JP3268201B2 - 光ファイバプローブ - Google Patents
光ファイバプローブInfo
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Description
局在するエバネッセント場の散乱光を検出して物体の形
状を測定するプローブ走査型近接場光学顕微鏡における
光プローブ等に用いられる光ファイバプローブに関す
る。
する顕微鏡としては、物体表面の光の波長より小さい領
域にに局在するエバネッセント場の散乱光を検出して物
体の形状を測定するプローブ走査型の近接場光学顕微鏡
(NOM:Near-field OpticalMicroscope)が、従来の
光学顕微鏡の回折限界を超えた分解能をもつ超高分解能
光学顕微鏡として知られている。
全反射条件下で光波長以下の大きさの試料1の裏面から
試料表面を照射すると試料表面には表面形状に応じてエ
バネッセント場EFが発生する。プローブ走査型近接場
光学顕微鏡では、このエバネッセント場EFの光強度を
測定するエバネッセント光の波長以下の開口をもつ検出
端部2を形成した光プローブ3で検出することにより、
従来の光学顕微鏡の回折限界を超えた分解能を得ること
ができる。
光プローブの実効的な開口径によって決定される。一
方、エバネッセント場の強度は、試料表面からの距離と
ともに指数関数的に減少することから、光プローブは、
単に先端を鋭くするだけでも等価的に開口径を小さくす
ることができる。従って、フォトン走査型顕微鏡の分解
能を向上させるためには、光プローブの先端を鋭くする
ことが重要である。
場光学顕微鏡の原理的な動作は、試料1の表面に局在す
るエバネッセント場EFを光プローブ3の検出端部2で
散乱させ、その散乱光を集光して検出することから、Co
llection mode(Cモード)と呼ばれる。
に、光プローブ3により照明光を検出端部2に導いて、
上記照明光の波長以下の大きさに先鋭化された上記検出
端部2の表面にエバネッセント場を発生し、このエバネ
ッセント場を試料1で散乱させ、その散乱光の強度を測
定するようにしたプローブ走査型近接場光学顕微鏡の原
理的な動作も知られている。この動作は、エバネッセン
ト場で試料を照明するのでIllumination mode(Iモー
ド)と呼ばれる。
学顕微鏡における光プローブ3として光ファイバプロー
ブは、光ファイバの一端を先鋭化することにより上記検
出端部31としたもので、光ファイバの光軸に対して対
称な形状に形成されていた。
査型近接場光学顕微鏡においてIモードで試料の観測を
行う場合に、検出感度を高めるためには、照明光の波長
以下の大きさに先鋭化された検出端部2の表面に発生さ
れるエバネッセント場を強くする必要がある。
ッセント場を強くして検出感度を高めた光ファイバプロ
ーブを実現することができれば、Cモードでで試料の観
測を行う場合に、集光効率を高めることができ、検出感
度を高めることができる。
に発生されるエバネッセント場を強くして検出感度を高
めた光ファイバプローブを提供することにある。
ドからなる光ファイバの一端に先鋭化したコアからなる
突出部を有し、上記突出部の先端が該突出部の表面を覆
う遮光膜に形成された開口部を介して露出された光ファ
イバプローブであって、上記突出部が上記光ファイバの
光軸に対して非対称な形状に形成されていることを特徴
とする。
光ファイバの一端に当該光ファイバの光軸に対して対称
な形状に先鋭化したコアからなる突出部を有し、上記突
出部の先端が該突出部の表面を覆う遮光膜に形成された
開口部を介して露出された光ファイバプローブであっ
て、上記突出部の表面を覆う遮光膜が材質を異ならしめ
ることにより上記光軸に対して非対称に形成されている
ことを特徴とする。
光ファイバの一端に先鋭化したコアからなる突出部を有
し、上記突出部の先端が該突出部の表面を覆う遮光膜に
形成された開口部を介して露出された光ファイバプロー
ブであって、上記突出部を一端に有するマルチモード光
ファイバの他端にシングルモード光ファイバが光軸をず
らされて接合されていることを特徴とする。
ローブの好適な実施の形態について図面を参照しながら
詳細に説明する。
例えば図1に示すように、コア11とクラッド12から
なる光ファイバ13により構成され、上記光ファイバ1
3の一端に該光ファイバ13の光軸13Cに対して非対
称な形状に先鋭化したコア11からなる突出部14を有
し、上記突出部14の先端が該突出部14の表面を覆う
遮光膜15に形成された開口部16を介して露出されて
なる。
非対称な形状に先鋭化したコア11からなる突出部14
は、例えば次のようにして形成される。
ド12のみを溶解するエッチング液を用いたエッチング
処理により、光ファイバ13の一端側端面を光軸13C
に対して傾斜させた状態にエッチングする。これによ
り、傾斜した端面13Aからはコア11が光軸13Cに
対して非対称な表面積をもって突出することになる。そ
して、上記傾斜した端面13Aから光軸13Cに対して
非対称な表面積をもって突出したコア11をエッチング
処理により先鋭化することによって、光軸に対して非対
称な形状に先鋭化したコア11からなる突出部14が形
