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JP3267992B2 - Near-field scanning optical microscope and its use - Google Patents
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JP3267992B2 - Near-field scanning optical microscope and its use - Google Patents

Near-field scanning optical microscope and its use

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JP3267992B2
JP3267992B2 JP30311391A JP30311391A JP3267992B2 JP 3267992 B2 JP3267992 B2 JP 3267992B2 JP 30311391 A JP30311391 A JP 30311391A JP 30311391 A JP30311391 A JP 30311391A JP 3267992 B2 JP3267992 B2 JP 3267992B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、小さな開口、典型的に
は、1光学波長より小さな開口がサンプルの光学近距離
場内に、つまり、サンプルの概ね1光学波長以内に位置
され、この開口が時間変動光学信号を生成するためにこ
のサンプルの表面を通じてラスター状に走査され、この
時間変動光学信号が検出及び再生され、非常に高い分解
能を持つイメージが生成される光学顕微鏡に関する。本
発明は、さらに、製造プロセスの最中にワークピースを
検査するためにこの顕微鏡を使用する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for positioning a small aperture, typically less than one optical wavelength, in the optical near-field of a sample, ie, within approximately one optical wavelength of the sample. It relates to an optical microscope that is scanned in a raster fashion through the surface of the sample to generate a time-varying optical signal, and the time-varying optical signal is detected and reproduced, producing an image with very high resolution. The invention further relates to a method of using this microscope to inspect a workpiece during a manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】多くの研究者が従来の光学イメージング
・システムの固有の欠点を克服するための光学走査の使
用法について研究を行なっている。つまり、いわゆる近
距離場走査光学顕微鏡法(near-field scanning optica
l microscopy,NSOM)においては、1光学波長より
も小さな直径を持つ開口がサンプルの表面に接近して位
置され、この表面を通じて走査される。あるスキームに
おいては、サンプルが外部ソースによって反射的に、あ
るいは透過的に照射される。反射あるいは透過した光の
一部が開口によって集められ、例えば、光ファイバーを
介して光検出器に中継される。もう一つのスキームにお
いては、光が光ファイバーによって開口に中継される
が、この開口自体がサンプルの反射的あるいは透過的照
射のための小型光源として機能する。この場合において
は、従来の手段が選択されたあるいは透過された光を集
め、検出するために使用される。いずれの場合において
も、検出された光学信号が再生され、イメージ情報が得
られる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Many researchers are investigating the use of optical scanning to overcome the inherent shortcomings of conventional optical imaging systems. In other words, so-called near-field scanning optics
In (l microscopy, NSOM), an aperture having a diameter smaller than one optical wavelength is located close to and scanned through the surface of the sample. In some schemes, the sample is illuminated reflectively or transmissively by an external source. Some of the reflected or transmitted light is collected by the aperture and relayed to a photodetector, for example, via an optical fiber. In another scheme, light is relayed to the aperture by an optical fiber, which itself acts as a miniature light source for reflective or transmissive illumination of the sample. In this case, conventional means are used to collect and detect the selected or transmitted light. In any case, the detected optical signal is reproduced to obtain image information.

【0003】例えば、1986年8月5日付けでW.
D.ポール(Pohl)に交付された合衆国特許第4,60
4,520号は、ピラミッド状の光学的に透明な結晶か
ら製造されるプローブを使用するNSOMシステムにつ
いて記載しており、不透明の金属コーティングが結晶に
塗られる。結晶の頂点の所で、結晶のチップ及びこのチ
ップ上の金属コーティングの両方が本質的に正方形の1
00nm以下の長さの辺を持つ開口を形成するために除
去される。合衆国特許第4,604,520号において
説明されるもう一つの開口は、シングル・モード光学フ
ァイバーから製造される。ファイバーの一つの平な終端
が金属化され、ファイバーのコアのみを露出するように
コーティング内に同軸の穴が形成される。
For example, on August 5, 1986, W.M.
D. United States Patent No. 4,60 issued to Pohl
No. 4,520 describes an NSOM system that uses a probe made from a pyramidal optically transparent crystal, wherein an opaque metal coating is applied to the crystal. At the top of the crystal, both the crystal tip and the metal coating on this chip are essentially square 1
It is removed to form an opening having a side having a length of 00 nm or less. Another aperture described in US Pat. No. 4,604,520 is made from single mode optical fiber. One flat end of the fiber is metallized and a coaxial hole is formed in the coating to expose only the fiber core.

【0004】1990年4月17日付けでA.L.ルイ
ス(Lewis )らに交付された合衆国特許第4,917,
462号において説明される幾分異なるアプローチにお
いては、プローブがピペットから形成される。つまり、
ガラス・チューブが細いチップに線引きされ、不透明の
金属層にてコートされる。線引きの後、ピペットは中空
の穴を残すが、これは、チップの所でガラス及び上側の
金属層の両方を通じて現われる。結果としての金属の環
がこの開口を画成する。この開口は、金属層の径方向に
内側への成長の結果としてのガラス内に画成される穴よ
りも小さい。上に説明の方法の一つの欠点は、光がプロ
ーブを通じて比較的低い効率にて透過されることであ
る。このために、信号レベルが比較的低くなる。幾つか
のケースにおいては、開口が低い信号レベルを補償する
ために大きくされなければならない。この措置は、結果
として分解能が落ちるために望ましない。例えば、光が
ソースから開口にコートなしのピペットを通じて送られ
る場合、光学場は、ピペットの外側壁の所にかなり大き
な振幅を持つ。放射を拘束するために、壁を金属にてコ
ートすることが必要である。ただし、減衰が金属コーテ
ィング内での吸収の結果として発生する。さらに、金属
コートは、光学漏れを許す欠陥、例えば、ピンホールを
作る傾向を持つ。この傾向の対策として厚さを増すと、
長さ(つまり、ピペットの径方向に対する厚さ)及び開
口を画成する金属環の外径も増加する。結果として、金
属環内における吸収及び消失に起因する光学損失が増加
し、またチップのサイズも増加する。チップが大きくな
ると、サンプルの表面に対する近い接近を維持しながら
サンプルの細いくぼんだ形態上の特徴を走査することが
一層困難になる。(重要なことに、金属の堆積に起因す
る大き過ぎるチップ・サイズの問題は、ファイバーの終
端をコートする金属層内の穴によって画成される開口を
持つタイプの一定の直径を持つ光ファイバー・プローブ
にも適用する。)
[0004] On April 17, 1990, A. L. U.S. Pat. No. 4,917, issued to Lewis et al.
In a somewhat different approach, described in 462, the probe is formed from a pipette. That is,
A glass tube is drawn into a thin chip and coated with an opaque metal layer. After drawing, the pipette leaves a hollow hole, which appears at the tip through both the glass and the upper metal layer. The resulting metal ring defines this opening. This opening is smaller than the hole defined in the glass as a result of the radial inward growth of the metal layer. One disadvantage of the above described method is that light is transmitted through the probe with relatively low efficiency. This results in a relatively low signal level. In some cases, the aperture must be increased to compensate for low signal levels. This measure is not desired, as it results in reduced resolution. For example, if light is sent from a source to an aperture through an uncoated pipette, the optical field will have a rather large amplitude at the outer wall of the pipette. To confine the radiation, it is necessary to coat the walls with metal. However, attenuation occurs as a result of absorption in the metal coating. In addition, metal coats have a tendency to create defects that allow optical leakage, for example, pinholes. Increasing the thickness to counter this trend,
The length (ie, the radial thickness of the pipette) and the outer diameter of the metal ring that defines the opening also increase. As a result, optical loss due to absorption and extinction in the metal ring increases, and the chip size also increases. As the tip becomes larger, it becomes more difficult to scan the sample's concave morphological features while maintaining close proximity to the surface of the sample. (Importantly, the problem of too large a chip size due to metal deposition is a constant diameter fiber optic probe of the type with an opening defined by a hole in the metal layer coating the end of the fiber. Also applies.)

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】プローブが(例えば、
エッチングによって)研いだ円錐チップを持ち、金属コ
ートのないシングル・モード・ファイバーであるとき発
生する問題が、例えば、C.ギラード(Girard)及び
M.スページャ−(Spajer)によってアプライド・オプ
ティクス(Applied Optics)、29(1990)、ペー
ジ3726−3733に掲載の論文『反射近距離場光学
顕微鏡法に対するモデム(Model for reflection near
field optical microscopy)』において説明されてい
る。一つの問題は、チップに向かってファイバー内を通
過する光の一部分が円錐テーパーのサイドによって反射
され、次にこれを通じて透過されることである。第二の
問題は、テーパーのサイドがファイバーを通じて伝播で
き、結果として検出器の所のノイズ・レベルを増加させ
る望ましくない光学信号を捕らえることである。上の説
明から、今日に至るまで、光の効率的な伝送(つまり、
プローブの壁との光学的相互作用に起因する減衰が比較
的小さい)、比較的小さなチップ直径、高い分解能、及
び高い信頼性を併せ持つNSOMプローブを提供するこ
とに成功してないことが分かる。
SUMMARY OF THE INVENTION The probe (for example,
Problems that occur with single-mode fibers having a sharpened conical tip and no metal coating are described, for example, in C.I. Girard and M.W. Applied option by Spajer
Politics (Applied Optics), 29 (1990 ), a modem for the post of paper to page 3726-3733 "reflecting near-field optical microscopy (Model for reflection near
field optical microscopy)]. One problem is that a portion of the light passing through the fiber towards the tip is reflected by the conical tapered side and then transmitted therethrough. A second problem is that the side of the taper captures unwanted optical signals that can propagate through the fiber, thereby increasing the noise level at the detector. From the above explanation, to this day, efficient transmission of light (that is,
It can be seen that NSOM probes have been unsuccessfully provided with a relatively small tip diameter, high resolution, and high reliability combined with relatively little attenuation due to optical interaction with the probe wall.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手続】一面においては、本発明
は光学システムに関するが、この光学システムは、一つ
のプローブを含み、このプローブの少なくとも一部は少
なくともある波長において光学的に透過性であり、また
このプローブは、一つの遠位端を持つ。この光学システ
ムは、さらに、この遠位端に設けられた光学開口を有
し、この開口は該ある波長より小さな直径を持つ。この
光学システムは、さらに、光源をソースとして、この光
源によって放出される少なくとも幾らかの光が少なくと
も該ある波長においてこの開口を通じてプローブに入
り、又は、これから出るように光学的に結合するための
手段、及び目標に対してプローブを位置決めするための
手段を含む。本発明の特徴として、(a)このプローブ
は、一つのコア及びクラッドを持つシングル・モード光
ファイバーの一部から成り、このクラッドは外側表面を
持ち、このファイバーとガイドされる誘電モードが関連
し;(b)このファイバーは、断熱的にテーパーされた
テーパー領域を持ち、このテーパー領域の少なくとも一
部は少なくとも該ある波長の光をガイドする能力を持
ち;(c)テーパー領域はファイバーに対して実質的に
垂直な平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し;
(d)テーパー領域内のクラッド外側表面は実質的に滑
らかであり;(e)クラッド外側表面の少なくとも一部
がテーパー領域内において遮断材料としての金属にて塗
布され、これにより金属モードをガイドする能力を持つ
金属導波路部分が画成され、金属モードに対するカット
オフ直径がさらに定義され、(f)この終端面の直径
は、このカットオフ直径以下にされる。
SUMMARY OF THE INVENTION In one aspect, the present invention relates to an optical system, which includes a probe, at least a portion of which is optically transparent at least at certain wavelengths. The probe also has one distal end. The optical system further has an optical aperture at the distal end, the aperture having a diameter smaller than the certain wavelength. The optical system further includes means for optically coupling the light source to and from the light source so that at least some light emitted by the light source enters or exits the probe through the aperture at least at the certain wavelength. And means for positioning the probe with respect to the target. As a feature of the present invention, (a) the probe comprises a portion of a single mode optical fiber having one core and a cladding, the cladding having an outer surface, and the fiber being associated with a guided dielectric mode; (B) the fiber has an adiabatic tapered region, at least a portion of which has the ability to guide at least the light of the certain wavelength; Terminating in a substantially flat termination plane oriented in a substantially perpendicular plane;
(D) the outer cladding surface in the tapered region is substantially smooth; (e) at least a portion of the outer cladding surface is coated with metal as a barrier material in the tapered region, thereby guiding a metal mode. A capable metal waveguide portion is defined, and a cutoff diameter for the metal mode is further defined, and (f) the diameter of the termination surface is less than or equal to the cutoff diameter.

【0007】[0007]

【実施例】一つの実施態様においては、本発明は、光学
システムに関連する。図1に示されるように、この光学
システムは、光源10、プローブ20、及び移動手段
(displacement means)30を含む。移動手段30は、
プローブを、一例として、プローブ・チップ60に隣接
してステージ50上に配列された目標40との関係で相
対的に移動する。この光学システムは、さらに、光源1
0をプローブ20に光学的に結合するための手段を含
む。図1に示される例においては、この光学結合は、光
源10とプローブ20の間に伸びるシングル・モード光
ファイバー70によって提供される。(ファイバー70
は、実際には、プローブ20と一体化される。)光源1
0は、一例として、レーザーである。光源10からの光
は、光ファイバー内に、例えば、顕微鏡対物レンズ90
及びファイバー位置決め装置100を含むシングル・モ
ード結合器80を介して簡単に注入できる。また、オプ
ションとして、モード・ストリッパー110が、コア内
のシングル・モードのみがプローブに伝播し、クラッド
内の他のモードは伝播しないことを確保するために使用
される。移動手段30としては、例えば、プローブを垂
直方向、並びに二つの直交する横方向に移動するように
設計された圧電チューブが使用される。別の方法とし
て、この移動手段して、プローブの変わりにステージを
移動するため、あるいはステージの移動とプローブの移
動を併用する機械的あるいは圧電移動手段を使用するこ
ともできる。
DETAILED DESCRIPTION In one embodiment, the invention relates to an optical system. As shown in FIG. 1, the optical system includes a light source 10, a probe 20, and a displacement means 30. The moving means 30
The probe is relatively moved, for example, in relation to a target 40 arranged on a stage 50 adjacent to a probe tip 60. The optical system further comprises a light source 1
A means for optically coupling the probe to the probe. In the example shown in FIG. 1, this optical coupling is provided by a single mode optical fiber 70 extending between the light source 10 and the probe 20. (Fiber 70
Is actually integrated with the probe 20. ) Light source 1
0 is a laser as an example. Light from the light source 10 is transmitted into the optical fiber, for example, by a microscope objective lens 90.
And via a single mode coupler 80 including the fiber positioning device 100. Also optionally, a mode stripper 110 is used to ensure that only a single mode in the core propagates to the probe and no other modes in the cladding propagate. As the moving means 30, for example, a piezoelectric tube designed to move the probe in the vertical direction and in two orthogonal lateral directions is used. Alternatively, the moving means may be a mechanical or piezoelectric moving means for moving the stage in place of the probe, or using both the moving of the stage and the moving of the probe.

