走査型近接場光学顕微鏡の概要と応用
近接場光学顕微鏡は、走査型電子顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡による低解像度や生物サンプルへの損傷など、従来の光学顕微鏡の欠点を克服できるため、特にバイオメディカル、ナノマテリアル、マイクロエレクトロニクスの研究分野でますます広く使用されるようになっています。
走査型近接場光学顕微鏡（SNIM）はSNOMの一分野であり、SNOM技術の赤外線分野への応用である。高解像度の情報を得るために、位置決め、走査、近接場検出に使用されるマイクロプローブはSNIMの非常に重要な部分である。マイクロプローブには多くの形態があり、大まかに小孔プローブと非孔プローブの2つのカテゴリに分類され、小孔プローブは多くの場合光ファイバープローブである。光ファイバープローブと測定対象サンプルの距離が一定の場合、光ファイバープローブの光通過孔のサイズと先端の円錐角の形状によって、SNIMの解像度、感度、伝送効率が決まります。しかし、SNIMやマイクロプローブ用の赤外線光ファイバーを作るのはより困難です。可視光帯域の光ファイバープローブの作成と比較すると、一方では中赤外線帯域（2.5〜25mm）に適した光ファイバーの種類が少なすぎます。 一方、既存の赤外線光ファイバーは比較的脆く、延性や柔軟性に劣り、化学的性質も理想的ではありません。光の減衰を減らすために、高品質の赤外線光ファイバープローブを作ることは困難です。
SNIMを研究している海外の機関では、日本の川田らが開発した球面プリズムプローブ、ドイツのフィッシャーらが開発した四面体プローブ、最近ではKNOLLらが半導体（シリコンなど）ポリマーを使った非多孔性散乱プローブなど、他の形態の光学プローブをプローブに採用しているところもあります。上記のマイクロプローブソリューションは、高度な製造技術と特殊な装置を必要とするため、当社には不可能です。また、当社のSNIM設計では反射モードを選択したため、最終的に光ファイバープローブソリューションを採用しました。
マイクロプローブの開発プロセスでは、2 つの側面を考慮する必要があります。一方では、光プローブの光通過開口部をできるだけ小さくする必要があります。他方では、光通過開口部を通過する光束をできるだけ小さくする必要があります。高い信号対雑音比を得るためには、光通過開口部を通過する光束を大きくする必要があります。光ファイバー プローブの場合、針の直径が小さいほど解像度は高くなりますが、光透過率は小さくなります。同時に、プローブの円錐の先端はできるだけ短くする必要があります。円錐の先端が長いほど、光はその波長よりも小さい導波路を通ってより遠くまで伝搬するため、光の減衰が大きくなるためです。したがって、光ファイバー プローブの製造で追求される目標は、針のサイズが小さく、先端が短い針を得ることです。