成される。
15は、金属等の蒸着により形成され、上記突出部14
の先端を外部に露呈させるための開口部16が例えばエ
ッチング処理により形成される。
0は、例えば図2に示すように、コア21とクラッド2
2からなる光ファイバ23により構成され、上記光ファ
イバ23の一端に該光ファイバ23の光軸23Cに対し
て非対称な形状に先鋭化したコア21からなる突出部2
4を有し、上記突出部24の先端が該突出部24の表面
を覆う遮光膜25に形成された開口部26を介して露出
されてなる。この図2に示した光ファイバプローブ20
は、例えば光ファイバ23の光軸23Cに対して対称な
形状に先鋭化したコア24の側面24Aを例えばイオン
ビームにより光軸に対して非称な形状に加工してなる。
称な形状に形成された非対称領域すなわち光軸に対して
非対称な形状に先鋭化したコアからなる突出部を有する
光ファイバプローブでは、上記突出部の光軸に対する非
対称性によって、マルチモードの導波特性を呈すること
になる。
したコアからなる突出部を有する光ファイバプローブに
ついて、金による遮光膜を有する場合の各モードH
E01,TE01,TM01の結合効率をシュミレーションし
たところ、表1に示すような結果であった。
形状に先鋭化したコア21からなる突出部24を有する
図2に示した構造の光ファイバプローブ20について、
金による遮光膜25を有する場合の各モードHE01,T
E01,TM01の結合効率をシュミレーションしたとこ
ろ、表2に示すような結果が得られた。また、実効屈折
率の実部Re[neff]は図3に示すような結果が得ら
れた。
たコアからなる突出部を有する光ファイバプローブにつ
いて、銀による遮光膜を有する場合の各モードHE01,
TE01,TM01の結合効率をシュミレーションしたとこ
ろ、表3に示すような結果であった。
形状に先鋭化したコア21からなる突出部24を有する
図2に示した構造の光ファイバプローブ20について、
銀による遮光膜25を有する場合の各モードHE01,T
E01,TM01の結合効率をシュミレーションしたとこ
ろ、表4に示すような結果が得られた。また、実効屈折
率の実部変換係数Re[neff]は図4に示すような結
果が得られた。
0は、例えば図5に示すように、コア31とクラッド3
2からなる光ファイバ33により構成され、上記光ファ
イバ33の一端に該光ファイバ33の光軸33Cに対し
て対称な形状に先鋭化したコア31からなる突出部34
を有し、上記突出部34の表面が上記光軸33Cに対し
て非対称に形成された遮光膜35A,35Bで覆われて
なる。上記突出部34の先端は、該突出部34の表面を
覆う遮光膜35A,35Bに形成された開口部36を介
して露出されている。
対して非対称な形状に形成された遮光膜35A、35B
により突出部34を覆うようにした光ファイバプローブ
30では、上記突出部34の光軸33Cに対する非対称
性によって、マルチモードの導波特性を呈することにな
る。
したコアからなる突出部に金により膜厚180nmの遮
光膜を形成した光ファイバプローブについて、各種開口
径のサンプルのプローブ先端で散乱され伝搬光となった
光パワーと光ファイバプローブに入力された光のパワー
との比すなわち出射効率を実測したところ、図6に●で
示すような特性が得られた。これに対し、図7に示すよ
うに、突出部の片側半分にだけアルミニウムにより膜厚
40nmの遮光膜35Aを形成してから、さらに金によ
り膜厚180nmの遮光膜35Bで全体を覆うようにし
た開口径190nmの光ファイバプローブのサンプルに
ついて出射効率を実測したところ、図6に○で示すよう
に、光軸に対して対称な形状に先鋭化したコアからなる
突出部に金により膜厚180nmの遮光膜を形成した開
口径190nmの光ファイバプローブにおける10-5オ
ーダの出射効率の約10倍の10-4オーダーの結果が得
られた。
バの光軸に対して対称な形状に先鋭化したコアからなる
突出部を上記光軸に対して非対称な形状に形成された遮
光膜により突出部を覆うようにした光ファイバプローブ
では、出射効率を高めることができる。
バプローブのサンプルについて出射効率の実測結果も図
6に△で示すように10-4オーダーであった。
40は、例えば図8に示すように、コア41とクラッド
42からなるマルチモード光ファイバ43とコア51と
クラッド52からなるシングルモード光ファイバ53に
より構成される。上記マルチモード光ファイバ43とシ
ングルモード光ファイバ53は互いに光軸43C,53
Cをずらして接合され、上記マルチモード光ファイバ4
3の一端に先鋭化したコア41からなる突出部44を有
し、上記突出部44の先端が該突出部44の表面を覆う
遮光膜45に形成された開口部46を介して露出されて
いる。
らして接合されたマルチモード光ファイバ43とシング
ルモード光ファイバ53により構成される光ファイバプ
ローブ40では、例えばコア径2μmのシングルモード
光ファイバ53のHE01モードからコア径55μmのマ
ルチモード光ファイバ42のTE01モードへ結合させた
場合の結合効率は、図9に示すように軸ずれの距離に応
じて変化し、軸ずれの距離が3μmの状態で最大(0.