【0008】説明のような光学システムの一つの可能な
用途には、直接書き込みがある。つまり、プローブ・チ
ップに接近して位置するサンプル表面が光源から発光さ
れる光に露出可能な感光層にてコートされる。露出パタ
ーンがこの感光層内にプローブをサンプルに対して移動
させ、同時に、光源からの光をプローブ・チップから連
続的あるいは断続的に照射することによって生成され
る。説明のような光学システムの第二の可能な用途とし
ては、いわゆる”照射(illumination)”モードでのサ
ンプルのイメージ化が考えられる。この用途において
は、プローブ・チップからの光がサンプルを通して通過
され、(図1に示されるように)ステージの下で顕微鏡
対物レンズによって集められる。(示されるのは、照射
通過モードであるが、照射反射モードも可能である。)
こうして集められた光は、検出器130に向けられる
が、これには一例として、光マルチプレクサー・チュー
ブが使用される。プローブが視覚的に位置決めできるよ
うに、ビームスプリッター140を使用することが必要
であるが、これは集められた光の一部を接眼レンズ15
0に向ける。重要なことは、サンプルがプローブのラス
ター状の移動によって走査された場合、検出器130か
らの信号が走査されたサンプル部分のイメージを生成す
るように再生できることである。
One possible use of an optical system as described is direct writing. That is, the sample surface located close to the probe tip is coated with a photosensitive layer that can be exposed to light emitted from the light source. An exposure pattern is created by moving the probe into the photosensitive layer relative to the sample while simultaneously or continuously or intermittently shining light from the light source from the probe tip. A second possible application of the optical system as described is to image the sample in a so-called "illumination" mode. In this application, light from the probe tip is passed through the sample and collected by a microscope objective under the stage (as shown in FIG. 1). (What is shown is an illumination pass mode, but an illumination reflection mode is also possible.)
The light thus collected is directed to a detector 130, which uses, as an example, an optical multiplexer tube. It is necessary to use a beam splitter 140 so that the probe can be visually positioned, but this will cause some of the collected light to pass through the eyepiece 15.
Turn to zero. Importantly, if the sample is scanned by a raster movement of the probe, the signal from the detector 130 can be reconstructed to produce an image of the scanned sample portion.

【0009】このような走査方法は、近距離場走査光学
顕微鏡使用法(NSOM)において採用されるが、この
方法においては、プローブ・チップがサンプル表面から
非常に小さな距離内、典型的には、光源によって発光さ
れる光の1波長以下の距離内に位置される。NSOM
は、また、プローブ・チップ内の非常に小さな、これも
典型的には、1波長以下の開口を使用することによって
非常に高い光学分解能を与える。NSOM装置は当分野
において周知であり、例えば、1986年8月5日付け
でW.D.ポール(Pohl)に交付された合衆国特許第
4,604,520号、及び1990年4月17日に
A.ルイス(Lewis)らに交付された合衆国特許第4,
917,462号において説明されている。
Such a scanning method is employed in near-field scanning optical microscopy (NSOM), in which the probe tip is within a very small distance from the sample surface, typically It is located within a distance of one wavelength or less of the light emitted by the light source. NSOM
Also provides very high optical resolution by using very small, typically less than one wavelength, apertures in the probe tip. NSOM devices are well known in the art and are described, for example, in W.S. D. U.S. Pat. No. 4,604,520 issued to Pohl and U.S. Pat. U.S. Patent No. 4, issued to Lewis et al.
917,462.

【0010】さらに、説明の光学システムの第三の可能
な用途が図2に示される。図2の構成においては、プロ
ーブ・チップは、光のエミッターとしてではなくコレク
ターとして機能する。この構成は、いわゆる”コレクシ
ョン(collection)”モードにおけるNSOMイメージ
化に対して有効である。(示されるのは、コレクション
反射モードであるが、コレクション通過モードも同様に
実現可能である。)光源10からの光は、傾斜ミラー1
60及び傾斜環状ミラー170を介して環状対物レンズ
180に向けられる。レンズ180は、この光をサンプ
ル表面上にフォーカスする。表面から反射あるいは照射
された光は、プローブ・チップによって集められ、ファ
イバー70及び対物レンズ120を介して検出器130
に向けられる。反射モードNSOMについては、例え
ば、上に引用の合衆国特許第4,917,462号にお
いて説明されている。
Further, a third possible use of the described optical system is shown in FIG. In the configuration of FIG. 2, the probe tip functions as a collector rather than as an emitter of light. This arrangement is useful for NSOM imaging in a so-called "collection" mode. (What is shown is the collection reflection mode, but the collection pass mode can be realized as well.) Light from the light source 10 is
It is directed to an annular objective lens 180 via 60 and an inclined annular mirror 170. Lens 180 focuses this light on the sample surface. The light reflected or illuminated from the surface is collected by the probe tip and passed through fiber 70 and objective lens 120 to detector 130
Turned to Reflective mode NSOM is described, for example, in U.S. Pat. No. 4,917,462, referenced above.

【0011】検出器(あるいは、より一般的には、変換
器)130は、こうして検出された光を電気信号に変換
する。これら信号を使用して、陰極線管のようなビデオ
・ディスプレイ・デバイス上に二次元イメージを簡単に
生成することができる。このような目的に対しては、走
査生成器が目標に対するプローブ位置の移動を制御し、
また表示イメージを構成するための基準信号を提供する
ために使用される。変換器130によって生成される電
気信号は、典型的には、アナログ信号である。これら
は、表示される前に、選択的にデジタル信号に変換され
る。このようなケースにおいては、デジタル・メモリー
がデジタル化された信号を格納するためにオプションと
して提供され、またデジタル・プロセッサがデジタル化
された信号をこれらを表示する前に処理するため(例え
ば、イメージを向上するため)にオプションとして提供
される。
A detector (or, more generally, a converter) 130 converts the light thus detected into an electrical signal. These signals can be used to easily generate a two-dimensional image on a video display device such as a cathode ray tube. For such purposes, the scan generator controls the movement of the probe position relative to the target,
It is also used to provide a reference signal for composing a display image. The electrical signal generated by converter 130 is typically an analog signal. These are selectively converted to digital signals before being displayed. In such a case, a digital memory is optionally provided for storing the digitized signals and a digital processor is provided for processing the digitized signals before displaying them (e.g. To be improved).

【0012】プローブ20の一つの可能な形式は、シン
グル・モード光ファイバーである。光学ファイバー・プ
ローブは、事実、先行技術において開示されている。図
3及び4は、このようなファイバー・プローブの例を示
す。図3は、チップをカバーするように堆積された不透
明な材料、例えば、金属の環状キャップを持つテーパー
されてないシングル・モード光ファイバー190を示
す。この金環の中心の所の開口210がプローブの光学
開口を画成する。図4は、例えば、化学エッチングによ
ってテーパーされた裸の光ファイバー220を示す。我
々は、改良されたプローブ230が、シングル・モード
光ファイバーを軟化するために加熱し、軟化したファイ
バーをテーパーされたファイバーを形成するために線引
きすることによって簡単に製造できることを発見した。
線引きの後、テーパーされたファイバーの少なくとも一
部が遮断材料として不透明の材料、例えば、金属によっ
てコートされる。図5に示されるように、このように線
引きされたファイバーのチップ240は、角度βにてテ
ーパーされ、終端フラット250にて終端する。
One possible type of probe 20 is a single mode optical fiber. Fiber optic probes have in fact been disclosed in the prior art. Figures 3 and 4 show examples of such fiber probes. FIG. 3 shows an uncapped single mode optical fiber 190 with an annular cap of opaque material, eg, a metal, deposited to cover the chip. The aperture 210 at the center of the ring defines the optical aperture of the probe. FIG. 4 shows a bare optical fiber 220 tapered, for example, by chemical etching. We have discovered that the improved probe 230 can be easily manufactured by heating a single mode optical fiber to soften and drawing the softened fiber to form a tapered fiber.
After drawing, at least a portion of the tapered fiber is coated with an opaque material, such as a metal, as a barrier material. As shown in FIG. 5, the fiber tip 240 thus drawn is tapered at an angle β and terminates in a termination flat 250.

【0013】この光ファイバーはクラッド260及びコ
ア270を持つ。具体的なクラッド及びコアの組成は本
発明にとって重要ではないが、一例としてのクラッド組
成は、石英ガラスであり、一例としてのコア組成は、ク
ラッドよりも高い屈折率を持つドープされた石英ガラス
である。具体的なクラッド及びコアの寸法も本発明にと
って重要ではないが、一例としてのコアの直径は、約3
umであり、一例としてのクラッドの外径は約125u
mである。一つのガイドされるモード、つまり、基本あ
るいはHE11モードがテーパーされてない対応するシン
グル・モード・ファイバーと関連する。このようなモー
ドは、円筒誘電導波路の特徴であり、この理由で、以
降、誘電モードと呼ばれる。
The optical fiber has a cladding 260 and a core 270. Although the specific cladding and core composition is not critical to the invention, an exemplary cladding composition is silica glass, and an exemplary core composition is doped silica glass having a higher refractive index than the cladding. is there. Although the specific cladding and core dimensions are not critical to the invention, an exemplary core diameter is about 3
um, and the outer diameter of the cladding as an example is about 125 u.
m. One guide is the mode, that is, basic or HE 11 mode is associated with a single-mode fiber corresponding non-tapered. Such a mode is characteristic of a cylindrical dielectric waveguide and for this reason is hereinafter referred to as a dielectric mode.

【0014】光ファイバーが加熱及び線引きされると、
コアの直径及びクラッドの外径の両方が減少する。コア
直径の分数的な変化はクラッドの外径の分数的な変化に
おおむね等しい。(換言すれば、ファイバーの断面は、
その比例のみにおいて変化する。)重要なことに、コア
がテーパーされる角度は、βよりかなり小さい。例え
ば、一例として示された寸法を持つ直線的にテーパーさ
れたファイバーにおいては、コアのテーパー角度の正接
(tan)は、テーパー角度βの約3/125倍、つま
り、2.4%のみである。この理由により、βの比較的
大きな値、例えば、30度あるいはそれ以上の一例とし
ての値に対してさえも、コアは以下に説明されるように
断熱的テーパーを持つ。
When the optical fiber is heated and drawn,
Both the core diameter and the cladding outer diameter are reduced. A fractional change in core diameter is approximately equal to a fractional change in cladding outer diameter. (In other words, the cross section of the fiber is
It changes only in that proportion. Importantly, the angle at which the core tapers is significantly less than β. For example, in a linearly tapered fiber having the dimensions shown as an example, the tangent (tan) of the taper angle of the core is only about 3/125 times the taper angle β, or 2.4%. . For this reason, even for relatively large values of β, for example, 30 degrees or more, the core has an adiabatic taper as described below.

【0015】テーパー無しのファイバーの場合は、誘電
モードの電場は殆どコアに拘束され、これは、クラッド
の外側表面付近においては、非常に小さな振幅、典型的
には、ピーク振幅の10-10 以下の振幅に落ちる。これ
は、テーパーされたファイバーの場合は、必ずしもそう
ではない。ガイドされた光波がテーパーされた領域内に
伝播するとき、これは、次第に狭くなるコアと遭遇す
る。最終的には、コアはガイドされたモードを実質的に
拘束するにはあまりにも小さくなり過ぎる。光波は、コ
アではなく、クラッドと周囲の材料、例えば、空気ある
いはアルミニアムのような金属との間の界面によってガ
イドされる。上に説明のように、コアは一般的にこのモ
ードが断熱的であるのに十分に小さな角度にてテーパー
される。断熱的とは、初期HE11モードのエネルギーの
全てが実質的にシングル・モードに濃縮されてとどま
り、他のモード、特に、放射によって光学損失を起こす
放射モードに結合されないことを意味する。
For an untapered fiber, the electric field in the dielectric mode is almost confined to the core, which is very small amplitude near the outer surface of the cladding, typically less than 10 -10 of the peak amplitude. Fall to the amplitude. This is not necessarily the case for tapered fibers. As the guided light wave propagates into the tapered region, it encounters an increasingly narrow core. Eventually, the core will be too small to substantially constrain the guided mode. The light waves are guided by the interface between the cladding and the surrounding material, for example air or a metal such as aluminum, rather than the core. As explained above, the core is generally tapered at an angle small enough for this mode to be adiabatic. The adiabatic stays all initial HE 11 mode energy is concentrated substantially single mode, other modes, in particular, means not coupled to the radiation mode causing optical loss by radiation.

