WO1998010296A1 - Optical fiber probe and its manufacturing method - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical fiber probe used as, for example, an optical probe for detecting evanescent light in a near-field optical microscope which is one of probe scanning microscopes, and a method for manufacturing the same.
- This near-field optical microscope 1 has an extremely small distance from the object surface, which is smaller than the wavelength of light. It measures the shape of an object by detecting evanescent light localized in a close area.
- the evanescent light 2 a generated by irradiating the object 3 with the laser light 2 under the condition of total reflection is scattered by the tip of the nanometer-sized sharp portion 5 of the probe 4.
- the probe 4 is composed of an optical fiber, and the light scattered by the sharp part 5 of the optical fiber probe 4 passes through the sharp part 5 to the optical fiber core. Be guided.
- the light guided into the core propagates through the core, exits from the other end (outgoing end) of the optical fiber, and is detected by the detector. Then, at this time, by scanning the optical fiber probe 4 on the object 3, a two-dimensional image of the detection light can be obtained.
- the optical fiber probe 4 used in the near-field optical microscope 1 includes a conical sharp tip having a nanometer-sized tip (a so-called tip probe), as shown in FIG.
- a so-called tip probe Those having a light-shielding coating layer 6 made of metal or the like except for the tip of the sharp portion 5 (a so-called aperture probe) can also be used.
- the scattered light does not pass through the portion where the light-shielding coating layer 6 is formed, but passes only through the tip where the light-shielding coating layer 6 is not formed. That is, a fiber having a tip exposed from the opening 6 a of the light-shielding coating layer 6 covering the sharp portion 5 is used as the optical fiber probe 4.
- near-field optical microscopes collects evanescent light generated on an object with a probe, and is called a collection mode.
- near-field optical microscopes include an illumination mode in which an optical image is obtained by locally illuminating an object with evanescent light generated at the tip of the probe, and evanescent light generated at the tip of the probe.
- An illumination collection mode is known in which an object is locally illuminated and light scattered by the tip of the probe is detected through the probe.
- the phenomenon of energy transfer between an object and a probe in such a near-field optical microscope is understood as a short-range interaction between their polarizations.
- Conditions for effective interaction between the object and the probe include: first, the size of the object and the probe are close, and second, the distance between the object and the probe is smaller than the size of the probe. It is.
- the size of the probe means the tip end of the tip probe, and the diameter of the opening of the open probe. Therefore, the highest resolution of the near-field optical microscope is determined by the tip diameter of the probe divided by the aperture diameter.
- one end of an optical fiber was sharpened by chemical etching to produce a tip probe having a conical sharpened portion 5, and then the tip of the sharpened portion 5 was formed by vacuum evaporation. Except for this, the method of forming the light-shielding coating layer 6 was regarded as an effective method.
- the area where the cross-sectional diameter of the sharp part 5 is equal to or less than the wavelength (hereinafter, the dimension from the tip to the position where the cross-sectional diameter becomes equal to the wavelength of light is referred to as the chip length L). In), light is remarkably absorbed by the metal, and the transmission efficiency is reduced.
- the sharp angle ⁇ should be increased (that is, When the chip length L is reduced), light leaks from a thin metal part around the opening, so that an image cannot be obtained with the same high spatial resolution as in the case of a small acute angle.
- the light-shielding coating layer 6 provided on the surface of the sharp portion 5 has been formed by a dry film forming method such as a vacuum evaporation method.
- a dry film forming method such as a vacuum evaporation method.
- the tip of the optical fiber is not exposed from aluminum, and the thickness of the light-shielding layer is 30 nm. It is covered with a thick aluminum film.
- vacuum evaporation requires a vacuum evaporation system with a rotating mechanism for optical fibers and a high degree of vacuum, mass production of optical fiber probes will significantly reduce production costs. Can not expect.
- a metal tip (a so-called plasmon probe), which has a thin metal film with a thickness of 1 to 50 nm, has a high scattering efficiency due to the dielectric constant of the large metal. It is known that a strong near-field is generated at the tip based on the near-field enhancement effect of the plasmon excited by the plasmon. However, they are difficult to use in illumination mode due to their insufficient light blocking power.
- a near-field optical microscope using light as a medium can perform not only measurement of the shape of a sample but also local wavelength spectrometry.
- an illuminated collection mode in which both light irradiation and light detection are performed through an optical fiber probe is simple and effective.
- the transmittance of the conventional optical fiber probe is low, and the illumination efficiency and collection in each of the illumination (illumination) and collection (light collection) modes. The actual measurement was difficult because of the low light efficiency.
- conventional fiber optic probe in order to have available core 3 5 0 UV transmittance less germanium dioxide for absorption in nm (GeO 2) doped silica (SiO!), Can be used in ultraviolet Did not.
- An object of the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and it has become possible to reduce the aperture diameter while sufficiently securing light transmission efficiency.
- An object of the present invention is to provide an optical fiber probe and a method for manufacturing the same.
- Another object of the present invention is to provide a light-shielding coating layer having a fine opening at the sharp end of an optical fiber, and to improve the optical fiber probe with excellent resolution and the productivity.
- An object of the present invention is to provide a manufacturing method which can be achieved.
- Another object of the present invention is to provide an optical fiber probe excellent in both resolution and scattering efficiency and a method for manufacturing the same.
- Still another object of the present invention is to provide an optical fiber probe capable of transmitting both excitation light and detection light generated from a sample, and a method of manufacturing the same.
- a cladding is provided around a core. It is characterized by having a sharpened portion having three inclination angles at three ends and having three inclination angles at one end thereof.
- the inclination angle of the second step from the distal end side of the sharp portion is, for example, 30 ° to 90 °, and the inclination angles of the first step and the third step from the distal end are Smaller than this angle.
- the root diameter of the tapered surface of the first stage from the tip side of the sharp portion is set to be equal to or smaller than the wavelength of the light to be propagated.
- optical fiber probe can be, for example, OH added pure silica Oh Rui pure silica (Si () Fluorine around the core consisting of (F) added silica (S i0 2) optical fiber clad is provided consisting of A sharp point is provided at one end of the.
- the optical fiber probe has, for example, a light-shielding coating layer formed on the surface of the sharp portion except for the vicinity of the tip of the sharp portion, and the tip of the sharp portion has the light-shielding property through an opening. It is exposed from the coating layer.
- the optical fiber probe has, for example, a light-shielding coating layer formed on the surface of the sharp portion except for the vicinity of the tip of the sharp portion, and the tip of the sharp portion has the light-shielding property through an opening. It protrudes from the coating layer.
- the optical fiber probe has, for example, a light-shielding coating layer formed on the surface of the sharpened portion by vacuum evaporation and chemical etching.
- the optical fiber probe has, for example, a light-shielding coating layer formed on the surface of the sharpened portion except for the periphery of the tip of the sharpened portion by an electroless plating method, and the tip of the sharpened portion has an opening. It protrudes from the light-shielding covering layer through the light-shielding layer.
- the light-shielding coating layer is formed, for example, to have a uniform thickness up to an intermediate portion of the sharp portion. The thickness decreases to a position corresponding to the opening diameter of the opening.
- a first metal layer, a dielectric layer, and a second metal layer are formed on the surface of the sharp portion.
- the refractive index n of the dielectric layer is lower than the refractive index n of the sharp portion.
- the first metal layer, the dielectric layer, and the second metal layer are thinner at the tip of the sharp portion than at other regions. .
- the thickness of the first metal layer is 1 to 50 nm and the thickness of the second metal layer is 100 nm or more in an area other than the tip of the sharp part. You.
- the first metal layer is formed except for the front end.
- An optical fiber probe comprises an optical fiber in which a first cladding and a second cladding are provided around a core, and the core protruding from a base end and the first cladding are sharpened.
- a method of manufacturing an optical fiber probe according to the present invention includes a second core, a first clad, and a second clad provided in this order around a first core,
- r 4 P r 3 + (r 3-r 2 ) [(R 2 + R 3 ) / (R 3 -R 2 )] 1/2 r 2 : radius of the outer peripheral surface of the second core
- the sharpened portion is further formed by vacuum evaporation and etching.
- a light-shielding coating layer is formed except for the above.
- the sharpened portion is further formed by an electroless plating method.
- a light-shielding coating layer is formed except for the tip.
- the method for manufacturing an optical fiber probe according to the present invention is directed to a method for forming a clad having a clad provided around a core, the clad being formed at one end of the clad with an inclined portion inclined from an outer periphery to an inner periphery.
- Process and A first sharpening step in which one end of the core protrudes from the clad by chemical etching and one end of the core is sharpened conically, and one end of the conical sharpened core is chemically etched to form two ends.
- an optical fiber is melt-drawn to form an inclined portion at one end of the clad.
- the etching rate of the core R 1 2 is taken as R 2 2
- Chemical etching is performed under conditions that satisfy the conditions.
- the etching rate of the core R 1 3 is taken as R 2 3
- Chemical etching is performed under conditions that satisfy
- a light-shielding coating layer is formed at one end of the sharpened optical fiber except for the tip of the core.
- the method for manufacturing an optical fiber probe according to the present invention includes: an optical fiber having a first cladding and a second cladding provided around a core; and one end of the first cladding of the optical fiber, which is inclined from an outer periphery to an inner periphery.
- the above-mentioned core is formed by a clad tilting process that forms A first sharpening step in which the end protrudes from the first clad and this end is conically sharpened, and one end of the conically sharpened core has two inclination angles by chemical etching. And a second sharpening step of inclining in stages.
- Chemical etching is performed under conditions that satisfy
- the core etching rate is R 12
- the first cladding etching rate is R 22
- the second cladding etching rate is R 12 .
- the rate is taken as R 32
- Chemical etching is performed under conditions that satisfy
- the Edzuchingu rate of core R 13 the etching rate of the first click La Uz de R 23, the second Kuradzu de
- the etching speed is R33
- Chemical etching is performed under conditions that satisfy
- the optical fiber in which a second core and a clad are provided around a first core is inclined at one end of the clad from an outer periphery to an inner periphery.
- an optical fiber is melt-drawn to form an inclined portion at one end of the clad.
- Chemical etching is performed under conditions that satisfy
- FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of a near-field optical microscope.
- FIG. 2 is a sectional view showing an aperture probe manufactured by a conventional manufacturing method.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the tip shape of the optical fiber probe according to the present invention.
- FIG. 4 is a sectional view of an essential part showing an optical fiber having a quadruple structure.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing a dissolution rate distribution of an optical fiber.
- FIG. 7 is a schematic diagram showing a refractive index distribution of an optical fiber having the dissolution rate distribution shown in FIG.
- FIG. 8 is a schematic diagram showing the progress of etching of a quadruple fiber having a dissolution rate distribution of R, ⁇ R 2 and R 3 ⁇ R 4 .
- FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the tip shape of the optical fiber probe according to the present invention.
- FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of an optical fiber probe having a light-shielding coating layer formed at the tip.
- Figure 11 shows an optical fiber probe with a light-shielding coating layer formed at the tip. It is sectional drawing which shows the other example of a.
- FIGS. 12A and 12B show an etching process of the light-shielding coating layer.
- FIG. 12A is a cross-sectional view showing the light-shielding coating layer before etching
- FIG. 12B is a sectional view of the optical fiber from the light-shielding coating layer by etching.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the distal end is exposed
- FIG. 4C is a cross-sectional view showing a state in which the distal end of the optical fiber projects from the light-shielding coating layer by etching.
- FIG. 13 is a cross-sectional view showing the plating process when the plating solution is subjected to nitrogen bubbling before and during plating.
- FIG. 14 is a cross-sectional view showing another example of an optical fiber probe having a light-shielding coating layer formed at the tip.
- FIG. 15 is a schematic diagram showing a configuration example of a near-field optical microscope to which the optical fiber probe according to the present invention is applied.
- FIG. 16 is a cross-sectional view of a main part of an optical fiber probe having a triple coating layer.
- FIG. 17 is a cross-sectional view showing an example of a sharpened portion of an optical fiber probe manufactured by the method of manufacturing an optical fiber probe according to the present invention.
- FIG. 18 is a cross-sectional view showing an example of an optical fiber probe having a light-shielding coating layer formed thereon.
- FIG. 19 is a cross-sectional view showing another example of the optical fiber probe on which the light-shielding coating layer is formed.
- FIG. 20 shows a specific example of a method for manufacturing an optical fiber probe in the order of steps, and is a cross-sectional view showing an optical fiber before sharpening.
- FIG. 21 is a cross-sectional view illustrating a clad tilting step in the specific example of the above-described manufacturing.
- FIG. 22 shows a first sharpening step in a specific example of the above manufacturing method.
- FIG. 23 is a cross-sectional view showing a second sharpening step in a specific example of the above manufacturing method.
- FIG. 24 shows another specific example of a method for manufacturing an optical fiber probe in the order of steps, and is a cross-sectional view showing an optical fiber before being sharpened.
- FIG. 25 is a schematic diagram showing a state where heat is applied to the optical fiber.
- FIG. 26 is a schematic diagram showing an optical fiber that has been melt-drawn.
- FIG. 27 is a schematic diagram showing the separated optical fiber.
- FIG. 28 is a cross-sectional view showing the shape of the optical fiber after the melt drawing.
- FIG. 29 is a cross-sectional view showing a first sharpening step in another specific example of the above manufacturing method.
- FIG. 30 is a cross-sectional view showing a second sharpening step in another specific example of the above manufacturing method.
- FIG. 31 shows a method of forming the light-shielding coating layer in the order of steps, and is a cross-sectional view showing a sharp portion before the formation of the light-shielding coating layer.
- FIG. 32 is a cross-sectional view showing a coating layer forming step by a vacuum evaporation method.
- FIG. 33 is a cross-sectional view showing an etching mask forming step by a vacuum evaporation method.
- FIG. 34 is a cross-sectional view showing the step of etching the coating layer.
- FIG. 35 is a cross-sectional view showing an etching mask removing step.
- FIG. 36 is a cross-sectional view showing a sharpened portion before a light-shielding coating layer is formed.
- FIG. 37 is a cross-sectional view showing a first coating layer forming step by electroless plating.
- FIG. 38 is a cross-sectional view showing a step of forming a second coating layer by a vacuum evaporation method.
- FIG. 39 is a cross-sectional view showing an etching mask forming step by a vacuum evaporation method.
- FIG. 40 is a cross-sectional view showing a step of etching the second coating layer.
- FIG. 41 is a cross-sectional view showing the etching mask removing step.
- the optical fiber probe according to the present invention is used in a near-field optical microscope that excites evanescent light on an object and detects a scattered light of the evanescent light to obtain a light image.
- this optical fiber probe functions as illumination for illuminating an object in a wavelength region smaller than the wavelength of light, that is, illumination for evanescent light.
- this optical fiber probe functions as a scatterer that scatters the evanescent light excited on the object and also functions as a waveguide for guiding the scattered light to the detector.
- the fiber optic probe acts as both illumination and scatter.
- the optical fiber probe according to the present invention has, for example, a structure as shown in FIG. That is, the optical fiber probe 10 is made of an optical fiber having a clad 12 formed around the core 11. And one end of this optical fiber probe 10 has three A sharpened portion 13 is formed which is inclined in three steps with an inclination angle.
- the surfaces having the respective inclination angles ⁇ , ⁇ , which constitute the sharpened portion 13 are referred to as a first tapered surface 13a, a second tapered surface 13b, and a third tapered surface from the distal end side. Called tapered surface 13c.
- the sharpened portion 13 of the optical fiber probe 10 having three inclination angles and having three inclination angles as described above, it is effective to reduce the inclination angle of the first taper surface 13a to a small angle.
- the aperture size is reduced, and the resolution is improved.
- the sharp portion is sharpened conically at one inclination angle, the smaller the inclination angle, the greater the loss of light and the lower the transmission efficiency.
- the sharpened portion 13 inclined in three steps having three inclination angles the second tapered surface is formed even if the inclination angle of the first tapered surface 13a is set to a small angle. Light transmission efficiency can be increased by increasing the inclination angle /?
- the optical finoprobe 10 can enhance the resolution while sufficiently obtaining the light transmission efficiency.
- the inclination angle / of the second tapered surface 13 b is 30 ° to 90 °
- the inclination angle of the first tapered surface 13 a is 3rd. It is desirable that the inclination angle a of the tapered surface 13 c be smaller than the inclination angle 5.
- the inclination angle and the outer diameter of the first tapered surface 13a, the second tapered surface 13b, and the third tapered surface 13c be in the following ranges.
- the inclination angle /? Is 30 ° to 90 ° as described above. It is desirable that the root diameter d! Of the second taper surface 13b is equal to or longer than the wavelength of the light to be propagated. In the first tapered surface 13a, the inclination angle is preferably 30 ° or less. Also, the root diameter of the first tapered surface 13a (1,, is not more than the root diameter d! Of the second tapered surface 13b and not more than the wavelength of the light to be propagated, for example, 50 to; It is preferably about L00 nm.
- the inclination angle a is desirably 10 ° to 30 °.
- the sharpening of the optical fins 15 is performed by, for example, a chemical etching method.
- the dissolution rate of the first core 16 in the etching solution is set to R,
- the dissolution rate of the core 17 is R 2
- the dissolution rate of the first clad 18 is R 3
- the dissolution rate of the second clad 19 is R 4
- ⁇ R 2 ⁇ R 3 ⁇ should be selected to Suyo meet R 4 consists conditions.
- Fig. 5 shows a graph of this dissolution rate distribution.
- the horizontal axis is the radius of the outer peripheral surface of each layer.
- r is the radius of the outer peripheral surface of the first core 16
- r 2 is the radius of the outer peripheral surface of the second core 17
- r 3 is the radius of the outer peripheral surface of the first clad 18
- r 4 represents the radius of the outer peripheral surface of the second clad 19.
- the vertical axis is the dissolution rate in that region.
- the dissolution rate in this etching solution depends on the composition of the etching solution and the optical fiber. It is determined by the material of each layer constituting Aiva 15.
- the second core pure quartz (Si0 2)
- the first clad low concentration fluorine (F) doped silica (Si0 2)
- the first taper surface 13 a is formed on the first core 16, and the second taper surface 13 b is formed on the second core 17. Then, chemical etching is performed so that the third tapered surface 13 c is formed on the first clad 18.
- the second clad 19 is a support layer for forming the third tapered surface 13c.
- the geometric model of the selective chemical etching of the optical fiber 15 having the quadruple structure and the dissolution rate in the etching solution It is necessary to design the relative refractive index difference distribution (so-called fiber type) of the optical fiber 15 and the material composition corresponding to the relative refractive index difference distribution based on the correlation between the relative refractive index difference and the relative refractive index difference.
- the G e 0 2 added S i 0 2 and F added S i 0 2 shows the dissolution rate of the relationships in the pure S i 0 relative refractive index difference 2 and etchant.
