JPH09231608A - 光学情報システムおよび近視野光学顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 近接場光を用いた光学情報システムにおい
て、検出光量を増大し、Ｓ／Ｎ比および変調周波数帯域
の向上した信号検出方式を実現する。 【解決手段】 表面の微小構造に情報を記録した記録媒
体の裏面から照射光をあて、記録媒体の表面上にエバネ
セント光を存在させておき、そのエバネセント光の振動
数に対して光学的利得を有する光プローブを用いて媒体
表面のエバネセント光を検知することにより、光プロー
ブで媒体表面のエバネセント光を増倍して情報を得る。
また、これを用いて近視野光学顕微鏡を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、近接場光を利用し
て高速に情報を検出する光学情報システムに関する。さ
らにこの光学情報システムを用い、被検体表面の光学情
報を検知する近視野光学顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報記録の大容量化にともない高密度記
録が要求されているが、従来のＣＤ−ＲＯＭや光磁気記
録装置などの光記録において、光の回折限界のために記
録密度は原理的な限界に達しつつある。

【０００３】光の回折限界を超える記録密度を達成する
ために、近年、微小開口からの近接場光を用いた光記録
／再生方法が検討されている。図８は、微小開口からの
近接場光を用いた従来の光学情報システムの要部を示す
構成図である。図において、１は光ファイバー、２は光
ファイバー１を被覆する金属、３は励起用光源、４は記
録媒体、６はミラー、７は光検出器、８は信号光、９は
レンズ、１０は光ファイバー１と金属２からなる光ファ
イバープローブである。この光ファイバープローブ１０
は、例えばアルミニウムなどの金属２で被覆されたNd³⁺
ドープ光ファイバー１で構成され、その一端の記録媒体
４に対向させる部分の先端が尖鋭化され、微小開口を構
成している。この開口径は光の波長より小さく、例えば
１００ｎｍ程度で構成されている。励起用光源３からの
光を光ファイバーカップラのレンズ９を介して、光ファ
イバープローブ１０の記録媒体４と対向する端部とは反
対側の端部に入射する。このとき尖鋭化したファイバー
端の微小開口から微小開口の径程度の領域に近接場光が
エバネセント光として出るようになる。この状態で光フ
ァイバープローブ１０の先端を微小開口の大きさ程度の
距離で記録媒体４に近接させると、エバネセント光は記
録媒体４の表面の凹凸で反射され、さらに光ファイバー
プローブ１０の先端の微小開口を介して光ファイバープ
ローブ１０の内部を伝搬する。ここで、光ファイバープ
ローブ１０は、Ndドープのため、１．０６μｍ付近の波
長の光に対して自然放出による発光および誘導放出によ
る利得をもつ。従って、近接場光は増倍されて光ファイ
バープローブ１０の他端まで伝搬して出射し、ミラー６
で反射されて信号光８として取り出される。この信号光
８の強さを光検出器７で計測すれば、記録媒体４の表面
の凹凸の情報を得ることができる。このような光ファイ
バープローブを用いた近接場光は、通常の光の波長より
も一桁程度高い空間分解能を有する。

【０００４】この微小開口からの近接場光は、これまで
に、通常の光学顕微鏡よりも分解能の高い近視野光学顕
微鏡としての応用が図られた。ピエゾ素子の帰還制御に
よる通常の走査トンネル顕微鏡の探針保持技術を光ファ
イバープローブの保持に用いることにより近視野光学顕
微鏡が構成されている。この応用に関しては、例えば、
アプライドフィジックスレターズ ６０巻，第２４８４
頁〜第２４８６頁（１９９２年）に記載されている。

【０００５】また、この微小開口からの近接場光を用い
て、光磁気記録媒体に対して記録／再生を行なうことも
試みられている。上記の近視野光学顕微鏡により走査を
行なって、光磁気媒体の特定の位置に光ファイバープロ
ーブを固定して近接場光を照射することによってビット
の書き込みがなされている。この応用に関しては、例え
ば、アプライドフィジックスレターズ ６１巻，第１４
２頁〜第１４４頁（１９９２年）に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような近視野光
学顕微鏡や光記録装置では、光源として小型の固体レー
ザーである半導体レーザーを用いることの利点が大き
く、この場合入射光の強度は、高々数十ｍＷ程度にな
る。また光ファイバープローブに入射する光は、出射す
る近接場光との結合効率（エバネセント光への変換効
率）が小さく、多くの場合、光強度比で１０の５乗分の
１程度である。そのため現状では、光源に半導体レーザ
ーを用いる場合、近接場光の強度は、ｎＷからμＷの微
弱なものとなってしまう。また、金属被覆して反射率の
高い記録媒体表面からの近接場光の反射を光学的利得を
有する光ファイバーを用いて増幅する方法が提案されて
おり、アプライドフィジックスレターズ ６３巻，第３
５５０頁〜第３５５２頁（１９９３年）に記載されてい
る。