【0016】最初は、コアから逃れるガイドモードはH
11モードの特性をかなりとどめる。より具体的には、
ガイドされた電磁場の振幅はクラッドの外側表面の所で
は比較的小さい。ただし、ファイバーの直径がさらに減
少するにつれて、クラッドの外側表面の所での電磁場の
振幅はファイバーのピーク振幅に対して相対的に増加す
る。最終的には、この電磁場はクラッドの外側表面の所
で比較的大きな振幅を得る。このようなモードは、例え
ば、クラッドとまわりの空気との間の界面によってガイ
ドすることもできる。ただし、このような構成は望まし
くない。
At first, the guide mode that escapes from the core is H
Quite keep the characteristics of the E 11 mode. More specifically,
The amplitude of the guided electromagnetic field is relatively small at the outer surface of the cladding. However, as the fiber diameter further decreases, the amplitude of the electromagnetic field at the outer surface of the cladding increases relative to the peak amplitude of the fiber. Eventually, this field will have a relatively large amplitude at the outer surface of the cladding. Such modes can be guided, for example, by the interface between the cladding and the surrounding air. However, such a configuration is not desirable.

【0017】電場はクラツドのかなり外側にまで伸びる
ために、かなりの量の光学漏れが予想される。これは、
光がプローブ・チップにあるいはこれからチャネルされ
る効率を落とすために望ましくない。さらに、クラッド
壁から漏れる光は最終的にプローブ・チップから比較的
遠い所に位置するサンプルの部分に至る可能性があり、
結果として、サンプルの意図されない露出、あるいは検
出器の所での背景レベルの増加を引き起こす。さらに、
クラッドの外側壁が空気によってのみ取り囲まれている
場合は、漂遊光がファイバーに入り、ここでも、結果と
して、(例えば、プローブがサンプルからの光を集める
ために使用されるような場合)検出器の所での背景レベ
ルを増加させることとなる。
Since the electric field extends far outside the cladding, a significant amount of optical leakage is expected. this is,
This is undesirable because it reduces the efficiency with which light is channeled to and from the probe tip. In addition, light leaking from the cladding walls can eventually reach the portion of the sample located relatively far from the probe tip,
The result is unintentional exposure of the sample, or an increase in background level at the detector. further,
If the outer wall of the cladding is only surrounded by air, stray light enters the fiber, again resulting in a detector (eg, when a probe is used to collect light from the sample). The background level at the point will be increased.

【0018】上に述べた理由により、少なくともそこか
らの光学漏れが大きな割合を占めるテーパーの終端部分
を不透明材料、例えば、アルミニウムのような金属にて
コートすることが望ましい。重要なことに、このような
金属化された部分内をガイドされるモードは、誘電導波
路ではなく金属内をガイドされたモードに典型的な特性
を持つ。こうして、例えば、初期HE11モードがこれが
この金属化領域に接近し、この中に入るとTE11金属モ
ードに変換される。重要なことに、断熱的テーパー・コ
アを持つ導波路内においては、HE11モードは、比較的
高い効率(典型的には、10%以上の効率)にてTE11
モードと結合できる。ファイバーが裸である場合、ガイ
ドされたモードがファイバーの外側表面の所で大きな振
幅を持つが、ただし、かなりのHE11特性をとどめるフ
ァイバーの部分をここでは”遷移領域”と呼ぶ。上の説
明の観点から、(絶対に要求されるという訳ではない
が)ファイバーをこの遷移領域を通じて、及びこの遷移
領域からファイバーの遠方端まで金属コートすることが
望ましいことが明らかである。これとの関連で、放射モ
ード内にかなりの量の光学エネルギーが存在する場合、
ピンホール漏れの可能性、及び実際のコーティングの有
限の伝導率の観点から電磁場による金属の透過の可能性
を実質的に排除するため比較的厚い金属コーティングが
要求される。これは、このコーティングの厚さがプロー
ブ・チップのサンプルへの非常に近い接近を妨害し、ま
た、非常に厚い金属コーティングはざらざらを育て、こ
れは、ピンホール漏れの発生を阻止するどころか促進す
る傾向を持つことの両方の理由から望ましくない。これ
とは対比的に、ここでは、比較的小さなエネルギーが放
射モードに結合され、従って、比較的薄い金属コーティ
ング、典型的には、750−1500Å、好ましくは、
約1250Å以下のコーティングで十分であると考えら
れる。
For the reasons mentioned above, it is desirable to coat at least the end portion of the taper, where optical leakage therefrom accounts for a large proportion, with an opaque material, for example a metal such as aluminum. Importantly, such a mode guided in a metallized portion has properties typical of a mode guided in a metal rather than a dielectric waveguide. Thus, for example, the initial HE 11 mode is converted to the TE 11 metal mode as it approaches and enters this metallized region. Importantly, in waveguides with adiabatic tapered cores, the HE 11 mode has a relatively high efficiency (typically 10% or more) of TE 11.
Can be combined with mode. If the fiber is bare, but guided mode has a large amplitude at the outer surface of the fiber, however, where a portion of the fiber keep considerable HE 11 characteristics is referred to as a "transition zone". In view of the above description, it is apparent that it is desirable (but not absolutely necessary) to metal coat the fiber through this transition region and from this transition region to the far end of the fiber. In this context, if there is a significant amount of optical energy in the radiation mode,
Relatively thick metal coatings are required to substantially eliminate the possibility of metal penetration by electromagnetic fields in view of the potential for pinhole leakage and the finite conductivity of the actual coating. This prevents the thickness of this coating from very close proximity of the probe tip to the sample, and the very thick metal coating can be grainy, which may even help prevent pinhole leakage from occurring. The tendency is undesirable for both reasons. In contrast, here, a relatively small amount of energy is coupled into the radiation mode, and therefore a relatively thin metal coating, typically 750-1500 °, preferably
A coating of about 1250 ° or less is considered sufficient.

【0019】一般的に、ガイドされる金属モードは、初
期は伝播モードである。ただし、ファイバーの直径が減
少して行くと、このガイドされるモードは次第に伝播方
向に対して比較的強い減衰を示す消失モードに変換され
る。このような遷移は、ここで、”カットオフ直径(cu
toff diameter )”と呼ばれるある特性量と関連する。
このカットオフ直径とは、任意のテーパーされた導波路
の伝播モードからエバネッセント(消失)モードへの遷
移がその導波路が無限に導電性の金属にてコートされて
いる場合にそこで起こるクラッドの外径である。通常、
TE11モードに対して、このカットオフ直径はガイドさ
れる波長のおおよそ1/2に等しい。カットオフ直径か
らプローブ・チップに伸びるファイバーのこの部分がこ
こでは”エバネッセント領域(evanescent region )”
と呼ばれる。
In general, the guided metal mode is initially a propagation mode. However, as the fiber diameter decreases, this guided mode is gradually converted to a vanishing mode that exhibits relatively strong attenuation in the direction of propagation. Such a transition is now referred to as "cut-off diameter (cu
toff diameter)).
This cut-off diameter is defined as the transition from the propagation mode to the evanescent mode of any tapered waveguide, outside the cladding where the waveguide is infinitely coated with conductive metal. Is the diameter. Normal,
Against TE 11 mode, the cut-off diameter approximately equal to half of the wavelength guided. This part of the fiber that extends from the cut-off diameter to the probe tip is here called the "evanescent region"
Called.

【0020】例えば、円状の円筒導波路内のTE11モー
ドのカットオフ直径は、例えば、J.D.ジャクソン
(Jackson )によって、『古典的電子ダイナミクス(Cl
assical Electrodynamics )』、第2版、ジョン・ウイ
レイ・アンド・サンズ社(JohnWiley and Sons, Inc.
)、ニューヨーク、1975年出版、ページ356に
おいて議論されているように金属導波路の議論から簡単
に予測できる。これは、量χ/k0 nに等しい。ここ
で、k0 はガイドされる光の自由空間波数であり、nは
(ガイドされるモード及び波長との関係における)導波
路の屈折率であり、そしてχはガイドされる特定のモー
ドと関連する量である。TE11モードに対しては、χは
1.841に等しい。他のガイドされるモードに対応す
るχの値は当業者においては容易に知ることができるも
のである。
For example, the cut-off diameter of the TE 11 mode in a circular cylindrical waveguide is described, for example, in J. Mol. D. By Jackson, "Classical Electron Dynamics (Cl
assical Electrodynamics), 2nd edition, John Wiley and Sons, Inc.
), New York, published 1975, page 356, and can be easily predicted from the metal waveguide discussion. This is equal to the quantity χ / k 0 n. Where k 0 is the free space wave number of the guided light, n is the index of refraction of the waveguide (in relation to the guided mode and wavelength), and χ is associated with the particular mode to be guided. Is the amount to do. For the TE 11 mode, χ is equal to 1.841. The value of 対 応 corresponding to the other guided modes is readily known to those skilled in the art.

【0021】これとの関連において、基本誘電モードか
らTE11金属モードへの変換は不完全である。誘電モー
ドのエネルギーのある有限の部分がTE11金属モード以
外の金属モードに結合される。ただし、TE11モード
は、一般に、消失領域において他の任意の金属モードよ
りも小さな減衰を受ける。この理由のために、消失領域
を横断した光波は実質的にTE11金属モードのみを含
む。(さらに、実際の金属コーティングの有限の伝導率
のために、乱れたTE11モードが予測される。つまり、
電場が小さな縦成分を持つモードが予測される。)
In this context, the conversion from the fundamental dielectric mode to the TE 11 metal mode is incomplete. A finite portion of the energy of the dielectric mode is coupled to metal modes other than the TE 11 metal mode. However, the TE 11 mode generally suffers less attenuation in the vanishing region than any other metal mode. For this reason, light waves traversing the disappearance region comprises substantially only TE 11 metal mode. (In addition, due to the finite conductivity of the actual metal coating, a disturbed TE 11 mode is expected.
A mode in which the electric field has a small longitudinal component is expected. )

【0022】消失領域内において、大きな減衰が起るた
めに、この領域をできるだけ短くすることが要求され
る。ただし、以下に説明される他の要因が異なるアプリ
ケーションにおいては、異なる消失長が要求される。
In the vanishing region, large attenuation occurs, so that this region needs to be made as short as possible. However, in applications where other factors described below are different, different erasure lengths are required.

【0023】ファイバーのテーパーされた部分内のクラ
ッド外側表面は、クラッド外側表面付近のHE11モード
からの光の散乱を低減するため、比較的薄い(好ましく
は、約1500Å以下の厚さ)の金属コーティングを受
けるため、及び光学放射の漏れを起こす欠陥を実質的に
排除するために実質的に滑らかであることが要求され
る。クラッド表面は、ここでは、走査電子顕微鏡(SE
M)にて観察したとき約50Å以上のスケールにおいて
表面の素地が現われない場合、実質的に滑らかであると
見なされる。このように望ましい滑らかさを持つ表面
は、ファイバーを加熱し、線引きすることによって簡単
に製造することができる。
The cladding outer surface of the tapered portion of the fiber, to reduce the scattering of light from the HE 11 mode in the vicinity of the cladding outer surface, a relatively thin (preferably, about 1500Å thick or less) metal Substantially smooth is required to receive the coating and to substantially eliminate defects that cause leakage of optical radiation. In this case, the cladding surface is a scanning electron microscope (SE
If no surface texture appears at a scale of about 50 ° or more when observed in M), it is considered substantially smooth. A surface having such a desired smoothness can be easily manufactured by heating and drawing the fiber.

【0024】終端フラットは、実質的に平坦であり、ま
た、ファイバーの軸方向に対して実質的に垂直であるこ
とが要求される。終端フラットは、ここでは、SEMに
よる検査によって終端フラットの表面を通じて任意の横
方向の形状範囲が平坦さから約100Å以上ずれないこ
とが示される場合に、平坦であると見なされる。
The terminating flat is required to be substantially flat and substantially perpendicular to the axial direction of the fiber. A termination flat is considered flat here if inspection by the SEM indicates that any lateral feature area does not deviate from the flatness by more than about 100 ° through the surface of the termination flat.

【0025】終端フラットのエッジは、比較的鋭く画成
されることが望ましい。エッジはここでは、SEMによ
る検査の結果、エッジの所の平均曲率が約100Å以下
である場合には鋭く画成されているものと見なされる。
このような望ましい平坦さ、及び、このような望ましい
鋭さを持つ終端フラットは、これもファイバーを加熱
し、線引きすることによって簡単に製造することができ
る。
The edge of the terminal flat is preferably defined relatively sharp. An edge is considered here to be sharply defined if the average curvature at the edge as determined by SEM is less than about 100 °.
A terminal flat having such a desired flatness and such a desired sharpness can also be easily manufactured by heating and drawing the fiber.

【0026】ファイバーの終端部分(好ましくは、上に
述べたように、少なくとも遷移領域を含む)を金属コー
ティングする一つの方法は、例えば、アルミニウムを蒸
着源として使用する。図6に示されるように、ファイバ
ー230は、アルミニウムの蒸着の際に端がソース29
0に向けられていない。ファイバーのプローブ端は、ソ
ースから離れた方向を向き、終端フラットが蒸着金属の
入射方向に対して影に入るようにされる。典型的には、
ファイバー軸は、ソースからファイバー・チップに向か
って引かれた線に対して約75度の角度θを持つように
傾けられる。蒸着の際に、ファイバーはそれ自体の軸を
中心としてファイバーの全てのサイドが均一にコートさ
れるように回転される。このような方法が採用された場
合、クラッドの外側表面を滑らかにカバーするが、終端
フラットには実質的に金属が付かないようにコーティン
グが生成される。図7に示されるように、上述した説明
の方法は、光学開口300が終端フラットの表面全体に
対応するプローブを製造するために有効である。プロー
ブの空間分解能は主に開口の直径によって決定されるた
めに、高分解能アプリケーションに対しては、終端フラ
ットの直径を非常に小さくすることが望ましい。このた
め、このようなプローブにおける終端フラットの直径は
一般にカットオフ直径よりも小さくされる。例えば、ア
ルゴン・イオン・レーザーからの5145Å光に対する
カットオフ直径は、上に説明の一例としての寸法を持つ
ファイバーにおいては、典型的には、約2000Åであ
る。典型的なこれに対応する終端フラットの直径は約5
00から1000Åであり、約200Åあるいはこれ以
下の小さな終端フラットをファイバーを加熱及び線引き
することによって簡単に製造することができる。
One method of metallizing the end portion of the fiber (preferably, including at least the transition region, as described above) uses, for example, aluminum as a deposition source. As shown in FIG. 6, the fiber 230 has a source 29 at the end during the deposition of aluminum.
Not aimed at zero. The probe end of the fiber is oriented away from the source so that the termination flat is shadowed with respect to the direction of incidence of the deposited metal. Typically,
The fiber axis is tilted to have an angle θ of about 75 degrees with respect to a line drawn from the source toward the fiber tip. During deposition, the fiber is rotated about its own axis such that all sides of the fiber are uniformly coated. When such a method is employed, a coating is created that smoothly covers the outer surface of the cladding, but leaves the terminal flat substantially free of metal. As shown in FIG. 7, the method described above is effective for manufacturing a probe in which the optical aperture 300 corresponds to the entire surface of the termination flat. Because the spatial resolution of the probe is primarily determined by the diameter of the aperture, for high resolution applications it is desirable to have a very small diameter of the termination flat. For this reason, the diameter of the terminal flat in such a probe is generally made smaller than the cutoff diameter. For example, the cutoff diameter for 5145 ° light from an argon ion laser is typically about 2000 ° for fibers having the exemplary dimensions described above. A typical corresponding end flat diameter is about 5
Small termination flats, ranging from 00 to 1000 ° and about 200 ° or less, can be easily manufactured by heating and drawing the fiber.