- HF buffered hydrogen fluoride
- FIG. 8 a geometric model of selective chemical etching as shown in FIG. 8 of the optical fiber 1.5 having the dissolution rate distribution shown in FIG. 5 will be considered.
- r ⁇ r ⁇ is assumed.
- fiber 15 has various shapes.
- T i [ri / R.] [(. + R 2 ) / (R 2 -R.)] 1/2
- T 2 [(r 2 - r t) / R 2] [(R 2 + R 3) / (R 3 - R 2)] 1/2
- T 3 T 2 + [ri / R,] [(, + R 3 ) / (R 3 -R] 1/2
- T 4 [(r 3-r 2 ) / R 3 ] [(R 3 + R 4 ) / (R 4 — R 3 )] 1/2
- r 4P is etching time shed second clad 1 8 and three inclination angles as shown in Figure 9 when the T 4, beta, is tilted in three stages with ⁇
- the optical fiber probe 10 having the sharp portion 13 is obtained.
- multimode light waves can be propagated in the first clad 18 covered by the second clad 19.
- the first core 1 6 of the optical fiber 1 5, the second core 1 7, first and second clad 1 8, 1 9 G e 0 2 added S i 0 2 respectively, pure S i 0 2, when made from F added S i 0 2, as the etching solution, if example embodiment, 40 wt% NH4 F aqueous solution: 50 wt% HF acid: H 2 0 X: 1 : 1 (X> 1. 7) comprising a volume Use a buffered HF solution at a specific ratio. In the etching with the buffered HF solution, the acute angle 2 of the first core 16 can be controlled by changing the volume ratio X of the NH 4 F aqueous solution.
- the first core G e 0 2 added S i 02
- the tip of the optical fiber 15 was sharpened at three inclination angles ,, ,,.
- the specific dimensions were as follows.
- the first taper side is the first taper side
- Root diameter d! 0.1 ⁇ m
- Optical fibers for manufacturing the optical fiber probe 10 include a first core, a second core, a first clad, a second clad, A five-layer optical fiber consisting of three claddings may be used.
- the third clad can be made of pure S i 02 and low concentration F added S i 0 2.
- the ⁇ 4 ⁇ It is necessary to ask for the parameter r 5 P.
- the dissolution rate R 5 of the third Kuradzu de equal to R 2 ⁇ 5 P is
- the outer diameter of the optical fiber probe 10 coincides with twice r 3 .
- the radius of the outer circumferential surface of the second clad is smaller than the initial radius r 3 at the time the third Te one tapered surface 3 c is formed.
- the optical fiber probe may be configured to substantially cover the surface of the sharp portion with a light-shielding coating layer having a minute opening at the tip of the sharp portion.
- An open probe having such a light-shielding coating layer has a function of suppressing propagating light that causes a reduction in resolution.
- an image having a high resolution for example, as shown in the optical fiber probe 20 shown in FIG. 10 and the optical fiber probe 30 shown in FIG. It is essentially necessary that it be exposed or protrude from the 14 opening.
- the light-shielding coating layer 14 When the light-shielding coating layer 14 is formed in this manner, light is blocked at the portion where the light-shielding coating layer 14 is formed, and the light-shielding coating layer 14 has a small opening or the thickness of the light-shielding coating layer 14. Only light will be selectively captured, thus enhancing the resolution. It is desirable that the light-shielding coating layer 14 be made of a metal material such as aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt).
- This light-shielding coating layer 14 can be formed by a vacuum evaporation method or an electroless plating method.
- the vacuum evaporation method is a method in which a thin film is formed by heating and evaporating an evaporation source and applying the vapor to a surface to be processed.
- the light-shielding coating material 14 is formed by heating and evaporating the light-shielding coating material toward the side of the fiber while rotating the optical fin 15 in vacuum.
- the light-shielding coating layer 14 it is desirable to use a metal such as aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt).
- a buffer layer of, for example, chromium (Cr) having a thickness of 5 nm may be formed by vacuum deposition before forming the light-shielding coating layer 14.
- aluminum (A1) is vapor-deposited and formed on the sharpened portion 13 to have a diameter of about 250 nm.
- the light-shielding coating layer 14 was formed with an average film thickness, a 13 A minute opening could be formed at the tip of the tip 13.
- an optical fiber probe 2 whose tip 13A is exposed from the light-shielding coating layer 14 is required.
- an optical fiber probe 30 whose tip 13A protrudes from the light-shielding coating layer 14 is required.
- Methods for forming the light-shielding coating layer 14 for producing these optical fiber probes include a method comprising vacuum deposition and chemical etching and an electroless plating method.
- the light-shielding coating material is heated and evaporated toward the fiber side while rotating the optical fiber in a high vacuum.
- Form layer 14 at this time, in order to improve the adhesion of the light-shielding coating layer 14 to the optical fiber 15, before forming the light-shielding coating layer 14, for example, a buffer such as chrome (Cr) having a thickness of 5 nm is used.
- the layer may be formed by vacuum evaporation.
- an optical fiber coated with a corrosion-resistant coating film to block light The bar is formed except for its tip. This corrosion resistant coating is formed by heating and evaporating the corrosion resistant coating material toward the side of the fiber while rotating the optical fiber in a high vacuum.
- this light-shielding coating layer 1 is formed by heating and evaporating the corrosion resistant coating material toward the side of the fiber while rotating the optical fiber in a high vacuum.
- optical fiber 15 having a corrosion-resistant coating film, in which the light-shielding coating layer 14 is dissolved, and immersed in an etchant that does not dissolve the corrosion-resistant coating film.
- the electroless plating method is an aqueous solution in which a complexing agent, a buffering agent, a stabilizer, and the like for dissolving a metal film at a constant rate are dissolved in addition to a metal salt and a reducing agent for depositing a plating film. It uses an (electroless plating solution) to deposit a metal plating film on the surface to be treated by an oxidation-reduction reaction between metal ions and a reducing agent. .
- a catalytic metal nucleus such as palladium (Pd) is deposited on the surface of the sharpened portion 13 to perform an activation treatment.
- a plating film of nickel (Ni) or the like is formed on the surface of the sharpened portion 13 that has been subjected to the activation treatment, using an electroless plating solution. At the tip 13 A of the sharpened part 13, it is difficult to form a plating film.
- a plating film is formed with 3 A exposed.
- the optical fiber probe 20 manufactured in this way is made of pure quartz (SiO 2) with 99% of the core area having high transmittance in the near ultraviolet region. Therefore, high-resolution image measurement in the ultraviolet region, ultraviolet spectroscopy, high-density optical recording, and ultrafine processing can be performed using a near-field optical microscope using this probe.
- the optical fiber probes 20 and 30 according to the present invention have, at one end thereof, the sharpened portions 13 having three inclination angles H and, and having three inclinations, so that sufficient transmission efficiency can be obtained.
- the aperture diameter can be reduced while obtaining. Therefore, an optical image having high spatial resolution can be obtained by the near-field optical microscope using such optical fiber probes 20 and 30.
- the sharp shape of the optical fiber probes 20 and 30 can be easily tailored by controlling the etching rate of the core and the clad based on the selective chemical etching.
- optical fiber probe 30 The specifics of the optical fiber probe 30 according to the present invention will be described based on experimental results.
- the Ni plating film was uniformly deposited in the region far from the tip 13A of the sharpened part 13, and also on the tip side than this area.
- a plating film (20 to 30 nm) was deposited.
- the diameter d M of the terminal part of the film formed with a uniform thickness is 3 zm
- the root diameter d F of the part where the plating film is formed with a small thickness to be the opening is 450 nm. It is.
- This optical fiber Lobe 30 is considered to be a type of plasmon probe.
- the tip 13A of the sharp portion 13 is covered with a metal film, and plasmon is excited on the surface of the metal film by light irradiation.
- the scattering efficiency at the tip 13 A of the sharpened part 13 is enhanced compared to the tip probe without metal coating due to the large dielectric constant (absolute value) of the metal.
- the optical fiber tube 30 has the surface of the sharp portion 13 shielded from light except for the vicinity of the tip of the sharp portion 13 by an electric fieldless plating method. Is formed, and the tip 13 A of the sharpened portion 13 has an opening protruding from the light-shielding coating layer 14, and is selected from the tip 13 A of the protruded sharpened portion 13.
- the evanescent light can be detected with high resolution without being affected by disturbance light or the like.
- the electroless plating method since the light-shielding coating layer 14 can be formed except for the tip of the sharp portion 13, the metal etching step as in the above-described vapor deposition method is unnecessary.
- the electroless plating method has a higher film forming rate than the vacuum evaporation method and the like and is a wet coating method, so that the production efficiency can be greatly improved.
- the optical fiber probe according to the present invention has a structure as shown in FIG. That is, the optical fiber probe 40 shown in FIG. 14 is composed of an optical fiber in which a first clad 42 and a second clad 43 are provided around a core 41, and at one end thereof. It has a sharpened portion 44 formed by sharpening the core 41 and the first clad 42 protruding from the base end.
- the light-shielding coating layer 45 covering the sharp portion 4 has an opening 46 so that the tip 44 A of the sharp portion 44 is exposed. Is formed.
- the core 41 propagates light in a single guided mode.
- One clad 42 is adapted to propagate light in a plurality of waveguide modes. That is, the first clad 42 functions as a clad for the core 41 and also functions as a multi-mode core.
- Such an optical fiber probe 40 can be used, for example, as an optical probe of a near-field optical microscope.
- FIG. 15 shows the configuration of an illumination / collection mode near-field optical microscope 50 using this optical fiber probe 40.
- the excitation light Le generated from the light source 52 passes through the dichroic mirror 55 and is condensed by the lens 53.
- the collected excitation light Le is taken in from the rear end of the optical fiber probe 40 and propagates in the core 51 while repeating reflection at the boundary between the core 41 and the first clad 42. .
- the excitation light Le propagated to the sharp portion 44 is condensed at the sharp portion 44, exits from the tip 44A of the sharp portion 44 through the opening 46, and irradiates the sample 51. You.
- the excitation light is absorbed to generate electrons and holes.
- the light (detection light) Ls emitted when the excited electrons recombine with holes is detected and separated.
- the detection light Ls generated from this sample 51 is taken in from the opening 46 of the optical fiber probe 40 and repeatedly reflected at the boundary between the first clad 42 and the second clad 43. Propagation in the first clad 42.
- the transmitted detection light Ls is emitted from the rear end side of the optical fiber probe 40, reflected by the dichroic mirror 55 to the light detection section 56, and detected and spectrally measured by the light detection section 56. Is made.
- the light transmittance is low like a semiconductor and the excitation is low.
- the sample is a sample in which the excited electrons are spatially diffused, it is possible to irradiate the excitation light Le locally to the detection position of the sample, and to detect the photoexcited sample 51.
- Light Ls can be detected with high spatial resolution.
- wavelength spectroscopy of luminescence since the optical signal obtained from the sample is very weak, it is important to increase the excitation efficiency (irradiation efficiency) and the light collection efficiency.
- the excitation light Le propagates through the core 41 configured to propagate light of a single waveguide mode, and the detection light Ls The light propagates in the first cladding 42 that is adapted to propagate the light in the guided mode.
- the single-mode core 41 the light attenuation is small, so that the loss of the pump light is suppressed to a small value, and high pump efficiency (irradiation efficiency) is obtained.
- the detection light Ls from the sample 51 can be efficiently collected. Therefore, a wavelength spectral vector that reflects the characteristics of the sample can be measured with high sensitivity.
- the shape of the sharp portion 44 of the optical fiber probe 40 is also important in order to increase the excitation efficiency and the light collection efficiency.
- the optical fiber probe 40 according to the present invention which has three sharp angles and three sharp angles and has a sharp portion 44, maintains its high resolution by controlling the tilt angles. while doing, Both its excitation efficiency and light collection efficiency can be enhanced.
- the surfaces having the respective inclination angles are referred to as a first taper surface 44a, a second taper surface 44b, and a third taper surface 44c from the terminal side.
- Such a tip shape of the optical fiber probe 40 can be obtained by chemical etching or the like.
- As an etching solution a 40% by weight NH 3 ⁇ F aqueous solution, a 50% by weight HF acid and a buffered HF solution composed of H! O are used.
- Such an optical fiber probe 40 having a sharp portion inclined in three steps having three inclination angles can be manufactured, for example, as follows.
- a double clad optical fiber was prepared.
- a sharpened portion composed of the first tapered surface, the second tapered surface, and the third tapered surface was formed.
- the sharp angle, cross-sectional diameter, and tube length of each tapered surface of the sharp portion were as follows.
- Diameter d 0.5 m of cross section on the rear end side of the first taper surface
- Tip diameter of the first tapered surface several nm or less
- the second cladding was all etched away.
- the optical fiber probe according to the present invention has a sharpened portion 13 having a structure as shown in FIG.
- the optical fiber probe 60 shown in FIG. 16 includes a first metal layer 61, a dielectric layer 62, and a second metal layer 61 on the surface of the sharpened portion 13 of the optical fiber probe 10 shown in FIG.
- the metal layers 63 are formed in this order, and the thickness of each of the layers 61, 62, 63 is reduced at the tip 13A of the sharpened portion 13 as compared with the outer peripheral surface.
- the optical fiber probe 60 In the optical fiber probe 60, plasmons are excited on the surface of the first metal layer 61 by light irradiation, so that the optical fiber probe 60 can be regarded as a kind of plasmon probe.
- the first metal layer 61 having a large dielectric constant (absolute value) is formed at the tip 13A of the sharp portion 13, no metal layer is formed.
- the evanescent field can be scattered with higher scattering efficiency.
- the second metal layer 63 provided on the outermost periphery serves as a light-shielding coating layer, thereby blocking light from entering, and allowing light from the sample to pass through the second metal layer 63. It is selectively taken in from the 13 A tip where the film thickness is decreasing. That is, an opening is formed around the tip 13 A by the second metal layer 63. Therefore, evanescent light can be detected with high resolution without being affected by disturbance light or the like.
- the first metal layer 61 is made of aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), or the like. Specifically, the thickness t M3 of the first metal layer 61 is desirably 1 to 50 nm.
- the second metal layer 63 is made of aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), chromium (Cr), or the like.
- the thickness t M4 of the second metal layer 63 needs to be a thickness necessary for light shielding, for example, 100 nm or more.
- the dielectric layer 62 when the refractive index of the dielectric layer 62 is lower than the refractive index of the sharp portion 13, the dielectric layer 62 can function as a well-known buffer layer in a metal waveguide. That is, the dielectric layer 62 suppresses plasmon excitation at the tip 13 A of the sharp portion 13, thereby reducing the loss in the TM mode.
- pointed portions 1 3 G e 0 2 added S i 0 2 (refractive index:. About 1 5) if composed of the Nifudzu bitten Guneshiumu (MgF (refractive The ratio is approximately 1.3), etc.
- MgF Nifudzu bitten Guneshiumu
- Optical fiber probe with dielectric thickness in the range of 50 to 150 nm
- the optical fiber probe 60 is manufactured by a vapor deposition method.
- the first metal layer 61, the dielectric layer 62, and the second metal layer 63 are formed by sequentially heating and evaporating the evaporation source toward the side of the fiber while rotating the optical fiber in high vacuum. .
- Second metal layer Aluminum (A1)
- an optical fiber probe 60 having a dielectric layer 62 made of a material having a high refractive index such as zinc sulfide (ZnS) or zinc selenide (ZnSe) it is necessary to reduce the wavelength of light in the probe tip region. As a result, the transmittance is increased.
- the refractive index of the dielectric layer 62 is larger than the refractive index of the sharp portion 13, it does not work effectively as a buffer layer.
- the optical fiber probe manufactured by the manufacturing method described below is a tip probe that detects the near field at the tip made of a dielectric as shown in Fig. 17, or a sharp tip as shown in Figs. 18 and 19.
- a light-shielding coating layer 105 is formed on the portion of the part 101 except for the tip 101 A, and light detection or irradiation is performed from the opening at the tip where the light-shielding coating layer 105 is not formed. This is a so-called aperture probe.
- the optical fiber probe manufactured by this manufacturing method has, in particular, a sharpened portion 101 inclined in three steps having three inclination angles a, ⁇ , and ⁇ , as shown in FIG.
- three surfaces having the respective inclination angles ⁇ , ⁇ , and ⁇ of the sharpened portion 101 are referred to as a first tapered surface 102, a second tapered surface 103, and a third tapered surface, respectively, from the distal end side.
- the taper surface 104 is referred to as the optical surface of each of the taper surfaces 102, 103, 104 and the inclined part.
- the angle with respect to the central axis is called the tilt angle, and twice this tilt angle is called the acute angle.
- the diameter d In this optical fiber probe, the diameter d.
- the cross section on the rear end side of the first taper surface 102 is desirably equal to or smaller than the wavelength of the light to be propagated.
- the diameter d 2 of the rear end side of the cross-section of 3 is desirably are more N wavelengths of light that will be propagated.
- the tip probe has a clad tilting process that forms a slope that slopes from the outer circumference to the inner circumference at one end of the fiber cladding, and one end of the core protrudes from the cladding by chemical etching, and this end is conical. It is manufactured by a first sharpening step of sharpening the conical shape, and a second sharpening step of inclining one end of the conically sharpened core into two steps having two inclination angles by chemical etching.
- a first clad 122 is provided around the core 121, and a second clad 123 is further provided therearound.
- An optical fiber probe is manufactured from the obtained double clad optical fiber 120.
- an inclined portion 124 shown in FIG. 21 is formed in the first clad 122 by selective chemical etching of the first clad 122 and the second clad 123.
- the etching rate of the core 122 is set to R 1 u
- the etching rate of the first clad 122 is set to R 2
- An inclined portion 124 that is inclined over the inner peripheral portion is formed.
- the angle of inclination of the inclined portion is determined by the etching rates R 21 and R 31 and is expressed by the following equation.
- one end of the core 121 is separated from the first clad 122 by a first sharpening step as shown in FIG. At the same time, one end is sharpened conically.
- the etching rate of the core 122 is R 12
- the etching rate of the first clad 122 is R 22
- the etching rate of the second clad 123 is R 32.
- Etching is performed under the etching conditions such that R 12 ⁇ R 22 ⁇ R 32 .
- a conical sharpened portion 125 protruding from the clad 122 is formed at one end of the core 121 as shown in FIG.
- the previous acute second ahead sharp portion 1 25 is determined by the inclination angle ⁇ of the inclined portion of Etsuchingu speed R 12, R 22 and clad is represented by the following formula.
- one end of the core 121 sharpened in a conical shape is inclined in two stages by a second sharpening step.
