JPH1144694A - 走査型近接場光学顕微鏡 - Google Patents
走査型近接場光学顕微鏡Info
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- JPH1144694A JPH1144694A JP9202909A JP20290997A JPH1144694A JP H1144694 A JPH1144694 A JP H1144694A JP 9202909 A JP9202909 A JP 9202909A JP 20290997 A JP20290997 A JP 20290997A JP H1144694 A JPH1144694 A JP H1144694A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長変換のための非線形光学物質と相互作用
するエバネッセント光の強度を増強する。 【解決手段】 プリズム３の試料５を設置する面に、エ
バネッセント光の電場を増強するための薄膜４を形成す
る。
するエバネッセント光の強度を増強する。 【解決手段】 プリズム３の試料５を設置する面に、エ
バネッセント光の電場を増強するための薄膜４を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、観察に用いる光の
波長以下の高分解能で試料の観察を行うための走査型近
接場光学顕微鏡に係り、特に、非線形光学物質により波
長変換されたエバネッセント光を検出する走査型光学顕
微鏡に関する。
波長以下の高分解能で試料の観察を行うための走査型近
接場光学顕微鏡に係り、特に、非線形光学物質により波
長変換されたエバネッセント光を検出する走査型光学顕
微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】走査型近接場光学顕微鏡は、観察に用い
る光の回折限界を越える分解能で試料像を観察できる顕
微鏡として期待されている。（Jpanese Journal of App
lied Physics Vol.30,2107(1991)）。
る光の回折限界を越える分解能で試料像を観察できる顕
微鏡として期待されている。（Jpanese Journal of App
lied Physics Vol.30,2107(1991)）。
【０００３】図４を参照して、走査型近接場光学顕微鏡
の原理について説明する。
の原理について説明する。
【０００４】図４において、プリズム１６の、試料１７
が載置された面の裏側で全反射するような条件で、レー
ザー光１５をプリズム１６に照射し、試料１７の観察す
べき表面にエバネッセント光を発生させる。先端が鋭く
尖ったプローブ１８を試料１７の表面に近接させると、
試料１７の表面のエバネッセント光が、伝搬光として散
乱される。この伝搬光の強度を光検出器２０で計測す
る。この強度の測定を、プローブ１８を走査装置１９を
用いて走査しながら行い、プローブ１８により散乱され
たエバネッセント光の強度を、プローブと試料との相対
的な位置に従ってコンピュータ２１によりマッピングす
ることにより、試料１７の表面の像が得られる。
が載置された面の裏側で全反射するような条件で、レー
ザー光１５をプリズム１６に照射し、試料１７の観察す
べき表面にエバネッセント光を発生させる。先端が鋭く
尖ったプローブ１８を試料１７の表面に近接させると、
試料１７の表面のエバネッセント光が、伝搬光として散
乱される。この伝搬光の強度を光検出器２０で計測す
る。この強度の測定を、プローブ１８を走査装置１９を
用いて走査しながら行い、プローブ１８により散乱され
たエバネッセント光の強度を、プローブと試料との相対
的な位置に従ってコンピュータ２１によりマッピングす
ることにより、試料１７の表面の像が得られる。
【０００５】しかし、この方法では、試料１７の表面近
傍のエバネッセント光だけでなく、試料１７やプリズム
１６からの散乱光も検出される。このエバネッセント光
以外の散乱光はバックグランドとなるため、試料像のコ
ントラストを低下させるという問題がある。
傍のエバネッセント光だけでなく、試料１７やプリズム
１６からの散乱光も検出される。このエバネッセント光
以外の散乱光はバックグランドとなるため、試料像のコ
ントラストを低下させるという問題がある。
【０００６】そこで、試料像のコントラストを向上させ
るために、プローブの先端に非線形光学物質を設ける方
法が提案されている。この方法では、先端に非線形光学
物質を有するプローブが、試料表面のエバネッセント光
に接近すると、非線形光学物質とエバネッセント光との
非線形光学相互作用により、波長変換された光が発生す
