WO2004003931A1 - 光ファイバープローブの製造方法と微細材料加工方法 - Google Patents

光ファイバープローブの製造方法と微細材料加工方法 Download PDF

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Tadashi Mitsui
Hidetoshi Oikawa
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    • Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core

Definitions

  • the invention of this application relates to a method for manufacturing an optical fiber probe and a method for processing a fine material. More specifically, the invention of this application relates to a method of manufacturing an optical fiber probe for forming an optical fiber having a complicated structure in a cross-sectional direction, such as a polarization maintaining optical fiber, as an optical fiber probe, and a method of manufacturing the same.
  • the present invention relates to a fine material processing method using an optical fiber probe.
  • Optical probing technology using near-field light is below the diffraction limit (typically
  • the PANDA type polarization maintaining optical fiber has a more complicated structure than the elliptical type polarization maintaining optical fiber, but is easy to manufacture and has a high degree of polarization.
  • the direction of polarization can be confirmed by observing the cross section of the fiber with an optical microscope.
  • an elliptical polarization-maintaining optical fiber it is difficult to confirm the direction of polarization. This is because the size of the core is equal to or less than the size of the wavelength, that is, less than the diffraction limit, so that optical observation is impossible.
  • an elliptical polarization maintaining optical fiber is more convenient.
  • the stretching method is, as shown in Fig. 8, physically heating and melting the optical fiber (82) by a heating means (81) such as a hydrogen flame, laser light, or arc discharge, and stretching the fiber. This is a method of sharpening an optical fiber.
  • a heating means (81) such as a hydrogen flame, laser light, or arc discharge
  • the etching method uses an etching solution (91) such as hydrofluoric acid to etch the cladding (92) and core (93) of the optical fiber. It is a method of melting and chemically sharpening the core (93).
  • a physical method such as a stretching method has an advantage that the process is simple, but a chemical method such as an etching method can provide a probe having higher transmission efficiency.
  • a PANDA-type polarization maintaining optical fiber as shown in Fig. 10, if the chemical sharpening is attempted, the stress-applied portion will remain melted. Therefore, it is impossible to probe. This is because the stress applying portion is doped with a material having high chemical resistance such as beryllium.
  • the PANDA-type polarization maintaining optical fiber is easy to fabricate itself, has a high degree of polarization, and furthermore, observes the cross section of the fiber with an optical microscope to maintain the polarization. The feature is that the direction can be confirmed.
  • it is considered difficult to manufacture a probe with high transmission efficiency from a PANDA-type polarization-maintaining optical fiber because a chemical method cannot be applied, and the development of a new method for easily forming a probe is considered. Was sought.
  • the invention of this application has been made in view of the above circumstances, and a method of manufacturing a new optical fiber probe having both high transmission efficiency and a high degree of polarization has been developed.
  • the task is to provide a method. Disclosure of the invention
  • the invention of this application solves the above-mentioned problems.
  • a method of manufacturing an optical fiber-probe in which a core portion is sharpened by etching a tip portion of the optical fiber to form an optical fiber probe.
  • the optical fiber is a polarization-maintaining optical fiber comprising a core, a stress applying part, and a cladding, and the core comes to the sharpest part by mechanically polishing the end of the optical fiber.
  • the end of the optical fiber is formed into a sharpened shape, and the formed end of the optical fiber is dipped in an etching solution to further sharpen the core to form an optical fiber probe.
  • a method for manufacturing an optical fiber probe is provided.
  • the invention of this application relates to a method of manufacturing an optical fiber-probe in which the core is sharpened by etching the tip of the optical fiber to form the optical fiber-probe.
  • One is a polarization maintaining optical fiber comprising a core, a stress applying part and a clad, and At the end of the fiber, a cut is made in the cross-sectional direction at the outer periphery of the core, and the optical fiber is immersed vertically in the etchant until the cut is made, and the optical fiber is directed toward the tip from the cut.
  • a method for manufacturing an optical fiber probe characterized in that the core portion is melted while being stretched by its own weight to sharpen the core portion to form an optical fiber probe.
  • the invention of this application is directed to a third aspect of the invention, in which an optical fiber probe manufactured by the above-described method for manufacturing an optical fiber probe is used as a probe for optical tweezers to interact with polarized light.
  • a fine material processing method characterized by adsorbing, moving, and assembling a fine material comprising an anisotropic molecule group.
  • the polarization direction of light incident on the optical fiber probe is switched to control the arrangement direction of the anisotropic molecules.
  • a method for processing a fine material characterized by performing processing.
  • an optical fiber probe manufactured by the above-described optical fiber probe manufacturing method is used as an optical tweezers probe, and an anisotropically mounted optical fiber probe is mounted on a substrate.
  • the polarized light having a wavelength that is highly chemically active for the anisotropic molecules is incident on the optical fiber probe, and irradiates the anisotropic molecules, thereby forming a polymerization bond between the anisotropic molecules.
