO with both genders
It can be seen that there has been no success in providing M probes.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手続】一面においては、本発明
は光学システムに関するが、この光学システムは、一つ
のプローブを含み、このプローブの少なくとも一部は少
なくともある波長において光学的に透過性であり、また
このプローブは、一つの遠位端を持つ。この光学システ
ムは、さらに、この遠位端に設けられた光学開口を有し
、この開口は該ある波長より小さな直径を持つ。この光
学システムは、さらに、光源をソースとして、この光源
によって放出される少なくとも幾らかの光が少なくとも
該ある波長においてこの開口を通じてプローブに入り、
又は、これから出るように光学的に結合するための手段
、及び目標に対してプローブを位置決めするための手段
を含む。本発明の特徴として、(a)このプローブは、
一つのコア及びクラッドを持つシングル・モード光ファ
イバーの一部から成り、このクラッドは外側表面を持ち
、このファイバーとガイドされる誘電モードが関連し;
(b)このファイバーは、断熱的にテーパーされたテー
パー領域を持ち、このテーパー領域の少なくとも一部は
少なくとも該ある波長の光をガイドする能力を持ち;(
c)テーパー領域はファイバーに対して実質的に垂直な
平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し;(d)
テーパー領域内のクラッド外側表面は実質的に滑らかで
あり;(e)クラッド外側表面の少なくとも一部がテー
パー領域内において遮断材料としての金属にて塗布され
、これにより金属モードをガイドする能力を持つ金属導
波路部分が画成され、金属モードに対するカットオフ直
径がさらに定義され、(f)この終端面の直径は、この
カットオフ直径以下にされる。
SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention relates to an optical system that includes a probe, at least a portion of which is optically transparent at at least some wavelengths. , this probe also has one distal end. The optical system further includes an optical aperture at the distal end, the aperture having a diameter smaller than the certain wavelength. The optical system further includes a light source as a source, at least some of the light emitted by the light source entering the probe through the aperture at at least the certain wavelength;
or means for optically coupling out of the probe and means for positioning the probe relative to the target. As a feature of the present invention, (a) this probe:
consisting of a portion of a single mode optical fiber having a core and a cladding, the cladding having an outer surface with which a guided dielectric mode is associated;
(b) the fiber has an adiabatically tapered region, at least a portion of which is capable of guiding at least the certain wavelength of light;
c) the tapered region terminates in a substantially flat end surface oriented in a plane substantially perpendicular to the fiber; (d)
the cladding outer surface within the tapered region is substantially smooth; (e) at least a portion of the cladding outer surface is coated with a metal as a blocking material within the tapered region, thereby having the ability to guide metallic modes; A metal waveguide portion is defined and a cutoff diameter for the metal mode is further defined, and (f) the diameter of the end face is less than or equal to the cutoff diameter.

【0007】[0007]

【実施例】一つの実施態様においては、本発明は、光学
システムに関連する。図1に示されるように、この光学
システムは、光源10、プローブ20、及び移動手段(
displacement means)30を含む。 移動手段30は、プローブを、一例として、プローブ・
チップ60に隣接してステージ50上に配列された目標
40との関係で相対的に移動する。この光学システムは
、さらに、光源10をプローブ20に光学的に結合する
ための手段を含む。図1に示される例においては、この
光学結合は、光源10とプローブ20の間に伸びるシン
グル・モード光ファイバー70によって提供される。(
ファイバー70は、実際には、プローブ20と一体化さ
れる。)光源10は、一例として、レーザーである。光
源10からの光は、光ファイバー内に、例えば、顕微鏡
対物レンズ90及びファイバー位置決め装置100を含
むシングル・モード結合器80を介して簡単に注入でき
る。また、オプションとして、モード・ストリッパー1
10が、コア内のシングル・モードのみがプローブに伝
播し、クラッド内の他のモードは伝播しないことを確保
するために使用される。移動手段30としては、例えば
、プローブを垂直方向、並びに二つの直交する横方向に
移動するように設計された圧電チューブが使用される。 別の方法として、この移動手段して、プローブの変わり
にステージを移動するため、あるいはステージの移動と
プローブの移動を併用する機械的あるいは圧電移動手段
を使用することもできる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In one embodiment, the present invention relates to an optical system. As shown in FIG. 1, this optical system includes a light source 10, a probe 20, and a moving means (
displacement means) 30. The moving means 30 moves the probe, for example, as a probe.
The chip 60 moves relative to the target 40 arranged on the stage 50 adjacent to the chip 60 . The optical system further includes means for optically coupling the light source 10 to the probe 20. In the example shown in FIG. 1, this optical coupling is provided by a single mode optical fiber 70 extending between light source 10 and probe 20. (
Fiber 70 is actually integrated with probe 20. ) The light source 10 is, for example, a laser. Light from the light source 10 can simply be injected into an optical fiber, for example via a single mode coupler 80 that includes a microscope objective 90 and a fiber positioner 100. Also, as an option, mode stripper 1
10 is used to ensure that only a single mode in the core propagates to the probe and no other modes in the cladding. As the movement means 30, for example a piezoelectric tube is used, which is designed to move the probe vertically as well as in two orthogonal lateral directions. Alternatively, the moving means may be mechanical or piezoelectric moving means for moving the stage instead of the probe, or a combination of stage movement and probe movement.

【0008】説明のような光学システムの一つの可能な
用途には、直接書き込みがある。つまり、プローブ・チ
ップに接近して位置するサンプル表面が光源から発光さ
れる光に露出可能な感光層にてコートされる。露出パタ
ーンがこの感光層内にプローブをサンプルに対して移動
させ、同時に、光源からの光をプローブ・チップから連
続的あるいは断続的に照射することによって生成される
。説明のような光学システムの第二の可能な用途として
は、いわゆる”照射(illumination)”モ
ードでのサンプルのイメージ化が考えられる。この用途
においては、プローブ・チップからの光がサンプルを通
して通過され、(図1に示されるように)ステージの下
で顕微鏡対物レンズによって集められる。(示されるの
は、照射通過モードであるが、照射反射モードも可能で
ある。)こうして集められた光は、検出器130に向け
られるが、これには一例として、光マルチプレクサー・
チューブが使用される。プローブが視覚的に位置決めで
きるように、ビームスプリッター140を使用すること
が必要であるが、これは集められた光の一部を接眼レン
ズ150に向ける。重要なことは、サンプルがプローブ
のラスター状の移動によって走査された場合、検出器1
30からの信号が走査されたサンプル部分のイメージを
生成するように再生できることである。
One possible application of an optical system as described is direct writing. That is, the sample surface located close to the probe tip is coated with a photosensitive layer that is exposed to light emitted from the light source. An exposure pattern is created by moving the probe relative to the sample within this photosensitive layer while simultaneously or continuously or intermittently irradiating the probe tip with light from a light source. A second possible application of the optical system as described is the imaging of the sample in a so-called "illumination" mode. In this application, light from the probe tip is passed through the sample and collected by a microscope objective below the stage (as shown in Figure 1). (Although a pass-through mode is shown, a reflect-back mode is also possible.) The thus collected light is directed to a detector 130, which includes, by way of example, an optical multiplexer.
tube is used. To allow visual positioning of the probe, it is necessary to use a beam splitter 140, which directs a portion of the collected light to an eyepiece 150. Importantly, if the sample is scanned by a raster-like movement of the probe, the detector 1
30 can be reproduced to produce an image of the scanned sample portion.

【0009】このような走査方法は、近距離場走査光学
顕微鏡使用法(NSOM)において採用されるが、この
方法においては、プローブ・チップがサンプル表面から
非常に小さな距離内、典型的には、光源によって発光さ
れる光の1波長以下の距離内に位置される。NSOMは
、また、プローブ・チップ内の非常に小さな、これも典
型的には、1波長以下の開口を使用することによって非
常に高い光学分解能を与える。NSOM装置は当分野に
おいて周知であり、例えば、1986年8月5日付けで
W.D.ポール(Pohl)に交付された合衆国特許第
4,604,520号、及び1990年4月17日にA
.ルイス(Lewis)らに交付された合衆国特許第4
,917,462号において説明されている。
Such scanning methods are employed in near-field scanning optical microscopy (NSOM), in which the probe tip is moved within a very small distance from the sample surface, typically The light source is located within a distance of less than one wavelength of the light emitted by the light source. NSOMs also provide very high optical resolution by using very small apertures in the probe tip, also typically less than one wavelength. NSOM devices are well known in the art and are described, for example, in W. D. No. 4,604,520 issued to Pohl and A.
.. U.S. Patent No. 4 issued to Lewis et al.
, 917,462.

【0010】さらに、説明の光学システムの第三の可能
な用途が図2に示される。図2の構成においては、プロ
ーブ・チップは、光のエミッターとしてではなくコレク
ターとして機能する。この構成は、いわゆる”コレクシ
ョン(collection)”モードにおけるNSO
Mイメージ化に対して有効である。(示されるのは、コ
レクション反射モードであるが、コレクション通過モー
ドも同様に実現可能である。)光源10からの光は、傾
斜ミラー160及び傾斜環状ミラー170を介して環状
対物レンズ180に向けられる。レンズ180は、この
光をサンプル表面上にフォーカスする。表面から反射あ
るいは照射された光は、プローブ・チップによって集め
られ、ファイバー70及び対物レンズ120を介して検
出器130に向けられる。反射モードNSOMについて
は、例えば、上に引用の合衆国特許第4,917,46
2号において説明されている。
Furthermore, a third possible application of the described optical system is shown in FIG. In the configuration of FIG. 2, the probe tip functions as a collector of light rather than as an emitter. This configuration supports NSO in so-called "collection" mode.
Effective for M imaging. (Although a collection-reflection mode is shown, a collection-passing mode is equally possible.) Light from the light source 10 is directed through a tilted mirror 160 and a tilted annular mirror 170 to an annular objective lens 180. . Lens 180 focuses this light onto the sample surface. Light reflected or emitted from the surface is collected by the probe tip and directed through fiber 70 and objective lens 120 to detector 130 . For reflection mode NSOMs, see, for example, U.S. Pat. No. 4,917,46, cited above.
It is explained in No. 2.

【0011】検出器(あるいは、より一般的には、変換
器)130は、こうして検出された光を電気信号に変換
する。これら信号を使用して、陰極線管のようなビデオ
・ディスプレイ・デバイス上に二次元イメージを簡単に
生成することができる。このような目的に対しては、走
査生成器が目標に対するプローブ位置の移動を制御し、
また表示イメージを構成するための基準信号を提供する
ために使用される。変換器130によって生成される電
気信号は、典型的には、アナログ信号である。これらは
、表示される前に、選択的にデジタル信号に変換される
。このようなケースにおいては、デジタル・メモリーが
デジタル化された信号を格納するためにオプションとし
て提供され、またデジタル・プロセッサがデジタル化さ
れた信号をこれらを表示する前に処理するため(例えば
、イメージを向上するため)にオプションとして提供さ
れる。
A detector (or, more generally, a converter) 130 converts the thus detected light into an electrical signal. These signals can easily be used to generate two-dimensional images on video display devices such as cathode ray tubes. For such purposes, a scan generator controls movement of the probe position relative to the target;
It is also used to provide a reference signal for constructing the displayed image. The electrical signal produced by converter 130 is typically an analog signal. These are selectively converted to digital signals before being displayed. In such cases, a digital memory is optionally provided for storing the digitized signals, and a digital processor is provided for processing the digitized signals before displaying them (e.g., image processing). provided as an option.

