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JP3720173B2 - Evaluation device for micro-aperture probe - Google Patents
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JP3720173B2 - Evaluation device for micro-aperture probe - Google Patents

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JP3720173B2
JP3720173B2 JP26195897A JP26195897A JP3720173B2 JP 3720173 B2 JP3720173 B2 JP 3720173B2 JP 26195897 A JP26195897 A JP 26195897A JP 26195897 A JP26195897 A JP 26195897A JP 3720173 B2 JP3720173 B2 JP 3720173B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光学顕微鏡等に用いられる微小開口プローブの性能を評価する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
フォトン走査型トンネル顕微鏡等の近接場光学顕微鏡においては、エバネッセント光を発生させるために、光の波長よりも短い径の光通過開口を先端に有する微小開口プローブが用いられる。この微小開口プローブは多くの場合、光ファイバーの先端部をエッチングにより尖鋭化した後、そこに金属膜を蒸着し、次いで先端の金属膜を除去して開口とすることによって形成される。
【0003】
このような微小開口プローブにおいては、その開口形状によって光の伝搬ロスが異なり、それに応じて、該開口から発せられるエバネッセント波である近接場光の強度分布パターンも変化する。従来は、プローブ性能を検査するために、この開口形状を電子顕微鏡により観察する手法が用いられてきた。
【0004】
また、上記エバネッセント光の強度分布パターンは、プローブに入射する光の偏光状態とも対応があるので、プローブの使用に際してはこの対応関係を予め知って、最適な偏光状態を選ぶことが求められる。そうするためには、近接場光の強度分布パターンを実際に検出する必要があるが、従来は、別のプローブの走査によってこのパターンを検出するという方法が用いられてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記電子顕微鏡を用いる検査方法は破壊検査であるため、実際に使用する微小開口プローブの検査には使えないという問題がある。
【0006】
また上記別のプローブを走査させる方法は、測定に熟練を要しそして時間もかかるため、歩留まりが悪く、実用には不向きである。またこの方法においては、測定用のプローブが被測定プローブから出射する近接場光の強度分布パターンに影響を与えてしまうので、評価の信頼性が低いという問題も認められる。
【0007】
そこで本発明は、微小開口プローブの性能(より具体的には、そこから発せられる近接場光の強度分布パターン)や、入射光の最適な偏光状態等を正確かつ簡便に評価できる装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明による微小開口プローブの評価装置は、
光の波長よりも短い径の光通過開口を先端に有する微小開口プローブから発せられる近接場光の強度分布パターンを評価する装置において、
前記光通過開口の径よりも長い波長の評価用の光を発する光源と、
この光を微小開口プローブの基端、つまり開口の有る先端とは反対側の端部から入射させる入射光学系と、
微小開口プローブの先端から出射した伝搬光を受けて、この伝搬光の進行方向と交わる面内の強度分布パターンを撮像する撮像手段と、
撮像されたこの強度分布パターンを表示する表示手段とからなることを特徴とするものである。
【0009】
上記の構成において、より好ましくは、微小開口プローブの先端から出射した伝搬光を平行光化して撮像手段に入射させるコリメート光学系が設けられる。
【0010】
また、上記コリメート光学系には、平行光化された伝搬光の一部を分岐させ、この分岐された伝搬光を収束させて微小開口プローブ先端の像を結ばせる結像光学系が組み合わされるのが望ましい。
【0011】
また上記の構成において、より好ましくは、微小開口プローブに入射する光の偏光状態を制御する偏光制御手段や、あるいは微小開口プローブの先端から出射した伝搬光の偏光状態を検出する手段が設けられる。
【0012】
なお微小開口プローブの先端から出射する伝搬光は、強度が極めて低いので、上述の撮像手段としては特に高感度のもの、例えば冷却CCD撮像素子が用いられるのが望ましい。
【0013】
【発明の効果】
微小開口プローブの先端から出射する伝搬光と近接場光との間には、強度分布パターンの相関があることが知られている。この相関関係は、Bethe の計算式等の電磁解析によって求めることができる。また、近接場光学顕微鏡により近接場光の強度分布パターンを直接観察することも可能であるから、その観察パターンと伝搬光の強度分布パターンとを予め相関付けておくこともできる。
【0014】
そこで、上記構成を有する本発明の微小開口プローブの評価装置において、微小開口プローブの先端から出射した伝搬光の強度分布パターンを撮像、表示できれば、その表示パターンおよび予め求めておいた上記相関関係に基づいて近接場光の強度分布パターンを知り、プローブの性能を評価することができる。
【0015】
なお、前述したように、微小開口プローブの先端から出射した伝搬光をコリメート光学系により平行光化して撮像手段に入射させれば、伝搬光の強度分布パターンを直接観測することができる。
【0016】
また、上記コリメート光学系に、平行光化された伝搬光の一部を分岐させ、この分岐された伝搬光を収束させて微小開口プローブ先端の像を結ばせる結像光学系を組み合わせておけば、そこで結像された像を観察しながら焦点調節を行なうことにより、伝搬光を精度良く平行光化することができる。
【0017】