  • a method for processing a fine material characterized by forming is provided.
  • the anisotropic molecule is any one of an inorganic molecule, an organic molecule, a magnetic material molecule, a liquid crystal molecule, and a polymerizable molecule.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a procedure of a method for manufacturing an optical fiber probe according to the invention of the present application.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a manufacturing process of an optical fiber-probe by the method of manufacturing an optical fiber-probe according to the invention of this application.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a procedure of a method for manufacturing an optical fiber probe according to the invention of the present application.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an application method of an optical fiber probe manufactured by the optical fiber probe manufacturing method of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an application method of an optical fiber-probe manufactured by the method of manufacturing an optical fiber-probe according to the invention of the present application.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of a polarization-maintaining optical fiber used as a material in the embodiment of the present invention and the structure of a manufactured polarization-maintaining optical fiber.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing one type of polarization-maintaining optical fiber.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a method for producing a conventional polarization-maintaining optical fiber probe.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a method for producing a conventional polarization-maintaining optical fiber probe.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing a method for producing a conventional polarization-maintaining optical fiber probe.
  • the method for manufacturing an optical fiber probe according to the invention of the present application involves etching a PANDA type polarization maintaining optical fiber or an optical fiber having a complicated structure in a cross-sectional direction, and forming a core at the tip of the optical fiber. The part is sharpened to form an optical fiber probe.
  • FIG. 1 shows an outline of a method of manufacturing an optical fiber probe according to the invention of the present application.
  • FIG. 2 shows a process of manufacturing an optical fiber-probe according to the optical fiber-probe manufacturing method of the present invention.
  • the end of the optical fiber 1 is mechanically polished into a sharpened shape so that the core (1) is at the sharpest point.
  • the stress applying part (2) is polished to the rear of the core part (1).
  • an optical fiber formed into a sharp shape By immersing one end (indicated by the arrow in the right figure of Fig. 1) in the etching solution, the clad (3) is completely dissolved, and the core (1) is further sharpened and the light is Formed as a fiber-to-probe.
  • Mechanical polishing of one end of the optical fiber is performed by a mechanical polishing method for the electronics industry. Specifically, as shown in Fig. 2, the optical fiber (2 2) is polished to a polishing platen (2 3) with a wax for electronics industry (2 1), etc., with reversing operation. Polishing is performed while being fixed in an oblique direction.
  • the installation angle of the optical fiber (22) (the angle between the optical fiber (2 2) and the polishing platen (2 3)) when performing mechanical polishing is appropriately set according to the configuration of the optical fiber.
  • the core diameter is 4 ⁇ m
  • the clad diameter is 1-25 m
  • the diameter of the stressed part is 4 mm. ⁇ , the length from the center to the end of the stressed part.
  • the installation angle is preferably set to 1 to 8 °.
  • an outer peripheral portion of the core (31), for example, a focused ion beam A notch (3 2) is formed in the cross-sectional direction by a processing method or the like, and then the optical fiber is vertically immersed in the etching solution (3 3) until the notch (32) enters.
  • the core portion (31) is melted while being stretched by the weight of the optical fiber (34) in the direction of the tip from the cut (32), thereby sharpening the core portion (31) and sharpening the optical fiber (31). It may be formed as a probe.
  • the length of the optical fiber (3 4) in the direction from the notch (3 2) to the tip is required to be about 3 cm because of the weight required to pull the core (3 1). preferable.
  • the depth of the cut (32) is appropriately selected depending on the configuration of the optical fiber and the shape of the optical fiber probe to be formed. Notches (3 2) are formed so that is cut. .
  • optical fiber probe manufactured by the method for manufacturing an optical fiber probe according to the invention of the present application described above can be used for various purposes. It is. The uses are described below, and the advantages of the optical fiber probe manufactured by the method of manufacturing an optical fiber probe according to the invention of the present application in those applications will be described.
  • an optical fiber probe manufactured by the optical fiber probe manufacturing method of the present invention as a probe for optical tweezers, the direction of anisotropic molecules such as liquid crystal molecules can be controlled. It is expected to provide a new perspective in the field of nano-fiber applications, as it will be possible to transport and assemble in the future.
  • a fine material composed of a plurality of anisotropic molecules (41) having an interaction with polarized light is manufactured by the optical fiber-probe manufacturing method of the present invention.
  • the optical fiber probe (4 2) can be used for suction, movement, and assembling processing.
  • the micromaterial to be assembled is composed of anisotropic molecules such as inorganic molecules, organic molecules, magnetic molecules, liquid crystal molecules, or polymerizable molecules. 2) Polymerization reaction with orientation control
  • the optical fiber probe (51) manufactured by the method for manufacturing an optical fiber probe according to the invention of the present application is used as a probe for optical tweezers.
