KR101287499B1 - 근거리장 주사 광학 현미경 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근거리장 주사 광학 현미경에 관한 것으로서, 원뿔 형상을 갖는 탐침부와, 탐침부에 새겨지는 격자부 및 탐침부의 양면에 입사되는 광원부를 포함한다.
본 발명에 따른 근거리장 주사 광학 현미경은 탐침부의 양면에 각각 입사되는 광원을 조절하여 전기물질 또는 자기물질에 대한 탐구가 가능하다.

Description

근거리장 주사 광학 현미경{NEAR-FIELD SCANNING OPTICAL MICROSCOPE}
본 발명은 근거리장 주사 광학 현미경에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 단일구조의 탐침을 이용하여 전기물질 뿐만 아니라 자기물질에 대한 탐구까지 할 수 있는 근거리장 주사 광학 현미경에 관한 것이다.
일반적으로 근거리장 주사 광학 현미경은 날카로운 형태를 지닌 탐침의 꼭지점에 집속되는 근거리장을 이용하여 빛의 회절 한계를 넘어 빛의 파장보다 더 작은 영역에서 나노미터 단위 크기의 물체를 탐색할 수 있게 해준다.
최근에 들어서는 보통 원뿔형의 날카로운 금속 팁의 꼭지점에서 일어나는 플라즈몬의 초집속(superfocusing) 현상을 이용한 연구가 많이 이루어지고 있다.
이는 끝으로 갈수록 날카로워지는 금속 팁 구조에서 표면 플라즈몬이 꼭지점을 향해서 전파되면, 꼭지점 부근에서 구조물의 반지름이 점점 작아짐에 따라 표면 플라즈몬의 군속도(group velocity)가 점점 느려지게 되고, 이에 의해 거대한 양의 에너지 축적이 이루어진다.
한편, 현재까지 이루어진 연구들에서는 실험적으로 구현하기 어려운 방사형 편광을 이용하여 표면 플라즈몬을 생성한다거나, 다른 기하학적 구조나 구성 물질을 가지는 다양한 탐침 구조에 대해 주로 조사해왔으며, 대부분 탐침 끝에서 얻어지는 강한 전기장에 초점을 맞추어 왔다.
그러나, 최근 몇 년 사이에 자연에 존재하지 않는 특성을 지니는 메타물질(metamaterial)에 대한 연구가 활발히 이루어짐에 따라 강한 자기장을 얻을 수 있는 탐침에 대한 연구도 이루어지고 있지만 전기장에 대한 연구에 비해서 아직까지는 그 수와 양에서 미미한 수준이다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
종래에는 전자기장을 집속시키기 위해 탐침의 구조를 변경하는 방법으로만 접근을 해왔기 때문에 전기장과 자기장에 대해서 별도의 탐침구조를 필요로 하는 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 단일 탐침을 이용하더라도 전기장 또는 자기장의 집속이 가능하여, 전기물질 또는 자기물질에 대한 탐구를 할 수 있는 근거리장 주사 광학 현미경을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 원뿔 형상을 갖는 탐침부; 상기 탐침부에 새겨지는 격자부; 및 상기 탐침부의 양면에 입사되는 광원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경을 제공한다.
상기 탐침부의 꼭지점은 수십 내지 수백 나노미터인 것을 특징으로 한다.
상기 탐침부의 길이는 수 내지 수십 마이크로미터인 것을 특징으로 한다.
상기 격자부는 상기 탐침부의 지름을 따라 하나 이상의 격자홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 탐침부의 표면은 집속이온빔에 의해 가공되어 상기 격자홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 탐침부의 꼭지점과 상기 격자부 간의 거리는 수 내지 수십 마이크로미터인 것을 특징으로 한다.
상기 광원부는 상기 탐침부의 일측면에 빛을 입사시키는 제1광원부; 및 상기 탐침부의 타측면에 빛을 입사시키는 제2광원부를 포함하고, 상기 제1광원부와 상기 제2광원부에서 각각 조사되는 빛은 상기 탐침부의 축을 중심으로 대칭이 되도록 마주보는 것을 특징으로 한다.
상기 제1광원부는 제1레이저; 상기 제1레이저에서 출력된 빛을 통과시키는 제1편광판; 및 상기 제1편광판을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제1렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2광원부는 제2레이저; 상기 제2레이저에서 출력된 빛을 통과시키는 제2편광판; 상기 제2편광판을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제2렌즈; 및 상기 제2레이저에서 조사된 빛의 위상차를 조절하는 쌍광위상조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 쌍광위상조절부는 상기 제2레이저에 결합되어 상기 제2레이저의 위치를 조절하는 쌍광압전제어병진판인 것을 특징으로 한다.
상기 쌍광위상조절부는 상기 제2레이저에서 조사된 빛의 이동경로 상에 배치되어 위상차를 조절하는 쌍광위상변화기인 것을 특징으로 한다.
상기 광원부는 주광원부; 상기 주광원부에서 조사된 빛을 분할하는 분할부; 상기 분할부에 의해 분할된 빛 중 어느 하나를 상기 탐침부의 일측면으로 입사시키는 제1유도부; 및 상기 분할부에 의해 분할된 빛 중 다른 하나를 상기 탐침부의 타측면으로 입사시키는 제2유도부를 포함하고, 상기 제1유도부와 상기 제2유도부를 통해 각각 유도된 빛은 상기 탐침부의 축을 중심으로 대칭이 되도록 마주보는 것을 특징으로 한다.
