(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの先端部を尖鋭化して成る光ファイバプローブにおいて、
前記光ファイバは、フッ素の含有量が１００〜１０００ｐｐｍ、ＯＨ基の含有量が４〜７ｐｐｍでかつ水素を含浸したシリカガラスから成るコアを備え、前記コアの外周にフッ素の含有量が１０００〜７０００ｐｐｍであるシリカガラス、またはホウ素の含有量が２０００〜１００００ｐｐｍであるシリカガラスから成るクラッドを備えることを特徴とする光ファイバプローブ。
【請求項２】
前記クラッドの外周に保護層を備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバプローブ。
【請求項３】
前記保護層の外周に保護被覆層を備えることを特徴とする請求項２記載の光ファイバプローブ。
【請求項４】
請求項１記載の光ファイバの先端部を、エッチング液で尖鋭化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５】
前記エッチング液は、２〜４６％の弗化水素酸水溶液であることを特徴とする請求項４記載の光ファイバプローブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空紫外光および深紫外光を伝播させることができる光ファイバプローブ及びその製造方法に係わり、特に近接場顕微鏡のプローブとして好適する光ファイバプローブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、いわゆる近接場光を検出する近接場顕微鏡が開発され、この近接場顕微鏡によって、細胞やＤＮＡ等の微小体を観察したり、破壊すること等が行なわれている。
【０００３】
かかる近接場顕微鏡においては、測定すべき試料は逆三角形状の全反射プリズム上に配置され、この全反射プリズムには試料の裏面から試料表面で全反射条件を満たすように光が入射され、これにより試料の表面付近に近接場光と称する表面波が発生する。そして、この表面波の中に先端部が先鋭化されたプローブを差込むと、近接場光が散乱され、また、散乱光の一部がプローブ内に進入し、検出部材に導光される。これにより、試料からの光学情報がナノ・メーター・オーダーの分解能で測定される。
【０００４】
従来、このような構成の近接場顕微鏡のプローブとしては、所定量のゲルマニウムを含有させたシリカガラスから成るコアの外周に、シリカガラスから成るクラッドを設けて成る光ファイバプローブが使用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の光ファイバプローブにおいては、波長領域が２００ｎｍ以下のいわゆる真空紫外光および波長領域が２００〜３００ｎｍのいわゆる深紫外光を伝播させることが困難であり、また真空紫外光および深紫外光の透過による劣化が著しく使用に耐え得ることができないという難点があった。
【０００６】
一方、光ファイバを近接場顕微鏡のプローブとして使用するためには、光ファイバの先端部を光の波長以下にまで先鋭化する必要がある。かかる光ファイバの先端部を先鋭化する方法としては、例えば、特開平１０−１０４２４４号公報に示されるように、光ファイバの先端部をエッチング液に浸漬する方法が知られている。ここで、エッチング液中における溶解速度は、エッチング液の組成と光ファイバを構成する各層の材料によって決定される。
【０００７】
しかしながら、従来のエッチング方法においては、光ファイバがシリカガラスから成るコアおよびクラッドで形成されていることから、エッチングを効率良く進ませることができず、ひいては光ファイバの先端部に所望の尖鋭部を形成することが困難であるという難点があった。
【０００８】