【0012】プローブ20の一つの可能な形式は、シン
グル・モード光ファイバーである。光学ファイバー・プ
ローブは、事実、先行技術において開示されている。図
3及び4は、このようなファイバー・プローブの例を示
す。図3は、チップをカバーするように堆積された不透
明な材料、例えば、金属の環状キャップを持つテーパー
されてないシングル・モード光ファイバー190を示す
。この金環の中心の所の開口210がプローブの光学開
口を画成する。図4は、例えば、化学エッチングによっ
てテーパーされた裸の光ファイバー220を示す。我々
は、改良されたプローブ230が、シングル・モード光
ファイバーを軟化するために加熱し、軟化したファイバ
ーをテーパーされたファイバーを形成するために線引き
することによって簡単に製造できることを発見した。 線引きの後、テーパーされたファイバーの少なくとも一
部が遮断材料として不透明の材料、例えば、金属によっ
てコートされる。図5に示されるように、このように線
引きされたファイバーのチップ240は、角度βにてテ
ーパーされ、終端フラット250にて終端する。
One possible type of probe 20 is a single mode optical fiber. Fiber optic probes have indeed been disclosed in the prior art. Figures 3 and 4 show examples of such fiber probes. FIG. 3 shows an untapered single mode optical fiber 190 with an annular cap of opaque material, such as metal, deposited over the chip. The aperture 210 at the center of this ring defines the optical aperture of the probe. FIG. 4 shows a bare optical fiber 220 that has been tapered, for example by chemical etching. We have discovered that the improved probe 230 can be easily fabricated by heating a single mode optical fiber to soften it and drawing the softened fiber to form a tapered fiber. After drawing, at least a portion of the tapered fiber is coated with an opaque material, such as a metal, as a barrier material. As shown in FIG. 5, the tip 240 of the fiber thus drawn is tapered at an angle β and terminates in a terminal flat 250.

【0013】この光ファイバーはクラッド260及びコ
ア270を持つ。具体的なクラッド及びコアの組成は本
発明にとって重要ではないが、一例としてのクラッド組
成は、石英ガラスであり、一例としてのコア組成は、ク
ラッドよりも高い屈折率を持つドープされた石英ガラス
である。具体的なクラッド及びコアの寸法も本発明にと
って重要ではないが、一例としてのコアの直径は、約3
umであり、一例としてのクラッドの外径は約125u
mである。一つのガイドされるモード、つまり、基本あ
るいはHE11モードがテーパーされてない対応するシ
ングル・モード・ファイバーと関連する。このようなモ
ードは、円筒誘電導波路の特徴であり、この理由で、以
降、誘電モードと呼ばれる。
This optical fiber has a cladding 260 and a core 270. Although the specific cladding and core compositions are not critical to the invention, an exemplary cladding composition is fused silica and an exemplary core composition is doped fused silica with a higher refractive index than the cladding. be. Although the specific cladding and core dimensions are also not critical to the invention, an example core diameter is approximately 3
um, and the outer diameter of the cladding as an example is approximately 125u
It is m. One guided mode, the fundamental or HE11 mode, is associated with the corresponding untapered single mode fiber. Such modes are characteristic of cylindrical dielectric waveguides and are for this reason referred to hereinafter as dielectric modes.

【0014】光ファイバーが加熱及び線引きされると、
コアの直径及びクラッドの外径の両方が減少する。コア
直径の分数的な変化はクラッドの外径の分数的な変化に
おおむね等しい。(換言すれば、ファイバーの断面は、
その比例のみにおいて変化する。)重要なことに、コア
がテーパーされる角度は、βよりかなり小さい。例えば
、一例として示された寸法を持つ直線的にテーパーされ
たファイバーにおいては、コアのテーパー角度の正接(
tan)は、テーパー角度βの約3/125倍、つまり
、2.4%のみである。この理由により、βの比較的大
きな値、例えば、30度あるいはそれ以上の一例として
の値に対してさえも、コアは以下に説明されるように断
熱的テーパーを持つ。
[0014] When the optical fiber is heated and drawn,
Both the core diameter and the cladding outer diameter are reduced. The fractional change in core diameter is approximately equal to the fractional change in the outer diameter of the cladding. (In other words, the cross section of the fiber is
It changes only in its proportion. ) Importantly, the angle at which the core is tapered is significantly less than β. For example, in a linearly tapered fiber with the dimensions shown as an example, the tangent of the core taper angle (
tan) is approximately 3/125 times the taper angle β, or only 2.4%. For this reason, even for relatively large values of β, for example 30 degrees or more, the core has an adiabatic taper as explained below.

【0015】テーパー無しのファイバーの場合は、誘電
モードの電場は殆どコアに拘束され、これは、クラッド
の外側表面付近においては、非常に小さな振幅、典型的
には、ピーク振幅の10−10 以下の振幅に落ちる。 これは、テーパーされたファイバーの場合は、必ずしも
そうではない。ガイドされた光波がテーパーされた領域
内に伝播するとき、これは、次第に狭くなるコアと遭遇
する。最終的には、コアはガイドされたモードを実質的
に拘束するにはあまりにも小さくなり過ぎる。光波は、
コアではなく、クラッドと周囲の材料、例えば、空気あ
るいはアルミニアムのような金属との間の界面によって
ガイドされる。上に説明のように、コアは一般的にこの
モードが断熱的であるのに十分に小さな角度にてテーパ
ーされる。断熱的とは、初期HE11モードのエネルギ
ーの全てが実質的にシングル・モードに濃縮されてとど
まり、他のモード、特に、放射によって光学損失を起こ
す放射モードに結合されないことを意味する。
For untapered fibers, the electric field of the dielectric mode is mostly confined to the core, which has a very small amplitude near the outer surface of the cladding, typically less than 10 −10 of the peak amplitude. The amplitude falls to . This is not necessarily the case with tapered fibers. As the guided light wave propagates into the tapered region, it encounters an increasingly narrow core. Eventually, the core becomes too small to substantially constrain the guided modes. The light wave is
Rather than being guided by the core, it is guided by the interface between the cladding and the surrounding material, for example air or a metal such as aluminum. As explained above, the core is generally tapered at a small enough angle that this mode is adiabatic. Adiabatic means that substantially all of the energy in the initial HE11 mode remains concentrated in a single mode and is not coupled to other modes, particularly radiation modes that cause optical losses due to radiation.

【0016】最初は、コアから逃れるガイドモードはH
E11モードの特性をかなりとどめる。より具体的には
、ガイドされた電磁場の振幅はクラッドの外側表面の所
では比較的小さい。ただし、ファイバーの直径がさらに
減少するにつれて、クラッドの外側表面の所での電磁場
の振幅はファイバーのピーク振幅に対して相対的に増加
する。最終的には、この電磁場はクラッドの外側表面の
所で比較的大きな振幅を得る。このようなモードは、例
えば、クラッドとまわりの空気との間の界面によってガ
イドすることもできる。ただし、このような構成は望ま
しくない。
Initially, the guide mode to escape from the core is H
It retains the characteristics of E11 mode considerably. More specifically, the amplitude of the guided electromagnetic field is relatively small at the outer surface of the cladding. However, as the diameter of the fiber decreases further, the amplitude of the electromagnetic field at the outer surface of the cladding increases relative to the peak amplitude of the fiber. Ultimately, this electromagnetic field acquires a relatively large amplitude at the outer surface of the cladding. Such modes can also be guided, for example, by the interface between the cladding and the surrounding air. However, such a configuration is not desirable.

【0017】電場はクラツドのかなり外側にまで伸びる
ために、かなりの量の光学漏れが予想される。これは、
光がプローブ・チップにあるいはこれからチャネルされ
る効率を落とすために望ましくない。さらに、クラッド
壁から漏れる光は最終的にプローブ・チップから比較的
遠い所に位置するサンプルの部分に至る可能性があり、
結果として、サンプルの意図されない露出、あるいは検
出器の所での背景レベルの増加を引き起こす。さらに、
クラッドの外側壁が空気によってのみ取り囲まれている
場合は、漂遊光がファイバーに入り、ここでも、結果と
して、(例えば、プローブがサンプルからの光を集める
ために使用されるような場合)検出器の所での背景レベ
ルを増加させることとなる。
Since the electric field extends well outside the cladding, a significant amount of optical leakage is expected. this is,
This is undesirable because it reduces the efficiency with which light is channeled to or from the probe tip. Additionally, light leaking through the cladding wall can end up in parts of the sample located relatively far from the probe tip;
The result is unintended exposure of the sample or increased background level at the detector. moreover,
If the outer wall of the cladding is surrounded only by air, stray light will enter the fiber and, again, result in a detector (e.g. when a probe is used to collect light from a sample). This will increase the background level at the location.

【0018】上に述べた理由により、少なくともそこか
らの光学漏れが大きな割合を占めるテーパーの終端部分
を不透明材料、例えば、アルミニウムのような金属にて
コートすることが望ましい。重要なことに、このような
金属化された部分内をガイドされるモードは、誘電導波
路ではなく金属内をガイドされたモードに典型的な特性
を持つ。こうして、例えば、初期HE11モードがこれ
がこの金属化領域に接近し、この中に入るとTE11金
属モードに変換される。重要なことに、断熱的テーパー
・コアを持つ導波路内においては、HE11モードは、
比較的高い効率(典型的には、10%以上の効率)にて
TE11モードと結合できる。ファイバーが裸である場
合、ガイドされたモードがファイバーの外側表面の所で
大きな振幅を持つが、ただし、かなりのHE11特性を
とどめるファイバーの部分をここでは”遷移領域”と呼
ぶ。上の説明の観点から、(絶対に要求されるという訳
ではないが)ファイバーをこの遷移領域を通じて、及び
この遷移領域からファイバーの遠方端まで金属コートす
ることが望ましいことが明らかである。これとの関連で
、放射モード内にかなりの量の光学エネルギーが存在す
る場合、ピンホール漏れの可能性、及び実際のコーティ
ングの有限の伝導率の観点から電磁場による金属の透過
の可能性を実質的に排除するため比較的厚い金属コーテ
ィングが要求される。これは、このコーティングの厚さ
がプローブ・チップのサンプルへの非常に近い接近を妨
害し、また、非常に厚い金属コーティングはざらざらを
育て、これは、ピンホール漏れの発生を阻止するどころ
か促進する傾向を持つことの両方の理由から望ましくな
い。これとは対比的に、ここでは、比較的小さなエネル
ギーが放射モードに結合され、従って、比較的薄い金属
コーティング、典型的には、750−1500Å、好ま
しくは、約1250Å以下のコーティングで十分である
と考えられる。
For the reasons stated above, it is desirable to coat at least the end portion of the taper from which a large proportion of optical leakage occurs with an opaque material, for example a metal such as aluminum. Importantly, modes guided in such metallized parts have properties typical of modes guided in metals rather than dielectric waveguides. Thus, for example, an initial HE11 mode is converted into a TE11 metal mode as it approaches and enters this metallization region. Importantly, in a waveguide with an adiabatic tapered core, the HE11 mode is
It can be coupled with the TE11 mode with relatively high efficiency (typically 10% or higher efficiency). When the fiber is bare, the portion of the fiber in which the guided modes have large amplitudes at the outer surface of the fiber, but retains significant HE11 characteristics, is referred to herein as the "transition region." In view of the above description, it is clear that it is desirable (though not absolutely required) to metal coat the fiber through this transition region and from this transition region to the distal end of the fiber. In this context, the presence of a significant amount of optical energy in the radiation mode substantially reduces the possibility of pinhole leakage and the possibility of penetration of metals by electromagnetic fields in view of the finite conductivity of the actual coating. Relatively thick metal coatings are required to eliminate This is because the thickness of this coating impedes very close access of the probe tip to the sample, and very thick metal coatings also develop roughness, which promotes rather than prevents the occurrence of pinhole leakage. Having a tendency is undesirable for both reasons. In contrast, here relatively little energy is coupled into the radiation mode and therefore a relatively thin metal coating, typically 750-1500 Å, preferably no more than about 1250 Å, is sufficient. it is conceivable that.

【0019】一般的に、ガイドされる金属モードは、初
期は伝播モードである。ただし、ファイバーの直径が減
少して行くと、このガイドされるモードは次第に伝播方
向に対して比較的強い減衰を示す消失モードに変換され
る。このような遷移は、ここで、”カットオフ直径(c
utoff diameter )”と呼ばれるある特
性量と関連する。 このカットオフ直径とは、任意のテーパーされた導波路
の伝播モードからエバネッセント(消失)モードへの遷
移がその導波路が無限に導電性の金属にてコートされて
いる場合にそこで起こるクラッドの外径である。通常、
TE11モードに対して、このカットオフ直径はガイド
される波長のおおよそ1/2に等しい。カットオフ直径
からプローブ・チップに伸びるファイバーのこの部分が
ここでは”エバネッセント領域(evanescent
 region )”と呼ばれる。
Generally, the guided metal mode is initially a propagating mode. However, as the fiber diameter decreases, this guided mode is gradually converted into a vanishing mode that exhibits relatively strong attenuation in the direction of propagation. Such a transition is defined here as the “cutoff diameter (c
The cutoff diameter is the cutoff diameter, which means that the transition from a propagating mode to an evanescent mode in any tapered waveguide occurs when the waveguide is an infinitely conductive metal. It is the outer diameter of the cladding that occurs when coated with
For the TE11 mode, this cutoff diameter is approximately equal to 1/2 of the guided wavelength. This portion of the fiber extending from the cutoff diameter to the probe tip is here referred to as the "evanescent region."
region)”.