상기 주광원부는 주레이저; 및 상기 주레이저에서 출력된 빛을 통과시키는 주편광판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1유도부는 상기 분할부에서 반사된 빛의 경로를 변경하는 제1유도반사경; 상기 제1유도반사경을 통해 반사된 빛을 상기 탐침부의 일측면으로 유도하는 제1안내반사경; 및 상기 제1안내반사경을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제1유도렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2유도부는 상기 분할부를 통과한 빛의 경로를 변경하는 제2분할반사경; 상기 제2분할반사경을 통해 반사된 빛의 경로를 변경하는 제2유도반사경; 상기 제2유도반사경을 통해 반사된 빛을 상기 탐침부의 타측면으로 유도하는 제2안내반사경; 상기 제2안내반사경을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제2유도렌즈; 및 상기 주광원부에서 조사된 빛의 위상차를 조절하는 단광위상조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 단광위상조절부는 상기 제2유도반사경과 상기 제2안내반사경에 결합되어 상기 제2유도반사경과 상기 제2안내반사경의 위치를 조절하는 단광압전제어병진판인 것을 특징으로 한다.
상기 단광위상조절부는 상기 제2유도부를 통해 이동되는 빛의 이동경로 상에 배치되어 위상차를 조절하는 단광위상변화기인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 근거리장 주사 광학 현미경은 격자부에 빛이 입사되면, 표면 플라즈몬이 생성되어 원뿔형 탐침부의 꼭지점으로 전파되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 근거리장 주사 광학 현미경은 탐침부의 양측면으로 입사되는 빛의 위상차를 조절하여, 전기물질 뿐만 아니라 자기물질에 대한 탐구가 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 2개의 광원과 압전제어병진판이 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 2개의 광원과 위상변화기가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 한 개의 광원과 압전제어병진판이 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 한 개의 광원과 위상변화기가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 탐촉부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 전자기장의 전체적인 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 탐침부의 꼭지점 부근에서의 전기장 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 탐침부의 꼭지점 부근에서의 자기장 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 두 입사파의 위상차에 따른 전자기장의 집속도, 자기장 대 전기장의 공간적인 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 근거리장 주사 광학 현미경의 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 2개의 광원과 압전제어병진판이 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 2개의 광원과 위상변화기가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 한 개의 광원과 압전제어병진판이 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 한 개의 광원과 위상변화기가 구비된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경에서 탐촉부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 전자기장의 전체적인 분포를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 탐침부의 꼭지점 부근에서의 전기장 분포를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 8은 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 탐침부의 꼭지점 부근에서의 자기장 분포를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 9는 도 5에 대한 전산모사의 결과로 얻어진 두 입사파의 위상차에 따른 전자기장의 집속도, 자기장 대 전기장의 공간적인 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경(1)에는 탐침부(10), 격자부(20) 및 광원부(30)과 구비된다.
탐침부(10)는 원뿔 형상을 하며, 꼭지점이 기판(110)을 향하도록 배치된다. 이러한 기판(110)에는 시료(120)가 위치되며, 꼭지점에서 집속된 강력한 세기의 근거리장은 기판(110) 위에 놓여진 시료(120) 입자가 가까이 있을 때 산란되어 원거리장으로 전파가 된다.
이러한 산란장은 높은 조리개수를 갖는 검출렌즈(130)를 통과하여 광검출기(140)에 검출된다.
이때, 기판(110)으로는 이산화규소(SiO2) 등과 같은 물질을 사용하고, 광검출기(140) 외에 전하결합소자를 사용할 수 있다.
격자부(20)는 탐침부(10)에 새겨지고, 광원부(30)는 탐침부(10)의 양면에 입사된다. 이때, 광원부(30)에서 생성된 빛은 격자부(20)로 입사된다.
이와 같이 빛이 격자부(20)로 입사되면, 표면 플라즈몬(surface plasmon)이 생성되어 탐침부(10)의 꼭지점을 향하여 전파된다.
이때, 탐침부(10)의 꼭지점의 크기는 용도에 따라 달라지며, 대략 수십 내지 수백 나노미터의 크기를 갖는다. 그리고, 탐침부(10)의 길이, 즉 원뿔 형상의 탐침부(10)의 높이는 수 내지 수십 마이크로미터가 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 격자부(20)는 탐침부(10)의 외주면을 따라 형성된다. 보다 구체적으로, 격자부(20)는 탐침부(10)의 지름을 따라 하나 이상의 격자홈(21)을 갖는다.
이때, 격자홈(21)의 주기, 깊이 및 개수는 탐침부(10)의 금속재질과 사용하는 빛의 파장 및 그 외의 용도에 따라 달라진다.
본 발명의 일 실시예로, 탐침부(10)의 표면은 집속이온빔(Focused Ion Beam)에 의해 가공되어 격자홈(21)을 형성한다.
이때, 탐침부(10)의 꼭지점과 격자부(20) 간의 거리는 수 내지 수십 마이크로미터가 되도록 한다. 그리하면, 격자부(20)에 입사되는 빛이 꼭지점에 영향을 주지 않게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광원부(30)에는 제1광원부(31) 및 제2광원부(32)가 구비된다(도 1 및 도 2 참조). 이러한 광원부(30)는 탐침부(10)에 표면 플라즈마를 생성시키기 위해 격자부(20)에 빛을 입사시킨다.
제1광원부(31)는 탐침부(10)의 일측면에 빛을 입사시키고, 제2광원부(32)는 탐침부(10)의 타측면에 빛을 입사시킨다.