る。通常、試料表面のエバネッセント光の強度に比べ
て、バックグランドの原因となる散乱光の強度は弱いの
で、例え、散乱光がプローブの先端の非線形光学物質で
波長変換されたとしても、その強度は非常に弱くなる。
例えば、エバネッセント光強度Ｉｅと、試料や試料台か
らの散乱光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｓ／Ｉｅ＝１／１０
０であり、非線形光学物質における波長変換が２次の非
線形光学効果で起きる場合を考える。このとき、エバネ
ッセント光および散乱光がそれぞれ波長変換されて発光
する光の強度を、Ｉｅｔ、Ｉｓｔとすると、その強度比
は、（Ｉｓｔ／Ｉｅｔ）＝（Ｉｓ／Ｉｅ）2＝１／１０
０００となる。従って、プローブ先端の非線形光学物質
により、波長変換された光を検出することによって、試
料や試料台からの散乱光の影響が低減された、コントラ
ストの良い試料像を得ることができる。
るために、プローブの先端に非線形光学物質を設ける方
法が提案されている。この方法では、先端に非線形光学
物質を有するプローブが、試料表面のエバネッセント光
に接近すると、非線形光学物質とエバネッセント光との
非線形光学相互作用により、波長変換された光が発生す
る。通常、試料表面のエバネッセント光の強度に比べ
て、バックグランドの原因となる散乱光の強度は弱いの
で、例え、散乱光がプローブの先端の非線形光学物質で
波長変換されたとしても、その強度は非常に弱くなる。
例えば、エバネッセント光強度Ｉｅと、試料や試料台か
らの散乱光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｓ／Ｉｅ＝１／１０
０であり、非線形光学物質における波長変換が２次の非
線形光学効果で起きる場合を考える。このとき、エバネ
ッセント光および散乱光がそれぞれ波長変換されて発光
する光の強度を、Ｉｅｔ、Ｉｓｔとすると、その強度比
は、（Ｉｓｔ／Ｉｅｔ）＝（Ｉｓ／Ｉｅ）2＝１／１０
０００となる。従って、プローブ先端の非線形光学物質
により、波長変換された光を検出することによって、試
料や試料台からの散乱光の影響が低減された、コントラ
ストの良い試料像を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】一方、観察の空間分解
能を高くするためには、プローブの先端は微小にしなけ
ればならない。このため、プローブ先端に設け得る非線
形物質の大きさは、小さく制限される。
能を高くするためには、プローブの先端は微小にしなけ
ればならない。このため、プローブ先端に設け得る非線
形物質の大きさは、小さく制限される。
【０００８】また、非線形光学物質の種類によっては、
エバネッセント光が波長変換される効率が小い。
エバネッセント光が波長変換される効率が小い。
【０００９】これら理由から、エバネッセント光が波長
変換された光の強度が低下してしまう。このため、検出
すべき信号が、検出器の雑音に埋もれてしまうという問
題がある。
変換された光の強度が低下してしまう。このため、検出
すべき信号が、検出器の雑音に埋もれてしまうという問
題がある。
【００１０】仮に、発生するエバネッセント光の強度
を、高出力のレーザー光源を用いて増強しようとする
と、レーザー光源が大型化し、走査型近接場光学顕微鏡
の簡便さが損なわれるという問題がある。
を、高出力のレーザー光源を用いて増強しようとする
と、レーザー光源が大型化し、走査型近接場光学顕微鏡
の簡便さが損なわれるという問題がある。
【００１１】本発明では、低出力のレーザーを用いて
も、プローブ先端で波長変換された光の強度を強くする
ことができる走査型近接場光学顕微鏡を提供することを
目的とする。
も、プローブ先端で波長変換された光の強度を強くする
ことができる走査型近接場光学顕微鏡を提供することを
目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、試料の表面近傍に発生したエバネ
ッセント光を、非線形光学物質によって波長変換し、当
該波長変換された光を検出する走査型近接場光学顕微鏡
において、前記試料を載置するための透光性の試料台を
備え、上記試料台は、前記エバネッセント光を増強する
ための薄膜が、試料を載置するための部分に形成されて
いることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡が提供さ
れる。
に、本発明によれば、試料の表面近傍に発生したエバネ
ッセント光を、非線形光学物質によって波長変換し、当
該波長変換された光を検出する走査型近接場光学顕微鏡
において、前記試料を載置するための透光性の試料台を
