JPH10153605A

JPH10153605A - 光ファイバープローブ

Info

Publication number: JPH10153605A
Application number: JP31392196A
Authority: JP
Inventors: Hideji Monobe; 秀二物部; Toshiharu Saiki; 敏治斎木; Genichi Otsu; 元一大津
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-06-09
Anticipated expiration: 2016-11-25
Also published as: JP3145643B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微小な開口部を有するとともに散乱効率の高
い光ファイバープローブを提供し、近接場光学顕微鏡の
分解能と検出効率を改善する。【解決手段】光ファイバープローブの先鋭部１表面
に、先端部を除いて第１の金属層２を形成するととも
に、前記第１の金属層２上と先端部を覆って第２の金属
層３を形成する。あるいは、先鋭部表面に、第１の金属
層、誘電体層及び第２の金属層を形成し、これら各層の
厚さを先端部での厚さが他の領域での厚さより薄くなる
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば走査型プロ
ーブ顕微鏡の一つである近接場光学顕微鏡において、エ
バネッセント光を検出する光プローブとして使用される
光ファイバープローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の光学顕微鏡によって得られる画像
の分解能は使用される光の波長（回折限界）によって制
限される。

【０００３】これに対して、ナノメートルサイズ（光の
波長以下）の構造を持つプローブを備えた近接場光学顕
微鏡においては、光の波長を超えた分解能をもつ光学像
を得ることができる。したがって、この近接場光学顕微
鏡技術を利用することにより、ナノメートル級の分解能
で、例えば生体試料、半導体試料、光メモリー材料、感
光性材料等の物体の形状測定や分光測定、さらにはメモ
リー操作（書き込み／読み出し／消去）、光加工などを
行うことができる。

【０００４】図１０に示すのは近接場光学顕微鏡の一例
である。この顕微鏡は、物体表面の光の波長より小さい
領域に局在するエバネッセント光を検出して物体の形状
を測定するものであり、全反射条件下で物体にレーザ光
が照射されることにより生じたエバネッセント光７０
を、プローブ７２のナノメートルサイズとなされた先鋭
部７１の先端によって散乱させる。

【０００５】この場合には、プローブが光ファイバーで
形成されており、プローブ７２の先鋭部７１によって散
乱された光は当該先鋭部を通じて光ファイバーのコアに
導かれる。そして、コア内に導かれた光は、光ファイバ
ーのもう一方の端部（出射端）から出射し、検出器によ
り検出される。つまり、この顕微鏡では、光ファイバー
プローブによって散乱と検出の両方が行われる。そし
て、このとき、プローブを物体上で走査させることによ
り、２次元的な検出光の画像を得ることができる。

【０００６】なお、この近接場光学顕微鏡では、先鋭部
の先端がナノメーターサイズとなされたプローブ（Ｔｉ
ｐプローブ）の代わりに、金属等の遮光性被覆層を先鋭
部の先端を除いて形成することで、この先鋭部の先端に
ナノメーターサイズの開口を形成したプローブ（開口プ
ローブ）も使用することができる。

【０００７】以上に説明した近接場光学顕微鏡は、物体
上に生成したエバネッセント光をプローブによって集め
るものであり、コレクションモードと称される。

【０００８】この他、近接場光学顕微鏡としては、プロ
ーブの開口に生じせしめたエバネッセント光で、物体を
局所的に照らして画像を得るイルミネーションモード
や、プローブの開口に生じせしめたエバネッセント光で
物体を局所的に照らすとともに、プローブの開口によっ
て散乱させた光をプローブを通じて検出して画像を得る
イルミネーション・コレクションモードが知られてい
る。

【０００９】このような近接場光学顕微鏡における物体
とプローブの間のエネルギー移動の現象は、それらの分
極間の近距離相互作用として理解される。ここで物体と
プローブの間で効果的に相互作用が生じる条件として
は、第１に物体とプローブのサイズが近いこと、第２に
物体とプローブの間の距離がプローブのサイズ（Ｔｉｐ
プローブにおいては先端径、開口プローブにおいては開
口径である。）以下になることである。

【００１０】それゆえ、近接場光学顕微鏡において、ナ
ノメートル級の分解能を得るためには、ナノメートルサ
イズの先端径のＴｉｐプローブあるいはナノメートルサ
イズの開口径の開口プローブを作製することが重要であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、遮光性被覆
層から先鋭部が突出した開口プローブでは、この突出し
た先鋭部（誘電体）の先端径を微小化することで分解能
を高めることができる。しかし、この開口プローブは散
乱効率点で先端部が金属よりなる金属チップに及ばな
い。

【００１２】すなわち、散乱効率は、チップの誘電率が
大きい場合ほど増大するので、散乱効率の点では、チッ
プの先端は金属等の誘電率（絶対値）の大きい材料によ
って構成されていることが望ましい。また、一般に金属
に光が照射された場合、自由電子の粗密が励起される。
この励起された自由電子の粗密はプラズモンと称され
る。チップ先端が金属である場合、試料とチップが分極
間近距離相互作用をすることによって、チップ側あるい
は試料側あるいは両方において、このプラズモンが励起
される。さらに、近距離相互作用によってチップの屈折
率がある波長の光に対して非線形に変化して共鳴を起こ
す。金属チップでは、このようなプラズモンの励起や共
鳴によって電場が増強されることが期待される。