제1광원부(31)와 제2광원부(32)에서 각각 조사되는 빛은 탐침부(10)의 축을 중심으로 대칭되도록 마주본다. 이로 인해, 제1광원부(31)와 제2광원부(32)에서 각각 조사된 빛이 서로 겹치는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1광원부(31)에는 제1레이저(311), 제1편광판(312) 및 제1렌즈(313)가 구비된다.
제1레이저(311)는 빛을 생성하여 탐침부(10)로 생성된 빛을 조사한다. 이러한 제1레이저(311)는 격자부(20)와 수평선상에 배치된다.
제1편광판(312)은 제1레이저(311)에서 출력된 빛을 통과시킨다. 이러한 제1편광판(312)을 통과한 빛은 탐침부(10) 축방향의 전기장 성분을 가지는 선형 p-편광된 빛이 된다.
제1렌즈(313)는 제1편광판(312)과 탐침부(10) 사이에 배치되고, 높은 조리개수(Numerical Aperture)를 갖는다. 이로 인해, 제1렌즈(313)를 통과한 빛은 격자부(20)의 중심으로 유도된다.
격자부(20)에 빛이 입사되면, 표면 플라즈몬이 생성되어 탐침부(10)의 꼭지점을 향하여 전파된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2광원부(32)에는 제2레이저(321), 제2편광판(322), 제2렌즈(323) 및 쌍광위상조절부(324)가 구비된다.
제2레이저(321)는 빛을 생성하여 탐침부(10)로 생성된 빛을 조사한다. 이러한 제2레이저(321)는 격자부(20)와 수평선상에 배치된다.
제2편광판(322)은 제2레이저(321)에서 출력된 빛을 통과시킨다. 이러한 제2편광판(322)을 통과한 빛은 탐침부(10) 축방향의 전기장 성분을 가지는 선형 p-편광된 빛이 된다.
제2렌즈(323)는 제2편광판(322)과 탐침부(10) 사이에 배치되고, 높은 조리개수(Numerical Aperture)를 갖는다. 이로 인해, 제2렌즈(323)를 통과한 빛은 격자부(20)의 중심으로 유도된다.
격자부(20)에 빛이 입사되면, 표면 플라즈몬이 생성되어 탐침부(10)의 꼭지점을 향하여 전파된다.
한편, 쌍광위상조절부(324)는 제2레이저(321)에서 조사된 빛의 위상차를 조절한다.
즉, 제1광원부(31)와 제2광원부(32)에서 생성된 빛이 각각 동일한 거리를 이동하여 동일한 위상차를 갖는 상태에서, 단광위상조절부(445)에 의해 둘 중 하나의 위상차가 변경된다.
이와 같이 제2레이저(321)에서 조사된 빛의 위상차를 조절하면, 탐침부(10)의 양측면에서 생성되는 2개의 표면 플라즈몬파의 상대적인 위상을 조절할 수 있으며, 이로 인해 탐침부(10)의 꼭지점에서 전기장 또는 자기장을 선택적으로 집속시킬 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 쌍광위상조절부(324)로는 쌍광압전제어병진판(324a)을 사용한다. 이러한 쌍광압전제어병진판(324a)은 제2레이저(321)에 결합되어 제2레이저(321)의 위치를 조절한다(도 1 참조). 이러한 제2레이저(321)의 위치 조절로 인해, 제1레이저(311)에서 조사된 빛이 이동되는 거리와 제2레이저(321)에서 조사된 빛이 이동되는 거리는 달라진다.
본 발명의 제2실시예에 따른 쌍광위상조절부(324)로는 쌍광위상변화기(324b)를 사용한다. 이러한 쌍광위상변화기(324b)는 제2레이저(321)에서 조사된 빛의 이동경로 상에 배치되어 빛의 위상차를 조절한다.
예를 들어, 쌍광위상변화기(324b)는 제2편광판(322)과 제2렌즈(323) 사이에 배치된다. 쌍광위상변화기(324b)가 사용되면, 제1레이저(311)에서 조사된 빛이 이동되는 거리와 제2레이저(321)에서 조사된 빛이 이동되는 거리가 동일하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광원부(40)에는 주광원부(41), 분할부(42), 제1유도부(43) 및 제2유도부(44)가 구비된다(도 3 및 도 4 참조). 이러한 광원부(40)는 탐침부(10)에 표면 플라즈마를 생성시키기 위해 격자부(20)에 빛을 입사시킨다.
주광원부(41)는 탐침부(10)의 상방에 위치되고, 탐침부(10) 방향으로 빛을 조사한다.
분할부(42)는 주광원부(41)와 탐침부(10) 사이에 배치되고, 주광원부(41)에서 조사된 빛을 분할한다. 이러한 분할부(42)는 주광원부(41)에서 조사된 하나의 빛을 반사시켜 하나의 광을 생성하고, 주광원부(41)에서 조사된 하나의 빛을 통과시켜 또 다른 하나의 광을 생성한다.
제1유도부(43)는 분할부(42)에서 분할된 빛 중 어느 하나, 즉, 분할부(42)에서 반사된 빛을 탐침부(10)의 일측면으로 입사시킨다.
제2유도부(44)는 분할부(42)에서 분할된 빛 중 다른 하나, 즉, 분할부(42)를 통과한 빛을 탐침부(10)의 타측면으로 입사시킨다.
제1유도부(43)와 제2유도부(44)를 통해 각각 유도된 빛은 탐침부(10)의 축을 중심으로 대칭되도록 마주본다. 이로 인해, 제1유도부(43)와 제2유도부(44)에서 각각 유도된 빛이 서로 겹치는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주광원부(41)에는 주레이저(411) 및 주편광판(412)이 구비된다.
