(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバを有する光導波部を備え、
上記コアは、先端部が上記クラッドから先鋭化されて突出され、この突出された先端部の周囲に強磁性材料よりなる被覆膜が形成され、
上記被覆膜には、上記コアの先端部を突出させる開口部が形成され、
上記被覆膜に対して磁界を印加することによって、上記被覆膜の開口部から突出したコアの先鋭化した先端部から入射され、当該プローブによって導波される偏向光を選択するようにしたことを特徴とする近接場光学顕微鏡用のプローブ。
【請求項２】
上記被覆膜は、Ｆｅによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の近接場光学顕微鏡用のプローブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光を使用して試料の観察を行う近接場光学顕微鏡に設けられるプローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微細加工技術の発展を基盤に、単一分子光メモリ、単一電子デバイスなどのナノメートルサイズの微細構造を有する素子が、実用化されようとしている。ナノメートルオーダーの分解能を有する近接場光学顕微鏡は、上述したデバイスの開発或いは評価に書かせない技術として、注目されている。
【０００３】
近接場光学顕微鏡は、ナノメートルサイズのプローブを備え、光の波長を超えた分解能で試料を観察することができる。当該プローブは、一方の端部が先鋭化されている（以下、先鋭部と称する。）。
【０００４】
具体的に説明すると、近接場光学顕微鏡は、先ず、全反射条件下で試料にレーザ光が照射されることにより物体の表面に生じた近接場光に、プローブの先鋭部を挿入することによって、近接場光を散乱させて伝搬光に変換する。そして、当該伝搬光の強度、波長及び偏光などを検出することにより、試料の形状の測定などを行っている。
【０００５】
プローブは、金属や光ファイバなどによって作製されている。金属によって作製されたプローブは、試料の表面に局在する近接場光に先鋭部を挿入することによって、近接場光を散乱させて伝搬光に変換した後、伝搬光をレンズで集光して検出する。
【０００６】
一方、光ファイバによって作製されたプローブ（以下、光ファイバプローブと称する。）は、先鋭部の周囲に例えばＡｕ及びＡｇなどの金属による被覆膜が形成されており、先端が当該被覆膜から光ファイバが露出した開口部とされている。光ファイバプローブでは、先ず、試料の表面に局在する近接場光に先鋭部を挿入することによって、近接場光を散乱させて伝搬光に変換した後に、当該伝搬光を先端から入射して導波する。導波された光は、他方の端部から出射された後、検出器によって検出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバプローブは、開口部の形状や先鋭部の形状を非対称とすることなどによって、特定の偏光を選択的に開口部から入射することが可能となる。光ファイバプローブの開口部の形状や先鋭部の形状は、プローブを加工するときの加工精度に依存する。すなわち、光ファイバプローブの開口部から入射する偏光は、当該光ファイバプローブの加工精度に依存することとなる。
【０００８】
しかしながら、光ファイバプローブ開口部の形状や先鋭部の形状などを精度良く加工することは困難である。すなわち、光ファイバプローブの開口部の形状や先鋭部の形状を非対称とすることなどによって、当該光ファイバプローブの先鋭部の先端から特定の偏光を入射させるときには、所望の偏光が入射しない虞が生じる。
【０００９】
また、光ファイバプローブの開口部の形状や先鋭部の形状を非対称としたときには、近接場光学顕微鏡に備え付ける光ファイバプローブの位置や方向によって、当該光ファイバプローブが導波する偏光が変化してしまい、所望の偏光を導波することができなくなる。すなわち、光ファイバプローブの開口の形状や先鋭部の形状を非対称として、先鋭部の先端から入射する偏光を選択するときには、光ファイバプローブを高い精度で近接場光学顕微鏡に備え付けることが要求される。
【００１０】
また、光ファイバプローブの開口部の形状や先鋭部の形状を非対称としたときには、導波する偏光を変えるときに、光ファイバプローブを一度取り外してから再度取り付けるなどの煩雑な作業が必要となる。
【００１１】