本発明は、上述の難点を解決するためになされたもので、真空紫外光および深紫外光を高透過率で伝播させることができ、また、紫外線照射による劣化が少なく、さらに、エッチングにより、光ファイバの先端部に所望の尖鋭部を形成し得る光ファイバプローブおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の光ファイバプローブは、光ファイバの先端部を尖鋭化して成る光ファイバプローブにおいて、光ファイバは、フッ素の含有量が１００〜１０００ｐｐｍ、ＯＨ基の含有量が４〜７ｐｐｍでかつ水素を含浸したであるシリカガラスから成るコアを備え、前記コアの外周にフッ素の含有量が１０００〜７０００ｐｐｍであるシリカガラス、またはホウ素の含有量が２０００〜１００００ｐｐｍであるシリカガラスから成るクラッドを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の光ファイバプローブは、クラッドの外周に保護層を備えることを特徴としている。
【００１１】
さらに、本発明の光ファイバプローブは、保護層の外周に保護被覆層を備えることを特徴としている。
【００１２】
本発明の光ファイバプローブの製造方法は、光ファイバの先端部をエッチング液で尖鋭化することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明におけるエッチング液は、２〜４６％の弗化水素酸水溶液であることを特徴としている。
【００１４】
本発明の光ファイバプローブによれば、光ファイバとして、所定量のフッ素を含有させたシリカガラスから成るコアの外周に所定量のフッ素を含有させたシリカガラスから成るクラッドを備える光ファイバ等を使用していることから、深紫外光および真空紫外光を高透過率で伝播させることができ、また、深紫外光および真空紫外光の照射による劣化を防止することができ、ひいては長期にわたって安定した光ファイバプローブを提供することができる。
【００１５】
また、本発明の光ファイバプローブの製造方法によれば、コアおよびクラッドにフッ素が含有され、かつエッチング液として弗化水素酸水溶液を使用していることから、従来のゲルマニウムを含有するシリカガラスから成るコアを備える光ファイバよりも、エッチングを効率良く進ませることができ、ひいては光ファイバの先端部を所望の形状に尖鋭化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光ファイバプローブおよびその製造方法を適用した好ましい実施の形態例について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の光ファイバプローブの縦断面図、図２は、本発明における光ファイバの横断面図、図３および図４は、本発明における光ファイバの他の実施例に係る横断面図を示している。なお、図２〜図４において、図１と共通する部分には同一の符号が付されている。
【００１８】
図１において、本発明の光ファイバプローブ１は、後述する光ファイバ２の先端部を尖鋭化して成る尖鋭部３を備えており、尖鋭部３の外周面には、図中一点鎖線で示すように遮光用の金属被膜４が設けられている。ここで、尖鋭部３の角度（θ）は、約２０〜１５０度とされている。
【００１９】
光ファイバ２は、図２に示すように、コア５と、このコア５の外周に設けられるクラッド６ａと、このクラッド６ａの外周に設けられる保護層７と、この保護層７の外周に設けられる保護被覆層８とを備えている。
【００２０】
コア５は、フッ素含有量が１００〜１０００ｐｐｍであるシリカガラスから構成されている。かかるフッ素は、従来、屈折率を低減させるものとしてクラッドにドープされていたものであるが、本発明においては、コア５を形成するシリカガラスにフッ素を１００〜１０００ｐｐｍ含有させることにより、光ファイバ中を伝送する紫外光の透過率を高くすることができる。ここで、フッ素のシリガガラスに対する含有量を１００ｐｐｍ以上としたのは、１００ｐｐｍ未満では、光ファイバ中を伝送する紫外光の透過率が低減し、また、１０００ｐｐｍ以下としたのは、後述するクラッドに含有するフッ素の含有量を考慮したものである。また、フッ素含有量が１００〜１０００ｐｐｍであるシリカガラスとしては、紫外光照射に起因する光ファイバの劣化を防止する観点から、ＯＨ基を４〜７ｐｐｍの範囲で含有させることが好ましい。ここで、ＯＨ基の範囲を４〜７ｐｐｍとしたのは、４ｐｐｍ未満であると、光ファイバ中を伝送する紫外光の透過率の低減を防止することができず、反対に、７ｐｐｍを超えると、透過率の低減が生じることになるからである。
