エバネッセント場による光の圧力を用いたマクロ浮上装置の開発

• Project/Area Number: 06750064
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied physics, general
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 中野 隆志 大阪府立大学, 工学部, 助手 (90254432)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1994: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 光の圧力 / エバネッセント場 / 光導波路 / マイクロマシン

Research Abstract

本研究では、エバネッセント場による光の圧力を用いたマクロ浮上装置の開発を目的として、光導波路を用いた装置を提案し、本方法の可能性を計算機シミュレーションによって検討した。また、その実験を試みた。
計算機シミュレーションは、マイクロ構造物として誘電体薄膜が光導波路上にギャップを挟んで存在する場合をモデルに行った。光導波路上の薄膜に働く光の圧力はマックスウェルの応力を使って求めた。マックスウェルの応力の計算に必要な電磁場分布は、薄膜も導波路と考え、モード結合理論を用いて計算した。その結果、導波路上の薄膜が受ける光の圧力は、導波路と薄膜の基準導波モードとギャップの組み合わせによって異なることがわかった。特に、薄膜が斥力を受けるのは、モード結合している導波路と薄膜の基準導波モードの伝播定数が近い場合であり、しかもギャップに制限があることがわかった。例として、レーザーのパワーが1mWで窒化シリコンの薄膜の場合を計算すると、斥力は1mm^2あたり10^<-6>N程度になり、厚さがサブμmで、数10μm四方の大きさの薄膜が、空気中で重力に逆らって導波路上に浮かぶ可能性があることがわかった。ただし、薄膜が導波路に近づきすぎると引力のみしか働かないため、基板から薄膜を持ち上げることは難しいことがわかった。
計算機シミュレーションの結果をもとに、CVD装置を用いて実験に用いる光導波路を製作し、実験を試みた。しかし、これまでのところ、本方法の有効性を実験でたしかめるには至らなかった。これは、実験に必要な導波路が予想以上に厚さの均一性が要求され、製作した光導波路では光を十分導波できていないためと考えている。
今後、導波路の製作法に工夫を加えてより均一な導波路を製作し、実験で提案した方法の有効性を確認する予定である。また、シミュレーションの結果については、現在、論文を投稿する準備を行っている。