【００１３】しかし、金属チップは散乱効率には優れる
ものの、コレクションモードで使用する場合、金属製の
チップ内では光が伝搬できないために、当該チップの側
方に散乱する光を集光して検出せざるを得ない。この場
合、チップの最先端からの散乱光のみを弁別するのは困
難な場合が多く、金属チップは分解能を得るには不利で
ある。

【００１４】そこで、本発明はこのような従来の実情に
鑑みて提案されたものであり、分解能と散乱効率のいず
れにおいても優れた光ファイバープローブを提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の光ファイバープローブは、コアの周り
に、クラッドが設けられてなる光ファイバーよりなり、
光ファイバーの一端に基端部から突出したコアを先鋭化
することで形成された先鋭部を有する光ファイバープロ
ーブであって、上記先鋭部表面に、先端部を除いて第１
の金属層が形成されるとともに、前記第１の金属層上と
先端部を覆って第２の金属層が形成されていることを特
徴とするものである。

【００１６】また、第２の金属層上に誘電体層が形成さ
れていることを特徴とするものである。

【００１７】このような光ファイバープローブでは、第
１の金属層が形成された領域では光の入射が遮られるの
で、この第１の金属層が形成されていない先端部におい
て光が選択的に取り込まれる。したがって、高い分解能
が得られる。

【００１８】また、先端部において、第２の金属層が大
きい誘電率（絶対値）を持つので、エバネッセント場を
高い散乱効率で散乱することができる。

【００１９】さらに、上記第２の金属層上に誘電体層を
設けると、第２の金属層の腐食が防止されるようにな
り、耐久性が向上する。

【００２０】また、本発明のもう一つの光ファイバープ
ローブは、コアの周りに、クラッドが設けられてなる光
ファイバーよりなり、光ファイバーの一端に基端部から
突出したコアを先鋭化することで形成された先鋭部を有
する光ファイバープローブであって、上記先鋭部表面
に、第１の金属層、誘電体層及び第２の金属層が形成さ
れていることを特徴とするものである。

【００２１】このような光ファイバープローブでは、先
端部において、第１の金属層と先鋭部の間にプラズモン
が励起され、エバネッセント場を高い散乱効率で散乱す
ることができる。

【００２２】また、第２の金属層が形成されている領域
では光の入射が遮られるので、この第２の金属層が形成
されていない先端部において選択的に光が取り込まれ
る。したがって、高い分解能が得られる。

【００２３】さらに、第２の金属層が誘電体層を介して
形成されているので、この誘電体層がバッファー層とし
て機能し、テーパー部において先鋭部と第２の金属層と
の境界でプラズモンが励起されることによって生じるＴ
Ｍモードの損失が抑えられる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２５】本発明の光ファイバープローブは、物体上
にエバネッセント光を励起し、そのエバネッセント光の
散乱光を検出することによって光の画像を得る、近接場
光学顕微鏡に装備される。

【００２６】この光ファイバープローブは、イルミネー
ションモードの近接場光学顕微鏡においては、光の波長
より小さい波長領域において物体を照らすための照明、
すなわちエバネッセント光の照明として機能する。ま
た、コレクションモードの近接場光学顕微鏡において
は、物体上に励起されたエバネッセント光を散乱する散
乱物として機能するとともに、散乱光を検出器に導くた
めの導波路として働く。またイルミネーション・コレク
ションモードでは、光ファイバープローブは照明と散乱
物の両方として働く。

【００２７】まず、本発明に係る光ファイバープローブ
の第１の実施の形態を図１に示す。

【００２８】この光ファイバープローブは、コアの周り
にクラッドが形成されてなる光ファイバーよりなってお
り、この光ファイバーの一端に、図１に示すように、ク
ラッドから突出したコアを先鋭化することによって形成
された先鋭部１を有している。

【００２９】この先鋭部１は試料表面のエバネッセント
場を散乱させて散乱光を取り込む導入部であり、特に、
この光ファイバープローブでは、この先鋭部１の表面の
うち先端部１ａとその周辺を除いて第１の金属層２が形
成されるとともに、この第１の金属層２上に先鋭部１の
全体を覆って第２の金属層３が形成されている。

【００３０】このような光ファイバープローブでは、先
鋭部１の先端部１ａを除いて形成された第１の金属層２
が遮光性被覆層として機能し、この第１の金属層２が形
成された領域では光の入射が遮られる。したがって、試
料からの光は第１の金属層２が形成されていない先端部
１ａから第２の金属層３を透過して選択的に取り込まれ
る。つまり、第１の金属層２によって先鋭部１の先端部
１ａにｄ_Fなる開口径の微小開口が形成されたかたちに
なっている。したがって、外乱光等の影響を受けず、エ
バネッセント光を高い分解能で検出することができる。