【００２１】
なお、コア５は、石英ガラス上に所定量のＳｉＯ2の粒子を堆積させて火炎加水分解によってガラス化させて作成する直接ガラス化法や別の焼結工程により作成する所謂スート法等で形成することができる。
【００２２】
クラッド６ａは、フッ素含有量が１０００〜７０００ｐｐｍであるシリカガラスまたはホウ素含有量が２０００〜１００００ｐｐｍであるシリカガラスから構成されている。かかるフッ素またはホウ素の所定量をシリカガラスに含有させることにより、光ファイバ中を伝送する光の透過率の低下を防止することができる。ここで、フッ素のシリガガラスに対する含有量を１０００ｐｐｍ以上としたのは、コア５に含有するフッ素の含有量を考慮したものであり、また７０００ｐｐｍ以下としたのは、フッ素のシリカガラスに対する飽和量を考慮したものである。
【００２３】
一方、ホウ素のシリカガラスに対する含有量を２０００〜１００００ｐｐｍとしたのは、２０００ｐｐｍ未満であると、コア５の屈折率との関係から、光ファイバ中を伝送する光の透過率の低下を防止することが困難となり、また１００００ｐｐｍ以下としたのは、ホウ素のシリカガラスに対する飽和量を考慮したものである。
【００２４】
なお、クラッド６ａを有する光ファイバは、ＶＡＤ法（気相軸付け法）、ＯＶＤ法（外付け法）、ＭＣＶＤ法（内付け法）等により製造することができるが、所定量のフッ素あるいはホウ素を含有させたシリカガラスから、外径３０ｍｍ程度の中空のドープ管を形成し、先に形成されたコアロッドを挿入して、プレフォームを作成することができる。そして、このプレフォームを紡糸して光ファイバを製造する。紡糸は、プレフォームを炉で加熱溶融し、巻取機により、所定の口径となるように、巻取速度を調整することにより行うことができる。
【００２５】
ここで、前述の実施例においては、コア５の外周に、所定量のフッ素またはホウ素を含有するシリカガラスから成るクラッド６ａを設けているが、このクラッド６ａに代えて、図３に示すように、コア５の外周に紫外線透過樹脂から成るクラッド６ｂを形成してもよい。かかる紫外線透過樹脂としては、フッ素系樹脂が好ましく、また光透過性の観点からは、非結晶性フッ素樹脂が好ましい。結晶性を有するフッ素樹脂は、光散乱により透過率が低下するため、クラッド６ｂとして用いる場合には、フッ素系樹脂の結晶化度は３０％以下であることが好ましい。なお、非結晶性フッ素樹脂の場合は、結晶化度を２０％以下にすることが好ましい。このようなフッ素樹脂としては、特に主鎖に脂肪族環構造を有するフッ素ポリマー、例えば、アモルファスパーフロロ樹脂（商品名：サイトップ（旭硝子（株）社製））が好適に使用される。
【００２６】
また、図４に示すように、クラッド６ａに代えて、コア５の外周に、多数の中空孔Ｈを有するクラッド６ｃを形成してもよい。かかる中空孔Ｈは、光ファイバの光軸と平行に形成されおり、その全断面積は光ファイバの断面積に対して１０〜６０％程度となるように設けられている。なお、多数の中空孔Ｈはコア５に対して均一に配置されるように設けられている。
【００２７】
この実施例においては、中空孔Ｈ内の空気の存在により、コア５の屈折率に対して、光の伝送を最適となるように屈折率を低くすることができる。
【００２８】
保護層７は、コア５およびクラッド６ａ、６ｂ、６ｃを機械的に保護すると共に環境から保護するために設けられる。保護層７としては、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン系樹脂およびアクリレート系樹脂等が使用される。
【００２９】
なお、保護層７は、保護層７を形成する樹脂を炉の下流において、ダイスからクラッドの周囲に所定量押し出し、架橋装置により樹脂を加熱架橋、あるいはＵＶ照射架橋させ、固化または溶液を除去して形成することができる。この場合、保護層７としてシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂を使用する場合は加熱架橋がなされ、ウレタン系樹脂、アクリレート系樹脂を使用する場合はＵＶ照射架橋がなされる。
【００３０】
