JPH10132831A - Manufacture of optical fiber probe and its manufacturing equipment - Google Patents
Manufacture of optical fiber probe and its manufacturing equipmentInfo
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- JPH10132831A JPH10132831A JP8285757A JP28575796A JPH10132831A JP H10132831 A JPH10132831 A JP H10132831A JP 8285757 A JP8285757 A JP 8285757A JP 28575796 A JP28575796 A JP 28575796A JP H10132831 A JPH10132831 A JP H10132831A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ探針の
製造方法およびそのための製造装置に関する。より詳し
くは、試料の表面状態を探索する検出装置、特に、近接
場光学顕微鏡（以下、「ＮＳＯＭ」と記す）、走査プロ
ーブ顕微鏡（以下、「ＳＰＭ」と記す）またはファイバ
センサー等に用いる鋭端化加工された光ファイバ探針の
製造方法およびそのための製造装置に関する。The present invention relates to a method for manufacturing an optical fiber probe and an apparatus for manufacturing the same. More specifically, a sharp device used for a detection device for searching the surface state of a sample, particularly a near-field optical microscope (hereinafter, referred to as “NSOM”), a scanning probe microscope (hereinafter, referred to as “SPM”), a fiber sensor, or the like. The present invention relates to a method of manufacturing a modified optical fiber probe and a manufacturing apparatus therefor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＮＳＯＭは、試料の微細構造により生ず
るエバネッセント光の検出や、試料の微小領域にエバネ
ッセント光を照射することにより、試料の微細構造の観
察或いは局所的な分光を行う。そのＮＳＯＭ用の探針と
して、光ファイバが用いられているが、探針としての要
求を満たすために、先端を鋭端化する必要がある。鋭端
化する方法として、炭酸ガスレーザーによる溶融延伸法
或いはＨＦ系の溶液で化学エッチングする方法が採用さ
れている。溶融延伸法は、簡便にファイバやガラスピペ
ットの先端を鋭端化できることが特徴である。また、化
学エッチング法では、加工される光ファイバの先端の角
度が、ファイバのコア中のＧｅＯ2 のドープ量に依存
し、ＧｅＯ2 のドープ量が多いほど先端の角度が鈍くな
る。現在では、先端角２０度程度のファイバが研究用に
試作されており、ＮＳＯＭの探針として使用されてい
る。2. Description of the Related Art An NSOM performs observation of a fine structure of a sample or local spectroscopy by detecting evanescent light generated by a fine structure of a sample and irradiating a small region of the sample with evanescent light. Although an optical fiber is used as a probe for the NSOM, it is necessary to sharpen the tip in order to satisfy the requirement as a probe. As a method for sharpening, a melt drawing method using a carbon dioxide gas laser or a chemical etching method using an HF solution is employed. The melt drawing method is characterized in that the tip of a fiber or a glass pipette can be easily sharpened. In the chemical etching method, the angle of the tip of the optical fiber to be processed depends on the doping amount of GeO 2 in the core of the fiber, and the angle of the tip becomes dull as the doping amount of GeO 2 increases. At present, a fiber having a tip angle of about 20 degrees has been experimentally manufactured for research and used as a NSOM probe.
【０００３】また、ＳＰＭは、探針と試料表面間の斥力
または引力の変化を計測し、その信号を用いて探針と試
料表面との距離を精密に制御し、試料表面の微細な形状
変化や物理情報（例えば、摩擦力、粘弾性、振動数、付
着力、静電気力、磁気力等）を計測するものである。こ
のＳＰＭに用いる探針は、主にＷ等の金属線またはＳｉ
単結晶を化学エッチングしたものである。Further, the SPM measures a change in repulsive force or attractive force between a probe and a sample surface, and precisely controls a distance between the probe and the sample surface using a signal of the signal to change a minute shape of the sample surface. And physical information (for example, frictional force, viscoelasticity, frequency, adhesive force, electrostatic force, magnetic force, etc.). The probe used for this SPM is mainly a metal wire such as W or Si.
It is a single crystal chemically etched.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来よ
りＮＳＯＭ用探針の製造方法として採用されている溶融
延伸法は、探針の先端の形状を制御することが困難であ
り、先端を１００ｎｍ以下に細くすることができない。
また、化学エッチング法では、先端角がコア中のＧｅＯ
2 濃度に依存し、高濃度にＧｅＯ2 がドープされた光フ
ァイバを用いても、先端角が２０度以下にならない。さ
らに、高濃度にＧｅＯ2 がドープされた光ファイバを用
いなければならず、汎用の光ファイバでは加工すること
が困難であった。そのため、より微細な先端をもつ探針
を得ることが困難であった。However, it is difficult to control the shape of the tip of the melt-drawing method which has been conventionally adopted as a method for manufacturing a probe for NSOM. Can not be thin.