- core 1 2 1 etch rate R i 3 the first clad 1 2 2 Etsuchingu speed R 23, second clad 1 2 3 etch rate R 33 Etching is performed under such etching conditions that R 13 > R 23 and R 33 .
- a first taper surface 126 and a second taper surface 127 are formed, and a third taper surface 128 is formed on the clad 122.
- An optical fiber probe with three inclination angles and a sharpened part that is inclined in three steps is manufactured.
- the diameter d, of the cross section of the first taper surface 1 26 at the sharp end 2 at the rear end side is the sharp angle 25 of the sharp portion 1 25 in the first sharpening step and the second It is determined by the etching speeds R and 3 of the core 122 and the etching time in the sharpening process.
- the acute angle 2 of the second taper surface is obtained by the following equation.
- the diameter d 2 of the rear end side of the cross section of the second Te one tapered surface 1 2 7 coincides with the core diameter
- the inclination angle y of the third tape one tapered surface 1 2 8 in clad inclined step Matches the tilt angle.
- the relationship between the inclination angle ⁇ and the etching rates R 23 and R 33 in the third etching step is represented by the following equation.
- an optical fiber probe is manufactured from the optical fiber 120 provided with the first clad 122 and the second clad 123 around the core 122.
- the optical fiber 120 for example, one having the following material configuration is used. Core: G e 02 added S i 02
- the following is suitable as an etchant used in each step.
- a three-step tilted optical fiber probe having the second clad 123 can be obtained.
- light in a single waveguide mode propagates in the core 122 and light in multiple waveguide modes propagates in the first clad 122.
- Single mode ⁇ Can be used as multimode fiber.
- an optical fiber probe is manufactured from an optical fin 130 provided with a clad 132 around a core 131.
- the optical fiber 130 is melt-drawn to form an inclined portion in the clad 132.
- the optical fiber 130 is melted by heating as shown in Fig. 25, and as shown in Fig. 26, it is stretched by pulling both sides of the melted portion left and right. I do. Then, by further pulling the optical fiber 130, the optical fiber 130 is separated into two as shown in FIG. As shown in FIG. 28, the separated optical fiber 130 has a slope 133 formed in the clad 132 at one end of the melt-drawn fiber, and has an angle at the tip end side of the slope 133. The shape is as if a sharp thread was drawn. Also, the core 13 1 has a small diameter at the front end portion due to being stretched, and has a shape in which the front end surface is buried in the cladding 132. The shape of the thread at the end of the clad is removed by chemical etching in the next step.
- one end of the core 131 is clad by a first sharpening step as shown in FIG.
- one end of the core 131 which has been sharpened in a conical shape in this manner, is further inclined in two steps having two inclination angles by a second sharpening step, as shown in FIG.
- the core 13 1 has a first tapered surface 13 5 and a second tapered surface 13 36 having different inclination angles
- the clad 13 2 has a third tapered surface 13.
- An optical fiber probe having a tapered surface 137 is formed, and a sharpened portion having three inclination angles and having three inclination angles is manufactured.
- sharpness angle 2 of the first taper surface 135 and the diameter of the cross section on the rear end side are the sharpness angle 2a of the sharpness portion 134 in the first sharpening step and the second sharpness.
- the diameter d 2 of the cross section on the rear end side of the second tapered surface 13 6 matches the core diameter (core diameter reduced by melt drawing), and the inclination of the third tapered surface 13 7
- the angle a corresponds to the angle of inclination in the cladding inclination process.
- an optical fiber probe is manufactured from the optical fiber 130 provided with the clad 13 around the core 13.
- the optical fiber 130 for example, a material having the following material configuration is used.
- optical fiber 1 3 0 in the specific example described above, F added S i 0 around the core 13 1 consisting of 0 Eta added pure S I_ ⁇ 2 or pure S i 0 2 2 (or B 2 0 3 added with S i 0 2) clad 1 32 optical fiber which is provided consisting, to produce an optical fiber probe in the following manner.
- the optical fiber 130 is melt-drawn.
- the melt-drawn optical fiber 130 has a slope 133 formed in the clad 132 at one end where the melt-drawing is performed, and a thread having a sharper angle at the tip end side than the slope 133.
- the shape looks like a pull.
- the core 13 1 has a reduced diameter at the distal end portion due to being stretched, and has a shape in which the distal end is buried in the clad 132.
- the shape of the clad 132 which looks like a thread at the tip, is removed by etching in the next step.
- one end of the core 131 is connected to the cladding 132 by a sharpening process as shown in FIG. And one end thereof is sharpened conically.
- This sharpening step the Etsuchingu the etching rate of the core 1 3 1 R 12, when the etching rate of the class Uz de 132 1 ⁇ 2 ⁇ 1 2'll become Una etching conditions.
- the core 13 1 is pure S i 0 2, when Kuradzu de 132 of sharpening process using the optical fiber Bruno 130 is F added S i 02 is, in etching with buffered solution canal composition , the value of R l2 / R 22 becomes smaller than one predetermined value.
- the buffer solution, 40 wt% NHAF solution: 5 0 wt% HF acid: H 2 0 (volume ratio) X: 1: Y ( X, Y is any) is that of a mixed solution. Note that previously sharp 2 /? Of the sharpened tip 134 is determined by the inclination angle ⁇ of Etsuchingu speed R 12, R 22 and clad 1 32 is expressed by the following equation.
- Processing time 60 minutes A sharpening process was performed.
- the tip portion 133 of the optical fiber 130 was sharpened at two inclination angles.
- the specific dimensions were as follows.
- the first taper side is the first taper side
- the light-shielding coating layer 105 is formed by forming a light-shielding metal film at a sharp portion by a vacuum evaporation method or an electroless plating method, and then forming an etching mask thereon except for a tip portion. Thereafter, etching is performed, and the metal film at the tip is removed to be formed.
- the chip length L is specifically selected from about lOOnm to about 300nm.
- Such a light-shielding coating layer 105 is applied to the sharpened portion 153 of an optical fiber 150 provided with a clad 152 around a core 51 as shown in FIG. A method of forming will be described.
- the optical fiber 150 is rotated around its central axis in a vacuum using a vacuum evaporation apparatus, and the side of the sharp portion 15 The metal vapor is supplied for vapor deposition. As a result, as shown in FIG. 32, a light-shielding coating layer 154 is formed on the sharpened portion 1553.
- the coating layer 154 a material having high light-shielding properties and high conductivity is used, such as aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt). Can be used. Among them, aluminum (A1) is preferable.
- an etching mask 155 is formed on a portion of the coating layer 154 except for a tip portion. The etching mask 155 is formed by rotating the optical fiber 150 around its central axis in a vacuum using a vacuum evaporation apparatus, and supplying vapor from a corrosion-resistant material to perform evaporation.
- the metal vapor has high straightness, if the metal vapor is supplied from the rear with a slant to the sharp part, the metal vapor will not flow to the tip of the coating layer. 5 5 can be formed.
- the etching mask 1 5 5 is formed.
- the etching mask 155 and the material may be any as long as they exhibit corrosion resistance to the etchant in the etching of the coating layer 154 in the next step.
- chromium (Cr) is appropriate.
- silver (Ag), platinum (Pt), etc. can be used in consideration of the combination with the coating layer.
- etching mask 155 After forming the etching mask 155 in this way, chemical etching is performed by immersing the tip of the optical fiber 150 on which the coating layer 154 and the etching mask 155 are formed in an etching solution.
- an etching solution such as a NaOH aqueous solution is used.
- the optical mask ′ is subjected to a treatment with an etching solution that dissolves the etching mask and does not dissolve the light-shielding coating layer 154 as shown in FIG. With the exception of 55, the aperture probe is manufactured.
- the first light-shielding coating layer is formed by an electroless plating method.
- a catalytic metal nucleus such as palladium (Pd) is deposited on the surface of the sharp portion 167 to perform an activation treatment.
- the optical fiber 1 6 0 is applied to tin (Sn) on the fiber surface by dipping the tin dichloride (SnCh) solution, followed by dichloride palladium (PdCl 2) solution to optical fiber 1 Soak 60.
- SnCh tin dichloride
- PdCl 2 dichloride palladium
- the optical fiber 160 coated with tin (Sn) is immersed in a palladium dichloride (PdCl 2 ) solution, tin (Sn) is replaced by palladium (Pd), and the catalytic metal core of palladium is changed. Deposits on the fiber surface.
- the activation treatment may be performed by directly depositing palladium (Pd) on the surface of the sharpened portion by a thin film forming technique such as sputtering. Then, a plating film such as nickel (Ni) is formed on the surface of the sharpened portion of the optical fiber that has been activated by an electroless plating solution. The plating film does not precipitate in small-sized portions such as the tip of the sharp portion 167 because the reaction of dissolved oxygen is active. Therefore, the plating processing time By controlling, the first light-shielding covering layer 168 is formed in a shape having an opening 168a at the tip as shown in FIG.
- a second light-shielding coating layer 169 is formed on the first light-shielding coating layer 168.
- the optical fiber is rotated around its central axis in a vacuum using a vacuum deposition apparatus, and metal vapor is supplied from the side of the sharp portion to perform vapor deposition. .
- a light-shielding second coating layer 169 is formed as shown in FIG.
- the second coating layer 169 a material having high light-shielding properties and high conductivity is used, and aluminum (Al), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), or the like is used. be able to. Among them, aluminum (A1) is preferable.
- an etching mask 170 is formed except for the tip of the second covering layer 169.
- the etching mask 170 rotates the optical fiber 160 around its central axis in a vacuum using a vacuum evaporation apparatus, and supplies vapor of a corrosion-resistant material from the side to the sharpened portion. It is formed by vapor deposition.
- any material that exhibits corrosion resistance to the etchant in the etching of the second coating layer 169 in the next step for example, chromium (Cr) is appropriate.
- Cr chromium
- silver (Ag), platinum (Pt) or the like can be used in consideration of the combination with the coating layer.
- etching mask After forming the etching mask in this manner, chemical etching is performed by immersing the tip of the optical fin 160 on which the second covering layer 169 and the etching mask 170 are formed in an etching solution.
- an etching solution When the tip of the optical fin 160 is immersed in the etching solution, only the second coating layer 169 at the tip where the etching mask 170 is not formed is selectively etched, as shown in FIG. Then, a second light-shielding coating layer 169 having an opening 169a formed at the tip is formed.
- a strong aqueous solution such as a NaOH aqueous solution is used as the etching solution.
- the optical fin 160 is treated with an etching liquid that dissolves the etching mask 170 and does not dissolve the second light-shielding coating layer 169, as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the etching mask is removed, and the aperture probe is manufactured.
- the example of forming the light-shielding coating layer has been described.
- the first taper surface is formed.
- the chip length L can be reduced by increasing the inclination angle ⁇ of the second taper surface even when the acute angle 2 is set to a small angle.
- the inclination angle ⁇ of the third tapered surface does not directly affect the resolution and the transmission efficiency.
- the inclination angle ⁇ be as small as possible.
- a sharpened portion was formed at one end of the optical fiber by performing the following melt drawing step (1), first sharpening step (2), and second sharpening step (3).
- the optical fiber was melted by heating a part of the optical fiber with a micro-vibe bra (P-2000 manufactured by Sutter), and the fiber was separated into two parts by pulling both sides of the melted part.