【０００７】この方法で得られる信号の周波数帯域ｆ
は、下式によって演算することにより見積もられる。こ
こで、Ｒ₁ ，Ｒ₂ はそれぞれ光ファイバー端面での反射
率、ｒは光ファイバープローブの励起強度と発振閾値の
励起強度の比、Ｌは光ファイバーで構成されるキャビテ
ィーの長さ、τは光ファイバープローブの励起状態の自
然放出の寿命である。Nd³⁺をドープした光ファイバーを
用いた例では、励起状態の寿命が長いため、得られる信
号の周波数帯域ｆは１００ｋＨｚ程度の小さな値にとど
まり、高速化には不十分である。

【０００８】

【数１】

【０００９】一般に大容量記録では、記録の高密度化と
同時に高速の書き込み／読み出しが必要であるが、上記
の従来技術では、記録の高密度化は達成できても、検出
または照射する光強度が小さく、高速の書き込み／読み
出しは不可能である。

【００１０】本発明の目的は、近接場光を用いた光学情
報システムにおいて、高密度記録の特徴を生かしなが
ら、大きな記録容量に見合う十分に高速の記録再生を実
現することにある。さらに、本発明の目的は、近接場光
を用いた近視野光学顕微鏡において、検出光量を増大
し、Ｓ／Ｎ比の向上した信号検出方式を実現することに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成に係
る光学情報システムは上記のような課題を解決するため
になされたもので、表面の微小構造に情報を記録した記
録媒体を光照射して記録媒体表面にエバネセント光を存
在させておき、そのエバネセント光の振動数に対して光
学的利得を有する光プローブを記録媒体表面に近接させ
てエバネセント光を検知し、光プローブにより記録媒体
表面のエバネセント光を増倍して記録媒体表面の光学情
報を得ることを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明の第２の構成に係る光学情報
システムは、第１の構成の光学情報システムにおいて、
光学的利得を有する光プローブとして尖鋭化した先端を
有するドープ光ファイバーを用いることを特徴とするも
のである。

【００１３】また、本発明の第３の構成に係る光学情報
システムは、第１の構成の光学情報システムにおいて、
光学的利得を有する光プローブとして微小開口部を設け
た半導体レーザーを用いることを特徴とするものであ
る。

【００１４】また、本発明の第４の構成に係る光学情報
システムは、第１の構成の光学情報システムにおいて、
光学的利得を有する光プローブとして尖鋭化した先端を
有する光ファイバーとこれに接続されたファイバー光増
幅器を用いることを特徴とするものである。

【００１５】また、本発明の第５の構成に係る光学情報
システムは、第１の構成の光学情報システムにおいて、
光学的利得を有する光プローブを複数個備え、光プロー
ブは記録媒体表面の互いに異なる領域の光学情報を得る
ことを特徴とするものである。

【００１６】また、本発明の第６の構成に係る近視野光
学顕微鏡は、被検体を光照射して被検体表面にエバネセ
ント光を存在させておき、そのエバネセント光の振動数
に対して光学的利得を有する光プローブを被検体表面に
近接させてエバネセント光を検知し、光プローブにより
被検体表面のエバネセント光を増倍して被検体表面の光
学情報を得ることを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．本発明の実施の形態１による光学情報シ
ステムの構成を図１に示す。図１は光ファイバープロー
ブを用いた光学情報システムとして、例えば光記録装置
の構成を示す。図において、１は光ファイバー、２は光
ファイバー１を被覆する金属、３は励起用光源、４は記
録媒体、５は照射光、６はミラー、７は光検出器、８は
信号光、９はレンズ、１０は光ファイバー１と金属２か
らなる光ファイバープローブである。

【００１８】この光ファイバープローブ１０は、例えば
アルミニウムなどの金属２で被覆されたNd³⁺ドープ光フ
ァイバー１で構成され、その一端の記録媒体４に対向さ
せる部分の先端が尖鋭化され、微小開口を構成してい
る。この開口径は光の波長より小さく、例えば１００ｎ
ｍ程度で構成されている。励起用光源３からの光を光フ
ァイバーカップラのレンズ９を介して、光ファイバープ
ローブ１０の記録媒体４と対向する端部とは反対側の端
部に入射する。励起用光源３は、Ndドープ光ファイバー
の場合には発振波長約７８０ｎｍの半導体レーザーを用
いるが、光ファイバープローブ１０を有効に励起できる
光源であればこれに限るものではない。光ファイバープ
ローブ１０は、Ndドープのため、１．０６μｍ付近の波
長の光に対して自然放出による発光および誘導放出によ
る利得をもつ。