Further, in the chemical etching method, the tip angle is GeO in the core.
2 Depending on the concentration, even when an optical fiber doped with GeO 2 at a high concentration is used, the tip angle does not become less than 20 degrees. Furthermore, an optical fiber doped with GeO 2 at a high concentration must be used, and it is difficult to process with a general-purpose optical fiber. Therefore, it has been difficult to obtain a probe having a finer tip.
【０００５】さらに、高濃度にＧｅＯ2 がドープされた
光ファイバを用いなければならないため、汎用の光通信
用の光ファイバの先端角を９０度以下に加工することは
困難であった。その結果、探針として使用できる光ファ
イバの種類が限られており、汎用性に乏しいという問題
があった。また、従来のエッチングによる処理は、２５
℃以下の温度で行わざるを得ないため、処理に１２〜２
４時間またはそれ以上の時間を要し、製造効率が著しく
劣っていた。Furthermore, since an optical fiber doped with GeO 2 at a high concentration must be used, it has been difficult to process the tip angle of a general-purpose optical communication optical fiber to 90 degrees or less. As a result, the types of optical fibers that can be used as a probe are limited, and there is a problem that versatility is poor. Also, the conventional etching process requires 25
Since it must be performed at a temperature of less than or equal to
Four hours or more were required, and the production efficiency was extremely poor.
【０００６】一方、汎用のＳＰＭ用探針は、Ｓｉ単結晶
を用いているために、先端角度が４５度程度で鋭端では
ない。そのために、１０ｎｍ以下の構造を観察する場
合、正確な像が得られないという問題があった。数ｎｍ
以下の表面構造を正確に観察するためには、鋭端な角度
をもった探針が必要であるが、従来のＳＰＭ用探針は、
この要求を満たすものではない。On the other hand, a general-purpose SPM probe has a tip angle of about 45 degrees and is not sharp because it uses a Si single crystal. Therefore, when observing a structure of 10 nm or less, there is a problem that an accurate image cannot be obtained. Several nm
In order to accurately observe the following surface structure, a probe having a sharp angle is required.
It does not meet this requirement.
【０００７】また、ファイバ探針の先端に、特定イオン
（Ｃａ＋、Ｌｉ＋、Ｋ＋、Ｎａ＋等）、または特定分子
（Ｈ2 Ｏ2 、ＮＯ、ＡＴＰ、蛋白質、酵素、抗体等）に
感応する蛍光分子をｎｍサイズで保持することが可能に
なれば、生存している生体細胞内の生理活動が観測でき
るようになる。現在、テラビッド級の高密度情報処理技
術の必要性から、数分子から構成されるマイクロクラス
ター、または数ｎｍの半導体微粒子を観察、分光、制御
する技術が望まれている。ＮＳＯＭまたはＳＰＭを用い
て、これらの技術を実現するには、光ファイバの先端径
が対象とほぼ同サイズでなければならず、より微細な先
端をもつ光ファイバが必要である。Further, specific ions (Ca + , Li + , K + , Na +, etc.) or specific molecules (H 2 O 2 , NO, ATP, proteins, enzymes, antibodies, etc.) are attached to the tip of the fiber probe. If it becomes possible to keep sensitive fluorescent molecules in nm size, physiological activities in living living cells can be observed. At present, a technique for observing, dispersing, and controlling microclusters composed of several molecules or semiconductor fine particles of several nm is desired due to the necessity of terabit-class high-density information processing technology. In order to realize these techniques using NSOM or SPM, the tip diameter of the optical fiber must be approximately the same size as the target, and an optical fiber having a finer tip is required.