なお、コア５、クラッド６ａ、６ｂ、６ｃ及び保護層７に対して、水素処理を施すことにより、光ファイバの紫外線照射による劣化防止を図ることができる。ここで、水素処理は、光ファイバを水素に含浸することにより行うことができる。水素含浸処理は、圧力０．５〜１５Ｍｐａ、温度２０〜１００℃の水素中に放置することにより行うことができる。水素処理は、例えば、５０時間以上行うこともできるが、５０時間の処理により光ファイバの紫外線照射による劣化防止に有効な結果を得ることができる。上記条件による水素処理が２時間未満であると、十分な紫外線照射劣化防止の効果が得られない。
【００３１】
保護被覆層８は、光ファイバの強度を高めるために設けられる。保護被覆層８は、ナイロン樹脂等を溶融し、ダイスから光ファイバの外周に押し出し、冷却して形成することができる。
【００３２】
このような構成の光ファイバとしては、その口径は、１５０μｍのコア５に対して２００μｍのクラッド６ａ、６ｂ、６ｃを有し、また、８００μｍのコア５に対して１０００μｍのクラッド６ａ、６ｂ、６ｃを有している。一方、保護層７は、１００〜２５０μｍの厚さで設けられ、保護被覆層８は、４００〜６００μｍの厚さで設けられる。保護層７の厚さが１００μｍ未満となると、コア５およびクラッド６ａ、６ｂ、６ｃを十分に保護することができず、また、保護被覆層８の厚さが４００μｍ未満となると、十分な強度が得られないからである。
【００３３】
【実施例】
コア５としてフッ素含有量が１００〜２００ｐｐｍ、ＯＨ基含有量が４〜７ｐｐｍのフッ素ドープシリカガラス（商品名：ＡＱＸ、旭硝子社製）を用い、フッ素含有量が２０００ｐｐｍのシリカガラスのクラッド６ａを形成した。コア径は６００μｍ、クラッド径は７５０μｍに形成した。水素処理を行った後、ＡｒＦエキシマレーザーを用いて、紫外光を照射した前後における、紫外光伝送用光ファイバ１ｍを透過する各波長の紫外光の透過率を測定した。
【００３４】
図５はその測定結果を示している。同図より、紫外光照射前の透過率Ｔ１と紫外光照射後の透過率Ｔ２は、殆ど同等であり、光ファイバの透過率は、紫外光を照射しても殆ど劣化していないことが理解できる。
【００３５】
また、水素処理を行わず、ＡｒＦエキシマレーザーを用いて、紫外光を照射した前後における、紫外光伝送用光ファイバ１ｍを透過する各波長の紫外光の透過率を測定した。図６はその測定結果を示している。同図より、紫外光照射前の透過率Ｔ３が、紫外光照射後の透過率Ｔ４のように低下していることから、水素処理を施すことにより、紫外線照射による劣化を防止し得ることが理解できる。
【００３６】
なお、上記のＡｒＦエキシマレーザーによる照射条件は、光密度２０ｍＪ/ｃｍ2の/ｐｕｌｓｅ、繰り返し周波数２０Ｈｚ、パルス数６０００ｐｕｌｓｅであり、透過率は反復照射した前後の、紫外光伝送用光ファイバ１ｍを透過する各波長の紫外光の透過率を測定した。
【００３７】
以上の結果より、本発明の光ファイバは、紫外光の透過率を高めることができ、また、紫外光照射による透過率の低減を改善することができ、劣化の影響を減少させることができる。特に、水素処理を行ったものは、紫外光照射による透過率の低減が見られず、その特性が著しく改善されていることがわかった。
【００３８】
従って、このような構成の光ファイバを近接場顕微鏡のプローブとして利用すれば、深紫外光および真空紫外光を高透過率で伝播させることができ、また、深紫外光および真空紫外光の照射による劣化を防止することができ、ひいては長期にわたって安定した光ファイバプローブを提供することができる。
【００３９】
なお、このような構成の光ファイバプローブは、深紫外光および真空紫外光を使用するエキシマレーザーを用いた露光装置、エキシマランプを用いた表面洗浄装置にも好適に適用することができる。
【００４０】
次に、このような構成の光ファイバ２の先端部を先鋭化する方法について説明する。
【００４１】
先ず、図７に示すように、光ファイバ２の所定部分を光軸に対して垂直に切断し、この切断部の末端から所定長の保護被覆層８および保護層７を剥離して、クラッド６ａ、６ｂ、６ｃの外表面を清浄にする。次に、図８に示すように、容器９内に２〜４６％の弗化水素酸水溶液１０を充填し、この弗化水素酸水溶液１０に図７に示す光ファイバの先端部を浸漬し、所定時間放置する。ここで弗化水素酸水溶液を２〜４６％としたのは、規定値未満では光ファイバの先端部を効率良くエッチングできず、規定値を超えると、コア５の外表面が粗くなるからである。
