微小球共振器をプローブとした走査型CRDS顕微システムによる極微細構造の分光診断

点击翻译按钮获取中文摘要

SNOM顕微鏡システムはその近接場の形成方法の違いから数種類に分類されるが、高分解能と試料の多様性を両立させることは難しい。しかし、我々が開発した共振球を介した微小突起を有する共振球プローブでは、上の2つの条件を両立させることが可能である。研究課題に沿ったプローブとして,極微小突起を有する微小共振球プローブの試作を行なった.一連の実験結果より,共振球以外からの散乱光を取り除く必要が生じたため、直径100μm程度の共振球は,シングルモードファイバの先端を炭酸ガスレーザーによる溶融,伸延して作製したスポーク付のガラス球とした.このスポーク部をガラス基板に接着し,共振球を基板表面に接触,保持した.これにより、基板と共振球との接着部からの散乱光を抑えることが出来た。また、この共振球表面への極微小突起の製作は,i線露光用のフォトレジストを球表面に塗布し,HeCdレーザーの集光スポットを用いて感光させることにより実現した.露光スポットサイズ,露光時間の制御により,1μm程度の微小突起を再現性良く作製できた。この突起からの散乱光が、照明用のTi:サファイアレーザーの波長をスキャンし,共振球内に光共振状態を作り出すことで観察されたことで,SNOM用プローブとしての動作が期待できた.共振球に共振が起こっているときだけ極微小突起からの散乱光が観測できるので,キャビティーリングダウン(CRDS)分光プローブとしての動作も十分期待できる.そこで,試作プローブの動作テストとして,市販のCDの表面に多数存在するピット(高さ100nm,幅500〜800nm,長さ870〜3180nm)の観察を行なった.その結果,ピット列が観察され,試作プローブの有効性が示せた.また,プローブの極微小突起周りをモデル化し,三次元境界要素法による電磁場伝搬解析をおこなった結果,微小突起からの散乱光強度が,試料を近接させることにより急激に増加する様子がシミュレートできた.このシミュレーション結果は,定性的に実験事実とも良く対応した.さらに,微小突起の形状,材質が,散乱光強度(プローブの共振状態)に非常に強く影響を及ぼすことがわかり,CRDS分光法の実現性が高まった.今後は,試料材質によりもっとも共振状態が影響を受けるようなプローブの最適設計を行ないながら,CRDSに用いた際の過渡現象をFDTD法などにより解析することで,目的とするプローブを開発し,CRDS顕微システムとして完成させる.