Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3597181B2 - Optical fiber probe, measurement method - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3597181B2 - Optical fiber probe, measurement method - Google Patents

Optical fiber probe, measurement method Download PDF

Info

Publication number
JP3597181B2
JP3597181B2 JP2002201628A JP2002201628A JP3597181B2 JP 3597181 B2 JP3597181 B2 JP 3597181B2 JP 2002201628 A JP2002201628 A JP 2002201628A JP 2002201628 A JP2002201628 A JP 2002201628A JP 3597181 B2 JP3597181 B2 JP 3597181B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
light
core
fiber probe
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002201628A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004045153A (en
Inventor
忠 川添
元一 大津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Agency filed Critical Japan Science and Technology Agency
Priority to JP2002201628A priority Critical patent/JP3597181B2/en
Publication of JP2004045153A publication Critical patent/JP2004045153A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3597181B2 publication Critical patent/JP3597181B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Head (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプローブ走査型顕微鏡の一つである近接場光学顕微鏡や超伝導量子干渉素子(SQUID)顕微鏡に取り付け可能な光ファイバプローブ並びにこれを利用した測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、微細加工技術の発展を基盤として、単一分子光メモリ、単一電子デバイスといったナノメートルサイズの微細構造を有する素子が実用化されようとしている。ナノメートルオーダーの分解能を有する近接場光学顕微鏡は、上述した素子の開発或いは評価に欠かせない技術として注目されている。この近接場光学顕微鏡は、例えば試料からの発光或いは透過光の光強度、波長、偏光等を検出することにより、試料から得られる発光や透過光から試料の物性を知ることができる。
【0003】
近接場光学顕微鏡は、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端にコアを先鋭化することで形成された先鋭部を有し、当該先鋭部に例えばAuやAg等の金属により被覆されたプローブを備え、光の波長を超えた分解能を有する光学像を得ることができる。すなわち、かかる近接場光学顕微鏡を利用することにより、ナノメートル級の分解能で試料の物性を測定することに加え、書き込みや読み出し等のメモリ操作、更には光加工等も行うことが可能となる。
【0004】
ちなみに、この近接場光学顕微鏡により試料の物性を測定する場合には、試料表面の光の波長より小さい領域に局在するエバネッセント光を検出して試料の形状を測定する。そして、全反射条件下で試料に光が照射されることにより生じたエバネッセント光を上述したプローブにより散乱させて伝搬光に変換する。この変換された伝搬光は、プローブが形成されている先鋭部を通じて光ファイバのコアに導かれ、光ファイバのもう一方の出射端に接続された検出器により検出される。すなわち、この近接場光学顕微鏡は、先鋭部に設けられたプローブにより散乱と検出の双方を行うことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光通信、光情報処理システムの高速化、大容量化の進展を加速させるためには、デバイスを数十ナノメートル級の分解能で物質操作、物性測定を行う必要がある。しかしながら、上述した従来の近接場光学顕微鏡では、数十ナノメートルのスケールで、高精度な測定を実現することが困難であった。
【0006】
そこで、本発明は上述した従来の実情に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、数十ナノメートル級の分解能で高精度な物性測定等を実現することが可能な近接場光学顕微鏡やSQUID顕微鏡に取付可能な光ファイバプローブ、及びこれを利用した測定方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明を適用した光ファイバプローブは、上述した課題を解決するために、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端にコアを先鋭化することで形成された先鋭部を有し、かつ光ファイバを介して伝搬光を検出することにより試料の形状を測定する近接場光学顕微鏡に取り付け可能な光ファイバプローブにおいて、コアは、試料に照射された光に基づいて励起された磁場を検出するための超伝導薄膜が先鋭部を除いて形成され、先鋭部は、試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を散乱させるとともにこれを検出して伝搬光とする。
【0008】
本発明を適用した光ファイバプローブは、上述した課題を解決するために、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端に上記コアを先鋭化することで形成された先鋭部を有し、かつ磁場の変化を捉える超伝導量子干渉素子(SQUID)顕微鏡に取り付け可能な光ファイバプローブにおいて、試料に照射された光に基づいて励起された磁場を検出する超伝導体が、コアを巻回中心として先鋭部にリング状に形成されてなる超伝導コイル部と、コの字型の超伝導体が超伝導コイル部に並設されるように先鋭部に至るまでに先細となるように突出させたコア上に形成されてなり、超伝導コイル部により検出された磁場の変化を捉えるためのSQUID接合部と、SQUID接合部より狭持された絶縁体とを備え、先鋭部は、試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を散乱させるとともにこれを検出して伝搬光とする。
【0009】
本発明を適用した測定方法は、上述した課題を解決するために、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端にコアを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブにより伝搬光を検出して試料の形状を測定する測定方法において、試料に照射された光に基づいて励起された磁場を、先鋭部を除いて形成された超伝導薄膜により検出する磁場検出ステップと、試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を、光ファイバプローブの先鋭部により散乱させるとともにこれを検出して伝搬光とする光検出ステップとを有する。
【0010】
本発明を適用した測定方法は、上述した課題を解決するために、コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端に上記コアを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブにより伝搬光を検出して試料の形状を測定する測定方法において、試料に照射された光に基づいて励起された磁場を、コアを巻回中心として先鋭部にリング状に形成されてなる超伝導体より構成される超伝導コイル部により検出する磁場検出ステップと、コの字型の超伝導体が超伝導コイル部に並設されるように先鋭部に至るまでに先細となるように突出させたコア上に形成されてなるSQUID接合部と、SQUID接合部より狭持された絶縁体とからなる干渉素子により、超伝導コイル部により検出された磁場の変化を捉えるSQUID検出ステップと、試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を、光ファイバプローブの先鋭部により散乱させるとともにこれを検出して伝搬光とする光検出ステップとを有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明の第1の実施の形態における光ファイバプローブ1を示している。この光ファイバプローブ1は、例えば試料から得られる発光や透過光に基づいて物性を識別する近接場光学顕微鏡等に用いられ、図1に示すように光導波部11と、先鋭部12とを備える。
【0013】
光導波部11は、コア20の周囲にクラッド21が設けられた光ファイバより構成される。コア20及びクラッド21は、夫々SiO系ガラスからなり、F、GeO、B等を添加することにより、コア20よりもクラッド21の屈折率が低くなるように組織制御されている。
【0014】
先鋭部12は、光導波部11の一端においてクラッドから突出させたコア20aを先鋭化させることにより構成されている。この突出させたコア20aは、図1に示すように先鋭部12に至るまで徐々に先細になるように勾配を設けても良い。なお、この突出させたコア20aには、先鋭部12を除いて超伝導薄膜13が形成されている。
【0015】
超伝導薄膜13は、例えばPb等の超伝導材料からなる薄膜である。この超伝導薄膜13は、極低温で電気抵抗が急激に消失して0になり、またマイスナー効果により完全な反磁性状態になる。以下、この電気抵抗が0になる温度を超伝導臨界温度Tcと称する。なお、この超伝導薄膜13は、Pb以外の例えばIn合金等の超伝導材料により構成しても良い。