【０００８】したがって、本発明の目的は、より微細な
先端をもつＮＳＯＭまたはＳＰＭ等に使用できる光ファ
イバ探針を効率よく安価に製造する方法およびそのため
の製造装置を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of efficiently and inexpensively manufacturing an optical fiber probe which can be used for an NSOM or SPM having a finer tip and a manufacturing apparatus therefor.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決する本
発明の光ファイバの製造方法は、光伝播用のコアと、該
コアを覆い、コアの屈折率よりも小さい屈折率を有する
クラッドとを有する光ファイバの一端を、エッチング液
中でエッチングするに際して、該光ファイバおよびエッ
チング液の少なくともいずれか一方を２０ｋＨｚないし
１ＧＨｚの超音波で振動させてエッチングを行う工程を
有することを特徴とする。この場合、エッチングする前
に、光ファイバの端面以外の部分を樹脂で被覆すること
が好ましい。According to the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical fiber, comprising: a light transmitting core; and a cladding covering the core and having a refractive index smaller than that of the core. A step of etching at least one of the optical fiber and the etchant with ultrasonic waves of 20 kHz to 1 GHz when etching one end of the optical fiber having the above in an etchant. In this case, it is preferable to cover a portion other than the end surface of the optical fiber with a resin before etching.
【００１０】また、本発明の光ファイバ探針の製造装置
は、エッチング液を保持するエッチング槽と、光ファイ
バを保持して前記エッチング液中に光ファイバの一端を
浸漬する光ファイバ保持手段と、光ファイバおよびエッ
チング液の少なくともいずれか一方を超音波振動させる
超音波振動手段とを有することを特徴とする。An apparatus for manufacturing an optical fiber probe according to the present invention comprises: an etching tank for holding an etchant; an optical fiber holding means for holding the optical fiber and immersing one end of the optical fiber in the etchant; And an ultrasonic vibrating means for ultrasonically vibrating at least one of the optical fiber and the etchant.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の光ファイバ探針の
製造方法を一実施の態様に基づいて詳細に説明する。ま
ず、例えば光通信用の光ファイバを用意する。光ファイ
バは、周知のように、光伝播用のコアを、そのコアの屈
折率よりも小さな屈折率を有するクラッドが包囲した構
造を有している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a method for manufacturing an optical fiber probe according to the present invention will be described in detail based on one embodiment. First, for example, an optical fiber for optical communication is prepared. As is well known, an optical fiber has a structure in which a core for light propagation is surrounded by a clad having a refractive index smaller than that of the core.
【００１２】本発明において、光ファイバは、任意の種
類から選んで使用してもよいが、例えば、ＧｅＯ2 を高
濃度にドープした光ファイバのような特別なものでなく
ても、市販されている光伝送用光ファイバ（例えば、
１．３μｍシングルモード光ファイバ等）ならば十分に
使用できる。なお、光伝送用光ファイバの場合にはクラ
ッドの周りに被覆材があるが、それを除去して使用す
る。In the present invention, the optical fiber may be selected from any type. For example, the optical fiber may be commercially available without being special, such as an optical fiber doped with GeO 2 at a high concentration. Optical fiber for optical transmission (for example,
1.3 μm single mode optical fiber) can be used satisfactorily. In the case of the optical fiber for optical transmission, there is a coating material around the cladding, but the coating material is removed before use.
【００１３】まず、光ファイバの先端部を平坦に切断す
る。次に、エッチング領域を正確に制御する場合は、光
ファイバのクラッドの周面を樹脂で被覆する。樹脂とし
ては、例えば、エナメル用樹脂、ウレタン樹脂が使用で
きる。図１は樹脂で被覆した光ファイバの模式断面図で
あって、中心から、コア１、クラッド２、樹脂コーティ
ング層３よりなる層構造で、一端が平滑な形態にあるも
のを示す。樹脂で被覆することによって、次の工程、つ
まり化学エッチング工程で、先端部以外の部分のエッチ
ングが抑制されるようになる。First, the tip of the optical fiber is cut flat. Next, when the etching region is to be accurately controlled, the peripheral surface of the cladding of the optical fiber is covered with a resin. As the resin, for example, an enamel resin or a urethane resin can be used. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber coated with a resin, and shows a layered structure including a core 1, a clad 2, and a resin coating layer 3 from the center, and one end of the optical fiber is smooth. By coating with a resin, in the next step, that is, in the chemical etching step, etching of portions other than the front end portion is suppressed.
