高効率近接場光源の開発と応用

高效近场光源的开发与应用

基本信息

批准号：
12131201
负责人：
小野崇人
金额：
$ 14.78万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

近接場光学顕微鏡は、光の波動性による回折限界を越えて光の波長以下の分解能を得ることができる顕微鏡である。この近接場顕微鏡の技術は高分解能の顕微鏡としてだけではなく、ナノ加工技術や将来の高密度光メモリーへと発展する可能性を秘めていることから活発に研究が行われている。近接場光学顕微鏡では、先端に微小開口を形成した光ファイバープローブがよく用いられるが、光がそのプローブ先端で光の波長よりも狭い径の領域を通り抜け微小開口に達するまでにかなりの損失があり光の利用効率が低いという問題がある。特に高分解能を得るために微小開口の寸法を小さくするとその損失は大きくなり、近接場顕微鏡の感度やSN比の悪さが顕著になる。また近接場技術以外に、この技術を様々な技術に展開するための要素技術の開発も併せて行なった。これまで開発した近接場光プローブの効率を更に上げるとともに、個々のプローブ自体にアクチュエーターを内蔵し、光スイッチング機能を持たせた。作製した構造は近接場光の生成効率を上げるために、先端がBow-Tieアンテナの形状を持っている。この構造は、2枚の金属が対向して配置してある構造を持ち、ギャップを20nm以下に小さくすると、極端に近接場強度が大きくできることが予測されている。また、光スイッチング機能をプローブに持たせることで、よりプローブの集積化が容易になった。プローブのアレイを同時に動かして記録動作させるためには、面発光レーザーのアレイ構造のようなものと組み合わせる必要があるが、集積化は必ずしも容易ではなかった。光源の数を減らし個々のプローブで光をスイッチングすることで、より小型、集積化が可能になった。更に、光スイッチング機能は、将来の光回路などの超小型スイッチとしても応用が利用できると考えられる。本プローブを作製し評価を行うと共に、光顕微鏡としての性能を評価した。また、走査型プローブ顕微鏡を利用したリソグラフィーにより表面プラズモン導波路を形成し、光源と近接場プローブとのカップリング効率の向上を図った。

近场光学显微镜是一个显微镜，可以在光的波长以下获得分辨率，超过了由于光的振动特性而导致的衍射极限。这项近场技术正在积极研究，因为它不仅是高分辨率显微镜，而且有可能发展为纳米加工技术和未来的高密度光学记忆。在近场光学显微镜中，经常使用在尖端形成微观的光纤探针，但是存在一个问题，即光在穿过直径小于探头尖端波长的区域之前明显丢失，并达到微型开放的光线，从而达到了光利用率的低效率。特别是，如果减小小孔的大小以获得高分辨率，损失增加，并且近场显微镜的灵敏度和信噪比变得明显。除了近场技术外，我们还开发了元素技术，以将该技术部署到各种技术中。到目前为止开发的近场光学探针的效率得到了进一步提高，每个探针本身都内置了一个执行器，提供了光学切换功能。制造的结构在其尖端上具有弓形天线的形状，以提高产生近场光的效率。该结构具有一个结构，其中两种金属相互排列，并且可以预测，如果隙减小到20 nm或更少，则近场强度可能非常大。此外，通过为探针提供光学切换函数，整合探针更容易。为了同时移动探针的数组并进行记录操作，有必要将它们与表面发射激光器的数组结构结合在一起，但是集成并不总是容易的。通过减少光源的数量和单个探针切换光的数量，可以使其更小，更集成。此外，光学开关函数被认为可作为未来光电电路的超紧凑开关。该探针是制造和评估的，并评估了其作为光学显微镜的性能。此外，使用扫描探针显微镜通过光刻形成表面等离子体波导，并提高了光源和近场探针之间的耦合效率。