【0016】
光ファイバプローブ1を超伝導臨界温度Tc以下まで冷却することにより、突出させたコア20aに形成された超伝導薄膜13は、マイスナー効果に基づき完全反磁性を示す。かかるマイスナー効果を生じさせた超伝導薄膜13の近傍に磁場が存在すると、超伝導薄膜13が形成された光ファイバプローブ1全体に大きな反力がかかる。この反力を例えばシアフォース方式或いはAFM(Atomic Force Microscope)方式により検出することにより、ナノメートル級の分解能で試料の磁力分布を測定することができる。
【0017】
また第1の実施の形態における光ファイバプローブ1は、試料表面の光の波長より小さい領域に局在するエバネッセント光を先鋭部12を介して検出することにより試料の形状を測定する光励起型の近接場顕微鏡に取り付けることも可能である。例えば、全反射条件下で試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を散乱させて伝搬光に変換する。この変換された伝搬光は、先鋭部12を通じて光導波部11へ導かれ、光ファイバのもう一方の出射端に接続された図示しない検出器により検出される。すなわち、本発明は、先鋭部12が設けられた光ファイバプローブ1により散乱と検出の双方を極めて高い分解能で行うことができる。
【0018】
さらに第1の実施の形態における光ファイバプローブ1は、上述した超伝導薄膜13に対して特定の方向の磁界が印加されることにより、該超伝導薄膜13の反磁性による磁気光学効果に基づき、先鋭部12から特定の偏光を入射し易くすることができる。例えば、超伝導薄膜13に対して特定の方向の磁界が印加されることにより、光ファイバプローブ1の先鋭部12からは、右旋性の円偏光が左旋性の円偏光よりも入射しやすくなる。従って、光ファイバプローブ1に超伝導薄膜13を形成し、該超伝導薄膜13に対して磁界を印加することにより、先鋭部12から入射する偏光を選択することが可能となる。
【0019】
次に、本発明における第2の実施の形態について説明をする。図2は、本発明の第2の実施の形態における光ファイバプローブ3を示している。この光ファイバプローブ3は、数十ナノメートル級の分解能で磁場の変化を捉えることができる超伝導量子干渉素子(SQUID)顕微鏡に用いられ、図2に示すように光導波部31と、先鋭部32と、超伝導コイル部33と、SQUID接合部34と、絶縁体35とを備える。
【0020】
光導波部31は、コア40の周囲にクラッド41が設けられた光ファイバより構成される。コア40及びクラッド41は、夫々SiO系ガラスからなり、F、GeO、B等を添加することにより、コア40よりもクラッド41の屈折率が低くなるように組織制御されている。
【0021】
先鋭部32は、光導波部31の一端においてコア40を先鋭化させることにより構成されている。この突出させたコア40aは、図2に示すように先鋭部32に至るまで徐々に先細になるように勾配を設けても良い。
【0022】
超伝導コイル部33は、突出させたコア40aを巻回中心としたリング状の超伝導薄膜からなり、例えば図2に示すように2重コイルを形成するように、上述の突出させたコア40a上に被覆されている。この超伝導コイル部33は、例えば上述した超伝導薄膜13が形成された光ファイバプローブ1を集束イオンビームに基づくイオン照射により切断して2重コイル状に成形しても良い。なおこの超伝導コイル部33は、試料へ光を入出射するために、あくまで先鋭部32を除いたコア40a上に被覆される。
【0023】
SQUID接合部34は、超伝導薄膜からなり、超伝導コイル部33の巻回方向に対して平行方向にコの字型を形成するように、上述の突出させたコア40a上に被覆されている。このSQUID接合部34は、例えば上述した超伝導薄膜13が形成された光ファイバプローブ1を集束イオンビームに基づくイオン照射により切断してコの字型に成形しても良い。ちなみに、このSQUID接合部34におけるコの字型の形状は、図2に示すように超伝導薄膜からなるリングの一部を切除するような形状であれば(換言すれば、環状でなければ)いかなる形状であっても良い。なお、このSQUID接合部34には電気信号を検出するための図示しない電気信号検出部が接続される。
【0024】
絶縁体35は、SQUID接合部34のコの字型により挟持されてなり、例えばSiO等の絶縁材料から構成される。すなわち、コの字型のSQUID接合部34と、当該SQUID接合部34に挟み込まれた絶縁体35より、いわゆる超伝導量子干渉素子(SQUID)を構成する。
【0025】
ちなみに、超伝導コイル部33及びSQUID接合部34に用いられる超伝導薄膜は、例えばPb等の超伝導材料を被覆した薄膜であるが、Pbに限定されるものではなく、他の超伝導材料を被覆しても良い。また、これら被覆される超伝導薄膜は、超伝導臨界温度Tc以下まで冷却することにより、マイスナー効果に基づき完全反磁性を示す。このため、実際に光ファイバプローブ3を用いる場合には、超伝導臨界温度Tc以下まで冷却することが必要になる。
【0026】
このSQUID接合部34と絶縁体35からなるSQUIDに対して、図3に示すように、外部から電圧Vcを印加すると、該SQUID接合部34を流れる電流が一定の周期で振動する。ちなみにこの振動の周期は、超伝導薄膜からなるSQUID接合部34内を貫く磁束密度に比例する。このため、SQUID接合部34内を流れる電流を検出することにより、SQUID接合部34を貫く磁束密度を識別することができる。従ってSQUID接合部34を貫く磁束は、超伝導コイル部33に基づく磁場により誘導されるため、超伝導コイル部33介して検出した試料の磁場の変化を高精度に検出することも可能となる。
【0027】
すなわち、第2の実施の形態における光ファイバプローブ3は、試料の磁場の変化を先鋭部を介して検出する。この検出された磁場の変化は、超伝導コイル部33を介してSQUID接合部34へ伝達される。電圧Vcが印加されているSQUID接合部34は、伝達された磁場の変化を電流の振動の周期で捉えこれを、図示しない検出部に送信することができる。
【0028】
これにより、第2の実施の形態における光ファイバプローブ3は、試料の磁力分布をより精確に検出することが可能となる。またこの光ファイバプローブ3は、コア40の周囲にクラッド41が形成された光ファイバの先端に配設されているため、コア40の先鋭部32から試料へ光を出射し、磁気光学効果に基づいて試料表面において励起された磁場を検出することができる。
【0029】
さらに、この光ファイバプローブ3の突出させたコア30aに設けられた超伝導コイル部33のサイズを小さくすることにより、光ファイバプローブ3全体の空間分解能を更に向上させることができる。例えば、超伝導コイル部33において、下側に位置する(試料に近接する)コイルリングのサイズを直径数十ナノメートルサイズまで小さくすることにより、数十ナノメートル級の分解能で磁場観測を行うことができる。従って、下側に位置するコイルリングのサイズを直径10nm程度まで小さくすることにより、10nm程度のオーダーで試料の磁場を観測することも可能となる。
【0030】
なお、この本発明における第1の実施の形態及び第2の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば光を入出射しないプローブに対しても適用可能である。これにより、試料に光を照射する光励起型の観測を必要とせずに単なる磁場観測のみを行う場合にも本発明を適用することが可能となる。かかる場合、コア20、40の周囲にクラッド21、41が設けられた光ファイバの代替として例えば絶縁性物質からなる材料を用い、また他の構成要素は、全て第1の実施の形態又は第2の実施の形態において説明した部材・要素を適用してもよい。
【0031】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光ファイバプローブは、先鋭部付近に超伝導薄膜を被覆するため、マイスナー効果を生じさせた超伝導薄膜の近傍の磁力分布をナノメートル級の分解能で高感度に検出することが可能となる。
【0032】
また、本発明に係る光ファイバプローブは、試料表面の光の波長より小さい領域に局在するエバネッセント光を先鋭部を介して検出することにより試料の形状を測定することも可能である。
【0033】
また、本発明に係る光ファイバプローブは、先端に超伝導薄膜が形成されているため、該超伝導薄膜に対して磁界を印加することにより、先鋭部から入射する偏光を選択することが可能となる。
【0034】
さらに、この光ファイバプローブ3の突出させたコア30aに設けられた超伝導コイル部33のサイズを小さくすることにより、10nm程度のオーダーで試料の磁場を観測することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した光ファイバプローブの第1の実施の形態を示した図である。
【図2】本発明を適用した光ファイバプローブの第2の実施の形態を示した図である。
【図3】SQUID接合部と絶縁体の磁気回路を模式的に示した図である。
【符号の説明】
1,3 光ファイバプローブ、11,31 光導波部、12,32 先鋭部、20,40 コア、21,41 クラッド、33 超伝導コイル部、34 SQUID接合部、35 絶縁体
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber probe that can be attached to, for example, a near-field optical microscope or a superconducting quantum interference device (SQUID) microscope, which is one of probe scanning microscopes, and a measurement method using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, based on the development of microfabrication technology, devices having a nanometer-sized microstructure, such as a single-molecule optical memory and a single-electron device, have been put to practical use. A near-field optical microscope having a resolution on the order of nanometers has attracted attention as a technology indispensable for the development or evaluation of the above-described device. The near-field optical microscope can detect the physical properties of the sample from the light emission and transmitted light obtained from the sample, for example, by detecting the light intensity, wavelength, polarization, and the like of the light emitted or transmitted from the sample.
