(57)【要約】【課題】コア及びクラッドのゲルマニウムやフッ素の混合量の違いによらずとも、様々な頂角で円錐状テーパ面を形成できるようにする。【解決手段】光ファイバ２の先端２ａを先鋭化させるため、まず粗加工工程Ｐ１で光ファイバ２の先端周面をレーザ加工あるいは機械研磨することにより先端が先鋭化されていない円錐状テーパ面７を形成し、その後、先鋭化工程Ｐ２でそのテーパ面７に化学エッチングを施して先端に先鋭円錐テーパ面５を形成するようにした。そして、この先鋭化された光ファイバ２を用いて光ファイバプローブ１を形成する場合は、先鋭化工程Ｐ２に続き被膜形成工程Ｐ３で、先鋭円錐状テーパ面５の頂点５ａを露出させると共に少なくともコア３部分を被覆する金属被膜６を形成するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの先端を円錐状テーパ面に形成する光ファイバ先端加工方法であって、
光ファイバの先端周面をレーザ加工あるいは機械研磨することにより先端が先鋭化されていない円錐状テーパ面を形成する粗加工工程と、前記テーパ面に化学エッチングを施してその頂点を先鋭化させる先鋭化工程とからなることを特徴とする光ファイバ先端加工方法。
【請求項２】
光ファイバの先端が円錐状テーパ面に形成されてなる光ファイバプローブの製造方法であって、
光ファイバの先端周面をレーザ加工あるいは機械研磨することにより先端が先鋭化されていない円錐状テーパ面を形成する粗加工工程と、前記テーパ面に化学エッチングを施してその頂点を先鋭化させる先鋭化工程と、前記頂点を露出させると共に前記円錐状テーパ面の少なくともコア部分を被覆する金属被膜を形成する被膜形成工程とからなることを特徴とする光ファイバプローブ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理物の微小領域にエネルギー光を照射し、そのエネルギーを利用して光加工、光刺激及び熱刺激等の任意の光処理を行ったり蛍光観察するために、光ファイバの先端を円錐状テーパ面に形成する光ファイバ先端加工方法及びそれを用いたファイバプローブ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物分野などでは、ＤＮＡやＲＮＡやタンパク質の生体分子の任意部位を切断したり結合する光加工を行ったり、細胞の任意部位への光刺激及び熱刺激を与えることが行われている。
この場合に、通常はレーザ光をレンズで絞って微小領域に照射することにより、他の部分に影響を与えることなくその任意の部位のみを光処理することができるが、レンズでレーザ光を絞っても、光の回折限界により、その光スポット径はミクロンオーダーであり、より小さなナノメータオーダーまで絞ることができない。
【０００３】
したがって、ＤＮＡやＲＮＡやタンパク質の一部を光切断してトリミングし、特定の塩基配列を有する部分のみをサンプルとして取り出する場合などに、レンズを用いると光スポットの径はミクロンオーダーになってしまうので、所望の切断部位の周囲まで光が照射されてしまい、その部位を正確に切断することが極めて困難であった。
【０００４】
このため、光を回折限界以下のナノメータオーダーの照射径で照射させることのできる光ファイバプローブが提案された。
【特許文献１】特許第２７９２７８０号公報
【０００５】
この光ファイバプローブは、少なくともコア部分を円錐状に尖らせてその頂点を除いたテーパ面に金属被膜を形成したもので、コアを伝搬してきた光は、金属被膜が形成されていない頂点部分からその周囲１０ｎｍ程度の範囲に近接場光として漏光されて照射される。
【０００６】
したがって、光ファイバプローブの頂点を顕微鏡視野下で被処理物上の任意の位置に位置決めして光を照射すれば、その頂点の周囲１０ｎｍ程度の範囲に光が照射され、周囲に影響を与えることなくその範囲内のみが光処理される。
【０００７】
ところで、このような光ファイバプローブ２１は以下のような工程を経て製造される。
まず、図７（ａ）に示すように先端がフラットな光ファイバ２２を緩衝弗化水素酸中に浸漬すると、図７（ｂ）に示すようにコア２３とクラッド２４の溶解速度差により選択的にエッチングが行われて、先端根元径ｄ＝２０ｎｍ程度の円錐状テーパ面２５が形成される。
【０００８】
次いで、図７（ｃ）に示すようにその周囲に金、銀、アルミを蒸着させることによって膜厚１５０ｎｍの金属被膜２６を形成した後、図７（ｄ）に示すようにこれを樹脂液に浸漬するとサブミクロン領域での塗れ性がなくなることから、金属被膜２６の頂点２５ａを除き樹脂２７でコーティングされる。
【０００９】
さらに、図７（ｅ）に示すように金属被膜２６をエッチングすると樹脂２７でコーティングされていない頂点２６ａ部分が選択的にエッチングされて光ファイバ２２のコア２３が露出し、最後に、図７（ｆ）に示すように溶解液に浸漬して樹脂を剥離すれば光ファイバプローブ２１が完成する。
【００１０】
これによれば、コア２３を伝搬してきた光は、金属被膜２６が形成されていない頂点２５ａからその周囲１０ｎｍ程度の範囲に近接場光として漏光されて被処理物Ｗに照射される。
【００１１】