一方、微小開口プローブに入射する光の偏光状態を制御する偏光制御手段や、あるいは微小開口プローブの先端から出射した伝搬光の偏光状態を検出する手段が設けられていれば、伝搬光の(つまりは近接場光の)最適な強度分布パターンが得られる偏光状態を知ることもできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の第1の実施形態である微小開口プローブの評価装置を示すものである。
【0019】
このプローブ評価装置は、近接場光学顕微鏡等に用いられる微小開口プローブ10の性能を評価するためのものであり、評価用の光(レーザービーム)11を発するレーザー12と、発散光であるこのレーザービーム11を平行光化するコリメーターレンズ13と、平行光となったレーザービーム11を微小開口プローブ10の基端つまり図中の左端上で収束させる集光レンズ14と、これらのレンズ13と14との間に配設された偏光制御素子としてのλ/2板15とを有している。
【0020】
微小開口プローブ10は例えば光ファイバーからなり、尖鋭化された先端(図中の右端)に、光の波長よりも短い径の光通過開口を有する。上述のようにして該微小開口プローブ10の基端上で収束したレーザービーム11は、この基端からプローブ内に入射してそこを伝搬し、上記開口から発散光状態で出射する。
【0021】
このとき該開口からは、通常の伝搬光であるレーザービーム11とともに近接場光が発せられる。近接場光学顕微鏡等においては、この近接場光が試料の観察、分析、加工等のために用いられるが、プローブの評価に際してこの近接場光は直接的に利用されるものではない。
【0022】
プローブ開口から発散光状態で出射したレーザービーム(伝搬光)11が入射する位置には、このレーザービーム11を平行光化するコリメーターレンズ16が配されている。また、平行光化となったレーザービーム11が入射する位置には、冷却CCD撮像素子17が配されている。そしてこの冷却CCD撮像素子17とコリメーターレンズ16との間には、検光子18が配されている。冷却CCD撮像素子17が出力する画像信号Sは、例えばCRTからなる画像表示手段19に入力される。
【0023】
微小開口プローブ10を評価する際には、上述のようにして該プローブ10内にレーザービーム11が入射され、そのときプローブ10の微小開口から出射したレーザービーム(伝搬光)11が、冷却CCD撮像素子17に受光される。レーザービーム11は冷却CCD撮像素子17に対して、ビーム軸を受光面に対して垂直にして平行光状態で入射するので、冷却CCD撮像素子17によりこのレーザービーム11のビーム断面内強度分布パターンが大きく撮像される。この強度分布パターンを示す画像信号Sは画像表示手段19に入力され、そこにこのパターンが表示される。
【0024】
なお、プローブ開口から出射する伝搬光であるレーザービーム11は非常に微弱であるが、本例では撮像手段として極めて高感度の冷却CCD撮像素子17が用いられているので、この微弱なレーザービーム11の強度分布パターンを明瞭に撮像可能である。
【0025】
先に説明した通り、微小開口プローブ10の先端から出射する伝搬光と近接場光との間には、強度分布パターンの相関がある。そこで、予め求めておいたこの相関関係に基づけば、画像表示手段19に表示されたレーザービーム(伝搬光)11の強度分布パターンから近接場光の強度分布パターンを知り、プローブ10の性能を評価することができる。
【0026】
なお本実施形態においては、λ/2板15を回転させることにより、微小開口プローブ10に入射する前のレーザービーム11の直線偏光の向きを変化させ、またその偏光の向きを検光子18により確認しながら、微小開口から放射されたレーザービーム11の強度分布パターンを確認することができる。それにより、伝搬光の(つまりは近接場光の)最適な強度分布パターンが得られる偏光状態を知ることもできる。
【0027】
次に、図2を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態の装置は、図1のものと比べると基本的にコリメート光学系の部分が異なっているものであり、したがって図2では、このコリメート光学系以降の部分のみを示してある。また図2において、図1中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する(以下、同様)。
【0028】
この実施形態においてはコリメート光学系に、微小開口プローブ10の先端から出射してコリメーターレンズ16により平行光化されたレーザービーム11の一部を分岐させるビームスプリッタ21と、この分岐されたレーザービーム11を収束させて微小開口プローブ10の先端の像を結ばせる結像レンズ22とが組み合わされている。
【0029】
上記コリメーターレンズ16、ビームスプリッタ21、結像レンズ22、検光子18および冷却CCD撮像素子17を保持した鏡筒20の部分は図示しない駆動手段により、光軸方向Zおよびそれに直角な方向X、Yに移動自在とされている。また結像レンズ22は、レーザービーム11がそこに平行光状態で入射したときに微小開口プローブ10の先端の像を結ばせる。
【0030】
そこで装置操作者は、結像レンズ22が結ぶ像を観察しながら鏡筒20を3次元的に移動させ、微小開口プローブ10の先端の像が明瞭に観察される位置に鏡筒20を保持することにより、伝搬光であるレーザービーム11を必ず平行光状態で冷却CCD撮像素子17に入射させることができる。
【0031】
この第2の実施形態においても、第1の実施形態におけるのと同様に、冷却CCD撮像素子17から出力された画像信号Sに基づいて画像表示手段19に表示されたレーザービーム(伝搬光)11の強度分布パターンから近接場光の強度分布パターンを知り、プローブ10の性能を評価することができる。
【0032】
なお本実施形態では、冷却CCD撮像素子17から出力された画像信号Sが画像処理装置23に入力され、そこで所定の画像処理を施されてから画像表示手段19に入力される。
【0033】
次に、図3を参照して本発明の第3の実施形態について説明する。この第3の実施形態のプローブ評価装置は、近接場光学顕微鏡に組み込まれたものであり、長い光ファイバーからなる微小開口プローブ30を有する。この微小開口プローブ30は、可撓性を有する一般の光ファイバーと同様に扱える形態とされたもので、基本的な構成および作用は既に述べた微小開口プローブ10と同様である。
【0034】