[0003]
The near-field optical microscope has a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber provided with a clad around the core, and the sharpened portion is coated with a metal such as Au or Ag. And an optical image having a resolution exceeding the wavelength of light can be obtained. That is, by using such a near-field optical microscope, in addition to measuring the physical properties of the sample with a resolution of the order of nanometers, it becomes possible to perform memory operations such as writing and reading, and further, optical processing and the like.
[0004]
Incidentally, when measuring the physical properties of the sample by the near-field optical microscope, the shape of the sample is measured by detecting evanescent light localized in a region smaller than the wavelength of light on the surface of the sample. Then, evanescent light generated by irradiating the sample with light under the condition of total reflection is scattered by the above-described probe and converted into propagation light. The converted propagation light is guided to the core of the optical fiber through the sharp portion where the probe is formed, and is detected by a detector connected to the other emission end of the optical fiber. That is, this near-field optical microscope can perform both scattering and detection by the probe provided at the sharp portion.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, in order to accelerate the progress of optical communication and optical information processing systems at higher speeds and larger capacities, it is necessary to perform material manipulation and physical property measurement on devices with a resolution of several tens of nanometers. However, with the above-mentioned conventional near-field optical microscope, it has been difficult to realize highly accurate measurement on a scale of several tens of nanometers.
[0006]
Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described conventional circumstances, and has as its object the proximity of a device capable of realizing highly accurate physical property measurement with a resolution of several tens of nanometers. An object of the present invention is to provide an optical fiber probe attachable to a field optical microscope or a SQUID microscope, and a measurement method using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The optical fiber probe to which the present invention is applied has a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber provided with a clad around the core, in order to solve the above-described problem, and In an optical fiber probe that can be attached to a near-field optical microscope that measures the shape of a sample by detecting propagating light through an optical fiber, a core detects a magnetic field excited based on light applied to the sample The superconducting thin film is formed excluding the sharp portion, and the sharp portion scatters the evanescent light generated by irradiating the sample with light, and detects this to make propagation light.
[0008]
The optical fiber probe to which the present invention is applied has a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber provided with a clad around the core, in order to solve the above-described problem, In a fiber optic probe that can be attached to a superconducting quantum interference device (SQUID) microscope that captures changes in the magnetic field, a superconductor that detects a magnetic field excited based on light applied to the sample is centered around the core. As a superconducting coil part formed in a ring shape at the sharp part, and a U-shaped superconductor is juxtaposed to the sharp part so as to be juxtaposed to the superconducting coil part A SQUID junction for capturing a change in the magnetic field detected by the superconducting coil section, and an insulator sandwiched between the SQUID junction, and the sharpened portion To Detect and propagation light which causes scatter evanescent light generated by morphism.
[0009]