【0027】一般に、アルミニウム層の平均の厚さは、
好ましくは、約750Å以下とならないようにされる。
これは、これよりかなり薄い層は過多の光学漏れを起こ
し易いためである。(プローブが目標を照射するため及
び目標からの光を集めるための両方の目的に使用される
場合は、さらに小さな厚さでも良い。)厚さは、好まし
くは、約1500Åを超えてはならない。これは、プロ
ーブ・チップの総直径を最小限にし、コーティングをで
きるだけ滑らかにするためである。この総直径は、終端
フラットの直径と終端フラットを正反対の位置で拘束す
る金属の厚さとの和である。サンプル表面内の比較的狭
い空洞あるいは裂け目内に挿入できるような、あるい
は、より一般的には、サンプルの近距離場内により深く
侵入できるようなプローブ・チップを提供するためにこ
の総直径をできるだけ小さくすることが望ましい。
Generally, the average thickness of the aluminum layer is:
Preferably, it should not be less than about 750 °.
This is because much thinner layers are prone to excessive optical leakage. (If the probe is used both to illuminate the target and to collect light from the target, even smaller thicknesses are possible.) The thickness should preferably not exceed about 1500 °. This is to minimize the overall diameter of the probe tip and to make the coating as smooth as possible. This total diameter is the sum of the diameter of the terminal flat and the thickness of the metal that restrains the terminal flat at diametrically opposite locations. This total diameter should be as small as possible to provide a probe tip that can be inserted into a relatively narrow cavity or breach in the sample surface, or more generally, can penetrate deeper into the near field of the sample. It is desirable to do.

【0028】重要なことに、上に説明のタイプのプロー
ブは、カットオフ直径から終端フラットまで伸びる消失
領域を持つ。この消失領域は、下に説明される代替設計
と比較してかなり長い。例えば、2000Åのカットオ
フ直径、500Åの終端フラット直径、及び15度のテ
ーパー角度の場合、この消失長は、5600Åとなる。
このような長い距離があると、かなりの量の減衰が起
る。この減衰を考えると、消失長をできるだけ短くする
ためにテーパー角度をできるだけ大きくすることが解決
策となる。ただし、テーパー角度をより小さくすると、
割れ目への侵入が楽になり、また、段を持つ表面形状へ
容易に近づくことができることも考慮に入れる必要があ
る。
Importantly, probes of the type described above have a vanishing area that extends from the cutoff diameter to a terminal flat. This vanishing area is considerably longer compared to the alternative designs described below. For example, for a cutoff diameter of 2000 °, a terminal flat diameter of 500 °, and a taper angle of 15 degrees, this vanishing length would be 5600 °.
With such long distances, a considerable amount of attenuation occurs. In view of this attenuation, the solution is to increase the taper angle as much as possible in order to minimize the disappearance length. However, if you make the taper angle smaller,
It must also be taken into account that the penetration into the cracks is facilitated and that the stepped surface can be easily approached.

【0029】ファイバーをテーパリングするための一つ
の好ましい方法においては、ファイバーが最初に市販の
ピペット・プーラー内に搭載され、ファイバーが線引き
の前及び最中に加熱される。一例としての熱源は二酸化
炭素レーザーである。制御可能なパラメータとして、入
射される光の強度(これは加熱速度を決定する)、ファ
イバーの端に加えられる引っ張る力、及び個々の引っ張
るステップの数が含まれる。一般に、ファイバーは最終
的には、急に力を増すことによって遂行される引っ張り
ステップである”強い引っ張り(hard pull )”によっ
て壊される。強い引っ張りが加えられる瞬間におけるフ
ァイバー端の速度も、加熱の中止と強い引っ張りを加え
るまでの間の時間的遅延と同様に制御が可能である。
In one preferred method for tapering the fiber, the fiber is first loaded into a commercially available pipette puller and the fiber is heated before and during drawing. An exemplary heat source is a carbon dioxide laser. Controllable parameters include the intensity of the incident light (which determines the heating rate), the pulling force applied to the end of the fiber, and the number of individual pulling steps. Generally, the fiber is ultimately broken by a "hard pull", a pulling step performed by suddenly increasing the force. The speed of the fiber end at the moment the strong pull is applied can be controlled as well as the time delay between the cessation of heating and the application of the strong pull.

【0030】我々は、任意の与えられたセットのパラメ
ータを使用すことにより高度に再現性のある特性を持つ
プローブが製造できることを発見した。テーパー角度
は、加熱速度を遅くする、引っ張る力を弱める、複数の
ステップにて引っ張る、あるいは加熱される領域の広が
りを小さくするなどの選択あるいは組合わせによって簡
単に増加することができる。終端フラットの直径は、加
熱速度を増加する、あるいは引っ張る力を増加する、あ
るいはこの両者によって簡単に増加することができる。
これに加えて、より高い温度のガラス組成を持つファイ
バーを使用することによって、より大きなテーパー角度
及びより小さなチップが得られる。要求されるプロセス
・パラメータの組合わせは、当業者においては、少し調
査すれば明らかとなるものである。
We have discovered that by using any given set of parameters, probes with highly reproducible properties can be produced. The taper angle can be easily increased by a selection or combination of slowing the heating rate, weakening the pulling force, pulling in multiple steps, or reducing the extent of the area to be heated. The diameter of the terminal flat can be easily increased by increasing the heating rate and / or increasing the pulling force.
In addition to this, using a fiber with a higher temperature glass composition results in a larger taper angle and a smaller tip. The required combination of process parameters will be apparent to those of ordinary skill in the art after a short review.

【0031】別のタイプのプローブが図8に示される。
このタイプのプローブにおいては、金属コーティングが
終端フラットの上、並びにクラッドの外側表面上になさ
れる。上述の説明のように、クラッドの外側表面上の金
属の厚さは、好ましくは、約750−1500Åの厚さ
にされる。終端フラット上の金属層は、漂遊光を排除す
るためには十分に厚いが、ただし、消失長を短くするた
めにできるだけ薄いことが要求されるために、好ましく
は、約250−500Åの厚さにされる。このケースに
おいては、光学開口300は、終端フラット全体にでは
なく、終端フラットの一部のみに対応する。終端フラッ
ト上の金属層は、光学開口を画成する開口を持つ環状に
なるように形成される。重要なことに、この開口は、終
端フラットの中央に位置することも、あるいは、フラッ
トの中心からずらすこともできる。中央でない開口は、
チップ領域内に複数のモードの存在が予想されるときに
要求される。全てのモードが中央に位置する開口に効率
的に結合されるわけではないために、このようなケース
においては、中心に位置しない開口がより効率的な出力
結合を提供する。より具体的には、中央に位置しない開
口は、TE11モードに対して最適な光学結合を与えるこ
とが期待される。
Another type of probe is shown in FIG.
In this type of probe, a metal coating is applied over the termination flat as well as on the outer surface of the cladding. As described above, the thickness of the metal on the outer surface of the cladding is preferably about 750-1500 °. The metal layer on the termination flat is preferably thick enough to eliminate stray light, but is required to be as thin as possible to reduce the extinction length, so that it has a thickness of about 250-500 °. To be. In this case, the optical aperture 300 does not cover the entire terminal flat, but only a portion of the terminal flat. The metal layer on the termination flat is formed in an annular shape with an opening defining an optical opening. Importantly, this opening can be centered in the termination flat or offset from the center of the flat. Non-central openings
Required when multiple modes are expected in the chip area. In such cases, a non-centered aperture provides more efficient out-coupling because not all modes are efficiently coupled to the centrally-located aperture. More specifically, the opening is not located in the center is expected to provide optimal optical coupling with respect to TE 11 mode.

【0032】この中央開口は、最初に、例えば、ファイ
バーのホスト・ガラスよりも速いエッチング速度の埋没
ガラス・ロッドを持つファイバーを提供することによっ
て形成される。(一例として、石英ガラス内に埋め込ま
れたホウケイ酸ガラスが使用される。)ファイバーの終
端が線引きの後、ファイバーが金属化される前に、化学
エッチング剤に晒される。このエッチング剤は、終端フ
ラット内に空洞を形成する。この空洞は、終端フラット
の金属化の最中は影に置かれ、結果として金属層内に開
口が形成される。
This central aperture is formed, for example, by first providing a fiber with a buried glass rod with a faster etch rate than the fiber's host glass. (By way of example, borosilicate glass embedded in quartz glass is used.) After the end of the fiber is drawn, it is exposed to a chemical etchant before the fiber is metallized. This etchant forms a cavity in the termination flat. This cavity is shadowed during the metallization of the termination flat, resulting in an opening in the metal layer.

【0033】この方法によって形成される典型的な開口
の直径は約200−2000Åであるが、同一の方法を
用いてこれよりもさらに大きな、あるいはこれよりも小
さい開口を形成することもできる。
A typical opening formed by this method has a diameter of about 200-2000 °, but the same method can be used to form larger or smaller openings.

【0034】金属コーティングは、一例として、裸のチ
ップを持つプローブとの関連で上に説明された蒸着源か
ら堆積される。ただし、二つの別個の堆積ステップが使
用される。つまり、最初のステップにおいて、上に説明
されたように、クラッドの外側表面がコーティングさ
れ、第二のステップにおいては、ファイバーの方位を変
えて、終端フラットがコーティングされる。
The metal coating is deposited, by way of example, from the evaporation sources described above in connection with the probe having a bare tip. However, two separate deposition steps are used. That is, in the first step, the outer surface of the cladding is coated, as described above, and in the second step, the orientation of the fiber is changed and the termination flat is coated.

【0035】このタイプのプローブにおいては、開口は
終端フラットの直径によっては決定されないために、通
常、終端フラットの直径は、高い分解能の用途において
も、カットオフ直径より小さいことは必要でない。従っ
て、減衰を最少に押えるために、終端フラットの直径
は、概ね、少なくともカットオフ直径と同一であること
が望ましい。ただし、上で説明されたように、割れ目に
侵入できるようにするためにプローブ・チップの総直径
はできるだけ小さいことが望まれる。この理由により、
終端フラットの直径は、好ましくは、カットオフ直径よ
りもあまり大きくはされない。
In this type of probe, the diameter of the termination flat is usually not required to be smaller than the cutoff diameter, even in high resolution applications, since the aperture is not determined by the diameter of the termination flat. Therefore, in order to minimize damping, it is desirable that the diameter of the terminal flat be generally at least equal to the cutoff diameter. However, as explained above, it is desirable that the overall diameter of the probe tip be as small as possible so that it can penetrate the fracture. For this reason,
The diameter of the terminal flat is preferably not much larger than the cut-off diameter.

【0036】これとの関連で、開口の直径は、通常、カ
ットオフの直径よりも小さく、従って、終端フラットの
上にわたる金属層内の中央の開口が、光学場が消失する
金属導波路を画成することに注意を要する。ただし、コ
ーティングは、典型的には、約500Åあるいはこれ以
下の厚さを持つため、この消失長は、前に説明された裸
のチップを持つプローブの場合よりもかなり小さい。明
らかに、減衰を小さく押えるためには、終端フラット上
の金属コーティングを可能な限り薄くすることが要求さ
れる。終端フラット上の金属の厚さに対する許容レンジ
は、約250−500Åであり、典型的には、前に述べ
たように、500Åである。
In this context, the diameter of the aperture is usually smaller than the diameter of the cut-off, so that the central aperture in the metal layer over the termination flat defines a metal waveguide in which the optical field disappears. Care must be taken to achieve this. However, since the coating typically has a thickness of about 500 ° or less, this extinction length is much smaller than in the previously described probe with a bare tip. Obviously, low attenuation requires the metal coating on the termination flat to be as thin as possible. An acceptable range for the thickness of the metal on the termination flat is about 250-500 °, typically 500 °, as discussed above.

