近接場プローブ構造の最適化のための計算機シミュレーション

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11122101
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 澤田 圭司 信州大学, 工学部, 助教授 (40262688)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田村 祐一 核融合研究所, 理論シミュレーション研究センター, 助手 (50311212) ; 斎木 敏治 神奈川科学技術アカデミー, 斎木「光極微機能プロジェクト」, 研究室長 (70261196) ; 中村 浩章 核融合研究所, 理論シミュレーション研究センター, 助手 (30311210)
• Keywords: 近接場 / プローブ / 計算機シミュレーション / FDTD

Research Abstract

FDTD法によって、二段テーパープローブの性能を計算し、実験結果との比較をおこなった。大きな特徴として、開口近傍での集光のみでなく、テーパー部での伝搬、通常のファイバ導波部への接続までを含めた計算をおこない、現実に即した解析をおこなった。そのため、実験結果との定量的比較が大きな意味をもち、モデルの妥当性の検討も十分におこなうことができた。
まず、GaAs中に埋め込まれた量子ドットからのフォトルミネッセンス(波長約1μm)を集光する実験を想定したシミュレーションをおこなった。二段テーパープローブと一段テーパープローブの集光能力を比較したところ、二段テーパーは一段テーパーに比べて、約100倍の集光能力をもつことが明らかとなった。続いて、二段テーパープローブについて、その集光効率の開口径依存性を計算した。実験で既に明らかになっているように、200nm程度の小さな開口に対しても、対物レンズに匹敵する集光能力があることが改めて確認された。また、空間分解能の開口径依存性についても検討をおこなった。計算と実験はきわめて良く一致し、500nmの開口を用いた場合でも250nmという分解能が得られた。
以上のように、シミュレーションと実験が極めてよく一致することが見いだされ、"シミュレーションを利用した効率的なプローブ設計"への道が開かれた。

Research Products

• [Publications] Hiroaki Nakamura, Keiji Sawada, Hirotomo Kambe, Toshiharu Saiki and Tetsuya Sato: "Spatial resolution of near-field scanning optical microscopy with subwavelength aperture"Proc. Of the 5th International Conference on Computational Physics, Kanazawa, Japan, October 1999. (in press).