The measuring method to which the present invention is applied, in order to solve the above-described problems, an optical fiber probe having a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber provided with a clad around the core. In a measurement method for measuring the shape of the sample by detecting the propagating light, a magnetic field excited based on the light applied to the sample, a magnetic field detection step of detecting the superconducting thin film formed except for a sharp portion, Evanescent light generated by irradiating the sample with light is scattered by the sharp portion of the optical fiber probe, and the light is detected and converted to propagation light.
[0010]
A measuring method to which the present invention is applied is an optical fiber probe having a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber provided with a clad around the core in order to solve the above-described problem. In a measurement method that measures the shape of a sample by detecting propagating light, a magnetic field excited based on light applied to the sample is formed into a ring at a sharp point around the core as a superconductor. A magnetic field detecting step for detecting by a superconducting coil portion composed of a body, and a U-shaped superconductor is formed so as to be juxtaposed to the superconducting coil portion and protruded so as to taper to a sharp portion. SQUID detection that captures a change in the magnetic field detected by the superconducting coil unit by an interference element composed of a SQUID junction formed on a broken core and an insulator sandwiched by the SQUID junction Has a step, the evanescent light generated by irradiating light to the sample, and a light detection step of the propagation light detects this causes scattered by the sharpened tip of the optical fiber probe.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 shows an optical fiber probe 1 according to a first embodiment of the present invention. The optical fiber probe 1 is used, for example, in a near-field optical microscope or the like that identifies physical properties based on light emission or transmitted light obtained from a sample, and includes an optical waveguide section 11 and a sharpened section 12 as shown in FIG. .
[0013]
The optical waveguide 11 is composed of an optical fiber in which a clad 21 is provided around a core 20. The core 20 and the clad 21 are each made of SiO 2 -based glass, and the structure is controlled by adding F, GeO 2 , B 2 O 3, etc. so that the refractive index of the clad 21 is lower than that of the core 20. .
[0014]
The sharpened portion 12 is formed by sharpening a core 20 a protruding from the clad at one end of the optical waveguide portion 11. The protruding core 20a may be provided with a gradient such that it gradually tapers to the sharpened portion 12 as shown in FIG. A superconducting thin film 13 is formed on the protruding core 20a except for the sharpened portion 12.
[0015]
The superconducting thin film 13 is a thin film made of a superconducting material such as Pb. The electric resistance of the superconducting thin film 13 suddenly disappears at cryogenic temperature and becomes zero, and the superconducting thin film 13 is completely diamagnetic due to the Meissner effect. Hereinafter, the temperature at which the electric resistance becomes 0 is referred to as a superconducting critical temperature Tc. The superconducting thin film 13 may be made of a superconducting material other than Pb, such as an In alloy.
[0016]
By cooling the optical fiber probe 1 below the superconducting critical temperature Tc, the superconducting thin film 13 formed on the protruding core 20a exhibits perfect diamagnetism based on the Meissner effect. If a magnetic field exists near the superconducting thin film 13 that has caused the Meissner effect, a large reaction force is applied to the entire optical fiber probe 1 on which the superconducting thin film 13 is formed. By detecting this reaction force by, for example, a shear force method or an AFM (Atomic Force Microscope) method, the magnetic force distribution of the sample can be measured with a resolution of the order of nanometers.
[0017]
The optical fiber probe 1 according to the first embodiment measures an evanescent light localized in a region smaller than the wavelength of light on the surface of the sample through the sharpened portion 12 to measure the shape of the sample. It is also possible to attach it to a field microscope. For example, evanescent light generated by irradiating the sample with light under the condition of total reflection is scattered and converted into propagation light. The converted propagating light is guided to the optical waveguide section 11 through the sharp section 12, and detected by a detector (not shown) connected to the other output end of the optical fiber. That is, according to the present invention, both scattering and detection can be performed with extremely high resolution by the optical fiber probe 1 provided with the sharpened portion 12.