주레이저(411)는 빛을 생성하여 탐침부(10)로 생성된 빛을 조사한다. 이러한 주레이저(411)는 탐침부(10)의 상방에 배치되어, 탐침부(10)의 꼭지점 반대편에 위치된다.
주편광판(412)은 주레이저(411)에서 출력된 빛을 통과시킨다. 이러한 주편광판(412)을 통과한 빛은 탐침부(10) 축방향의 전기장 성분을 가지는 선형 p-편광된 빛이 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1유도부(43)에는 제1유도반사경(431), 제1안내반사경(432) 및 제1렌즈(433)가 구비된다.
제1유도반사경(431)은 분할부(42)에서 반사된 빛의 경로를 변경한다. 이러한 제1유도반사경(431)은 분할부(42)의 수평선상에 배치되어 분할부(42)에서 반사된 빛을 하방으로 유도한다.
제1안내반사경(432)은 제1유도반사경(431)의 하방에 위치되어, 제1유도반사경(431)을 통해 반사된 빛을 탐침부(10)의 일측면으로 유도한다.
제1유도렌즈(433)는 제1안내반사경(432)과 탐침부(10) 사이에 배치되고, 높은 조리개수(Numerical Aperture)를 갖는다. 이로 인해, 제1유도렌즈(433)를 통과한 빛은 격자부(20)의 중심으로 유도된다.
격자부(20)에 빛이 입사되면, 표면 플라즈몬이 생성되어 탐침부(10)의 꼭지점을 향하여 전파된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2유도부(44)에는 제2분할반사경(441), 제2유도반사경(442), 제2안내반사경(443), 제2유도렌즈(444) 및 단광위상조절부(445)가 구비된다.
제2분할반사경(441)은 분할부(42)를 통과한 빛의 경로를 변경한다. 이러한 제2분할반사경(441)은 분할부(42)와 탐침부(10) 사이에 배치되고, 분할부(42)를 통과한 빛을 제1유도부(43)의 반대방향으로 반사시킨다.
제2유도반사경(442)은 제2분할반사경(441)을 통해 반사된 빛의 경로를 변경한다. 이러한 제2유도반사경(442)은 제2분할반사경(441)의 수평선상에 배치되어 제2분할반사경(441)을 통해 반사된 빛을 하방으로 유도한다.
제2안내반사경(443)은 제2유도반사경(442)의 하방에 위치되어, 제2유도반사경(442)을 통해 반사된 빛을 탐침부(10)의 타측면으로 유도한다.
제2유도렌즈(444)는 제2안내반사경(443)과 탐침부(10) 사이에 배치되고, 높은 조리개수(Numerical Aperture)를 갖는다. 이로 인해, 제2유도렌즈(444)를 통과한 빛은 격자부(20)의 중심으로 유도된다.
격자부(20)에 빛이 입사되면, 표면 플라즈몬이 생성되어 탐침부(10)의 꼭지점을 향하여 전파된다.
한편, 단광위상조절부(445)는 주광원부(41)에서 조사된 빛의 위상차를 조절한다. 즉, 분할부(42)에서 분할된 빛이 각각 동일한 거리를 이동하여 동일한 위상차를 갖는 상태에서, 단광위상조절부(445)에 의해 둘 중 하나의 위상차가 변경된다.
이와 같이 제2유도부(44)를 통해 이동되는 빛의 위상차를 조절하면, 탐침부(10)의 양측면에서 생성되는 2개의 표면 플라즈몬파의 상대적인 위상을 조절할 수 있으며, 이로 인해 탐침부(10)의 꼭지점에서 전기장 또는 자기장을 선택적으로 집속시킬 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 단광위상조절부(445)로는 단광압전제어병진판(445a)을 사용한다. 이러한 단광압전제어병진판(445a)은 제2유도반사경(442)과 제2안내반사경(443)에 결합되어, 제2유도반사경(442)과 제2안내반사경(443)의 위치를 조절한다(도 3 참조).
이러한 제2유도반사경(442)과 제2안내반사경(443)의 위치 조절로 인해, 분할부(42)에서 반사된 후 제1유도부(43)를 따라 이동되는 빛의 이동거리와 분할부(42)를 통과한 후 제2유도부(44)를 따라 이동되는 빛의 이동거리는 달라진다.
본 발명의 제2실시예에 따른 단광위상조절부(445)로는 단광위상변화기(445b)를 사용한다. 이러한 단광위상변화기(445b)는 제2유도부(44)에 의해 유도되는 빛의 이동경로 상에 배치되어 빛의 위상차를 조절한다.
예를 들어, 단광위상변화기(445b)는 제2안내반사경(443)과 제2유도렌즈(444) 사이에 배치된다. 단광위상변화기(445b)가 사용되면, 분할부(42)에서 반사된 후 제1유도부(43)를 따라 이동되는 빛의 이동거리와 분할부(42)를 통과한 후 제2유도부(44)를 따라 이동되는 빛의 이동거리가 동일하다.
상술한 근거리장 주사 광학 현미경(1)에 의해 두 입사파와 표면 플라즈몬파의 상대적인 위상을 조절함으로써, 탐침부(10) 꼭지점까지 전파되는 2개의 표면 플라즈몬 무리 사이의 간섭 현상을 조절할 수 있다.
이로 인해, 탐침부(10)의 꼭지점에서 전기장 또는 자기장을 선택적으로 집속시킬 수 있다.
또한, 전기장 또는 자기장의 집속이 일어날 때 전자기장의 나머지 성분은 거의 완벽히 소멸되어, 순수하게 전기장 또는 자기장 성분만을 가지는 강한 근거리장을 얻을 수 있다.