  • the orientation of the anisotropic molecule group (54) set on the substrate (53) is controlled.
  • the anisotropic molecules provided on the substrate include inorganic molecules, organic molecules, magnetic molecules, liquid crystal molecules, and polymerizable molecules. This The method makes it possible to fabricate electronic circuits and microstructures with alternately oriented structures as shown in FIG.
  • the optical fiber-probe manufactured by the method for manufacturing an optical fiber-probe, which is the invention of this application, can control the polarization, so that application to a near-field optical microscope dramatically improves the performance of the microscope. It is expected to improve.
  • Fine processing such as lithography using a probe
  • optical fiber-probe manufactured by the optical fiber-probe manufacturing method according to the invention of the present application is highly likely to be an elemental technology for realizing it.
  • the exposed core is etched and A fiber probe was made.
  • a polarization maintaining optical fiber having a core diameter of 4 urn, a cladding diameter of 125 m, and a stress applying part diameter of 40 nm was used.
  • the length from the center of the polarization-maintaining optical fiber to the end from the stress applying part was 6 m, and the operating wavelength was 0.62 m.
  • Material co ⁇ portion is G E_ ⁇ 2 doped quartz, a material of the cladding portion is pure silica, also, the material of the stress-applying parts were B 2 0 3 doped silica.
  • the crosstalk used was less than 30 dB after transmission.
  • the tip of this polarization-maintaining optical fiber was fixed with an electronics box and polished from an oblique angle at an angle of 5 °.
  • Mirror polishing was performed using diamond particles having a particle diameter of 0.3111 and 0.05 m, respectively. As a result, a part with a tip length of about 68.6 m, where no stress applying part exists, could be exposed.
  • a two-step tapered probe was fabricated by two-step chemical etching, and gold was sputter-coated on the probe.
  • the thickness of the metal film is 140 nm.
  • a notch was formed around the core by the focused ion beam processing method, and the stress applying part was cut. Etching was performed. At this time, the cut was formed at a position about 3 cm away from the end of the optical fiber. During the etching, a portion 3 cm from the end (beyond the cut) was immersed vertically in the etching solution. Even if the liquid level of the etchant does not exactly match the notch, it rises due to capillary action, so it is necessary to hold the etchant at a position just before the liquid level climbs up to the notch. Regarding the etching, the same two-stage chemical etching as in Example 1 was performed.
  • the crosstalk ratio of the polarization-maintaining optical fiber manufactured according to the present embodiment was measured to be 200: 1, and the crosstalk yield of the optical fiber probe according to the first embodiment was 1%. On the other hand, it was 19% in the present example, which proved to be an extremely excellent method for producing an optical fiber probe.
  • Example 2 Using the polarization-maintaining optical fiber probe prepared in Example 2, fine processing by local polymerization of a dimethylene thin film was performed. An optical fiber probe having an opening diameter of 50 nm was used.
  • An unpolymerized diacetylene thin film was deposited on a silicon substrate by spin coating, and the sample was scanned while irradiating ultraviolet light with a polarization-maintaining optical fiber probe to form a polymerization reaction between molecules.
  • the wavelength of the irradiated ultraviolet light was 325 nm, and a He-Cd laser was used as a light source.
  • the polarization direction was set at an angle of 45 ° to the scanning direction, one line was scanned in the forward direction, and the scan was performed by rotating the polarization direction by 90 ° during the return scan.
  • microstructures with different orientation directions at 50 nm intervals could be produced. This is, of course, impossible with conventional methods such as STM.
  • one row of the formed microstructure is one polymer, and their lengths are all equal. In ordinary chemical reactions, it is impossible to polymerize such high molecular weight polymers. Industrial applicability
  • a new optical fiber probe having both high transmission efficiency and polarization degree is provided.
  • the invention of this application realizes inexpensively and easily manufacturing a high-quality polarization-maintaining optical fiber probe from a PANDA-type polarization-maintaining optical fiber, which was impossible with the prior art. Since there is a high possibility that it will be applied in various fields of nanotechnology, it is highly expected that it will be put to practical use.

