レーザトラッピングプローブ技術を用いたニアフィールド光学及び原子間力顕微法

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07405005
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 河田 聡 大阪大学, 工学部, 教授 (30144439)
• 研究分担者: 高松 哲郎 京都府立医科大学, 医学部, 教授 (40154900) ; 中村 收 大阪大学, 工学部, 助教授 (90192674)
• キーワード: レーザトラッピング / ニアフィールド光学 / 2光子吸収 / 光の放射圧 / 有限差分時間領域法 / 摩擦力

研究概要

昨年度までに開発を行ったレーザトラッピングプローブ走査摩擦力顕微システムにおいて、ニアフィールド信号検出系を追加し、ニアフィールド光学顕微鏡システムの試作を行った。本システムでは、レーザトラップによって保持されたプローブを使用しているため、次のような特長を持つ:1)pNオーダーの微小な力しか試料に及ぼさないために試料にダメ-ジを与えることがない、2)水中での観察であるために生体試料の観測に適している。本システムを用いて、以前からトラッピングに用いている誘電体球に加えて、金属微小球をトラップすることに成功した。散乱効率が高い金属のプローブを用いることによりより高いSN比の、また微小な球(40nmφ)を用いることにより高分解の、ニアフィールド光学像の測定が可能となった。
また、光の放射場からプローブが受ける力の解析手法として、有限差分時間領域法(FDTD法)が有効であることを示し、エバネッセント場を含め様々な電磁場内でのプローブの受ける放射圧(=トラップ力)の計算を可能とした。この計算手法を用いることにより、球形のみならず任意の形状や材質のプローブにおけるトラップ力の計算が可能となった。その結果ニアフィールド光学顕微鏡用のトラッピングプローブとして、散乱効率が高く、なおかつ安定にトラップおよび走査ができるプローブの形状および材質の最適化が可能であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] S.Maruo, O.Nakamura, and S.Kawata: "Evanescent-wave holography using surface plasmon resonance" Appl.Opt.36. 2343-2346 (1997)
• [文献書誌] Y.Inouye and S.Kawata: "Reflection-mode near-field optical microscope with a metallic probe tip for observing fine structures in semiconductor materials" Opt.Commun.134. 31-35 (1997)
• [文献書誌] H.Hatano, Y.Inouye, and S.Kawata: "Near-field optical microscope with a multiheight scanning-imaging mode" Opt.Lett.22. 1532-1534 (1997)
• [文献書誌] T.Sugiura, T.Okada, Y.Inouye, O.Nakamura, and S.Kawata: "Cold-head scanning near-field optical microscope with laser-force position control" Opt.Lett.22. 1663-1665 (1997)
• [文献書誌] S.Maruo, O.Nakamura, and S.Kawata: "Three-dimensional microfabrication with two-photon absorbed photopolymerization" Opt.Lett.22. 132-134 (1997)
• [文献書誌] H.Furukawa and S.Kawata: "Local field enhancement with anapertureless near-microscope probe" Opt.Commun. (accepted for publication).
• [文献書誌] 大津元一, 河田聡: "近接場ナノフォトニクスハンドブック" オプトロニクス社, 270 (1997)
• [文献書誌] 河田聡: "超解像の光学" 学会出版センター, 230 (1998)