【００３１】また、先鋭部１の先端部１ａに第２の金属
層３が形成されていることによって、この大きい誘電率
（絶対値）を持つ第２の金属層３にプラズモンが励起さ
れる。したがって、このプローブをイルミネーションモ
ードに適用した場合には第２の金属層３に励起されたプ
ラズモンによって、エバネッセント光による試料の励起
効率が増大する。また、コレクションモードに適用した
場合には、この金属層３の先端によって試料のエバネッ
セント場を高い散乱効率で散乱させることができる。

【００３２】このような光ファイバープローブにおい
て、第１の金属層２はアルミニウム、金、銀、ニッケ
ル、クロム等によって構成される。第１の金属層２の厚
さｔ_M1は、遮光に必要な厚み、例えば１００ｎｍ以上と
されていることが必要である。

【００３３】また、第２の金属層３は、アルミニウム、
金、銀等によって構成される。第２の金属層３の厚さｔ
_M2は、エバネッセント場の散乱を増強するのに十分なプ
ラズモンが励起できるだけの厚さ、すなわち数十ｎｍ以
下、具体的には１〜５０ｎｍであることが望ましい。但
し、この厚さがあまり厚くなると、先端径ｄ_A1が大きく
なり分解能が劣化するので、このうち比較的薄い厚さを
選択するのが望ましい。

【００３４】これら各層は次のようにして形成される。

【００３５】まず、第１の金属層２は、スパッタリング
法や真空蒸着法等の乾式の薄膜形成技術あるいは無電界
めっき法といった湿式の薄膜形成技術によって形成でき
る。

【００３６】このうちスパッタリング法は、Ａｒ等のス
パッタガスをプラズマ中でイオン化してターゲット表面
に衝突させ、これによってターゲットから飛翔したスパ
ッタ粒子を被処理面に被着させることで薄膜を形成する
方法である。このスパッタリング法では、光ファイバー
全体に略均一に第１の金属層２が形成される。

【００３７】一方、真空蒸着法や無電解めっき法では、
条件を制御することによって、第１の金属層が不要な先
端部で膜の厚さを薄くすることができる。

【００３８】まず、真空蒸着法は、蒸着源を加熱蒸発さ
せ、この蒸気を被処理面に被着させることで薄膜を形成
する方法である。この真空蒸着法では、蒸着粒子の直進
性が高いことから、真空蒸着器内で、光ファイバーを当
該光ファイバーの中心軸を中心にして回転させ、この中
心軸との交差角が９０゜となるような方向から、あるい
はファイバー先端に対して陰を作る９０゜以下となるよ
うな方向から、蒸着粒子を入射させることによって、外
周面に比べて先端部での厚さが薄くなるように金属層２
を成膜することができる。

【００３９】無電解めっき法は、めっき膜を析出させる
ための金属塩、還元剤に加えて金属被膜を一定速度で析
出させるための錯化剤、緩衝剤、安定剤等が溶解された
水溶液（無電解めっき液）を用い、金属イオンと還元剤
の酸化還元反応によって被処理面に金属のめっき膜を析
出させるものである。

【００４０】この無電解めっき法によって第１の金属層
２を形成するには、まず、先鋭部の表面にパラジウム等
の触媒金属核を析出させて活性化処理を行う。

【００４１】そして、活性化処理を行った先鋭部の表面
に無電解めっき液によりニッケル等のめっき膜を形成す
る。めっき膜は、先鋭部１の先端部１ａのような、いわ
ば針のような尖った形状の表面には析出しにくいので、
先鋭部１の先端部１ａ以外で十分な膜厚のめっき膜が堆
積し、且つ先鋭部１の先端部１ａでめっき膜が析出して
いない段階でめっきを停止することによって、先端部１
ａに開口部を有したかたちで第１の金属層２が形成され
ることになる。

【００４２】ここで成膜段階で先端部１ａにも第１の金
属層２が形成された場合には、例えば化学エッチング法
によってこの先端部１ａの第１の金属層２を除去する。

【００４３】化学エッチング法によって先端部１ａの第
１の金属層２を除去するには、まず、化学エッチング液
に対して耐腐食性を有する被覆層を、第１の金属層２上
に先端部１ａを除いて形成する。耐腐食性被覆層は、誘
電体や金属を真空蒸着法によって成膜した蒸着膜であっ
てもよく、合成樹脂の溶液に先鋭部を浸漬させることで
形成される樹脂膜であっても構わない。

【００４４】このようにして耐腐食性被覆層が形成され
た光ファイバーをエッチング液に浸漬すると、この耐腐
食性被覆層から露出している先端部１ａの第１の金属層
２のみが選択的にエッチングされ、先鋭部１先端部１ａ
に開口部が形成されたかたちになる。なお、エッチング
液は、エッチングすべき金属材料に応じて適宜選択さ
れ、アルミニウムの場合にはＮａＯＨ等のアルカリ溶液
が用いられ、Ａｕの場合にはＫＩ−Ｉ₂水溶液等が用い
られる。

【００４５】このようにして第１の金属層２を形成した
後、第２の金属層３を形成する。第２の金属層３は、第
１の金属層２と同様に、スパッタリング法や真空蒸着法
等の乾式の薄膜形成技術あるいは無電界めっき法といっ
た湿式の薄膜形成技術によって形成できる。

