NSOM 제작 노트 #1 - 팁에 대하여

먼저 이 글에선 NSOM 의 기본적인 이론에 대한 설명은 생략합니다.
NSOM 은 여러 가지 형태로 만들 수 있습니다.
그 중 가장 전형적인 형태는 포인트 소스 혹은 포인트 디텍터로써의 사용입니다.
포톤 터널링을 하지 않는 이상, 이러한 포인트 소스 또는 포인터 디텍터로써
nsom을 구현하기 위해서는 먼저 아퍼쳐가 매우 작은 팁이 필요합니다.

파장 이하의 사이즈의 스트럭쳐를 보기 위해는 마찬가지로 파장 이하 사이즈의 구멍이 난 팁이 필요한데, 이를 제작하는 일반적인 방법은 보통 광파이버의 클래딩을 벗기고 코어 부분을 뽀족하게 한 후에 알루미늄이나 금 혹은 은 등으로 코팅을 한 후에 FIB(포커싱된 이온빔) 등의 장비를 이용해서 100nm 가량의 구멍을 뚫습니다.

 여기서 끝이 매우 뽀족한 팁을 taperd tip 이라고 부릅니다. 이러한 팁을 만드는 방법은 두 가지가 있습니다.

 하나는 케미컬 에칭의 방법이며, 하나는 CO2 레이저를 쏘이며 양 옆으로 당기는 방법이다. 전자는 불산을 이용하기 팁을 에칭하기 때문에, 일반적으로 웨트 스테이션이 없는 랩의 경우에는 쉽게 만들 수  없고, 이렇게 만들어진 팁을 구매를 해야 한다. 후자는 서울대학교 물리학과 제원호 교수님의 방에 장비가 있기 때문에, 부탁을 하여 직접 만들 수 있습니다. 제대로 만들어진 팁은 그 끝이 100nm 정도로 얇게 떨어집니다. 이 때 레이저의 세기와 양 옆으로 당기는 세기(속도) 등은 기울기를 결정짓습니다. 기울기가 너무 가파르면 안되며 그 이유는 빛이 파이버로 커플링된 후에 도파로를 지나는 동안에 손실이 커지기 때문입니다.

 이렇게 만들어진 팁은 스퍼터 등의 장비를 통해서 은 박막을 올립니다. 팁 둘레로 균일하게 올리기 위해서 디포짓을 하는 동안 팁을 뱅글 뱅글 돌려줘야 합니다.
 스퍼터가 없는 경우 이빔 증착기나 써멀 증착도 가능합니다.

 red 쪽에서 은의 광학적 특성이 좋기 때문에 대게 은으로 코팅을 합니다.

이렇게 늘여진 파이버를 끝을 코팅하는 이유는 sub-wavelength 의 aperture를 만들기 위함입니다. 빛을 원하는 부분으로만 들어오도록 하기 위함이죠.

따라서 이렇게 코팅된 팁에 구멍을 뚫어줘야 합니다. 100nm 정도의 3차원 물체에 구멍을 뚫는 방법은 딱히 FIB 말고는 생각나지 않네요. 서울대학교 이병호 교수님 연구실에 fib 장비가 있습니다.