ホッピング走査型ウィナー縞光学顕微鏡による複屈折分布と表面形状の同時観測

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本研究は、回折限界を超える分解能を持つ光学顕微鏡の一つである走査型ウィナー縞光学顕微鏡(SWOM)を改良して、試料表面形状と試料面光学情報を識別するホッピング走査方式超解像光学顕微鏡を開発することを目的とする。SWOMは、試料反射光を利用するので、検出光量は試料からの探針の位置情報を表している。しかし、試料面の反射率変化によっても同様な応答を示すため、試料の表面形状と反射率分布あるいは偏光状態を識別できない欠点がある。そこで、ウィナー縞が振幅と位相の二つの情報を持つ正弦波であることに着目して、観測点でのZ方向位置に対するウィナー縞信号を周波数解析することによって、反射率分布と表面形状を識別するホッピングSWOMを開発した。ホッピング走査とは、ファイバー探針を試料面からある一定の距離に設定して、それからZ軸にそって試料に接近および後退させながらウィナー縞信号を取得し、次に、探針を面内走査させて次のデータ点に移動させ同様に接近後退させて走査する方法である。このようにして試料全面をホッピング走査して各点でのウィナー縞信号を検出する。検出したウィナー縞から、その振幅と初期位相を求めるために、高速フーリエ変換によって振幅および初期位相を計算する。以上の走査方法にもとづくホッピングSWOMを試作した。装置構成は、従来のSWOMとほぼ同等である。ただし、ロックインアンプ出力は、Z軸PZTにフィードバックせず、直接AD変換されてパーソナルコンピュータPCに取り込まれる。また、Z軸PZTにはPCからホッピング走査のための走査電圧がDA変換器を通して印加される。製作した装置を用いて、クロム薄膜細線、ラッテクス微小球、および液晶ラビング配向膜を観測し、ホッピング走査型ウィナー縞光学顕微鏡におけるホッピング走査の有効性を確認した。