【００１４】エッチングは、光ファイバの先端部から約
１〜５ｍｍの部分をエッチング液に漬けて行われる。そ
の際、エッチング液および光ファイバの少なくともいず
れか一方を超音波で振動させることが必要である。高周
波としては、２０ｋＨｚないし１ＧＨｚの範囲のものが
使用されるが、３０〜６０ｋＨｚの範囲のものが好まし
い。また、エッチング液の温度は２０℃以上に設定され
るが、５０℃〜７０℃の範囲が好ましい。エッチング液
は、光ファイバの材質に応じて選択すればよく、例え
ば、熱アルカリやフッ酸等が使用できるが、通常は、フ
ッ化水素水系のエッチング液を利用すればよい。エッチ
ングは、２０℃以上の一定温度に保持して行われるが、
エッチングに要する時間は１時間〜２時間程度である。The etching is performed by immersing a portion of about 1 to 5 mm from the tip of the optical fiber in an etching solution. At that time, it is necessary to vibrate at least one of the etchant and the optical fiber with an ultrasonic wave. As the high frequency, a frequency in the range of 20 kHz to 1 GHz is used, and a frequency in the range of 30 to 60 kHz is preferable. The temperature of the etching solution is set to 20 ° C. or higher, but is preferably in the range of 50 ° C. to 70 ° C. The etchant may be selected according to the material of the optical fiber. For example, hot alkali or hydrofluoric acid can be used, but usually, an aqueous hydrogen fluoride etchant may be used. Etching is carried out while maintaining a constant temperature of 20 ° C. or higher.
The time required for the etching is about one to two hours.
【００１５】上記のエッチング工程によって、光ファイ
バは、図２に示すような形態の光ファイバ探針となる。
すなわち、コアが、角度θの先端を有するものとなる。
上記形態の光ファイバ探針をＮＳＯＭ用プローブとして
使用する場合には、金属蒸着を施し、最先端部のみ、蒸
着した金属膜を化学エッチングにより除去すれば、好適
に使用することができる。その場合、金属膜が除去され
たコア１の最大直径がプローブの開口径となるが、プロ
ーブの先端角度θが鋭角であれば、開口径が小さくな
り、分解能が高く、また試料に光を照射するスポット径
が小さくなる。反対に、先端角度が大きくなるほど開口
径が大きくなるので分解能が低くなる。By the above-mentioned etching step, the optical fiber becomes an optical fiber probe having a form as shown in FIG.
That is, the core has a tip with an angle θ.
In the case where the optical fiber probe of the above embodiment is used as an NSOM probe, it can be suitably used by performing metal vapor deposition and removing the deposited metal film only at the foremost portion by chemical etching. In this case, the maximum diameter of the core 1 from which the metal film has been removed is the opening diameter of the probe. However, if the tip angle θ of the probe is an acute angle, the opening diameter is small, the resolution is high, and the sample is irradiated with light. The spot diameter becomes smaller. Conversely, as the tip angle increases, the aperture diameter increases, and the resolution decreases.
【００１６】本発明においては、上記の超音波で加振し
ながらエッチングすることにより、エッチング液中の化
学反応物の再付着が抑制され、エッチング温度を２０℃
以上にしても、エッチングむらは起きず、精密な化学エ
ッチングをすることが可能となる。したがって、高温で
エッチングすることができる結果、エッチング速度を高
くすることが可能である。In the present invention, by etching while being vibrated by the above-mentioned ultrasonic waves, reattachment of a chemical reactant in the etching solution is suppressed, and the etching temperature is set to 20 ° C.
Even with the above, uneven etching does not occur and precise chemical etching can be performed. Therefore, etching can be performed at a high temperature, so that the etching rate can be increased.
【００１７】次に、光ファイバ探針を製造するための製
造装置について説明する。本発明の製造装置は、図３お
よび図４に示すような構成を有している。図３は、光フ
ァイバを超音波によって加振しながらエッチングする装
置の概略構成図であり、図４は、エッチング液を超音波
振動させながらエッチングする装置の概略構成図であ
る。光ファイバを超音波によって加振しながらエッチン
グする装置は、図３に示されるように、エッチング液２
１を保持するプラスチック製容器２２の上方に光ファイ
バ２３を固定する治具２４、および光ファイバの先端部
を振動させる超音波振動子２５、光ファイバを上下に移
動させる移動装置２６、エッチング液の温度制御装置２
７からなる。この装置によって加工する場合、先端を超
音波振動子２５により超音波振動させた光ファイバ２３
の先端部を静止したエッチング液２１に浸け、エッチン
グする。このとき、温度制御装置２７でエッチング液２
１の温度を一定に制御する。Next, a manufacturing apparatus for manufacturing an optical fiber probe will be described. The manufacturing apparatus of the present invention has a configuration as shown in FIGS. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an apparatus that etches an optical fiber while vibrating the optical fiber with ultrasonic waves, and FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an apparatus that performs etching while ultrasonically vibrating an etchant. As shown in FIG. 3, an apparatus for etching an optical fiber while vibrating an optical fiber by ultrasonic waves has an etching solution 2.