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Abstract

光ファイバーの先端部をエッチングすることでコア部を先鋭化して光ファイバープローブとして形成する光ファイバープローブの製造方法において、光ファイバーがコア部(1)と応力付与部(2)とクラッド部(3)とからなる偏波保持光ファイバーであって、光ファイバーの端部を機械研磨することでコア部(1)が最先鋭部にくるように光ファイバーの端部を先鋭形状に形成し、形成された光ファイバーの端部をエッチング液に浸漬することでコア部(1)を更に先鋭化して光ファイバープローブで、高い透過効率および偏光度を併せ持つ新しい光ファイバープローブとする。

Description

明 細 書 光ファイバ一プローブの製造方法と微細材料加工方法 技術分野
この出願の発明は、光ファイバ一プローブの製造方法と微細材料加工 方法に関するものである。 さらに詳しくは、 この出願の発明は、 偏波保 持光ファイバ一などの断面方向に複雑な構造を持つ光ファイバ一を光 フアイパープローブとして形成するための光ファイバ一プローブの製 造方法とこの光フアイパープローブを用いる微細材料加工方法に関す るものである。 従来の技術
近接場光を用いた光プロ一ビング技術は、 回折限界以下 （典型的には
500 nm以下） の微小領域における観察、 加工、 あるいは、 マニピュ レーションを実現するための技術として注目されている （特開平 10- 2905、 特開平 1 0— 1 32831、 特開 2000— 329773、 または、 特開 200 1—1 31 54)。 光ファイバ一を先鋭化し、 プロ ーブとして利用することの利点としては、 （I) 走査型トンネル電子顕微 鏡 （STM) と異なり電気を利用しないため、 絶縁性の物質を対象とし た観察または加工が可能であること、 （II) 光は水中も伝搬するため、 溶液中の試料を観察することが可能であること、 （III) 原子間力顕微鏡 (AFM) と異なり、 分光および偏光測定が可能であるため、 エネルギ 一状態や光物性等も同時測定することが可能となること、 （IV) 近接場 光の持つポテンシャル場を利用することで、光ピンセッ卜のようなマ二 ピユレーシヨンとして利用できること、 および、 （V) 光化学反応を用い ることでリソグラフィ一としても使用できること等が挙げられる。
近年、従来利用されてきたシングルモ一ド光ファイバ一に代えて偏波 保持光ファイバ一を用いることで、 回折限界以下の微小領域に直線偏光 を照射あるいは集光を行う試みがなされ始めている。 しかし、 この技術 は開発の途上にあり、 高い透過効率および偏光度を持つ光ファイバープ ローブは、 未だ実現されていないのが現状である。
現在、 主に知られている偏波保持光ファイバ一には、 図 7に示すよう に、 PANDA型と楕円型の 2種類がある。 PANDA型の偏波保持光 ファイバ一は、楕円型の偏波保持光ファイバ一と比較して構造が複雑で あるが、 作製が容易で、 かつ、 偏光度が高い。 また、 PANDA型の偏 波保持光ファイバ一は、 ファイバーの断面を光学顕微鏡で観察すること で、偏波の方向を確認できる。一方、楕円型の偏波保持光ファイバ一は、. 偏波の方向の確認が困難である。 これは、 コアの大きさが、 波長の大き さと同程度か、 あるいは、 'それ以下であり、 すなわち、 回折限界以下で あるため、 光学的に観察することが不可能であるためである。
一方、 これら 2種類のファイバ一を用いてプロ一ブを作製する場合、 楕円型の偏波保持光ファイバ一の方が、 都合がよい。 これは、 楕円型の 偏波保持光ファイバ一においては、 プローブを作成する方法として引き 伸ばし法およびエッチング法の 2種類の方法が使えるためである。 P A N DA型の偏波保持光ファイバ一においては、 引き伸ばし法しか適用す ることが出来ない。 ここで、 引き延ばし法とは、 図 8に示したように、 水素炎、 レーザー光、 アーク放電等の加熱手段 （8 1 ) により光フアイ バー （82) を加熱融解し、 引き延ばすことにより物理的に光ファイバ 一を先鋭化する方法である。 また、 エッチング法とは、 図 9に示したよ うに、 フッ酸等のエッチング液 （ 9 1 ) を用いてエッチングを行うこと で光ファイバ一のクラッド部 （9 2) およびコア部 （9 3) を溶解し、 コア部 （9 3) を化学的に先鋭化する方法である。 引き延ばし法のよう な物理的方法においては工程が簡便であるという利点があるが、 エッチ ング法のような化学的方法を適用した方が透過効率の高いプローブを 得ることができる。
PANDA型の偏波保持光ファイバ一においては、 図 1 0に示したよ うに、 化学的に先鋭化を施そうとすると、 応力付与部が溶け残ってしま うことから、 プロ一ブ化することが不可能である。 これは、 応力付与部 には、 ベリリゥム等の化学的耐性が高い物質がドープされているためで ある。