【００１９】記録媒体４の裏側から、光ファイバープロ
ーブ１０が光学的利得を有する波長の照射光５を照射す
ることにより、表面の微小凹凸に情報を記録した記録媒
体４の表面に近接場光が存在するようにできる。この実
施の形態では波長１．０６μｍの照射光３を用い、記録
媒体４の表面で焦点をむすぶように光学系により集光さ
れる。照射光３の強度は、数ｍＷの大きさである。この
状態で光ファイバープローブ１０の先端を微小開口の大
きさ程度の距離で記録媒体４に近接させると、光ファイ
バープローブ１０の先端の微小開口を介して、記録媒体
４の近接場光が光ファイバープローブ１０の内部を伝搬
する。近接場光は光ファイバープローブ１０の他端まで
伝搬して出射し、ミラー６で反射されて信号光８として
取り出される。この信号光８の強さを光検出器７で計測
する。

【００２０】光ファイバープローブ１０の内部に伝搬し
た記録媒体４からの近接場光は、以下のような特徴を有
する。信号光８の強度は、光ファイバープローブ１０の
先端が記録媒体４の表面の凸部に対向する場合に、凹部
に対向する場合よりも大きくなる。これは、記録媒体４
の表面の近接場光がエバネセント光であり、記録媒体４
の表面から１００ｎｍ程度以上遠ざかると指数関数的に
急激に信号光８の強度が減少するためである。このよう
に記録媒体４の表面の近接場光を光ファイバープローブ
１０の内部に伝搬させ、ここで増倍されて他端部から出
射する光の強度の変化を信号光８とすることにより、記
録媒体４の表面の凹凸の情報を得ることができる。ここ
で、記録媒体４への照射光５の照射方向を傾斜させ、記
録媒体４表面で全反射させると、光ファイバープローブ
１０への入射光を殆どエバネセント光のみとすることが
できるので、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。

【００２１】この実施の形態の信号検出方法によれば、
微小開口近傍では微弱であった光が、光ファイバープロ
ーブ１０の内部を伝搬する過程で、誘導放出によって強
度が増大し、光検出器７で検出される信号光８は１ｍＷ
程度以上の強度になる。また、励起用光源３の強度や照
射光５の強度を調節し、光ファイバープローブ１０内で
の増倍作用が飽和しない範囲で照射光５の強度を大きく
することによって、記録媒体４の表面の凹凸を反映した
信号光８の強度差を最大にすることができる。さらに信
号光８の応答速度は、従来技術による光ファイバープロ
ーブから照射され、記録媒体表面で反射された近接場光
に比べて、本発明での記録媒体表面での近接場光の強度
が大きいため、光強度の立ち上がりに要する時間が短く
なり応答周波数帯域が向上する。図２は、信号光８の強
度を縦軸、時間を横軸にプロットしたもので、微小開口
での光強度が大きければ、信号光８の立ち上がり時間が
短くなることを示している。信号光８は光ファイバー１
の端部から出射して、ミラー６で励起光と分離される。
このような信号光８は、光検出器７によりＳ／Ｎ比の良
好な信号として検出できる。

【００２２】記録媒体４表面の凹凸列に対して近視野光
学顕微鏡の機構を用いて光ファイバープローブ１０を走
査する場合、検出信号は、記録媒体４表面の凹凸に対応
した時系列信号となるが、上記のように十分な信号強度
および応答速度を有するために、従来装置の１００ｋＨ
ｚに対してＭＨｚ以上の高速読みとりが可能になる。記
録媒体４表面の凹凸は、光ファイバープローブの先端の
尖鋭度の程度１００ｎｍにまで微細化できる。このよう
にして高密度かつ高速読みとりの光記録装置が構成でき
る。

【００２３】また、情報記録媒体４として表面に微小凹
凸を有するディスクを使用し、光ファイバープローブ１
０を近接型信号検出ヘッドとして用いることにより、デ
ィスク型光記録装置を構成できる。この場合、光ファイ
バープローブ１０は、例えば浮上式スライダーに設置す
るか、または、ピエゾ素子などによって、ディスクとの
間隔を保持する。ディスクとの間隔は、光ファイバープ
ローブ１０が、記録媒体４表面の近接場光を効率よく検
知できる距離、例えば５０〜１００ｎｍにする。光ファ
イバープローブ１０の先端がディスクの表面に近接して
いる場所に、ディスクの裏面から光を照射しディスクの
表面に近接場光を発生させることにより、上記の機構で
高密度かつ高速読みとりの光記録装置を構成できる。