【0020】例えば、円状の円筒導波路内のTE11モ
ードのカットオフ直径は、例えば、J.D.ジャクソン
(Jackson )によって、『古典的電子ダイナミ
クス(Classical Electrodynam
ics )』、第2版、ジョン・ウイレイ・アンド・サ
ンズ社(JohnWiley and Sons, I
nc. )、ニューヨーク、1975年出版、ページ3
56において議論されているように金属導波路の議論か
ら簡単に予測できる。これは、量χ/k0 nに等しい
。ここで、k0 はガイドされる光の自由空間波数であ
り、nは(ガイドされるモード及び波長との関係におけ
る)導波路の屈折率であり、そしてχはガイドされる特
定のモードと関連する量である。TE11モードに対し
ては、χは1.841に等しい。他のガイドされるモー
ドに対応するχの値は当業者においては容易に知ること
ができるものである。
For example, the cutoff diameter of the TE11 mode in a circular cylindrical waveguide is described in, for example, J. D. ``Classical Electrodynamism'' by Jackson.
ics), 2nd edition, John Wiley and Sons, I
nc. ), New York, 1975, page 3
This can be easily predicted from the discussion of metal waveguides, as discussed in 56. This is equal to the quantity χ/k0 n. where k0 is the free-space wavenumber of the guided light, n is the refractive index of the waveguide (in relation to the guided mode and wavelength), and χ is associated with the particular guided mode. It's the amount. For TE11 mode, χ is equal to 1.841. Values of χ corresponding to other guided modes are readily known to those skilled in the art.

【0021】これとの関連において、基本誘電モードか
らTE11金属モードへの変換は不完全である。誘電モ
ードのエネルギーのある有限の部分がTE11金属モー
ド以外の金属モードに結合される。ただし、TE11モ
ードは、一般に、消失領域において他の任意の金属モー
ドよりも小さな減衰を受ける。この理由のために、消失
領域を横断した光波は実質的にTE11金属モードのみ
を含む。(さらに、実際の金属コーティングの有限の伝
導率のために、乱れたTE11モードが予測される。つ
まり、電場が小さな縦成分を持つモードが予測される。 )
In this context, the conversion from the fundamental dielectric mode to the TE11 metallic mode is incomplete. A finite portion of the energy of the dielectric mode is coupled to metal modes other than the TE11 metal mode. However, the TE11 mode generally experiences less damping in the vanishing region than any other metallic mode. For this reason, the light wave that traverses the vanishing region contains substantially only TE11 metal modes. (Moreover, due to the finite conductivity of real metal coatings, a perturbed TE11 mode is predicted; i.e., a mode in which the electric field has a small longitudinal component.)

【0022】消失領域内において、大きな減衰が起る
ために、この領域をできるだけ短くすることが要求され
る。ただし、以下に説明される他の要因が異なるアプリ
ケーションにおいては、異なる消失長が要求される。
Since large attenuation occurs within the vanishing region, it is required to make this region as short as possible. However, different erasure lengths may be required in applications with different factors as described below.

【0023】ファイバーのテーパーされた部分内のクラ
ッド外側表面は、クラッド外側表面付近のHE11モー
ドからの光の散乱を低減するため、比較的薄い(好まし
くは、約1500Å以下の厚さ)の金属コーティングを
受けるため、及び光学放射の漏れを起こす欠陥を実質的
に排除するために実質的に滑らかであることが要求され
る。クラッド表面は、ここでは、走査電子顕微鏡(SE
M)にて観察したとき約50Å以上のスケールにおいて
表面の素地が現われない場合、実質的に滑らかであると
見なされる。このように望ましい滑らかさを持つ表面は
、ファイバーを加熱し、線引きすることによって簡単に
製造することができる。
The outer cladding surface within the tapered portion of the fiber is provided with a relatively thin (preferably no more than about 1500 Å thick) metal coating to reduce scattering of light from the HE11 mode near the outer cladding surface. It is required that the surface be substantially smooth in order to substantially eliminate imperfections that would cause leakage of optical radiation. The cladding surface was examined here using scanning electron microscopy (SE
A surface is considered to be substantially smooth if no surface texture appears on a scale of about 50 Å or greater when observed at M). A surface with such desirable smoothness can be easily produced by heating and drawing the fiber.

【0024】終端フラットは、実質的に平坦であり、ま
た、ファイバーの軸方向に対して実質的に垂直であるこ
とが要求される。終端フラットは、ここでは、SEMに
よる検査によって終端フラットの表面を通じて任意の横
方向の形状範囲が平坦さから約100Å以上ずれないこ
とが示される場合に、平坦であると見なされる。
The terminal flat is required to be substantially flat and substantially perpendicular to the axial direction of the fiber. A termination flat is herein considered to be flat if inspection by SEM shows that no lateral feature extent across the surface of the termination flat deviates from flatness by more than about 100 Å.

【0025】終端フラットのエッジは、比較的鋭く画成
されることが望ましい。エッジはここでは、SEMによ
る検査の結果、エッジの所の平均曲率が約100Å以下
である場合には鋭く画成されているものと見なされる。 このような望ましい平坦さ、及び、このような望ましい
鋭さを持つ終端フラットは、これもファイバーを加熱し
、線引きすることによって簡単に製造することができる
Desirably, the edges of the terminal flat are relatively sharply defined. An edge is herein considered to be sharply defined if the average curvature at the edge is less than or equal to about 100 Å as examined by SEM. Termination flats with such desired flatness and with such desired sharpness can also be easily produced by heating and drawing the fiber.

【0026】ファイバーの終端部分(好ましくは、上に
述べたように、少なくとも遷移領域を含む)を金属コー
ティングする一つの方法は、例えば、アルミニウムを蒸
着源として使用する。図6に示されるように、ファイバ
ー230は、アルミニウムの蒸着の際に端がソース29
0に向けられていない。ファイバーのプローブ端は、ソ
ースから離れた方向を向き、終端フラットが蒸着金属の
入射方向に対して影に入るようにされる。典型的には、
ファイバー軸は、ソースからファイバー・チップに向か
って引かれた線に対して約75度の角度θを持つように
傾けられる。蒸着の際に、ファイバーはそれ自体の軸を
中心としてファイバーの全てのサイドが均一にコートさ
れるように回転される。このような方法が採用された場
合、クラッドの外側表面を滑らかにカバーするが、終端
フラットには実質的に金属が付かないようにコーティン
グが生成される。図7に示されるように、上述した説明
の方法は、光学開口300が終端フラットの表面全体に
対応するプローブを製造するために有効である。プロー
ブの空間分解能は主に開口の直径によって決定されるた
めに、高分解能アプリケーションに対しては、終端フラ
ットの直径を非常に小さくすることが望ましい。このた
め、このようなプローブにおける終端フラットの直径は
一般にカットオフ直径よりも小さくされる。例えば、ア
ルゴン・イオン・レーザーからの5145Å光に対する
カットオフ直径は、上に説明の一例としての寸法を持つ
ファイバーにおいては、典型的には、約2000Åであ
る。典型的なこれに対応する終端フラットの直径は約5
00から1000Åであり、約200Åあるいはこれ以
下の小さな終端フラットをファイバーを加熱及び線引き
することによって簡単に製造することができる。
One method of metal coating the terminal portion of the fiber (preferably including at least the transition region, as discussed above) uses, for example, aluminum as a deposition source. As shown in FIG. 6, the fiber 230 has an end connected to the source 29 during aluminum deposition.
Not directed towards 0. The probe end of the fiber is oriented away from the source so that the end flat is in shadow with respect to the direction of incidence of the deposited metal. Typically,
The fiber axis is tilted at an angle θ of approximately 75 degrees with respect to a line drawn from the source to the fiber tip. During deposition, the fiber is rotated about its own axis so that all sides of the fiber are evenly coated. When such a method is employed, a coating is produced that smoothly covers the outer surface of the cladding, but leaves the terminal flats substantially free of metal. As shown in FIG. 7, the method described above is effective for manufacturing a probe in which the optical aperture 300 corresponds to the entire surface of the termination flat. Since the spatial resolution of the probe is primarily determined by the diameter of the aperture, it is desirable for high resolution applications to have a very small diameter of the end flat. For this reason, the diameter of the end flat in such probes is generally smaller than the cutoff diameter. For example, the cutoff diameter for 5145 Å light from an argon ion laser is typically about 2000 Å for fibers with the exemplary dimensions described above. The diameter of a typical corresponding end flat is approximately 5
00 to 1000 Å, and small end flats of about 200 Å or less can be easily produced by heating and drawing the fiber.

【0027】一般に、アルミニウム層の平均の厚さは、
好ましくは、約750Å以下とならないようにされる。 これは、これよりかなり薄い層は過多の光学漏れを起こ
し易いためである。(プローブが目標を照射するため及
び目標からの光を集めるための両方の目的に使用される
場合は、さらに小さな厚さでも良い。)厚さは、好まし
くは、約1500Åを超えてはならない。これは、プロ
ーブ・チップの総直径を最小限にし、コーティングをで
きるだけ滑らかにするためである。この総直径は、終端
フラットの直径と終端フラットを正反対の位置で拘束す
る金属の厚さとの和である。サンプル表面内の比較的狭
い空洞あるいは裂け目内に挿入できるような、あるいは
、より一般的には、サンプルの近距離場内により深く侵
入できるようなプローブ・チップを提供するためにこの
総直径をできるだけ小さくすることが望ましい。
Generally, the average thickness of the aluminum layer is:
Preferably, the thickness is not less than about 750 Å. This is because layers much thinner than this are prone to excessive optical leakage. (Even smaller thicknesses are possible if the probe is used for both purposes of illuminating the target and collecting light from the target.) The thickness preferably should not exceed about 1500 Å. This is to minimize the total diameter of the probe tip and to make the coating as smooth as possible. This total diameter is the sum of the diameter of the end flat and the thickness of the metal restraining the end flat in diametrically opposed positions. This total diameter is made as small as possible to provide a probe tip that can be inserted into relatively narrow cavities or crevices in the sample surface, or more generally, penetrate deeper into the near field of the sample. It is desirable to do so.

【0028】重要なことに、上に説明のタイプのプロー
ブは、カットオフ直径から終端フラットまで伸びる消失
領域を持つ。この消失領域は、下に説明される代替設計
と比較してかなり長い。例えば、2000Åのカットオ
フ直径、500Åの終端フラット直径、及び15度のテ
ーパー角度の場合、この消失長は、5600Åとなる。 このような長い距離があると、かなりの量の減衰が起る
。この減衰を考えると、消失長をできるだけ短くするた
めにテーパー角度をできるだけ大きくすることが解決策
となる。ただし、テーパー角度をより小さくすると、割
れ目への侵入が楽になり、また、段を持つ表面形状へ容
易に近づくことができることも考慮に入れる必要がある
Importantly, probes of the type described above have a vanishing region extending from the cutoff diameter to the terminal flat. This vanishing area is considerably longer compared to the alternative designs described below. For example, for a cutoff diameter of 2000 Å, a terminal flat diameter of 500 Å, and a taper angle of 15 degrees, this vanishing length would be 5600 Å. With such long distances, a significant amount of attenuation occurs. Considering this attenuation, the solution is to make the taper angle as large as possible to make the vanishing length as short as possible. However, it must also be taken into account that a smaller taper angle allows for easier penetration into cracks and easier access to stepped surface features.