前述の通り、 P A N D A型の偏波保持光ファイバ一は、 ファイバ一自 体の作製が容易で、 かつ、 偏光度が高く、 さらには、 ファイバ一の断面 を光学顕微鏡で観察することで偏波の方向を確認できるといった特徴 を有する。 一方で、 化学的な方法を適用できないため、 P A N D A型の 偏波保持光ファイバ一から透過効率の高いプローブを製造することは 難しいと考えられ、簡便にプローブを形成するための新しい手法の開発 が求められていた。
そこで、 この出願の発明は、 以上の通りの事情に鑑みてなされたもの であり、 高い透過効率および偏光度を併せ持つ新しい光フアイパープロ —ブの製造方法この光ファイバ一プローブを用いる新しい微細材料加 ェ方法を提供することを課題としている。 発明の開示
この出願の発明は、 上記の課題を解決するものとして、 第 1には、 光 ファイバーの先端部をエッチングすることでコア部を先鋭化して光フ アイバープローブとして形成する光ファイバ一プローブの製造方法に おいて、光ファイバ一がコア部と応力付与部とクラッド部とからなる偏 波保持光ファイバ一であって、 光ファイバ一の端部を機械研磨すること でコア部が最先鋭部にくるように光ファイバ一の端部を先鋭形状に形 成し、 形成された光ファイバ一の端部をエッチング液に浸漬することで コア部を更に先鋭化して光ファイバ一プロ一ブとすることを特徴とす る光ファイバ一プローブの製造方法を提供する。
また、 この出願の発明は、 第 2に、 光ファイバ一の先端部をエツチン グすることでコア部を先鋭化して光ファイバ一プローブとして形成す る光ファイバ一プローブの製造方法において、光フアイノヾ一がコア部と 応力付与部とクラッド部とからなる偏波保持光ファイバ一であって、 光 ファイバ一の端部において、 コア部の外周部分に断面方向に切れ込みを 形成し、光ファイバ一を切れ込みの入った部分までエッチング液に垂直 に浸漬し、切れ込みの入った部分より先端方向の光ファイバ一の自重に よりコア部を引き延ばしつつ溶解することで、 コア部を先鋭化して光フ アイバ一プローブとすることを特徴とする光ファイバ一プローブの製 造方法を提供する。
そして、 この出願の発明は、 第 3の発明の態様として、 以上の光ファ ィバ一プローブの製造方法により製造される光ファイバ一プローブを 光ピンセット用プローブとして用い、偏光に対して相互作用を有する異 方性分子群からなる微細材料を、 吸着、 移動、 および、 組み立て加工す ることを特徴とする微細材料加工方法を提供する。 この出願の発明は、 第 4の発明の態様として、 上記の微細材料加工方法において、 光フアイ バープローブに入射する光の偏光方向を切り替えることで、 異方性分子 の配置方向を制御して組み立て加工を行うことを特徴とする微細材料 加工方法を提供する。
さらに、 この出願の発明は、 第 5の発明の態様として、 上記の光ファ ィバープローブの製造方法により製造される光ファイバ一プローブを 光ピンセット用プローブとして用い、基板上に設置された異方性分子群 の配向を制御し、 異方性分子群にとって化学活性の高い波長の偏光を光 ファイバープローブに入射し、 異方性分子群に照射することで、 異方性 分子間で重合結合を形成することを特徴とする微細材料加工方法を提 供する。
以上の微細材料加工方法においては、 異方性分子が、 無機分子、 有機 分子、 磁性体分子、 液晶分子、 あるいは、 重合性分子のいずれかである ことを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法の手 順について示した概要図である。 図 2は、 この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法によ る光ファイバ一プローブの製造工程について示した概要図である。
図 3は、 この出願の発明である光フアイパープローブの製造方法の手 順について示した概要図である。
図 4は、 この出願の発明である光フアイパープローブの製造方法によ り製造される光ファイバ一プローブの応用手法に関して示した概要図 である。
図 5は、 この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法によ り製造される光ファイバ一プローブの応用手法に関して示した概要図 である。
図 6は、 この出願の発明の実施例において材料として用いられた偏波 保持光ファイバ一の構造と作製された偏波保持光ファイバ一プローブ の構造について示した概要図である。
図 7は、 偏波保持光ファイバ一の種類に関して示した概要図である。 図 8は、従来の偏波保持光ファイバ一プローブの作成方法に関して示 した概要図である。
図 9は、従来の偏波保持光ファイバ一プローブの作成方法に関して示 した概要図である。
図 1 0は、従来の偏波保持光ファイバ一プローブの作成方法に関して 示した概要図である。
なお、 図中の符号は次のものを示す。
1 コア部
2 応力付与部
3 クラッド部
2 1 電子工業用ワックス
2 2 光ファイバ一
2 3 研磨定盤
3 1 コア部
3 2 切れ込み P T/JP2003/007412
3 3 エッチング液
3 4 先端方向の光ファイバ、
3 5 応力付与部
4 1 異方性分子.
