ナノ光ファイバを用いた蛍光性ナノ粒子の一粒子計測
Efficient Fluorescence Collection of Single Nanoparticles using Optical Nanofibers
蛍光性ナノ粒子の一粒子検出技術は，量子情報通信やセンシング応用にとって極めて重要である。一粒子からの蛍光は微弱なため，検出の高感度化が求められる。さらに通信においては既存光ファイバ網の利用，センシングにおいては小型化・汎用化に向けたファイバデバイス化などの実用化の観点から，ナノ粒子からの蛍光を効率よく光ファイバに結合する事も重要となる。本研究ではナノ光ファイバという直径300 nmの極細光ファイバをセンサとして用いたファイバ型蛍光検出デバイスの開発を行った。このデバイスを用いて蛍光性ナノ粒子の一粒子検出を行った結果，従来の顕微鏡を利用した手法に比べて十倍近い性能の向上を実現した。
Efficient detection of single fluorescent nanoparticles is of fundamental importance in various applications such as quantum information and sensing. The detected fluorescence further needs to be coupled into optical fibers for exploiting existing fiber technology. We have realized an efficient fiber-based fluorescence collection method using ultrathin silica nanofibers. The nanofibers are low-loss tapered fibers having diameters of about 300 nm and can efficiently collect fluorescence of surfacead sorbed nanoparticles. The fluorescence is finally output from the standard single-mode-fiber ends. Our study recorded near 20% fiber-coupling efficiency of fluorescence from single nano-particles, which is about 10 times more efficient than a conventional fluorescence collection method that uses a confocal fluorescence microscope.