【0037】我々は、裸チップのプローブの消失部分内
で予想される理想パワー減衰について計算した。対応す
るパワー透過係数は、便宜的に、上に説明のようにガイ
ドされるモードの特性であるχ、テーパー角度β、及び
以下の式によって定義される次元を持たないパラメータ
を使用して表わすことができる。 α=χ/nk0 a ここで、aは、上に説明されたように開口の直径であ
り、k0 はガイドされる光の自由空間波数であり、nは
導波路屈折率の該当する値である。αは開口直径に対す
るカットオフ直径の比に等しいことを知っておくと役に
立つ。デシベルにて表わされた場合、理想消失減衰に対
応するパワー透過係数は、以下によって与えられる。
We have calculated for the ideal power decay expected within the missing part of the bare-tip probe. The corresponding power transmission coefficient is conveniently expressed using the parameters of the mode guided as described above, χ, the taper angle β, and the dimensionless parameters defined by the following equation: Can be. α = χ / nk 0 a where a is the diameter of the aperture as described above, k 0 is the free-space wavenumber of the guided light, and n is the appropriate value of the waveguide index. It is. It is useful to know that α is equal to the ratio of the cut-off diameter to the aperture diameter. When expressed in decibels, the power transmission coefficient corresponding to ideal extinction attenuation is given by:

【数1】 我々は、全体測定したパワー透過係数がTevよりも10
dB以上落ちない1から10の間のレンジのαの様々な
値、及び5度から20度の間のレンジのβの様々な値を
持つプローブを製造することに成功した。少なくとも、
2から8の間のレンジのαに対しては、Tevは概ね−2
χα/tan βdBによって近似できる。こうして、我々
は、Tにて表わされる総測定パワー透過係数が以下を満
足させるプローブを製造することに成功した。 T(db)>−(2χα/tan β)−10
(Equation 1) We have found that the overall measured power transmission coefficient is greater than T ev by 10
Probes with varying values of α in the range between 1 and 10 that do not fall by more than dB and varying values of β in the range between 5 and 20 degrees have been successfully manufactured. at least,
For α in the range between 2 and 8, T ev is approximately -2
It can be approximated by χα / tan βdB. Thus, we have successfully manufactured a probe whose total measured power transmission coefficient, denoted by T, satisfies: T (db)> − (2χα / tan β) −10

【0038】本発明による光学システムは、とりわけ、
製造ツールとして有効である。例えば、このプローブ
は、光源からプローブの光学開口に隣接して位置するワ
ークピースの表面の小さな領域への化学線放射を遂行す
るために簡単に使用できる。例えば、ワークピースの表
面が感光層、例えば、フォトレジストにてコートされ、
この層内にパターンがこのプローブに対してプローブを
移動させる一方において、このプローブを通じて光が開
口から出て、この層の上にそそがれ、これによってこの
層を露出することによって生成される。追加のステップ
が遂行され、これによって、例えば、工業製品が完結さ
れる。一例としての工業製品は半導体集積回路であり、
これら追加のステップには、フォトレジストを展開する
ステップ、及びレジストにてコートされた表面をエッチ
ング剤に晒し、フォトレジストの下の層をパターン化す
るステップが含まれる。重要なことに、半導体ウエーハ
ばかりでなく、フォトリソグラフィック・マスク用に使
用されるガラス・プレートもこの方法で簡単にパターン
化できる。
The optical system according to the invention is, inter alia,
Effective as a manufacturing tool. For example, the probe can be easily used to perform actinic radiation from a light source to a small area on the surface of a workpiece located adjacent to the optical aperture of the probe. For example, the surface of the workpiece is coated with a photosensitive layer, for example, a photoresist,
While the pattern in the layer moves the probe relative to the probe, light exits the aperture through the probe and pours over the layer, thereby creating the layer by exposing it. Additional steps are performed, whereby, for example, an industrial product is completed. An industrial product as an example is a semiconductor integrated circuit,
These additional steps include developing the photoresist and exposing the resist-coated surface to an etchant to pattern a layer under the photoresist. Importantly, not only semiconductor wafers, but also glass plates used for photolithographic masks can be easily patterned in this way.

【0039】もう一つのプロセスにおいては、プローブ
からの化学線放射がワークピースの表面上に向けられ、
これによってこの表面上に物質が堆積される。例えば、
表面が有機金属蒸気あるいは溶液に晒される。この表面
上に当る化学放射線によってこの蒸気あるいは溶液の一
つあるいは複数の成分が局部的分解を促し、例えば、こ
の表面に粘着する金属残留物が生成される。
In another process, actinic radiation from the probe is directed onto the surface of the workpiece,
This deposits material on this surface. For example,
The surface is exposed to an organometallic vapor or solution. Actinic radiation impinging on this surface causes one or more components of the vapor or solution to promote local decomposition, for example, producing a metal residue that adheres to the surface.

【0040】本発明による光学システムはまた製造ライ
ン上の検査デバイスとしても有効である。例えば、第9
図に示されるように、半導体集積回路の製造において
は、製造プロセスの一つあるいは複数のステージにおい
てパターン化される表面を持つ半導体ウエーハがしばし
ば提供される(ステップA)。こうして形成されるパタ
ーンは、一般に、ある狭い公差内に保たれることが要求
される通常”ライン幅”と呼ばれる特性寸法を持つ。本
発明による光学システムは、ライン幅、例えば、ウエー
ハ上の金属導体の幅、あるいはウエーハ上の金属・酸化
物半導体(MOS)構造内に形成されたゲートの長さを
測定するため(ステップD)に簡単に使用できる。これ
らライン幅が所望の値と比較される(ステップE)。プ
ロセス・パラメータ、例えば、リソグラフィック露出時
間あるいはエッチング時間は、初期にセットされる(ス
テップB)が、これらが測定された寸法を所望の公差内
に入れるように調節される(ステップH)。次に、製品
を完結するための追加のステップ(ステップG)が遂行
される。測定ステップには、プローブをパターン化され
た表面に隣接するように位置するステップ(ステップ
I)、その上に光を照射するステップ(ステップJ)、
及び上に説明されたのとほぼ同様にして、光源と検出器
が本発明によるプローブを介して光学的に結合されるよ
うにすることにより表面からの光を検出するステップ
(ステップK)が含まれる。
The optical system according to the present invention is also effective as an inspection device on a production line. For example, ninth
As shown, in the manufacture of semiconductor integrated circuits, a semiconductor wafer having a surface to be patterned at one or more stages of the manufacturing process is often provided (Step A). The pattern formed in this way generally has a characteristic dimension, usually called "line width", which is required to be kept within certain narrow tolerances. The optical system according to the invention measures the line width, for example the width of a metal conductor on a wafer, or the length of a gate formed in a metal-oxide semiconductor (MOS) structure on a wafer (step D). Easy to use. These line widths are compared with desired values (step E). Process parameters, such as lithographic exposure time or etching time, are initially set (step B), but are adjusted (step H) so that they bring the measured dimensions within the desired tolerances. Next, an additional step to complete the product (Step G) is performed. The measuring step includes positioning the probe adjacent to the patterned surface (Step I), irradiating light thereon (Step J),
And detecting light from the surface by making the light source and the detector optically coupled via the probe according to the invention (step K) in substantially the same manner as described above. It is.

【0041】本発明による光学システムはまた磁気デジ
タル記憶媒体、例えば、磁気ディスク内のビット・パタ
ーンを調べるためにも有効である。磁気記憶媒体は、一
般に、偏光のファラデー回転を示すために、変調された
磁化の方向によって特性化されるビット・パターンを、
例えば、クロス偏光子を使用する検査によって簡単に視
覚化できる。こうして、例えば、本発明による光学シス
テムは、偏光用光源を使用し、また検出器の前に偏光フ
ィルターを用いることにより、この媒体の反射モード・
イメージ化のために使用することができる。このような
媒体を所定の特性を持つビット・パターンにてインプレ
スすることを含む製造プロセスにおいては、関係するプ
ロセス・パラメータが検出されるビット・パターンが所
望のパターンと合致するように調節される。
The optical system according to the present invention is also useful for examining bit patterns in magnetic digital storage media, for example, magnetic disks. Magnetic storage media typically include a bit pattern characterized by the direction of the modulated magnetization to indicate Faraday rotation of the polarization.
For example, it can be easily visualized by inspection using a cross polarizer. Thus, for example, the optical system according to the invention uses a light source for polarization and a polarizing filter in front of the detector, so that the reflection mode
Can be used for imaging. In a manufacturing process that involves impressing such media with a bit pattern having predetermined characteristics, the relevant process parameters are adjusted so that the detected bit pattern matches the desired pattern.

【0042】少なくとも幾つかのケースにおいては、レ
ーザー光源がそれ自体偏光された光のソースである。幾
つかの他のケースにおいては、ソースから光を直線偏光
膜を通じて通過させることが望ましい。これら光が光フ
ァイバー70(図1参照)に結合される前に、通常、こ
れは、半波長板を通じて、そして、次に四分の一波長板
を通じて通過せしめられる。これらプレートの方位がこ
の光ファイバー内の複屈折を補償するために簡単に調節
できる。(必ずしも必要ではないが、偏光保存ファイバ
ーを使用することもできる。)ファイバーから出る光の
直線偏光成分が、例えば、これを第二の直線偏光膜を通
じて検出する一方において半波及び四分の一波プレート
を調節することによって視覚的に最適化される。
In at least some cases, the laser light source is itself a source of polarized light. In some other cases, it is desirable to pass light from the source through the linear polarizing film. Before the light is coupled into the optical fiber 70 (see FIG. 1), it is typically passed through a half-wave plate and then through a quarter-wave plate. The orientation of the plates can be easily adjusted to compensate for birefringence in the fiber. (Although not necessary, a polarization preserving fiber can be used.) The linear polarization component of the light exiting the fiber can be, for example, half-wave and quarter-wave while detecting this through a second linear polarization film. Visually optimized by adjusting the wave plate.

【0043】本発明による光学システムの製造及び検査
に対するその他のアプリケーションにおいても当業者に
とって容易に行うことができる。。例えば、本発明によ
る光学システムは、また記憶のためのデジタル・データ
を光学あるいは磁気記憶媒体上にインプレシングするた
め、あるいはこのようにして格納されたデータを記憶媒
体から読み出すためにも有効である。例えば、データ
は、磁化可能な金属フィルム上に周囲のフィルム部分の
磁化の方向とは異なる方向の局所磁化を持つスポットの
パターンの形式にて記録できることが良く知られてい
る。このデータ記憶技術は、例えば、MRS公報15
(MRS Bulletin15)、1990年4月号、ページ20−
24にR.J.ガンビノ(Gambino )によって掲載の論
文『光学記憶ディスク技術(OpticalStorage Disk Tech
nology )』、及びMRS公報15(MRS Bulletin 15
)、1990年4月号、ページ31−39にF.J.
A.M.グレイダナス(Greidanus )及びW.B.ジー
パー(Zeper )によって掲載の論文『磁気光学記憶材料
(Magneto-Optical Storage Materials )』において説
明されている。
Manufacturing and Inspection of Optical System According to the Invention
To those of ordinary skill in other applications for
It can be done easily. . For example, according to the present invention,
Optical systems also provide digital data for storage.
For imprinting on optical or magnetic storage media
Or store the data stored in this way
It is also effective for reading from the body. For example, data
Of surrounding film part on magnetizable metal film
Spots with local magnetization in a direction different from the direction of magnetization
It is well known that you can record in the form of patterns
You. This data storage technology, for example,MRS Publication 15
(MRS Bulletin15), April 1990, page 20-
R.24 J. Arguments Posted by Gambino
Statement "Optical Storage Disk Tech
nology)], andMRS Publication 15(MRS Bulletin 15
 ), April 1990, pages 31-39. J.
A. M. Greidanus and W.C. B. Gee
A paper published by Zeper, “Magneto-optical storage material.
(Magneto-Optical Storage Materials)]
Has been stated.

【0044】典型的な磁気記憶媒体は一つあるいは複数
の希土類及び一つあるいは複数の遷移金属のアモルファ
ス合金から成る層である。(代替磁気記憶材料として
は、コバルト・プラチナあるいはコバルト・パラジウム
多重層膜、及びフェライト及びガーネットなどのような
磁気酸化物材料が含まれる。)例えば、デジタル・デー
タのビットを表わすスポットは、媒体を磁場に露出し、
このスポットをキューリー温度あるいはその媒体の補償
ポイント以上に光学的に加熱することによって書き込ま
れる。(幾つかのケースにおいては、磁化の局所的な反
転が媒体に内部的な減磁場を与えることのみで可能であ
り、外部的な磁場を加える必要はない。)このようなス
ポットは、慣習的には、1umの直径にされる。ただ
し、本発明による光学システムを使用すると、これより
も小さなスポット、例えば、約0.2−0.5um、及
びさらには0.06um以下と言った非常に小さなスポ
ットを簡単に作ることができる。このような小さなスポ
ットを、また、本発明の光学システムによって読み出す
ことも可能である。
A typical magnetic storage medium is a layer composed of an amorphous alloy of one or more rare earths and one or more transition metals. (Alternative magnetic storage materials include cobalt platinum or cobalt palladium multilayers and magnetic oxide materials such as ferrite and garnet.) For example, spots representing bits of digital data may Exposed to a magnetic field,
The spot is written by optically heating it above the Curie temperature or the compensation point of the medium. (In some cases, local reversal of magnetization is possible only by applying an internal demagnetizing field to the medium, without the need to apply an external magnetic field.) Such spots are customary Has a diameter of 1 um. However, with the optical system according to the present invention, smaller spots, for example very small spots of about 0.2-0.5 um and even less than 0.06 um, can easily be created. Such small spots can also be read by the optical system of the present invention.

【0045】一つの現時点において好ましい実施態様に
おいては、磁気記憶媒体は、少なくとも一つの希土類及
び少なくとも一つの遷移金属を含む合金の薄いアモルフ
ァス膜である。一例としてのこのような合金にテルビウ
ム・鉄がある。近距離場プローブの開口が媒体の表面か
ら約1照射波長以内に位置される。(より大きなスポッ
トが要求される場合は、このプローブは媒体から1波長
以上の距離に簡単に置くことができる。)照射波長は、
媒体に十分な加熱を与えるように選択される。例えば、
テルビウム・鉄膜は、YAGレーザーによってポンプさ
れ、約600nmの所で概ねナノ秒のパルスを放射する
色素レーザーによって簡単に加熱することができる。レ
ーザーからの光は、光ファイバーを介して本発明による
プローブに向けられ、プローブ・チップから記憶媒体上
に当てられる。スポットを書き込むために要求される典
型的な局所温度の変化は約150度Cである。書き込み
は、照射のための連続あるいはパルス・レーザーのいず
れかを使用して達成できるが、パルス・レーザーの方
が、レーザーの平均パワー要件を低減し、比較的小さな
スポットを加熱するのに好ましい。
In one presently preferred embodiment, the magnetic storage medium is a thin amorphous film of an alloy comprising at least one rare earth and at least one transition metal. One such alloy is terbium-iron. The aperture of the near-field probe is located within about one illumination wavelength from the surface of the medium. (If a larger spot is required, the probe can be easily placed at one or more wavelengths from the medium.)
The medium is selected to provide sufficient heating. For example,
The terbium-iron film can be easily heated by a dye laser pumped by a YAG laser and emitting approximately nanosecond pulses at about 600 nm. Light from a laser is directed through an optical fiber to a probe according to the invention and is directed from a probe tip onto a storage medium. A typical local temperature change required to write a spot is about 150 degrees Celsius. Writing can be accomplished using either continuous or pulsed lasers for illumination, but pulsed lasers are preferred because they reduce the average power requirements of the laser and heat relatively small spots.