23)となる。そして、金による遮光膜を有する突出部
へのTE01モードの結合効率は0.78であるから、上
記軸ずれの距離が3μmの光ファイバプローブでは、上
記突出部の内部にTE01モードを0.23×0.78=
0.18の結合効率で励起することができる。
ァイバプローブでは、光ファイバの光軸に対して非対称
な形状に形成された非対称領域を有することにより、上
記非対称領域においてマルチモードの導波特性を呈する
ことなる。これにより、上記突出部を検出端部とするこ
とにより、その表面に発生されるエバネッセント場を強
くして検出感度を高めた光ファイバプローブを実現する
ことができる。
要部縦断面図である。
示す要部縦断面図である。
イバプローブの実効屈折率の実部Re[neff]のシュ
ミレーション結果を示す図である。
イバプローブの実効屈折率の実部Re[neff]のシュ
ミレーション結果を示す図である。
示す要部縦断面図である。
バプローブの出射効率の実測結果を示す図である。
示す要部縦断面図である。
示す要部縦断面図である。
マルチモード光ファイバのTE01モードへ結合させた場
合の結合効率の特性を示す図である。
の動作原理を模式的に示す図である。
の動作原理を模式的に示す図である。
1,21,31,41,51 コア、 12,22,3
2,42,52 クラッド、 13,23,33光ファ
イバ、 14,24,34,44 突出部、 15,2
5,35A,35B,45 遮光膜、 16,26,3
6,46 開口部、 13C,23C,33C,43
C,53C 光軸、 43 マルチモード光ファイバ、
53 シングルモード光ファイバ
Claims (3)
- 【請求項1】 コアとクラッドからなる光ファイバの一
端に先鋭化したコアからなる突出部を有し、上記突出部
の先端が該突出部の表面を覆う遮光膜に形成された開口
部を介して露出された光ファイバプローブであって、 上記突出部が上記光ファイバの光軸に対して非対称な形
状に形成されていることを特徴とする光ファイバプロー
ブ。 - 【請求項2】 コアとクラッドからなる光ファイバの一
端に当該光ファイバの光軸に対して対称な形状に先鋭化
したコアからなる突出部を有し、上記突出部の先端が該
突出部の表面を覆う遮光膜に形成された開口部を介して
露出された光ファイバプローブであって、 上記突出部の表面を覆う遮光膜が材質を異ならしめるこ
とにより上記光軸に対して非対称に形成されていること
を特徴とする光ファイバプローブ。 - 【請求項3】 コアとクラッドからなる光ファイバの一
端に先鋭化したコアからなる突出部を有し、上記突出部
の先端が該突出部の表面を覆う遮光膜に形成された開口
部を介して露出された光ファイバプローブであって、 上記突出部を一端に有するマルチモード光ファイバの他
端にシングルモード光ファイバが光軸をずらされて接合
されていることを特徴とする光ファイバプローブ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15464596A JP3268201B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 光ファイバプローブ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15464596A JP3268201B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 光ファイバプローブ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH102905A JPH102905A (ja) | 1998-01-06 |
JP3268201B2 true JP3268201B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=15588759
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15464596A Expired - Fee Related JP3268201B2 (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 光ファイバプローブ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3268201B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4423421B2 (ja) | 2004-12-01 | 2010-03-03 | 国立大学法人浜松医科大学 | エバネッセントカテーテルシステム |
JP2011242308A (ja) * | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Gifu Univ | 近接場光プローブ |
-
1996
- 1996-06-14 JP JP15464596A patent/JP3268201B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
八井崇、外6名,"非対称ファイバーによる近接場励起の高効率化",1996年秋季第57回応用物理学会学術講演会予稿集,応用物理学会,1996年9月 7日,第3分冊,p.780 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH102905A (ja) | 1998-01-06 |
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