4 2 光フアイパープローブ
4 3 入射する光の偏光方向
5 1 光ファイバ一プローブ
5 2 偏光方向
5 3
5 4 異方性分子群
8 1 加熱手段
8 2 光ファイバ一
9 1 エツチング液
9 2 クラッド部
9 3 コア部 発明を実施するための最良の形態
この出願の発明は、上記のとおりの特徵をもつものであるが、以下に、 その実施の形態について説明する。
この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法は、 P A N D A型偏波保持光ファイバ一や断面方向に複雑な構造を有する光フアイ パーを対象としてエッチングを行い、光ファイバ一の先端部のコア部を 先鋭化して光ファイバ一プローブとして形成するものである。
図 1に、 この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法の概 要について示す。 また、 図 2に、 この出願の発明である光ファイバ—プ ローブ製造方法による光ファイバ一プローブの製造工程について示す。 まず、 コア部 （ 1 ) が最先鋭部にくるように、 光ファイバ一の端部を先 鋭形状に機械研磨する。 このとき、 応力付与部 （2 ) は、 コア部 （ 1 ) よりも後方まで研磨される。 そして、 先鋭形状に形成された光ファイバ 一の端部 （図 1の右図の矢印表示部分） をエッチング液に浸漬すること で、 クラッド部 （3 ) は完全に溶解され、 また、 コア部 （ 1 ) は更に先 鋭化され、 光ファイバ一プローブとして形成される。
光ファイバ一の端部の機械研磨は、 電子工業用機械研磨法により行わ れる。 具体的には、 図 2に示したように、 ひつくり返しの操作をともな いながら、 電子工業用ワックス （2 1 ) などにより、 光ファイバ一 （2 2) を研磨定盤 （2 3) に対して斜め方向に固定して研磨が行われる。 機械研磨を行う際の光フアイパー（2 2)の設置角度 (光ファイバ一（2 2) と研磨定盤 （2 3) とのなす角度） は、 光ファイバ一の構成によつ て適宜設定されるものであるが、 例えば、 コア部の直径が 4 ^m、 クラ ッド直径が 1 _2 5 m、 応力付与部の直径が 4 Ο. τη, 中心から応力付 与部の端までの長さが 6 ΐ の P AND Α型偏波保持ファイバ一の場 合には、 設置角度を 1〜8 ° とすることが好ましい。
また、 この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法におい ては、 図 3に示したように、 光ファイバ一の端部において、 コア部 （3 1 ) の外周部分に、 例えば収束イオンビーム加工法などにより、 断面方 向に対して切れ込み (3 2 ) を形成し、 次いで、 光ファイバ一を切れ込 み （3 2) の入った鄧分までエッチング液 （3 3) に垂直に浸漬し、 切 れ込み （3 2) より先端方向の光ファイバ一 （3 4) の自重によりコア 部 （3 1 ) を引き延ばしつつ溶解することで、 コア部 （ 3 1 ) を先鋭化 して光ファイバ一プローブとして形成してもよい。 このとき、 切れ込み (3 2) より先端方向の光フアイパー （3 4) の長さは、 コア部 （3 1 ) を引張するための重量が必要とされることから、 3 c m程度とすること が好ましい。 また、 切れ込み （3 2) の深さは、 光ファイバ一の構成や 形成したい光ファイバ一プローブの形状により、適宜に選択されるもの であるが、 エッチング液に溶解しない応力付与部 （3 5) が切断される ように、 切れ込み （3 2) が形成される.。 .
以上で説明したこの出願の発明である光ファイバ一プローブの製造 方法により製造される光ファイバ一プローブは、様々な用途に利用可能 である。 以下に、 その用途について示し、 それらの用途における、 この 出願の発明である光ファイバ一プローブ製造方法により製造される光 ファイバ一プロ一ブの利点について説明する。
1 ) 方向制御による分子マニピュレーション
この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法により製造 される光ファイバ一プローブを、光ピンセット用プロ一ブとして用いる ことで、液晶分子等の異方性を持つ分子に対して方向を制御しての運搬 および組み立てが可能となり、 ナノフアプリケーションの分野に新しい 展望を与えるものと期待される。
図 4に示したように、偏光に対して相互作用を有する複数の異方性分子 ( 4 1 ) からなる微細材料を、 この出願の発明である光ファイバ一プロ ーブ製造方法により製造される光ファイバ一プローブ （4 2 ) により、 吸着、移動、および、組み立て加工する際に、光ファイバ一プローブ（4
2 ) に入射する光の偏光方向 （4 3 ) を切り替えることで、 異方性分子 ( 4 1 ) の配置方向を制御して組み立て加工を行うことが可能となる。 異方性分子群の配置方向を制御しながらの組み立ては、従来の S T Mや A F Mにおいては不可能であり、 この出願の発明によりはじめて実現す るものである。