【0029】ファイバーをテーパリングするための一つ
の好ましい方法においては、ファイバーが最初に市販の
ピペット・プーラー内に搭載され、ファイバーが線引き
の前及び最中に加熱される。一例としての熱源は二酸化
炭素レーザーである。制御可能なパラメータとして、入
射される光の強度(これは加熱速度を決定する)、ファ
イバーの端に加えられる引っ張る力、及び個々の引っ張
るステップの数が含まれる。一般に、ファイバーは最終
的には、急に力を増すことによって遂行される引っ張り
ステップである”強い引っ張り(hard pull 
)”によって壊される。強い引っ張りが加えられる瞬間
におけるファイバー端の速度も、加熱の中止と強い引っ
張りを加えるまでの間の時間的遅延と同様に制御が可能
である。
In one preferred method for tapering fibers, the fibers are first loaded into a commercially available pipette puller and the fibers are heated before and during drawing. An example heat source is a carbon dioxide laser. Controllable parameters include the intensity of the incident light (which determines the heating rate), the pulling force applied to the end of the fiber, and the number of individual pulling steps. In general, the fiber will eventually undergo a "hard pull" step, which is a pulling step accomplished by rapidly increasing the force.
)”. The velocity of the fiber end at the moment when a strong pull is applied can also be controlled, as can the time delay between cessation of heating and the application of a strong pull.

【0030】我々は、任意の与えられたセットのパラメ
ータを使用すことにより高度に再現性のある特性を持つ
プローブが製造できることを発見した。テーパー角度は
、加熱速度を遅くする、引っ張る力を弱める、複数のス
テップにて引っ張る、あるいは加熱される領域の広がり
を小さくするなどの選択あるいは組合わせによって簡単
に増加することができる。終端フラットの直径は、加熱
速度を増加する、あるいは引っ張る力を増加する、ある
いはこの両者によって簡単に増加することができる。 これに加えて、より高い温度のガラス組成を持つファイ
バーを使用することによって、より大きなテーパー角度
及びより小さなチップが得られる。要求されるプロセス
・パラメータの組合わせは、当業者においては、少し調
査すれば明らかとなるものである。
We have discovered that by using any given set of parameters, probes with highly reproducible properties can be produced. The taper angle can be easily increased by a selection or combination of slowing the heating rate, reducing the pulling force, pulling in multiple steps, or reducing the extent of the heated area. The diameter of the end flat can be simply increased by increasing the heating rate and/or by increasing the pulling force. Additionally, by using fibers with higher temperature glass compositions, larger taper angles and smaller tips are obtained. The required combination of process parameters will be apparent to those skilled in the art after a little research.

【0031】別のタイプのプローブが図8に示される。 このタイプのプローブにおいては、金属コーティングが
終端フラットの上、並びにクラッドの外側表面上になさ
れる。上述の説明のように、クラッドの外側表面上の金
属の厚さは、好ましくは、約750−1500Åの厚さ
にされる。終端フラット上の金属層は、漂遊光を排除す
るためには十分に厚いが、ただし、消失長を短くするた
めにできるだけ薄いことが要求されるために、好ましく
は、約250−500Åの厚さにされる。このケースに
おいては、光学開口300は、終端フラット全体にでは
なく、終端フラットの一部のみに対応する。終端フラッ
ト上の金属層は、光学開口を画成する開口を持つ環状に
なるように形成される。重要なことに、この開口は、終
端フラットの中央に位置することも、あるいは、フラッ
トの中心からずらすこともできる。中央でない開口は、
チップ領域内に複数のモードの存在が予想されるときに
要求される。全てのモードが中央に位置する開口に効率
的に結合されるわけではないために、このようなケース
においては、中心に位置しない開口がより効率的な出力
結合を提供する。より具体的には、中央に位置しない開
口は、TE11モードに対して最適な光学結合を与える
ことが期待される。
Another type of probe is shown in FIG. In this type of probe, a metal coating is placed on the terminal flat as well as on the outer surface of the cladding. As discussed above, the thickness of the metal on the outer surface of the cladding is preferably about 750-1500 Å thick. The metal layer on the termination flat is preferably about 250-500 Å thick, as it is required to be thick enough to exclude stray light, but as thin as possible to reduce the extinction length. be made into In this case, the optical aperture 300 corresponds to only a portion of the end flat, rather than the entire end flat. The metal layer on the end flat is formed into an annular shape with an aperture defining an optical aperture. Importantly, this aperture can be centrally located in the terminal flat or offset from the center of the flat. Openings that are not centered are
Required when multiple modes are expected to exist within the chip area. In such cases, a non-centered aperture provides more efficient output coupling since not all modes are efficiently coupled to the centrally located aperture. More specifically, a non-centered aperture is expected to provide optimal optical coupling for the TE11 mode.

【0032】この中央開口は、最初に、例えば、ファイ
バーのホスト・ガラスよりも速いエッチング速度の埋没
ガラス・ロッドを持つファイバーを提供することによっ
て形成される。(一例として、石英ガラス内に埋め込ま
れたホウケイ酸ガラスが使用される。)ファイバーの終
端が線引きの後、ファイバーが金属化される前に、化学
エッチング剤に晒される。このエッチング剤は、終端フ
ラット内に空洞を形成する。この空洞は、終端フラット
の金属化の最中は影に置かれ、結果として金属層内に開
口が形成される。
[0032] This central opening is first formed, for example, by providing the fiber with an embedded glass rod that has a faster etch rate than the fiber's host glass. (One example is borosilicate glass embedded within fused silica glass.) After the fiber ends are drawn, but before the fibers are metallized, they are exposed to a chemical etchant. This etchant forms cavities within the termination flats. This cavity is shadowed during the metallization of the end flat, resulting in the formation of an opening in the metal layer.

【0033】この方法によって形成される典型的な開口
の直径は約200−2000Åであるが、同一の方法を
用いてこれよりもさらに大きな、あるいはこれよりも小
さい開口を形成することもできる。
Typical apertures formed by this method have a diameter of about 200-2000 Å, although larger or smaller apertures can be formed using the same method.

【0034】金属コーティングは、一例として、裸のチ
ップを持つプローブとの関連で上に説明された蒸着源か
ら堆積される。ただし、二つの別個の堆積ステップが使
用される。つまり、最初のステップにおいて、上に説明
されたように、クラッドの外側表面がコーティングされ
、第二のステップにおいては、ファイバーの方位を変え
て、終端フラットがコーティングされる。
[0034] The metal coating is deposited, by way of example, from the vapor deposition source described above in connection with a bare tip probe. However, two separate deposition steps are used. That is, in a first step, the outer surface of the cladding is coated as explained above, and in a second step, the fiber orientation is changed and the end flat is coated.

【0035】このタイプのプローブにおいては、開口は
終端フラットの直径によっては決定されないために、通
常、終端フラットの直径は、高い分解能の用途において
も、カットオフ直径より小さいことは必要でない。従っ
て、減衰を最少に押えるために、終端フラットの直径は
、概ね、少なくともカットオフ直径と同一であることが
望ましい。ただし、上で説明されたように、割れ目に侵
入できるようにするためにプローブ・チップの総直径は
できるだけ小さいことが望まれる。この理由により、終
端フラットの直径は、好ましくは、カットオフ直径より
もあまり大きくはされない。
Since in this type of probe the aperture is not determined by the diameter of the end flat, the diameter of the end flat typically does not need to be smaller than the cutoff diameter, even in high resolution applications. Therefore, to minimize damping, it is desirable that the diameter of the terminal flat be approximately at least the same as the cutoff diameter. However, as explained above, it is desirable that the total diameter of the probe tip be as small as possible to allow for penetration into crevices. For this reason, the diameter of the end flat is preferably not made much larger than the cut-off diameter.

【0036】これとの関連で、開口の直径は、通常、カ
ットオフの直径よりも小さく、従って、終端フラットの
上にわたる金属層内の中央の開口が、光学場が消失する
金属導波路を画成することに注意を要する。ただし、コ
ーティングは、典型的には、約500Åあるいはこれ以
下の厚さを持つため、この消失長は、前に説明された裸
のチップを持つプローブの場合よりもかなり小さい。明
らかに、減衰を小さく押えるためには、終端フラット上
の金属コーティングを可能な限り薄くすることが要求さ
れる。終端フラット上の金属の厚さに対する許容レンジ
は、約250−500Åであり、典型的には、前に述べ
たように、500Åである。
In this context, the diameter of the aperture is usually smaller than the diameter of the cutoff, so that a central aperture in the metal layer over the termination flat defines a metal waveguide in which the optical field disappears. Care must be taken to accomplish this. However, because the coating typically has a thickness of about 500 Å or less, this vanishing length is much smaller than for the previously described bare tip probes. Obviously, keeping the damping low requires that the metal coating on the end flat be as thin as possible. The acceptable range for the metal thickness on the termination flat is about 250-500 Å, typically 500 Å as mentioned above.

【0037】我々は、裸チップのプローブの消失部分内
で予想される理想パワー減衰について計算した。対応す
るパワー透過係数は、便宜的に、上に説明のようにガイ
ドされるモードの特性であるχ、テーパー角度β、及び
以下の式によって定義される次元を持たないパラメータ
を使用して表わすことができる。 α=χ/nk0 a ここで、aは、上に説明されたように開口の直径であり
、k0 はガイドされる光の自由空間波数であり、nは
導波路屈折率の該当する値である。αは開口直径に対す
るカットオフ直径の比に等しいことを知っておくと役に
立つ。デシベルにて表わされた場合、理想消失減衰に対
応するパワー透過係数は、以下によって与えられる。
We have calculated the expected ideal power attenuation within the vanishing portion of the bare tip probe. The corresponding power transmission coefficient may conveniently be expressed using χ, which is a property of the guided mode as explained above, the taper angle β, and dimensionless parameters defined by the following equation: Can be done. α=χ/nk0 a where a is the diameter of the aperture as explained above, k0 is the free space wavenumber of the guided light, and n is the appropriate value of the waveguide index of refraction. . It is helpful to know that α is equal to the ratio of the cutoff diameter to the aperture diameter. When expressed in decibels, the power transmission coefficient corresponding to the ideal extinction attenuation is given by:

【数1】 我々は、全体測定したパワー透過係数がTevよりも1
0dB以上落ちない1から10の間のレンジのαの様々
な値、及び5度から20度の間のレンジのβの様々な値
を持つプローブを製造することに成功した。少なくとも
、2から8の間のレンジのαに対しては、Tevは概ね
−2χα/tan βdBによって近似できる。こうし
て、我々は、Tにて表わされる総測定パワー透過係数が
以下を満足させるプローブを製造することに成功した。 T(db)>−(2χα/tan β)−10
[Equation 1] We have determined that the overall measured power transmission coefficient is 1 than Tev.
We have successfully manufactured probes with various values of α in the range between 1 and 10 and various values of β in the range between 5 and 20 degrees with no drop of more than 0 dB. At least for α in the range of 2 to 8, Tev can be roughly approximated by -2χα/tan βdB. Thus, we have succeeded in manufacturing a probe whose total measured power transmission coefficient, denoted by T, satisfies the following: T(db)>-(2χα/tan β)-10

【003
8】本発明による光学システムは、とりわけ、製造ツー
ルとして有効である。例えば、このプローブは、光源か
らプローブの光学開口に隣接して位置するワークピース
の表面の小さな領域への化学線放射を遂行するために簡
単に使用できる。例えば、ワークピースの表面が感光層
、例えば、フォトレジストにてコートされ、この層内に
パターンがこのプローブに対してプローブを移動させる
一方において、このプローブを通じて光が開口から出て
、この層の上にそそがれ、これによってこの層を露出す
ることによって生成される。追加のステップが遂行され
、これによって、例えば、工業製品が完結される。一例
としての工業製品は半導体集積回路であり、これら追加
のステップには、フォトレジストを展開するステップ、
及びレジストにてコートされた表面をエッチング剤に晒
し、フォトレジストの下の層をパターン化するステップ
が含まれる。重要なことに、半導体ウエーハばかりでな
く、フォトリソグラフィック・マスク用に使用されるガ
ラス・プレートもこの方法で簡単にパターン化できる。
003
8] The optical system according to the invention is particularly useful as a manufacturing tool. For example, the probe can be easily used to perform actinic radiation from a light source onto a small area of the surface of a workpiece located adjacent to the optical aperture of the probe. For example, if the surface of the workpiece is coated with a photosensitive layer, e.g. produced by pouring it over, thereby exposing this layer. Additional steps are performed, thereby completing the industrial product, for example. An example industrial product is a semiconductor integrated circuit, and these additional steps include: developing a photoresist;
and exposing the resist-coated surface to an etchant to pattern the underlying layer of photoresist. Importantly, not only semiconductor wafers, but also glass plates used for photolithographic masks can be easily patterned in this manner.