만일, 두 입사파의 위상이 동일할 때(위상차=0)에는 탐침부(10)의 꼭지점에서 표면 플라즈몬의 전기장 성분의 보강 간섭이 일어나고 자기장 성분의 상쇄 간섭이 일어나게 되어, 탐침부(10)의 꼭지점에서 강한 전기장 집속이 일어나고 자기장은 소멸된다.
이 경우, 이미 실험적으로 사용되고 있는 하나의 입사파 만을 사용한 경우와 비교했을 때에 비해 출력이 4배가 더 크다.
원뿔형 탐침부(10)는 전 방위각에 대해 대칭성을 가지기 때문에 탐침부(10)가 일종의 대칭 모드 필터로 동작하여, 원뿔의 양면에 대칭성을 가지는 플라즈몬 모드만을 통과시켜 준다.
따라서 단면 입사에 비해 2배의 효율을 가지고 총 4배의 출력을 가능하게 한다.
한편, 두 입사파의 위상이 서로 반대가 될 때(위상차=π)에는 탐침부(10)의 꼭지점에서 표면 플라즈몬의 전기장 성분의 상쇄 간섭과 자기장 성분의 보강 간섭이 일어나서 꼭지점에서 강한 자기장 집속이 일어나고 전기장은 소멸된다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 근거리장 주사 광학 현미경(1)에서 탐침부(10)의 꼭지점에서의 전기장 및 자기장의 선택적 집속 특성을 확인하고 기존에 사용되고 있는 단일 광원 실험 장치와 비교를 하고자 수행한 3차원 유한차분법(FDTD: finite difference time domain) 전산모사의 세부 내용을 설명한다.
전산모사는 12 x 14 x 18 μm3의 물리적 영역을 총 752 x 1078 x 756 개의 전산 그리드로 나누었으며, 그리드 크기는 공간적으로 변화를 주어 금속 팁의 꼭지점 부근에서는 최소 그리드 크기인 0.625 nm 를 지니도록 구성하였다.
근거리장 주사 광학 현미경(1)의 탐침으로 사용되는 탐침부(10)에 대한 상세한 구조는 도 5에 도시되어 있다.
탐침부(10)는 금(Au)으로 이루어져 있으며 각도 30도의 원뿔 형태를 가진다. 탐침부(10)의 꼭지점은 반지름 50 nm의 구로 부드럽게 처리하였다. 빛의 파장에 따라 다른 값을 가지는 금의 유전함수(
Figure 112011048678212-pat00001
)는 드루드(Drude) 모델을 사용하여 계산되었다.
드루드 모델에 사용되는 상수는 체적 플라즈마 주파수
Figure 112011048678212-pat00002
, 충돌빈도
Figure 112011048678212-pat00003
, 무한 주파수에서의 유전율
Figure 112011048678212-pat00004
으로 입력되었다.
탐침부(10)의 표면에는 주기 706 nm와 깊이 100 nm를 가지는 격자홈(21)총 7개를 원뿔 축에 수직되도록 새겨서 격자에 빛이 입사하였을 때 원뿔의 축 방향으로 진행하는 표면 플라즈몬이 생성될 수 있도록 하였다.
실제 실험상에서는 전기화학적으로 부식 (etching)된 원뿔 구조에 집속이온빔(FIB)을 사용하여 격자를 파는 방식으로 제작할 수 있다.
탐침부(10)의 꼭지점에서부터 격자부(20) 부분까지의 거리는 4 μm 가 되도록 하여, 꼭지점에서 집속되는 전자기장이 입사파에 의한 직접적인 영향으로부터 분리될 수 있도록 하였다.
표면 플라즈몬을 생성하기 하기 위해 입사되는 빛은 중심 파장 780 nm 에 스펙트럼 반치폭 (FWHM: Full-Width-at-Half-Maximum) 206 nm를 가지는 가우시안 (Gaussian) 펄스를 사용하였다.
이는 약 6 fs의 펄스 지속시간을 가지는 펄스로, 실제 실험에서 사용되는 값과 유사하다. 실험에서 사용하는 레이저는 fs 단위 펄스 외에도 연속파동 (CW: Continuous Wave) 모드로 동작시켜도 무관하다.
공간상에서 펄스는 반치폭 3.12 mm를 가지는 가우시안 분포를 가지며, 격자부(20) 부분에 수직으로 입사한다. 수직 입사가 필수 조건은 아니지만 입사각이 달라질 경우 격자에서 생성되는 표면 플라즈몬의 중심 파장도 변하기 때문에 입사파의 파장 등도 그에 맞춰 주어야 한다.
본 발명의 효과를 확인하기 위하여 다음과 같은 3가지 경우에 대하여 전산모사를 수행하였다. 1개의 광원을 사용하는 '단면 입사' (도 5(ㄱ)), 그리고 2개의 광원을 사용하는 경우에 대해서 '양면 대칭(전기장 대칭, 자기장 반대칭) 입사' (도 5(ㄴ))와 '양면 반대칭 (전기장 반대칭, 자기장 대칭) 입사' (도 5(ㄷ))에 대해서 탐침부(10)의 꼭지점에서 집속되는 전자기장의 세기와 형태에 대하여 비교를 하였다.
양면 대칭 입사는 금속 팁의 양쪽에서 입사되는 빛의 상대 위상을 전기장을 기준으로 동일하게 맞춘 것이고, 양면 반대칭 입사는 상대 위상이 반대되도록 맞춘 것이다.
