Title
Three-dimensional CAD and simulation of near-field scanning
optical microscope by volume integral equation( 内容の要旨
(Summary) )
Author(s)
厳, 孟芸
Report No.(Doctoral
Degree)
博士(工学) 甲第228号
Issue Date
2004-03-25
Type
博士論文
Version
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/1949
※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。氏 名(本籍) 学 位 の 種 類 学位授与番号 学位授与日付 専 攻 学位論文題目 厳 孟 芸(中国) 博 士(工学) 甲第 228 号 平成16 年 3 月 25 日 電子情報システム工学専攻 Three-dimensionalCADandsimulationofnear-fieldscanningoptical microscope by volumeintegralequation (体積積分方程式による近接場走査型顕微鏡の三次元CADおよびシミュレーショ ン) 学位論文審査委員 (主査)教 授 田■ 中 嘉津夫 (副査)教 授 河 瀬 順 洋 教 授 岸 田 邦 治
論文内容の要旨
従来の光学顕微鏡では光の回折の影響から,光波長より′J､さい物体の像は観測できないという限界 がある.しかし近接場光学(NFO)技術の発展によって,光の回折に制限されない超高解像度を持つ 近接場走査型顕微鏡(Near一鮎1dScamingOpticalMicroscope:NSOM)等の設計が可能となり,多くの 研究者の注目を集めている.このような近接場光学回路設計において,これまでの光学理論の適用 が困難なため,シミュレーション技術及びコンピュータ支援設計(Computer-AidedDesign:CAD)ソフト の開発が重要な課題である.近接場光学シミュレーションについては,これまで多くの研究者により結 呆が報告されているが,多くは二次元シミュレーションである.3次元問題や比較的大きい物体,特に 金属物体についての報告はまだ少ない.本研究では,高速かつ高精度な解析方法を見つけ出し,三次元CADソフトの開発と金属物体も含めて近接場走査型顕微鏡のシミュレーションを行なった.
三次元シミュレーション手法については,大きく分類してFDTD(Finite-Diffbrence Time-Domain)法 と体積積分方程式法がある.体積積分方程式法は,遠方散乱界が精度よく得られ,結果の検証も容 易であることから,本研究では体積積分方程式法を利用した.離散化手法としてパルス関数･ポイントマッチング法を適用し,マトリクス方程式の解法としてGCR法(Generalized Conjugate Residual
method)を使用することにより,近接場光学三次元シミュレーションにおける大規模問題(未知数105 以上)を比較的小さな記憶容量で高速に解くCADソフトウェアを開発した. 近接場走査型顕微鏡のモデルとして,誘電体基盤上に置かれた微小物体の像形成過程について, 従来より大規模な問題を取り扱い,三次元シミュレーションによる出力像の基本的性質について調べ た.入射波として実際のNSOMで使われるエバネッセント波を考え,物体の近接場分布と遠方散乱電 力の出力像について調べた.誘電体と金属物体の違いや,物体の大きさ,入射光の性質,および基
盤の存在などによる解像特性への影響を調査し,近接場,入射偏光,および遠方散乱界の関係を詳
しく分析した.その結果以下の結果を得た.-77-近傍電界強度分布について: 誘電体の場合,p偏光,S偏光の場合も,近接場分布から約0.1波長の小さい物体形状を近傍電界強 度分布において認識することができる.p偏光の場合は明像であり,S偏光の場合は暗像である.金属 物体の場合は,P偏光の場合は大体明像でIS偏光の場合は部分的に暗像として見えるが,誘電体 の場合と比べると近傍電界強度分布は複雑であろ.大きさ約1波長の大きい物体の近接場布を求め たが,S偏光の場合入射電界に垂直な境界しか識別できない.近傍電界強度分布の解像度は観測 面と物体表面の距離に強く依存し,近接場コントラストは入射角に強く依存する.誘電体基盤は近接 場電界分布に与える影響は小さい. 遠方界から得られる出力像について: 誘電体の場合は,遠方出力像はブロープ中心の置かれる走査平面における近接場分布と近い特性 を持つ.p偏光の場合iま明像であり, s偏光の場合は暗像である.金属物体の場合は,遠方出力像と 近接場分布の関係は複雑である.遠方出力像のコントラストは解析で使うプローブ形状に影響され, ブロープの大きさにも強く依存する.遠方散乱断面積の散乱角度による遠方出力像への影響を調べ た.s偏光の場合は遠方出力像の性質はあまり変わらないが,p偏光の場合出力像の像特性は観測 角度に依存した.