【0039】もう一つのプロセスにおいては、プローブ
からの化学線放射がワークピースの表面上に向けられ、
これによってこの表面上に物質が堆積される。例えば、
表面が有機金属蒸気あるいは溶液に晒される。この表面
上に当る化学放射線によってこの蒸気あるいは溶液の一
つあるいは複数の成分が局部的分解を促し、例えば、こ
の表面に粘着する金属残留物が生成される。
In another process, actinic radiation from a probe is directed onto the surface of a workpiece;
This causes material to be deposited on this surface. for example,
The surface is exposed to an organometallic vapor or solution. Actinic radiation impinging on the surface causes localized decomposition of one or more components of the vapor or solution, eg, producing metal residues that adhere to the surface.

【0040】本発明による光学システムはまた製造ライ
ン上の検査デバイスとしても有効である。例えば、第9
図に示されるように、半導体集積回路の製造においては
、製造プロセスの一つあるいは複数のステージにおいて
パターン化される表面を持つ半導体ウエーハがしばしば
提供される(ステップA)。こうして形成されるパター
ンは、一般に、ある狭い公差内に保たれることが要求さ
れる通常”ライン幅”と呼ばれる特性寸法を持つ。本発
明による光学システムは、ライン幅、例えば、ウエーハ
上の金属導体の幅、あるいはウエーハ上の金属・酸化物
半導体(MOS)構造内に形成されたゲートの長さを測
定するため(ステップD)に簡単に使用できる。これら
ライン幅が所望の値と比較される(ステップE)。プロ
セス・パラメータ、例えば、リソグラフィック露出時間
あるいはエッチング時間は、初期にセットされる(ステ
ップB)が、これらが測定された寸法を所望の公差内に
入れるように調節される(ステップH)。次に、製品を
完結するための追加のステップ(ステップG)が遂行さ
れる。測定ステップには、プローブをパターン化された
表面に隣接するように位置するステップ(ステップI)
、その上に光を照射するステップ(ステップJ)、及び
上に説明されたのとほぼ同様にして、光源と検出器が本
発明によるプローブを介して光学的に結合されるように
することにより表面からの光を検出するステップ(ステ
ップK)が含まれる。
The optical system according to the invention is also useful as an inspection device on a production line. For example, the 9th
As shown, in the manufacture of semiconductor integrated circuits, a semiconductor wafer is often provided with a surface that is patterned at one or more stages of the manufacturing process (Step A). The patterns thus formed generally have a characteristic dimension, commonly referred to as "line width," which is required to be kept within some narrow tolerance. The optical system according to the invention is suitable for measuring line widths, for example the width of metal conductors on a wafer or the length of gates formed in metal-oxide semiconductor (MOS) structures on a wafer (step D). Easy to use. These line widths are compared to desired values (step E). Process parameters, such as lithographic exposure or etch times, are initially set (Step B) but are adjusted (Step H) so that they bring the measured dimensions within desired tolerances. Next, an additional step (Step G) is performed to complete the product. The measuring step includes positioning the probe adjacent to the patterned surface (Step I).
, by irradiating light thereon (step J), and in substantially the same manner as described above, the light source and the detector are optically coupled via the probe according to the invention. A step of detecting light from the surface (step K) is included.

【0041】本発明による光学システムはまた磁気デジ
タル記憶媒体、例えば、磁気ディスク内のビット・パタ
ーンを調べるためにも有効である。磁気記憶媒体は、一
般に、偏光のファラデー回転を示すために、変調された
磁化の方向によって特性化されるビット・パターンを、
例えば、クロス偏光子を使用する検査によって簡単に視
覚化できる。こうして、例えば、本発明による光学シス
テムは、偏光用光源を使用し、また検出器の前に偏光フ
ィルターを用いることにより、この媒体の反射モード・
イメージ化のために使用することができる。このような
媒体を所定の特性を持つビット・パターンにてインプレ
スすることを含む製造プロセスにおいては、関係するプ
ロセス・パラメータが検出されるビット・パターンが所
望のパターンと合致するように調節される。
The optical system according to the invention is also useful for examining bit patterns in magnetic digital storage media, such as magnetic disks. Magnetic storage media generally include a bit pattern characterized by a modulated direction of magnetization to exhibit a Faraday rotation of polarization.
For example, it can be easily visualized by inspection using crossed polarizers. Thus, for example, the optical system according to the invention can detect the reflection modes of this medium by using a polarizing light source and by using a polarizing filter before the detector.
Can be used for imaging. In manufacturing processes that involve impressing such media with bit patterns having predetermined characteristics, relevant process parameters are adjusted so that the detected bit pattern matches the desired pattern.

【0042】少なくとも幾つかのケースにおいては、レ
ーザー光源がそれ自体偏光された光のソースである。幾
つかの他のケースにおいては、ソースから光を直線偏光
膜を通じて通過させることが望ましい。これら光が光フ
ァイバー70(図1参照)に結合される前に、通常、こ
れは、半波長板を通じて、そして、次に四分の一波長板
を通じて通過せしめられる。これらプレートの方位がこ
の光ファイバー内の複屈折を補償するために簡単に調節
できる。(必ずしも必要ではないが、偏光保存ファイバ
ーを使用することもできる。)ファイバーから出る光の
直線偏光成分が、例えば、これを第二の直線偏光膜を通
じて検出する一方において半波及び四分の一波プレート
を調節することによって視覚的に最適化される。
In at least some cases, the laser light source is itself a source of polarized light. In some other cases, it is desirable to pass light from the source through a linearly polarizing film. Before the light is coupled into optical fiber 70 (see FIG. 1), it is typically passed through a half-wave plate and then through a quarter-wave plate. The orientation of the plates can be easily adjusted to compensate for birefringence within the optical fiber. (Polarization-preserving fibers can also be used, although this is not necessary.) The linearly polarized component of the light exiting the fiber is e.g. Optimized visually by adjusting the wave plate.

【0043】本発明による光学システムの製造及び検査
に対するその他のアプリケーションにおいても当業者に
とって容易に行うことができる。。例えば、本発明によ
る光学システムは、また記憶のためのデジタル・データ
を光学あるいは磁気記憶媒体上にインプレシングするた
め、あるいはこのようにして格納されたデータを記憶媒
体から読み出すためにも有効である。例えば、データは
、磁化可能な金属フィルム上に周囲のフィルム部分の磁
化の方向とは異なる方向の局所磁化を持つスポットのパ
ターンの形式にて記録できることが良く知られている。 このデータ記憶技術は、例えば、MRS公報15(MR
S Bulletin15)、1990年4月号、ペー
ジ20−24にR.J.ガンビノ(Gambino )
によって掲載の論文『光学記憶ディスク技術(Opti
calStorage Disk Technolog
y )』、及びMRS公報15(MRS Bullet
in 15 )、1990年4月号、ページ31−39
にF.J.A.M.グレイダナス(Greidanus
 )及びW.B.ジーパー(Zeper )によって掲
載の論文『磁気光学記憶材料(Magneto−Opt
ical Storage Materials )』
において説明されている。
Other applications for manufacturing and testing optical systems according to the invention will be readily apparent to those skilled in the art. . For example, the optical system according to the invention is also useful for impressing digital data onto an optical or magnetic storage medium for storage, or for reading data thus stored from a storage medium. . For example, it is well known that data can be recorded on a magnetizable metal film in the form of a pattern of spots having a local magnetization in a direction different from that of the surrounding film portions. This data storage technique is, for example, MRS Publication 15 (MRS Publication 15)
R.S Bulletin 15), April 1990 issue, pages 20-24. J. Gambino
The paper “Optical Storage Disk Technology (Opti)” published by
calStorage Disk Technology
y ), and MRS Bulletin 15 (MRS Bulletin
in 15), April 1990 issue, pages 31-39
to F. J. A. M. Greidanus
) and W. B. The paper “Magneto-Opt Storage Materials” published by Zeper
ical Storage Materials)”
It is explained in.

【0044】典型的な磁気記憶媒体は一つあるいは複数
の希土類及び一つあるいは複数の遷移金属のアモルファ
ス合金から成る層である。(代替磁気記憶材料としては
、コバルト・プラチナあるいはコバルト・パラジウム多
重層膜、及びフェライト及びガーネットなどのような磁
気酸化物材料が含まれる。)例えば、デジタル・データ
のビットを表わすスポットは、媒体を磁場に露出し、こ
のスポットをキューリー温度あるいはその媒体の補償ポ
イント以上に光学的に加熱することによって書き込まれ
る。(幾つかのケースにおいては、磁化の局所的な反転
が媒体に内部的な減磁場を与えることのみで可能であり
、外部的な磁場を加える必要はない。)このようなスポ
ットは、慣習的には、1umの直径にされる。ただし、
本発明による光学システムを使用すると、これよりも小
さなスポット、例えば、約0.2−0.5um、及びさ
らには0.06um以下と言った非常に小さなスポット
を簡単に作ることができる。このような小さなスポット
を、また、本発明の光学システムによって読み出すこと
も可能である。
A typical magnetic storage medium is a layer of an amorphous alloy of one or more rare earths and one or more transition metals. (Alternative magnetic storage materials include cobalt-platinum or cobalt-palladium multilayer films, and magnetic oxide materials such as ferrite and garnet.) For example, spots representing bits of digital data may It is written by exposing it to a magnetic field and optically heating this spot above the Curie temperature or the compensation point of the medium. (In some cases, local reversal of magnetization is possible only by applying an internal demagnetizing field to the medium, without the need to apply an external magnetic field.) For this purpose, the diameter is 1 um. however,
Using the optical system according to the invention, smaller spots can easily be produced, for example very small spots of about 0.2-0.5 um and even 0.06 um or less. Such small spots can also be read out by the optical system of the invention.

【0045】一つの現時点において好ましい実施態様に
おいては、磁気記憶媒体は、少なくとも一つの希土類及
び少なくとも一つの遷移金属を含む合金の薄いアモルフ
ァス膜である。一例としてのこのような合金にテルビウ
ム・鉄がある。近距離場プローブの開口が媒体の表面か
ら約1照射波長以内に位置される。(より大きなスポッ
トが要求される場合は、このプローブは媒体から1波長
以上の距離に簡単に置くことができる。)照射波長は、
媒体に十分な加熱を与えるように選択される。例えば、
テルビウム・鉄膜は、YAGレーザーによってポンプさ
れ、約600nmの所で概ねナノ秒のパルスを放射する
色素レーザーによって簡単に加熱することができる。レ
ーザーからの光は、光ファイバーを介して本発明による
プローブに向けられ、プローブ・チップから記憶媒体上
に当てられる。スポットを書き込むために要求される典
型的な局所温度の変化は約150度Cである。書き込み
は、照射のための連続あるいはパルス・レーザーのいず
れかを使用して達成できるが、パルス・レーザーの方が
、レーザーの平均パワー要件を低減し、比較的小さなス
ポットを加熱するのに好ましい。
In one currently preferred embodiment, the magnetic storage medium is a thin amorphous film of an alloy containing at least one rare earth and at least one transition metal. An example of such an alloy is terbium-iron. The aperture of the near-field probe is located within about one illumination wavelength from the surface of the medium. (If a larger spot is required, this probe can easily be placed more than one wavelength away from the medium.) The illumination wavelength is
selected to provide sufficient heating to the medium. for example,
Terbium-iron films can be easily heated by a dye laser pumped by a YAG laser and emitting approximately nanosecond pulses at about 600 nm. Light from the laser is directed to the probe according to the invention via an optical fiber and is directed from the probe tip onto the storage medium. The typical local temperature change required to write a spot is about 150 degrees Celsius. Writing can be accomplished using either continuous or pulsed lasers for irradiation, but pulsed lasers are preferred because they reduce the average power requirements of the laser and heat relatively small spots.

