| 研究課題/領域番号 |
07405005
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
応用光学・量子光工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
河田 聡 大阪大学, 工学部, 教授 (30144439)
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| 研究分担者 |
高松 哲郎 京都府立医科大学, 教授 (40154900)
中村 收 大阪大学, 工学部, 助教授 (90192674)
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| 研究期間 (年度) |
1995 – 1997
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| キーワード | レーザ・トラッピング / ニアフィールド光学 / 摩擦力 / 有限差分時間領域法 / 3次元微細加工 / 紫外線硬化樹脂 / 2光子吸収 |
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| 研究概要 |
レーザトラッピングしたプローブを試料表面において走査することによる摩擦力顕微システムを試作した。これは、光の放射圧によって微小球を試料表面に押しつけ、このとき、試料を走査することによって生じる微小球の位置の変位量から、試料表面と微小球との間に生じる摩擦力を求める。試作システムは、落射顕微鏡、スキャン装置、近赤外レーザ(Nd:YLFレーザ:2W)、プローブ照明光学系、摩擦力検出系、および制御用コンピュータから構成され、ガラス及びPMMAの表面の摩擦力測定を試み1.0【.+-。】0.2pNの摩擦力が測定可能であることを確かめた。
さらに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、プローブの作成技術として、安定かつ位置精度高くトラップされ、かつ先端径が小さくしかも散乱効率が高いというプローブの作製するための技術として、2光子吸収を利用した3次元微細加工法を提案し、実験を行った。これは、紫外線硬化樹脂中の集光スポット部分のみを、2光子吸収を利用することによって選択的に硬化させ、スポットを走査させることにより、任意の3次元形状を形成できる。実験では、モードロックTi:Sapphireレーザ(波長:790nm)を光源として用い、パルス出力とパルス数の最適化を行うことにより、面内分解能0.6μm、奥行き分解能1.0μmでの3次元微小構造体加工に成功した。これは、これまでの作製技術に対し1桁以上の分解能向上に相当する。
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。
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