- a micro-vibe bra P-2000 manufactured by Sutter
- One end of the optical fiber was etched under the etching conditions such that R 13 > R 23 when the etching rate of the core was R i 3 and the etching rate of the clad was R 23 .
- a sharpened portion composed of the first tapered surface, the second tapered surface, and the third tapered surface was formed.
- the sharp angle, cross-sectional diameter, and tip length of each tapered surface of this sharp portion were as follows. ⁇ Sharp angle of first taper surface: 2 °: 20 °
- Diameter d 2 of the cross section on the rear end side of the second taper surface 0.2
- Tube length L 0.3 m
- Tip diameter of the first taper surface several nm or less
Landscapes
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Description
明 細 書 光ファイバプローブ及びその製造方法
技 術 分 野 本発明は、 例えばプローブ走査型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 卜光を検出する光プローブ等として使 用される光フアイバプローブ及びその製造方法に関する。
背 景 技 術 通常の光学顕微鏡により得られる画像の分解能は回折限界 (光の 波長) によって制限される。
これに対して、 ナノメートルサイズの構造を持つプローブを備え た近接場光学顕微鏡を用いれば、 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。 さらに、 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。
ここで、 近接場光学顕微鏡の一例を図 1に示す。 この近接場光学 顕微鏡 1は、 物体表面からの距離が光の波長よりも小さい、 極めて
近接した領域に局在するエバネッセン 卜光を検出して物体の形状を 測定するものである。
具体的には、 全反射条件下で物体 3にレーザ光 2が照射されるこ とにより生じたエバネッセン ト光 2 aを、 プローブ 4のナノメート ルサイズの先鋭部 5の先端によって散乱させる。 この図 1に示すこ の近接場光学顕微鏡 1では、 プローブ 4が光ファイバで構成されて おり、 この光ファイバプローブ 4の先鋭部 5によって散乱された光 が当該先鋭部 5を通じて光ファイバのコアに導かれる。 そして、 コ ァ内に導かれた光は、 コア内を伝搬し、 光ファイバのもう一方の端 部 (出射端) から出射し、 検出器によ り検出される。 そして、 この とき、 光ファイバプローブ 4を物体 3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。
この近接場光学顕微鏡 1で用いられる光ファイバプローブ 4とし ては、 円錐状に形成された先鋭部の先端がナノメートルサイズとな されたもの (いわゆるチッププローブ) の他、 図 2に示すように先 鋭部 5の先端を除いて金属等からなる遮光性被覆層 6を形成したも の (いわゆる開口プローブ) も使用することができる。 この開口プ ローブでは、 遮光性被覆層 6が形成された部分では散乱光が透過せ ず、 遮光性被覆層 6が形成されていない先端のみを透過する。 つま り、 先鋭部 5を被覆する遮光性被覆層 6の開口部 6 aから露出した 先端を持つファイバが上述の光ファイバプローブ 4として使用され る。
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。
この他、 近接場光学顕微鏡としては、 プローブの先端に生じさせ たエバネッセン 卜光によって物体を局所的に照らすことにより光学 画像を得るイルミネ一シヨンモードや、 プローブの先端に生じさせ 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 先端によって散乱させた光をプローブを通じて検出するイルミネ一 シヨン · コレクションモードが知られている。
ところで、 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。 物体とプローブの間で効果的な相互作用が生じ る条件としては、 第 1に物体とプローブの大きさが近いこと、 第 2 に物体とプローブの間の距離がプローブの大きさ以下であることで ある。 ここでプローブの大きさとは、 チッププローブにおいては先 端侄、 開口プローブにおいては開口径を意味する。 したがって、 近 接場光学顕微鏡の最高分解能は、 プローブの先端径ゃ開口径によつ て決定される。
これまで、 開口プローブを作製するためには、 光ファイバの一端 を化学ェツチングで先鋭化することにより円錐状の先鋭部 5を持つ チッププローブを作製し、 さらに真空蒸着法により先鋭部 5の先端 を除いて遮光性被覆層 6を形成する手法が効果的な方法とされてい た。
ここで、 先鋭角 0が小さいとき、 先鋭部 5の断面直径が波長以下 となる領域 (以下、 先端部から、 断面直径が光の波長人と等しくな る位置までの寸法をチップ長 Lと称する) において光が金属に著し く吸収され、 透過効率が低下する。
しかし、 透過効率を増強するために、 先鋭角 < を大きく (すなわ
ちチップ長 Lを小さく) した場合には、 開口周辺の金属の薄い部分 から光が漏れるために、 小さい先鋭角の場合と同等の高い空間分解 能を持って画像を得ることはできない。
また、 これまで先鋭部 5の表面に設ける遮光性被覆層 6は、 真空 蒸着法のような乾式の成膜法により形成されている。 しかし、 例え ば、 真空蒸着法により、 1 2 0 n mの厚さのアルミニウム(A1 )の遮 光性被覆層 6を形成した場合、 光ファイバの先端はアルミニウムか ら露出せず、 3 0 n mの厚さのアルミニウム膜で覆われる。 また、 真空蒸着法を行うためには、 光ファイバの回転機構を持つ真空蒸着 装置と高い真空度が必要になるので、 光フアイパブローブを量産す ることによって大幅に生産コス トを削減することは期待できない。 また、 金属製チップゃ 1〜 5 0 n mの薄い金属膜を持つ金属化誘 電体チップ (いわゆるプラズモンプローブ) は、 その大きな金属の 誘電率のために高い散乱効率を持ち、 光照射時に金属表面に励起さ れるプラズモンによる近接場の増強効果に基づいて、 その先端に強 い近接場を生成することがわかっている。 しかし、 これらはその不 十分な遮光力のためにィルミネ一シヨンモードで使用するのは困難 である。
ところで、 光を媒体とする近接場光学顕微鏡は、 試料の形状測定 だけでなく、 局所的な波長分光測定を行うことができる。
例えば、 半導体デバイスの近接場光学分光を行う場合、 光照射と 光検出の両方を光フアイパブロ一ブを介して行うところのイルミネ —シヨン · コレクションモードが簡便で有効である。 しかし、 従来 の光ファイバプローブの透過率が低く、 イルミネーション (照明) とコレクション (集光) のそれぞれのモードにおいて照明効率, 集
光効率が低いので、 実際の測定が困難であった。 また、 従来の光フ アイバプローブは、 3 5 0 n mにおける吸収のために紫外線の透過 率が低い二酸化ゲルマニウム(Ge02 )添加石英(SiO! ) でコアができて いたために、 紫外で使用できなかった。
そこで、 本発明の目的は、 このような従来の実情に鑑みて提案さ れたものであり、 光の透過効率を十分に確保しながら、 開口径の微 小化を図ることができるようにした光ファイバプローブ及びその製 造方法を提供することにある。
また、 本発明の他の目的は、 光ファイバの先鋭部に微小開口を有 する遮光性被覆層を容易に形成することができ、 優れた分解能を持 っ光フアイパブローブと生産性の向上を図ることができるその製造 方法を提供することにある。
また、 本発明の目的は、 分解能と散乱効率のいずれにおいても優 れた光ファイバプローブ及びその製造方法を提供することを目的と する。
また、 本発明の他の目的は、 紫外光の透過率の優れた光ファイバ プローブ及びその製造方法を提供することにある。
さらに、 本発明の他の目的は、 励起光と、 試料から発生した検出 光の両方を伝搬することが可能な光ファイバプローブ及びその製造 方法を提供することにある。
発 明 の 開 示 本発明に係る光ファイバプローブは、 コアの周りにクラッ ドが設
けられてなる光ファイバよりなり、 その一端に、 3つの傾斜角を持 つ 3段階に傾斜された先鋭部を有することを特徴とする。
この光ファイバプローブにおいて、 上記先鋭部の先端側から 2段 目の傾斜角は、 例えば、 3 0 ° 〜 9 0 ° であり、 先端側から 1段目 の傾斜角及び 3段目の傾斜角はこの角度よりも小さい。 また、 この 光ファイバプローブにおいて、 上記先鋭部の先端側から 1段目のテ ーパ面の根元径は、 伝搬される光の波長以下とされる。
また、 この光ファイバプローブは、 例えば、 O H添加純粋石英あ るいは純粋石英(Si( )からなるコアの周りにフッ素(F ) 添加石英(S i02 )からなるクラッ ドが設けられた光ファイバの一端に先鋭部を設 けてなる。
また、 この光ファイバプローブは、 例えば、 上記先鋭部表面に当 該先鋭部の先端周辺を除いて形成された遮光性被覆層を有し、 上記 先鋭部の先端が開口部を介して上記遮光性被覆層から露出している。 また、 この光ファイバプローブは、 例えば、 上記先鋭部表面に当 該先鋭部の先端周辺を除いて形成された遮光性被覆層を有し、 上記 先鋭部の先端が開口部を介して上記遮光性被覆層から突出している。 また、 この光ファイバプローブは、 例えば、 上記先鋭部表面に真 空蒸着と化学エッチングにより形成された遮光性被覆層を有する。 また、 この光ファイバプローブは、 例えば、 上記先鋭部表面に無 電界めつき法により当該先鋭部の先端周辺を除いて形成された遮光 性被覆層を有し、 上記先鋭部の先端が開口部を介して上記遮光性被 覆層から突出している。
また、 この光ファイバプローブにおいて、 上記遮光性被覆層は、 例えば、 先鋭部の中途部まで均一な厚さで形成され、 この中途部か
ら開口部の開口径に相当する位置まで厚さが減少している。
また、 この光ファイバプローブは、 例えば、 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る。
この光ファイバプローブにおいて、 上記誘電体層の屈折率 nは、 上記先鋭部の屈折率 nよりも低いものとされる。
また、 この光ファイバプロ一ブにおいて、 上記第 1の金属層、 誘 電体層及び第 2の金属層は、 上記先鋭部の先端での厚さが他の領域 での厚さよ り薄くされる。
さらに、 この光ファイバプローブは、 上記先鋭部の先端以外の領 域において、 上記第 1の金属層の厚さが 1〜 50 nm、 上記第 2の 金属層の厚さが l O O nm以上とされる。 上記第 1の金属層は、 先 端部を除いて形成される。
本発明に係る光ファイバプローブは、 コァの周りに第 1のクラヅ ドと第 2のクラッ ドが設けられてなる光ファイバよりなり、 基端部 から突出したコアと第 1のクラッ ドを先鋭化することで形成された 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部を有する光ファイバ プローブであって、 上記コアは単一導波モードの光を伝搬し、 上記 第 1のクラツ ドは複数の導波モードの光を伝搬することを特徴とす る o
本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、 第 1のコアの周 りに、 第 2のコア、 第 1のクラヅ ド、 第 2のクラッ ドがこの順に設 けられてなり、
r 4 P= r 3 + ( r 3 - r 2) [ (R2 + R3) / (R3 - R2) ] 1/2 r 2 : 第 2のコアの外周面の半径
r 3 : 第 1のクラッ ドの外周面の半径
R2 : 第 2のコアの溶解速度
R3 : 第 1のクラッ ドの溶解速度
としたときに、 第 2のクラッ ドの外周面の半径 r4が、
r 4 ^ r 4 p
となる光フアイバの一端に、
R 第 1のコアの溶解速度
R2 : 第 2のコアの溶解速度
R 3 : 第 1のクラッ ドの溶解速度
R4 :第 2のクラッ ドの溶解速度
なる条件でェヅチングを行つた後、
R .<R2<R3 < R 4
なる条件で化学エッチングを行うことにより、 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部を形成することを特徴とする。
この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記光フアイ バの一端に 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部を形成し た後、 さらに、 真空蒸着とエッチングにより上記先鋭部の先端を除 いて遮光性被覆層を形成する。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記光 ファイバの一端に 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部を 形成した後、 さらに、 無電解めつき法により上記先鋭部の先端を除 いて遮光性被覆層を形成する。
本発明に係る光フアイパプローブの製造方法は、 コアの周りにク ラッ ドが設けられてなる光ファィバの前記クラッ ドの一端に外周か ら内周にかけて傾斜する傾斜部を形成するクラッ ド傾斜工程と、 化
学エッチングにより、 上記コアの一端をクラッ ドから突出させると ともに、 この一端を円錐状に先鋭化する第 1の先鋭化工程と、 円錐 状に先鋭化されたコアの一端を化学エッチングにより 2つの傾斜角 を持つ 2段階に傾斜させる第 2の先鋭化工程とを有することを特徴 とする。
この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記クラッ ド 傾斜工程において、 光ファイバを溶融延伸することにより、 クラッ ドの一端に傾斜部を形成する。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記第 1の先鋭化工程において、 コアのエッチング速度を R 1 2、 クラッ ド のエッチング速度を R 2 2としたときに、
1 2 J¾ 2 2
を満たす条件で化学ェツチングを行う。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記第 2の先鋭化工程において、 コアのエッチング速度を R 1 3、 クラッ ド のエッチング速度を R 2 3としたときに、
R 1 3 Z 2 3
を満たす条件で化学エッチングを行う。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記第 2の先鋭化工程の後、 先鋭化された光ファイバの一端にコアの先端 部を除いて遮光性被覆層を形成する。
本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、 コアの周りに第 1のクラッ ドと第 2のクラッ ドが設けられてなる光ファイバの上記 第 1のクラッ ドの一端に外周から内周にかけて傾斜する傾斜部を形 成するクラッ ド傾斜工程と、 化学エッチングにより、 上記コアの一
端を第 1のクラッ ドから突出させるとともに、 この一端を円錐状に 先鋭化する第 1の先鋭化工程と、 円錐状に先鋭化されたコアの一端 を化学エッチングにより 2つの傾斜角を持つ 2段階に傾斜させる第 2の先鋭化工程とを有することを特徴とする。
この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記クラッ ド 傾斜工程において、 コアのエッチング速度を R H、 第 1のクラッ ド のエッチング速度を R 2 第 2のクラッ ドのエッチング速度を R 3 , としたときに、
11 = 21 ^ R 31
を満たす条件で化学エッチングを行う。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記第 1の先鋭化工程において、 コアのエッチング速度を R 12、 第 1のク ラッ ドのエッチング速度を R22、 第 2のクラヅ ドのエツチング速度 を R32としたときに、
R 1 2 \ K 2 2 <. R 3 2
を満たす条件で化学エッチングを行う。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記第 2の先鋭化工程において、 コアのェヅチング速度を R 13、 第 1のク ラヅ ドのエツチング速度を R23、 第 2のクラヅ ドのエツチング速度 を R 33としたときに、
K 1 3 z R 2 3、R 3 3
を満たす条件で化学エッチングを行う。
さらに、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記 第 2の先鋭化工程の後、 先鋭化された光ファィバの一端に遮光性被 覆層を形成する。
本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、 第 1のコアの周 りに、 第 2のコアとクラッ ドが設けられてなる光ファイバの前記ク ラッ ドの一端に外周から内周にかけて傾斜する傾斜部を形成するク ラッ ド傾斜工程と、 化学エッチングにより、 上記第 1のコアと第 2 のコアの一端をクラヅ ドから突出させるとともに、 2つの傾斜角を 持つ 2段階に傾斜させる先鋭化工程とを有することを特徴とする。 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記クラッ ド 傾斜工程において、 光ファイバを溶融延伸することにより、 クラヅ ドの一端に傾斜部を形成する。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記先 鋭化工程において、 第 1のコアのエッチング速度を R 1 2、 第 2のコ ァのエッチング速度を R 2 2、 クラッ ドのエッチング速度を R 3 2とし たときに、
K 1 2 . R 2 2 \ K 3 2
を満たす条件で化学エッチングを行う。
また、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記先 鋭化工程の後、 第 1のコアのエッチング速度を R 1 3、 第 2のコアの エッチング速度を R 2 3、 クラッ ドのエッチング速度を R 3 3としたと きに、 を満たす条件で化学エッチングを行うことにより、 第 1のコアの一 端を 2つの傾斜角を持つ 2段階に傾斜させる。
さらに、 この光ファイバプローブの製造方法では、 例えば、 上記 先鋭化工程の後、 先鋭化された光ファイバの一端に遮光性被覆層を 形成する。
図面の簡単な説明 図 1は、 近接場光学顕微鏡の原理を示す模式図である。
図 2は、 従来の製造方法で製造された開口プローブを示す断面図 である。
図 3は、 本発明に係る光フアイパブローブの先端形状の一例を示 す断面図である。
図 4は、 4重構造の光ファイバを示す要部断面図である。
図 5は、 光ファイバの溶解速度分布を示す模式図である。
図 6は、 フッ素(F) 添加石英(Si02), 純粋石英(Si02), 二酸化ゲ ルマニウム(Ge02)添加石英(Si02)について、 純粋石英(Si02)に対す る比屈折率差と 40重量%NH4F水溶液 : 50重量%HF酸 : H2 〇 (体積比) = 1 0 : 1 : 1で混合された緩衝 HF溶液中での溶.解 速度の関係を示す特性図である。
図 7は、 図 5に示す溶解速度分布を有する光ファィバの屈折率分 布を示す模式図である。
図 8は、 R , < R 2く R 3 < R 4なる溶解速度分布を有する 4重構造 フアイバのェッチングの進行を示す模式図である。
図 9は、 本発明に係る光ファィパプローブの先端形状の他の例を 示す断面図である。
図 1 0は、 先端部に遮光性被覆層を形成した光ファイバプローブ の一例を示す断面図である。
図 1 1は、 先端部に遮光性被覆層を形成した光ファイバプローブ
の他の例を示す断面図である。
図 1 2は、 遮光性被覆層のエッチング過程を示すものであり、 ( a ) はエッチング前の遮光性被覆層を示す断面図であり、 ( b ) はエッチングにより遮光性被覆層から光フアイパの先端部が露出し た状態を示す断面図であり、 ( c ) エッチングにより遮光性被覆層 から光ファイバ一の先端部が突出した状態を示す断面図である。 図 1 3は、 めつき前及びめつきの間中めつき液に窒素バブリング を行った場合のめっき過程を示す断面図である。
図 1 4は、 先端部に遮光性被覆層を形成した光ファイバプローブ の他の例を示す断面図である。
図 1 5は、 本発明に係る光ファイバプローブを適用した近接場光 学顕微鏡の構成例を示す模式図である。
図 1 6は、 3重に被覆層を形成した光ファイバプローブの要部断 面図である。
図 1 7は、 本発明に係る光ファイバプローブの製造方法で製造さ れる光フアイパブローブの先鋭部の一例を示す断面図である。
図 1 8は、 遮光性被覆層が形成された光ファイバプローブの一例 を示す断面図である。
図 1 9は、 遮光性被覆層が形成された光ファイバプローブの他の 例を示す断面図である。
図 2 0は、 光ファイバプローブの製造方法の具体例を工程順に示 すものであり、 先鋭化前の光ファイバを示す断面図である。
図 2 1は、 上記製造の具体例におけるクラッ ド傾斜工程を示す断 面図である。
図 2 2は、 上記製造方法の具体例における第 1の先鋭化工程を示
す断面図である。
図 2 3は、 上記製造方法の具体例における第 2の先鋭化工程を示 す断面図である。
図 2 4は、 光ファイバプローブの製造方法の他の具体例を工程順 に示すものであり、 先鋭化前の光ファイバを示す断面図である。 図 2 5は、 光ファイバに熱を印加した状態を示す模式図である。 図 2 6は、 溶融延伸されて光ファイバを示す模式図である。
図 2 7は、 分離された光ファイバを示す模式図である。
図 2 8は、 溶融延伸後の光ファイバの形状を示す断面図である。 図 2 9は、 上記製造方法の他の具体例における第 1の先鋭化工程 を示す断面図である。
図 3 0は、 上記製造方法の他の具体例における第 2の先鋭化工程 を示す断面図である。
図 3 1は、 遮光被覆層の形成方法を工程順に示すものであり、 遮 光性被覆層形成前の先鋭部を示す断面図である。
図 3 2は、 真空蒸着法による被覆層形成工程を示す断面図である。 図 3 3は、 真空蒸着法によるエッチングマスク形成工程を示す断 面図である。
図 3 4は、 被覆層のエッチング工程を示す断面図である。
図 3 5は、 エッチングマスク除去工程を示す断面図である。
図 3 6は、 遮光性被覆層形成前の先鋭部を示す断面図である。 図 3 7は、 無電解めつきによる第 1の被覆層形成工程を示す断面 図である。
図 3 8は、 真空蒸着法による第 2の被覆層形成工程を示す断面図 である。
図 3 9は、 真空蒸着法によるエッチングマスク形成工程を示す断 面図である。
図 4 0は、 第 2の被覆層のエッチング工程を示す断面図である。 図 4 1は、 エッチングマスク除去工程を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら 詳細に説明する。
本発明に係る光ファイバプロ一ブは、 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り光 の画像を得る近接場光学顕微鏡に使用される。
この光ファイバプローブは、 イルミネーションモ一ドの近接場光 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、 光ファイバプローブ は照明と散乱物の両方として働く。
本発明に係る光ファイバプローブは、 例えば、 図 3に示すような 構造となっている。 すなわち、 この光ファイバプローブ 1 0は、 コ ァ 1 1の周りにクラッ ド 1 2が形成されてなる光ファイバよりなつ ている。 そして、 この光ファイバプローブ 1 0の一端には、 3つの
傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部 1 3が形成されている。 以 下、 この先鋭部 1 3を構成する各傾斜角ひ, β , ァを有する面を、 先端側から第 1のテ一パ面 1 3 a、 第 2のテーパ面 1 3 b、 第 3の テーパ面 1 3 cと称する。
このように 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された光フアイバブ ローブ 1 0の先鋭部 1 3では、 第 1のテ一パ面 1 3 aの傾斜角ひを 小さい角度にすることで実効的な開口径が微小化し、 分解能が向上 する。 このとき、 先鋭部が 1つの傾斜角で円錐状に先鋭化されてい る場合には、 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、 このように 3つの傾斜角を有する 3段階に傾斜された先鋭部 1 3では、 第 1のテーパ面 1 3 aの傾斜 角ひを小さい角度にしても、 第 2のテーパ面 1 3 bの傾斜角/?を大 きな角度にしたり、 第 3のテーパ面 1 3 cの傾斜角 yを調整するこ とで光の透過効率を上げることができる。 つまり、 この光ファイノ プローブ 1 0では、 光の透過効率を十分に得ながら、 分解能の増強 を図ることができる。 このような効果を得るためには、 第 2のテー パ面 1 3 bの傾斜角/?が 3 0 ° 〜 9 0 ° であり、 第 1のテーパ面 1 3 aの傾斜角ひと第 3のテーパ面 1 3 cの傾斜角ァがこの傾斜角 5 よりも小さい角度であるのが望ましい。
なお、 より好ましくは、 第 1のテーパ面 1 3 a、 第 2のテーパ面 1 3 b、 第 3のテーパ面 1 3 cの傾斜角や外径は次の範囲となされ ているのが良い。
まず、 第 2のテーパ面 1 3 bでは、 上述の如く傾斜角/?が 3 0 ° 〜 9 0 ° であるのが望ましい。 また、 第 2のテ一パ面 1 3 bの根元 径 d !は、 伝搬される光の波長以上であるのが望ましい。
第 1のテーパ面 13 aでは、 傾斜角ひが 30 ° 以下であるのが望 ましい。 また、 第 1のテーパ面 1 3 aの根元径(1 ,は、 第 2のテ一パ 面 1 3 bの根元径 d!以下でありかつ伝搬される光の波長以下、 例え ば 50〜; L 00 nm程度であるのが好ましい。
さらに、 第 3のテ一パ面 13 cでは、 傾斜角ァが 1 0 ° 〜 30 ° であるのが望ましい。
次に、 このような 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部 1 3を有する光ファイバプローブ 1 0の製造方法について、 図 4に 示すように、 第 1のコア 1 6の周りに、 第 2のコア 1 7、 第 1のク ラッ ド 1 8、 第 2のクラッ ド 1 9がこの順に設けられた 4重構造の 光フ ァイバ : ί 5から製造する場合を例にして説明する。
この光ファイノ 1 5の先鋭化は例えば化学エッチング法により行 われる。
化学エッチングにより光ファイバ 15の一端を 3つ傾斜角で先鋭 化するには、 光ファイバ 1 5を構成する各層を、 エッチング液中で の第 1のコア 1 6の溶解速度を R , , 第 2のコア 1 7の溶解速度を R2, 第 1のクラッ ド 18の溶解速度を R3, 第 2のクラッ ド 1 9の 溶解速度を R4 としたときに、 ; ,<R2<R3<R4なる条件を満た すように選択する必要がある。 この溶解速度分布をグラフ化したも のを図 5に示す。 図 5中、 横軸は各層の外周面の半径である。
すなわち、 r ,は第 1のコア 1 6の外周面の半径、 r2は第 2のコ ァ 1 7の外周面の半径、 r 3は第 1のクラッ ド 1 8の外周面の半径、 r 4 は第 2のクラッ ド 19の外周面の半径を表す。 また、 縦軸はそ の領域における溶解速度である。
このエッチング液中での溶解速度は、 ェヅチング液の組成と光フ
アイバ 1 5を構成する各層の材料によって決まるものである。
ここで、 光ファイバ 1 5の材料構成の具体例は次の通りである。 第 1のコア :二酸化ゲルマニウム(GeO!)添加石英(Si02) 溶解速度 ;
外周面の半径 ; r .