本発明は以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、導波する偏光を容易に選択することが可能な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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る近接場光学顕微鏡用のプローブは、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバを有する光導波部を備え、上記コアは、先端部が上記クラッドから先鋭化されて突出され、この突出された周囲に強磁性材料よりなる被覆膜が形成され、上記被覆膜には、上記コアの先端部を突出させる開口部が形成され、上記被覆膜に対して磁界を印加することによって、上記被覆膜の開口部から突出したコアの先鋭化した先端部から入射され、当該プローブによって導波される偏向光を選択するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したプローブ及びその製造方法について、図１乃至図４を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１に示すように、プローブ１は、光導波部２と先鋭部３とを備える。
【００１７】
プローブ１は、近接場光学顕微鏡などに使用される。近接場光学顕微鏡では、プローブ１は試料との対向面に取り付けられる。
【００１８】
近接場光学顕微鏡は、プローブ１を備えることによって、高い分解能で試料を分析することが可能となる。近接場光学顕微鏡は、例えば、プローブ１によって試料の表面に局在する近接場光に先鋭部３の先端を挿入し、当該近接場光を散乱して伝搬光に変換し、当該伝搬光を導波して他方の端部から出射した後に検出器によって検出することで、光の波長を超えた分解能で分光測定などを行う。
【００１９】
光導波部２は、コア１０の周囲にクラッド１１が設けられてなる光ファイバ１２よりなる。コア１０及びクラッド１１は、共にＳｉＯ２系ガラスよりなり、Ｆ、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３などを添加することによって、コア１０よりもクラッド１１の屈折率が低くなるように組成制御されている。
【００２０】
先鋭部３は、光導波部２の一方の端部に形成されている。先鋭部３は、クラッド１１から突出しており先鋭化されているコア１０と、コア１０の周囲に形成された強磁性金属膜１３とを備える。また、先鋭部３の先端には、強磁性金属膜１３からコア１０が露出した開口部１４が形成されている。
【００２１】
強磁性金属膜１３は、Ｆｅによって形成されており、先鋭部３を被覆する被覆膜である。なお、強磁性金属膜１３は、Ｆｅ以外の強磁性金属によって形成されていても良く、例えば、Ｎｉ−Ｃｏ合金やＮｅなどによって形成されていても良い。
【００２２】
強磁性金属は、磁気光学効果を有する。したがって、プローブ１は、強磁性金属膜１３に対して特定の方向の磁界が印加されることにより、開口部１４から特定の偏光を入射し易くすることを可能とする。例えば、強磁性金属膜１３に対して特定の方向の磁界が印加されることにより、プローブ１の開口部１４からは、右旋性の円偏光が左遷性の円偏光よりも入射し易くなる。
【００２３】
したがって、プローブ１においては、強磁性金属膜１３を形成し、当該強磁性金属膜１３に対して磁界を印加することによって、開口部１４から入射する偏光を選択することが可能となる。
【００２４】
以上説明したプローブ１は、強磁性金属膜１３に対して磁界が印加されることによって、開口部１４から特定の偏光が入射する。開口部１４から入射した偏光は導波部２を通じて導波され、プローブ１における先鋭部３が形成されている端部と異なる端部から出射された後、検出器によって検出される。
【００２５】
つぎに、プローブ１の製造方法について説明する。
【００２６】
先ず、図２に示すように、コア１０及びクラッド１１からなる光ファイバ１２を用意する。
【００２７】
次に、図３に示すように、光ファイバ１２の一端を先鋭化する。光ファイバ１２の先鋭化は、例えば化学エッチングによって行う。エッチング液としては、クラッド１１のエッチング速度がコア１０のエッチング速度よりも速くなるエッチング液を使用する。具体的に説明すると、エッチング液としては、フッ化アンモニウム、フッ化水素水及び水よりなる緩衝フッ化水溶液などが用いられる。以上説明したエッチング液に光ファイバ１２の一端を所定時間浸漬することにより、光ファイバ１２の一端が先鋭化される。
【００２８】
エッチング液に光ファイバ１２の一端を浸漬すると、光ファイバ１２の先端側では、クラッド１１のエッチング速度がコア１０のエッチング速度よりも速いために、クラッド１１がコア１０よりも先にエッチングされ、コア１０がクラッド１１から突出する。突出したコア１０は、引き続いて外周面からエッチングされる。コア１０は、先端側から突出してエッチングされるために、先端側程エッチング量が多くなり、直径が小さくなる。すなわち、エッチングを所定時間続けることにより、クラッド１１から突出したコア１０が先鋭化される。
【００２９】
なお、光ファイバ１２の一端を先鋭化する方法は、化学エッチングに限定されない。例えば、光ファイバ１２を加熱しながら、当該光ファイバ１２の両端を引っ張ることによって、光ファイバ１２の一端を先鋭化しても良い。
【００３０】
次に、図４に示すように、先鋭部３の周囲に強磁性金属膜１３を形成する。強磁性金属膜１３は、例えばＦｅを蒸着することなどによって形成する。
【００３１】