また、検光子18を経たレーザービーム11の光路にはビームスプリッタ33が配され、伝搬光であるレーザービーム11はここで反射して、冷却CCD撮像素子17に導かれる。
【0035】
プローブ30の先端(図中の下端)からは、伝搬光であるレーザービーム11とともに、エバネッセント波である近接場光も発せられる。この近接場光中に試料31が置かれると、散乱光11Sが生じる。この散乱光11Sは集光レンズ34によって集光されて、光検出器35に導かれる。この光検出器35が出力する光検出信号S1は、コントローラー36に入力される。
【0036】
上記試料31は、試料台38上に保持されている。この試料台38は、例えばピエゾ素子等からなる試料台駆動手段37によりX、Y、Z方向に移動自在とされている。そこで、プローブ30に対してこの試料台38をX、Y方向に走査させ、そのときの散乱光11Sの強度を示す光検出信号S1を試料台位置の関数としてとらえれば、その関数はエバネッセント場の分布を示すものとなるので、この関数から試料31の形状、構造に示す情報を得ることができる。
【0037】
なお上記駆動手段37の作動は、コントローラー36によって制御される。また、プローブ30の光軸方向位置は位置検出装置32によって検出され、そこから出力される位置検出信号S2はコントローラー36に入力される。コントローラー36はこの位置検出信号S2に基づいて、試料台38の(つまり試料31の)Z方向位置を所望位置に設定するように駆動手段37の作動を制御する。
【0038】
この第3の実施形態においても、第1、2の実施形態におけるのと同様に、冷却CCD撮像素子17から出力された画像信号Sに基づいて画像表示手段19に表示されたレーザービーム(伝搬光)11の強度分布パターンから近接場光の強度分布パターンを知り、プローブ30の性能を評価することができる。
【0039】
なお本実施形態では、冷却CCD撮像素子17から出力された画像信号Sがコントローラー36に入力され、該コントローラー36に含まれる画像処理装置で所定の画像処理を施されてから画像表示手段19に入力される。
【0040】
そしてこの場合も、装置操作者は、結像レンズ22が結ぶ像を観察しながら鏡筒20を3次元的に移動させ、微小開口プローブ30の先端の像が明瞭に観察される位置に鏡筒20を保持することにより、伝搬光であるレーザービーム11を必ず平行光状態で冷却CCD撮像素子17に入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態である微小開口プローブの評価装置を示す側面図
【図2】本発明の第2の実施形態である微小開口プローブの評価装置を示す部分側面図
【図3】本発明の第3の実施形態である微小開口プローブの評価装置を示す側面図
【符号の説明】
10、30 微小開口プローブ
11 レーザービーム
12 レーザー
13、16 コリメーターレンズ
14、34 集光レンズ
15 λ/2板
17 冷却CCD撮像素子
18 検光子
19 画像表示手段
20 鏡筒
21、33 ビームスプリッタ
22 結像レンズ
23 画像処理装置
31 試料
32 位置検出装置
35 光検出器
36 コントローラー
37 試料台駆動手段
38 試料台
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for evaluating the performance of a minute aperture probe used in a near-field optical microscope or the like.
[0002]
[Prior art]
In a near-field optical microscope such as a photon scanning tunneling microscope, in order to generate evanescent light, a micro-aperture probe having a light passage opening with a diameter shorter than the wavelength of light at the tip is used. This micro-aperture probe is often formed by sharpening the tip of an optical fiber by etching, then depositing a metal film thereon, and then removing the metal film at the tip to form an opening.
[0003]
In such a micro-aperture probe, the propagation loss of light varies depending on the shape of the aperture, and the intensity distribution pattern of near-field light that is an evanescent wave emitted from the aperture changes accordingly. Conventionally, in order to inspect the probe performance, a technique of observing the opening shape with an electron microscope has been used.
[0004]
The intensity distribution pattern of the evanescent light also corresponds to the polarization state of the light incident on the probe. Therefore, when using the probe, it is required to know this correspondence in advance and select the optimum polarization state. In order to do so, it is necessary to actually detect the intensity distribution pattern of near-field light. Conventionally, a method of detecting this pattern by scanning with another probe has been used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the inspection method using the electron microscope is a destructive inspection, there is a problem that it cannot be used for inspection of a minute aperture probe that is actually used.