第 2のコア :純粋石英(Si02)
溶解速度 ; R2
外周面の半径 ; r 2
第 1のクラッ ド :低濃度フッ素(F)添加石英(Si02)
溶解速度 ; R3
外周面の半径 ; Γ 3
第 2のクラッ ド :高濃度フッ素(F)添加石英(SiO
溶解速度 ; R4
外周面の半径 Γ 4
このような 4重構造の光フアイバ 1 5では、 第 1のコア 1 6に第 1のテーパ面 1 3 aが形成され、 第 2のコア 1 7に第 2のテ一パ面 1 3 bが形成され、 第 1のクラヅ ド 1 8に第 3のテーパ面 13 cが 形成されるように化学エッチングが行われる。 なお、 第 2のクラッ ド 19は第 3のテ一パ面 1 3 cを形成するためのサポート層である。 このようにして最終的に得られる光ファイバプローブ 1 0の最外 周層は、
r 4 P = r 3 + ( r a - r 2) [ (R2 + R3) / (R3-R2) ] 1/2 なるパラメ一夕 r 4 Pにより決定される。 すなわち、 このパラメ一夕 r と第 2のクラッ ド 19の外周面の半径 r 4が等しい場合 ( r 4 = r 4 P) には、 化学エッチングにより第 3のテーパ面 1 3 cが形成さ
れた時点で第 2のクラッ ド層が全て取り除かれる。 r4〉 r4P の場 合には、 第 3のテ一パ面 1 3 cが形成された時点でも第 2のクラッ ド層が残っている。 また、 Γ 4< Γ 4Ρ の場合には、 第 3のテーパ面 13 cが形成された時点では第 1のクラッ ド 1 8の外周面の半径が 初期の半径 r 3よりも小さくなる。
所望形状 (ひ, β , ァ, d d 2) を持つ光ファイバプローブ 1 0を得るためには、 4重構造の光ファイバ 1 5の選択化学エツチン グの幾何学的モデルとエッチング液中の溶解速度と比屈折率差の相 関関係に基づいて、 光ファイバ 1 5の比屈折率差分布 (いわゆるフ アイバ夕ィプ) とその比屈折率差分布に対応する材料構成の正確な 設計を行う必要がある。
例えば、 図 6に、 G e 02添加 S i 02と F添加 S i 02について、 純粋 S i 02 に対する比屈折率差とエッチング液中での溶解速度の 関係を示す。 なお、 エッチング液は、 40重量%NH4F 水溶液 : 50重量%HF酸 : H20 = 1 0 : 1 : 1なる体積比の緩衝フッ化 水素 (HF) 溶液である。
この関係に基づいて、 図 5に示すような溶解速度分布を得るため には、 図 7に示すような比屈折率差分布の光ファイバ 1 5を設計す る必要がある。 図 5及び図 7において、 Γ ,, r 2 , r3, r4は、 そ れぞれ第 1のコア 1 6、 第 2のコア 1 7、 第 1のクラッ ド 1 8及び 第 2のクラッ ド 1 9の半径である。
ここで、 図 5に示す溶解速度分布を持つ光ファイバ 1.5の図 8に 示されるような選択化学ェツチングの幾何学モデルについて考察す る。 図 8においては、 r^^r^ を仮定している。 この場合、 種々 のエッチング時間 (丁 T 2) T T -, T T 6) において、 光
ファイバ 1 5が様々な形状をとることがわかる。
T i = [r i/R.] [ ( . + R2) / (R2-R.) ] 1/2
T 2 = [ ( r 2- r t) /R2] [ (R2 + R3) / (R3 - R2) ] 1/2
T3 = T2+ [r i/R,] [ ( , + R3) / (R3-R ] 1/2
s i n ( ひ 3 ) = R ι Έ 4
s i n ( ? 1 ) = R 2/R 3
s i n ( /3 2) = R 2/R 4
s i n ( ァ ) = R 3/R 4
この で 4 = Γ 4Ρの場合には、 エッチング時間が T 4のとき先端部が 3 の傾斜角 ( ひ = ひ 2, ? = ? ., ァ) で先鋭化された光ファイバプロ —ブ 10が得られる。 このとき光ファイバプローブ 10の外径は r 3の 2倍に一致する。
また、 r4〉r4Pの場合には、 エッチング時間が T4のとき図 9に 示すように第 2のクラッ ド 1 8と 3つの傾斜角ひ , β、 ァを持つ 3 段階に傾斜された先鋭部 13を有する光ファイバプローブ 1 0が得 られる。 この光ファイバプローブ 1 0では、 第 2のクラッ ド 19に 被覆された第 1のクラッ ド 1 8内でマルチモードの光波を伝搬させ ることができる。
ここで、 Τ4 よりも短い時間で化学エッチングを終了することに より、 図 9に示すように第 2のクラ、ソ ド 1 9が残存する状態で 3つ 傾斜角ひ , β , ァを持つ 3段階に傾斜された先鋭部 13を有する光
ファイバプローブ 1 0が得られる。
光ファイバ 1 5の第 1のコア 1 6、 第 2のコア 1 7、 第 1と第 2 のクラッ ド 1 8 , 1 9がそれぞれ G e 02添加 S i 02、 純粋 S i 0 2、 F添加 S i 02からできているとき、 エッチング液としては、 例 えば、 40重量%NH4F水溶液 : 50重量%HF酸 : H20 = X : 1 : 1 (X> 1. 7 ) なる体積比の緩衝 H F溶液を使用する。 この 緩衝 H F溶液によるエッチングでは、 NH4F 水溶液の体積比 Xを 変化させることにより第 1のコア 1 6の先鋭角 2ひが制御できる。 ただし、 例えば X = 10というように、 NH4F 溶液の割合が多 い緩衝 H F溶液を用いた場合では溶解速度が遅くなるので、 エッチ ング時間を短縮するために、 最初に X= l . 7の緩衝 HF溶液で第 1のクラッ ド 1 8と第 2のコア 1 7を先鋭化しておき、 次に、 X> 1. 7の緩衝 HF溶液で第 1のコア 1 6の先鋭化を行うとよい。 な お、 X = 1. 7の緩衝 H F溶液中では G e 02 添加 S i 02 の溶解 速度は純粋 S i 02 の溶解速度と等しいことから、 光ファイノ、' 1 5 の各層の溶解速度は、 R , = !12<1 3<114となる。
なお、 実際に次のような材料構成
第 1のコア : G e 02添加 S i 02
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; 0. 8%
コァ径 2 r 1 00 nm
第 2のコア : 純粋 S i 02
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; 0 %
コァ径 2 r 2 ; 1 u
第 1のクラッ ド : 低濃度 F添加 S i 02
純粋 S i O 2に対する比屈折率差 ; 一 0. 35%
クラ ヅ ド径 2 r 3 ; 3 0 m
第 2のクラッ ド : 高濃度 F添加 S i 02
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; 一 0. 7 %
クラヅ ド径 2 r4 ; 1 2 5
の 4重構造の光ファイバ 1 5について、 緩衝 H F溶液による先鋭化 を
R ! = 1 2<113く114の溶解速度のェッチング :
緩衝 H F溶液の組成; 4 0重量%NH4 F水溶液 : 5 0重量% H F酸 : H20 (体積比) = 1. 7 : 1 : 1
液温 ; 2 5 °C
処理時間 ; 3 5分間
R . = R 2 < R 3< R 4の溶解速度のェツチング :
緩衝 H F溶液の組成; 4 0重量%NH4 F水溶液 : 5 0重量% H F酸 : H20 (体積比) = 1 0 : 1 : 1
液温 ; 2 5eC
処理時間 ; 5 0分間
の 2段階で行った。
以上の先鋭化処理の結果、 光ファイバ 1 5の先端が 3つの傾斜角 ひ , /3 , ァで先鋭化された。 具体的な寸法は次の通りであった。
第 1のテ一パ面 :
角度 2ひ ; 4 5 °
根元径 d! ; 0. 1〃m
第 2のテ一パ面 :
角度 2 ? : 1 2 0°
根元径 d 2 ; 1 μ.τη
第 3のテ一パ面 :
角度 2ァ ; 98 °
光ファイバプロ一ブ 10を製造するための光ファイバとしては、 4重構造の光ファイバ 1 5の他に第 1のコア、 第 2のコア、 第 1の クラッ ド、 第 2のクラッ ド、 第 3のクラッ ドからなる 5重構造の光 ファイバを用いてもよい。
このような 5重構造の光ファイバでは、 第 3のクラッ ドは純粋 S i 02 や低濃度 F添加 S i 02 で作ることができる。 純粋 S i〇 2 製の第 2コアと第 3クラヅ ドを持つ 5重構造の光ファイバの場合、 第 3クラッ ドの半径 r 5 を決定するためには 4重構造の光ファイバ の Γ 4 Ρのようにパラメ一夕 r 5 Pを求める必要がある。 ここでは第 3 クラヅ ドの溶解速度 R 5は R 2に等しいので、 Γ 5 Pは
r 5 P= ( r 4 P - r 4 ) ( R 2/R )
のように表される。 r5=r5P の場合には、 エッチング時間が Τ4 のとき 3つ傾斜角 ( ひ == ひ 2, β = β、, ァ) で傾斜された先鋭部を 有する光ファイバプローブ 10が得られる。 このとき光ファイバプ ローブ 1 0の外径は r 3の 2倍に一致する。
また、 Γ 5> Γ 5Ρ の場合には、 第 3のテーパ面 3 cが形成された 時点でも第 3のクラヅ ド層が残っている。 さらに、 r5く r5P の場 合には、 第 3のテ一パ面 3 cが形成された時点では第 2のクラッ ド の外周面の半径が初期の半径 r 3よりも小さくなる。
5重構造の光ファィバの場合にも、 この Γ 5 Ρや Γ 4 Ρを基準にした 寸法設計やエッチング条件を制御することで種々の先鋭形状を得る ことができる。 ただし、 第 3のクラッ ドは第 3のテーパ面 3 cが形 成された時点で全て除去されている必要があり、 r5は r5< r5Pな
る条件を満たすように設定しなければならない。
以上が光フアイパプローブの基本的な構成であるが、 この光ファ ィパプローブは、 先鋭部の先端に微小開口を有する遮光性被覆層で 先鋭部表面を実質的に被覆するようにしてもよい。
このような遮光性被覆層を持つ開ロブローブは、 分解能低下の原 因となる伝搬光を抑制する機能を持つ。 ここで高い分解能を持つ画 像を得るためには、 例えば図 1 0に示される光ファイバプローブ 2 0や図 1 1に示される光ファイバプローブ 3 0のように先端 1 3 A が遮光性被覆層 1 4の開口部から露出あるいは突出していることが 本質的に必要である。
このようにして遮光性被覆層 1 4を形成すると、 遮光性被覆層 1 4が形成された部分では光の入射が遮られ、 微小開口あるいは遮光 性被覆層 1 4の厚さの簿ぃ部分でのみ光が選択的に取り込まれるよ うになるので、 分解能を増強する。 なお、 この遮光性被覆層 1 4と しては、 アルミニウム(Al )、 金(Au )、 銀(Ag)、 白金(Pt )等の金属材 料を用いるのが望ましい。
この遮光性被覆層 1 4は、 真空蒸着法や無電解めつき法により形 成することができる。
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。
この真空蒸着法においては、 髙真空中で光ファイノ、 - 1 5を回転さ せながらファイバ側面に向けて遮光性被覆材料を加熱蒸発させるこ とにより遮光性被覆層 1 4を形成する。 遮光性被覆層 1 4としては、 アルミニウム(Al )、 金(Au )、 銀(Ag)、 白金(Pt )等の金属を用いるの が望ましい。 遮光性被覆層 1 4の光ファイバ 1 5への接着性を向上
させるために、 遮光性被覆層 1 4の形成を行う前に、 例えば 5 n m の厚さのクロム(Cr )等のバッファ層を真空蒸着により形成してもよ い。 さらに、 この蒸着工程のみからなる真空蒸着法により、 図 1 2 aに示されるような、 蒸着粒子の回り込みのために厚さ t M Aの薄い 遮光性被覆層 1 4で覆われた先端 1 3 Aを持つ光ファイバプローブ を得る。
なお、 実際に、 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部 1 3を有する光ファイバプローブにおいて、 当該先鋭部 1 3にアルミ ニゥム(A1 )を蒸着形成し、 約 2 5 0 n mの平均膜厚で遮光性被覆層 1 4を形成したところ、 先部 1 3の先端に 1 3 A微小な開口部を形 成することができた。
しかし、 より優れた分解能を持つ近接場光学像を得るためには、 図 1 2 bに示されるように、 その先端 1 3 Aが遮光性被覆層 1 4か ら露出している光ファイバプローブ 2 0、 又は図 1 2 cに示される ように、 その先端 1 3 Aが遮光性被覆層 1 4から突出しているとこ ろの光ファイバプローブ 3 0が必要である。 これらの光ファイバプ ローブを作製するための遮光性被覆層 1 4の形成法には、 真空蒸着 と化学エッチングからなる方法と無電解めつき法がある。
この真空蒸着と化学エッチングからなる方法では、 まず上述の蒸 着法と同様に、 高真空中で光フアイバを回転させながらフアイパ側 面に向けて遮光性被覆材料を加熱蒸発させることにより遮光性被覆 層 1 4を形成する。 このとき遮光性被覆層 1 4の光ファイバ 1 5へ の接着性を向上させるために、 遮光性被覆層 1 4の形成を行う前に、 例えば 5 n mの厚さのクロム(Cr)等のバッファ層を真空蒸着により 形成してもよい。 次に、 耐食性被覆膜を遮光性被覆された光フアイ
バにその先端部を除き形成する。 この耐食性被覆膜は高真空中で光 ファイバを回転させながらファイバ側面に向けて耐食性被覆材料を 加熱蒸発させることにより形成する。 最後に、 この遮光性被覆層 1
4と耐腐食性被覆膜を持つ光ファイバ 1 5を、 その中では遮光性被 覆層 1 4を溶解し、 耐食性被覆膜を溶解しないところのエッチング 液に浸漬することにより、 耐腐食性被覆膜から露出している遮光性 被覆層 1 4を選択的に化学エッチングし、 遮光性被覆層 1 4から露 出した先端 1 3 Aをもつ図 1 2 bに示すような光ファイバプローブ
2 0を得る。 さらに、 エッチング処理時間を制御することにより、 遮光性被覆層 1 4から先端 1 3 Aが突出した図 1 2 cに示すような 光ファイバプロ一ブ 3 0を得ることができる。
一方、 無電解めつき法は、 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 (無電解めつき液) 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。 .