【００２４】また、Nd³⁺ドープ以外でも、蛍光性の材料
をドープした光ファイバーであれば光プローブとして使
用することができる。この場合には、励起用光源を励起
に適した波長をもつものに選択する。短波長で動作する
方が、光ファイバープローブにおける近接場光の結合効
率が向上するため、記録媒体４への照射光の強度を小さ
くできる利点がある。

【００２５】このように、記録媒体４の面上にエバネセ
ント光を存在させておき、そのエバネセント光の振動数
に対して光学的利得を有する光プローブを用いて記録媒
体４表面のエバネセント光を検知することにより、記録
媒体４表面のエバネセント光が増倍して得られる。この
時、記録媒体４表面から光ファイバー内部に伝搬してい
くエバネセント光の強度が、従来の記録媒体表面にエバ
ネセント光をあらかじめ存在させない方法に比較して大
きいため、光強度の増幅にともなう光ファイバープロー
ブの励起状態の誘導放出を速やかに起こすことができ
る。これにより、情報再生信号のＳ／Ｎ比が大きく向上
し、信号の周波数帯域が、励起状態の寿命の長さによっ
て制限されず、高い周波数帯域を実現でき、その結果、
従来の磁気記録装置等と同等以上の信号再生速度をもつ
超高密度記録装置が実現できる。

【００２６】また、光ファイバープローブを利用した近
視野光学顕微鏡においても同様の信号検出方法を採用す
ることにより、走査速度を向上させることができる。な
お、ここでは、凹凸情報を検出するものとして説明した
が、エバネセント光の量を変調する他の光学的特徴、例
えば透過率、反射率、屈折率、電気双極子等の光学情報
の検出にも使用できる。

【００２７】実施の形態２．本発明の実施の形態２によ
る光学情報システムの構成を図３に示す。この実施の形
態は実施の形態１で説明した光記録装置において、光プ
ローブとして光ファイバープローブに代えて、金属２で
被覆され微小開口３を形成した半導体レーザープローブ
１１を用いるものである。半導体レーザーとしては、Ｉ
ｎＰＧａＡｓ系の発振波長約１．５μｍの素子の他、７
８０ｎｍのＧａＡｌＡｓ系素子、４８０ｎｍのＺｎＳｅ
系素子など電流注入型でレーザー発振する素子であれば
適用できる。この実施の形態では７８０ｎｍの半導体レ
ーザーを用いている。半導体レーザーの共振器を形成す
る１対の鏡面のうち一方の鏡面に、例えば１００ｎｍ程
度の微小開口を形成する。半導体レーザーにレーザー発
振の閾値程度の大きさの電流を流すことによって、実施
の形態１の光ファイバープローブを用いた場合と同様の
光学的利得を有する状態を作ることができる。半導体レ
ーザーを用いる場合は、励起用光源を用いる必要がない
ため、全体の構成が簡単になる。

【００２８】実施の形態１と同様、記録媒体４の表面に
微小凹凸が形成されて情報が記録されている。記録媒体
４の裏側から半導体レーザーの波長の照射光５を照射す
ることにより、記録媒体４の表面にエバネセント光が存
在するようにできる。この実施の形態では、波長７８０
ｎｍの照射光５を用い、記録媒体４の表面で焦点をむす
ぶように光学系で集光される。照射光５の強度は、数ｍ
Ｗの大きさである。この状態で半導体レーザープローブ
１１の先端を微小開口の大きさ程度の距離、例えば５０
〜１００ｎｍで記録媒体４に近接させると、半導体レー
ザープローブ１１の先端の微小開口を介して記録媒体の
近接場光が半導体レーザープローブ１１の内部に伝搬す
る。半導体レーザーでは、出力の変調周波数帯域がドー
プ光ファイバーより大きく、高速性に関しては、ＧＨｚ
まで応答できる。さらに、実施の形態１と同様の機構に
よって走査速度のより速い表面観察および記録媒体表面
に記録された情報のより高速な読みとりが実現できる。