この場合において、先端形状はコア２３とクラッド２４の溶解速度差により決定され、その溶解速度差はゲルマニウムあるいはフッ素の含有量に左右される。
一般に、ゲルマニウムはコア２３よりクラッド２４の方が含有量が少なく、フッ素はコア２３よりクラッド２４の方が含有量が多いが、いずれの場合も、コア２３よりクラッド２４のほうが溶解速度が速いため、光ファイバ２２の先端が円錐状テーパ面２５となる。
【００１２】
しかしながら、最近では頂角の違いによる光照射特性を調べるため、あるいは様々なニーズに応じるため頂角を任意の角度に形成した光ファイバプローブが要望されているが、そのためには、光ファイバの原料となるゲルマニウムの混合量の比率を設計し直さなければならず、角度の異なる多種類の光ファイバプローブを安価に製造することは困難であった。
また、紫外線をワークに照射させる光処理にこの光ファイバプローブを用いる場合は、光ファイバに含有されているゲルマニウムが紫外線の透過率を低下させてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明は、コアとクラッドのゲルマニウムあるいはフッ素の混合量の差によらずとも、様々な頂角で円錐状テーパ面を簡単に形成できるようにすることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る光ファイバ先端加工方法は、光ファイバの先端周面をレーザ加工あるいは機械研磨することにより先端が先鋭化されていない円錐状テーパ面を形成する粗加工工程と、前記テーパ面に化学エッチングを施してその頂点を先鋭化させる先鋭化工程とからなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバプローブの製造方法は、上記加工方法により光ファイバの先端を先鋭化された円錐状テーパ面を形成した後、その頂点を露出させると共に前記円錐状テーパ面の少なくともコア部分を被覆する金属被膜を形成する被膜形成工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光ファイバ先端加工方法によれば、まず、先端周面がレーザ加工あるいは機械研磨されて、先端が先鋭化されていない先丸円錐状テーパ面が形成される。
このとき、先端はまだ先鋭化されていないが、クラッドの肩部分は落とされて、その先端にコアが先丸状に露出している。
したがって、この状態で化学エッチングを施せば、光ファイバがゲルマニウムドープされていない場合、コアもクラッドも略同じ加工速度で研磨されていくので、円錐状テーパ面はその頂角が維持されたまま平行に研磨され、先端の先丸部分は同心球状に研磨されてその半径が徐々に小さくなって先鋭化されていく。
【００１７】
このとき、先鋭化された円錐状テーパ面の頂角は、粗加工工程でレーザ加工したときの先丸円錐状テーパ面の頂角がそのまま維持され、その角度は光ファイバの組成にかかわりなく粗加工により決定される。
したがって、粗加工する際に頂角を変化させることにより様々な頂角に先鋭化した円錐状テーパ面に加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本例では、光ファイバ先端を様々な頂角に先鋭化した円錐状テーパ面に形成するという課題を、ゲルマニウムあるいはフッ素の混合量によらず実現した。
【００１９】
図１は本発明方法により製造された光ファイバプローブを示す断面図、図２は製造工程図、図３は粗加工工程の説明図、図４は他の粗加工工程の説明図、図５は先鋭化工程の説明図、図６は被膜形成工程の説明図である。
【００２０】
図１は本発明方法を実施して製造した光ファイバプローブ１を示し、例えばコア３の外径５μｍ、クラッド４の外径１２５μｍの光ファイバ２の先端が頂角θの先鋭円錐状テーパ面５に加工されると共に、その頂点５ａ部分を除き金属被膜６が形成されている。
【００２１】
図２はこのような光ファイバプローブ１の製造工程を示し、先端がフラットな光ファイバ２をレーザ加工して、その先端を頂角αの先丸円錐状テーパ面７に形成する粗加工工程Ｐ１、その先端を先鋭化する先鋭化工程Ｐ２、先鋭円錐状テーパ面５の頂点５ａ近傍に金属被膜を形成する被膜形成工程Ｐ３とからなる．
【００２２】
粗加工工程Ｐ１では、光ファイバ２をレーザ加工する場合、特開２００３−３３８９３号公報に示されたような加工方法を用いる。
これは、図３に示すように、ＣＯ２レーザ８から出射されたレーザ光を、光ファイバ２の側面から照射してその照射スポットを溶融蒸発させることにより光ファイバの先端加工を行なるもので、ＣＯ２レーザ８から光ファイバ２に至るレーザ光の光路Ｌ上には、光ファイバ２の先端形状に応じた加工スポット形状Ｓを所定倍（例えば２０倍）に拡大した透光部Ｈを有するマスク１０と、透光部Ｈの実像を前記加工スポット形状Ｓまで縮小して光ファイバ２上に結像させる縮小投影光学系１１が介装され、ＣＯ２レーザ８とマスク１０の間にはレーザ光を拡径させて平行ビームを形成する拡大コリメートレンズ系１２が介装されている。
【００２３】