[0006]
In addition, the above-described method of scanning another probe requires skill and takes time, so that the yield is poor and is not suitable for practical use. In this method, since the measurement probe affects the intensity distribution pattern of the near-field light emitted from the probe to be measured, there is a problem that the reliability of the evaluation is low.
[0007]
Therefore, the present invention provides an apparatus that can accurately and easily evaluate the performance of a micro-aperture probe (more specifically, the intensity distribution pattern of near-field light emitted therefrom) and the optimal polarization state of incident light. For the purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An evaluation apparatus for a microscopic aperture probe according to the present invention includes:
In an apparatus for evaluating the intensity distribution pattern of near-field light emitted from a micro-aperture probe having a light passage opening having a diameter shorter than the wavelength of light at the tip,
A light source that emits light for evaluation having a wavelength longer than the diameter of the light passage opening;
An incident optical system that makes this light incident from the base end of the micro-aperture probe, that is, the end opposite to the tip having the aperture,
Imaging means for receiving propagation light emitted from the tip of the microscopic aperture probe and imaging an in-plane intensity distribution pattern intersecting the traveling direction of the propagation light;
It is characterized by comprising display means for displaying the imaged intensity distribution pattern.
[0009]
In the above configuration, more preferably, a collimating optical system is provided that collimates the propagating light emitted from the tip of the minute aperture probe and makes it incident on the imaging means.
[0010]
In addition, the collimating optical system is combined with an imaging optical system that branches a part of the collimated propagation light and converges the branched propagation light to form an image of the tip of the minute aperture probe. Is desirable.
[0011]
In the above configuration, more preferably, a polarization control means for controlling the polarization state of the light incident on the microscopic aperture probe or a means for detecting the polarization state of the propagating light emitted from the tip of the microscopic aperture probe is provided.