1, a jig 24 for fixing the optical fiber 23 above the plastic container 22 holding the optical fiber 1, an ultrasonic vibrator 25 for vibrating the tip of the optical fiber, a moving device 26 for moving the optical fiber up and down, Temperature control device 2
Consists of seven. When processing by this apparatus, the optical fiber 23 whose tip is ultrasonically vibrated by the ultrasonic vibrator 25 is used.
Is immersed in a stationary etching solution 21 to perform etching. At this time, the etching solution 2 is
1 is controlled to be constant.
【００１８】また、エッチング液を超音波振動させなが
らエッチングする装置は、図４に示すように、エッチン
グ液２１を保持するプラスチック容器２２、水浴２８、
水浴を超音波振動させる超音波振動子２９、水浴２８お
よびエッチング液２１の温度を制御する制御装置２７、
光ファイバ２３を固定する治具２４、および光ファイバ
を上下に移動させる移動装置２６からなる。この装置に
おいては、静止したファイバ先端部をエッチング液２１
に浸け、水浴２８を超音波振動子２９により超音波振動
させることにより、エッチング液２１に振動を伝える。
エッチング液の温度は、温度制御装置２７で水浴２８と
ともに一定温度に制御する。As shown in FIG. 4, a device for etching an etching solution while ultrasonically oscillating the etching solution includes a plastic container 22 for holding an etching solution 21, a water bath 28, and the like.
An ultrasonic oscillator 29 for ultrasonically oscillating the water bath, a control device 27 for controlling the temperatures of the water bath 28 and the etching solution 21,
It comprises a jig 24 for fixing the optical fiber 23 and a moving device 26 for moving the optical fiber up and down. In this apparatus, the stationary fiber tip is etched with an etching solution 21.
Then, the water bath 28 is ultrasonically vibrated by the ultrasonic vibrator 29 to transmit the vibration to the etching solution 21.
The temperature of the etching solution is controlled to a constant temperature together with a water bath 28 by a temperature controller 27.
【００１９】上記の場合、光ファイバを超音波によって
加振しながらエッチングする装置を用いても、エッチン
グ液を超音波振動させながらエッチングする装置を用い
ても、エッチングに要する時間は１時間〜２時間程度で
ある。また、超音波振動子の振動数は高いほど好ましい
が、通常は数１０ｋＨｚである。また、エッチング液の
温度は通常５０℃以上に設定すればよい。In the above case, the time required for the etching is 1 hour to 2 hours, regardless of whether the apparatus is used for etching the optical fiber while vibrating the optical fiber with ultrasonic waves or the apparatus for etching the optical fiber while ultrasonically vibrating the etchant. About an hour. The higher the frequency of the ultrasonic transducer is, the more preferable it is. However, it is usually several tens kHz. Further, the temperature of the etching solution may be usually set to 50 ° C. or higher.
【００２０】本発明によれば、高速でエッチングした場
合、光ファイバの先端角が２０度以下になることが明ら
かになり、また、コア中のＧｅＯ2 濃度が低い汎用の光
伝送用ファイバでも、先端角を２０度以下に加工するこ
とが可能であることがわかった。さらに、エッチング温
度を高めることができるために、加工に要する時間が、
従来１２時間から２４時間程度であったものが、２時間
程度にまで短縮される。その結果、製造効率が上がると
いう利点がある。According to the present invention, it is clear that the tip angle of the optical fiber becomes less than 20 degrees when etched at a high speed, and even for a general-purpose optical transmission fiber having a low GeO 2 concentration in the core, It was found that the tip angle could be processed to 20 degrees or less. Furthermore, since the etching temperature can be increased, the time required for processing is
What was conventionally about 12 to 24 hours is reduced to about 2 hours. As a result, there is an advantage that manufacturing efficiency is increased.