위의 3가지 경우에 대하여 탐침부(10)의 꼭지점에서 초집속되는 전기장과 자기장의 시간평균 강도
Figure 112011048678212-pat00005
와
Figure 112011048678212-pat00006
를 꼭지점으로부터 10 nm 떨어진 평면상에서 계산하였으며, 이 값을 입사파의 강도
Figure 112011048678212-pat00007
에 대해서 표준화하여 비교하였다.
도 6에 단면 입사, 양면 대칭 입사, 양면 비대칭 입사 3가지 경우에 대한 전산 모사의 전체적인 결과가 나와있다.
도 4의 1행(ㄱ)-(ㄷ)과 2행(ㄹ)-(ㅂ)에 각각 표준화된 전기장 강도
Figure 112011048678212-pat00008
와 자기장 강도
Figure 112011048678212-pat00009
의 공간적인 분포가 나타나있다. 각 그림의 내부의 사각형에는 탐침부(10)의 꼭지점 부근에서의 확대된 분포를 표시하였다.
먼저, 단면 입사에 비해 양면 대칭 입사의 경우 꼭지점에서 훨씬 더 큰 전기장 집속이 일어나는 것을 확인할 수 있으며 양면 반대칭 입사의 경우 더욱 큰 자기장 집속이 일어나는 것을 볼 수 있다.
단면 입사에 의해 집속된 자기장의 분포를 보면 꼭지점 중심부에서 자기장의 세기가 약함과 동시에 원뿔의 축을 중심으로 매우 비대칭적인 양상을 보여 근거리장 주사 광학 현미경의 탐침으로써 동작하기에 매우 불리한 모습을 보인다.
양면 대칭과 반대칭 입사를 비교해보면, 양면 대칭 입사의 경우 탐침부(10)의 꼭지점에서 강한 전기장 집속이 일어나는 반면 자기장은 거의 완벽하게 소멸되고, 양면 반대칭 입사의 경우 꼭지점에서 전기장이 모두 소멸되는 반면 자기장 집속 현상을 보이는 것을 알 수 있다.
이를 통해 양면 입사 방법으로 단면 입사 보다 더욱 높은 출력의 전자기장 집속을 얻을 수 있으며, 또한 전기장과 자기장을 선택적으로 집속함과 동시에 전자기장의 나머지 성분을 소멸시켜 매우 순수한 전기장 또는 자기장 성분을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
아래에서는 전기장과 자기장 집속 현상에 대해서 더 자세한 분석을 해보겠다.
도 7의 (ㄱ)-(ㄷ)에는 탐침부(10)의 꼭지점으로부터 10 nm 떨어진 평면에서의 전기장 강도
Figure 112011048678212-pat00010
분포가 나타나 있고, 그림 내부에 겹쳐진 그래프에는 좌표 중심 축에서의 전기장 강도의 수치가 표시되어있다.
단면 입사와 양면 대칭 입사의 경우에 강도가 꼭지점의 중심에서 36.8배와 145.6배까지 향상되어 강력한 집속 현상을 보이고 있는데 이 두 경우를 비교하면 약 4배의 출력 차이를 가지며 입사파의 에너지를 고려했을 때 약 2배의 효율 차이를 보이는 것이다.
이와 같은 4배의 출력 차이는 원뿔형 탐침부(10)가 일종의 대칭 모드 필터로 동작하는 원리를 통해 이해할 수 있다.
즉, 원뿔형 탐침부(10)는 전 방위각에 대하여 대칭성을 가지는 구조이기 때문에, 양면에서 진행하는 표면 플라즈몬이 서로 대칭일 경우에만 꼭지점에서 집속이 일어나도록 해주는 대칭 모드 필터로서 동작한다.
단면 입사와 양면 대칭 입사를 간단하게 (1,0)와 (1,1)로 표현해보자면 단면 입사는 (1,0) = (1/2,1/2) + (1/2,-1/2)로 대칭모드와 비대칭 모드로 분리될 수 있다. 대칭 모드인 (1/2,1/2)는 탐침부(10)의 꼭지점에서 (1/2)2+(1/2)2=1/2의 출력을 내고, 비대칭 모드인 (1/2,-1/2)는 탐침부(10)의 꼭지점에서 소멸된다.
양면 대칭 입사 (1,1)는 순수하게 대칭 모드이므로 꼭지점에서 12+12=2 의 출력을 내므로, 단면 입사와 비교했을 때 4배의 출력값을 가지고, 2배의 효율을 보인다.
이와 같은 원리로 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 1개의 주레이저(411)의 분할을 통해 탐침부(10)의 양면에 대칭 입사가 이루어지면, 레이저의 단면 입사에 비해 2배의 효율을 가지므로, 동일한 1개의 레이저로 2배의 출력을 얻을 수 있다.
또한 공간적인 분포 측면에서도 양면 대칭 입사는 전기장의 분포가 더욱 대칭적인 형태를 가지는데 이런 점들을 종합해보면 양면 대칭 입사 방식의 우수성을 알 수 있다.
다음으로 양면 반대칭 입사의 경우 꼭지점 부근에서는 거의 0에 가까운 수치를 보여 전기장의 거의 소멸된 것을 확인할 수 있는데 이는 대칭 모드 필터 원리에 의해 예측되는 바와 같다.
위의 계산된 결과값들은 전산 모사에서 사용한 40 nm 반지름을 가지는 탐침부(10)의 꼭지점 구조에 해당하는 값이며, 더 작은 꼭지점을 사용할 경우 더욱 높은 수치를 얻을 수 있다.
또한, 내부 그래프에서 나와있듯이 집속된 전기장은 모두 강력한 근거리장으로써 중심점으로부터 거리가 멀어짐에 따라 급격히 감소하는데, 이러한 특성에 의해 근거리장 주사 광학 현미경으로써의 활용이 가능한 것이다.