[0012]
Note that the propagation light emitted from the tip of the minute aperture probe has a very low intensity, so it is desirable to use a particularly high-sensitivity image sensor, for example, a cooled CCD image sensor.
[0013]
【The invention's effect】
It is known that there is a correlation of intensity distribution patterns between propagating light emitted from the tip of the minute aperture probe and near-field light. This correlation can be obtained by electromagnetic analysis such as Bethe's formula. Moreover, since it is possible to directly observe the intensity distribution pattern of near-field light with a near-field optical microscope, the observation pattern and the intensity distribution pattern of propagation light can be correlated in advance.
[0014]
Therefore, in the microaperture probe evaluation apparatus of the present invention having the above-described configuration, if the intensity distribution pattern of propagating light emitted from the tip of the microaperture probe can be imaged and displayed, the display pattern and the above-described correlation can be obtained. Based on this, it is possible to know the intensity distribution pattern of near-field light and evaluate the performance of the probe.
[0015]
As described above, if the propagating light emitted from the tip of the microscopic aperture probe is collimated by the collimating optical system and incident on the imaging means, the intensity distribution pattern of the propagating light can be directly observed.
[0016]
In addition, if the collimating optical system is combined with an imaging optical system that branches a part of the collimated propagation light and converges the branched propagation light to form an image of the tip of the minute aperture probe. By adjusting the focus while observing the image formed there, the propagation light can be collimated with high accuracy.
[0017]
On the other hand, if a polarization control means for controlling the polarization state of light incident on the microscopic aperture probe or a means for detecting the polarization state of propagating light emitted from the tip of the microscopic aperture probe is provided, It is also possible to know the polarization state at which an optimum intensity distribution pattern (for near-field light) is obtained.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a micro-aperture probe evaluation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
[0019]
This probe evaluation apparatus is for evaluating the performance of a micro-aperture probe 10 used in a near-field optical microscope and the like. A laser 12 that emits evaluation light (laser beam) 11 and a laser that is divergent light. A collimator lens 13 for collimating the beam 11; a condensing lens 14 for converging the laser beam 11 that has become collimated light on the proximal end of the micro-aperture probe 10, that is, the left end in the figure; and these lenses 13 and 14 And a λ / 2 plate 15 as a polarization control element disposed between the two.
[0020]
The micro-aperture probe 10 is made of, for example, an optical fiber, and has a light passage opening having a diameter shorter than the wavelength of light at a sharpened tip (right end in the drawing). The laser beam 11 converged on the proximal end of the minute aperture probe 10 as described above enters the probe from the proximal end, propagates there, and exits from the aperture in a divergent light state.
[0021]
At this time, near-field light is emitted from the opening together with the laser beam 11 which is normal propagation light. In a near-field optical microscope or the like, this near-field light is used for observation, analysis, processing, etc. of a sample, but this near-field light is not directly used for probe evaluation.
[0022]
A collimator lens 16 for collimating the laser beam 11 is disposed at a position where a laser beam (propagating light) 11 emitted in a divergent light state from the probe opening is incident. A cooled CCD image pickup device 17 is disposed at a position where the laser beam 11 having become parallel light is incident. An analyzer 18 is disposed between the cooled CCD image sensor 17 and the collimator lens 16. The image signal S output from the cooling CCD image sensor 17 is input to the image display means 19 made of, for example, a CRT.
[0023]
When the minute aperture probe 10 is evaluated, the laser beam 11 is incident on the probe 10 as described above, and the laser beam (propagating light) 11 emitted from the minute aperture of the probe 10 is then cooled by CCD imaging. Light is received by the element 17. Since the laser beam 11 is incident on the cooled CCD image sensor 17 in a parallel light state with the beam axis perpendicular to the light receiving surface, the cooled CCD image sensor 17 changes the intensity distribution pattern in the beam cross section of the laser beam 11. Large image is taken. The image signal S indicating this intensity distribution pattern is input to the image display means 19, where this pattern is displayed.
[0024]
Note that the laser beam 11 that is the propagating light emitted from the probe aperture is very weak. However, in this example, an extremely sensitive cooled CCD image sensor 17 is used as the imaging means. The intensity distribution pattern can be clearly imaged.
