高効率近接場光源の開発と応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12131201
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90282095)
• 研究分担者: 後藤 顕也 東海大学, 開発工学科, 教授 (20234982) ; 田中 秀治 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (00312611)
• キーワード: 近接場光 / マイクロマシニング / 走査型プローブ / 高感度センサー / 高密度記録 / 近接場光学顕微鏡 / マイクロアクチュエータ

研究概要

近接場光学顕微鏡は、光の波動性による回折限界を越えて光の波長以下の分解能を得ることができる顕微鏡である。この近接場顕微鏡の技術は高分解能の顕微鏡としてだけではなく、ナノ加工技術や将来の高密度光メモリーへと発展する可能性を秘めていることから活発に研究が行われている。近接場光学顕微鏡では、先端に微小開口を形成した光ファイバープローブがよく用いられるが、光がそのプローブ先端で光の波長よりも狭い径の領域を通り抜け微小開口に達するまでにかなりの損失があり光の利用効率が低いという問題がある。特に高分解能を得るために微小開口の寸法を小さくするとその損失は大きくなり、近接場顕微鏡の感度やSN比の悪さが顕著になる。本研究では、前述した近接場の効率の問題を改善し、マイクロ・ナノマシニング技術を利用して光が減衰なく透過させるマイクロ構造作製技術およびその先端に微小開口を設けることで高輝度近接場光源を実現する。
局在した光(近接場光)を利用し光の回折限界を越えた超解像を実現するための微小光源を、半導体微細加工技術を利用して作製した。この微小光源は,波長以下の寸法をもつ金属の微小開口に効率よく光を集め、エネルギーの損失なく近接場光を発生することやバッチプロセスにより大量生産が可能であることを特徴とする。本年度は開口型以外にBow-tieアンテナ型のプローブも試作した。
シリコンでできたマイクロ構造を光ファイバー先端に取り付けた近接場プローブの試作も行い、光を効率よく集光するためのマイクロレンズの集積化技術を開発した。近接場顕微鏡だけでなく、ナノ加工技術や将来の高密度光メモリー、近接場メカトロニクスへと発展させるための基礎的な実験も同時に行った。

研究成果

• [文献書誌] P.N.Minh, T.Ono et al.: "Integrated Microlens at the Cores of Optical Fiber Bundle for Optical Fiber Based Applications"Proceedings of the Sensor Symposium. 19. 109-112 (2002)
• [文献書誌] 小野崇人, 江刺正喜: "MEMSからNEMSへ"応用物理. 71・8. 982-988 (2002)
• [文献書誌] P.N.Minh, Le.T.T.Tuyen, T.Ono, H.Mimura, K.Yokoo, M.Esashi: "Carbon nanotube on a Si tip for electron field emitter"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. L1409-L1411 (2002)
• [文献書誌] J.H.Bae, T.Ono, M.Esashi: "Scanning probe with an integrated diamond heater element for nanolithography"Applied physics letters. 82・5. 814-816 (2003)
• [文献書誌] 小野 崇人, 江刺 正喜: "マイクロマシニングとナノプローブ"精密工学会誌. 69・2. 166-169 (2003)
• [文献書誌] 小野 崇人, 江刺 正喜: "複合プロセスによるマイクロ・ナノマシニング"計測と制御. 42・1. 5-11 (2003)
• [文献書誌] T.Ono, M.Esashi et al.: "Nano-Optics, Chapter 5, Integrated and Functional Probe"Springer. 111-135 (2002)