[0018]
Further, the optical fiber probe 1 according to the first embodiment, when a magnetic field in a specific direction is applied to the superconducting thin film 13 described above, It is possible to make it easy for specific polarized light to enter from the sharp portion 12. For example, when a magnetic field in a specific direction is applied to the superconducting thin film 13, dextrorotatory circularly polarized light is more likely to enter from the sharpened portion 12 of the optical fiber probe 1 than leftwardly circularly polarized light. . Therefore, by forming the superconducting thin film 13 on the optical fiber probe 1 and applying a magnetic field to the superconducting thin film 13, it becomes possible to select the polarized light incident from the sharp portion 12.
[0019]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 shows an optical fiber probe 3 according to a second embodiment of the present invention. This optical fiber probe 3 is used in a superconducting quantum interference device (SQUID) microscope capable of capturing a change in a magnetic field with a resolution of several tens of nanometers, and as shown in FIG. 32, a superconducting coil section 33, a SQUID joint section 34, and an insulator 35.
[0020]
The optical waveguide section 31 is composed of an optical fiber in which a clad 41 is provided around a core 40. The core 40 and the clad 41 are each made of SiO 2 -based glass, and their structures are controlled by adding F, GeO 2 , B 2 O 3 or the like so that the refractive index of the clad 41 is lower than that of the core 40. .
[0021]
The sharp portion 32 is formed by sharpening the core 40 at one end of the optical waveguide 31. The protruding core 40a may be provided with a gradient such that it gradually tapers to the sharp portion 32 as shown in FIG.
[0022]
The superconducting coil portion 33 is made of a ring-shaped superconducting thin film with the protruding core 40a wound around the center, and for example, the protruding core 40a is formed so as to form a double coil as shown in FIG. Coated on top. The superconducting coil section 33 may be formed into a double coil shape by cutting the optical fiber probe 1 on which the above-described superconducting thin film 13 is formed by ion irradiation based on a focused ion beam. The superconducting coil section 33 is coated on the core 40a excluding the sharp section 32 in order to input and output light to and from the sample.
[0023]
The SQUID joint 34 is made of a superconducting thin film, and is coated on the protruding core 40 a so as to form a U-shape in a direction parallel to the winding direction of the superconducting coil 33. . The SQUID junction 34 may be formed into a U-shape by, for example, cutting the optical fiber probe 1 on which the above-described superconducting thin film 13 is formed by ion irradiation based on a focused ion beam. Incidentally, the U-shaped shape of the SQUID joint 34 is such that a part of a ring made of a superconducting thin film is cut off as shown in FIG. 2 (in other words, if it is not annular). Any shape may be used. The SQUID junction 34 is connected to an electric signal detector (not shown) for detecting an electric signal.
[0024]
The insulator 35 is sandwiched between U-shaped SQUID joints 34 and is made of an insulating material such as SiO 2 . That is, a so-called superconducting quantum interference device (SQUID) is constituted by the U-shaped SQUID junction 34 and the insulator 35 sandwiched between the SQUID junctions 34.
[0025]
Incidentally, the superconducting thin film used for the superconducting coil unit 33 and the SQUID junction unit 34 is a thin film coated with a superconducting material such as Pb, but is not limited to Pb. It may be coated. Further, these superconducting thin films to be coated exhibit complete diamagnetism based on the Meissner effect when cooled to a superconducting critical temperature Tc or lower. Therefore, when the optical fiber probe 3 is actually used, it is necessary to cool the optical fiber probe 3 to the superconducting critical temperature Tc or lower.
[0026]