【００４６】次に、本発明に係る光ファイバープローブ
の第２の実施の形態を図２に示す。なお、図２で付した
符号は、図１に対応するものについては図１と同様の符
号を使用した。

【００４７】この光ファイバープローブは、第１の実施
の形態の光ファイバープローブにおいて、第２の金属層
３の上に、さらに誘電体層４を設けたものである。すな
わち、この光ファイバープローブは、コアの周りにクラ
ッドが形成されてなる光ファイバーよりなっており、こ
の光ファイバーの一端に、クラッドから突出したコアを
先鋭化することによって形成された先鋭部１を有してい
る。そして、特に、この光ファイバープローブでは、先
鋭部１表面のうち先端部１ａを除いて第１の金属層２が
形成されるとともに、この第１の金属層２上に先鋭部全
体を覆って第２の金属層３及び誘電体層４が形成されて
いる。

【００４８】このような光ファイバープローブでは、先
鋭部１の先端部１ａを除いて形成された第１の金属層２
が遮光性被覆層として機能し、この第１の金属層２が形
成された領域では光の入射が遮られる。したがって、試
料からの光は、第１の金属層２が形成されていない先端
部１ａから第２の金属層３を透過して選択的に取り込ま
れる。つまり、第１の金属層２によって先端部１ａに微
小開口が形成されたかたちになっている。このため、外
乱光等の影響を受けず、エバネッセント光を高い分解能
で検出することができる。

【００４９】また、先鋭部１の先端部１ａに、大きい誘
電率（絶対値）を持つ第２の金属層３が形成されている
ため、このプローブをイルミネーションモードに適用し
た場合には、この金属層３に励起されたプラズモンによ
って、エバネッセント光による試料の励起効率が増大す
る。また、コレクションモードに適用した場合には、こ
の金属層３の先端によって試料のエバネッセント場を高
い散乱効率で散乱させることができ、検出効率が向上す
る。

【００５０】そして、さらに第２の金属層３上に形成さ
れた誘電体層４によって、外部環境の腐食因子と第２の
金属層３との接触が遮られる。これにより、第２の金属
層３の耐腐食性が改善されることになる。特に、第２の
金属層３として銀を用いた場合には、銀は散乱効率の点
では他の金属に比べて優れる反面、非常に酸化し易いこ
とから腐食が問題となる。ここで、第２の金属層３の上
に誘電体層を設けると、第２の金属層３として銀を用い
た場合でも腐食の問題が回避され、銀のような特性に優
れた金属が自由に選択できるようになる。

【００５１】この光ファイバープローブにおいて、第１
の金属層２、第２の金属層３としては第１の実施の形態
で例示したものがいずれも使用可能である。

【００５２】また、誘電体層４としては、ＳｉＯ₂，Ｍ
ｇＦ₂，ＣａＦ₂，Ａｌ₂Ｏ₃の他、ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，Ｃ
ｄＳ，ＣｄＳｅ等の半導体が用いられる。この誘電体層
４は、光ファイバーガラスの屈折率（約１．５）よりも
小さい屈折率であるのが望ましい。例えば、このうちＭ
ｇＦ₂は、屈折率が約１．３であり、誘電体層４の材料
として好適である。

【００５３】誘電体層４の厚さｔ_D1は、十分な腐食防止
効果を得るには５ｎｍ以上であることが必要である。但
し、先鋭部１の先端部１ａは、試料に対してこの誘電体
層４の厚さｔ_D1以下の距離では近づけないことから、誘
電体層４の厚さｔ_D1があまり厚くなると、そのスペーシ
ング分だけ検出光量が低くなる。したがって、誘電体層
４の先端部１ａでの厚さの上限は２０ｎｍである。但
し、外周面での厚さは、２０ｎｍを越えて厚くしても差
し支えない。

【００５４】このような誘電体層４は、スパッタリング
法や真空蒸着法等の薄膜形成技術によって成膜される。

【００５５】このうち、スパッタリング法では、光ファ
イバー全体に略均一な膜厚で誘電体層４が形成される。

【００５６】また、真空蒸着法では、上述の如く、光フ
ァイバーを当該光ファイバーの中心軸を中心にして回転
させ、この中心軸との交差角が９０゜となるような方向
から、あるいはファイバー先端に対して陰を作る９０゜
以下となるような方向から、蒸着粒子を入射させること
によって、外周面での厚さが先端部での厚さよりも厚く
なるように成膜することができる。

【００５７】次に本発明に係る光ファイバーの第３の実
施の形態について説明する。

【００５８】この光ファイバープローブは、コアの周り
にクラッドが設けられてなる光ファイバーよりなり、光
ファイバーの一端に基端部から突出したコアを先鋭化す
ることで形成された先鋭部５を有している。そして、特
に、この光ファイバープローブでは、この先鋭部５表面
に、第１の金属層６、誘電体層７及び第２の金属層８が
この順に形成され、各層の厚さが外周面に比べて先端５
ａにおいて薄くなされている。

【００５９】このような光ファイバープローブでは、先
鋭部５の先端５ａに大きい誘電率（絶対値）を持つ第１
の金属層６が形成されているので、金属層が形成されて
いない場合に比べて、コレクションモードではエバネッ
セント場をより高い散乱効率で散乱することができる。

