高誘電率ナノ結晶化ガラスファイバーを利用した薪規高分解能近接場光プローブの開発

使用高介电常数纳米晶玻璃纤维开发高分辨率近场光学探头

基本信息

批准号：
18656190
负责人：
小松高行
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、申請者の開発した高誘電率透明ナノ結晶化ガラスを利用して、エッチングおよび金属コーティング技術を確立し、高分解能を有する新規な近接場光ファイバープローブを作製することを目的とする。高誘電率のガラスファイバーあるいはナノ結晶化ファイバーを利用して新規な近接場光ファイバープローブを作製しようとする試みはこれまで全く報告されていない。今年度に得られた結果を以下に示す。40BaO-20TiO_2-40SiO_2組成のガラス(BTSと呼称)および25K_2O-25Nb_2O_5-xSiO_2-(50-x)GeO_2組成のガラス(KNSG)について、昨年度に引き続き融液からの引き上げ法により、直径が100〜200μmのガラスファイバーを作製した。電気炉を用いてナノ結晶化ファイバーを作製した後、メニスカスエッチング法によりファイバー先端の先鋭化を行い、エッチング条件と先端形状との相関を調べ、最適なエッチング条件を明らかにした。ナノ結晶化ガラスファイバーの近接場光プローブとしての高機能化を目指し、Ba_2TiSi_2O_8ナノ結晶中への希土類イオンの固溶を試みた。40BaO-20TiO_2-40SiO_2-0.5RE_2O_3(RE:Eu, Nd, Er, Dy)ガラスの結晶化による、希土類イオンがBa_2TiSi_2O_8ナノ結晶中に固溶することを、蛍光スペクトル、X線回折、Judd-Oflt解析等から明らかにした。光非線形Ba_2TiSi_2O_8ナノ結晶中の希土類イオンの配位環境の非対称性が大きいことから、発光強度が大きくなり、プローブとしてもナノ結晶を利用する優位性が明らかになった。特に、Dy^<3+>イオンの場合は、ナノ結晶中で極めて大きな発光効率を示すことを見出した。

本研究的目的是利用申请人开发的高介电常数透明纳米晶玻璃建立蚀刻和金属涂层技术，并制造一种新型的高分辨率近场光纤探头。迄今为止，尚未尝试使用高介电常数玻璃纤维或纳米晶纤维来制造新型近场光纤探头。今年获得的结果如下所示。延续去年，成分为40BaO-20TiO_2-40SiO_2（简称BTS）的玻璃和成分为25K_2O-25Nb_2O_5-xSiO_2-(50-x)GeO_2（KNSG）的玻璃在100~200μm直径采用拉制玻璃纤维的方法制成。使用电炉生产纳米晶纤维后，使用弯液面蚀刻法对纤维尖端进行锐化，并研究蚀刻条件和尖端形状之间的相关性，以明确最佳蚀刻条件。为了提高纳米晶玻璃纤维作为近场光学探针的功能，我们尝试将稀土离子固溶在Ba_2TiSi_2O_8纳米晶中。荧光光谱、X射线衍射和Judd-Oflt分析表明,由于40BaO-20TiO_2-40SiO_2-0.5RE_2O_3(RE:Eu,Nd,Er,Dy)玻璃晶化,稀土离子溶解在Ba_2TiSi_2O_8纳米晶中。从等处透露出来光学非线性Ba_2TiSi_2O_8纳米晶中稀土离子配位环境的巨大不对称性增加了发射强度，揭示了使用纳米晶作为探针的优势。特别地，我们发现Dy^3+离子在纳米晶体中表现出极高的发光效率。