【００２１】光の回折限界以下の情報を得ようとするＮ
ＳＯＭ用プローブの先端曲率半径は、必然的に光の波長
より十分小さくなくてはならない。また先端部の曲率半
径は小さいほど分解能が高くなることを考えれば、先端
の曲率半径は１０〜５０ｎｍ以下とすることが望まし
い。あまりにも曲率半径が小さすぎると、検出感度が低
下する懸念があるが、先端角が１０度以下の光ファイバ
探針でも、通常の光電子増倍管を用いた光検出法におい
て、十分に光検出は可能である。したがって、本発明に
より製造される光ファイバ探針を用いたＮＳＯＭは、エ
バネッセント光を検出し、顕微鏡としての機能を十分に
満たすものである。N to obtain information below the diffraction limit of light
The radius of curvature of the tip of the SOM probe must necessarily be sufficiently smaller than the wavelength of light. Considering that the smaller the radius of curvature of the tip is, the higher the resolution is, the radius of curvature of the tip is desirably 10 to 50 nm or less. If the radius of curvature is too small, there is a concern that the detection sensitivity will decrease. However, even with an optical fiber probe having a tip angle of 10 degrees or less, sufficient light detection can be performed by the light detection method using a normal photomultiplier tube. Is possible. Therefore, the NSOM using the optical fiber probe manufactured according to the present invention detects evanescent light and sufficiently satisfies the function as a microscope.
【００２２】プローブの先端に連続する面が水平である
場合、プローブを試料に接近させる場合や、走査させる
場合に水平面の端部が試料と接触する恐れがある。一
方、本発明の光ファイバの製造方法にて作製される鋭角
な光ファイバは、付加的な加工プロセスを経ずに、最先
端部に連続して傾斜する面が形成されている。したがっ
て、ファイバの際先端部以外の部分が試料に接触するこ
とはない。When the surface continuous to the tip of the probe is horizontal, when the probe approaches the sample or when the probe is scanned, the end of the horizontal plane may come into contact with the sample. On the other hand, the acute-angle optical fiber manufactured by the optical fiber manufacturing method of the present invention has a surface that is continuously inclined at the forefront without being subjected to an additional processing process. Therefore, the portion other than the tip portion of the fiber does not come into contact with the sample.
【００２３】さらに、本発明による光ファイバ探針は、
ＮＳＯＭやＳＰＭで使用後、先端に磨耗等で損傷を受
け、先端部のみ欠落した場合には、２０℃以下のエッチ
ング液に静止したまま、数分〜１時間程度、探針の先端
部のみを浸けておくことにより、再生することができ
る。Further, the optical fiber probe according to the present invention comprises:
If the tip is damaged due to wear or the like after using it with NSOM or SPM, and only the tip is missing, leave the tip of the probe alone for several minutes to one hour while still in an etching solution at 20 ° C or lower. By soaking, it can be regenerated.
【００２４】[0024]
実施例１ 信号伝送用光ファイバ（藤倉電線社製、シングルモード
光ファイバ、ファイバ材料：石英系、クラッド径１２５
μｍ、コア径９．５μｍ）の先端を平坦にカットし、超
音波浴中に固定されたエッチング槽を用い、ＮＨ4 Ｆ
（４０％水溶液）＋ＨＦ（４７％水溶液）（体積比１
０：１）に、液温５０℃で１．５時間浸した。それによ
って光ファイバ先端は図２に示す形状になった。このと
き、光ファイバの先端角θは約５度であった。Example 1 Optical fiber for signal transmission (Single mode optical fiber, manufactured by Fujikura Electric Cable Co., Ltd., fiber material: quartz, clad diameter 125)
μm, a core diameter of 9.5 μm) was cut flat, and NH 4 F was used in an etching bath fixed in an ultrasonic bath.
(40% aqueous solution) + HF (47% aqueous solution) (volume ratio 1
0: 1) at a liquid temperature of 50 ° C. for 1.5 hours. As a result, the tip of the optical fiber had the shape shown in FIG. At this time, the tip angle θ of the optical fiber was about 5 degrees.
【００２５】実施例２ 機能光ファイバ（三菱電線社製、分散補償光ファイバ、
ファイバ材料：石英系、グラッド径１２５μｍ、コア径
２μｍ、補償分散値４００ｐｓ／ｎｍ）の先端を平坦に
カットした後、液温５５℃において、実施例１と同様に
ＮＨ4 Ｆ＋ＨＦ水溶液により超音波浴中で約２時間エッ
チングした。それにより先端角θが約８度の光ファイバ
探針が得られた。Example 2 Functional optical fiber (manufactured by Mitsubishi Cable, dispersion compensation optical fiber,
Fiber material: Quartz-based, Glad diameter 125 μm, core diameter 2 μm, compensation dispersion value 400 ps / nm) After flattening the tip, at a liquid temperature of 55 ° C., an ultrasonic bath using an NH 4 F + HF aqueous solution in the same manner as in Example 1 Etching for about 2 hours. As a result, an optical fiber probe having a tip angle θ of about 8 degrees was obtained.