【００６０】また、最外周に設けられた第２の金属層８
は遮光性被覆層となるものであり、これによって光の入
射が遮られ、試料からの光は第１の金属層６や第２の金
属層８の厚さが薄くなされた先端部５ａから選択的に取
り込まれる。すなわち、第１の金属層６によって先端部
５ａに微小開口が形成されたかたちになっている。した
がって、外乱光等の影響を受けず、エバネッセント光を
高い分解能で検出することができる。

【００６１】この光ファイバープローブにおいて、第１
の金属層６はアルミニウム、金、銀等によって構成され
る。第１の金属層６の厚さｔ_M3は、エバネッセント場の
散乱を増強するのに十分なプラズモンが励起できるだけ
の厚さ、すなわち数十ｎｍ以下、具体的には１〜５０ｎ
ｍであることが望ましい。但し、この厚さがあまり厚く
なると、先端径ｄ_A2が大きくなり分解能が劣化するの
で、このうち比較的薄い厚さを選択するのが望ましい。

【００６２】また、第２の金属層８はアルミニウム、
金、銀、ニッケル、クロム等によって構成される。第２
の金属層８の厚さｔ_M4は、遮光に必要な厚み、例えば１
００ｎｍ以上とされていることが必要である。但し、先
端５ａでは全く形成されていないか、光が透過できる程
度に薄い厚さとされていなければならない。

【００６３】そして、この光ファイバープローブでは、
さらに第１の金属層６と第２の金属層８の間に誘電体層
７が形成されている。これによって次のような効果が得
られる。

【００６４】すなわち、図２に示すように、先鋭部１に
直接第２の金属層３が接している場合には、先鋭部１の
テーパー部において、当該先鋭部１と第２の金属層３と
の境界でプラズモンが励起されることに起因して、導波
路内のＴＭモードの損失が大きくなる。

【００６５】これに対して、図３に示す光ファイバープ
ローブでは、第２の金属層８が十分薄い（例えば１ｎｍ
程度）と仮定した場合、光ファイバーの先鋭部１をコ
ア、第１の金属層６をクラッドとして見ることができ
る。このとき、誘電体層７の屈折率が先鋭部５の屈折率
に比べて低い場合には、この誘電体層７を金属導波路に
おいてよく知られるバッファー層として機能させること
ができる。つまり、この誘電体層７によって、先鋭部１
のテーパー部におけるプラズモンの励起が抑えられ、Ｔ
Ｍモードの損失が低減される。

【００６６】ここで、誘電体層７の材料としては、例え
ば先鋭部５がＧｅＯ₂添加ＳｉＯ₂（屈折率：約１．５）
よりなる場合にはＭｇＦ₂（屈折率：約１．３）等が適
当である。この誘電体層７の厚さｔ_D2は、バッファー層
としての機能の点からは１００〜２００ｎｍとされてい
るのが最適であるが、この厚さｔ_D2があまり厚くなる
と、第２の金属層８によって決定される開口径が大きく
なる。これらの兼ね合いで、誘電体層７は厚さが５０〜
１００ｎｍとされているのがより好ましい。但し、この
厚さ範囲は先鋭部５の周面での厚さであり、先鋭部５の
先端５ａでは、誘電体層７の厚さがあまり厚くなると、
その分試料から開口部が遠くなり、検出光量が低くな
る。したがって、先端部５ａでの誘電体層７の厚さは、
２０ｎｍ以下とされているのが望ましい。

【００６７】なお、この光ファイバープローブは、この
誘電体層７を介して第２の金属層８が形成されるので、
第２の金属層８によって比較的大きな開口径が形成され
る。このため、イルミネーションモードにおいては、試
料への照射光量が大きくなり、励起効率を増大させるこ
とができる。

【００６８】ところで、この誘電体層７としては、先鋭
部５よりも屈折率の高い材料を用いることも可能であ
る。但し、誘電体層７の屈折率が内側の誘電体（先鋭部
５）の屈折率よりも高いと、境界におけるプラズモンの
発生に伴うＴＭモード減衰の抑制を行うことはできな
い。しかし、誘電体層７と最外層の金属層８で構成され
る開口はファイバーガラスの開口よりも高い屈折率を持
つため、イルミネーションモードにおいては伝搬モード
もエバネッセントモードもファイバーガラスの開口より
も小さい波長を持つことができる。このため、屈折率の
高い物質を誘電体層７に用いたプローブは、イルミネー
ションモード近接場光学顕微鏡のためには有用である。

【００６９】このような光ファイバープローブにおい
て、第１の金属層６や第２の金属層８はスパッタリング
法や真空蒸着等の乾式の薄膜形成技術あるいは無電解め
っき法といった湿式の薄膜形成技術によって形成され
る。

【００７０】この場合、先鋭部５の先端５ａでの厚さを
外周面での厚さに比べて薄くするために、真空蒸着法で
は、光ファイバーを当該光ファイバーの中心軸を中心に
して回転させ、この中心軸との交差角が９０゜となるよ
うな方向から、あるいはファイバー先端に対して陰を作
る９０゜以下となるような方向から、蒸着粒子を入射さ
せるのが望ましい。