더 작은 꼭지점 크기를 가지는 탐침부(10)를 사용하면 전기장 강도의 공간적인 분포의 반치폭을 더 줄일 수 있어 더 높은 해상도를 가지는 근거리장 주사 광학 현미경을 구현할 수 있다.
도 7의 (ㄹ)-(ㅂ)에는 탐침부(10)의 꼭지점 부근에서 전기장의 z 성분의 세기
Figure 112011048678212-pat00011
가 위상 정보와 함께 표시되어있다.
앞서 설명했던 원뿔형 탐침부(10)가 대칭 모드 필터로 동작하는 것을 여기서 다시 확인할 수 있다.
단면 입사의 경우 금속 팁의 위와 아랫면에서 진행하는 표면 플라즈몬의 위상이 어긋나 있기 때문에 꼭지점에서 약간의 상쇄가 함께 일어나 표면 플라즈몬의 전체 에너지가 효과적으로 출력되지 못한다(도 7 (ㄹ)).
반면에 양면 대칭 입사의 경우, 금속 팁의 위와 아랫면에서 진행하는 표면 플라즈몬의 위상이 정확히 맞기 때문에 대칭 모드 필터 원리에 의해 높은 효율로 강력한 집속이 일어나게 된다(도 7 (ㅁ)).
마지막으로 양면 반대칭 입사의 경우, 아래와 위의 위상이 정확히 반대가 되므로 대칭 모드 필터를 통과하지 못해서 전기장이 모두 소멸되게 된다(도 7 (ㅂ)).
다음으로 자기장에 대해서 분석해보겠다. 도 8의 (ㄱ)-(ㄷ)에 꼭지점으로부터 10 nm 떨어진 평면에서의 자기장 강도
Figure 112011048678212-pat00012
분포가 나타나 있으며 겹쳐진 그래프에는 좌표의 중심축에서의 표준화된 자기장 강도의 수치가 표시되어있다. 흰색 화살표는 나타나는 평면상에서의 자기장의 상대적인 크기와 방향을 나타낸다.
단면 입사와 양면 반대칭 입사를 비교해보면 꼭지점의 중심에서의 자기장이 각각 입사파에 비해 0.794배와 3.263배의 강도를 가져서 약 4배의 출력 차이와 2배의 효율 차이를 보이며, 양면 대칭 입사의 경우 꼭지점 중심부에서 자기장이 모두 소멸되는 것을 볼 수 있다.
이는 앞서서 전기장에 대한 설명에서 나온 대칭 모드 필터가 똑같이 적용된 결과이다.
3가지 입사 방법에 따른 금속 팁 꼭지점에서의 보강 및 상쇄 간섭은 표준화된 자기장
Figure 112011048678212-pat00013
성분의 세기와 위상이 나타나있는 도 8의 (ㄹ)-(ㅂ) 에서 다시 한번 확인할 수 있다.
전기장과 달리 자기장의 경우 단면 입사에서 공간적인 분포상 매우 큰 비대칭이 생겨서 현미경 탐침으로써의 사용이 매우 어려울 뿐만 아니라 앞서서 보았듯이 상대적으로 강한 전기장이 집속되기 때문에 순수한 자기장에 대한 반응을 측정하기가 어렵다.
반면에 양면 반대칭 입사의 경우 꼭지점 중심으로부터 대칭적인 모양의 자기장 집속 형태를 보인다. 전기장에 비해서 자기장의 집속 정도의 값이 상대적으로 작은 이유는 흰색 화살표 방향에서 알 수 있듯이 표면 플라즈몬의 자기장 성분이 원뿔 축을 중심으로 방사각 방향으로 생성되기 때문이다.
자기장이 집속되는 양면 반대칭 입사의 경우에도 방사각 자기장의 y방향 성분이 상쇄되어 그 절대적인 집속도 값이 낮아지게 되지만 x방향 성분의 보강간섭을 통해 자기장 집속이 이루어지게 된다.
여기서 눈여겨볼 점은 양면 반대칭 입사에서의 자기장 집속은 그 절대적인 크기가 크지는 않지만, 전기장의 거의 완벽한 소멸과 함께 이루어진다는 것이다.
따라서 순수한 자기장 성분만을 지니기 때문에 자기장 탐침으로서의 사용이 가능하게 된다.
이점은 도 9의 (ㄱ)-(ㄷ)을 통해 자세히 확인 할 수 있다. 양면 대칭 입사와 비대칭 입사의 차이는 두 입사파 사이의 위상차
Figure 112011048678212-pat00014
를 0에서
Figure 112011048678212-pat00015
로 조절해준 것이므로 그에 따른 전기장과 자기장의 집속도는 도 9의 (ㄱ) 그래프에 나타난 바와 같이 변하게 된다.
위상차에 따라 전기장과 자기장의 집속과 소멸이 서로 반대의 관계를 가지는 것을 다시 한번 확인할 수 있다.
도 7의 (ㄴ)-(ㄷ)에 나타나있는 탐침부(10)의 꼭지점 부근에서의 자기장과 전기장 강도의 비율인
Figure 112011048678212-pat00016
분포에서 알 수 있듯이 꼭지점 중심에서 매우 높은
Figure 112011048678212-pat00017
값이 측정된다.
Figure 112011048678212-pat00018
의 최대값은 약 11이고, 이는 최근에 이루어진 타 연구에서 사용된 자기장 집속 전용 팁 구조에서 얻어진 약 5의 값에 비해서도 더욱 높은 값을 보인다.