備え、上記試料台は、前記エバネッセント光を増強する
ための薄膜が、試料を載置するための部分に形成されて
いることを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡が提供さ
れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１および図２を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。
明の実施の形態について説明する。
【００１４】図１において、本実施の形態における走査
型光学顕微鏡は、観察すべき試料５を載置するための面
に薄膜４が形成されたプリズム３と、試料４の表面近傍
にエバネッセント光が発生するようにプリズム３にレー
ザー光２を照射するためのレーザー光源１と、エバネッ
セント光を散乱させて伝搬光に変換するためのプローブ
６と、プローブ６を支持し、プリズム３と３次元的に相
対移動させるための走査装置７と、プローブ６により変
換された伝搬光を集光するためのレンズ８と、集光され
た光の強度を計測するための光検出器１０と、光検出器
１０に入射する光の波長を選択するためのフィルター９
と、光検出器１０により計測された光の強度を受け付
け、かつ、走査型近接場光学顕微鏡の全体を制御するた
めのコンピュータ１２とを有して構成される。
型光学顕微鏡は、観察すべき試料５を載置するための面
に薄膜４が形成されたプリズム３と、試料４の表面近傍
にエバネッセント光が発生するようにプリズム３にレー
ザー光２を照射するためのレーザー光源１と、エバネッ
セント光を散乱させて伝搬光に変換するためのプローブ
６と、プローブ６を支持し、プリズム３と３次元的に相
対移動させるための走査装置７と、プローブ６により変
換された伝搬光を集光するためのレンズ８と、集光され
た光の強度を計測するための光検出器１０と、光検出器
１０に入射する光の波長を選択するためのフィルター９
と、光検出器１０により計測された光の強度を受け付
け、かつ、走査型近接場光学顕微鏡の全体を制御するた
めのコンピュータ１２とを有して構成される。
【００１５】前記レーザー光源１は、プリズム３の、試
料５を載置すべき面でレーザー光２が全反射するように
配設されている。また、入射角を調整するための移動機
構を備えることができる。これにより、レーザー光２の
波長、プリズム３の屈折率などに誤差や変動があって
も、これに応じて全反射の条件が満たされるようにする
ことができる。
料５を載置すべき面でレーザー光２が全反射するように
配設されている。また、入射角を調整するための移動機
構を備えることができる。これにより、レーザー光２の
波長、プリズム３の屈折率などに誤差や変動があって
も、これに応じて全反射の条件が満たされるようにする
ことができる。
【００１６】前記薄膜４は、試料５の表面に発生するエ
バネッセント光を増強するためのものである。薄膜４の
構成、および、薄膜４においてエバネッセント光が増強
される仕組みについては後述する。
バネッセント光を増強するためのものである。薄膜４の
構成、および、薄膜４においてエバネッセント光が増強
される仕組みについては後述する。
【００１７】前記プローブ６としては、微小開口、先端
を鋭く尖らせた誘電体または半導体、金属の針、光ファ
イバーなどを用いることができる。本実施の形態では、
プローブとして、コアの部分を尖らせた光ファイバーを
用いている。プローブ６の先端には、図２に示すよう
に、非線形光学物質１２が付設されている。非線形光学
物質としては、例えば、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ
2Ｏ4）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＬｉＮｂＯ3、ＫＤ
Ｐ（ＫＨ2ＰＯ4）、ＭＮＡ（２−メチル−４−ニトロア
ニリン）、ＤＭＮＰ（３，５−ジメチル−１−（４−ニ
トロフェニル）ピラゾール）、ＭＮＢＡ（４’−ニトロ
ベンジリデン−３−アセトアミノ−４−メトオキシアニ
リン）などの物質を用いることができる。
を鋭く尖らせた誘電体または半導体、金属の針、光ファ
イバーなどを用いることができる。本実施の形態では、
プローブとして、コアの部分を尖らせた光ファイバーを
用いている。プローブ６の先端には、図２に示すよう
に、非線形光学物質１２が付設されている。非線形光学
物質としては、例えば、ＢＢＯ結晶（β−ＢａＢ
2Ｏ4）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＬｉＮｂＯ3、ＫＤ
Ｐ（ＫＨ2ＰＯ4）、ＭＮＡ（２−メチル−４−ニトロア
