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

使用扫描 CRDS 显微镜系统（使用微球谐振器作为探针）进行超精细结构的光谱诊断

• 批准号: 11875014
• 负责人: 片岡 俊彦
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11875014/
• 关键词: 走査型近接場光学顕微鏡; エバネセント場; Tiサファイアレーザー; 微小共振球; 極微小突起; フォトレジスト; WGMモード; HeCdレーザー; SNOM; キャビティーリングダウン分光; 近接場局所分光

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.

SNOM micro-mirror system is characterized by high resolution energy and sample diversity. The resonance sphere is open to the outside world, and the resonance sphere is open to the outside world, and the resonance sphere is open to the outside world. The research topic is to try to make a small resonance ball along the small protrusion. The resonance sphere with a diameter of 100μm was dissolved at the tip of the resonance sphere, and the resonance sphere was extended to the surface of the resonance sphere. The resonance ball is in contact with the substrate surface and is maintained. The substrate is resonant and the connecting part is scattered. The surface of the resonance sphere is coated with a fine particle for light exposure, and the surface of the resonance sphere is coated with a fine particle for light collection. Light exposure time control, 1 μm level of micro-protrusions, good reproducibility control The wavelength of the light scattered by the protrusion and the light emitted by the SNOM is different from that of the light emitted by the SNOM. The resonance sphere resonates and starts to vibrate. The small dust bump scatters light. The measurement is very exciting. The CRDS spectrum is very exciting. In this case, try to make the motion of the film, the surface of the CD in the market is mostly present (high: 100nm, amplitude: 500 ~ 800nm, length: 870 ~ 3180nm). As a result of this, we will try to find out more about the nature of the game. The electromagnetic field analysis results of the three-dimensional boundary element method show that the scattered light intensity of the small protrusions is close to the sample. The results of this study are: qualitative, qualitative, and objective. In addition, the shape and material of the micro-protrusions have a strong influence on the scattered light intensity (resonance state), and the CRDS spectroscopy has a high performance. In the future, the optimum design of CRDS will be carried out due to the influence of sample material on resonance state, and the transition phenomenon between CRDS and application will be analyzed by FDTD method.

项目成果

中川 他: "微小共振球プローブを用いた走査型近接場光学顕微鏡の特性"1999年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集. P75 (1999)

Nakakawa等人：“使用微共振球形探针的扫描近场光学显微镜的特性”1999年日本精密工程学会秋季会议学术会议论文集P75（1999）。

Yasushi Oshikane et al.: "Scanning Near-field Optical Microscope with a Small Spherical Protrusion Probe Excited with WGM resonances (invited)"Special issue of Near Field Optics on Optical Memory and Neural Networks. vol.9,No.3. (2000)

Yasushi Oshikane 等人：“用 WGM 共振激发的小型球形突出探针扫描近场光学显微镜（特邀）”《近场光学光学记忆和神经网络》特刊。

片岡俊彦,押鐘寧: "近接場ナノフォトニクス入門(大津,河田編)"オプトロニクス社. 133(7) (2000)

Toshihiko Kataoka、Yasushi Oshikane：“近场纳米光子学导论（大津和川田编辑）” Optronics Co., Ltd. 133(7) (2000)

Yasushi Oshikane et al.: "A prototypical resonant microcavity probe for scanning near-field optical microscope"Proc.of 6th International Conference on Near Field Optics and Related Techniques (The Netherlands). 142-142 (2000)

Yasushi Oshikane 等人：“用于扫描近场光学显微镜的原型谐振微腔探针”第六届近场光学及相关技术国际会议（荷兰）的会议记录。

H.Nakagawa et al.: ""Development of a High Sensitive Probe fir Scanning Near-Field Optical Microscope with a Micro Cavity""Proc. of the 9th ICPE ( Osaka, Japan). 905-910 (1999)

H.Nakakawa 等人：“具有微腔的扫描近场光学显微镜的高灵敏度探头的开发”Proc。