高効率近接場光源の開発と応用

2003 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, 助教授 (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 / 高密度記録 / 近接場光学顕微鏡

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。また近接場技術以外に、この技術を様々な技術に展開するための要素技術の開発も併せて行なった。
これまで開発した近接場光プローブの効率を更に上げるとともに、個々のプローブ自体にアクチュエーターを内蔵し、光スイッチング機能を持たせた。作製した構造は近接場光の生成効率を上げるために、先端がBow-Tieアンテナの形状を持っている。この構造は、2枚の金属が対向して配置してある構造を持ち、ギャップを20nm以下に小さくすると、極端に近接場強度が大きくできることが予測されている。また、光スイッチング機能をプローブに持たせることで、よりプローブの集積化が容易になった。プローブのアレイを同時に動かして記録動作させるためには、面発光レーザーのアレイ構造のようなものと組み合わせる必要があるが、集積化は必ずしも容易ではなかった。光源の数を減らし個々のプローブで光をスイッチングすることで、より小型、集積化が可能になった。更に、光スイッチング機能は、将来の光回路などの超小型スイッチとしても応用が利用できると考えられる。本プローブを作製し評価を行うと共に、光顕微鏡としての性能を評価した。また、走査型プローブ顕微鏡を利用したリソグラフィーにより表面プラズモン導波路を形成し、光源と近接場プローブとのカップリング効率の向上を図った。

研究成果

• [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. 814-816 (2003)
• [文献書誌] P.N.Minh, T.Ono, Y.Haga, K.Inoue et al.: "Batch fabrication of microlens at the end of optical fiber using self-photolithography and etching techniques"Optical Review. 10. 150-154 (2003)
• [文献書誌] T.Ono, C.Konoma, H.Miyashita, Y.Kanamori, M.Esashi: "Pattern transfer of self-ordered structure with diamond mold"Japanease Journal of Applied Physics. 42. 3867-3870 (2003)
• [文献書誌] Takahito Ono, Shinya Yoshida, Masayoshi Esashi: "Electrical modification of a conductive polymer using a scanning probe microscope"Nanotechnology. 14. 1051-1054 (2003)
• [文献書誌] Deyuan Zhang, Chienliu Chang, Takahito Ono, Masayoshi Esashi: "A piezodriven XY-microstage for multiprobe nanorecording"Sensors and Actuators A. 108. 230-233 (2003)
• [文献書誌] K.Iwami, T.Ono, E.Oesterschulze, M.Esashi: "Electrostatic actuator integrated optical near-field probe with bow-tie antenna for high transmission efficiency"The 12th International Conference on Solid State Sensors, Actuators and Microsystems. 12. 548-551 (2003)