組み立てが行われる微細材料は、 無機分子、 有機分子、 磁性体分子、 液晶分子、 あるいは、 重合性分子などの異方性分子から構成される。 2 ) 配向制御を伴う重合反応
この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法により製造 される光ファイバ一プローブ （5 1 ) を光ピンセット用プローブとして 用い、 例えば紫外線といった異方性分子群にとつて化学活性の高い波長 の偏光の偏光方向 （ 5 2 ) を制御しつつ光ファイバ一プローブ （5 1 ) に入射することで、 基板 （5 3 ) 上に設置された異方性分子群 （5 4 ) の配向を制御しつつ、 異方性分子間で重合結合を形成することが可能と なる。 基板上に設置される異方性分子としては、 無機分子、 有機分子、 磁性体分子、 液晶分子、 あるいは、 重合性分子などが挙げられる。 この 方法により、 電子回路や、 図 5に示すような交互に配向した構造を持つ 微細構造などを作製することが可能となる。
3 ) 直線偏光近接場顕微鏡用プローブ
電子線と異なり、 光を励起源として用いる物性評価法は、
•荷電を生じないことから絶縁体に対しても適用可能である
•有機物が対象であってもダメージを与えない
•真空を必要としない
•光が水中を伝搬することから生物 ·生体材料にも使用可能である' と、 いった特徴がある。 この出願の発明.である光ファイバ一プローブの 製造方法により製造される光ファイバ一プローブは、偏光の制御が可能 であることから、 近接場光学顕微鏡に適用することで、 顕微鏡の性能を 飛躍的に向上させるものと期待される。
4 ) プローブを用いたリソグラフィ一等の微細加工
リソグラフィ一による微細加工において、偏波光を用いることで加工 品質が向上することが知られているが、 1 0 O n m以下の線幅を持つ回 路パターンの作製は、 実現困難であるといわれている。 この出願の発明 である光ファイバ一プローブ製造方法により製造される光ファイバ一 プローブは、 それを実現する要素技術となりうる可能性が高い。
以上は、 この出願の発明である光ファイバ一プローブの製造方法におけ る態様の一例であり、'この出願の発明が以上で示した形態に限定される ことはなく、 その細部について、 様々な形態をとりうることが考慮され るべきであることは言うまでもない。
この出願の発明は、 以上の特徴を持つものであるが、 以下に実施例を示 し、 さらに具体的に説明する。 実 施 例
実施例 1
P A N D A型偏波保持光ファイバ一を電子工業用機械研磨法により 斜方に研磨を行った後、 露出したコア部に対してエッチングを施し、 光 ファイバープローブを作製した。
図 6に示したように、 偏波保持光ファイバ一として、 コア部の直径が 4 urn, クラッド直径が 1 25 m、 応力付与部の直径が 40 n mのも のを用いた。偏波保持光ファイバ一の中心から応力付与部までの端部ま での長さは 6 mであり、 また、 動作波長は 0. 6 2 mであった。 コ ァ部の材質は G e〇 2添加石英であり、 クラッド部の材質は純粋石英で あり、 また、 応力付与部の材質は B 203添加石英であった。 クロストー クは、 伝送後において一 30 dB以下のものを使用した。
この偏波保持光ファイバ一の先端を電子工業ヮックスにより固定し、 5 ° の角度をつけて斜方より研磨を行った。研磨材としてはそれぞれ粒 径が.0. 3 111と 0. 0 5 mのダイヤモンド粒子を用い、 鏡面研磨を 行った。 これにより、 応力付与部が存在しない、 先端長約 68. 6 m の部分を露出することができた。
この露出した先端部に対して、 NH4F : HF : H2〇 = X : 1 : 1の 組成のフッ酸溶液を用いてエッチングを行った。 このとき、 2段階化学 エッチングを行い、 1段目として X= l . 8となるように、 さらに、 2 段目として X= 1 0となるように、 フッ酸溶液の組成比を調整した。 2 段階化学エッチングを実施することで、 2段テーパ型プローブを作製し、 それに金属膜として金をスパッタリングコートした。 金属膜の膜厚は、 140 nmである。作製された光ファイバ一プローブを試料等に接触さ せることで、 端に、 開口径 1 00 nmの微小開口を形成した。
この偏波保持光ファイバ一プローブの偏光度を測定したところ、従来 の楕円型偏波保持光ファイバ一プローブで実現されていたクロスト一 ク比 4 ： 1に対して、 1 00 ： 1まで向上していることが確認された。 この光ファイバ一プローブを近接場光学顕微鏡で用いたところ、 偏光分 布測定の性能が、 飛躍的に向上したことも確認された。
実施例 2
実施例 1で用いた光ファイバ一の先端部に、 収束イオンビーム加工法 によりコア部の周囲に切れ込みを形成し、応力付与部を切断した状態で、 エッチングを行った。 このとき、 切れ込みは、 光ファイバ一の末端部よ り 3 c m程度離した位置に形成した。 エッチング中においては、 末端部 より 3 c mの部分 （切れ込みの先方） をエッチング溶液に垂直に浸漬し た。 エッチング液の液面は、 切れ込みの部分に正確に合わせなくとも、 毛細管現象により高くなるため、 エッチング液の液面が切れ込みに這い 上がる寸前の位置に保持する必要がある。 エッチングに関しては、 実施 例 1と同様の 2段階化学エッチングを行った。