【0046】重要なことに、本発明は、磁気フィルム記
憶媒体のみでなく、照射源にて書き込むことが可能な他
の媒体も包含する。このような媒体としては、例えば、
多結晶膜(例えば、テリウムにてドープされたアンチモ
ン化インジウムの膜)が含まれ、これが、例えば、レー
ザー・パルスによって膜の融点を超える温度に局所的に
加熱され、アモルファス状態に急速に冷却される。この
冷却速度は、例えば、レーザー・パルスの時間依存を適
当にシェーピングすることによって制御することができ
る。
Importantly, the invention encompasses not only magnetic film storage media, but also other media that can be written to by an illumination source. As such a medium, for example,
Includes a polycrystalline film (eg, a film of indium antimonide doped with terium), which is locally heated to a temperature above the melting point of the film, eg, by a laser pulse, and rapidly cooled to an amorphous state. You. This cooling rate can be controlled, for example, by appropriately shaping the time dependence of the laser pulse.

【0047】記憶されたデータを表わすスポットは、典
型的には、記憶媒体内のトラックに書き込まれる。この
トラックは、例えば、回転ディスク上を円周的に伸び
る。本発明によって書き込まれるスポットの直径は、典
型的には、このようなトラックの幅よりもかなり小さ
い。従って、長所として、複数のこのようなスポットが
このトラックを横方向に横断して伸びるバンド内に書き
込まれる。本発明の一つの長所は、このようなバンド内
のこれらスポットが本発明による線型アレイの近距離場
プローブにて同時に読み出すことができることである。
A spot representing the stored data is typically written to a track in the storage medium. This track extends, for example, circumferentially on a rotating disk. The diameter of a spot written according to the invention is typically much smaller than the width of such a track. Thus, advantageously, a plurality of such spots are written in a band extending transversely across the track. One advantage of the present invention is that these spots in such a band can be read out simultaneously by the near-field probe of the linear array according to the present invention.

【0048】磁気フィルム記憶媒体上にインプレスされ
たパターンを読み出すための一つの現時点において好ま
しい方法においては、本発明によるプローブにて照射さ
れた直線偏光の光がこの記憶媒体を通じて送られ、従来
の手段を使用してこうして送られた光の一部が集めら
れ、これが偏光分析される。読み出しに関しては、好ま
しい波長は、最大光学応答を持つ(つまり、それが磁気
媒体を横断するとき、その光の偏光の方向の回転が最大
となる)波長である。遷移金属希土類媒体に対しては、
このような波長は、典型的には、近赤外あるいは可視ス
ペクトル内にある。
In one presently preferred method for reading an impressed pattern on a magnetic film storage medium, linearly polarized light illuminated by a probe according to the present invention is transmitted through this storage medium, Is used to collect a portion of the light thus transmitted, which is polarimetrically analyzed. For readout, the preferred wavelength is the wavelength that has the greatest optical response (i.e., its rotation in the direction of polarization of the light as it traverses the magnetic medium). For transition metal rare earth media,
Such wavelengths are typically in the near infrared or visible spectrum.

【0049】もう一つの実施態様においては、このプロ
ーブが偏光された光を媒体の表面に当てるため、及びこ
の光の表面から反射された部分を集めるための両方に使
用される。媒体内の磁気化されたスポットを通過した、
あるいはこれから反射された結果として、典型的には、
約0.5度の偏光回転が起る。この回転の結果として、
分析器をとうして送られ、その後検出される光の強度が
変調される。この変調が復号され、媒体内に記録された
情報が再生される。周知のように、このような情報は、
例えば、記録されたサウンド、イメージ、テキスト、あ
るいはデジタル・データであり得る。
In another embodiment, the probe is used both to direct polarized light to the surface of the medium and to collect the portion of the light reflected from the surface. Passed through a magnetized spot in the medium,
Or as a result of reflection from it, typically
A polarization rotation of about 0.5 degrees occurs. As a result of this rotation,
The intensity of the light transmitted through the analyzer and subsequently detected is modulated. This modulation is decoded, and the information recorded in the medium is reproduced. As we all know, such information
For example, it may be recorded sound, image, text, or digital data.

【0050】例えば、位相変化を伴うもう一つの実施態
様においては、変調が、典型的には、偏光の回転ではな
く、反射率の変化によって実現される。この変化もまた
本発明によるプローブを使用して反射された光を集める
ことによって簡単に検出することができる。
For example, in another embodiment involving a phase change, the modulation is typically achieved by a change in reflectance rather than a rotation of the polarization. This change can also be easily detected by collecting the reflected light using the probe according to the invention.

【0051】本発明による顕微鏡はまた生物学的研究及
び臨床医学におけるイメージング用途に対しても有効で
ある。より具体的には、本発明による顕微鏡は、少なく
とも幾つかのケースにおいて、しばしば、医学及び生物
学的イメージングに対する先行技術によるNSOMシス
テムの有効性を損なう低信号レベルの問題を克服する。
つまり、例えば、本発明による顕微鏡は、生物学的組織
のセクション化されたサンプルをイメージ化し、その組
織内の物理的な病理を発見及び同定するために使用する
ことができる。同様な方法によって、本発明による顕微
鏡は、セクション化された組織内のそれらに固有の外観
あるいは蛍光によって検出可能な材料、並びに、例え
ば、蛍光色素によってラベル付けされた材料の分布を調
べるために簡単に使用できる。
The microscope according to the invention is also useful for imaging applications in biological research and clinical medicine. More specifically, the microscope according to the present invention overcomes the problem of low signal levels, at least in some cases, which often impairs the effectiveness of prior art NSOM systems for medical and biological imaging.
Thus, for example, a microscope according to the present invention can be used to image a sectioned sample of biological tissue and to discover and identify physical pathologies within that tissue. In a similar manner, the microscope according to the invention can easily be used to examine the distribution of materials which are detectable by their unique appearance or fluorescence in sectioned tissues, as well as, for example, those which are labeled with fluorescent dyes. Can be used for

【0052】本発明による顕微鏡はまた遺伝病理及び研
究用途において、染色体をそれらが、例えば、中期状態
にある際にイメージ化するためにも有効である。より具
体的には、蛍光物質にてラベル付けされた染色体あるい
は染色体の一部が本発明による顕微鏡を使用して簡単に
同定できる。通常、細胞の核物質をリンを含む物質と反
応させるプロセスを含む蛍光ラベリングの方法は、当分
野において周知であり、ここで詳細に述べる必要はな
い。
The microscope according to the invention is also useful in genetic pathology and research applications for imaging chromosomes when they are, for example, in metaphase. More specifically, chromosomes or parts of chromosomes labeled with a fluorescent substance can be easily identified using the microscope according to the present invention. Generally, methods of fluorescent labeling, including the process of reacting cellular nuclear material with a phosphorus-containing material, are well known in the art and need not be described in detail here.

【0053】蛍光によるイメージ化は、本発明による顕
微鏡を照射モード(図1)あるいは集光モード(図2)
のいずれかのモードにて使用することによって簡単に達
成できる。前者においては、サンプルに蛍光を放射する
ことを促す能力を持つ電磁放射がプローブからサンプル
に当てられ、結果としての蛍光が、例えば、従来の顕微
鏡対物レンズによって集められる。後者においては、励
起放射が従来の方法に従ってサンプルに当てられ、蛍光
がプローブによって集められる。
Imaging by fluorescence can be performed by irradiating the microscope according to the present invention with an irradiation mode (FIG. 1) or a light collecting mode (FIG. 2).
It can be easily achieved by using any of the modes. In the former, electromagnetic radiation having the ability to encourage the sample to emit fluorescence is applied from the probe to the sample, and the resulting fluorescence is collected, for example, by a conventional microscope objective. In the latter, the excitation radiation is applied to the sample according to conventional methods, and the fluorescence is collected by the probe.

【0054】前述の如く、好ましいプローブ20(図1
参照)は、シングル・モード光ファイバーをテーパリン
グすることによって製造される。少なくとも幾つかのケ
ースにおいては、多重モード・ファイバーをテーパリン
グ及びコーティングすることによっても有用なプローブ
が製造できる。多重モード・ファイバーの(ガイドされ
る波長に対する)寸法によってより多くのあるいは少数
のモードがガイドされる。一般に、ガイドされるモード
の数が少なければ少ない程(つまり、このファイバーが
シングル・モード・ファイバーに近ければ近い程)、任
意の開口によって達成されるS/N比は大きくなる。
As described above, the preferred probe 20 (FIG. 1)
Is manufactured by tapering a single mode optical fiber. In at least some cases, useful probes can also be made by tapering and coating multimode fibers. More or fewer modes are guided by the dimensions (for the guided wavelength) of the multimode fiber. In general, the smaller the number of guided modes (ie, the closer this fiber is to a single mode fiber), the greater the S / N ratio achieved by any aperture.

【0055】これも前に述べたように、プローブに対す
る一例としての不透明のコーティングとしてはアルミニ
ウムのような金属が使用される。より一般的には、適当
なコーティングは、ガイドされる放射が低い侵入度を持
つ材料から成るコーティングである。アルミニウムは、
放射が、例えば、可視スペクトル内にあるときは、一つ
の好ましい材料であるが、ただし、例えば、赤外線放射
がガイドされるような場合は、シリコンのような半導体
が好ましい。
As also mentioned earlier, a metal such as aluminum is used as an exemplary opaque coating for the probe. More generally, suitable coatings are coatings composed of a material whose guided radiation has a low penetration. Aluminum is
One preferred material is when the radiation is, for example, in the visible spectrum, except for semiconductors such as silicon where, for example, infrared radiation is to be guided.

【0056】以下に例を示す。450nmのカットオフ
を持つ3−umシングル・モード・ファイバー(FS−
VS−2211)がサッター・インストルーメント(Su
tter Instruments)にて製造されたMod.P−87マ
イクロピペット・プーラー内でファイバーを25ワット
二酸化炭素レーザーから25ワット3mmスポットにて
加熱し、線引きされた。マイクロピペット・プーラー
が、75のセッティング(レンジ0−255)における
ハード・プル、4のセッティング(レンジ0−255)
における”プルにおける速度(velocity at pull)”、
及び1の時間遅延(レンジ0−255)を提供するよう
にプログラムされた。12度のテーパー角度、670Å
直径の終端フラット、及び約3のαに対する値を持つチ
ップ特性が得られた。ファイバーの一端が回転子内に置
かれ、約10-6トルのベース圧力にて約1260Åのア
ルミニウムにて蒸着コートされた。テーパーを与えられ
た終端が次に図1の光学装置内の圧電チューブ内に搭載
された。アルゴン・イオン・レーザーからの1ミリワッ
トの514.5nmの光がファイバー内に結合された。
ファイバー・チップの所の光学パワー出力は、約1.1
ナノワットであると測定されたが、これは、約−60d
Bの総パワー伝送係数に対応する。サンプル表面のイメ
ージを形成するために使用された場合、このプローブは
約25nmの空間分解能を提供した。
The following is an example. 3-um single mode fiber (FS-
VS-2211) is the Sutter Instrument (Su)
tter Instruments). The fiber was heated and drawn from a 25 watt carbon dioxide laser at a 25 watt 3 mm spot in a P-87 micropipette puller. Micropipette puller with hard pull at 75 settings (range 0-255), 4 settings (range 0-255)
"Velocity at pull",
And a time delay of 1 (range 0-255). 12 degree taper angle, 670 °
Chip properties with a flat end diameter and a value for α of about 3 were obtained. One end of the fiber was placed in a rotor and vapor deposited with about 1260 ° of aluminum at a base pressure of about 10 -6 Torr. The tapered end was then mounted in a piezoelectric tube in the optical device of FIG. One milliwatt of 514.5 nm light from an argon ion laser was coupled into the fiber.
The optical power output at the fiber tip is about 1.1
Nanowatts, which is approximately -60 d
B corresponds to the total power transmission coefficient. When used to form an image of the sample surface, this probe provided a spatial resolution of about 25 nm.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】近距離場走査光学顕微鏡に対して有用な一例と
しての光学システムの略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of an exemplary optical system useful for a near-field scanning optical microscope.

【図2】近距離場走査光学顕微鏡に対して有用なもう一
つの一例としての光学システムの略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of another example optical system useful for a near-field scanning optical microscope.

【図3】先行技術による光ファイバー・プローブの略図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a fiber optic probe according to the prior art.

【図4】先行技術による光ファイバー・プローブの略図
である。
FIG. 4 is a schematic diagram of a fiber optic probe according to the prior art.

【図5】本発明の一つの実施態様に従う光ファイバー・
プローブの略図である。
FIG. 5 illustrates an optical fiber according to one embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a probe.

【図6】光ファイバー・プローブを金属化するための一
例としての方法を示す図である。
FIG. 6 illustrates an exemplary method for metallizing an optical fiber probe.

【図7】本発明の一つの実施態様に従う光学開口の略図
である。
FIG. 7 is a schematic diagram of an optical aperture according to one embodiment of the present invention.

【図8】もう一つの光学開口の略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of another optical aperture.