【００７１】また、無電解めっき法では、尖った形状の
表面にめっき膜が析出しにくい現象を利用して、先鋭部
の先端以外で十分な膜厚のめっき膜が堆積し、且つ先鋭
部の先端でめっき膜が析出していない段階でめっきを停
止することによって、金属層が開口部を有したかたちで
形成される。

【００７２】誘電体層７は、スパッタリング法や真空蒸
着等の乾式の薄膜形成技術によって形成される。

【００７３】この場合も、先鋭部５の先端５ａでの厚さ
を外周面での厚さに比べて薄くするために、真空蒸着法
では蒸着粒子の入射方向を制御するのが望ましい。

【００７４】なお、これら各層を形成する場合、第１の
金属層６、誘電体層７、第２の金属層８を全て真空蒸着
法で形成するといったように、同じ成膜法で成膜するよ
うにすると、真空引きが１回で済み形成工程が簡易化す
る。

【００７５】以上、本発明にかかる光ファイバープロー
ブの実施の形態について説明したが、本発明の光ファイ
バープローブの構成はこれに限るものではない。

【００７６】例えば、光ファイバーの先鋭部は図４〜図
６に示すような形状となされていても良い。

【００７７】すなわち、図４に示すように、光ファイバ
ーの先鋭部１１の手前に、光ファイバーの径に対して１
／１０程度に径小化した径小部１２を設け、この径小部
１２の先端に先鋭部１１を設けるようにしても良い。光
ファイバーの一端に直接先鋭部を設けた場合には、プロ
ーブを試料上で走査させたときに、光ファイバー自体も
試料に近接するかたちになる。このとき、光ファイバー
の径は先鋭部１１の根元径に比べて非常に大きいことか
ら、プローブをわずかに傾けただけでも、光ファイバー
の周端部が試料表面に衝突し、試料やプローブ自体に損
傷を生じる虞れがある。

【００７８】これに対して、先鋭部の手前に径小部１２
を設けると、光ファイバーから先鋭部１２が延長された
形になる。したがって、プローブを多少傾けても光ファ
イバーの周端部が試料表面に衝突することがなく、衝突
による試料やプローブの損傷が回避されることになる。

【００７９】また、図５，図６に示すように、光ファイ
バーの基端面から、コア１３，１４とクラッド１５，１
６の一部を突出させ、２段階の傾斜角あるいは３段階の
傾斜角で先鋭化することによって先鋭部１７，１８を形
成するようにしても良い。先鋭部が一定の傾斜角で円錐
状に先鋭化されている場合では、この傾斜角が小さくな
る程光の損失が大きくなり透過効率が低下する。これに
対して、先鋭部１７，１８が２段階あるいは３段階の傾
斜角で先鋭化されていると、先端側から１段目の傾斜角
αを小さい角度にしても、２段目の傾斜角βを大きな角
度にしたり、３段目の傾斜角γを調整することで光の透
過効率を上げることができる。

【００８０】

【実施例】以下、本発明の光ファイバープローブの具体
的な実施例について説明する。

【００８１】実施例１コアの周りにクラッドが設けられた２重構造の光ファイ
バーを用意した。光ファイバーの材料構成は次の通りで
ある。

【００８２】コア：ＧｅＯ₂点かＳｉＯ₂、純粋ＳｉＯ₂
との屈折率差２．５％、外径２μｍクラッド：純粋ＳｉＯ₂、純粋ＳｉＯ₂との屈折率差０
％、外径１２５μｍこの光ファイバーの一端を、４０重量％ＮＨ₄Ｆ溶液：
５０重量％ＨＦ酸：Ｈ₂Ｏ＝１．７：１：１なる組成の
緩衝ＨＦ溶液に５５分間浸漬し、その後、４０重量％Ｎ
Ｈ₄Ｆ溶液：５０重量％ＨＦ酸：Ｈ₂Ｏ＝５：１：１なる
組成の緩衝ＨＦ溶液９０分間浸漬した。その結果、光フ
ァイバーの一端に、径小部とこの径小部から突出した先
鋭部が形成された。ここで先鋭部の先鋭角は２０゜であ
り、先端直径は１０ｎｍ以下であった。

【００８３】そして、この光ファイバーの先鋭部に、次
のようにして金よりなる第１の金属層を形成した。

【００８４】まず、光ファイバーの先鋭部表面に、スパ
ッタリング法によって金を被着させることで金属層を形
成した。

【００８５】次に、この先鋭部に形成された金属層の上
に、先端部を除いて、エッチングのための耐腐食性被覆
層を形成した。

【００８６】耐腐食性被覆層を形成するには、図７
（ａ）に示すように、合成樹脂を溶かした樹脂溶液に第
１の金属層２３が形成された光ファイバー２２を浸漬し
た後、樹脂溶液から引き上げる。この樹脂溶液として
は、市販のアクリル塗料（粘度１２ｃＰ）を使用した。