【００２９】また、情報記録媒体４に表面に微小凹凸を
有するディスクを使用し、半導体レーザープローブ１１
を近接型信号検出ヘッドとして用いることにより、ディ
スク型光記録装置を構成できる。この場合、半導体レー
ザープローブ１１は、例えば浮上式スライダーに設置す
るか、または、ピエゾ素子などによって、ディスクとの
間隔を保持する。この間隔は、半導体レーザープローブ
１１が、記録媒体表面の近接場光を効率よく検知できる
距離、例えば５０〜１００ｎｍにする。半導体レーザー
プローブ１１の先端がディスクの表面に近接している場
所にディスクの裏面から光を照射し、ディスクの表面に
近接場光を発生させることにより、上記の機構で高密度
かつ高速読みとりの光記録装置を構成できる。

【００３０】実施の形態３．本発明の実施の形態３によ
る光学情報システムの構成を図４に示す。図４は実施の
形態１で述べた光ファイバープローブを近視野光学顕微
鏡に用いるものである。図において、１４は顕微鏡の被
検体であり、光ファイバープローブ１０は、実施の形態
１と同様の構造である。即ち、アルミニウムなどの金属
２で被覆されたNd³⁺ドープ光ファイバー１で構成され、
先端が尖鋭化されて１００ｎｍ程度の微小開口を構成し
ている。励起用光源３からの光を光ファイバーカップラ
のレンズ９を介して光ファイバープローブ１０に入射す
る。励起用光源３は、発振波長約７８０ｎｍの半導体レ
ーザーを用いるが、光ファイバープローブ１０を有効に
励起できる光源であれば他の半導体レーザーも使用でき
る。光ファイバープローブ１０は、Ndドープのため、
１．０６μｍ付近の波長の光に対して自然放出による発
光および誘導放出による利得をもつ。

【００３１】被検体１４の裏側から照射光５を照射す
る。照射光５の波長は、光ファイバープローブ１０が光
学的利得を有するものとし、例えば波長１．０６μｍの
照射光５を用いる。この照射光５によって、被検体１４
の表面の微小凹凸に対応した近接場光が存在するように
できる。照射光５は、被検体表面で焦点をむすぶように
光学系で集光される。照射光５の強度は、数ｍＷの大き
さである。この状態で光ファイバープローブ１０の先端
を微小開口の大きさ程度の距離で被検体１４に近接させ
ると、光ファイバープローブ１０の先端の微小開口を介
して被検体の近接場光が光ファイバープローブ１０内部
に伝搬する。

【００３２】光ファイバープローブ１０の内部に伝搬し
た被検体の近接場光は、光ファイバープローブ１０の先
端が被検体１４の表面の凸部に対向する場合に、凹部に
対向する場合よりも大きくなる。これは、被検体１４の
表面の近接場光がエバネセント光であり、被検体１４の
表面から１００ｎｍ程度以上遠ざかると指数関数的に急
激に信号光８の強度が減少するためである。このように
被検体１４の表面の近接場光を光ファイバープローブ１
０の内部に伝搬させ、ここで増倍されて端部から出射す
る光の強度の変化を信号光８とする。この信号光８から
制御回路１２を介して、プローブ位置制御用ピエゾ素子
１３を制御しながら被検体１４の表面を走査することに
より、被検体１４の表面の凹凸の情報を得ることができ
る。

【００３３】この実施の形態の信号検出方法によれば、
光ファイバープローブ１０の内部を伝搬する過程で、微
小開口近傍では微弱であった信号光８が誘導放出によっ
て強度が増大し、１ｍＷ程度以上の強度になる。また、
光ファイバープローブ１０の励起用光源の強度と被検体
１４表面に近接場光を発生させるための照射光５の強度
を調節し、光ファイバープローブ１０内での増倍作用が
飽和しない範囲で照射光５の強度を大きくすることによ
り、被検体１４の表面の凹凸を反映した信号光８の強度
差を最大にすることができる。さらに信号光８の応答速
度は、従来技術における微小開口付近での反射光よりも
被検体１４表面の凹凸からの近接場光による入射光の方
が強度が大きいため、光強度の立ち上がりに要する時間
が短くなり応答周波数帯域が向上する。図２に示すよう
に、微小開口での光強度が大きければ、信号光８の立ち
上がり時間が短くなる。信号光８は光ファイバー１の一
端から出射してミラー６で励起光と分離される。このよ
うな信号光８は、光検出器７によりＳ／Ｎ比の良好な信
号として検出できる。

【００３４】被検体１４の表面の凹凸列に対して近視野
光学顕微鏡の機構を用いて光ファイバープローブ１０を
走査する場合、検出信号は、被検体１４表面の凹凸に対
応した時系列信号となるが、上記のように十分な信号強
度および応答速度を有するため、従来装置の１００ｋＨ
ｚに対してＭＨｚ以上の高速読みとりが可能になる。こ
のようにして高速に走査できる近視野光学顕微鏡が構成
できる。

