光リング共振器と微小共振球とを検出系とした走査型近接場光学顕微鏡の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750035
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 押鐘 寧 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40263206)
• Keywords: 光の近接場 / 走査型近接場光学顕微鏡 / SNOM / 微小共振球 / ポリスチレン微小球 / 進行波共振

Research Abstract

本研究では、物質との近接効果が顕著に現れる可能性がある。μmオーダの微小球の共振状態に注目し、この微小球の共振と物質との相互作用について調べることを目的としている。
本年度は、微小球の光共振を利用した試料表面走査機構を構築し、試料表面の走査を行なった。
プローブには、直径50μmのポリスチレン微小球を用いて、この球内に波長可変レーザー光を、石英基板内の全反射により生じたエバネセント波を介して結合させた。レーザー光はチタンサファイアレーザーの出力であるため、波長を走査することで微小球内の共振状態を実現する。
そして、この共振球表面に、1.5μmのアクリル突起を付着させ、この突起を試料表面に近づけた。突起からは、共振球内の光共振によって生じたエバネセント光が照明源となり、微弱な散乱光が発生している。この散乱光量は、試料表面と突起とがnmオーダで近接することにより急激に変化(試料材質によって増加又は減少するが、本実験では銀蒸着面を用いた結果、増加した)するので、この光量変化をフィードバックすることで、試料表面形状の走査が可能となる。このとき、1.5μmの突起からの発光は、共振球を介して観測されるため、レンズ効果を考慮して発光像を見つけ、走査制御すべきであることが分かった。
このプローブを用いて、微細な構造を持つ銀蒸着面の10×10μm四方の領域を観察したところ、μmオーダ以下の構造まで観察できることが分かり、光共振を用いたSNOMプローブの一応の完成をみた。
本研究課題は今年度を持って終了するが、SNOM用の新型プローブとして、微小共振球が有効である可能性の一端を示せたので、今後も継続的にこのプローブの開発を進め、近接場と物質との相互作用の物理を解明してゆく予定である。

Research Products

• [Publications] Y.Oshikane et al.: ""3D-FDTD and experimental analysis of a resonant microcavity probe for high-resolution SNOM""SPIE Proc.v.3791. vol.3791. 57-61 (1999)
• [Publications] H.Nakagawa et al.: ""Development of a High Sensitive Probe for Scanning Near-Field Optical Microscope with a Micro Cavity""Proc. Of the 9th ICPE (Osaka,Japan). 905-910 (1999)
• [Publications] 片岡俊彦: "「走査型近接場光学顕微鏡による微細形状計測」"光技術コンタクト. Vol.37,No.8. 523-528 (1999)
• [Publications] 押鐘 他: "「SNOM 用微小共振球プローブの電磁場解析による特性診断」"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. P74 (1999)
• [Publications] 中川 他: "「微小共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の特性」"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. P75 (1999)
• [Publications] 押鐘 他: "「共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の開発 -標準試料の走査結果とプローブの性能評価-」"2000年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. L68 (2000)