【図9】本発明の一つの実施態様に従う製造プロセスを
示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a manufacturing process according to one embodiment of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01S 3/00 G12B 1/00 601C (72)発明者 アーンスト マイケル ジョージィ アメリカ合衆国 07940 ニュージャー シィ,マディソン,ウッドクリフ ドラ イヴ 6 (72)発明者 フランシス ヘルマン アメリカ合衆国 92130 カルフォルニ ア,サン ディエゴ,マリタイム プレ イス 13014 (72)発明者 ジェイ ケネス トラウトマン アメリカ合衆国 07921 ニュージャー シィ,ベドミンスター,モーガン コー ト 13 (72)発明者 レイモンド ウォルフ アメリカ合衆国 07974 ニュージャー シィ,ニュープロヴィデンス,ウオーカ ー ドライヴ 21 (56)参考文献 米国特許4917462(US,A) 国際公開90/4753(WO,A1) R.C.Reddick、R.J.W armack、T.L.Ferrel l,“New form of sca nning optical micr oscopy”,PHYSICAL R EVIEW B / CONDENSE D MATTER,米国,The Am erican Physical So ciety,1989年 1月 1日,Vo l.39,No.1,pp.767−770 E.Betzig、M.Isaacs on、A.Lewis,“Collec tion mode near−fie ld scanning optica l microscopy”,Appi ed Physics Letter s,米国,American Inst itute of Physics, 1987年12月21日,Vol.59,No. 10,pp.2088−2090 U.Durig、D.W.Phol、 F.Rohner,“Near−Fie ld optical−scannin g microscopy”,Jour nal of APPLIED PHY SICS,米国,American I nstitute of Physic s,1986年 3月15日,Vol.59,N o.10,pp.3318−3327 A.Harootunican、E. Betzig、M.Isaacson、 A.Lewis,“Super−res olution fluorescen ce near−field scan ning optical micro scopy”,Applied Phy sics Letters,米国,Am erican Institute o f Physics,1986年 9月15 日,Vol.49,No.11,pp.674 −676 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 G12B 21/00 - 21/24 G02B 6/00 G02B 6/10 G02B 21/00 H01S 3/00 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01S 3/00 G12B 1/00 601C (72) Inventor Ernst Michael Georgy United States 07940 New Jersey, Madison, Woodcliff Drive 6 (72 Inventor Francis Hermann United States 92130 California, San Diego, Maritime Place 13014 (72) Inventor Jay Kenneth Troutman United States 07921 New Jersey, Bedminster, Morgan Court 13 (72) Inventor Raymond Wolf United States 07974 New Jer See, New Providence, Walker Drive 21 (56) Reference US Patent 4,917,462 (US, A) WO 90/4753 ( O, A1) R. C. Reddick, R.A. J. Warmack, T.W. L. Ferrel, "New form of scanning optical microscopy", PHYSICAL REVIEW B / CONDENSED MATTER, United States, The American Physical, January 1, 1989, January 1, 1989. 39, No. 1, pp. 767-770 E.P. Betzig, M .; Isaacs on, A .; Lewis, “Collection mode near-field scanning optical microscopy”, Applied Physics Letters, United States, American Institute of Physics, 1987, 1987. 59, No. 10, p. 2088-2090 U.S.A. Durig, D.C. W. Phol, F.C. Rohner, "Near-Field optical-scanning microscopy", Journal of APPLIED PHY SICS, USA, American Institute of Physics, March 15, 1986, Vol. 59, No. 10, pp. 3318-3327 A. Harootunican, E. Betzig, M.E. Isaacson, A. Lewis, "Super-resolution solution near-field scanning optical microscopic", Applied Physics Letters, American Institute of Technology, September 15, 1986, Applied Physics Letters, United States. 49, no. 11, pp. 674 −676 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 13/10-13/24 G12B 21/00-21/24 G02B 6/00 G02B 6/10 G02B 21/00 H01S 3 / 00 JICST file (JOIS)