단지 주의할 점은 약 5 이상의 높은 자기장 대비 전기장 값을 유지하여 순도 높은 자기장 집속을 얻기 위해서는 전기장이 충분히 작은 값으로 소멸되어야 하기 때문에 두 입사파 사이의 위상차를 세밀하게 제어해야 한다는 점이다.
이를 위한 위상차 제어의 정확도/허용범위는
Figure 112011048678212-pat00019
(780 nm 파장의 입사파에 대해서는 +/- 10 nm)로 구해진다.
도 9의 (ㄴ)-(ㄷ)에 위상차가
Figure 112011048678212-pat00020
에서
Figure 112011048678212-pat00021
으로 변했을 때
Figure 112011048678212-pat00022
값을 가지는 윤곽선이 흰색과 검은색 점선으로 각각 표시되어 있다. 윤곽선에서 보이듯이 허용 범위 내에서는
Figure 112011048678212-pat00023
분포의 차이가 크지 않아 자기장 탐침으로 사용하는 데에 문제가 되지 않는다.
또한 요구되는 정확도는 현재 기술 수준에서 충분히 가능한 정확도이고, 본 실시예에서 사용한 780 nm 보다 더 긴 파장 대역의 입사파를 사용할 경우에는 허용 범위가 더 넓어지기 때문에 구현이 더욱 용이해질 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 탐침부 20 : 격자부
21 : 격자홈 30,40 : 광원부
31 : 제1광원부 32 : 제2광원부
41 : 주광원부 42 : 분할부
43 : 제1유도부 44 : 제2유도부

Claims (22)

  1. 원뿔 형상을 갖는 탐침부;
    상기 탐침부에 새겨지는 격자부; 및
    상기 탐침부의 측면에 입사되는 광원부를 포함하고,
    상기 광원부는
    상기 탐침부의 일측면에 빛을 입사시키는 제1광원부; 및
    상기 탐침부의 타측면에 빛을 입사시키는 제2광원부를 포함하며,
    상기 제1광원부와 상기 제2광원부에서 각각 조사되는 빛은 상기 탐침부의 축을 중심으로 대칭이 되도록 마주보는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제1광원부는
    제1레이저;
    상기 제1레이저에서 출력된 빛을 통과시키는 제1편광판; 및
    상기 제1편광판을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제1렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제2광원부는
    제2레이저;
    상기 제2레이저에서 출력된 빛을 통과시키는 제2편광판;
    상기 제2편광판을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제2렌즈; 및
    상기 제2레이저에서 조사된 빛의 위상차를 조절하는 쌍광위상조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 쌍광위상조절부는 상기 제2레이저에 결합되어 상기 제2레이저의 위치를 조절하는 쌍광압전제어병진판인 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 쌍광위상조절부는 상기 제2레이저에서 조사된 빛의 이동경로 상에 배치되어 위상차를 조절하는 쌍광위상변화기인 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  12. 원뿔 형상을 갖는 탐침부;
    상기 탐침부에 새겨지는 격자부; 및
    상기 탐침부의 측면에 입사되는 광원부를 포함하고,
    상기 광원부는
    주광원부;
    상기 주광원부에서 조사된 빛을 분할하는 분할부;
    상기 분할부에 의해 분할된 빛 중 어느 하나를 상기 탐침부의 일측면으로 입사시키는 제1유도부; 및
    상기 분할부에 의해 분할된 빛 중 다른 하나를 상기 탐침부의 타측면으로 입사시키는 제2유도부를 포함하며,
    상기 제1유도부와 상기 제2유도부를 통해 각각 유도된 빛은 상기 탐침부의 축을 중심으로 대칭이 되도록 마주보는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 주광원부는
    주레이저; 및
    상기 주레이저에서 출력된 빛을 통과시키는 주편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 제1유도부는
    상기 분할부에서 반사된 빛의 경로를 변경하는 제1유도반사경;
    상기 제1유도반사경을 통해 반사된 빛을 상기 탐침부의 일측면으로 유도하는 제1안내반사경; 및
    상기 제1안내반사경을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제1유도렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 제2유도부는
    상기 분할부를 통과한 빛의 경로를 변경하는 제2분할반사경;
    상기 제2분할반사경을 통해 반사된 빛의 경로를 변경하는 제2유도반사경;
    상기 제2유도반사경을 통해 반사된 빛을 상기 탐침부의 타측면으로 유도하는 제2안내반사경;
    상기 제2안내반사경을 통과한 빛을 상기 격자부로 유도하는 제2유도렌즈; 및
    상기 주광원부에서 조사된 빛의 위상차를 조절하는 단광위상조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 단광위상조절부는 상기 제2유도반사경과 상기 제2안내반사경에 결합되어 상기 제2유도반사경과 상기 제2안내반사경의 위치를 조절하는 단광압전제어병진판인 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 단광위상조절부는 상기 제2유도부를 통해 이동되는 빛의 이동경로 상에 배치되어 위상차를 조절하는 단광위상변화기인 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  18. 제 1항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 탐침부의 꼭지점은 수십 내지 수백 나노미터인 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  19. 제 1항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 탐침부의 길이는 수 내지 수십 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  20. 제 1항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 격자부는 상기 탐침부의 지름을 따라 하나 이상의 격자홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 되는 것을 근거리장 주사 광학 현미경.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 탐침부의 표면은 집속이온빔에 의해 가공되어 상기 격자홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 탐침부의 꼭지점과 상기 격자부 간의 거리는 수 내지 수십 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 근거리장 주사 광학 현미경.
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