【００３５】なお、Nd³⁺ドープ以外でも、蛍光性の材料
をドープした光ファイバーであればプローブとして使用
することができる。この場合には、励起用光源を励起に
適した波長をもつものに選択する。短波長で動作する方
が、光ファイバープローブ１０における近接場光の結合
効率が向上するため被検体への照射光の強度を小さくで
きる利点がある。

【００３６】実施の形態４．本発明の実施の形態４によ
る光学情報システムの構成を図５に示す。この実施の形
態は実施の形態１で説明した光記録装置において、プロ
ーブとして石英ガラスなどの通常の光ファイバーの先端
を先鋭化した光ファイバープローブ１７を使用し、これ
にファイバー光増幅器１５を接続して用いるものであ
る。ファイバー光増幅器１５としては、エルビウムドー
プファイバーを用いた増幅器やフッ化物ガラスにＥｒや
Ｐｒなどの希土類をドープしたファイバーを用いた光増
幅器を適用できる。この実施の形態ではエルビウムドー
プファイバー光増幅器（ＥＤＦＡ光増幅器）を用いてい
る。ＥＤＦＡ光増幅器１５の励起光源には、波長１．４
８μｍまたは０．９８μｍの半導体レーザーを用いる。
半導体レーザーの出力として１００ｍＷ以上の光強度で
励起すると、実施の形態１の光ファイバープローブを用
いた場合と同様の光学的利得を有する状態を作ることが
できる。増幅の利得は３０ｄＢ以上の値が得られる。信
号光を光増幅後、光検出器７で検出する前に狭帯域のバ
ンドパスフィルター１６を設けることにより、高Ｓ／Ｎ
比の増幅が可能になる。

【００３７】実施の形態１と同様、記録媒体４の表面に
微小凹凸が形成されて情報が記録されている。記録媒体
４の裏側から半導体レーザーの照射光５を照射すること
により、記録媒体４の表面にエバネセント光が存在する
ようにできる。この実施の形態では、ＥＤＦＡ光増幅器
１５の特性に合わせて波長１．５５μｍの照射光５を用
い、記録媒体４の表面で焦点をむすぶように光学系で集
光される。この際、照射光源には、例えば分布帰還型の
半導体レーザーなどの発振波長幅が狭い半導体レーザー
を用いることが高Ｓ／Ｎ比の検出のために必要である。
半導体レーザーは正確に温度制御し、発振波長が移動し
ないようにする。照射光５の強度は、数ｍＷの大きさで
ある。

【００３８】この状態で光ファイバープローブ１７の先
端を微小開口の大きさ程度の距離、例えば５０〜１００
ｎｍで記録媒体４に近接させると、光ファイバープロー
ブ１７の先端の微小開口を介して記録媒体４の近接場光
が光ファイバープローブ１７の内部に伝搬し、ＥＤＦＡ
光増幅器１５に導かれる。ＥＤＦＡ光増幅器１５を用い
る場合、信号光を増幅できる周波数帯域は原理上ＴＨｚ
以上あり十分大きい。このため光検出器７により検出さ
れる信号の実際の周波数帯域は、光増幅過程ではなく光
検出器７の受信周波数帯域により制限され、通常１ＧＨ
ｚ程度になる。さらに、実施の形態１と同様の機構によ
って走査速度のより速い表面観察および記録媒体表面に
記録された情報のより高速な読みとりが実現できる。ま
た、微小開口を設けた光プローブとそれに接続された光
増幅器を用いる場合、常にレーザー非発振の状態を維持
して動作させるため、検知するエバネセント光の光強度
をレーザー発振の閾値近傍にする必要がなくなり、実施
の形態１と比較して、検知するエバネセント光の光強度
の許容範囲を大きくすることができる。

【００３９】実施の形態５．本発明の実施の形態３によ
る光学情報システムの構成を図６に示す。図６は実施の
形態４で述べた光ファイバープローブを近視野光学顕微
鏡に用いるものである。図において、１４は顕微鏡の被
検体であり、光ファイバープローブ１７は、実施の形態
４と同様の構造である。