ニリン）、ＤＭＮＰ（３，５−ジメチル−１−（４−ニ
トロフェニル）ピラゾール）、ＭＮＢＡ（４’−ニトロ
ベンジリデン−３−アセトアミノ−４−メトオキシアニ
リン）などの物質を用いることができる。
【００１８】プローブ６先端の非線形光学物質１２で発
生する、波長変換された光の強度は、試料５の表面近傍
のエバネッセント光の強度のべき乗に比例する。例え
ば、２次の非線形光学効果で波長変換が非線形光学物質
１２で行われた場合、波長変換された光の強度は、エバ
ネッセント光強度の２乗に比例する。また、３次の非線
形光学効果の場合では、エバネッセント光強度の３乗に
比例する強度の、波長変換された光が得られる。
生する、波長変換された光の強度は、試料５の表面近傍
のエバネッセント光の強度のべき乗に比例する。例え
ば、２次の非線形光学効果で波長変換が非線形光学物質
１２で行われた場合、波長変換された光の強度は、エバ
ネッセント光強度の２乗に比例する。また、３次の非線
形光学効果の場合では、エバネッセント光強度の３乗に
比例する強度の、波長変換された光が得られる。
【００１９】前記走査装置７は、プローブ６を３次元的
に移動するための３軸移動機構を有する。これにより、
試料５およびプローブ６の先端の間隔を操作し、また、
プローブ６の先端で試料５の表面を走査することができ
る。なお、走査装置７は、プリズム３に載置された試料
５とプローブ６とを３次元的に相対移動できればよく、
プリズム３を移動する態様であってもよい。
に移動するための３軸移動機構を有する。これにより、
試料５およびプローブ６の先端の間隔を操作し、また、
プローブ６の先端で試料５の表面を走査することができ
る。なお、走査装置７は、プリズム３に載置された試料
５とプローブ６とを３次元的に相対移動できればよく、
プリズム３を移動する態様であってもよい。
【００２０】前記フィルター９は、入射されるレーザー
光２と同じ波長の光を遮断し、波長変換された光を通過
させるためのものである。フィルター９としては、分光
吸収特性または分光反射特性により波長を選択するフィ
ルター、分光器などを用いることができる。
光２と同じ波長の光を遮断し、波長変換された光を通過
させるためのものである。フィルター９としては、分光
吸収特性または分光反射特性により波長を選択するフィ
ルター、分光器などを用いることができる。
【００２１】前記光検出器１０は、波長変換された光を
検出するためのものであり、例えば、フォトダイオー
ド、光電子増倍管などを用いることができる。
検出するためのものであり、例えば、フォトダイオー
ド、光電子増倍管などを用いることができる。
【００２２】次に、図１を参照して、本実施の形態にお
ける走査型顕微鏡の動作について説明する。
ける走査型顕微鏡の動作について説明する。
【００２３】レーザー光源１から射出されたレーザー光
２は、プリズム３の薄膜４が形成されている面で全反射
されるように入射する。全反射面から浸み出し、試料５
の表面近傍に発生するエバネッセント光の強度は、薄膜
４により増強される。
２は、プリズム３の薄膜４が形成されている面で全反射
されるように入射する。全反射面から浸み出し、試料５
の表面近傍に発生するエバネッセント光の強度は、薄膜
４により増強される。
【００２４】この状態で、プローブ６が走査装置７によ
り試料５に近づけられると、プローブ６の先端が、試料
５の表面近傍に接近する。このとき、プローブ６の先端
に付設されている非線形光学物質１２（図２参照）と
が、試料５の表面近傍のエバネッセント光と相互作用
し、エバネッセント光が波長変換された光が発生する。
り試料５に近づけられると、プローブ６の先端が、試料
５の表面近傍に接近する。このとき、プローブ６の先端
に付設されている非線形光学物質１２（図２参照）と
が、試料５の表面近傍のエバネッセント光と相互作用
し、エバネッセント光が波長変換された光が発生する。
【００２５】前記波長変換され、レンズ８に到来した伝
搬光は、フィルター９を介して、光検出器１０の受光面
に集光される。ここで、フィルター９において、波長変
換された波長の光は通過し、レーザー光源１から射出さ
れる波長の光は遮断される。この通過した光の強度が光
検出器１０で計測され、強度を示す信号がコンピュータ
１１に送られる。
搬光は、フィルター９を介して、光検出器１０の受光面
に集光される。ここで、フィルター９において、波長変
換された波長の光は通過し、レーザー光源１から射出さ
れる波長の光は遮断される。この通過した光の強度が光
検出器１０で計測され、強度を示す信号がコンピュータ
１１に送られる。
【００２６】コンピュータ１１は、光検出器１０から送
