(57)【要約】【課題】近接場光学顕微鏡に用いて好適な光ファイバプローブを提供するとともに、高精度な先鋭部を有する光ファイバプローブを容易にかつ安価に製造することが可能な光ファイバプローブの製造方法を提供する。【解決手段】コアが純石英からなる光ファイバ４のコアの先端面に、青紫色から青色の光のレーザ光Ｌを照射することにより、コアの先端面に先鋭部１３を成長させ、光ファイバ４のコアの端面に、純石英の先鋭部１３を有する光ファイバプローブ１を製造する。【選択図】図３
2008128966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスの光ファイバの端面にレーザ光を照射して、前記光ファイバのコアの先端面から先鋭部を成長させて形成することを特徴とする光ファイバプローブの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバプローブの製造方法であって、
前記レーザ光は、青紫色から青色の光であることを特徴とする光ファイバプローブの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２の光ファイバプローブの製造方法によって製造した光ファイバプローブ。
【請求項４】
請求項３に記載の光ファイバプローブであって、
前記光ファイバのコアが、純石英であることを特徴とする光ファイバプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型の近接場光学顕微鏡に用いられる光ファイバプローブ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細胞やＤＮＡなどの微小物質の観察に用いられる顕微鏡として、光波長以下の空間での電磁相互作用を媒介する近接場光（エバネッセント光）を利用する走査型の近接場光学顕微鏡が開発されている。
近接場光学顕微鏡には、光ファイバの先端を光の波長以下に先鋭化させた先鋭部を有する光ファイバプローブが使用される。近接場光学顕微鏡の観測方式は、光ファイバプローブに光を入射し、先鋭部から滲み出たエバネッセント光を試料に照射して散乱させ、その散乱光を検出する方式や、試料上にエバネッセント光を生じさせ、光ファイバプローブで散乱させて検出する方式などがあり、何れも光学系では困難であったナノメータスケールでの物質評価や微細加工を可能とするものである。
【０００３】
近接場光学顕微鏡の明るさや分解能は、光ファイバプローブの先鋭部の形状により大きく左右されるため、ナノメートルオーダでの先鋭部の形状制御が要求され、種々の製造方法が考えられている。
【０００４】
このような先鋭部を有する光ファイバプローブを製造する方法としては、例えば、シリコン基板の表面に凹部を形成し、この凹部にコア材料を充填して先鋭部を成形し、その後、この先鋭部を光ファイバのコアの先端面に固着させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、光ファイバを溶融させて分断させたり、光ファイバの先端部を機械加工して円錐形状とし、その後、端面に化学エッチング処理を施すことにより、先鋭部を形成する方法も知られている（例えば、特許文献２，３参照）。
特に、化学エッチング処理によって先鋭部を形成する方法としては、光ファイバのコア及びクラッドへの添加物の種類や含有量の差によってエッチングの速度が異なることを利用して、コア部分に先鋭部を形成することも考えられている。この方法では、添加物として、観察時に入射される紫外光の伝搬を劣化させるゲルマニウムの使用を避けて、フッ素あるいはホウ素を用いることが知られている（例えば、特許文献４参照）。例えば、コアに添加するフッ素の量よりクラッドに添加するフッ素の量を多くすることで、コアとクラッドの屈折率差及びエッチングの速度差を生じさせている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１６２４２号公報
【特許文献２】特開２０００−１９０９１号公報
【特許文献３】特開２００５−７０６８３号公報
【特許文献４】特開２００３−５４９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、基板の凹部に先鋭部を成形してから光ファイバに固着させる特許文献１の製造方法では、製造工程が複雑であるため製造コストが嵩んでしまう。しかも、微小な先鋭部を高精度に成形し、さらに高精度に位置合わせして光ファイバに固着することが困難であり、寸法にバラツキが生じやすく、歩留まりが低くなりやすい。
また、特許文献２〜４に記載の製造方法では、エッチング液の濃度、組成、温度等の厳密な管理が必要であるため、微小な先鋭部を高精度に形成することがやはり困難であった。
特に、特許文献２，３に記載の製造方法では、光ファイバを溶融させて分断させる工程や、光ファイバの先端部を機械加工する工程も要することから、製造コストが嵩んでしまう。