[0025]
As described above, there is an intensity distribution pattern correlation between the propagation light emitted from the tip of the microscopic aperture probe 10 and the near-field light. Therefore, based on this correlation obtained in advance, the intensity distribution pattern of the near-field light is known from the intensity distribution pattern of the laser beam (propagation light) 11 displayed on the image display means 19, and the performance of the probe 10 is evaluated. can do.
[0026]
In this embodiment, by rotating the λ / 2 plate 15, the direction of linearly polarized light of the laser beam 11 before entering the minute aperture probe 10 is changed, and the direction of the polarized light is confirmed by the analyzer 18. Meanwhile, the intensity distribution pattern of the laser beam 11 emitted from the minute aperture can be confirmed. Thereby, it is also possible to know the polarization state in which the optimum intensity distribution pattern of the propagation light (that is, the near-field light) can be obtained.
[0027]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The apparatus according to the second embodiment is basically different from the one shown in FIG. 1 in the collimating optical system. Therefore, only the part after the collimating optical system is shown in FIG. . In FIG. 2, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless otherwise necessary (the same applies hereinafter).
[0028]
In this embodiment, the collimating optical system includes a beam splitter 21 that branches a part of the laser beam 11 emitted from the tip of the minute aperture probe 10 and collimated by the collimator lens 16, and the branched laser beam. An image forming lens 22 for converging 11 and forming an image of the tip of the minute aperture probe 10 is combined.
[0029]
The collimator lens 16, the beam splitter 21, the imaging lens 22, the analyzer 18, and the part of the lens barrel 20 holding the cooled CCD image pickup device 17 are driven by a driving means (not shown) by an optical axis direction Z and a direction X perpendicular thereto. Y is movable. The imaging lens 22 forms an image of the tip of the microscopic aperture probe 10 when the laser beam 11 is incident thereon in a parallel light state.
[0030]
Therefore, the apparatus operator moves the lens barrel 20 three-dimensionally while observing the image formed by the imaging lens 22, and holds the lens barrel 20 at a position where the image of the tip of the minute aperture probe 10 can be clearly observed. As a result, the laser beam 11 as the propagating light can be incident on the cooled CCD image pickup device 17 in a parallel light state.
[0031]
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the laser beam (propagating light) 11 displayed on the image display means 19 based on the image signal S output from the cooled CCD image pickup device 17 is used. By knowing the intensity distribution pattern of the near-field light from the intensity distribution pattern, the performance of the probe 10 can be evaluated.
[0032]
In the present embodiment, the image signal S output from the cooled CCD image pickup device 17 is input to the image processing device 23, and is subjected to predetermined image processing there before being input to the image display means 19.
[0033]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The probe evaluation apparatus according to the third embodiment is incorporated in a near-field optical microscope and has a microscopic aperture probe 30 made of a long optical fiber. The micro aperture probe 30 is configured to be handled in the same manner as a general optical fiber having flexibility, and the basic configuration and operation are the same as those of the micro aperture probe 10 described above.
[0034]
A beam splitter 33 is disposed in the optical path of the laser beam 11 that has passed through the analyzer 18, and the laser beam 11, which is propagating light, is reflected here and guided to the cooled CCD image sensor 17.
[0035]
From the tip of the probe 30 (lower end in the drawing), near-field light that is an evanescent wave is emitted together with the laser beam 11 that is propagating light. When the sample 31 is placed in the near-field light, scattered light 11S is generated. The scattered light 11S is collected by a condenser lens 34 and guided to a photodetector 35. The light detection signal S1 output from the light detector 35 is input to the controller 36.
[0036]
The sample 31 is held on a sample table 38. The sample table 38 is movable in the X, Y, and Z directions by a sample table driving means 37 made of, for example, a piezo element. Thus, if the probe 30 is scanned in the X and Y directions with respect to the probe 30, and the light detection signal S1 indicating the intensity of the scattered light 11S at that time is taken as a function of the sample stage position, the function is the evanescent field. Since the distribution is shown, information indicating the shape and structure of the sample 31 can be obtained from this function.
[0037]
The operation of the driving means 37 is controlled by the controller 36. Further, the position of the probe 30 in the optical axis direction is detected by the position detection device 32, and the position detection signal S2 output therefrom is input to the controller 36. Based on the position detection signal S2, the controller 36 controls the operation of the driving means 37 so as to set the Z direction position of the sample stage 38 (that is, the sample 31) to a desired position.