この無電解めつき法により遮光性被覆層 1 4を形成するには、 ま ず、 先鋭部 1 3の表面にパラジウム (Pd) 等の触媒金属核を析出さ せて活性化処理を行う。
そして、 活性化処理を行った先鋭部 1 3の表面に無電解めつき液 によりニッケル (Ni ) 等のめっき膜を形成する。 先鋭部 1 3の先端 1 3 Aには、 めつき膜が形成されにくいので、 先鋭部 1 3の先端 1
3 Aが露出したかたちでめっき膜が形成される。
このようにして製造された光ファイバプローブ 2 0は、 コアの 9 9 %の面積が近紫外域で高い透過性を持つ純粋石英 (SiO ででき
ているので、 このプローブを用いた近接場光学顕微鏡をもって紫外 域での高分解画像測定、 紫外分光、 高密度光記録や超微細加工など を行うことができる。
このように、 本発明に係る光ファイバプローブ 20 , 30では、 その一端に、 3つの傾斜角ひ, , ァを持ち 3段階に傾斜された先 鋭部 1 3を有するので、 十分な透過効率を得ながら開口径を微小化 することができる。 したがって、 このような光ファイバプローブ 2 0 , 30を使用する近接場光学顕微鏡によって、 高い空間分解能を 持つ光学像を得ることができる。 また、 このような光フアイパブロ ーブ 20, 30の先鋭形状は、 その選択化学エッチングに基づいて コアとクラッ ドのエッチング速度を制御することで容易に仕立てら れる。
本発明に係る光ファイバプローブ 30の具体的について実験結果 に基づいて説明する。
この具体例では、 めっきを行う前に、 窒素(Ν) によるバブリング を行うことでニッケル(Ni)めつき液中の溶存酸素の一部を取り除く とともに、 めっきの間にも窒素によるパブリングを行って、 光ファ ィパの先鋭部 1 3に遮光性被覆層 14となる N iめっき膜を析出さ せた。
その結果、 めっき開始から 50分経過後では、 図 1 3に示すよう に先鋭部 1 3の先端 1 3 Aから遠い領域では均一に N iめっき膜が 析出し、 この領域よりも先端側にも簿く (20〜30 nm) めっき 膜が析出した。 ここで、 均一な厚さで形成されためつき膜の終端部 の直径 dM は 3 zmであり、 開口部となる薄い厚さでめっき膜が形 成された部分の根元径 d F は 450 nmである。 この光ファイバブ
ローブ 3 0はプラズモンプローブの 1種であると考えられる。 すな わち、 この光ファイバプローブ 3 0では先鋭部 1 3の先端 1 3 Aが 簿ぃ金属膜で被覆されており光照射により金属膜の表面にブラズモ ンが励起される。 また、 先鋭部 1 3の先端 1 3 Aでの散乱効率が金 属の大きい誘電率 (絶対値) のために金属コーティ ングのないチッ プブローブに比して増強される。
以上の説明からも明らかなように、 本発明に係る光フアイパプ口 ーブ 3 0は、 その先鋭部 1 3の表面に、 無電界めつき法により当該 先鋭部 1 3の先端周辺を除いて遮光性被覆層 1 4が形成され、 この 遮光性被覆層 1 4から上記先鋭部 1 3の先端 1 3 Aが突出した開口 部を有するので、 この突出した先鋭部 1 3の先端 1 3 Aから選択的 に光が取り込まれ、 外乱光等の影響を受けずに、 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。 また、 無電解めつき法では、 遮光性被覆層 1 4が先鋭部 1 3の先端を除いて形成できるので、 上 述の蒸着法のような金属のエツチング工程が不要である。 しかも、 無電解めつき法は、 真空蒸着法等に比べて成膜速度が速く、 また湿 式コーティ ング法であるので、 製造効率を大幅に改善することが可 能である。
また、 本発明に係る光ファイバプローブは、 図 1 4に示すような 構造を有する。 すなわち、 この図 1 4に示す光ファイバプローブ 4 0は、 コア 4 1の周りに、 第 1のクラッ ド 4 2と第 2のクラッ ド 4 3が設けられてなる光ファイバよりなり、 その一端に、 基端部から 突出したコア 4 1 と第 1のクラッ ド 4 2を先鋭化することで形成さ れた先鋭部 4 4を有している。 この先鋭部 4 を覆う遮光性被覆層 4 5には、 先鋭部 4 4の先端 4 4 Aを露出させるように開口部 4 6
が形成されている。 そして、 この光ファイバプローブ 4 0では、 上 記コア 4 1は単一導波モードの光を伝搬するようになされ、 上記第
1のクラッ ド 4 2は複数の導波モ一ドの光を伝搬するようになされ ている。 つまり、 第 1のクラッ ド 4 2が、 コア 4 1に対するクラッ ドとして機能するとともに多モ一ドコアとして機能する。
このような光ファイバプローブ 4 0は、 例えば近接場光学顕微鏡 の光プローブとして用いることができる。
この光ファイバプローブ 4 0を使用するイルミネーション . コレ クシヨンモード近接場光学顕微鏡 5 0の構成を図 1 5に示す。
この近接場光学顕微鏡 5 0では、 光源 5 2から発生した励起光 L eがダイクロイ ツクミラー 5 5を透過し、 レンズ 5 3によ り集光さ れる。 集光された励起光 L eは、 光ファイバプローブ 4 0の後端部 から取り込まれ、 コア 4 1 と第 1のクラッ ド 4 2の境界で反射を繰 り返しながらコア内 5 1を伝搬する。 先鋭部 4 4にまで伝搬された 励起光 L eはこの先鋭部 4 4で集光され、 先鋭部 4 4の先端 4 4 A から開口部 4 6を介して出射し、 試料 5 1に照射される。
励起光 L eが照射された半導体などの試料 5 1では、 励起光が吸 収されて電子と正孔が生じる。 ここでは、 この励起された電子が正 孔と再結合するときに放出する光 (検出光) L sを検出、 分光する。
この試料 5 1から発生した検出光 L sは、 光ファイバプローブ 4 0の開口部 4 6から取り込まれ、 第 1のクラッ ド 4 2 と第 2のクラ ッ ド 4 3の境界で反射を繰り返しながら第 1のクラッ ド 4 2内を伝 搬する。 伝搬された検出光 L sは光ファイバプローブ 4 0の後端側 から出射し、 ダイクロイツクミラ一 5 5により光検出部 5 6側に反 射され、 この光検出部 5 6で検出及び分光測定がなされる。
このような近接場光学顕微鏡 5 0では、 励起光 L eの照射と検出 光 L sの集光の両方が光フアイバプローブ 4 0によりなされるので、 半導体のように光透過率が低く、 しかも励起した電子が空間的に拡 散するような試料であつたとしても、 試料の検出位置に対して局所 的に励起光 L eを照射することができ、 また光励起された試料 5 1 が発生する検出光 L sを高い空間分解能をもって検出することがで きる。
また、 発光の波長分光測定では、 試料から得られる光信号が非常 に弱いことから、 励起効率 (照射効率) と集光効率を高めることが 重要になる。
ここで、 この光ファイバプローブ 4 0では、 励起光 L eが単一導 波モードの光を伝搬するようになされたコア 4 1内を伝搬し、 試料 5 1からの検出光 L sが複数の導波モードの光を伝搬するようにな された第 1のクラッ ド内 4 2を伝搬する。 単一モードのコア 4 1内 では、 光の減衰が小さいので、 励起光の損失が小さく抑えられ、 高 い励起効率 (照射効率) が得られる。 また、 多モードのコア (第 1 のクラッ ド 4 2 ) は結合できる導波モードが多数存在するので、 試 料 5 1からの検出光 L sを効率よく集光することができる。 したが つて、 試料の特性を反映した波長分光スべク トルが感度よく測定さ れる。
なお、 励起効率や集光効率を高めるためには、 光ファイバプロ一 ブ 4 0の先鋭部 4 4の形状も重要になる。
そこで、 3つの傾斜角を有する 3段階に傾斜され先鋭部 4 4を持 つところの本発明に係る光フアイバプローブ 4 0に関しては、 傾斜 角ひ, ?を制御することにより、 その高い分解能を維持しながら、
その励起効率と集光効率の両方を増強することができる。 なお、 そ れそれの傾斜角を有する面について、 末端側から第 1のテ一パ面 4 4 a、 第 2のテ一パ面 44 b、 第 3のテ一パ面 44 cと称する。 こ のような光ファイバプローブ 40の先端形状は、 化学エッチング等 によって得ることができる。 エッチング液としては、 40重量% N H<F水溶液、 50重量%HF酸及び H!Oよりなる緩衝 HF溶液等が 用いられる。
このような 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部を有す る光ファイバプローブ 40は、 例えば、 次のようにして作製するこ とができる。
まず、 次のような材料構成
コア : G e 02添加 S i 02
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; 1. 2% 外径 ; 1. 2 m
第 1のクラッ ド :純粋 S i 02
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; 0 % 外径 ; 27 m
第 2のクラッ ド : F添加 S i 02
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; — 0. 7% 外径 ; 1 25〃m
の 2重クラッ ド光ファイバを用意した。
そして、 この光ファイバの一端に、 以下のような ( 1) 〜 (3) の工程の処理を行うことによって先鋭部を形成した。
( 1 ) クラッ ド傾斜工程
光ファイバの一端を、 コアのエッチング速度を R! 第 1のクラ
ッ ドのエッチング速度を R 2 1、 第 2のクラヅ ドのエッチング速度を R3 1としたときに R H = R 2 1<R 31となるようなエツチング条件で エッチングを行った。 エッチング液は 40重量% N H 4 F 水溶液 : 5 0重量%H F酸 : H20 = 1. 7 : l : l (体積比) なる組成の 緩衝 H F溶液であり、 エッチング時間は 3 0分である。
( 2 ) 第 1の先鋭化工程
次に、 この光ファイバの一端を、 コアのエッチング速度を R 12、 第 1のクラッ ドのエッチング速度を R 22、 第 2のクラッ ドのエッチ ング速度を R 32としたときに R 12< R 22< R 32となるようなエッチ ング条件でエッチングを行った。 エッチング液は 4 0重量% N H 4 F水溶液 : 5 0重量%H F酸 : H20 = 1 0 : 1 : 1 (体積比) な る組成の緩衝 HF溶液であり、 エッチング時間は 20分である。
( 3 ) 第 2の先鋭化工程
続いて、 この光ファイバのコアの一端を、 コアのエッチング速度 を R 13、 第 1のクラッ ドのエツチング速度を R 23、 第 2のクラヅ ド のエツチング速度を R 33としたときに R L 3> R 23< R 33となるよう なエッチング条件でエッチングを行った。 エッチング液は 4 0重量 %NH4F水溶液 : 5 0重量%H F酸 : H20= 1. 7 : 1 : 5 (体 積比) なる組成の緩衝 H F溶液であり、 エッチング時間は 1分 3 0 秒である。
その結果、 光ファイバの一端に、 第 1のテ一パ面、 第 2のテーパ 面、 第 3のテーパ面よりなる先鋭部が形成された。 この先鋭部の各 テーパ面の先鋭角、 断面の直径及びチ ヅブ長は以下の通りであった。
第 1のテーパ面の先鋭角 2ひ : 2 0 °
第 2のテ一パ面の先鋭角 2 ? : 1 0 5 °
第 3のテ一パ面の先鋭角 2 ァ : 6 0 °
第 1のテ一パ面の後端側の断面の直径 d 0 . 5 m
第 2のテ一パ面の後端側の断面の直径 d 1 . 2 u rn
チヅプ長 L : 1 m
第 1のテーパ面の先端直径 : 数 n m以下
また、 第 2のクラッ ドは全てエッチング除去されていた。
また、 本発明に係る光ファイバプローブは、 図 1 6に示すような 構造の先鋭部 1 3を有する。 この図 1 6に示す光ファイバプローブ 6 0は、 上述の図 3に示した光ファイバプローブ 1 0の先鋭部 1 3 の表面に、 第 1の金属層 6 1、 誘電体層 6 2及び第 2の金属層 6 3 がこの順に形成され、 各層 6 1, 6 2, 6 3の厚さが外周面に比べ て先鋭部 1 3の先端 1 3 Aにおいて簿くなされている。
この光ファイバプローブ 6 0では光照射により第 1の金属層 6 1 の表面にプラズモンが励起されるので、 この光ファイバブローブ 6 0は一種のブラズモンプローブとみなすことができる。
このような光ファイバプローブ 6 0では、 先鋭部 1 3の先端 1 3 Aに大きい誘電率 (絶対値) を持つ第 1の金属層 6 1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。 また、 最外周に設けられた第 2の金属層 6 3は遮光性被覆 層となるものであり、 これによつて光の入射が遮られ、 試料からの 光は第 2の金属層 6 3の膜厚が減少している先端 1 3 Aから選択的 に取り込まれる。 すなわち、 第 2の金属層 6 3により先端 1 3 A周 辺に開口部が形成されいる。 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。
この光ファイバプローブ 6 0において、 第 1の金厲層 6 1はアル ミニゥム(Al )、 金(Au)、 銀(Ag)等から構成される。 第 1の金属層 6 1の厚さ t M 3は、 具体的には 1〜 5 0 n mであることが望ましい。 また、 第 2の金属層 6 3はアルミニウム(Al )、 金(Au)、 銀(Ag)、 ニッケル(Ni )、 クロム(Cr )等から構成される。 第 2の金属層 6 3の 厚さ t M 4は、 遮光に必要な厚み、 例えば 1 0 0 n m以上とされてい ることが必要である。
さらに、 誘電体層 6 2の屈折率が先鋭部 1 3の屈折率に比べて低 い場合には、 この誘電体層 6 2を金属導波路においてよく知られる バッファ層として機能させることができる。 つまり、 この誘電体層 6 2により、 先鋭部 1 3の先端 1 3 Aにおけるブラズモンの励起が 抑えられ、 T Mモードの損失が低減される。
ここで、 誘電体層 6 2の材料としては、 例えば先鋭部 1 3が G e 0 2添加 S i 0 2 (屈折率 :約 1 . 5 ) よりなる場合にはニフヅ化マ グネシゥム(MgF (屈折率 : 約 1 . 3 ) 等が適当である。 誘電体層 6 2をバッファ層と遮光性被覆層の両方として機能させるためには、
5 0〜 1 5 0 n mの範囲の厚さの誘電体を持つ光ファィバプローブ
6 0に仕立てることが望ましい。
この光ファイバプローブ 6 0の製造は蒸着法によって行う。 高真 空中で光ファィバを回転させながらファィバ側面に向けて蒸着源を 次々と加熱蒸発させることにより、 第 1の金属層 6 1、 誘電体層 6 2、 第 2の金属層 6 3を形成する。
なお、 実際に次のような条件
第 1の金属層 :銀(Ag)
膜厚 ; 5 n in
誘電体層 : ニフッ化マグネシウム(MgF2)
膜厚; 1 20 nm
第 2の金属層 : アルミニウム(A1)
膜厚; 1 50 nm
により光ファイバプローブ 6 0を製造した。
ところで、 硫化亜鉛(ZnS) やセレン化亜鉛(ZnSe)などの屈折率の 大きい物質で作られた誘電体層 6 2を持つ光ファイバプローブ 6 0 においては、 プローブ先端領域における光の波長を減じることがで き、 その結果透過光率が増強される。 ただし、 誘電体層 6 2の屈折 率が先鋭部 1 3の屈折率よりも大きくなると、 バッファ層として有 効に働かない。
さらに、 本発明に係る光ファイバプローブの製造方法について説 明する
以下に説明する製造方法により製造する光ファイバプローブは、 図 1 7に示すような誘電体でできた先端で近接場を検出するチップ プローブ、 あるいは、 図 1 8や図 1 9に示すように先鋭部 1 0 1の 先端 1 0 1 Aを除いた部分に遮光性被覆層 1 0 5が形成され、 この 遮光性被覆層 1 0 5が形成されていない先端の開口部から光の検出 あるいは照射を行ういわゆる開口プローブである。
そして、 この製造方法により製造する光ファイバプローブは、 特 に、 図 1 7に示すように 3つの傾斜角 a、 β , Ύを持つ 3段階に傾 斜された先鋭部 1 0 1を有する。 以下、 この先鋭部 1 0 1の各傾斜 角ひ , β , ァを有する 3つの面を、 先端側からそれぞれ第 1のテー パ面 1 0 2、 第 2のテーパ面 1 0 3、 第 3のテ一パ面 1 04と称し、 これら各テ一パ面 1 0 2 , 1 0 3 , 1 04や傾斜部の、 光ファイ ノへ-
の中心軸に対する角度を傾斜角、 この傾斜角の 2倍を先鋭角と称す る。 なお、 この光フアイバプローブは、 第 1のテ一パ面 1 0 2の後 端側の断面の直径 d . は伝搬される光の波長え以下とするのが望ま しく、 第 2のテーパ面 1 0 3の後端側の断面の直径 d 2 は伝搬され る光の波長ん以上とされるのが望ましい。
以下、 このような光ファイバプローブの製造方法を説明する。 まず、 チッププローブは、 ファイバのクラッ ドの一端に外周から 内周にかけて傾斜する傾斜部を形成するクラッ ド傾斜工程と、 化学 エッチングにより、 コアの一端をクラッ ドから突出させるとともに、 この一端を円錐状に先鋭化する第 1の先鋭化工程と、 円錐状に先鋭 化されたコアの一端を化学エッチングにより 2つ傾斜角を持つ 2段 階に傾斜させる第 2の先鋭化工程によって製造される。
この具体的な製造方法について次に示す。
この製造方法の具体例では、 図 2 0に示すようにコア 1 2 1の周 りに第 1のクラッ ド 1 2 2が設けられ、 さらにその周りに第 2のク ラッ ド 1 2 3が設けられた 2重クラッ ド光ファイバ 1 2 0から光フ アイバプローブを製造する。
まず、 第 1のクラッ ド 1 2 2 と第 2のクラヅ ド 1 2 3の選択化学 エッチングによって、 第 1のクラッ ド 1 2 2に図 2 1に示すような 傾斜部 1 2 4を形成する。
傾斜部 1 2 4を形成するには、 コア 1 2 1のエッチング速度を R 1 u 第 1のクラッ ド 1 2 2のエッチング速度を R 2 第 2のクラッ ド 1 2 3のエツチング速度を R 3 lとしたときに R u = R 2 1く R 3 1と なるようなエツチング条件でェツチングを行う。
このとき、 図 2 1に示すように第 1のクラヅ ド 1 2 2に外周部か
ら内周部にわたって傾斜する傾斜部 1 24が形成される。 なお、 こ の傾斜部の傾斜角ァは、 エッチング速度 R21, R31によって決まり、 次の式で表される。
s i n (ァ ) = R 2 i/ R 3 i
このようにして第 1のクラッ ド 1 22に傾斜部 1 2 を形成した 後、 図 22に示すように第 1の先鋭化工程によってコア 1 2 1の一 端を第 1のクラッ ド 1 22から突出させるとともにこの一端を円錐 状に先鋭化する。
この第 1の先鋭化工程では、 コア 1 2 1のエッチング速度を R 12、 第 1のクラッ ド 1 22のエツチング速度を R22、 第 2のクラッ ド 1 23のエッチング速度を R32としたときに R12<R22<R32となる ようなエツチング条件でェツチングを行う。
このとき、 図 22に示すようにコア 12 1の一端にクラヅ ド 1 2 2から突出した円錐状の先鋭部 1 25が形成される。 なお、 この先 鋭部 1 25の先鋭角 2 は、 ェツチング速度 R 12, R 22及びクラッ ドの傾斜部の傾斜角ァによって決まり、 次の式で表される。
s i n ( 5 ) = R 12/R 22 - s i n (ァ)
又は
s 1 n (ァ ) = R i 2ZR a2
また、 第 1のクラッ ド 2 1の傾斜部 124の傾斜角ァとエツチン グ速度 R22, R32の関係は、 次の式で表される。
s i n (ァ ) = R 22ZR32
次に、 このようにして円錐状に先鋭化されたコア 1 2 1の一端を、 図 23に示すように第 2の先鋭化工程によって傾斜角を 2段階に傾 斜させる。
この第 2の先鋭化工程では、 コア 1 2 1のエッチング速度を R i 3, 第 1のクラッ ド 1 2 2のェツチング速度を R 23、 第 2のクラッ ド 1 2 3のエッチング速度を R 33としたときに R 13>R23く R33となる ようなエツチング条件でエッチングを行う。
このとき、 第 1のテ一パ面 1 2 6 と第 2のテ一パ面 1 2 7が形成 され、 またクラッ ド 1 2 2には第 3のテ一パ面 1 2 8が形成され、 3つの傾斜角を持ち 3段階に傾斜された先鋭部を有する光ファイバ プローブが製造される。
なお、 この第 1のテ一パ面 1 2 6の先鋭角 2ひと後端側の断面の 直径 d , は、 第 1の先鋭化工程での先鋭部 1 2 5の先鋭角 2 5と第 2の先鋭化工程でのコア 1 2 1のエツチング速度 R , 3及びェッチン グ時間により決まる。
また、 第 2のテ一パ面の先鋭角 2 は次の式で求められる。
s i n ( β ) = R 13/ R 2 a · s i n (ァ )
又は
さらに、 第 2のテ一パ面 1 2 7の後端側の断面の直径 d 2 はコア 径と一致し、 第 3のテ一パ面 1 2 8の傾斜角 yはクラッ ド傾斜工程 での傾斜角に一致する。 ここで、 傾斜角ァと第 3のエッチング工程 でのエッチング速度 R23, R 33の関係は次の式で表される。
s i n 、ァ ) = R 23z R33
このようにこの具体例では、 コア 1 2 1の周りに第 1のクラッ ド 1 2 2と第 2のクラッ ド 1 2 3が設けられた光ファ - 1 2 0から 光ファイバプローブを製造する。 この光ファ 1 2 0 としては例 えば以下のような材料構成のものが用いられる。
コア : G e 02添加 S i 02
第 1のクラヅ ド : 純粋 S i 02
第 2のクラッ ド : F添加 S i 02
このような材料構成の光ファイバ 1 20の場合、 各工程で用いる エッチング液としては次のようなものが適当である。
クラッ ド傾斜工程 ( R , ' = R 2 , < R 3 ' ) :
40重量%NH*F水溶液 : 50重量%HF酸 : H20 (体積 比) が 1. 7 : 1 : 1の緩衝 H F溶液
第 1の先鋭化工程 (R l2<R22<R32) :
40重量%NH4F水溶液 : 50重量%HF酸 : H2〇 (体積 比) が 10 : 1 : 1の緩衝 H F溶液
第 2の先鋭化工程 (R 13> R 23< R33) :
4◦重量%NH4F水溶液 : 50重量%HF酸 : H20 (体積 比) が 1 0 : 1 : Y (ただし、 Y> 30 ) 又は 1. 7 : 1 : Υ (ただし、 Υ> 1 ) の緩衝 HF溶液