本実施例においては、 実施例 1よりも光ファイバ一プローブの作製が 容易であり、 さらに、 エッチング溶液中に浸漬した光ファイバ一の重さ により光ファイバ一プローブとなる部分が垂直な状態に維持されるた めに品質の高い光ファイバ一プローブが作製される。
本実施例により作製された偏波保持光ファイバ一プローブのクロス トーク比を測定したところ、 2 0 0 ： 1であり、 実施例 1における光フ アイバープローブのクロストークの歩留まりが 1 %であったのに対し て、 本実施例においては 1 9 %であり、 極めて優れた光ファイバ一プロ ーブの製造方法であることがわかった。
実施例 3
実施例 2で作製した偏波保持光ファイバ一プローブを用いて、 ジァセ チレン薄膜の局所重合による微細加工を行った。光ファイバ一プローブ は、 開口径が 5 0 n mのものを用いた。
スピンコート法によりシリコン基板上に未重合のジアセチレン薄膜 を堆積させ、 その試料を偏波保持光ファイバ一プローブにより紫外光を 照射しつつ走査し、 分子間の重合反応を形成した。 照射した紫外光の波 長は 3 2 5 n mであり、 光源として H e— C dレーザーを用いた。
偏光方向を、 走査方向に対して 4 5 ° の角度にセットし、 1ラインを 往路方向にスキャンし、 復路のスキャン時に偏光方向を 9 0 ° 回転して スキャンを行った。 その結果、 5 0 n m間隔で配向方向が異なる微細構 造を作製することができた。 これは、 従来の S T Mなどを用いた方法で は、 当然不可能である。 さらには、 形成された微細構造の 1列分がひとつの高分子であり、 そ の長さは全て等しい。 通常の化学反応にいては、 このように分子量が揃 つた高分子を重合することは不可能である。 産業上の利用可能性
この出願の発明によって、 以上詳しく説明したとおり、 高い透過効率 および偏光度を併せ持つ新しい光ファイバ一プローブが提供される。 この出願の発明は、従来技術では不可能であった P A N D A型偏波保持 光ファイバ一から高品質の偏波保持光ファイバ一プローブを、 安価に、 かつ、 簡便に、 製造することを実現するものであり、 ナノテクノロジ一 の技術分野において様々に応用される可能性が高いことから、その実用 化が強く期待される。

Claims

請求の範囲
1 . 光ファイバ一の先端部をエッチングすることでコア部を先鋭化し て光ファイバ一プローブとして形成する光ファイバ一プローブの製造 方法において、光ファイバ一がコア部と応力付与部とクラッド部とから なる偏波保持光ファイバ一であって、光ファイバ一の端部を機械研磨す ることでコア部が最先鋭部にくるように光ファイバ一の端部を先鋭形 状に形成し、 形成された光ファイバ一の端部をエッチング液に浸漬する ことでコア部を更に先鋭化して光ファイバ一プローブとすることを特 徵とする光ファイバ一プローブの製造方法。
2 . 光ファイバ一の先端部をエッチングすることでコア部を先鋭化し て光ファイバ一プローブとして形成する光ファイバ一プローブの製造 方法において、光ファイバ一がコア部と応力付与部とクラッド部とから なる偏波保持光ファイバ一であって、 光ファイバ一の端部において、 コ ァ部の外周部分に断面方向に切れ込みを形成し、光ファイバ一を切れ込 みの入った部分までエッチング液に垂直に浸漬し、切れ込みの入った部 分より先端方向の光ファイバ一の自重によりコア部を引き延ばしつつ 溶解することで、 コア部を先鋭化して光ファイバ一プロ一ブとすること を特徴とする光ファイバ一プローブの製造方法。
3 . 請求項 1または 2の光ファイバ一プローブの製造方法により製造' される光ファイバ一プローブを光ピンセット用プローブとして用い、偏 光に対して相互作用を有する異方性分子群からなる微細材料を、 吸着、 移動、 および、 組み立て加工することを特徴とする微細材料加工方法。
4 . 光ファイバ一プローブに入射する光の偏光方向を切り替えること で、 異方性分子の配置方向を制御して組み立て加工を行う？：とを特徴と する請求項 3記載の微細材料加工方法。
5 . 請求項 1または 2の光ファイバ一プローブの製造方法により製造 される光ファイバ一プロ一プを光ピンセット用プローブとして用い、基 板上に設置された異方性分子群の配向を制御し、 異方性分子群にとって 化学活性の高い波長の偏光を光ファイバ一プローブに入射し、 異方性分 子群に照射することで、 異方性分子間で重合結合を形成することを特徴 とする微細材料加工方法。
6 . 異方性分子が、 無機分子、 有機分子、 磁性体分子、 液晶分子、 あ るいは、重合性分子のいずれかである請求項 3ないし 5のいずれかの微 細材料加工方法。
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