られる信号を受け付けるとともに、走査装置７を制御し
て、試料５の表面の走査させ、その走査位置と、光強度
とを対応づけてマッピングする。マッピングされた試料
像は、例えば、コンピュータ１１に備えられるディスプ
レイ装置に表示される。
られる信号を受け付けるとともに、走査装置７を制御し
て、試料５の表面の走査させ、その走査位置と、光強度
とを対応づけてマッピングする。マッピングされた試料
像は、例えば、コンピュータ１１に備えられるディスプ
レイ装置に表示される。
【００２７】次に、プリズムに形成された薄膜によりエ
バネッセント光の強度が増強される仕組みについて説明
する。一般的に、走査型近接場光学顕微鏡では、試料を
設置する透光性の部材の内面で全反射するように光を入
射し、試料を全反射面上に設置して試料表面近傍にエバ
ネッセント光を発生させる。本発明では、全反射面上に
薄膜を形成することにより、エバネッセント光の強度を
増強している。
バネッセント光の強度が増強される仕組みについて説明
する。一般的に、走査型近接場光学顕微鏡では、試料を
設置する透光性の部材の内面で全反射するように光を入
射し、試料を全反射面上に設置して試料表面近傍にエバ
ネッセント光を発生させる。本発明では、全反射面上に
薄膜を形成することにより、エバネッセント光の強度を
増強している。
【００２８】まず、試料台となるプリズム３（図１参
照）の全反射面（以下、単に全反射面という）上に形成
される薄膜４（図１参照）が金属膜である場合につい
て、エバネッセント光が増強される仕組みについて説明
する。
照）の全反射面（以下、単に全反射面という）上に形成
される薄膜４（図１参照）が金属膜である場合につい
て、エバネッセント光が増強される仕組みについて説明
する。
【００２９】全反射面上に金属を蒸着して厚さ数１０ｎ
ｍの金属の薄膜（金属膜）を成膜する。金属膜中の伝導
電子の波と、入射光の金属膜に沿った方向の波数ベクト
ルとが一致するとき、表面プラズモンと呼ばれる集団的
な電子の励起が起き、入射光が金属膜に吸収される。こ
のとき、金属膜表面には、非常に増強されたエバネッセ
ント光が発生する。増強の度合いは、金属膜の種類によ
って異なる。金属膜としては、例えば、金、銀、銅、ア
ルミなどを用いることができる。
ｍの金属の薄膜（金属膜）を成膜する。金属膜中の伝導
電子の波と、入射光の金属膜に沿った方向の波数ベクト
ルとが一致するとき、表面プラズモンと呼ばれる集団的
な電子の励起が起き、入射光が金属膜に吸収される。こ
のとき、金属膜表面には、非常に増強されたエバネッセ
ント光が発生する。増強の度合いは、金属膜の種類によ
って異なる。金属膜としては、例えば、金、銀、銅、ア
ルミなどを用いることができる。
【００３０】金属膜中に表面プラズモンが励起されたこ
とを確認するためには、入射光の入射角を変えながら、
反射光の強度を測定すればよい。表面プラズモンが励起
されると、入射光は金属膜に吸収され、反射光の強度は
非常に弱くなる。表面プラズモンの励起によるエバネッ
セント光の増強は、金属膜の種類や入射光の波長によっ
ても異なるが、例えば、銀では、１００倍以上の増強が
報告されている。
とを確認するためには、入射光の入射角を変えながら、
反射光の強度を測定すればよい。表面プラズモンが励起
されると、入射光は金属膜に吸収され、反射光の強度は
非常に弱くなる。表面プラズモンの励起によるエバネッ
セント光の増強は、金属膜の種類や入射光の波長によっ
ても異なるが、例えば、銀では、１００倍以上の増強が
報告されている。
【００３１】ここで、エバネッセント光の強度が１００
倍増強されたとすると、２次の非線形光学効果で波長変
換が行われた場合、波長変換された光の強度波、金属膜
が施されていない場合に比べて１００００倍に増強され
ることとなる。
倍増強されたとすると、２次の非線形光学効果で波長変
換が行われた場合、波長変換された光の強度波、金属膜
が施されていない場合に比べて１００００倍に増強され
ることとなる。
【００３２】例えば、入射光の波長を７８０ｎｍ、全反
射面に入射する入射角を４２度、プリズムの屈折率を
１．５１とするとき、エバネッセント光の全反射面に平
行な成分の波数は、
射面に入射する入射角を４２度、プリズムの屈折率を
１．５１とするとき、エバネッセント光の全反射面に平
行な成分の波数は、
【００３３】
【数１】
【００３４】となる。このエバネッセント光の波数と、
表面プラズモンの波数とが一致するとき、表面プラズモ
ンが励起される。ただし、表面プラズモンの波数は、金
属膜が形成されている基板の誘電率に依存するため、基
板によって共鳴する波数が異なる。すなわち、試料台と
なるプリズムの屈折率に依存して共鳴する波数が異な