[0038]
Also in the third embodiment, as in the first and second embodiments, the laser beam (propagating light) displayed on the image display means 19 based on the image signal S output from the cooled CCD image pickup device 17. ) The intensity distribution pattern of near-field light can be known from the 11 intensity distribution patterns, and the performance of the probe 30 can be evaluated.
[0039]
In the present embodiment, the image signal S output from the cooled CCD image sensor 17 is input to the controller 36, subjected to predetermined image processing by an image processing device included in the controller 36, and then input to the image display means 19. Is done.
[0040]
In this case as well, the apparatus operator moves the lens barrel 20 three-dimensionally while observing the image formed by the imaging lens 22 so that the image of the tip of the minute aperture probe 30 can be clearly observed. By holding 20, the laser beam 11 as propagating light can be incident on the cooled CCD image pickup device 17 in a parallel light state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a micro-aperture probe evaluation apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial side view showing a micro-aperture probe evaluation apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a side view showing a micro-aperture probe evaluation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
10, 30 Micro-aperture probe
11 Laser beam
12 laser
13, 16 Collimator lens
14, 34 Condensing lens
15 λ / 2 plate
17 Cooling CCD image sensor
18 Analyzer
19 Image display means
20 Lens tube
21, 33 Beam splitter
22 Imaging lens
23 Image processing device
31 samples
32 Position detector
35 photodetectors
36 controller
37 Sample stage drive means
38 Sample stage

Claims (6)

光の波長よりも短い径の光通過開口を先端に有する微小開口プローブから発せられる近接場光の強度分布パターンを評価する装置において、
前記光通過開口の径よりも長い波長の評価用の光を発する光源と、
この光を前記微小開口プローブの基端から入射させる入射光学系と、
前記微小開口プローブの先端から出射した伝搬光を受けて、この伝搬光の進行方向と交わる面内の強度分布パターンを撮像する撮像手段と、
撮像されたこの強度分布パターンを表示する表示手段とからなる微小開口プローブの評価装置。
In an apparatus for evaluating the intensity distribution pattern of near-field light emitted from a micro-aperture probe having a light passage opening having a diameter shorter than the wavelength of light at the tip,
A light source that emits light for evaluation having a wavelength longer than the diameter of the light passage opening;
An incident optical system for making this light incident from the base end of the microscopic aperture probe;
Imaging means for receiving propagation light emitted from the tip of the microscopic aperture probe and imaging an in-plane intensity distribution pattern intersecting the traveling direction of the propagation light;
A micro-aperture probe evaluation apparatus comprising display means for displaying the imaged intensity distribution pattern.
前記微小開口プローブの先端から出射した伝搬光を平行光化して前記撮像手段に入射させるコリメート光学系を有することを特徴とする請求項1記載の微小開口プローブの評価装置。  2. The micro-aperture probe evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a collimating optical system that collimates the propagating light emitted from the tip of the micro-aperture probe so as to enter the imaging unit. 前記コリメート光学系に、平行光化された伝搬光の一部を分岐させ、この分岐された伝搬光を収束させて微小開口プローブ先端の像を結ばせる結像光学系が組み合わされていることを特徴とする請求項記載の微小開口プローブの評価装置。The collimating optical system is combined with an imaging optical system that branches a part of the collimated propagation light and converges the branched propagation light to form an image of the tip of the microscopic aperture probe. The apparatus for evaluating a microscopic aperture probe according to claim 2, 前記微小開口プローブに入射する前記光の偏光状態を制御する偏光制御手段を有することを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の微小開口プローブの評価装置。  4. The micro-aperture probe evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a polarization control unit that controls a polarization state of the light incident on the micro-aperture probe. 5. 前記微小開口プローブの先端から出射した伝搬光の偏光状態を検出する手段を有することを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の微小開口プローブの評価装置。  5. The micro-aperture probe evaluation apparatus according to claim 1, further comprising a means for detecting a polarization state of propagating light emitted from a tip of the micro-aperture probe. 6. 前記撮像手段として、冷却CCD撮像素子が用いられていることを特徴とする請求項1から5いずれか1項記載の微小開口プローブの評価装置。  6. A micro-aperture probe evaluation apparatus according to claim 1, wherein a cooling CCD imaging device is used as the imaging means.
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