【０００７】
また、特許文献４に記載の製造方法では、光の透過率の低下を防ぐためにゲルマニウムの添加を回避しているが、コアとクラッドに添加するフッ素またはホウ素の量を適切に調整する必要があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高精度な先鋭部を有するとともに良好な光透過率を有する光ファイバプローブを容易にかつ安価に製造することが可能な光ファイバプローブの製造方法、及び光ファイバプローブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決することのできる本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、石英ガラスの光ファイバの端面にレーザ光を照射して、前記光ファイバのコアの先端面から先鋭部を成長させて形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明の光ファイバプローブの製造方法において、前記レーザ光は、青紫色から青色の光であることが好ましい。
【００１１】
上記課題を解決することのできる本発明に係る光ファイバプローブは、上記本発明に係る光ファイバプローブの製造方法によって製造したものである。
【００１２】
本発明の光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバのコアが純石英であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、石英ガラスの光ファイバの端面にレーザ光を照射するだけでナノスケールの先鋭部を形成することができ、近接場光学顕微鏡に使用できる光ファイバプローブを容易かつ安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る光ファイバプローブ及びその製造方法の実施形態の例について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る光ファイバプローブを示す側面図であり、図２は光ファイバプローブの先端部を拡大した側面図である。
図１に示すように、光ファイバプローブ１は、近接場光学顕微鏡に用いられるもので、中心に貫通孔２を有するフェルール３と、このフェルール３の貫通孔２内に挿入された光ファイバ４とを備えている。
【００１５】
図２に示すように、光ファイバプローブ１を構成する光ファイバ４は、石英ガラスからなり、コア１１の周囲がクラッド１２によって覆われた構造を有している。
光ファイバ４は、例えば、外径（クラッド径）１２５μｍ、コア径１１４μｍのマルチモードファイバであり、コア１１は、ＯＨ基の含有量が７００ｐｐｍ以下とされた純石英から形成された石英ガラスであって、波長領域が紫外領域から近赤外領域までの光における高透過率を有しており、クラッド１２は、石英にフッ素が添加された石英ガラスである。ここでは、マルチモードファイバを用いたが、シングルモードファイバを用いても良い。
【００１６】
この光ファイバ４の先端面には、コア１１の中心部分に、略円錐形状に突出した先鋭部１３が一体的に形成されている。この先鋭部１３は、コア１１の一部を円錐形状に突出させたもので、したがって、この先鋭部１３も、コア１１と同一の純石英から形成されている。なお、光ファイバ４の先端面からの先鋭部１３の突出寸法は、例えば、３０ｎｍ〜７０ｎｍ程度とされている。また、コア１１の先端面との境界部分における先鋭部１３の直径は、数ｎｍ程度である。
また、光ファイバ４の先端面及び先鋭部１３には、先鋭部１３の頂点部分を除いて遮光性の金属被膜１４が形成されている。
【００１７】
上記構造の光ファイバプローブ１では、光ファイバ４に紫外光を入射すると、この光がコア１１を伝搬し、このコア１１の先端面の中心に設けられた先鋭部１３における金属被膜１４が施されていない頂点部分の周囲にエバネッセント光が生じる。
そして、この先鋭部１３の頂点部分にて生じたエバネッセント光を試料に照射して散乱させ、その散乱光を検出することにより、ナノメータスケールでの物質評価や微細加工を行うことができる。
もしくは、試料上で生じさせたエバネッセント光を先鋭部１３で散乱させて、先鋭部１３から入射した光を光ファイバプローブ１の他端側で検出することができる。
【００１８】
さらに、光ファイバプローブ１は先鋭部１３が純石英から形成されているので、紫外光の伝搬を劣化させるゲルマニウムを含有させたものと比較して、入射する紫外光を極めて良好に伝搬させることができ、高感度の光ファイバプローブ１とすることができる。
【００１９】
次に、光ファイバプローブ１の製造方法について、図３を参照して説明する。