【００４０】被検体１４の裏側から照射光５を照射す
る。照射光５の波長は、光ファイバープローブ１０が光
学的利得を有するものとし、例えば波長１．５５μｍの
照射光５を用いる。この照射光５によって、被検体１４
の表面の微小凹凸に対応した近接場光が存在するように
できる。照射光５は、被検体表面で焦点をむすぶように
光学系で集光される。照射光５の強度は、数ｍＷの大き
さである。この状態で光ファイバープローブ１７の先端
を微小開口の大きさ程度の距離で被検体１４に近接させ
ると、光ファイバープローブ１７の先端の微小開口を介
して被検体１４の近接場光が光ファイバープローブ１７
内部に伝搬する。

【００４１】光ファイバープローブ１７の内部に伝搬し
た被検体１４の近接場光は、光ファイバープローブ１７
の先端が被検体１４の表面の凸部に対向する場合に、凹
部に対向する場合よりも大きくなる。これは、被検体１
４の表面の近接場光がエバネセント光であり、被検体１
４の表面から１００ｎｍ程度以上遠ざかると指数関数的
に急激に信号光８の強度が減少するためである。このよ
うに被検体１４の表面の近接場光を光ファイバープロー
ブ１７の内部に伝搬させ、ここで増倍されて端部から出
射する光の強度の変化を信号光８とし、信号光８から制
御回路１２を介して、プローブ位置制御用ピエゾ素子１
３を制御しながら被検体１４の表面を走査することによ
り、被検体１４の表面の凹凸の情報を得ることができ
る。

【００４２】本実施の形態による信号検出方法によれ
ば、光ファイバープローブ１７の内部を伝搬する過程
で、微小開口近傍では微弱であった信号光８が誘導放出
によって強度が増大し、１ｍＷ程度以上の強度になる。
このような信号光８は、光検出器７によりＳ／Ｎ比の良
好な信号として検出できる。

【００４３】また、被検体１４の表面の凹凸列に対して
近視野光学顕微鏡の機構を用いて光ファイバープローブ
１７を走査する場合、検出信号は、被検体１４表面の凹
凸に対応した時系列信号となるが、上記のように十分な
信号強度および応答速度を有するため、従来装置の１０
０ｋＨｚに対してＭＨｚ以上の高速読みとりが可能にな
る。このようにして高速に走査できる近視野光学顕微鏡
が構成できる。

【００４４】実施の形態６．本発明の実施の形態６によ
る光学情報システムの構成を図７に示す。本実施の形態
は実施の形態１で説明した光記録装置において、前記の
光学的利得を有する光ファイバープローブ１０を複数、
この場合は２個用いることにより、高速の信号検出を行
う。

【００４５】光プローブは、記録媒体４の表面に微小凹
凸などによって記録されている情報を表面に存在するエ
バネッセント光の検出によって読み出す。複数の光プロ
ーブを使用し異なる領域の情報を同時に検出することに
より、情報の読みとり速度を１個の光プローブを使用す
る場合に比べて向上させることができる。

【００４６】記録媒体４の裏側から、光ファイバープロ
ーブ１０が光学的利得を有する波長の照射光５を２箇所
に照射することにより、表面の微小凹凸に情報を記録し
た記録媒体４の表面の２箇所の領域に近接場光が存在す
るようにできる。波長１．０６μｍの照射光３を用い、
ビームスプリッター１８で２本に分離して、記録媒体４
の表面の２箇所で焦点をむすぶように光学系により集光
する。この状態で２個の光ファイバープローブ１０の先
端を微小開口の大きさ程度の距離で記録媒体４のそれぞ
れの位置に近接させると、光ファイバープローブ１０の
先端の微小開口を介して、記録媒体４の近接場光が光フ
ァイバープローブ１０の内部を伝搬する。近接場光は光
ファイバープローブ１０の他端まで伝搬して出射し、ミ
ラー６で反射されて信号光８として取り出される。この
信号光８の強さを光検出器７で計測する。

【００４７】本実施の形態では、２個の光プローブを使
用し異なる領域の情報を同時に検出することにより、情
報の読みとり速度を１個の光プローブを使用する場合に
比べて向上させることができる。なお、光ファイバープ
ローブ１０の個数は２個に限るものではなく、３個以上
設けることにより、さらに高速に情報を読みとることが
できる。また、実施の形態１で示した光ファイバープロ
ーブ１０を用いる代わりに、実施の形態２，実施の形態
４で示したいずれのプローブを複数個備える構成にして
もよい。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１ないし第３
のいずれかの構成によれば、表面の微小構造に情報を記
録した記録媒体を光照射して記録媒体表面にエバネセン
ト光を存在させておき、そのエバネセント光の振動数に
対して光学的利得を有する光プローブを記録媒体表面に
近接させてエバネセント光を検知し、光プローブにより
記録媒体表面のエバネセント光を増倍して記録媒体表面
の光学情報を得ることにより、光プローブからの信号再
生方法として記録媒体表面のエバネセント光が増倍され
て得られ、Ｓ／Ｎ比が良く高速な光信号検出が行え、高
密度かつ高速な信号読み出しのできる光学情報システム
が得られる。