As shown in FIG. 3, when a voltage Vc is externally applied to the SQUID composed of the SQUID junction 34 and the insulator 35, the current flowing through the SQUID junction 34 oscillates at a constant cycle. Incidentally, the period of this vibration is proportional to the magnetic flux density penetrating through the SQUID junction 34 made of a superconducting thin film. Therefore, by detecting the current flowing through the SQUID junction 34, the magnetic flux density penetrating the SQUID junction 34 can be identified. Therefore, since the magnetic flux penetrating the SQUID junction 34 is induced by the magnetic field based on the superconducting coil 33, the change in the magnetic field of the sample detected via the superconducting coil 33 can be detected with high accuracy.
[0027]
That is, the optical fiber probe 3 according to the second embodiment detects a change in the magnetic field of the sample through the sharp portion. The detected change in the magnetic field is transmitted to the SQUID junction 34 via the superconducting coil 33. The SQUID junction 34 to which the voltage Vc is applied can detect a change in the transmitted magnetic field in the cycle of the current oscillation and transmit this to a detection unit (not shown).
[0028]
Thus, the optical fiber probe 3 according to the second embodiment can more accurately detect the magnetic force distribution of the sample. Further, since the optical fiber probe 3 is disposed at the tip of the optical fiber having the clad 41 formed around the core 40, light is emitted from the sharp portion 32 of the core 40 to the sample, and the light is emitted based on the magneto-optical effect. Thus, the magnetic field excited on the sample surface can be detected.
[0029]
Furthermore, the spatial resolution of the entire optical fiber probe 3 can be further improved by reducing the size of the superconducting coil portion 33 provided on the core 30a protruding from the optical fiber probe 3. For example, in the superconducting coil unit 33, by reducing the size of the coil ring located below (close to the sample) to a diameter of several tens of nanometers, it is possible to perform magnetic field observation with a resolution of several tens of nanometers. Can be. Therefore, by reducing the size of the lower coil ring to a diameter of about 10 nm, it is possible to observe the magnetic field of the sample on the order of about 10 nm.
[0030]
Note that the first and second embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments. For example, the present invention is applicable to a probe that does not emit or emit light. As a result, the present invention can be applied to a case where only a magnetic field observation is performed without the need for a light excitation type observation in which the sample is irradiated with light. In such a case, a material made of, for example, an insulating material is used as an alternative to the optical fiber in which the claddings 21 and 41 are provided around the cores 20 and 40, and all other components are the same as those in the first embodiment or the second embodiment. The members and elements described in the above embodiments may be applied.
[0031]
【The invention's effect】
As described in detail above, the optical fiber probe according to the present invention coats the superconducting thin film in the vicinity of the sharp part, so that the magnetic force distribution in the vicinity of the superconducting thin film causing the Meissner effect can be resolved at a nanometer-level resolution. It becomes possible to detect with high sensitivity.
[0032]
Further, the optical fiber probe according to the present invention can also measure the shape of the sample by detecting evanescent light localized in a region smaller than the wavelength of light on the surface of the sample through the sharp portion.
[0033]
Further, since the optical fiber probe according to the present invention has a superconducting thin film formed at the tip, by applying a magnetic field to the superconducting thin film, it is possible to select polarized light incident from a sharp part. Become.
[0034]
Further, by reducing the size of the superconducting coil section 33 provided on the protruded core 30a of the optical fiber probe 3, it is possible to observe the magnetic field of the sample on the order of about 10 nm.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an optical fiber probe according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an optical fiber probe according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a magnetic circuit of a SQUID junction and an insulator.
[Explanation of symbols]
1,3 Optical fiber probe, 11,31 Optical waveguide, 12,32 Sharp, 20,40 core, 21,41 clad, 33 Superconducting coil, 34 SQUID joint, 35 Insulator