まず、例えばコア部が高ＯＨ基（含有量７００ｐｐｍ以下）の純石英からなり、クラッド部がフッ素を添加した石英からなる紫外光伝送に優れた光ファイバ母材を線引きし、コア径１１４μｍ、外径１２５μｍの光ファイバ４を製造する。そして、光ファイバ４を光ファイバプローブの長さに切断する。
【００２０】
この光ファイバ４の一端側を、フェルール３の貫通孔２に挿入し、例えば、接着材によって固定して、光ファイバ４の端面を光学研磨しておく。
【００２１】
また、シングルモード発振の半導体レーザ装置の光源３２と、レンズ３３を用意し、図３に示すように、光源３２から発光するレーザ光Ｌの照射側に、レンズ３３を配置する。
【００２２】
光源３２は、青紫色から青色となるレーザ光Ｌを発光するものであり、レーザ光Ｌの波長は、４００ｎｍ〜４６０ｎｍが好ましい。さらに好ましくは、４００ｎｍ〜４１５ｎｍの領域が良い。
【００２３】
レンズ３３は、例えば、倍率２．５の凸レンズであり、光源３２から照射されたレーザ光Ｌを集光する。
【００２４】
そして、図３に示すように、レーザ光Ｌの集光位置（焦点位置）を、光ファイバ４のコア１１の中心に位置決めし、その後、光源３２を発光させる。
これにより、光ファイバ４のコア１１には、平均パワー密度：２．３×１０３（Ｗ／ｃｍ２）、中心パワー密度：４．６×１０３（Ｗ／ｃｍ２）にてレーザ光Ｌが照射される。
【００２５】
そして、光ファイバ４のコア１１の中心に、約２５℃の雰囲気温度にて、４８時間程度の所定時間にわたってレーザ光Ｌを連続照射する。
このようにすると、光ファイバ４のコア１１の端面から石英ガラスが突出して先鋭部１３が成長し、所定寸法に突出した先鋭部１３が形成される。
【００２６】
光源３２からのレーザ光Ｌを所定時間照射したら、レーザ光Ｌの照射を終了し、製造装置２０のプローブ支持部２１から光ファイバプローブ１を取り外す。
その後、光ファイバプローブ１の先端面における先鋭部１３の頂点部分を除いた部分に、例えば、真空蒸着やスパッタリングによって金属被膜１４を形成する。
【００２７】
このように、上記実施形態の光ファイバプローブの製造方法によれば、光ファイバ４のコア１１の端面にレーザ光Ｌを照射させることにより、微小な先鋭部１３を成長させて形成することができるので、先鋭部を別個に成形して光ファイバに固着したり機械加工やエッチング処理によって先鋭部を形成する場合と比較して、高い歩留まりにて高精度な光ファイバプローブを容易にかつ安価に製造することができる。
特に、波長４００〜４１５ｎｍの４０５ｎｍ波長帯のレーザ光Ｌを光ファイバ４のコア１１の端面に照射することにより、先鋭部１３をより良好に成長させることができる。
【実施例】
【００２８】
上記実施形態の製造方法に基づいて光ファイバプローブを製造した。
なお、用いた光ファイバ、照射したレーザ光及び光ファイバへのレーザ光の照射条件は次の通りとした。
【００２９】
（光ファイバ）
光ファイバ母材：高ＯＨ石英ガラスプリフォーム（信越石英株式会社製ＳＳＵプリフォーム）
コア径：１１４μｍ
外径：１２５μｍ
コア材質：純粋石英（ＯＨ基含有量７００ｐｐｍ以下）
クラッド材質：フッ素添加石英
【００３０】
（レーザ光）
半導体レーザ装置：シングルモード発振タイプ
光波長：４００〜４１５ｎｍ
光出力：約３０ｍＷ
動作温度：約２５℃
【００３１】
（照射条件）
発光条件：連続発光
平均パワー密度：２．３×１０３（Ｗ／ｃｍ２）
中心パワー密度：４．６×１０３（Ｗ／ｃｍ２）
照射時間：４８時間以下
雰囲気温度：約２５℃
【００３２】
そして、光ファイバの端面に形成された先鋭部を、３次元形状計測装置（ＧＰＩ干渉系計測装置：Ｚｙｇｏ社製）を用いて観察した。
その結果、光ファイバの先端面には、突出寸法が３０〜７０ｎｍの範囲の先鋭部が形成されたことが確認された。これらの先鋭部の表面に対し、オージェ電子分光分析法による定性分析を行ったところ、Ｓｉ（ケイ素）、Ｏ（酸素）が主に検出され、他にはＣ（炭素）が検出された。このことから、先鋭部の成長は外部からの付着ではなく、光ファイバのコアが成長しているものであることが確認できた。
【００３３】
ここで、先鋭部の突出寸法は、レーザ光の照射時間に応じて変化した。
したがって、光ファイバへのレーザ光の照射時間を調整することにより、先鋭部の突出寸法を調整することが可能であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態に係る光ファイバプローブを示す側面図である。
【図２】光ファイバプローブの先端部における側面図である。
【図３】光ファイバプローブの製造装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  光ファイバプローブ
４  光ファイバ
１１  コア
１３  先鋭部
Ｌ  レーザ光
【図１】
2008128966.tif 000003
【図２】
2008128966.tif 000004
【図３】
2008128966.tif 000005