なお、 この具体例でクラッ ド傾斜工程でのエッチング時間を制御 する (短縮する) ことにより、 第 2のクラッ ド 123を持つ 3段に 傾斜された光ファイバプローブを得ることができる。 このような光 ファイバプローブは、 コア 1 2 1内を単一導波モ一ドの光が伝搬し、 第 1のクラッ ド 1 22内を複数の導波モードの光を伝搬するように なされたシングルモード · マルチモードファイバとして使用するこ とができる。
また、 次の具体例では、 図 24に示すようにコア 1 3 1の周りに クラッ ド 1 32が設けられた光ファイノ 1 30から光ファイバプロ —ブを製造する。
まず、 光ファイバ 1 30を溶融延伸することによって、 クラッ ド 1 32に傾斜部を形成する。
傾斜部を形成するには、 図 25に示すように光ファイバ 1 30の 一部を加熱することによって溶融させ、 図 26に示すようにこの溶 融させた部分の両側を左右に引く ことによって延伸する。 そして、 さらに光ファイバ 1 30を引く ことで、 図 27に示すように光ファ ィバ 130を 2つに分離する。 分離された光ファイバ 1 30は、 図 28に示すように、 溶融延伸された一端部においてクラッ ド 1 32 に傾斜部 133が形成されるとともに、 この傾斜部 1 33よ りも先 端側で角度の鋭い糸を引いたような形状となる。 また、 コア 1 3 1 は、 延伸されたことによって先端部分の径が减少しており、 また先 端面がクラッ ド 132に埋まった形になる。 なお、 このクラッ ド先 端部の糸を引いたような形状は次工程の化学ェツチングにより除去 される。
このようにして光ファイノ、' 1 30を溶融延伸した後、 図 29に示 すように、 第 1の先鋭化工程により、 コア 13 1の一端をクラッ ド
1 32から突出させるとともに、 この一端を円錐状に先鋭化する。 この第 1の先鋭化工程では、 コア 13 1のェツチング速度を R クラッ ド 132のエツチング速度を R22としたときに R12<R22と なるようなエッチング条件で化学エッチングを行う。 この化学エツ チングにより、 図 29に示すように、 コア 1 3 1の一端にクラッ ド から突出した円錐状の先鋭部 1 34が形成される。 なお、 この先鋭 部 1 34の先鋭角 2 ?は、 エッチング速度 R12, R22及びクラッ ド
132の傾斜部 133の傾斜角ァによって決ま り、 次の式で表され
s i n ( β ) = R R · s i n (ァ )
次に、 このようにして円錐状に先鋭化されたコア 1 3 1の一端を、 さらに図 3 0に示すように、 第 2の先鋭化工程によって 2つの傾斜 角を持つ 2段階に傾斜させる。
この第 2の先鋭化工程では、 コア 1 3 1のエッチング速度を R 13, クラヅ ド 1 3 2のエッチング速度を R 23としたときに R 13>R23と なるようなエッチング条件で化学エッチングを行う。
図 3 0に示すようにコア 1 3 1には傾斜角が異なる第 1のテ一パ 面 1 3 5と第 2のテーパ面 1 3 6が形成され、 またクラッ ド 1 3 2 には第 3のテーパ面 1 3 7が形成され、 3つの傾斜角を持つ 3段階 に傾斜された先鋭部を有する光ファイバプローブが製造される。
なお、 この第 1のテ一パ面 1 3 5の先鋭角 2 と後端側の断面の 直径 は、 第 1の先鋭化工程での先鋭部 1 3 4の先鋭角 2ァと第 2の先鋭化工程でのコア 1 3 1のエッチング速度 R 13及びエツチン グ時間によ り決まる。
また、 第 2のテーパ面 1 3 6の後端側の断面の直径 d 2はコア径 (溶融延伸によって減少した後のコア径) と一致し、 第 3のテ一パ 面 1 3 7の傾斜角ァはクラッ ド傾斜工程での傾斜角に一致する。
このようにこの具体例では、 コア 1 3 1の周りにクラッ ド 1 3 2 が設けられた光ファイバ 1 3 0から光ファイバプローブを作製する。 この光ファイバ 1 3 0としては例えば以下のような材料構成のもの が用いられる。
コア : G e 02添加 S i 02
クラッ ド :純粋 S i 02
このような材料構成の光ファィバの場合、 各工程で用いるエツチ ング液としては次のようなものが適当である。
第 1の先鋭化工程 (Rl2<R22) :
40重量%NH4F水溶液 : 50重量%HF酸 : H20 (体積 比) が 10 : 1 : 1の緩衝 H F溶液
第 2の先鋭化工程 (R,3>R23) :
40重量%NH F水溶液 : 50重量%HF酸 : H20 (体積 比) が 10 : 1 : Y (ただし、 Y > 30 ) 又は 1. 7 : 1 : Y (ただし、 Y> 1 ) の緩衝 HF溶液
さらに、 次の具体例では、 上述の具体例における光ファイバ 1 3 0として、 0 Η添加純粋 S i〇 2あるいは純粋 S i 02からなるコア 13 1の周りに F添加 S i 02 (あるいは B 203添加 S i 02) から なるクラッ ド 1 32設けられた光ファイバを用いて、 次のようにし て光ファイバプローブを製造した。
まず、 上述の具体例と同様に、 光ファイバ 130を溶融延伸する。 溶融延伸された光ファイバ 130は、 図 28に示すように溶融延伸 された一端部においてクラッ ド 1 32に傾斜部 133が形成される とともに、 この傾斜部 133よりも先端側で角度の鋭い糸を引いた ような形状となる。 また、 コア 1 3 1は、 延伸されたことによって 先端部分で径が減少しており、 また先端がクラッ ド 1 32に埋まつ た形になる。 なお、 このクラッ ド 132の先端部の糸を引いたよう な形状は次工程のエッチングにより除去される。
このようにして光ファイノ、 1 30を溶融延伸した後、 図 29に示 すように先鋭化工程によってコア 13 1の一端をクラッ ド 1 32か
ら突出させるとともにこの一端を円錐状に先鋭化する。
この先鋭化工程では、 コア 1 3 1のエッチング速度を R 12、 クラ ヅ ド 132のエッチング速度を としたとき 1^2<1 2 となるよ うなエツチング条件でェツチングを行う。
例えば、 コア 13 1が純粋 S i 02 、 クラヅ ド 132が F添加 S i 02 である光ファイ ノ 130を用いた先鋭化工程の場合には、 レ、 かなる組成の緩衝溶液によるエッチングにおいても、 R l2/R22の 値は 1より小さい一定値になる。 ここで、 緩衝溶液とは、 40重量 % NHAF水溶液 : 5 0重量% H F酸 : H20 (体積比) =X : 1 : Y (X, Yは任意) の混合溶液のことである。 なお、 この先鋭部 134の先鋭角 2 /?は、 ェツチング速度 R 12, R22及びクラッ ド 1 32の傾斜角ァ によって決まり、 次の式で表される。
s i n β ) = R 12 Έ 22 - s i n ァ )
なお、 実際に次のような材料構成
コア : OH添加 S i 02
〇 H添加量 ; 500 p p m
外径 ; 1. 2 / m
クラッ ド : ; F添加 S i〇 2
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; 一 0. 7%, 外径 ; 125
の光ファイ ノ 1 30について、 次の条件で
4 0重量%NH4 F水溶液 : 5 0重量%H F酸 : H2〇 (体積 比) = 1 0 : 1 : 1
液温 ; 2 5 C
処理時間 ; 6 0分間
先鋭化処理を行った。
以上の先鋭化処理の結果、 光ファイバ 1 3 0の先端部 1 3 3が 2 つの傾斜角で先鋭化された。 具体的な寸法は次の通りであった。
第 1のテ一パ面 :
角度 2 /5 ; 4 0 °
根元径 d . ; 0 . 1 m
第 2のテ一パ面 :
角度 2 ァ : 7 0 °
また、 遮光性被覆層 1 0 5は、 真空蒸着法や無電解めつき法によ り先鋭部に遮光性の金属膜を形成した後、 この上に先端部を除いて エッチングマスクを形成し、 その後エッチングを行い、 先端部の金 属膜を除去することによって形成される。
遮光性被覆層 1 0 5で先端周辺を十分に遮光するには、 チップ長 Lは具体的には l O O n mから 3 0 0 n m程度に選ばれるのが望ま しい。
まず、 このような遮光性被覆層 1 0 5を、 図 3 1に示すようにコ ァ 5 1の回りにクラッ ド 1 5 2が設けられた光ファイバ 1 5 0の先 鋭部 1 5 3に形成する方法について説明する。
遮光性被覆層 1 0 5を形成するには、 具体的には、 真空蒸着装置 を用いて真空中で光ファイバ 1 5 0をその中心軸を中心として回転 させ、 先鋭部 1 5 3の側面から金属蒸気を供給して蒸着する。 これ により図 3 2に示すように先鋭部 1 5 3に遮光性の被覆層 1 5 4が 形成される。
この被覆層 1 5 4としては、 遮光性が高く、 導電性が高い材質の ものが用いられ、 アルミニウム(Al )、 金(Au )、 銀(Ag )、 白金(Pt)等
を用いることができる。 中でも、 アルミニウム(A1 )が好適である。 次に、 図 3 3に示すようにこの被覆層 1 5 4上の先端部を除いた 部分にエッチングマスク 1 5 5を形成する。 エッチングマスク 1 5 5は、 真空蒸着装置を用いて真空中で光ファイバ 1 5 0をその中心 軸を中心として回転させ、 耐腐食性の素材の蒸気を供給して蒸着す ることにより形成する。
真空蒸着では、 金属蒸気の直進性が高いため、 先鋭部に対して斜 め後方から金属蒸気を供給すると金属蒸気が被覆層の先端に回り込 まず、 先端部を除いた領域にのみエッチングマスク 1 5 5を形成す ることができる。 例えば金属蒸気の入射方向が光ファイバ 1 5 0の 中心軸に対して 5 0 ° の角度をなすような後方側から金属蒸気を入 射させると、 図 3 3に示すような領域にエッチングマスク 1 5 5が 形成される。
なお、 このエッチングマスク 1 5 5 と材質としては、 次工程で行 う被覆層 1 5 4のエッチングにおいてエッチング液に対して耐腐食 性を示すものであればよく、 例えばクロム(Cr )が適当であり、 この 他、 被覆層との組合せを考慮すれば銀(Ag )、 白金(Pt )等も使用でき る。
このようにしてエッチングマスク 1 5 5を形成した後、 被覆層 1 5 4及びエッチングマスク 1 5 5が形成された光ファイバ 1 5 0の 先端をエッチング液に浸すことによって化学エッチングを行う。 光ファイバ 1 5 0の先端をエッチング液に浸すと、 エッチングマ スク 1 5 5が形成されていない先端部の被覆層 1 5 4のみが選択的 にエッチングされ、 図 3 4に示すように、 先端に開口部 1 5 4 aを 有する遮光性被覆層 1 5 4が形成される。 このエッチング液として
は N a 0 H水溶液等のアル力リ水溶液が用いられる。
そして、 この後、 図 3 5に示すように光ファイノ、' 1 5 0に対して、 エッチングマスクを溶解しかつ遮光性被覆層 1 5 4を溶解させない エッチング液による処理を施すことでエッチングマスク 1 5 5を除 去し、 開口プローブは製造される。
続いて、 図 3 6に示すようにコア 1 6 4の周りに第 1のクラヅ ド 1 6 5が設けられ、 その周りに第 2のクラッ ド 1 6 6が設けられた シングルモード ' マルチモードファイバ 1 6 0に第 1の遮光性被覆 層と第 2の遮光性被覆層を形成する方法を説明する。 なお、 この方 法では第 1の遮光性被覆層を無電解めつき法によって形成する。 第 1の遮光性被覆層を無電解めつき法によって形成するには、 ま ず、 先鋭部 1 6 7の表面にパラジウム(Pd )等の触媒金属核を析出さ せて活性化処理を行う。
具体的には、 光ファイバ 1 6 0を二塩化スズ(SnCh ) 溶液に浸漬 させることでファイバ表面にスズ(Sn )を被着させ、 続いて二塩化パ ラジウム(PdCl 2 ) 溶液に光フアイバ 1 6 0を浸漬する。 このように スズ(Sn )が被着した光ファイバ 1 6 0を二塩化パラジウム(PdCl 2 ) 溶液に浸潰させると、 スズ(Sn )がパラジウム(Pd )によって置換され、 パラジウムの触媒金属核がファィバ表面に析出する。
なお、 活性化処理は、 パラジウム(Pd )をスパッタリ ング等の薄膜 形成技術によって直接先鋭部表面に析出させることで行っても良い。 そして、 活性化処理を行った光ファイバの先鋭部の表面に無電解 めっき液により二ッケル(N i )等のめっき膜を形成する。 めつき膜は、 先鋭部 1 6 7の先端部のようなサイズの小さい部分では溶存酸素の 反応が活性であるために、 析出しない。 それゆえめっき処理時間を
制御することにより、 図 3 7に示すように先端に開口部 1 6 8 aを 有したかたちで第 1の遮光性被覆層 1 6 8が形成される。
次に、 この第 1の遮光性被覆層 1 6 8の上に第 2の遮光性被覆層 1 6 9を形成する。
第 2の遮光性被覆層 1 6 9を形成するには、 真空蒸着装置を用い て真空中で光ファイバをその中心軸を中心として回転させ、 先鋭部 の側面から金属蒸気を供給して蒸着する。 これによつて図 3 8に示 すように遮光性の第 2の被覆層 1 6 9が形成される。
この第 2の被覆層 1 6 9 としては、 遮光性が高く、 導電性が高い 材質のものが用いられ、 アルミニウム(Al )、 金(Au )、 銀(Ag)、 白金 (Pt )等を用いることができる。 中でも、 アルミニウム(A1 )が好適で ある。
次に、 図 3 9に示すように第 2の被覆層 1 6 9の先端部を除いて エッチングマスク 1 7 0を形成する。 エッチングマスク 1 7 0は、 真空蒸着装置を用いて真空中で光ファイバ 1 6 0をその中心軸を中 心として回転させ、 耐腐食性の素材の蒸気を先鋭部に対して側面側 から供給して蒸着することにより形成する。
このェヅチングマスク 1 7 0 と材質としては、 次工程で行う第 2 の被覆層 1 6 9のエッチングにおいてエッチング液に対して耐腐食 性を示すものであればよく、 例えばクロム(Cr )が適当であり、 この 他、 被覆層との組合せを考慮すれば銀(Ag )、 白金(Pt〉等も使用でき る。
このようにしてエッチングマスクを形成した後、 この第 2の被覆 層 1 6 9及びェツチングマスク 1 7 0が形成された光ファイノ 1 6 0の先端をエッチング液に浸すことによって化学エッチングを行う。
光ファイノ 1 6 0の先端をエッチング液に浸すと、 エッチングマ スク 1 7 0が形成されていない先端部の第 2の被覆層 1 6 9のみが 選択的にエッチングされ、 図 4 0に示すように、 先端に開口部 1 6 9 aが形成された第 2の遮光性被覆層 1 6 9が形成される。 なお、 このエッチング液としては N a 0 H水溶液等の強アル力リ水溶液が 用いられる。
そして、 この後、 光ファイノ 1 6 0に対してエッチングマスク 1 7 0を溶解しかつ第 2の遮光性被覆層 1 6 9を溶解させないエッチ ング液による処理を施すことですることで、 図 4 1に示すようにェ ツチングマスクを除去し、 開口プローブは製造される。
以上、 遮光性被覆層の形成例について説明したが、 このように 3 つ傾斜角で先鋭化された先鋭部上に遮光性被覆層が形成された開口 プローブでは、 第 1のテ一パ面の先鋭角 2 ひを小さい角度にしても 第 2のテ一パ面の傾斜角^を大きくすることでチップ長 Lを短縮す ることができる。
したがって、 開ロブローブでは波長以下の領域で光の損失が大き くなることと、 第 1のテ一パ面の傾斜角が大きい場合に開口部近傍 の遮光性が不十分になるのが問題になるが、 これらの問題が回避さ れ、 高透過効率、 高分解能が得られるようになる。
なお、 第 3のテーパー面の傾斜角ァは分解能や透過効率に直接影 響しないが、 例えば遮光性被覆層を真空蒸着によって形成する場合 には、 この傾斜角ァをできるだけ小さくするのが望ましい。
さらに、 本発明に係る光ファイバプローブの製造方法の具体例に ついて実験結果に基づいて説明する。
まず、 次のような材料構成
コア : G e O 2添加 S i 02
純粋 S i 02に対する比屈折率差 ; 1. 2 %
外径 ; 2 m
クラッ ド : 純粋 S i 02
純粋 S i◦ 2に対する比屈折率差; 0 %,
外径 ; 1 2 5 zm
の光ファイバを用意した。
そして、 この光ファイバの一端に、 以下のような溶融延伸工程 ( 1 ) と第 1の先鋭化工程 ( 2 ) 及び第 2の先鋭化工程 ( 3 ) を行 うことによって先鋭部を形成した。
( 1 ) クラッ ド傾斜工程
マイクロビベッ トブラ一 (Sutter社製 商品名 P-2000) によって、 光フアイバの一部を加熱することにより溶融させ、 この溶融させた 部分の両側を引くことでフアイバを二つに分離した。
( 2 ) 第 1の先鋭化工程
分離された一方の光ファィバの一端を、 コアのェツチング速度を R i 2 クラッ ドのエッチング速度を R22としたときに: R 12<R22と なるようなエツチング条件でエッチングを行った。 エッチング液は 40重量%NH4F水溶液 : 5 0重量%H F酸 : H2O= 1 0 : 1 : 1 (体積比) なる組成の緩衝 H F溶液であり、 エッチング時間は 3 0分である。
( 3 ) 第 2の先鋭化工程
光ファイバの一端を、 コアのエッチング速度を R i 3、 クラッ ドの ェヅチング速度を R23としたときに R 13>R23となるようなエッチ ング条件でエッチングを行った。 エッチング液は 4 0重量% NH4
F水溶液 : 5 0重量% H F酸 : H20 = 1 . 7 : 1 : 5 (体積比) なる組成の緩衝 H F溶液であり、 エッチング時間は 9秒である。 その結果、 光ファイバの一端に、 第 1のテ一パ面、 第 2のテーパ 面、 第 3のテ一パ面よりなる先鋭部が形成された。 この先鋭部の各 テーパ面の先鋭角、 断面の直径及びチップ長は以下の通りであつた < 第 1のテ一パ面の先鋭角 2ひ : 2 0 °
第 2のテーパ面の先鋭角 2 β 1 0 5 °
第 3のテ一パ面の先鋭角 2 ァ : 6 0 °
第 1のテ一パ面の後端側の断面の直径 d 0. 1
第 2のテ一パ面の後端側の断面の直径 d 2 : 0. 2
チヅブ長 L : 0. 3 m
第 1のテ一パ面の先端直径 :数 nm以下
Claims
請 求 の 範 囲 1 . コァの周りにクラッ ドが設けられてなる光フアイバょりなり その一端に 3つの傾斜角を持つ 3段階に傾斜された先鋭部を有する ことを特徴とする光ファイバプローブ。
2 . 先鋭部の先端側から 2段目の傾斜角は 3 0 ° 〜 9 0 ° であり. 先端側から 1段目の傾斜角及び 3段目の傾斜角はこの角度よりも小 さいことを特徴とする請求項 1記載の光ファイバプローブ。
3 . 先鋭部の先端側から 1段目のテ一パ面の根元径は、 伝搬され る光の波長以下であることを特徴とする請求項 2記載の光ファィバ プローブ。
4 . 0 H添加純粋石英あるいは純粋石英(Si02 )からなるコアの周 りにフッ素(F ) 添加石英(Si02 )からなるクラッ ドが設けられた光フ アイバの一端に先鋭部を設けたことを特徴とする請求項 1記載の光 ファイバプローブ。
5 . 上記先鋭部表面に当該先鋭部の先端周辺を除いて形成された 遮光性被覆層を有し、 上記先鋭部の先端が開口部を介して上記遮光 性被覆層から露出していることを特徴とする請求項 1記載の光ファ ィバプローブ。
6 . 上記先鋭部表面に当該先鋭部の先端周辺を除いて形成された 遮光性被覆層を有し、 上記先鋭部の先端が開口部を介して上記遮光 性被覆層から突出していることを特徴とする請求項 1記載の光ファ ィバプローブ。
7 . 上記先鋭部表面に真空蒸着と化学エッチングにより形成され
た遮光性被覆層を有することを特徴とする請求項 5又は請求項 6の いずれか 1項に記載の光ファイバプローブ。
8 . 上記先鋭部表面に無電界めつき法により当該先鋭部の先端周 辺を除いて形成された遮光性被覆層を有し、 上記先鋭部の先端が開 口部を介して上記遮光性被覆層から突出していることを特徴とする 請求項 1記載の光ファイバプローブ。
9 . 上記遮光性被覆層は、 先鋭部の中途部まで均一な厚さで形成 され、 この中途部から開口部の開口径に相当する位置まで厚さが減 少していることを特徴とする請求項 8記載の光ファイバプローブ。
1 0 . 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請求項 1記載の光ファイバ プローブ。
1 1 . 上記誘電体層の屈折率 nが、 上記先鋭部の屈折率 nよりも 低いことを特徴とする請求項 1 0記載の光ファイバプローブ。
1 2 . 上記第 1の金属層、 誘電体層及び第 2の金属層は、 上記先 鋭部の先端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 1 0記載の光ファイバプローブ。
1 3 . 上記先鋭部の先端以外の領域において、 上記第 1の金属層 の厚さが 1〜 5 0 n m、 上記第 2の金属層の厚さが 1 0 0 n m以上 であることを特徴とする請求項 9記載の光ファイバプローブ。
1 4 . 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 1 0記載の光ファイバプローブ。
1 5 . コアの周りに第 1のクラヅ ドと第 2のクラッ ドが設けられ てなる光ファイバからなり、 基端部から突出したコアと第 1のクラ ッ ドを先鋭化することにより形成された 3つ傾斜角を持つ 3段階に
傾斜された先鋭部を有する光ファイバプローブであって、
上記コアは単一導波モ一ドの光を伝搬し、 上記第 1のクラッ ドは 複数の導波モードの光を伝搬することを特徴とする光ファイバプロ ーブ。
16. 第 1のコアの周りに、 第 2のコア、 第 1のクラッ ド、 第 2 のクラッ ドがこの順に設けられてなり、
r 4 P = r 3 + ( r 3 - r 2) [ (R2 + R3) / (R3-R2) ] 1/2 r 2 : 第 2のコアの外周面の半径
r 3 : 第 1のクラッ ドの外周面の半径
R2 : 第 2のコアの溶解速度
R 3 : 第 1のクラッ ドの溶解速度
としたときに、 第 2のクラッ ドの外周面の半径 r 4が、
r 4≤ r p
となる光フアイバの一端に、
K 1 = R 2 \ R 3 \ R 4
R 第 1のコアの溶解速度
R2 : 第 2のコアの溶解速度
R3 : 第 1のクラッ ドの溶解速度
R 4 : 第 2のクラッ ドの溶解速度
なる条件でエツチングを行った後、
R .<R2<R3 < R 4
なる条件で化学エッチングを行い、 3つ傾斜角を持つ 3段階に傾斜 された先鋭部を化学エッチングにより形成することを特徴とする光 ファイバの製造方法。
17. 光フアイパの一端に 3つ傾斜角を持つ 3段階に傾斜された
先鋭部を形成した後、 真空蒸着と化学エッチングにより上記先鋭部 の先端を除いて遮光性被覆層を形成することを特徴とする請求項 1
6記載の光ファイバプローブの製造方法。