る。このため、入射角を変化させながら、反射光の強度
が最も弱くなるところを探して、表面プラズモンが励起
されていることを確認することが、一般的である。
表面プラズモンの波数とが一致するとき、表面プラズモ
ンが励起される。ただし、表面プラズモンの波数は、金
属膜が形成されている基板の誘電率に依存するため、基
板によって共鳴する波数が異なる。すなわち、試料台と
なるプリズムの屈折率に依存して共鳴する波数が異な
る。このため、入射角を変化させながら、反射光の強度
が最も弱くなるところを探して、表面プラズモンが励起
されていることを確認することが、一般的である。
【００３５】なお、誘電体でも表面プラズモンが励起可
能である。ただし、誘電体のプラズモン共鳴エネルギー
は、一般に高く、よりエネルギーが高い光（紫外線、Ｘ
線など）、または、電子線などを用いることが要求され
る。
能である。ただし、誘電体のプラズモン共鳴エネルギー
は、一般に高く、よりエネルギーが高い光（紫外線、Ｘ
線など）、または、電子線などを用いることが要求され
る。
【００３６】次に、全反射面上に形成されている薄膜が
誘電体多層膜である場合について、エバネッセント光が
増強される仕組みについて説明する。
誘電体多層膜である場合について、エバネッセント光が
増強される仕組みについて説明する。
【００３７】プリズム３（図１参照）を形成する透光性
の部材の屈折率よりも屈折率が高い物質（物質Ａ）の膜
と、物質Ａの屈折率よりも屈折率が低い物質（物質Ｂ）
の膜とを、交互に重ねて全反射面上に蒸着する。このと
き、最初に物質Ａの膜を試料台の全反射面上に形成し、
その次に、物質Ａの膜を形成することによって、エバネ
ッセント光の強度を増強させる効果を持たせることがで
きる。さらに、その上に、同様の構成で膜を重ねてもよ
い。ただし、一番上の膜は、物質Ｂの膜である必要があ
る。
の部材の屈折率よりも屈折率が高い物質（物質Ａ）の膜
と、物質Ａの屈折率よりも屈折率が低い物質（物質Ｂ）
の膜とを、交互に重ねて全反射面上に蒸着する。このと
き、最初に物質Ａの膜を試料台の全反射面上に形成し、
その次に、物質Ａの膜を形成することによって、エバネ
ッセント光の強度を増強させる効果を持たせることがで
きる。さらに、その上に、同様の構成で膜を重ねてもよ
い。ただし、一番上の膜は、物質Ｂの膜である必要があ
る。
【００３８】以上のような構成で薄膜を形成し、薄膜に
光を入射すると、物質Ｂの膜の中の光は、物質Ａの膜と
の境界面で多重反射を起こし、光電場の蓄積が起こる。
その結果、全反射を満たす条件で光を入射した場合、エ
バネッセント光の強度を増強させることができる。それ
ぞれの膜の厚さは、観察すべき光の波長に４分の１の値
を屈折率の値で割って得られる厚さにすることがよい。
ただし、一番上の物質Ｂの膜厚は、入射光の角度を決め
てから、最大の効果が得られるように決めることが好ま
しい。誘電体多層膜の場合でも、１００倍程度のエバネ
ッセント光の増強が期待できる。誘電体の膜の種類とし
ては、可視光の領域では、例えば、物質ＡとしてＴｉＯ
2を用い、物質ＢとしてＳｉＯ2を用いる組み合わせなど
が可能である。
光を入射すると、物質Ｂの膜の中の光は、物質Ａの膜と
の境界面で多重反射を起こし、光電場の蓄積が起こる。
その結果、全反射を満たす条件で光を入射した場合、エ
バネッセント光の強度を増強させることができる。それ
ぞれの膜の厚さは、観察すべき光の波長に４分の１の値
を屈折率の値で割って得られる厚さにすることがよい。
ただし、一番上の物質Ｂの膜厚は、入射光の角度を決め
てから、最大の効果が得られるように決めることが好ま
しい。誘電体多層膜の場合でも、１００倍程度のエバネ
ッセント光の増強が期待できる。誘電体の膜の種類とし
ては、可視光の領域では、例えば、物質ＡとしてＴｉＯ
2を用い、物質ＢとしてＳｉＯ2を用いる組み合わせなど
が可能である。
【００３９】誘電体多層膜の層数については、理論的に
は、膜の数を増やせば増やすだけ電場の増強効果も大き
くなる。しかし、膜が完全に平面でない場合には、光が
散乱され、電場の損失が起こる。このため、膜の層数を
増やしていけば、それだけ電場の損失も大きくなり、増
強効果も理論値より小さくなる。
は、膜の数を増やせば増やすだけ電場の増強効果も大き
くなる。しかし、膜が完全に平面でない場合には、光が
散乱され、電場の損失が起こる。このため、膜の層数を
増やしていけば、それだけ電場の損失も大きくなり、増
強効果も理論値より小さくなる。
【００４０】一方、近接場光学顕微鏡では、試料台とな
るプリズムの平面性（この場合では、膜の平面性）が重
要である。このため、膜の層数を増やして平面性を悪く
することは望ましいことではない。ただし、膜の平面性