【００４２】
しかして、このままの状態で１２０分程度放置すると、エッチングが進んで光ファイバの先端部が自然に尖鋭化し、図１に示すように、尖鋭角（θ）が２０〜１５０度程度の光ファイバの尖鋭部３が得られる。このようにして得られた光ファイバの尖鋭部３の透過光部を除く外表面に、真空蒸着やスパッタリング法等により、遮光用の金属被膜４（図１参照）が施され、これにより本発明の光ファイバプローブが得られる。
【００４３】
【実施例】
実施例として、コア５としてフッ素含有量が１００〜２００ｐｐｍ、ＯＨ基含有量が４〜７ｐｐｍのフッ素ドープシリカガラス（商品名：ＡＱＸ、旭硝子社製）を用い、フッ素含有量が２０００ｐｐｍのシリカガラスのクラッド６ａを形成した。コア径は１０μｍ、クラッド径は１２５μｍに形成した。比較例として、口径が１０μｍのシリカガラスから成るコアと、口径が１２５μｍのシリカガラスから成る光ファイバを準備した。そして、これらの光ファイバの先端部を光軸に対して垂直に切断し、この切断部の末端から１ｃｍ程度に亘って保護被覆層８および保護層７を剥離して、クラッド６ａの外表面を清浄にした。次に、容器９内に３０％の弗化水素酸水溶液１０を充填し、この弗化水素酸水溶液１０に、実施例および比較例の光ファイバの先端部を浸漬してエッチングを行なった。その結果を図９に示す。
【００４４】
図９より、実施例の光ファイバは、１２０分程度でエッチングが１００％程度進み、比較例の光ファイバは４０％程度しかエッチングが進行しないことが理解できる。
【００４５】
なお、前述の実施例においては、光ファイバの先端部をエッチング液で尖鋭化しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、機械研磨若しくはガスによるエッチングによって、光ファイバの先端部を尖鋭化してもよい。また、光ファイバ径も任意であり、２０μｍ〜２ｍｍのものでプローブを形成してもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光ファイバプローブによれば、プローブとして、所定量のフッ素を含有させたシリカガラスから成るコアの外周に、所定量のフッ素またはホウ素を含有させたシリカガラスから成るクラッドを設けて成る等の光ファイバを使用していることから、深紫外光および真空紫外光を高透過率で伝播させることができ、また、深紫外光および真空紫外光の照射による劣化を防止することができ、ひいては長期にわたって安定した光ファイバプローブを提供することができる。
【００４７】
また、本発明の光ファイバプローブの製造方法によれば、コアおよびクラッドにフッ素が含有され、かつエッチング液として弗化水素酸水溶液を使用していることから、従来のゲルマニウムを含有するシリカガラスから成るコアを備える光ファイバよりも、効率良くエッチングを進ませることができ、所望の尖鋭部を効率よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光ファイバプローブの縦断面図。
【図２】  本発明における光ファイバの横断面図。
【図３】  本発明における光ファイバの他の実施例を示す横断面図。
【図４】  本発明における光ファイバの他の実施例を示す横断面図。
【図５】  本発明における光ファイバの特性を示す説明図。
【図６】  本発明における光ファイバの特性を示す説明図。
【図７】  光ファイバの先端部の処理状況を示す縦断面図。
【図８】  光ファイバのエッチングの状況を示す説明図。
【図９】  光ファイバのエッチング率の比較を示す説明図。
【符号の説明】
１………光ファイバプローブ
２………光ファイバ
３………尖鋭部
４………金属被膜
５………コア
６………クラッド
７………保護層
８………保護被覆層
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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