【００２６】実施例３ 多重波長信号伝送用光ファイバ（藤倉電線社製、マルチ
モードＧＩ光ファイバ、ファイバ材料：石英系、クラッ
ド径１２５μｍ、コア径５０μｍ）の先端を平坦にカッ
トした後、液温５３℃において、ＨＦ（４７％水溶液）
＋水（体積比１：１）溶液により超音波浴中で３０分エ
ッチングした。それにより先端角θが約１０度の光ファ
イバ探針が得られた。Example 3 A multi-wavelength signal transmission optical fiber (manufactured by Fujikura Electric Co., Ltd., multi-mode GI optical fiber, fiber material: quartz, cladding diameter 125 μm, core diameter 50 μm) was cut flat and the liquid temperature was reduced. At 53 ° C., HF (47% aqueous solution)
Etching was performed for 30 minutes in an ultrasonic bath with a + water (1: 1 by volume) solution. As a result, an optical fiber probe having a tip angle θ of about 10 degrees was obtained.
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明の製造方法は、エッチングする工
程で、化学反応物の再付着が阻害されるため、高温で化
学処理することが可能であり、その結果、エッチング時
間が従来の十分の一程度に短縮でき、高効率の生産性を
有するという特徴を有する。また、エッチング速度が高
いことから、光ファイバ探針のコア最先端部の角度θが
３度≦θ≦２０度の範囲にまで鋭端化することを可能で
あり、ＮＳＯＭ、ＳＰＭ等の探針に特に適するものとな
る。すなわち、本発明による光ファイバ探針は、ＮＳＯ
Ｍ用探針としての使用に十分耐え得る高い分解能と感度
とを有し、また、優れた操作性も併せ持つものである。According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to carry out a chemical treatment at a high temperature because the reattachment of a chemical reactant is inhibited in the step of etching. The feature is that it can be shortened to about one and that it has high-efficiency productivity. Further, since the etching rate is high, it is possible to sharpen the angle θ of the tip of the core of the optical fiber probe to the range of 3 ° ≦ θ ≦ 20 °, and it is possible to use a probe such as NSOM or SPM. It is particularly suitable for That is, the optical fiber probe according to the present invention is
It has high resolution and sensitivity enough to be used as a probe for M, and also has excellent operability.
【００２８】また、これまで、一般に市販されている光
ファイバを用いる場合、化学エッチングのみでは先端角
度が９０〜１００度程度しか加工できず、ＮＳＯＭ用探
針としての要求を満たすことが難しかったが、本発明に
よれば、化学エッチングの際、超音波加振を行うことに
より、先端角度が２０度以下に加工することが可能にな
り、一般に市販されている入手が容易な光ファイバを使
用して、ＮＳＯＭまたはＳＰＭ用として使用可能な光フ
ァイバ探針を容易かつ安価に製造することが可能にな
る。その結果、使用できるファイバの種類が広がり、応
用範囲が広がるという利点を有している。In the past, when a commercially available optical fiber is used, the tip angle can be processed only to about 90 to 100 degrees by chemical etching alone, and it has been difficult to satisfy the requirement as a NSOM probe. According to the present invention, it is possible to process the tip angle to 20 degrees or less by performing the ultrasonic vibration at the time of chemical etching. Thus, an optical fiber probe usable for NSOM or SPM can be easily and inexpensively manufactured. As a result, there is an advantage that the types of fibers that can be used are widened and the range of application is widened.
【００２９】本発明により製造される光ファイバ探針
は、光を検出したり照射する探針、例えばＮＳＯＭの探
針のみならず、物理情報（例えば斥力、引力、静電気
力、粘弾性、摩擦力等）を検出するＳＰＭの探針として
有効にかつ多用途に利用可能である。さらに、これら顕
微鏡としてのみならず、２０ｋＨｚないし１０ＧＨｚの
周波数である力学的振動の検出、光記録材料への高密度
な記録用手段、また、レーザを利用した分子レベルの極
微細加工手段、分子操作等、先端工業の共通基盤技術の
用途に利用し得る。The optical fiber probe manufactured according to the present invention is not only a probe for detecting or irradiating light, for example, an NSOM probe, but also physical information (for example, repulsive force, attractive force, electrostatic force, viscoelasticity, frictional force). Etc.) can be effectively and versatilely used as an SPM probe for detecting the SPM. Furthermore, not only these microscopes, but also the detection of mechanical vibration at a frequency of 20 kHz to 10 GHz, means for high-density recording on optical recording materials, ultra-fine processing means at the molecular level using a laser, molecular manipulation It can be used for applications of common basic technologies of advanced industries.