は、成膜技術に依存するから、何層の膜がよいかは、こ
れら層数の効果と、膜の平面性とを考慮して決める。
るプリズムの平面性（この場合では、膜の平面性）が重
要である。このため、膜の層数を増やして平面性を悪く
することは望ましいことではない。ただし、膜の平面性
は、成膜技術に依存するから、何層の膜がよいかは、こ
れら層数の効果と、膜の平面性とを考慮して決める。
【００４１】（実施例１）図１を参照して、本発明の第
１の実施例について説明する。
１の実施例について説明する。
【００４２】本実施例では、図１に示す配置の走査型近
接場光学顕微鏡において、薄膜４として銀の金属膜を用
いた。金属膜は、一般的に用いられる蒸着装置で形成
し、金属膜の厚さは、約６０ｎｍであった。レーザー光
源１としては、波長７８０ｎｍのチタンサファイアレー
ザーを用いた。入射角θを約４２度にしたときに、反射
光の強度が最も弱くなり、銀の金属膜に表面プラズモン
が励起されたことが確かめられた。プローブ６として
は、ガラス棒に熱を加えて引っ張りながら先端を鋭く尖
らせたものに、ＢＢＯ結晶の粉を付設したものを用い
た。
接場光学顕微鏡において、薄膜４として銀の金属膜を用
いた。金属膜は、一般的に用いられる蒸着装置で形成
し、金属膜の厚さは、約６０ｎｍであった。レーザー光
源１としては、波長７８０ｎｍのチタンサファイアレー
ザーを用いた。入射角θを約４２度にしたときに、反射
光の強度が最も弱くなり、銀の金属膜に表面プラズモン
が励起されたことが確かめられた。プローブ６として
は、ガラス棒に熱を加えて引っ張りながら先端を鋭く尖
らせたものに、ＢＢＯ結晶の粉を付設したものを用い
た。
【００４３】プローブ６の先端を、プリズム３に形成し
た銀の膜４に近接させたところ、プローブ６の先端から
２次の非線形光学効果によって発生する３９０ｎｍの光
を、銀の膜が存在しないときよりも強い強度で検出でき
た。
た銀の膜４に近接させたところ、プローブ６の先端から
２次の非線形光学効果によって発生する３９０ｎｍの光
を、銀の膜が存在しないときよりも強い強度で検出でき
た。
【００４４】（実施例２）図１および図３を参照して、
本発明の第２の実施例について説明する。
本発明の第２の実施例について説明する。
【００４５】本実施例では、図１に示す配置の走査型近
接場光学顕微鏡において、薄膜４としてＴｉＯ2と、Ｓ
ｉＯ2との多層膜を用いた。
接場光学顕微鏡において、薄膜４としてＴｉＯ2と、Ｓ
ｉＯ2との多層膜を用いた。
【００４６】図３にプリズムの全反射面に形成された誘
電体多層膜の断面を示す。各層をなす膜は、それぞれ３
層ずつ交互に重ねて作成した。使用したレーザーの波長
が８００ｎｍであったことから、”ＴｉＯ2”１３の膜
厚を、約８７ｎｍ、”ＳｉＯ2”１４の膜厚を約１３８
ｎｍとした。ただし、入射角θを５０度に設定したた
め、一番上の層の”ＳｉＯ2”１４の厚さは、１７９ｎ
ｍとした。この値は、エバネッセント光の増強が最大に
なるように計算で求めた値である。この場合も、先端を
鋭く尖らせたガラス棒にＢＢＯの粉を付けたプローブを
多層膜に接近させたところ、先端から発生する３９０ｎ
ｍの光の増強が観測された。
電体多層膜の断面を示す。各層をなす膜は、それぞれ３
層ずつ交互に重ねて作成した。使用したレーザーの波長
が８００ｎｍであったことから、”ＴｉＯ2”１３の膜
厚を、約８７ｎｍ、”ＳｉＯ2”１４の膜厚を約１３８
ｎｍとした。ただし、入射角θを５０度に設定したた
め、一番上の層の”ＳｉＯ2”１４の厚さは、１７９ｎ
ｍとした。この値は、エバネッセント光の増強が最大に
なるように計算で求めた値である。この場合も、先端を
鋭く尖らせたガラス棒にＢＢＯの粉を付けたプローブを
多層膜に接近させたところ、先端から発生する３９０ｎ
ｍの光の増強が観測された。
【００４７】
【発明の効果】本発明を適用した走査型近接場光学顕微
鏡では、試料表面に発生するエバネッセント光を増強す
ることができる。従って、プローブ先端で波長変換され
た光の強度を強くすることができる。その結果、コント
ラストのよい試料像を得ることができる。
鏡では、試料表面に発生するエバネッセント光を増強す
ることができる。従って、プローブ先端で波長変換され
た光の強度を強くすることができる。その結果、コント
ラストのよい試料像を得ることができる。
【図１】 本発明の実施の形態による走査型近接場光学
顕微鏡の構成を示すブロック図である。
顕微鏡の構成を示すブロック図である。
【図２】 プローブの先端を示す拡大図である。
【図３】 薄膜の積層構造を示す拡大断面図である。
【図４】 従来の走査型近接場光学顕微鏡を示す説明図
である。
である。