このＣＯ２レーザ８として、ピークパワーが大きく平坦なビームプロファイルを持ったマルチモード光を急峻な立ち上がりを持った短パルス状に出力することができるＴＥＡ−ＣＯ２レーザを用いれば、大きな光パルスエネルギーを短時間で光ファイバ２に与えることができるので作業効率に優れる。
そして、透光部Ｈに頂角の異なる三角形の遮光部１０ａを形成した複数のマスク１０を用意しておき、光ファイバ２を回転させながら、レーザ光を照射することにより、光ファイバ先端を任意の頂角を有する先丸円錐状テーパ面７に粗加工することができる。
【００２４】
また、粗加工工程Ｐ１は、図４（ａ）に示すように、光ファイバ２をその光軸Ｘを中心に回転させながら、光軸Ｘに対して頂角αの半角α／２をなす方向からＣＯ２レーザ８を照射させる方法を用いても良い。
これにより、図４(ｂ)示すように、先端が先鋭化されていない先丸円錐状テーパ面７が頂角αで形成される。
【００２５】
次に、先鋭化工程Ｐ２では、図５（ａ）に示すように、光ファイバ２の先端を緩衝弗化水素酸中に浸漬することにより先丸円錐状テーパ面７に化学エッチングを施してその先端を先鋭化させる加工を行う。
光ファイバ２がゲルマニウムドープされていない場合、図５（ｂ）に示すように、コア３もクラッド４も略同じ加工速度で研磨されていくので、円錐状テーパ面７はその頂角αが維持されたまま平行に研磨され、先端の先丸部分７ａは同心球状に研磨されてその半径が徐々に小さくなって先鋭化されていく。
このとき、先鋭円錐状テーパ面５の頂角θは、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、粗加工工程Ｐ１でレーザ加工したときの先丸円錐状テーパ面７の頂角αがそのまま維持されるので、先鋭円錐状テーパ面５の頂角θは光ファイバ２の組成にかかわりなく粗加工により決定される。
【００２６】
また、光ファイバ２がゲルマニウムドープされている場合、図５（ｄ）に示すように、コア３よりもクラッド４の加工速度が速いので、円錐状テーパ面７はその頂角αが維持されたまま平行にエッチングされる一方、先丸部分７ａはそれより少ないエッチング量でエッチングされる。
このとき、クラッド４が先にエッチングされて、コア３はその周面が先端から露出されるので、先に露出される先端側の方が加工時間が長なって、より鋭角に先鋭化される。
したがって、コア３部分の先鋭円錐状テーパ面５の頂角θは、図５（ｄ）及び（ｅ）に示すように、粗加工工程Ｐ１でレーザ加工したときの先丸円錐状テーパ面７の頂角αより小さくなり、頂角θ＜頂角αの関係が成立するが、頂角αが大きければ頂角θも大きく、頂角αが小さければ頂角θも小さいという関連があるので、ゲルマニウムのドープ量によらずとも頂角θを頂角αにより制御することができる。
【００２７】
被膜形成工程Ｐ３では、先鋭化された円錐状テーパ面５の頂点５ａを露出させると共に少なくともコア３部分を被覆する金属被膜６を形成する。
具体的な手順は、図６（ａ）に示すようにその周囲に金、銀、アルミを蒸着させることによって膜厚１５０ｎｍの金属被膜６を形成した後、図６（ｂ）に示すようにこれを樹脂液に浸漬すると、樹脂液はサブミクロン領域での塗れ性がないことから金属被膜６の頂点６ａを除き樹脂９でコーティングされる。
【００２８】
この状態で、図６（ｃ）に示すように金属被膜６をエッチングすると樹脂９でコーティングされていない頂点６ａ部分が選択的にエッチングされて光ファイバ２のコア３先端が露出する。そして、最後に、図６（ｄ）に示すように溶解液に浸漬して樹脂を剥離すれば光ファイバプローブ１が完成する。
【００２９】
なお、上述の説明では、粗加工工程Ｐ１で光ファイバ２をレーザ加工する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、機械研磨する場合であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上述べたように、本発明は、コア及びクラッドのゲルマニウムやフッ素の混合量に関係なく、様々な頂角で円錐状テーパ面を形成できるので、ゲルマニウムドープされていない紫外線用石英光ファイバや、フッ素ドープされていない石英光ファイバを先鋭化加工する用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明方法により製造された光ファイバプローブを示す断面図。
【図２】その製造工程図。
【図３】粗加工工程の説明図。
【図４】粗加工工程の他の例を示す説明図。
【図５】先鋭化工程の説明図。
【図６】被膜形成工程の説明図。
【図７】従来の加工方法を示す説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１    光ファイバプローブ
２    光ファイバ
５    先鋭円錐状テーパ面
５ａ  頂点
６    金属被膜
７    先丸円錐状テーパ面
Ｐ１   粗加工工程  
７ａ  先丸部分
Ｐ２   先鋭化工程
Ｐ３   被膜形成工程 
８    ＣＯ２レーザ
【図１】
2005070683.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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