1 8 . 光ファイバの一端を 3つ傾斜角を持つ 3段階に傾斜された 先鋭部を形成した後、 無電解めつき法により上記先鋭部の先端を除 いて遮光性被覆層を形成することを特徴とする請求項 1 6記載の光 フアイバプローブの製造方法。
1 9 . コアの周りにクラッ ドが設けられてなる光ファイバの前記 クラッ ドの一端に外周から内周にかけて傾斜する傾斜部を形成する クラッ ド傾斜工程と、
上記コアの一端を、 化学ェヅチングによりクラッ ドから突出させ るとともにこの一端を円錐状に先鋭化する第 1の先鋭化工程と、 円錐状に先鋭化されたコアの一端を、 化学エッチングにより 2つ の傾斜角を持つ 2段階に傾斜させる第 2の先鋭化工程とを有する ことを特徴とする光フアイバプローブの製造方法。
2 0 . クラッ ド傾斜工程において、 光ファイバを溶融延伸するこ とにより、 クラッ ドの一端に傾斜部を形成することを特徴とする請 求項 1 9記載の光ファイバプローブの製造方法。
2 1 . 第 1の先鋭化工程において、 コアのエッチング速度を R 、 クラッ ドのエツチング速度を R 2 2としたときに、
K 1 2く R 2 2
を満たす条件でエッチングを行うことを特徴とする請求項 1 9記載 の光フアイパプローブの製造方法。
2 2 . 第 2の先鋭化工程において、 コアのエッチング速度を R 1 3、 クラッ ドのエッチング速度を R 2 3としたときに、
R 1 3 > R 2 3
を満たす条件でェツチングを行うことを特徴とする請求項 1 9記載 の光ファイバプローブの製造方法。
2 3 . 第 2の先鋭化工程の後、 先鋭化された光ファイバの一端に コアの先端部を除いて遮光性被覆層を形成することを特徴とする請 求項 2 2記載の光ファイバプローブの製造方法。
2 4 . コアの周りに第 1のクラッ ドと第 2のクラッ ドが設けられ てなる光ファイバの前記第 1のクラッ ドの一端に外周から内周にか けて傾斜する傾斜部を形成するクラッ ド傾斜工程と、
化学エッチングにより、 上記コアの一端を第 1のクラッ ドから突 出させるとともに、 この一端を円錐状に先鋭化する第 1の先鋭化工 程と、
円錐状に先鋭化されたコアの一端を、 化学エッチングにより、 2 つの傾斜角を持つ 2段階に傾斜させる第 2の先鋭化工程とを有する ことを特徴とする光ファイバプローブの製造方法。
2 5 . クラヅ ド傾斜工程において、 コアのエッチング速度を R【 ,、 第 1のクラヅ ドのェヅチング速度を R 2 1、 第 2のクラッ ドのエッチ ング速度を R 3 1としたときに、
K 1 1 = ¾ 2 1 R 3 1
を満たす条件でエッチングを行うことを特徴とする請求項 2 4記載 の光ファイバプローブの製造方法。
2 6 . 第 1の先鋭化工程において、 コアのエッチング速度を R 1 2、 第 1のクラッ ドのエツチング速度を R 2 2、 第 2のクラッ ドのエッチ ング速度を R 3 2としたときに、
I 2 1¾ 2 2く 3 2
を満たす条件でエッチングを行うことを特徴とする請求項 2 4記載 の光ファイバプローブの製造方法。
2 7 . 第 2の先鋭化工程において、 コアのエッチング速度を R 1 3、 第 1のクラッ ドのエツチング速度を R 2 3、 第 2のクラッ ドのエッチ ング速度を R 3 3としたときに、 を満たす条件で化学エッチングを行うことを特徴とする請求項 2 4 記載の光ファイバプローブの製造方法。
2 8 . 第 2の先鋭化工程の後、 先鋭化された光ファイバの一端に 遮光性被覆層を形成することを特徴とする請求項 2 7記載の光ファ ィバブローブの製造方法。
2 9 . 第 1のコアの周りに、 第 2のコアとクラッ ドが設けられて なる光ファイバの前記クラッ ドの一端に外周から内周にかけて傾斜 する傾斜部を形成するクラッ ド傾斜工程と、
化学エッチングにより、 上記第 1のコアと第 2のコアの一端をク ラッ ドから突出させるとともに 2つの傾斜角を持つ 2段階に傾斜さ せる先鋭化工程とを有する
ことを特徴とする光ファイバブローブの製造方法。
3 0 . クラッ ド傾斜工程において、 光ファイバを溶融延伸するこ とにより、 クラッ ドの一端に傾斜部を形成することを特徴とする請 求項 2 9記載の光ファイバプローブの製造方法。
3 1 . 先鋭化工程において、 第 1のコアのエッチング速度を R 1 2、 第 2のコアのェ ヅチング速度を R 、 クラッ ドのェ ヅチング速度を
R 3 2としたときに、
K くれ 、
を満たす条件でエッチングを行うことを特徴とする請求項 2 9記載 の光ファイバプローブの製造方法。
32. 先鋭化工程の後、 第 1のコアのエッチング速度を R 13、 第 2のコアのエツチング速度を R 23、 クラッ ドのエツチング速度を R
33としたときに、
R i 3 Z I\< 23 R 33
を満たす条件で化学エッチングを行うことにより、 第 1のコアの一 端を 2つの傾斜角を持つ 2段階に傾斜させることを特徴とする請求 項 3 1記載の光ファイバプローブの製造方法。
3 3. 先鋭化工程の後、 先鋭化された光ファイバの一端に遮光性 被覆層を形成することを特徴とする請求項 3 2記載の光ファイバプ ローブの製造方法。
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---|---|---|---|
US09/180,975 US6236783B1 (en) | 1996-09-06 | 1997-09-05 | Optical fiber probe and manufacturing method therefor |
EP97939203A EP0924524A4 (en) | 1996-09-06 | 1997-09-05 | OPTICAL FIBER PROBE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
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JP8236786A JPH1082791A (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 光ファイバープローブ及びその製造方法 |
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JP31392096A JP3589819B2 (ja) | 1996-11-25 | 1996-11-25 | 光ファイバープローブ及びそれを用いた近接場光学顕微鏡 |
JP17605297A JP3260300B2 (ja) | 1997-07-01 | 1997-07-01 | 光ファイバープローブ及びその製造方法 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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---|---|---|---|
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---|---|
US (1) | US6236783B1 (ja) |
EP (1) | EP0924524A4 (ja) |
WO (1) | WO1998010296A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7042810B2 (en) * | 2000-01-31 | 2006-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thermally-assisted magnetic recording head, method of manufacturing the same, and thermally-assisted magnetic recording apparatus |
WO2006083006A1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | Ricoh Company, Ltd. | Optical fiber probe, optical detection device, and optical detection method |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6633711B1 (en) * | 1999-06-01 | 2003-10-14 | University Of Maryland | Focused ion-beam fabrication of fiber probes for use in near field scanning optical microscopy |
JP3917354B2 (ja) * | 2000-09-12 | 2007-05-23 | 株式会社東芝 | 光プローブ及び光ピックアップ装置 |
US7142306B2 (en) * | 2001-01-23 | 2006-11-28 | Schlumberger Technology Corporation | Optical probes and probe systems for monitoring fluid flow in a well |
US7498564B2 (en) * | 2001-02-06 | 2009-03-03 | University Of Bristol Of Senate House | Resonant scanning near-field optical microscope |
FR2827967B1 (fr) * | 2001-07-26 | 2003-10-24 | Essilor Int | Procede d'impression d'une structure stable photoinduite en champ proche,et pointe de fibre optique pour sa mise en oeuvre |
JP4705281B2 (ja) * | 2001-08-22 | 2011-06-22 | 日本分光株式会社 | 散乱型近接場プローブ及びその製造方法 |
US7106935B2 (en) * | 2002-01-07 | 2006-09-12 | Seagate Technology Llc | Apparatus for focusing plasmon waves |
US20040020896A1 (en) * | 2002-02-15 | 2004-02-05 | Lockheed Martin Corporation | Tapered optical fiber for fiber to waveguide interconnection |
US7473887B2 (en) * | 2002-07-04 | 2009-01-06 | University Of Bristol Of Senate House | Resonant scanning probe microscope |
JP2007501447A (ja) * | 2003-05-29 | 2007-01-25 | ミシガン大学リージェンツ | ダブルクラッドファイバー走査型顕微鏡 |
JPWO2005003737A1 (ja) * | 2003-07-08 | 2006-11-16 | 財団法人神奈川科学技術アカデミー | 光検出装置及び方法 |
US7525526B2 (en) * | 2003-10-28 | 2009-04-28 | Samsung Electronics Co., Ltd. | System and method for performing image reconstruction and subpixel rendering to effect scaling for multi-mode display |
US7054528B2 (en) * | 2004-04-14 | 2006-05-30 | Lucent Technologies Inc. | Plasmon-enhanced tapered optical fibers |
EP1743198A1 (en) * | 2004-04-27 | 2007-01-17 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical fiber for spectroscopic analysis system |
JP4553240B2 (ja) * | 2004-07-12 | 2010-09-29 | 株式会社リコー | 光検出装置、及び光検出方法 |
JP4313784B2 (ja) * | 2004-07-15 | 2009-08-12 | セイコーインスツル株式会社 | 近視野光ヘッドおよび該近視野光ヘッドを搭載した情報記録再生装置 |
US7356225B2 (en) * | 2004-07-22 | 2008-04-08 | Ondine International Ltd | Fiber optic probe tip |
US7933482B2 (en) * | 2005-04-27 | 2011-04-26 | University Of Maryland, College Park | Optical fiber probe tips and methods for fabricating same |
WO2007030831A2 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Fanasys, Llc | Gold metal cylinder fiber |
US7327917B2 (en) * | 2006-01-28 | 2008-02-05 | Qxwave Inc. | Directional light beam generators |
CN101113953B (zh) * | 2006-07-28 | 2010-05-26 | 清华大学 | 光纤探针的制造方法 |
JP4981632B2 (ja) * | 2007-11-16 | 2012-07-25 | 三菱電線工業株式会社 | ダブルクラッドファイバのファイバ端部加工方法 |
JP2009237374A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバ部品およびこの光ファイバ部品を用いた光モジュール |
US10883870B2 (en) * | 2010-06-01 | 2021-01-05 | Drexel University | Highly doped d-shaped fiberoptic probe for hydrophone applications |
FR2979143B1 (fr) * | 2011-08-16 | 2016-03-25 | Univ Joseph Fourier | Dispositif optique d'analyse interferometrique de l'etat de surface interne d'un tube |
US10088424B2 (en) * | 2016-08-24 | 2018-10-02 | Industrial Technology Research Institute | Tapered optical needle |
CN108332676A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-07-27 | 山西大学 | 一种无损测量纳米光纤直径的装置及方法 |
KR102063963B1 (ko) * | 2019-01-10 | 2020-01-08 | 부산대학교 산학협력단 | 국소 2상 유동의 변수 측정용 광섬유 프로브 및 그 제조 방법과, 그 광섬유 프로브를 이용한 유체의 변수 측정 방법 |
US11320608B1 (en) | 2020-09-17 | 2022-05-03 | Waymo Llc | Metal coated spike array |
US11307144B1 (en) | 2020-09-17 | 2022-04-19 | Waymo Llc | Evanescent wave based optical profiler array |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07218516A (ja) * | 1993-12-10 | 1995-08-18 | Nikon Corp | 近接場光学顕微鏡などに使用されるプローブの製造方法 |
JPH07260807A (ja) * | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Kanagawa Kagaku Gijutsu Akad | フォトン走査トンネル顕微鏡 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4445751A (en) * | 1981-10-19 | 1984-05-01 | Westinghouse Electric Corp. | Metal coated, tapered, optical fiber coupled to substrate and method of fabrication |
JP3134546B2 (ja) * | 1992-10-20 | 2001-02-13 | 株式会社ニコン | プローブの製造方法 |
US5480046A (en) * | 1993-12-22 | 1996-01-02 | At&T Corp. | Fiber probe fabrication having a tip with concave sidewalls |
US5394500A (en) * | 1993-12-22 | 1995-02-28 | At&T Corp. | Fiber probe device having multiple diameters |
EP0752601B1 (en) * | 1994-03-24 | 2003-05-14 | Kanagawa Academy Of Science And Technology | Optical fiber and its manufacture |
EP0763742B1 (en) * | 1994-05-31 | 2008-04-02 | Kanagawa Academy Of Science And Technology | Optical fiber and its manufacture |
US5485536A (en) * | 1994-10-13 | 1996-01-16 | Accuphotonics, Inc. | Fiber optic probe for near field optical microscopy |
US5664036A (en) * | 1994-10-13 | 1997-09-02 | Accuphotonics, Inc. | High resolution fiber optic probe for near field optical microscopy and method of making same |
JP3127806B2 (ja) * | 1995-12-05 | 2001-01-29 | 富士ゼロックス株式会社 | 光ファイバの製造方法 |
-
1997
- 1997-09-05 US US09/180,975 patent/US6236783B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-09-05 EP EP97939203A patent/EP0924524A4/en not_active Withdrawn
- 1997-09-05 WO PCT/JP1997/003141 patent/WO1998010296A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07218516A (ja) * | 1993-12-10 | 1995-08-18 | Nikon Corp | 近接場光学顕微鏡などに使用されるプローブの製造方法 |
JPH07260807A (ja) * | 1994-03-25 | 1995-10-13 | Kanagawa Kagaku Gijutsu Akad | フォトン走査トンネル顕微鏡 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
See also references of EP0924524A4 * |
THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS, Preprints of the 57th Symposium of the Japan Society of Applied Phisics, Fall 1996, the 3rd Volume, (Japan), (07-09-96), page 778. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7042810B2 (en) * | 2000-01-31 | 2006-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Thermally-assisted magnetic recording head, method of manufacturing the same, and thermally-assisted magnetic recording apparatus |
WO2006083006A1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | Ricoh Company, Ltd. | Optical fiber probe, optical detection device, and optical detection method |
JP2006214942A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-08-17 | Ricoh Co Ltd | 光ファイバープローブ、光検出装置及び光検出方法 |
US7586084B2 (en) | 2005-02-04 | 2009-09-08 | Ricoh Company, Ltd. | Optical fiber probe, optical detection device, and optical detection method |
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Publication number | Publication date |
---|---|
EP0924524A4 (en) | 1999-11-24 |
US6236783B1 (en) | 2001-05-22 |
EP0924524A1 (en) | 1999-06-23 |
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