１…レーザー光源、２…レーザー光、３…プリズム、４
…薄膜、５…試料、６…プローブ、７…走査装置、８…
レンズ、９…フィルター，１０…光検出器、１１…コン
ピュータ、１２…非線形光学物質、１３…ＴｉＯ2、１
４…ＳｉＯ2、１７…試料、１８…プローブ、１９…走
査装置、２０…光検出器、２１…コンピュータ。
…薄膜、５…試料、６…プローブ、７…走査装置、８…
レンズ、９…フィルター，１０…光検出器、１１…コン
ピュータ、１２…非線形光学物質、１３…ＴｉＯ2、１
４…ＳｉＯ2、１７…試料、１８…プローブ、１９…走
査装置、２０…光検出器、２１…コンピュータ。
Claims (5)
- 【請求項１】 試料の表面近傍に発生したエバネッセン
ト光を、非線形光学物質によって波長変換し、当該波長
変換された光を検出する走査型近接場光学顕微鏡におい
て、 前記試料を載置するための透光性の試料台を備え、 上記試料台は、前記エバネッセント光を増強するための
薄膜が、試料を載置するための部分に形成されているこ
とを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。 - 【請求項２】 請求項１記載の走査型近接場光学顕微鏡
において、 前記薄膜は、金属で形成されることを特徴とする走査型
近接場光学顕微鏡。 - 【請求項３】 請求項２記載の走査型近接場光学顕微鏡
において、 前記金属は、当該金属における表面プラズモンの波数
が、検出すべきエバネッセント光の波数に相当すること
を特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。 - 【請求項４】 請求項１記載の走査型近接場光学顕微鏡
において、 前記薄膜は、少なくとも２層の誘電体層を有し、 前記誘電体層は、隣接する層相互に屈折率が相異なるこ
とを特徴とする走査型近接場光学顕微鏡。 - 【請求項５】 請求項４記載の走査型近接場光学顕微鏡
において、 前記複数の誘電体層のうち、前記試料台から奇数番目の
層は、当該層に隣接する偶数番目の層よりも屈折率が高
く、かつ、 前記試料台から最も離れた層を除く各層の厚さは、検出
すべきエバネッセント光の該当する層における波長の１
／４に相当することを特徴とする走査型近接場光学顕微
鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9202909A JPH1144694A (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9202909A JPH1144694A (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1144694A true JPH1144694A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16465192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9202909A Pending JPH1144694A (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 走査型近接場光学顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1144694A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005092490A1 (ja) * | 2004-03-27 | 2005-10-06 | Futao Kaneko | 光反応性薄膜加工法並びに光反応性薄膜加工装置 |
| JP2008309684A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | 近接場分光分析用の試料測定基板 |
-
1997
- 1997-07-29 JP JP9202909A patent/JPH1144694A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005092490A1 (ja) * | 2004-03-27 | 2005-10-06 | Futao Kaneko | 光反応性薄膜加工法並びに光反応性薄膜加工装置 |
| JP2008309684A (ja) * | 2007-06-15 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | 近接場分光分析用の試料測定基板 |
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