【００４９】また、本発明の第４の構成によれば、微小
開口を設けた光プローブとそれに接続された光増幅器を
備えたので、第１の構成による効果に加え、検知するエ
バネセント光の光強度の許容範囲を大きくすることがで
きる光学情報システムが得られる。

【００５０】また、本発明の第５の構成による光学情報
システムによれば、光学的利得を有する光プローブを複
数個備え、光プローブは前記記録媒体表面の互いに異な
る領域の光学情報を得ることを特徴とすることにより、
第１の構成による効果に加え、１個の光プローブを使用
する場合に比べて情報の読みとり速度を向上させること
ができる光学情報システムが得られる。

【００５１】また、本発明の第６の構成によれば、被検
体を光照射して被検体表面にエバネセント光を存在させ
ておき、そのエバネセント光の振動数に対して光学的利
得を有する光プローブを被検体表面に近接させてエバネ
セント光を検知し、光プローブにより被検体表面のエバ
ネセント光を増倍して被検体表面の光学情報を得るの
で、Ｓ／Ｎ比が良く高速な光信号検出が行え、高密度か
つ高速な信号読み出しのできる光記録装置および高速に
走査できる近視野光学顕微鏡が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による光ファイバープ
ローブを用いた光記録装置を示す構成図である。

【図２】 信号光強度に対する応答時間を示す特性図で
ある。

【図３】 本発明の実施の形態２による半導体レーザー
プローブを用いた光記録装置を示す構成図である。

【図４】 本発明の実施の形態３による光ファイバープ
ローブを用いた近視野光学顕微鏡を示す構成図である。

【図５】 本発明の実施の形態４による光ファイバープ
ローブを用いた光記録装置を示す構成図である。

【図６】 本発明の実施の形態５による光ファイバープ
ローブを用いた近視野光学顕微鏡を示す構成図である。

【図７】 本発明の実施の形態６による複数の光ファイ
バープローブを用いた光記録装置を示す構成図である。

【図８】 従来の光ファイバープローブを用いた光記録
装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバー、２ 金属、３ 励起用光源、４ 記
録媒体、５ 照射光、６ ミラー、７ 光検出器、８
信号光、９ レンズ、１０ 光ファイバープローブ、１
１ 半導体レーザープローブ、１２ 制御回路、１３
プローブ位置制御用ピエゾ素子、１４ 被検体、１５
ファイバー光増幅器、１６ バンドパスフィルター、１
７ 光ファイバープローブ、１８ ビームスプリッタ
ー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｇ０１Ｎ 21/27 Ｅ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の微小構造に情報を記録した記録媒
   体を光照射して記録媒体表面にエバネセント光を存在さ
   せておき、そのエバネセント光の振動数に対して光学的
   利得を有する光プローブを前記記録媒体表面に近接させ
   て前記エバネセント光を検知し、前記光プローブにより
   前記記録媒体表面のエバネセント光を増倍して前記記録
   媒体表面の光学情報を得ることを特徴とする光学情報シ
   ステム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光学情報システムにおい
   て、光学的利得を有する光プローブとして尖鋭化した先
   端を有するドープ光ファイバーを用いることを特徴とす
   る光学情報システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載の光学情報システムにおい
   て、光学的利得を有する光プローブとして微小開口部を
   設けた半導体レーザーを用いることを特徴とする光学情
   報システム。
4. 【請求項４】 請求項１記載の光学情報システムにおい
   て、光学的利得を有する光プローブとして尖鋭化した先
   端を有する光ファイバーとこれに接続されたファイバー
   光増幅器を用いることを特徴とする光学情報システム。
5. 【請求項５】 請求項１記載の光学情報システムにおい
   て、前記の光学的利得を有する光プローブを複数個備
   え、前記光プローブは前記記録媒体表面の互いに異なる
   領域の光学情報を得ることを特徴とする光学情報システ
   ム。
6. 【請求項６】 被検体を光照射して被検体表面にエバネ
   セント光を存在させておき、そのエバネセント光の振動
   数に対して光学的利得を有する光プローブを前記被検体
   表面に近接させて前記エバネセント光を検知し、前記光
   プローブにより前記被検体表面のエバネセント光を増倍
   して前記被検体表面の光学情報を得ることを特徴とする
   近視野光学顕微鏡。