【００８７】光ファイバー２２を樹脂溶液から引き上げ
ると、先端部周辺に付着した樹脂溶液が表面張力によっ
て基端部側に引き寄せられ、先鋭部の先端の第１の金属
層２３が樹脂溶液から露出する。この後、溶剤を蒸発さ
せることで、第１の金属層２３の表面には合成樹脂２４
が残り、先端において第１の金属層２３を露出させたか
たちで耐腐食性被覆層２４が形成される。なお、このと
き光ファイバーの引き上げ速度Ｖ_Dは５ｃｍ／秒とし
た。

【００８８】そして、このようにして耐腐食性被覆層が
形成された光ファイバー２２を、図７（ｂ）に示すよう
に、ＫＩ：Ｉ₂：Ｈ₂Ｏ（重量比）＝２０：１：４００な
る組成の原液を水で５０倍に希釈したエッチング液に約
２分間浸漬した。これにより、耐腐食性被覆層２４から
露出した第１の金属層２３が選択的にエッチングされ、
先鋭部の先端が第１の金属層２３から露出し、開口部が
形成される。

【００８９】なお、この第１の金属層２３は厚さが１２
０ｎｍであり、この第１の金属層２３によって形成され
る開口部の径ｄ_Fは３０ｎｍであった。

【００９０】続いて、図７（ｃ）に示すように、光ファ
イバー２２をアセトンに浸漬することによって耐腐食性
被覆層２４を剥離した。

【００９１】以上のようにして開口部が形成された第１
の金属層２２上に、先鋭部全体を覆うようにして、スパ
ッタリング法によって第２の金属層を形成し、光ファイ
バープローブを作製した。なお、第２の金属層の厚さは
１５ｎｍである。

【００９２】なお、このようにして作製される光ファイ
バープローブでは、光ファイバーのクラッドの外径と耐
腐食性被覆層を形成する際の引き上げ速度Ｖ_Dによって
開口径ｄ_Fが決定する。それを示唆する特性図を図８，
図９に示す。なお、図８はクラッドの外径Ｄと第１の金
属層によって形成される開口径ｄ_Fの関係であり、引き
上げ速度Ｖ_Dを５ｃｍ／秒に固定した場合である。図９
は耐腐食性被覆層を形成する際の引き上げ速度と第１の
金属層によって形成される開口径ｄ_Fの関係であり、ク
ラッドの外径Ｄを４０μｍの固定した場合である。この
ように第１の金属層の開口径ｄ_Fは、クラッドの外径Ｄ
が大きい程、また耐腐食性被覆層を形成する際の引き上
げ速度が速い程、小さい径になる。

【００９３】実施例２第２の金属層の上に、真空蒸着法によってＭｇＦ₂より
なる誘電体層を形成したこと以外は実施例１と同様にし
て光ファイバープローブを作製した。

【００９４】なお、誘電体層を形成するに際しては、真
空蒸着器内で、光ファイバーを当該光ファイバーの中心
軸を中心にして回転させ、この中心軸との交差角が９０
゜となるような方向から蒸着粒子を入射させるようにし
た。誘電体層の厚さは５０ｎｍである。

【００９５】実施例３コアの周りに、第１のクラッド及びサポート層が設けら
れた３重構造の光ファイバーを用意した。この光ファイ
バーの材料構成は次の通りである。

【００９６】コア：ＧｅＯ₂添加ＳｉＯ₂、純粋ＳｉＯ₂
との屈折率差１．３％、外径１．４μｍクラッド：純粋ＳｉＯ₂、純粋ＳｉＯ₂との屈折率差０
％、外径２７μｍサポート層：Ｆ添加ＳｉＯ₂、純粋ＳｉＯ₂との屈折率差
−０．７％、外径１２５μｍこの光ファイバーの一端を、４０重量％ＮＨ₄Ｆ溶液：
５０重量％ＨＦ溶液：Ｈ₂Ｏ（体積比）＝１．７：１：
１なる組成の緩衝ＨＦ溶液に４０分間浸漬し、その後、
４０重量％ＮＨ₄Ｆ溶液：５０重量％ＨＦ溶液：Ｈ₂Ｏ
（体積比）＝１０：１：１なる組成の緩衝ＨＦ溶液に３
０分間浸漬した。その結果、サポート層は取り除かれ、
コアとクラッドよりなる先鋭部が形成された。この先鋭
部は、コアとクラッドでそれぞれ傾斜角が異なってお
り、２段階の傾斜角で先鋭化されている。ここで、コア
の先鋭角αは１７゜、クラッド先鋭角βは６２゜であ
り、先端直径は１０ｎｍ以下であった。

【００９７】そして、このようにして先鋭部が形成され
た光ファイバーに、真空蒸着法によって、銀よりなる第
１の金属層を形成し、ＭｇＦ₂よりなるで誘電体層、ア
ルミニウムよりなる第２の金属層を形成した。なお、こ
れら各層を形成するに際しては、真空蒸着器内で当該光
ファイバーの中心軸を中心にして回転させ、この中心軸
との交差角が９０゜となるような方向から蒸着粒子を入
射させた。これら各層の厚さは、第１の金属層が１５ｎ
ｍ、誘電体層の厚さが１００ｎｍ、第２の金属層の厚さ
が１５０ｎｍであった。