Claims (27)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光学システムにおいて、該システムが:
少なくとも一部が少なくともある所定の波長において光
学的に透過性であり、かつ一つの遠位端部を持つプロー
ブと;該遠位端部内に設けられ、該所定の波長よりも小
さな直径を有する光学開口;及び該プローブを目標に対
して位置決めするための手段とを含み、 a)該プローブがコア及びクラッドを持つ光ファイバー
の一部から成り、該クラッドが外側表面を有し、該所定
の波長の放射に対して該ファイバーと少なくとも一つの
ガイド誘電モードが関連し; b)該ファイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領
域を有し、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくと
も該所定の波長の光をガイドすることができ; c)該テーパー領域が該ファイバーとほぼ垂直の平面に
方位する実質的に平坦な終端面内で終端し; d)該テーパー領域内の該クラッド外側表面が実質的に
滑らかであり;そして e)該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
侵入度を持つ遮断材料にて塗布され、これにより金属モ
ードをガイドすることができる金属導波路部分が画成さ
れることを特徴とする光学システム。
1. An optical system, comprising:
A probe having at least a portion optically transparent at least at a predetermined wavelength and having a single distal end; an optic provided within the distal end and having a diameter smaller than the predetermined wavelength. An aperture; and means for positioning the probe with respect to a target, comprising: a) the probe comprises a portion of an optical fiber having a core and a cladding, the cladding having an outer surface; B) the fiber has an adiabatic tapered region, wherein at least a portion of the tapered region transmits at least the predetermined wavelength of light. C) the tapered region terminates in a substantially flat termination plane oriented in a plane substantially perpendicular to the fiber; d) in the tapered region. E) the cladding outer surface is substantially smooth; and e) at least a portion of the cladding outer surface in the tapered region has a relatively low penetration for the predetermined wavelength of electromagnetic radiation. An optical system characterized in that it defines a metal waveguide portion that can be applied to the substrate to guide the metal mode.
【請求項2】 光源によって照射される少なくとも幾ら
かの光が少なくとも該所定の波長において該開口を通じ
てプローブに入るように、あるいはこれから出るように
該光源を該プローブに光学的に結合するための手段がさ
らに含まれることを特徴とする請求項1の光学システ
ム。
2. A means for optically coupling the light source to the probe such that at least some light emitted by the light source enters or exits the probe through the aperture at least at the predetermined wavelength. The optical system according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 光源としての電磁放射源と;該プローブ
がサンプルの表面の一部に隣接するラスター・パターン
内に移動されるように移動手段を駆動するための走査発
生器と;該プローブに入るあるいはこれから出る光源か
らの光の少なくとも一部を検出し、また該検出された光
に応答して電気信号を生成するための変換手段と;該プ
ローブの少なくとも一部及び目標の少なくとも一部を見
るための遠距離場顕微鏡手段;及び該サンプルに対する
該プローブの少なくとも幾つかの変位において検出され
た光の量に関連する二次元イメージを表示するための該
変換器と信号受信関係を有するビデオ・ディスプレイ手
段がさらに含まれ、該変位がラスター・パターンの一部
であることを特徴とする請求項2の光学システム。
3. A source of electromagnetic radiation as a light source; a scan generator for driving a moving means such that the probe is moved into a raster pattern adjacent to a part of the surface of the sample; Conversion means for detecting at least a portion of the light from the incoming or outgoing light source and generating an electrical signal in response to the detected light; and at least a portion of the probe and at least a portion of the target. A far-field microscope means for viewing; and a video signal having a signal receiving relationship with the transducer for displaying a two-dimensional image relating to the amount of light detected at least at some displacement of the probe relative to the sample. 3. The optical system of claim 2, further comprising display means, wherein said displacement is part of a raster pattern.
【請求項4】 該変換手段はアナログ電気信号を生成す
るようにされており、該システムがさらに該アナログ電
気信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号を該ビ
デオ・ディスプレイ手段に伝送するための手段を含むこ
とを特徴とする請求項3の光学システム。
4. The conversion means for generating an analog electrical signal, wherein the system further converts the analog electrical signal to a digital signal and transmits the digital signal to the video display means. 4. The optical system of claim 3, including means.
【請求項5】 該デジタル信号の少なくとも一部をデジ
タル的に記録するための記憶手段がさらに含まれること
を特徴とする請求項4の光学システム。
5. The optical system according to claim 4, further comprising storage means for digitally recording at least a part of said digital signal.
【請求項6】 該デジタル信号をデジタル的に処理する
ための手段がさらに含まれ、該デジタル処理手段が該ア
ナログ・デジタル変換手段に対して受信関係にあり、該
ビデオ・ディスプレイ手段に対して送信関係にあること
を特徴とする請求項5の光学システム。
6. A digital signal processing means for digitally processing said digital signal, said digital processing means being in receiving relation to said analog to digital converting means and transmitting to said video display means. 6. The optical system of claim 5, wherein said optical system is in a relationship.
【請求項7】 該目標の少なくとも一部を刺激して蛍光
を放射することができる電磁放射源がさらに含まれ、放
射線が放射源から該プローブを通じて該目標に送られる
ように該放射源が該プローブに光学的に結合され;さら
に該目標によって射出された蛍光の少なくとも一部を検
出するための手段が含まれることを特徴とする請求項1
の光学システム。
7. An electromagnetic radiation source capable of stimulating at least a portion of the target to emit fluorescence, wherein the radiation source is coupled to the target such that radiation is transmitted from the source through the probe to the target. 2. The method of claim 1, further comprising means for optically coupling to the probe; and means for detecting at least a portion of the fluorescence emitted by the target.
Optical system.
【請求項8】 目標をして少なくとも該所定の波長での
蛍光を放射するように刺激する能力を持つ電磁放射源;
及び該放射源によって射出される放射線の少なくとも一
部が該目標に当り、該目標によって射出される蛍光の少
なくとも一部が該光学開口を通じて該プローブに入射す
るように、該目標を該放射源及び該プローブに対してサ
ポートするための手段がさらに含まれることを特徴とす
る請求項1の光学システム。
8. An electromagnetic radiation source capable of targeting and stimulating to emit fluorescence at at least the predetermined wavelength;
The target and the radiation source such that at least a portion of the radiation emitted by the source strikes the target and at least a portion of the fluorescent light emitted by the target is incident on the probe through the optical aperture. The optical system of claim 1, further comprising means for supporting the probe.
【請求項9】 該終端面が該金属モードに関するカット
オフ直径以下の直径を持つことを特徴とする請求項1の
光学システム。
9. The optical system of claim 1, wherein said termination surface has a diameter less than or equal to a cutoff diameter for said metal mode.
【請求項10】 該終端面が実質的に遮断材料で被膜さ
れておらず;該ファイバーが個々の軸方向の位置におい
て一つのクラッド外径を持ち;”消失領域”と呼ばれる
金属導波路部分の少なくとも一部において、該クラッド
外径が該カットオフ直径よりも小さく、そして該開口が
実質的に該終端面と一致することを特徴とする請求項9
の光学システム。
10. The fiber of claim 1 wherein said termination surface is substantially uncoated with a barrier material; said fibers have a cladding outer diameter at individual axial locations; 10. The device of claim 9, wherein the cladding outer diameter is less than the cut-off diameter, at least in part, and the opening substantially coincides with the termination surface.
Optical system.
【請求項11】 該終端面の直径が概ね該カットオフ直
径に等しく;該プローブがさらに該終端面上に被膜した
遮断材料の環状層を含み、該環状層が該開口を取り巻
き、これによって該開口が画成されることを特徴とする
請求項9の光学システム。
11. The probe of claim 11, wherein the diameter of the termination surface is approximately equal to the cutoff diameter; the probe further includes an annular layer of barrier material coated on the termination surface, the annular layer surrounding the opening, thereby The optical system of claim 9, wherein an aperture is defined.
【請求項12】 該開口直径に対する該カットオフ直径
の比がαによって表わされ;該金属モードがTE11モー
ドであり;該テーパー角度がβによって表わされ;αが
少なくとも約2、最大で約8であり;そして該プローブ
が、デジベルにて表わされたとき、以下の関係、T>−
(3.68α/tan β)−10を満たすTにて表わされ
る透過係数を持つことを特徴とする請求項9の光学シス
テム。
12. The ratio of the cutoff diameter to the aperture diameter is represented by α; the metal mode is a TE 11 mode; the taper angle is represented by β; And about 8; and when the probe is expressed in decibels, the following relationship, T>-
The optical system according to claim 9, wherein the optical system has a transmission coefficient represented by T that satisfies (3.68α / tan β) -10.
【請求項13】 該開口が一つの中心を持ち、また該終
端面が一つの中心を持ち、該開口の中心が該終端面の中
心とずれていることを特徴とする請求項11の光学シス
テム。
13. The optical system of claim 11, wherein said opening has one center, said terminal surface has one center, and the center of said opening is offset from the center of said terminal surface. .
【請求項14】 サンプルを調べるための方法におい
て、該方法が該サンプルの少なくとも一部の拡大された
イメージを生成するステップ;及び該イメージを視覚的
に調べるステップを含み、 該イメージ生成ステップが、プローブをサンプルの第一
の表面に隣接してかつ該第一の表面からある所定の波長
以上離れない距離に位置せしめ、電磁放射を該サンプル
上に当て、該第一の表面から射出される電磁放射を集
め、及び該集められた放射の少なくとも一部を検出する
ステップを含み、該サンプル上に当てられる放射が該プ
ローブから射出され、少なくとも該所定の波長を持ち、
あるいは該集められた放射が該プローブによって集めら
れ、少なくとも該所定の波長を持ち: a)該プローブがコア及びクラッドを有する光ファイバ
ーの少なくとも一部から成り、該クラッドが一つの外側
表面を持ち、該所定の波長の放射に対して該ファイバー
と少なくとも一つのガイド誘電モードが関連し; b)該ファイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領
域を有し、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくと
も該所定の波長の光をガイドすることができるようにさ
れており; c)該テーパー領域が、該ファイバーに対して実質的に
垂直の平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し、
開口が該終端面に設けられており; d)該テーパー領域内の該クラッド外側表面が実質的に
滑らかであり;そして e)該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
侵入度を持つ遮断材料にて塗布され、これにより金属モ
ードをガイドすることができる金属導波路部分が画成さ
れることを特徴とする方法。
14. A method for examining a sample, the method comprising: producing an enlarged image of at least a portion of the sample; and visually examining the image, wherein the image producing step comprises: A probe is positioned adjacent to the first surface of the sample and at a distance from the first surface no more than a predetermined wavelength, directs electromagnetic radiation onto the sample, and emits electromagnetic radiation from the first surface. Collecting radiation and detecting at least a portion of the collected radiation, wherein radiation applied on the sample is emitted from the probe and has at least the predetermined wavelength;
Alternatively, the collected radiation is collected by the probe and has at least the predetermined wavelength: a) the probe comprises at least a portion of an optical fiber having a core and a cladding, wherein the cladding has one outer surface; Associated with the fiber at least one guide dielectric mode for radiation of a predetermined wavelength; b) the fiber has an adiabatic tapered region, at least a portion of the tapered region being at least the predetermined C) the tapered region terminates in a substantially flat termination surface oriented in a plane substantially perpendicular to the fiber;
An opening is provided in the terminal surface; d) the outer cladding surface in the tapered region is substantially smooth; and e) at least a portion of the outer cladding surface in the tapered region is the predetermined outer surface. A method characterized in that it is coated with a blocking material having a relatively low penetration of electromagnetic radiation of a wavelength, thereby defining a metal waveguide part capable of guiding a metal mode.
【請求項15】 該サンプルが第二の表面を持ち、該サ
ンプルに電磁放射を当てるステップが該第二の表面に放
射を当てるステップから成り、該第一の表面によって射
出される放射が該サンプルを通して透過される放射であ
ることを特徴とする請求項14の方法。
15. The sample having a second surface, wherein applying electromagnetic radiation to the sample comprises applying radiation to the second surface, wherein the radiation emitted by the first surface comprises applying the radiation to the sample. 15. The method of claim 14, wherein the radiation is transmitted through.
【請求項16】 該放射を当てるステップが該第一の表
面に放射を当てるステップから成り、該集めるステップ
が反射された放射を集めるステップから成ることを特徴
とする請求項14の方法。
16. The method of claim 14, wherein the step of directing radiation comprises directing radiation to the first surface, and the step of collecting comprises the step of collecting reflected radiation.
【請求項17】 該電磁放射を当てるステップが該第一
の表面上に放射を当てるステップから成り、該当てられ
る放射が該サンプルの少なくとも一部分に蛍光を励起す
る能力を持つ少なくとも一つの波長の放射を含み、該集
めるステップが蛍光を集めるステップから成ることを特
徴とする請求項14の方法。
17. The step of directing electromagnetic radiation comprises directing radiation on the first surface, wherein the applied radiation has at least one wavelength of radiation capable of exciting fluorescence in at least a portion of the sample. 15. The method of claim 14, comprising: collecting the fluorescence.
【請求項18】 表面をパターン化する方法において、
該方法が: a)パターン化されるべき表面を有するワークピースを
供給するステップ;及び b)該表面上に少なくとも一つのある所定の波長の光を
当てられた光の少なくとも一部が光学開口から投射、あ
るいは反射、あるいはこれに透過されるように当てるス
テップを含み、該放射を当てるステップがさらに: c)一つの終端面及び該終端面に設けられた光学開口を
持つプローブを該表面に隣接して該開口と該表面との間
の距離が最大でも約所定の1波長となるように位置する
ステップを含み;ここで d)該プローブが一つのコア及びクラッドを含む光ファ
イバーの一部から構成され、該クラッドが一つの外側表
面を有し、該所定の波長の放射に対して該ファイバーと
少なくとも一つのガイド誘電モードが関連し; e)該ファイバーが断熱的にテーパーされたテーパー領
域を有し、該テーパー領域の少なくとも一部が少なくと
も該所定の波長の光をガイドすることができるようにさ
れており; f)該テーパー領域が該ファイバーに対して実質的に垂
直の平面に方位する実質的に平坦な終端面で終端し、該
開口が該終端面内に画成され; g)該テーパー領域内の該クラッド外側表面が実質的に
滑らかであり;そして h)該テーパー領域内の該クラッド外側表面の少なくと
も一部が該所定の波長の電磁放射に対して比較的小さな
侵入度を持つ遮断材料にて塗布され、これにより金属モ
ードをガイドすることができる金属導波路部分が画成さ
れることを特徴とする方法。
18. A method for patterning a surface, comprising:
The method includes: a) providing a workpiece having a surface to be patterned; and b) at least a portion of light illuminated at least one predetermined wavelength on the surface from an optical aperture. Projecting or reflecting or illuminating so as to be transmitted therethrough, the step of illuminating further comprising: c) placing a probe having an end surface and an optical aperture provided in the end surface adjacent the surface. And wherein the distance between the aperture and the surface is at most about one predetermined wavelength; and d) the probe comprises a portion of an optical fiber including a core and a cladding. Wherein said cladding has one outer surface and said fiber is associated with at least one guided dielectric mode for radiation of said predetermined wavelength; A tapered region, wherein at least a portion of the tapered region is capable of guiding at least light of the predetermined wavelength; f) the tapered region is substantially Terminating in a substantially flat termination surface oriented in a substantially vertical plane, wherein the opening is defined in the termination surface; g) the cladding outer surface in the tapered region is substantially smooth; And h) at least a portion of the outer cladding surface in the tapered region is coated with a barrier material having a relatively low penetration for the predetermined wavelength of electromagnetic radiation, thereby guiding a metallic mode. A method wherein a possible metal waveguide portion is defined.
【請求項19】 該パターン化されるべき表面は記録媒
体から成り、この上にビット・パターンをインプレスす
ることができ;該放射を当てるステップにおいては、光
が該光学開口から該媒体上に当てられ;該光を当てるス
テップにより、該媒体内に局所的な物理的変化をもたら
し、該物理的変化によって光信号が変調されるようにさ
れており、該変調が少なくとも1ビットの情報を担持す
ることを特徴とする請求項18の方法。
19. The surface to be patterned comprises a recording medium onto which a bit pattern can be impressed; in the step of applying radiation, light is applied from the optical aperture onto the medium. Applying the light causes a local physical change in the medium such that the optical signal is modulated by the physical change, the modulation carrying at least one bit of information. 19. The method of claim 18, wherein:
【請求項20】 該媒体が磁気媒体であり、該放射を当
てるステップにより、該媒体がそのキューリー温度、あ
るいはその補償ポイント以上に加熱され、結果としてス
ポットが形成されその局所的な磁化がそのスポット周辺
の隣接する領域の磁化とは異なることを特徴とする請求
項19の方法。
20. The medium, wherein the medium is a magnetic medium and the step of directing the radiation heats the medium above its Curie temperature, or above its compensation point, resulting in the formation of a spot and the local magnetization of the medium. 20. The method of claim 19, wherein the magnetization of the surrounding adjacent region is different.
【請求項21】 該放射を当てるステップが外部磁場の
存在下において遂行されることを特徴とする請求項20
の方法。
21. The method of claim 20, wherein the step of applying radiation is performed in the presence of an external magnetic field.
the method of.
【請求項22】 該媒体が少なくとも一つの希土類及び
少なくとも一つの遷移金属を含む磁気合金であることを
特徴とする請求項20の方法。
22. The method of claim 20, wherein said medium is a magnetic alloy comprising at least one rare earth and at least one transition metal.
【請求項23】 該媒体が実質的に多結晶であり、該放
射を当てるステップの結果として該媒体の一部分が局所
的に加熱された後に急激に冷却され、局所的に実質的に
アモルファスなスポットが形成されることを特徴とする
請求項19の方法。
23. A spot that is substantially polycrystalline, wherein a portion of the medium is rapidly cooled after being locally heated as a result of the step of directing radiation, and is locally substantially amorphous. 20. The method of claim 19, wherein is formed.
【請求項24】 該ワークピースを供給するステップ
が:複数の半導体ウエーハを提供するステップから成
り、各々のウエーハはパターン化されるべき表面を有
し;該方法がさらに: a)少なくとも一つの処理パラメータをセットするステ
ップ; b)該処理パラメータに従って少なくとも一つの第一の
ウエーハを該ウエーハの表面上に特定寸法を持つパター
ンが形成されるように処理するステップ; c)該第一のウエーハ上の該特定寸法を測定するステッ
プ; d)該特定寸法を所定の範囲の値と比較するステップ; e)該特定寸法が該所定の範囲の値の範囲外にある場
合、該処理パラメータを該所定の範囲の値に入るように
修正するステップ; f)ステップe)の後に、該処理パラメータに従って少
なくとも一つの第二のウエーハを処理するステップ;及
び g)該少なくとも第二のウエーハに関して、物を完成さ
せるために少なくとも一つの追加のステップを遂行する
ステップを含み; h)該放射を当てるステップが、該測定ステップの際
に、該第一のウエーハの該パターン化された表面に隣接
してプローブを位置せしめ該表面上に光を該表面から少
なくとも該光の一部が反射されるように当てるステップ
をさらに含み、該当てられる光が該プローブから投射さ
れ、あるいは該反射された光の一部が該プローブによっ
て集められ、さらに該反射された光の少なくとも一部を
検出するステップを含むことを特徴とする請求項18の
方法。
24. The step of providing the workpiece comprises: providing a plurality of semiconductor wafers, each wafer having a surface to be patterned; and the method further comprises: a) at least one process Setting parameters; b) processing at least one first wafer according to the processing parameters such that a pattern having a particular dimension is formed on a surface of the wafer; c) on the first wafer. Measuring the specific dimension; d) comparing the specific dimension to a value in a predetermined range; e) if the specific dimension is outside the value in the predetermined range, changing the processing parameter to the predetermined range. F) modifying at least one second wafer according to the processing parameters after step e). G) performing at least one additional step to complete an object with respect to the at least second wafer; and h) applying the radiation comprises: Positioning a probe adjacent to the patterned surface of the first wafer and directing light onto the surface such that at least a portion of the light is reflected from the surface; 19. The method of claim 18, wherein a portion of the light projected from or reflected by the probe is collected by the probe, and further comprising detecting at least a portion of the reflected light.
【請求項25】 該ワークピースを供給するステップが
各々がビット・パターンにてインプレスされるべき磁気
材料の表面層を持つ複数の基板を供給するステップを含
み;該方法がさらに: a)少なくとも一つの処理パラメータをセットするステ
ップ; b)少なくとも第一の基板を該処理パラメータに従って
ビット・パターンが該基板の表面内に形成されるように
処理するステップ; c)少なくとも該第一の基板の該ビット・パターンを検
出するステップ; d)該検出されたビット・パターンを所定のビット・パ
ターンと比較するステップ; e)該検出されたビット・パターンが所定のビット・パ
ターンと異なる場合、該処理パラメータを該検出された
ビット・パターンと該所定のビット・パターンが一致す
るように変更するステップ; f)ステップe)の後に、該処理パラメータに従って少
なくとも第二の基板を処理するステップ、及び g)該少なくとも第二の基板に関して、物を完成させる
ために少なくとも一つの追加のステップを遂行するステ
ップを含み; h)該放射を当てるステップが、該検出ステップの際
に、該第一のウエーハの該パターン化された表面に隣接
してプローブを位置せしめ該表面上に光を該表面から少
なくとも該光の一部が反射されるように当てるステップ
をさらに含み、該当てられる光が該プローブから投射さ
れ、あるいは該反射された光の一部が該プローブによっ
て集められ、さらに該反射された光の少なくとも一部を
検出するステップを含むことを特徴とする請求項18の
方法。
25. The step of providing the workpiece further comprises providing a plurality of substrates each having a surface layer of magnetic material to be impressed in a bit pattern; the method further comprises: a) at least one Setting two processing parameters; b) processing at least a first substrate such that a bit pattern is formed in a surface of the substrate according to the processing parameters; c) at least the bits of the first substrate Detecting a pattern; d) comparing the detected bit pattern with a predetermined bit pattern; e) if the detected bit pattern is different from the predetermined bit pattern, changing the processing parameter. Changing the detected bit pattern to match the predetermined bit pattern; f. A) processing at least a second substrate according to the processing parameters after step e); and g) performing at least one additional step to complete an object with respect to the at least second substrate. H) directing the radiation comprises, during the detecting step, positioning a probe adjacent to the patterned surface of the first wafer and disposing light on the surface at least from the light; Illuminating a portion so that it is reflected, wherein the applied light is projected from the probe, or a portion of the reflected light is collected by the probe, and at least one of the reflected light. 19. The method of claim 18, including the step of detecting a part.
【請求項26】 該表面がフォトレジストを含み; 該光を当るステップが該光学開口から光化学的作用をも
つ電磁放射を該表面上に該フォトレジスト内に潜像が形
成されるように当てるステップから成り; 該方法がさらに: 該フォトレジストを現像するステップ;及び該表面内に
パターンが形成されるように該ワークピースをエッチン
グ剤に晒すステップを含むことを特徴とする請求項18
の方法。
26. The method according to claim 26, wherein the surface comprises a photoresist; and the step of shining the light comprises applying electromagnetic radiation having photochemical effects from the optical aperture such that a latent image is formed in the photoresist on the surface. 19. The method of claim 18, further comprising the steps of: developing the photoresist; and exposing the workpiece to an etchant such that a pattern is formed in the surface.
the method of.
【請求項27】 該表面を化学的に活性な液体あるいは
蒸気に晒すステップがさらに含まれ、該放射を当てるス
テップが光化学的作用をもつ電磁放射を該光学開口から
該表面に該液体あるいは蒸気の化学的分解によって物質
が形成されるように当てるステップから成り、該物質が
該表面上に堆積及び粘着し、これによって該表面がパタ
ーン化されることを特徴とする請求項18の方法。
27. The method according to claim 27, further comprising exposing the surface to a chemically active liquid or vapor, wherein the step of applying the radiation comprises applying electromagnetic radiation having a photochemical effect to the surface from the optical aperture. 19. The method of claim 18, comprising applying the material to form by chemical degradation, the material depositing and sticking on the surface, thereby patterning the surface.
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