【0046】重要なことに、本発明は、磁気フィルム記
憶媒体のみでなく、照射源にて書き込むことが可能な他
の媒体も包含する。このような媒体としては、例えば、
多結晶膜(例えば、テリウムにてドープされたアンチモ
ン化インジウムの膜)が含まれ、これが、例えば、レー
ザー・パルスによって膜の融点を超える温度に局所的に
加熱され、アモルファス状態に急速に冷却される。この
冷却速度は、例えば、レーザー・パルスの時間依存を適
当にシェーピングすることによって制御することができ
る。
Importantly, the present invention encompasses not only magnetic film storage media, but also other media that can be written with a radiation source. Examples of such media include:
A polycrystalline film (e.g., a film of indium antimonide doped with terium) is included, which is locally heated, e.g. by a laser pulse, to a temperature above the melting point of the film and rapidly cooled to an amorphous state. Ru. This cooling rate can be controlled, for example, by suitably shaping the time dependence of the laser pulse.

【0047】記憶されたデータを表わすスポットは、典
型的には、記憶媒体内のトラックに書き込まれる。この
トラックは、例えば、回転ディスク上を円周的に伸びる
。本発明によって書き込まれるスポットの直径は、典型
的には、このようなトラックの幅よりもかなり小さい。 従って、長所として、複数のこのようなスポットがこの
トラックを横方向に横断して伸びるバンド内に書き込ま
れる。本発明の一つの長所は、このようなバンド内のこ
れらスポットが本発明による線型アレイの近距離場プロ
ーブにて同時に読み出すことができることである。
Spots representing stored data are typically written to tracks within the storage medium. This track, for example, extends circumferentially on the rotating disk. The diameter of the spot written by the present invention is typically much smaller than the width of such a track. Advantageously, therefore, a plurality of such spots are written in a band extending laterally across this track. One advantage of the invention is that these spots within such a band can be read out simultaneously with a linear array near-field probe according to the invention.

【0048】磁気フィルム記憶媒体上にインプレスされ
たパターンを読み出すための一つの現時点において好ま
しい方法においては、本発明によるプローブにて照射さ
れた直線偏光の光がこの記憶媒体を通じて送られ、従来
の手段を使用してこうして送られた光の一部が集められ
、これが偏光分析される。読み出しに関しては、好まし
い波長は、最大光学応答を持つ(つまり、それが磁気媒
体を横断するとき、その光の偏光の方向の回転が最大と
なる)波長である。遷移金属希土類媒体に対しては、こ
のような波長は、典型的には、近赤外あるいは可視スペ
クトル内にある。
In one presently preferred method for reading a pattern impressed on a magnetic film storage medium, linearly polarized light emitted by a probe according to the invention is transmitted through the storage medium and conventional means is used to collect a portion of the light thus transmitted, which is polarimetrically analyzed. For readout, the preferred wavelength is the wavelength that has the maximum optical response (ie, the rotation in the direction of the light's polarization is greatest as it traverses the magnetic medium). For transition metal rare earth media, such wavelengths are typically in the near infrared or visible spectrum.

【0049】もう一つの実施態様においては、このプロ
ーブが偏光された光を媒体の表面に当てるため、及びこ
の光の表面から反射された部分を集めるための両方に使
用される。媒体内の磁気化されたスポットを通過した、
あるいはこれから反射された結果として、典型的には、
約0.5度の偏光回転が起る。この回転の結果として、
分析器をとうして送られ、その後検出される光の強度が
変調される。この変調が復号され、媒体内に記録された
情報が再生される。周知のように、このような情報は、
例えば、記録されたサウンド、イメージ、テキスト、あ
るいはデジタル・データであり得る。
In another embodiment, the probe is used both to direct polarized light onto the surface of the medium and to collect the portion of this light reflected from the surface. passed through a magnetized spot in the medium,
Or as a result reflected from this, typically
A polarization rotation of approximately 0.5 degrees occurs. As a result of this rotation,
The intensity of the light transmitted through the analyzer and subsequently detected is modulated. This modulation is decoded and the information recorded within the medium is reproduced. As is well known, such information
For example, it can be recorded sound, images, text, or digital data.

【0050】例えば、位相変化を伴うもう一つの実施態
様においては、変調が、典型的には、偏光の回転ではな
く、反射率の変化によって実現される。この変化もまた
本発明によるプローブを使用して反射された光を集める
ことによって簡単に検出することができる。
For example, in another embodiment involving a phase change, modulation is typically achieved by a change in reflectance rather than a rotation of polarization. This change can also be easily detected by collecting the reflected light using a probe according to the invention.

【0051】本発明による顕微鏡はまた生物学的研究及
び臨床医学におけるイメージング用途に対しても有効で
ある。より具体的には、本発明による顕微鏡は、少なく
とも幾つかのケースにおいて、しばしば、医学及び生物
学的イメージングに対する先行技術によるNSOMシス
テムの有効性を損なう低信号レベルの問題を克服する。 つまり、例えば、本発明による顕微鏡は、生物学的組織
のセクション化されたサンプルをイメージ化し、その組
織内の物理的な病理を発見及び同定するために使用する
ことができる。同様な方法によって、本発明による顕微
鏡は、セクション化された組織内のそれらに固有の外観
あるいは蛍光によって検出可能な材料、並びに、例えば
、蛍光色素によってラベル付けされた材料の分布を調べ
るために簡単に使用できる。
The microscope according to the invention is also useful for imaging applications in biological research and clinical medicine. More specifically, the microscope according to the invention overcomes, at least in some cases, the low signal level problem that often undermines the effectiveness of prior art NSOM systems for medical and biological imaging. Thus, for example, a microscope according to the invention can be used to image sectioned samples of biological tissue and discover and identify physical pathology within that tissue. By a similar method, the microscope according to the invention can easily be used to examine the distribution of materials detectable by their specific appearance or fluorescence within sectioned tissues, as well as materials labeled with e.g. fluorescent dyes. Can be used for

【0052】本発明による顕微鏡はまた遺伝病理及び研
究用途において、染色体をそれらが、例えば、中期状態
にある際にイメージ化するためにも有効である。より具
体的には、蛍光物質にてラベル付けされた染色体あるい
は染色体の一部が本発明による顕微鏡を使用して簡単に
同定できる。通常、細胞の核物質をリンを含む物質と反
応させるプロセスを含む蛍光ラベリングの方法は、当分
野において周知であり、ここで詳細に述べる必要はない
The microscope according to the invention is also useful in genetic pathology and research applications for imaging chromosomes when they are in, for example, metaphase. More specifically, chromosomes or portions of chromosomes labeled with fluorescent substances can be easily identified using the microscope according to the present invention. Methods of fluorescent labeling, which generally involve the process of reacting the nuclear material of a cell with a phosphorus-containing material, are well known in the art and need not be described in detail here.

【0053】蛍光によるイメージ化は、本発明による顕
微鏡を照射モード(図1)あるいは集光モード(図2)
のいずれかのモードにて使用することによって簡単に達
成できる。前者においては、サンプルに蛍光を放射する
ことを促す能力を持つ電磁放射がプローブからサンプル
に当てられ、結果としての蛍光が、例えば、従来の顕微
鏡対物レンズによって集められる。後者においては、励
起放射が従来の方法に従ってサンプルに当てられ、蛍光
がプローブによって集められる。
Imaging using fluorescence can be achieved by using the microscope according to the present invention in irradiation mode (FIG. 1) or condensing mode (FIG. 2).
This can be easily achieved by using either mode. In the former, electromagnetic radiation capable of stimulating the sample to emit fluorescence is applied to the sample from a probe, and the resulting fluorescence is collected, for example, by a conventional microscope objective. In the latter, excitation radiation is applied to the sample according to conventional methods and fluorescence is collected by a probe.

【0054】前述の如く、好ましいプローブ20(図1
参照)は、シングル・モード光ファイバーをテーパリン
グすることによって製造される。少なくとも幾つかのケ
ースにおいては、多重モード・ファイバーをテーパリン
グ及びコーティングすることによっても有用なプローブ
が製造できる。多重モード・ファイバーの(ガイドされ
る波長に対する)寸法によってより多くのあるいは少数
のモードがガイドされる。一般に、ガイドされるモード
の数が少なければ少ない程(つまり、このファイバーが
シングル・モード・ファイバーに近ければ近い程)、任
意の開口によって達成されるS/N比は大きくなる。
As mentioned above, the preferred probe 20 (FIG.
) are manufactured by tapering a single mode optical fiber. In at least some cases, useful probes can also be produced by tapering and coating multimode fibers. Depending on the dimensions (relative to the guided wavelength) of the multimode fiber, more or fewer modes can be guided. In general, the fewer the number of guided modes (ie, the closer the fiber is to a single mode fiber), the greater the signal-to-noise ratio achieved by any given aperture.

【0055】これも前に述べたように、プローブに対す
る一例としての不透明のコーティングとしてはアルミニ
ウムのような金属が使用される。より一般的には、適当
なコーティングは、ガイドされる放射が低い侵入度を持
つ材料から成るコーティングである。アルミニウムは、
放射が、例えば、可視スペクトル内にあるときは、一つ
の好ましい材料であるが、ただし、例えば、赤外線放射
がガイドされるような場合は、シリコンのような半導体
が好ましい。
As also previously mentioned, an exemplary opaque coating for the probe is a metal such as aluminum. More generally, suitable coatings are those consisting of a material in which the guided radiation has a low degree of penetration. Aluminum is
One preferred material is when the radiation is, for example, in the visible spectrum, but a semiconductor such as silicon is preferred when, for example, infrared radiation is to be guided.

【0056】以下に例を示す。450nmのカットオフ
を持つ3−umシングル・モード・ファイバー(FS−
VS−2211)がサッター・インストルーメント(S
utter Instruments)にて製造された
Mod.P−87マイクロピペット・プーラー内でファ
イバーを25ワット二酸化炭素レーザーから25ワット
3mmスポットにて加熱し、線引きされた。マイクロピ
ペット・プーラーが、75のセッティング(レンジ0−
255)におけるハード・プル、4のセッティング(レ
ンジ0−255)における”プルにおける速度(vel
ocity at pull)”、及び1の時間遅延(
レンジ0−255)を提供するようにプログラムされた
。12度のテーパー角度、670Å直径の終端フラット
、及び約3のαに対する値を持つチップ特性が得られた
。ファイバーの一端が回転子内に置かれ、約10−6ト
ルのベース圧力にて約1260Åのアルミニウムにて蒸
着コートされた。テーパーを与えられた終端が次に図1
の光学装置内の圧電チューブ内に搭載された。アルゴン
・イオン・レーザーからの1ミリワットの514.5n
mの光がファイバー内に結合された。 ファイバー・チップの所の光学パワー出力は、約1.1
ナノワットであると測定されたが、これは、約−60d
Bの総パワー伝送係数に対応する。サンプル表面のイメ
ージを形成するために使用された場合、このプローブは
約25nmの空間分解能を提供した。
An example is shown below. 3-um single mode fiber (FS-
VS-2211) is a Sutter Instrument (S
Mod. manufactured by Utter Instruments). The fiber was drawn in a P-87 micropipette puller by heating with a 25 watt 3 mm spot from a 25 watt carbon dioxide laser. The micropipette puller is set to 75 (range 0-
Hard pull at 255), Velocity at pull at setting 4 (range 0-255)
ocity at pull)”, and a time delay of 1 (
range 0-255). Chip properties were obtained with a taper angle of 12 degrees, a flat end of 670 Å diameter, and a value for α of approximately 3. One end of the fiber was placed in a rotor and vapor coated with about 1260 Å of aluminum at a base pressure of about 10 −6 Torr. The tapered end is then shown in Figure 1.
mounted inside a piezoelectric tube inside an optical device. 514.5n of 1 milliwatt from an argon ion laser
m light was coupled into the fiber. The optical power output at the fiber tip is approximately 1.1
nanowatts, which is about -60d
B corresponds to the total power transfer coefficient. When used to image the sample surface, this probe provided a spatial resolution of approximately 25 nm.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】近距離場走査光学顕微鏡に対して有用な一例と
しての光学システムの略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary optical system useful for near-field scanning optical microscopy.

【図2】近距離場走査光学顕微鏡に対して有用なもう一
つの一例としての光学システムの略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of another exemplary optical system useful for near-field scanning optical microscopy.

【図3】先行技術による光ファイバー・プローブの略図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a fiber optic probe according to the prior art.