Claims (17)

コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端に上記コアを先鋭化することで形成された先鋭部を有し、かつ上記光ファイバを介して伝搬光を検出することにより試料の形状を測定する近接場光学顕微鏡に取り付け可能な光ファイバプローブにおいて、
上記コアは、上記試料に照射された光に基づいて励起された磁場を検出するための超伝導薄膜が上記先鋭部を除いて形成され、
上記先鋭部は、上記試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を散乱させるとともにこれを検出して上記伝搬光とすること
を特徴とする光ファイバプローブ。
One end of an optical fiber having a cladding provided around the core has a sharpened portion formed by sharpening the core, and measures the shape of the sample by detecting propagation light through the optical fiber. An optical fiber probe that can be attached to a near-field optical microscope
The core, a superconducting thin film for detecting a magnetic field excited based on the light applied to the sample is formed except for the sharp portion,
An optical fiber probe, wherein the sharp portion scatters evanescent light generated by irradiating the sample with light, and detects the scattered evanescent light to generate the propagation light.
上記先鋭部は、上記コアから伝搬された光を上記試料に照射すること
を特徴とする請求項1記載の光ファイバプローブ。
The optical fiber probe according to claim 1, wherein the sharp portion irradiates the sample with light propagated from the core.
上記超伝導薄膜は、特定方向の磁界が印加されてなること
を特徴とする請求項1記載の光ファイバプローブ。
The optical fiber probe according to claim 1, wherein a magnetic field in a specific direction is applied to the superconducting thin film.
上記超伝導薄膜は、超伝導臨界温度Tc以下まで冷却されてなること
を特徴とする請求項1記載の光ファイバプローブ。
2. An optical fiber probe according to claim 1, wherein said superconducting thin film is cooled to a superconducting critical temperature Tc or lower.
上記超伝導薄膜は、Pb合金であること
を特徴とする請求項1記載の光ファイバプローブ。
The optical fiber probe according to claim 1, wherein the superconducting thin film is a Pb alloy.
コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端に上記コアを先鋭化することで形成された先鋭部を有し、かつ磁場の変化を捉える超伝導量子干渉素子(SQUID)顕微鏡に取り付け可能な光ファイバプローブにおいて、
上記試料に照射された光に基づいて励起された磁場を検出する超伝導体が、上記コアを巻回中心として上記先鋭部にリング状に形成されてなる超伝導コイル部と、
コの字型の超伝導体が上記超伝導コイル部に並設されるように上記先鋭部に至るまでに先細となるように突出させたコア上に形成されてなり、上記超伝導コイル部により検出された磁場の変化を捉えるためのSQUID接合部と、
上記SQUID接合部より狭持された絶縁体とを備え、
上記先鋭部は、上記試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を散乱させるとともにこれを検出して上記伝搬光とすること
を特徴とする光ファイバプローブ。
At one end of an optical fiber having a cladding provided around a core, the optical fiber has a sharpened portion formed by sharpening the core and can be attached to a superconducting quantum interference device (SQUID) microscope that captures a change in a magnetic field. In an optical fiber probe,
A superconductor that detects a magnetic field excited based on light applied to the sample, a superconducting coil portion formed in a ring shape at the sharp portion with the core as a winding center,
The U-shaped superconductor is formed on a core protruding so as to be tapered until reaching the sharpened portion so as to be juxtaposed with the superconducting coil portion. A SQUID junction for capturing a change in the detected magnetic field;
An insulator sandwiched from the SQUID junction,
An optical fiber probe, wherein the sharp portion scatters evanescent light generated by irradiating the sample with light, and detects the scattered evanescent light to generate the propagation light.
上記先鋭部は、上記コアから伝搬された光を上記試料に照射すること
を特徴とする請求項6記載の光ファイバプローブ。
The optical fiber probe according to claim 6, wherein the sharp portion irradiates the sample with light propagated from the core.
上記超伝導薄膜は、超伝導臨界温度Tc以下まで冷却されてなること
を特徴とする請求項6記載の光ファイバプローブ。
7. The optical fiber probe according to claim 6, wherein said superconducting thin film is cooled to a superconducting critical temperature Tc or lower.
上記超伝導体は、Pbであること
を特徴とする請求項6記載の光ファイバプローブ。
The optical fiber probe according to claim 6, wherein the superconductor is Pb.
上記超伝導コイル部における超伝導体は、直径数十ナノメートルからなること を特徴とする請求項6記載の光ファイバプローブ。The optical fiber probe according to claim 6, wherein the superconductor in the superconducting coil portion has a diameter of several tens of nanometers. コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端に上記コアを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブにより伝搬光を検出して試料の形状を測定する測定方法において、
上記試料に照射された光に基づいて励起された磁場を、上記先鋭部を除いて形成された超伝導薄膜により検出する磁場検出ステップと、
上記試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を、上記光ファイバプローブの先鋭部により散乱させるとともにこれを検出して上記伝搬光とする光検出ステップとを有すること
を特徴とする測定方法。
In a measurement method for measuring the shape of a sample by detecting propagating light with an optical fiber probe having a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber provided with a clad around the core,
A magnetic field excited based on the light applied to the sample, a magnetic field detection step of detecting the superconducting thin film formed except for the sharp part,
A light detecting step of scattering the evanescent light generated by irradiating the sample with the sharpened portion of the optical fiber probe and detecting the scattered light to generate the propagation light.
上記先鋭部から上記光を照射する照射ステップをさらに有すること
を特徴とする請求項11記載の測定方法。
The measuring method according to claim 11, further comprising an irradiation step of irradiating the light from the sharpened portion.
上記磁場検出ステップでは、特定方向の磁界が印加されてなる超伝導薄膜により上記磁場を検出すること
を特徴とする請求項11記載の測定方法。
The method according to claim 11, wherein in the magnetic field detecting step, the magnetic field is detected by a superconducting thin film to which a magnetic field in a specific direction is applied.
少なくとも上記磁場検出ステップでは、上記光ファイバプローブを超伝導臨界温度Tc以下まで冷却させること
を特徴とする請求項11記載の測定方法。
12. The measuring method according to claim 11, wherein at least in the magnetic field detecting step, the optical fiber probe is cooled to a superconducting critical temperature Tc or lower.
コアの周囲にクラッドが設けられた光ファイバの一端に上記コアを先鋭化することで形成された先鋭部を有する光ファイバプローブにより伝搬光を検出して試料の形状を測定する測定方法において、
上記試料に照射された光に基づいて励起された磁場を、上記コアを巻回中心として上記先鋭部にリング状に形成されてなる超伝導体より構成される超伝導コイル部により検出する磁場検出ステップと、
コの字型の超伝導体が上記超伝導コイル部に並設されるように上記先鋭部に至るまでに先細となるように突出させたコア上に形成されてなるSQUID接合部と、上記SQUID接合部より狭持された絶縁体とからなる干渉素子により、上記超伝導コイル部により検出された磁場の変化を捉えるSQUID検出ステップと、
上記試料に光を照射することにより生じたエバネッセント光を、上記光ファイバプローブの先鋭部により散乱させるとともにこれを検出して上記伝搬光とする光検出ステップとを有すること
を特徴とする測定方法。
In a measurement method for measuring the shape of a sample by detecting propagating light with an optical fiber probe having a sharpened portion formed by sharpening the core at one end of an optical fiber provided with a clad around the core,
Magnetic field detection in which a magnetic field excited based on light irradiated on the sample is detected by a superconducting coil portion formed of a superconductor formed in a ring shape at the sharp portion with the core as a winding center. Steps and
A SQUID joining portion formed on a core formed by projecting so that a U-shaped superconductor is tapered to reach the sharpened portion so as to be juxtaposed with the superconducting coil portion; An SQUID detection step of capturing a change in a magnetic field detected by the superconducting coil unit by an interference element formed of an insulator sandwiched from a joint,
A light detecting step of scattering the evanescent light generated by irradiating the sample with the sharpened portion of the optical fiber probe and detecting the scattered light to generate the propagation light.
上記先鋭部から上記光を照射する照射ステップをさらに有すること
を特徴とする請求項15記載の測定方法。
The measuring method according to claim 15, further comprising an irradiation step of irradiating the light from the sharpened portion.
少なくとも上記磁場検出ステップでは、上記光ファイバプローブを超伝導臨界温度Tc以下まで冷却させること
を特徴とする請求項15記載の測定方法。
16. The method according to claim 15, wherein at least in the magnetic field detecting step, the optical fiber probe is cooled to a superconducting critical temperature Tc or lower.
JP2002201628A 2002-07-10 2002-07-10 Optical fiber probe, measurement method Expired - Lifetime JP3597181B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002201628A JP3597181B2 (en) 2002-07-10 2002-07-10 Optical fiber probe, measurement method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002201628A JP3597181B2 (en) 2002-07-10 2002-07-10 Optical fiber probe, measurement method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004045153A JP2004045153A (en) 2004-02-12
JP3597181B2 true JP3597181B2 (en) 2004-12-02