【００９８】以上、実施例１〜実施例３で作製された光
ファイバープローブを近接場光学顕微鏡に適用したとこ
ろ、いずれも高い散乱効率と分解能が得られた。

【００９９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の光ファイバープローブは、基端部から突出したコア
を先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイ
バープローブであって、上記先鋭部表面に、先端部を除
いて第１の金属層が形成されるとともに、前記第１の金
属層上と先端部を覆って第２の金属層が形成されてい
る。このような光ファイバープローブでは、上記第１の
金属層が形成された領域では光の入射が遮られるので、
この第１の金属層が形成されていない先端部において光
が選択的に取り込まれ、高い分解能が得られる。また、
先鋭部の先端において、誘電率（絶対値）の大きな第２
の金属層が形成されているので、エバネッセント光を高
い散乱効率で散乱することができる。さらに、上記第２
の金属層上に誘電体層を設けると、第２の金属層の腐食
が防止されるようになり、耐久性が改善される。

【０１００】また、本発明のもう一つの光ファイバープ
ローブは、基端部から突出したコアを先鋭化することで
形成された先鋭部を有する光ファイバープローブであっ
て、上記先鋭部表面に、第１の金属層、誘電体層及び第
２の金属層が形成されている。このような光ファイバー
プローブでは、誘電率（絶対値）の大きな第１の金属層
によって、エバネッセント光を高い散乱効率で散乱する
ことができる。また、第２の金属層が形成されている領
域では光の入射が遮られるので、この第２の金属層が形
成されていない先端部において選択的に光が取り込ま
れ、高い分解能が得られる。さらに、第２の金属層が誘
電体層を介して形成されているので、この誘電体層がバ
ッファー層として機能する。これにより、テーパー部に
おいて先鋭部と第２の金属層との境界でプラズモンが励
起されることによって生じるＴＭモードの損失が抑えら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した光ファイバープローブの一例
を示す要部断面図である。

【図２】本発明を適用した光ファイバープローブの他の
例を示す要部断面図である。

【図３】本発明を適用した光ファイバープローブのさら
に他の例を示す要部断面図である。

【図４】光ファイバープローブの先鋭形状の他の例を示
す要部断面図である。

【図５】光ファイバープローブの先鋭形状のさらに他の
例を示す要部断面図である。

【図６】光ファイバープローブの先鋭形状のさらに他の
例を示す要部断面図である。

【図７】金属層への開口部の形成工程を示すものであ
り、（ａ）は耐腐食性被覆層を形成する際の樹脂溶液へ
の浸漬工程を示す模式図であり、（ｂ）は金属層のエッ
チング工程を示す模式図であり、（ｃ）は耐腐食性被覆
層の剥離工程を示す模式図である。

【図８】光ファイバーのクラッド径Ｄと、第２の金属層
によって形成される開口径ｄ_Fの関係を示す特性図であ
る。

【図９】耐腐食性被覆層を形成する際の引き上げ速度Ｖ
_Dと、第２の金属層によって形成される開口径ｄ_Fの関係
を示す特性図である。

【図１０】近接場光学顕微鏡の原理を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１，５先鋭部、２，３，６，８金属層、４，７誘
電体層、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コアの周りに、クラッドが設けられてな
る光ファイバーよりなり、光ファイバーの一端に基端部
から突出したコアを先鋭化することで形成された先鋭部
を有する光ファイバープローブであって、上記先鋭部表面に、先端部を除いて第１の金属層が形成
されるとともに、前記第１の金属層上と先端部を覆って
第２の金属層が形成されていることを特徴とする光ファ
イバープローブ。
【請求項２】第１の金属層の厚さが１００ｎｍ以上、
第２の金属層の厚さが１〜５０ｎｍであることを特徴と
する請求項１記載の光ファイバープローブ。
【請求項３】先鋭部は、光ファイバーの基端部から突
出したコアとクラッドを３段階の傾斜角で先鋭化するこ
とで形成されていることを特徴とする請求項１記載の光
ファイバープローブ。
【請求項４】第２の金属層上に誘電体層が形成されて
いることを特徴とする請求項１記載の光ファイバープロ
ーブ。
【請求項５】コアの周りに、クラッドが設けられてな
る光ファイバーよりなり、光ファイバーの一端に基端部
から突出したコアを先鋭化することで形成された先鋭部
を有する光ファイバープローブであって、上記先鋭部表面に、第１の金属層、誘電体層及び第２の
金属層が形成されていることを特徴とする光ファイバー
プローブ。
【請求項６】誘電体層の屈折率ｎが、先鋭部の屈折率
ｎよりも低いことを特徴とする請求項５記載の光ファイ
バープローブ。
【請求項７】第１の金属層、誘電体層及び第２の金属
層は、先端部での厚さが他の領域での厚さより薄くされ
ていることを特徴とする請求項５記載の光ファイバープ
ローブ。
【請求項８】先端部以外の領域において、第１の金属
層の厚さが１〜５０ｎｍ、第２の金属層の厚さが１００
ｎｍ以上であることを特徴とする請求項７記載の光ファ
イバープローブ。
【請求項９】第１の金属層は、先端部を除いて形成さ
れていることを特徴とする請求項５記載の光ファイバー
プローブ。