【図4】先行技術による光ファイバー・プローブの略図
である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a fiber optic probe according to the prior art.

【図5】本発明の一つの実施態様に従う光ファイバー・
プローブの略図である。
FIG. 5 shows an optical fiber according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of the probe.

【図6】光ファイバー・プローブを金属化するための一
例としての方法を示す図である。
FIG. 6 illustrates an example method for metallizing a fiber optic probe.

【図7】本発明の一つの実施態様に従う光学開口の略図
である。
FIG. 7 is a schematic illustration of an optical aperture according to one embodiment of the invention.

【図8】もう一つの光学開口の略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of another optical aperture.

【図9】本発明の一つの実施態様に従う製造プロセスを
示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a manufacturing process according to one embodiment of the invention.

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  光学システムにおいて、該システムが
:少なくとも一部が少なくともある所定の波長において
光学的に透過性であり、かつ一つの遠位端部を持つプロ
ーブと;該遠位端部内に設けられ、該所定の波長よりも
小さな直径を有する光学開口;及び該プローブを目標に
対して位置決めするための手段とを含み、a)該プロー
ブがコア及びクラッドを持つ光ファイバーの一部から成
り、該クラッドが外側表面を有し、該所定の波長の放射
に対して該ファイバーと少なくとも一つのガイド誘電モ
ードが関連し; b)該ファイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領
域を有し、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくと
も該所定の波長の光をガイドすることができ;c)該テ
ーパー領域が該ファイバーとほぼ垂直の平面に方位する
実質的に平坦な終端面内で終端し;d)該テーパー領域
内の該クラッド外側表面が実質的に滑らかであり;そし
て e)該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
侵入度を持つ遮断材料にて塗布され、これにより金属モ
ードをガイドすることができる金属導波路部分が画成さ
れることを特徴とする光学システム。
1. An optical system comprising: a probe, at least a portion of which is optically transparent at at least a predetermined wavelength, and having a distal end; an optical aperture having a diameter smaller than the predetermined wavelength; and means for positioning the probe relative to a target; a) the probe comprises a portion of an optical fiber having a core and a cladding; a cladding has an outer surface and at least one guiding dielectric mode is associated with the fiber for radiation at the predetermined wavelength; b) the fiber has an adiabatically tapered region, the tapered region at least a portion of the fiber is capable of guiding light of at least the predetermined wavelength; c) the tapered region terminates in a substantially flat end face oriented in a plane substantially perpendicular to the fiber; d) the the cladding outer surface within the tapered region is substantially smooth; and e) at least a portion of the cladding outer surface within the tapered region has a relatively low penetration to electromagnetic radiation of the predetermined wavelength. An optical system characterized in that it is coated with a blocking material, thereby defining a metallic waveguide section capable of guiding metallic modes.
【請求項2】  光源によって照射される少なくとも幾
らかの光が少なくとも該所定の波長において該開口を通
じてプローブに入るように、あるいはこれから出るよう
に該光源を該プローブに光学的に結合するための手段が
さらに含まれることを特徴とする請求項1の光学システ
ム。
2. Means for optically coupling the light source to the probe such that at least some light emitted by the light source enters or exits the probe through the aperture at least at the predetermined wavelength. 2. The optical system of claim 1, further comprising:
【請求項3】  光源としての電磁放射源と;該プロー
ブがサンプルの表面の一部に隣接するラスター・パター
ン内に移動されるように移動手段を駆動するための走査
発生器と;該プローブに入るあるいはこれから出る光源
からの光の少なくとも一部を検出し、また該検出された
光に応答して電気信号を生成するための変換手段と;該
プローブの少なくとも一部及び目標の少なくとも一部を
見るための遠距離場顕微鏡手段;及び該サンプルに対す
る該プローブの少なくとも幾つかの変位において検出さ
れた光の量に関連する二次元イメージを表示するための
該変換器と信号受信関係を有するビデオ・ディスプレイ
手段がさらに含まれ、該変位がラスター・パターンの一
部であることを特徴とする請求項2の光学システム。
3. A source of electromagnetic radiation as a light source; a scanning generator for driving a moving means such that the probe is moved in a raster pattern adjacent a portion of the surface of the sample; converting means for detecting at least a portion of light from a light source entering or exiting the light source and generating an electrical signal in response to the detected light; far-field microscopy means for viewing; and a video camera having a signal receiving relationship with the transducer for displaying a two-dimensional image related to the amount of light detected at at least some displacements of the probe relative to the sample. 3. The optical system of claim 2 further comprising display means and wherein said displacement is part of a raster pattern.
【請求項4】  該変換手段はアナログ電気信号を生成
するようにされており、該システムがさらに該アナログ
電気信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号を該
ビデオ・ディスプレイ手段に伝送するための手段を含む
ことを特徴とする請求項3の光学システム。
4. The converting means is adapted to generate an analog electrical signal, and the system further includes a system for converting the analog electrical signal into a digital signal and transmitting the digital signal to the video display means. 4. The optical system of claim 3, further comprising means.
【請求項5】  該デジタル信号の少なくとも一部をデ
ジタル的に記録するための記憶手段がさらに含まれるこ
とを特徴とする請求項4の光学システム。
5. The optical system of claim 4 further comprising storage means for digitally recording at least a portion of the digital signal.
【請求項6】  該デジタル信号をデジタル的に処理す
るための手段がさらに含まれ、該デジタル処理手段が該
アナログ・デジタル変換手段に対して受信関係にあり、
該ビデオ・ディスプレイ手段に対して送信関係にあるこ
とを特徴とする請求項5の光学システム。
6. further comprising means for digitally processing the digital signal, the digital processing means being in a receiving relationship with the analog-to-digital conversion means;
6. The optical system of claim 5 in transmitting relation to said video display means.
【請求項7】  該目標の少なくとも一部を刺激して蛍
光を放射することができる電磁放射源がさらに含まれ、
放射線が放射源から該プローブを通じて該目標に送られ
るように該放射源が該プローブに光学的に結合され;さ
らに該目標によって射出された蛍光の少なくとも一部を
検出するための手段が含まれることを特徴とする請求項
1の光学システム。
7. Further comprising an electromagnetic radiation source capable of stimulating at least a portion of the target to emit fluorescence;
the radiation source being optically coupled to the probe such that radiation is transmitted from the radiation source through the probe to the target; and further including means for detecting at least a portion of the fluorescence emitted by the target. The optical system of claim 1, characterized in that:
【請求項8】  目標をして少なくとも該所定の波長で
の蛍光を放射するように刺激する能力を持つ電磁放射源
;及び該放射源によって射出される放射線の少なくとも
一部が該目標に当り、該目標によって射出される蛍光の
少なくとも一部が該光学開口を通じて該プローブに入射
するように、該目標を該放射源及び該プローブに対して
サポートするための手段がさらに含まれることを特徴と
する請求項1の光学システム。
8. An electromagnetic radiation source capable of stimulating a target to emit fluorescence at least at the predetermined wavelength; and at least a portion of the radiation emitted by the radiation source impinges on the target; further comprising means for supporting the target relative to the radiation source and the probe such that at least a portion of the fluorescence emitted by the target is incident on the probe through the optical aperture. The optical system of claim 1.
【請求項9】  該終端面が該金属モードに関するカッ
トオフ直径以下の直径を持つことを特徴とする請求項1
の光学システム。
9. The end face has a diameter less than or equal to the cutoff diameter for the metal mode.
optical system.
【請求項10】  該終端面が実質的に遮断材料で被膜
されておらず;該ファイバーが個々の軸方向の位置にお
いて一つのクラッド外径を持ち;”消失領域”と呼ばれ
る金属導波路部分の少なくとも一部において、該クラッ
ド外径が該カットオフ直径よりも小さく、そして該開口
が実質的に該終端面と一致することを特徴とする請求項
9の光学システム。
10. The end face is substantially uncoated with blocking material; the fiber has one cladding outer diameter at each axial location; 10. The optical system of claim 9, wherein, at least in part, the cladding outer diameter is smaller than the cutoff diameter and the aperture substantially coincides with the end surface.
【請求項11】  該終端面の直径が概ね該カットオフ
直径に等しく;該プローブがさらに該終端面上に被膜し
た遮断材料の環状層を含み、該環状層が該開口を取り巻
き、これによって該開口が画成されることを特徴とする
請求項9の光学システム。
11. The diameter of the end face is approximately equal to the cutoff diameter; the probe further includes an annular layer of blocking material coated on the end face, the annular layer surrounding the aperture, thereby 10. The optical system of claim 9, wherein an aperture is defined.
【請求項12】  該開口直径に対する該カットオフ直
径の比がαによって表わされ;該金属モードがTE11
モードであり;該テーパー角度がβによって表わされ;
αが少なくとも約2、最大で約8であり;そして該プロ
ーブが、デジベルにて表わされたとき、以下の関係、T
>−(3.68α/tan β)−10を満たすTにて
表わされる透過係数を持つことを特徴とする請求項9の
光学システム。
12. The ratio of the cutoff diameter to the aperture diameter is represented by α; the metal mode is TE11
mode; the taper angle is represented by β;
α is at least about 2 and at most about 8; and when the probe is expressed in decibels, the following relation: T
10. The optical system according to claim 9, having a transmission coefficient expressed by T satisfying >-(3.68α/tan β)-10.
【請求項13】  該開口が一つの中心を持ち、また該
終端面が一つの中心を持ち、該開口の中心が該終端面の
中心とずれていることを特徴とする請求項11の光学シ
ステム。
13. The optical system of claim 11, wherein the aperture has a center, the end surface has a center, and the center of the aperture is offset from the center of the end surface. .
【請求項14】  サンプルを調べるための方法におい
て、該方法が該サンプルの少なくとも一部の拡大された
イメージを生成するステップ;及び該イメージを視覚的
に調べるステップを含み、該イメージ生成ステップが、
プローブをサンプルの第一の表面に隣接してかつ該第一
の表面からある所定の波長以上離れない距離に位置せし
め、電磁放射を該サンプル上に当て、該第一の表面から
射出される電磁放射を集め、及び該集められた放射の少
なくとも一部を検出するステップを含み、該サンプル上
に当てられる放射が該プローブから射出され、少なくと
も該所定の波長を持ち、あるいは該集められた放射が該
プローブによって集められ、少なくとも該所定の波長を
持ち: a)該プローブがコア及びクラッドを有する光ファイバ
ーの少なくとも一部から成り、該クラッドが一つの外側
表面を持ち、該所定の波長の放射に対して該ファイバー
と少なくとも一つのガイド誘電モードが関連し;b)該
ファイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領域を有
し、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくとも該所
定の波長の光をガイドすることができるようにされてお
り; c)該テーパー領域が、該ファイバーに対して実質的に
垂直の平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し、
開口が該終端面に設けられており; d)該テーパー領域内の該クラッド外側表面が実質的に
滑らかであり;そして e)該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
侵入度を持つ遮断材料にて塗布トされ、これにより金属
モードをガイドすることができる金属導波路部分が画成
されることを特徴とする方法。
14. A method for examining a sample, the method comprising: generating an enlarged image of at least a portion of the sample; and visually examining the image, the image generating step comprising:
a probe is positioned adjacent to a first surface of the sample and at a distance no greater than a predetermined wavelength from the first surface, and directs electromagnetic radiation onto the sample, emitting electromagnetic radiation from the first surface. collecting radiation and detecting at least a portion of the collected radiation, wherein the radiation impinged onto the sample is emitted from the probe and has at least the predetermined wavelength; a) the probe comprises at least a portion of an optical fiber having a core and a cladding, the cladding having an outer surface and having at least the predetermined wavelength of radiation collected by the probe; at least one guided dielectric mode is associated with the fiber; b) the fiber has an adiabatically tapered region, and at least a portion of the tapered region guides at least light of the predetermined wavelength; c) the tapered region terminates in a substantially flat end surface oriented in a plane substantially perpendicular to the fiber;
an opening is provided in the end face; d) the cladding outer surface within the tapered region is substantially smooth; and e) at least a portion of the cladding outer surface within the tapered region has the predetermined shape. A method characterized in that a metal waveguide section is defined by being coated with a blocking material that has a relatively small penetration for electromagnetic radiation at wavelengths, thereby defining a metal waveguide section that is capable of guiding metal modes.