次に、例えば先鋭部３の先端を集束イオンビームを用いてイオン照射することによって切断して、開口部１４を形成することで、図１に示すプローブ１が完成する。
【００３２】
なお、開口部１４の形成方法は、集束イオンビームを用いた方法に限定されない。例えば、適切な粘度の樹脂をレジストとして用いてＫＩ−Ｉ２−Ｈ２Ｏ系緩衝液によって金属膜を溶解させるＳＲＣ法や、シェアフォースフィードバックを用いて基板と光ファイバ１２との距離を制御した状態で基板に高周波を与えることにより先端を折る方法などによって開口部１４を形成しても良い。
【００３３】
以上説明したプローブ１について、強磁性金属膜１３に対して０．５Ｔの磁界を印加して、開口部１４から右旋性の偏光と左旋性の偏光とを入射させて、プローブ１の偏光選択性Ｐを測定したところ、１％となった。なお、偏光選択性Ｐは、以下に示す式１によって定義される。
【００３４】
Ｐ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）・・・式１
但し、Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎは２種類の偏光の光量の差を示しており、Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎは２種類の偏光の光量の総量を示している。当該２種類の偏光は、例えば右旋性の円偏光と左遷性の円偏光や、偏光面が互いに９０°異なる２つの直線偏光などを示す。
【００３５】
なお、偏光選択性Ｐはプローブ１のサイズに依存すると考えられる。プローブ１を電子のサイクロトロン運動と共鳴するサイズとすることにより、プローブ１の偏光選択性Ｐは、ほぼ１００％とすることが可能であると考えられる。
【００３６】
以上説明したプローブ１は、強磁性金属膜１３を備えている。強磁性金属は、磁気光学効果を有している。したがって、プローブ１は、強磁性金属膜１３に対して特定の方向の磁界が印加されることにより、開口部１４から特定の偏光を入射し易くなる。例えば、強磁性金属膜１３に対して特定方向の磁界が印加されることにより、右旋性の円偏光と左遷性の円偏光とのうち、どちらかの円偏光が開口部１４から入射し易くなる。すなわち、プローブ１においては、当該強磁性金属膜１３に対して磁界を印加することによって、開口部１４から入射する光の偏光を選択することが可能となり、導波する偏光を容易に選択することが可能となる。
【００３７】
また、以上説明したプローブ１の製造方法によれば、強磁性金属膜１３を備えたプローブ１を提供することが可能となる。強磁性金属は、磁気光学効果を有している。したがって、プローブ１の製造方法によれば、強磁性金属膜１３に対して特定の方向の磁界が印加されることにより、開口部１４から特定の偏光が入射し易いプローブ１を提供することが可能となる。すなわち、プローブ１の製造方法によれば、当該強磁性金属膜１３に対して磁界を印加することによって、開口部１４から入射する光の偏光を選択することが可能なプローブ１を提供することが可能となり、導波する偏光を容易に選択することが可能なプローブを提供することが可能となる。
【００３８】
なお、プローブ１は、磁力顕微鏡に備えて使用することも可能である。プローブ１を備えた磁力顕微鏡は、試料を光によって励起しながら、当該試料の磁力分布を測定することも可能となる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、光ファイバ１２を使用してプローブ１を製造したが、本発明に係るプローブは、光透過性を有する材料であれば、光ファイバ以外の材料を使用して製造しても良く、例えば、ダイヤモンドを使用して製造しても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係るプローブは、強磁性材料によって形成された被覆膜を備えている。強磁性材料は、磁気光学効果を有している。したがって、本発明に係るプローブは、当該被覆膜に対して特定の方向の磁界が印加されることにより、開口部から特定の偏光を入射し易くなる。すなわち、本発明に係るプローブにおいては、当該被覆膜に対して磁界を印加することによって、開口部から入射する偏光を選択することが可能となり、導波する偏光を容易に選択することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したプローブの断面図である。
【図２】光ファイバの断面図である。
【図３】光ファイバの一端をエッチングし、クラッドから突出して先鋭化したコアを形成した状態を示す断面図である。
【図４】強磁性金属膜を形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  プローブ、２  伝搬部、３、先鋭部、１０  コア、１１  クラッド、１２光ファイバ、１３  強磁性金属膜、１４  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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