【図１】 本発明において使用される光ファイバの模式
断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an optical fiber used in the present invention.
【図２】 本発明により製造された光ファイバ探針の模
式断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of an optical fiber probe manufactured according to the present invention.
【図３】 光ファイバを超音波によって加振しながらエ
ッチングする光ファイバ探針の製造装置の概略構成図で
ある。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus of an optical fiber probe for etching an optical fiber while vibrating the optical fiber by ultrasonic waves.
【図４】 エッチング液を超音波振動させながらエッチ
ングする光ファイバ探針の製造装置の概略構成図であ
る。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an apparatus for manufacturing an optical fiber probe that performs etching while ultrasonically oscillating an etchant.
１…コア、２…クラッド、３…コーティング層、２１…
エッチング液、２２…プラスチック製容器、２３…光フ
ァイバ、２４…治具、２５…超音波振動子、２６…移動
装置、２７…温度制御装置、２８…水浴、２９…超音波
振動子、θ…コア最先端部の頂角。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Core, 2 ... Clad, 3 ... Coating layer, 21 ...
Etching solution, 22 plastic container, 23 optical fiber, 24 jig, 25 ultrasonic transducer, 26 moving device, 27 temperature control device, 28 water bath, 29 ultrasonic transducer, θ The apex angle of the tip of the core.
Claims (4)
の屈折率よりも小さい屈折率を有するクラッドとを有す
る光ファイバの一端を、エッチング液中でエッチングす
るに際して、該光ファイバおよびエッチング液の少なく
ともいずれか一方を２０ｋＨｚないし１ＧＨｚの超音波
で振動させてエッチングを行う工程を有することを特徴
とする光ファイバ探針の製造方法。When etching one end of an optical fiber having a core for light propagation and a cladding covering the core and having a refractive index smaller than the refractive index of the core in an etching solution, the optical fiber and the cladding are etched. A method for manufacturing an optical fiber probe, comprising a step of performing etching by vibrating at least one of an etchant with ultrasonic waves of 20 kHz to 1 GHz.
以外の部分を樹脂で被覆することを特徴とする請求項１
に記載の光ファイバ探針の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein a portion other than the end face of the optical fiber is covered with a resin before the etching.
3. The method of manufacturing an optical fiber probe according to item 1.
って製造された光ファイバ探針を、その使用後にエッチ
ング液中でエッチングすることを特徴とする光ファイバ
探針の製造方法。3. A method for manufacturing an optical fiber probe, comprising etching the optical fiber probe manufactured according to claim 1 in an etchant after use.
と、光ファイバを保持して前記エッチング液中に光ファ
イバの一端を浸漬する光ファイバ保持手段と、光ファイ
バおよびエッチング液の少なくともいずれか一方を超音
波振動させる超音波振動手段とを有することを特徴とす
る光ファイバ探針の製造装置。4. An etching tank for holding an etchant, an optical fiber holding means for holding an optical fiber and immersing one end of the optical fiber in the etchant, and an optical fiber holding means for holding at least one of the optical fiber and the etchant. An apparatus for manufacturing an optical fiber probe, comprising: an ultrasonic vibrating means for performing ultrasonic vibration.
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| JP28575796A JP3605967B2 (en) | 1996-10-29 | 1996-10-29 | Method and apparatus for manufacturing optical fiber probe |
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| JP3605967B2 JP3605967B2 (en) | 2004-12-22 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010286397A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Institute Of Physical & Chemical Research | Ultraviolet near-field optical microscope |
| ITMI20131697A1 (en) * | 2013-10-15 | 2015-04-15 | Ct Fermi Museo Storico Della Fis Ica E Ct S | METHOD OF MANUFACTURE OF STRUCTURES STARTING FROM MATERIAL BUCKS |
| CN108732388A (en) * | 2018-03-30 | 2018-11-02 | 姜全博 | A kind of production method of single-photon source active probe |
-
1996
- 1996-10-29 JP JP28575796A patent/JP3605967B2/en not_active Expired - Fee Related
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| WO2015055526A1 (en) * | 2013-10-15 | 2015-04-23 | Consiglio Nazionale Delle Ricerche | Method of fabricating structures, starting from material rods |
| US10260152B2 (en) | 2013-10-15 | 2019-04-16 | Consiglio Nazionale Delle Richerche | Method of fabricating structures, starting from material rods |
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