【請求項15】  該サンプルが第二の表面を持ち、該
サンプルに電磁放射を当てるステップが該第二の表面に
放射を当てるステップから成り、該第一の表面によって
射出される放射が該サンプルを通して透過される放射で
あることを特徴とする請求項14の方法。
15. The sample has a second surface, and applying electromagnetic radiation to the sample comprises applying radiation to the second surface, and wherein the radiation emitted by the first surface is applied to the sample. 15. The method of claim 14, wherein the radiation is transmitted through.
【請求項16】  該放射を当てるステップが該第一の
表面に放射を当てるステップから成り、該集めるステッ
プが反射された放射を集めるステップから成ることを特
徴とする請求項14の方法。
16. The method of claim 14, wherein said step of applying radiation comprises applying radiation to said first surface and said collecting step comprises collecting reflected radiation.
【請求項17】  該電磁放射を当てるステップが該第
一の表面上に放射を当てるステップから成り、該当てら
れる放射が該サンプルの少なくとも一部分に蛍光を励起
する能力を持つ少なくとも一つの波長の放射を含み、該
集めるステップが蛍光を集めるステップから成ることを
特徴とする請求項14の方法。
17. Applying the electromagnetic radiation comprises applying radiation onto the first surface, the applied radiation having at least one wavelength of radiation capable of exciting fluorescence in at least a portion of the sample. 15. The method of claim 14, wherein said collecting step comprises collecting fluorescent light.
【請求項18】  表面をパターン化する方法において
、該方法が: a)パターン化されるべき表面を有するワークピースを
供給するステップ;及び b)該表面上に少なくとも一つのある所定の波長の光を
当てられた光の少なくとも一部が光学開口から投射、あ
るいは反射、あるいはこれに透過されるように当てるス
テップを含み、該放射を当てるステップがさらに:c)
一つの終端面及び該終端面に設けられた光学開口を持つ
プローブを該表面に隣接して該開口と該表面との間の距
離が最大でも約所定の1波長となるように位置するステ
ップを含み;ここで d)該プローブが一つのコア及びクラッドを含む光ファ
イバーの一部から構成され、該クラッドが一つの外側表
面を有し、該所定の波長の放射に対して該ファイバーと
少なくとも一つのガイド誘電モードが関連し;e)該フ
ァイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領域を有し
、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくとも該所定
の波長の光をガイドすることができるようにされており
; f)該テーパー領域が該ファイバーに対して実質的に垂
直の平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し、該
開口が該終端面内に画成され; g)該テーパー領域内の該クラッド外側表面が実質的に
滑らかであり;そして h)該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
侵入度を持つ遮断材料にて塗布され、これにより金属モ
ードをガイドすることができる金属導波路部分が画成さ
れることを特徴とする方法。
18. A method of patterning a surface, the method comprising: a) providing a workpiece having a surface to be patterned; and b) applying at least one predetermined wavelength of light on the surface. c) such that at least a portion of the applied light is projected, reflected, or transmitted through the optical aperture;
positioning a probe having a termination surface and an optical aperture provided in the termination surface adjacent to the surface such that the distance between the aperture and the surface is at most about one predetermined wavelength; d) where the probe is comprised of a portion of an optical fiber comprising a core and a cladding, the cladding having an outer surface and at least one a guided dielectric mode is associated; e) the fiber has an adiabatically tapered region such that at least a portion of the tapered region is capable of guiding light of at least the predetermined wavelength; f) the tapered region terminates in a substantially flat end surface oriented in a plane substantially perpendicular to the fiber, and the aperture is defined within the end surface; g) within the tapered region the cladding outer surface of the cladding is substantially smooth; and h) at least a portion of the cladding outer surface within the tapered region is of a blocking material having a relatively small penetration to electromagnetic radiation of the predetermined wavelength. A method characterized in that a metal waveguide portion is defined by which a metal waveguide portion is able to guide metal modes.
【請求項19】  該パターン化されるべき表面は記録
媒体から成り、この上にビット・パターンをインプレス
することができ;該放射を当てるステップにおいては、
光が該光学開口から該媒体上に当てられ;該光を当てる
ステップにより、該媒体内に局所的な物理的変化をもた
らし、該物理的変化によって光信号が変調されるように
されており、該変調が少なくとも1ビットの情報を担持
することを特徴とする請求項18の方法。
19. The surface to be patterned comprises a recording medium onto which a bit pattern can be impressed; in the step of applying the radiation,
light is directed from the optical aperture onto the medium; the step of directing the light causes a localized physical change within the medium such that the physical change modulates an optical signal; 19. The method of claim 18, wherein the modulation carries at least one bit of information.
【請求項20】  該媒体が磁気媒体であり、該放射を
当てるステップにより、該媒体がそのキューリー温度、
あるいはその補償ポイント以上に加熱され、結果として
スポットが形成されその局所的な磁化がそのスポット周
辺の隣接する領域の磁化とは異なることを特徴とする請
求項19の方法。
20. The medium is a magnetic medium, and the step of applying the radiation causes the medium to have its Curie temperature,
20. A method as claimed in claim 19, characterized in that it is heated or above its compensation point, resulting in the formation of a spot whose local magnetization is different from the magnetization of an adjacent region around the spot.
【請求項21】  該放射を当てるステップが外部磁場
の存在下において遂行されることを特徴とする請求項2
0の方法。
21. Claim 2, wherein the step of applying radiation is performed in the presence of an external magnetic field.
0 method.
【請求項22】  該媒体が少なくとも一つの希土類及
び少なくとも一つの遷移金属を含む磁気合金であること
を特徴とする請求項20の方法。
22. The method of claim 20, wherein the medium is a magnetic alloy containing at least one rare earth and at least one transition metal.
【請求項23】  該媒体が実質的に多結晶であり、該
放射を当てるステップの結果として該媒体の一部分が局
所的に加熱された後に急激に冷却され、局所的に実質的
にアモルファスなスポットが形成されることを特徴とす
る請求項19の方法。
23. The medium is substantially polycrystalline, and as a result of the step of applying the radiation, a portion of the medium is locally heated and then rapidly cooled to form a locally substantially amorphous spot. 20. The method of claim 19, wherein: is formed.
【請求項24】  該ワークピースを供給するステップ
が:複数の半導体ウエーハを提供するステップから成り
、各々のウエーハはパターン化されるべき表面を有し;
該方法がさらに: a)少なくとも一つの処理パラメータをセットするステ
ップ; b)該処理パラメータに従って少なくとも一つの第一の
ウエーハを該ウエーハの表面上に特定寸法を持つパター
ンが形成されるように処理するステップ;c)該第一の
ウエーハ上の該特定寸法を測定するステップ; d)該特定寸法を所定の範囲の値と比較するステップ;
e)該特定寸法が該所定の範囲の値の範囲外にある場合
、該処理パラメータを該所定の範囲の値に入るように修
正するステップ; f)ステップe)の後に、該処理パラメータに従って少
なくとも一つの第二のウエーハを処理するステップ;及
び g)該少なくとも第二のウエーハに関して、物を完成さ
せるために少なくとも一つの追加のステップを遂行する
ステップを含み; h)該放射を当てるステップが、該測定ステップの際に
、該第一のウエーハの該パターン化された表面に隣接し
てプローブを位置せしめ該表面上に光を該表面から少な
くとも該光の一部が反射されるように当てるステップを
さらに含み、該当てられる光が該プローブから投射され
、あるいは該反射された光の一部が該プローブによって
集められ、さらに該反射された光の少なくとも一部を検
出するステップを含むことを特徴とする請求項18の方
法。
24. The step of providing the workpiece comprises: providing a plurality of semiconductor wafers, each wafer having a surface to be patterned;
The method further includes: a) setting at least one processing parameter; b) processing at least one first wafer in accordance with the processing parameter such that a pattern having specific dimensions is formed on the surface of the wafer. c) measuring the particular dimension on the first wafer; d) comparing the particular dimension to a predetermined range of values;
e) if the particular dimension is outside the predetermined range of values, modifying the processing parameter to fall within the predetermined range of values; f) after step e), at least according to the processing parameter; processing one second wafer; and g) performing, with respect to the at least second wafer, at least one additional step to complete the article; h) applying the radiation, during the measuring step, positioning a probe adjacent the patterned surface of the first wafer and applying light onto the surface such that at least a portion of the light is reflected from the surface; further comprising the step of detecting at least a portion of the reflected light, wherein relevant light is projected from the probe or a portion of the reflected light is collected by the probe. 20. The method of claim 18, wherein:
【請求項25】  該ワークピースを供給するステップ
が各々がビット・パターンにてインプレスされるべき磁
気材料の表面層を持つ複数の基板を供給するステップを
含み;該方法がさらに: a)少なくとも一つの処理パラメータをセットするステ
ップ; b)少なくとも第一の基板を該処理パラメータに従って
ビット・パターンが該基板の表面内に形成されるように
処理するステップ; c)少なくとも該第一の基板の該ビット・パターンを検
出するステップ; d)該検出されたビット・パターンを所定のビット・パ
ターンと比較するステップ; e)該検出されたビット・パターンが所定のビット・パ
ターンと異なる場合、該処理パラメータを該検出された
ビット・パターンと該所定のビット・パターンが一致す
るように変更するステップ; f)ステップe)の後に、該処理パラメータに従って少
なくとも第二の基板を処理するステップ、及びg)該少
なくとも第二の基板に関して、物を完成させるために少
なくとも一つの追加のステップを遂行するステップを含
み; h)該放射を当てるステップが、該検出ステップの際に
、該第一のウエーハの該パターン化された表面に隣接し
てプローブを位置せしめ該表面上に光を該表面から少な
くとも該光の一部が反射されるように当てるステップを
さらに含み、該当てられる光が該プローブから投射され
、あるいは該反射された光の一部が該プローブによって
集められ、さらに該反射された光の少なくとも一部を検
出するステップを含むことを特徴とする請求項18の方
法。
25. The method further comprises: a) providing at least one substrate, each having a surface layer of magnetic material to be impressed with a bit pattern; b) processing at least a first substrate such that a bit pattern is formed in a surface of the substrate according to the processing parameters; c) the bits of at least the first substrate; - detecting a pattern; d) comparing the detected bit pattern with a predetermined bit pattern; e) if the detected bit pattern differs from the predetermined bit pattern, adjusting the processing parameters; altering the detected bit pattern and the predetermined bit pattern to match; f) after step e), processing at least a second substrate according to the processing parameters; and g) the at least performing at least one additional step with respect to the second substrate to complete the object; h) the applying the radiation includes the patterning of the first wafer during the detecting step; positioning a probe adjacent to a surface where the applied light is projected from the probe, and applying light onto the surface such that at least a portion of the light is reflected from the surface; 19. The method of claim 18, wherein a portion of the reflected light is collected by the probe and further comprising detecting at least a portion of the reflected light.
【請求項26】  該表面がフォトレジストを含み;該
光を当るステップが該光学開口から化学線、電磁放射を
該表面上に該フォトレジスト内に潜像が形成されるよう
に当てるステップから成り;該方法がさらに:該フォト
レジストを現像するステップ;及び該表面内にパターン
が形成されるように該ワークピースをエッチング剤に晒
すステップを含むことを特徴とする請求項18の方法。
26. The surface comprises a photoresist; and the step of applying light comprises applying actinic radiation, electromagnetic radiation, from the optical aperture onto the surface such that a latent image is formed in the photoresist. 20. The method of claim 18, wherein the method further comprises: developing the photoresist; and exposing the workpiece to an etchant such that a pattern is formed in the surface.
【請求項27】  該表面を化学的に活性な液体あるい
は蒸気に晒すステップがさらに含まれ、該放射を当てる
ステップが化学線、電磁放射を該光学開口から該表面に
該液体あるいは蒸気の化学的分解によって物質が形成さ
れるように当てるステップから成り、該物質が該表面上
に堆積及び粘着し、これによって該表面がパターン化さ
れることを特徴とする請求項18の方法。
27. The step of exposing the surface to a chemically active liquid or vapor, the step of applying radiation directing actinic or electromagnetic radiation from the optical aperture onto the surface of the chemically active liquid or vapor. 19. The method of claim 18, comprising the step of applying a material to form by decomposition, the material depositing and adhering to the surface, thereby patterning the surface.
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