Family

ID=31708107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002201628A Expired - Lifetime JP3597181B2 (en) 2002-07-10 2002-07-10 Optical fiber probe, measurement method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3597181B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5017190B2 (en) * 2008-06-13 2012-09-05 日本電信電話株式会社 Fabrication method of near-field optical probe

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004045153A (en) 2004-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ohtsu Progress of high-resolution photon scanning tunneling microscopy due to a nanometric fiber probe
JP3262909B2 (en) Optical system
US8138756B2 (en) Microfiber magnetometer
CN111665374B (en) A quantum dot-based fiber optic probe and its detection system
KR100262878B1 (en) Near-field optical microscope and the measuring method
JP3439645B2 (en) Pickup for photon scanning tunneling microscope
Filipkowski et al. Magnetic field mapping along a NV-rich nanodiamond-doped fiber
Suman et al. In situ characterization of optical micro/nano fibers using scattering loss analysis
JP3597181B2 (en) Optical fiber probe, measurement method
Toda et al. High spatial resolution diagnostics of optical waveguides using a photon-scanning tunneling microscope
JP2006214942A (en) Optical fiber probe, photodetection device, and photodetection method
Thiery et al. Temperature profile measurements of near-field optical microscopy fiber tips by means of sub-micronic thermocouple
JP4553240B2 (en) Photodetection device and photodetection method
Fujii et al. Near-field fluorescence thermometry using highly efficient triple-tapered near-field optical fiber probe
JP3647818B2 (en) Near-field optical excitation squid microscope
Yuan et al. Direct imaging of transient interference in a single-mode waveguide using near-field scanning optical microscopy
Liu et al. Optical trapping force combining an optical fiber probe and an AFM metallic probe
Seto et al. Nanoscale optical thermometry using a time-correlated single-photon counting in an illumination-collection mode
Lapchuk et al. Near-field optical microscope working on TEM wave
CN102261954A (en) Method for measuring light intensity distribution of near field by using nanoparticle arrangement shape
Tománek et al. Hybrid STM/R-SNOM with novel probe
Huntington et al. Evanescent field characterisation of tapered optical fibre sensors in liquid environments using near field scanning optical microscopy and atomic force microscopy
JP2006038774A (en) Near-field light evaluation system
Otto et al. Predicting scattering scanning near-field optical microscopy of mass-produced plasmonic devices
Otto et al. Visualizing the bidirectional optical transfer function for near-field enhancement in waveguide coupled plasmonic transducers

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20031215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040309

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040506

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040831

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040907

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080917

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090917

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100917

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110917

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120917

Year of fee payment: 8