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Research on silica microdisk toward organic-inorganic nanohybrid optical resonator

Research Project

Project/Area Number 18K14149
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Yoshioka Hiroaki  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (20706882)

Project Period (FY) 2020-03-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords微小光共振器 / レーザー / インクジェット / 微小光共振 / 微小共振器 / 色素レーザー
Outline of Research at the Start

マイクロディスク光共振器は、数十~数百μm程度の直径を有する微小光共振器の一種で、円周方向に光が安定して伝搬するWGMs (whispering-gallery modes)を形成することから高いQ値をもち、集積光学、光信号処理、高感度バイオセンサーなど関連する研究が盛んである。その作製について、熱的プロセスを用いる手法では単一材料限定で有機・無機双方で達成されているが、常温プロセスの手法では有機系のみしか達成されておらず、「無機かつ常温」の領域は未踏である。本研究では、無機マイクロディスクの常温作製という学術的課題を有機で実績のあるインクジェット印刷法を用いて作製できる基礎技術を確立する。

Outline of Final Research Achievements

Optical microdisk cavities, which are about the same size as hair, are important advanced optical technologies used in optical integrated circuits, high-sensitivity biosensors, and so on. This microdisk cavity is manufactured by the same method as the semiconductor process. On the other hand, the principal investigator has proposed a unique technique for printing with inkjet technology, although it is limited to organic materials. In this research, we aimed to produce inorganic microdisks at room temperature, which had been challenging until now, and conducted elemental research on printing of nanosilica microdisks as a hybrid type of organic and inorganic materials. As a result, we have made it possible to print fine silica microdisks and succeeded in making laser devices using dyes.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究における有機無機ナノハイブリッドのシリカマイクロディスク光共振器のインクジェット技術による常温作製の成功は、これまで挑戦的であった無機マイクロディスクの常温作製という学術的課題の解決の糸口となる。加えて、本研究成果は無機のナノ粒子を常温でマイクロディスク形状に凝集させる独自の技術であるため、インクの段階で生体由来の分子との共用が可能であったり、凝集体の隙間であるナノポーラスに物質を捕捉したりと、マイクロ光共振器に新しい機能を付加することができる。つまり、次世代のバイオセンサーや環境モニターといった社会的意義の大きい応用展開が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (29 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (23 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 5 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Polarization-dependent refractive index analysis for nanoporous microcavities by ray tracing of a propagating electromagnetic field2021

    • Author(s)
      Mikami Yuya、Yoshioka Hiroaki、Obata Nasim、Han Sangmin、Oki Yuji
    • Journal Title

      Optical Materials Express

      Volume: 11 Issue: 9 Pages: 2924-2924

    • DOI

      10.1364/ome.434394

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fully room temperature and label free biosensing based on an ink-jet printed polymer microdisk laser2021

    • Author(s)
      Abdul Nasir, Yuaya Mikami, Rui Yatabe, Hiroaki Yoshioka, Nilesh Vasa, Yuji Oki
    • Journal Title

      Optical Materials Express

      Volume: 11 Issue: 3 Pages: 592-602

    • DOI

      10.1364/ome.415000

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ink-jet printed, blended polymer-based microdisk resonators for controlling non-specific adsorption of biomolecules2021

    • Author(s)
      Abdul Nasir, Rui Yatabe, Yuya Mikami, Hiroki Yoshioka, Nilesh Vasa, Yuji Oki
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 46 Issue: 2 Pages: 262-265

    • DOI

      10.1364/ol.412993

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 印刷技法によるナノポーラスシリカ膜へのインフィル型光微小共振器の形成2022

    • Author(s)
      小幡ナシム、吉岡宏晃
    • Organizer
      第5回CRESTチーム内ワークショップ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] インクジェットプリンタと同様に印刷可能な抗原抗体検査向け光センサー2021

    • Author(s)
      興雄司
    • Organizer
      山形大学インクジェット開発センター、インクジェット研究会YU-IJWS、2021年度第2回セミナー
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] DFBマイクロリングレーザーに向けたSi3N4回折格子構造の作製と評価2021

    • Author(s)
      三上裕也、吉岡宏晃
    • Organizer
      第2回CRESTチーム内ワークショップ
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 光ファイバー結合型高分解スペクトル計測セットアップの構築2021

    • Author(s)
      小幡ナシム、吉岡宏晃
    • Organizer
      第3回CRESTチーム内ワークショップ
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Direct printing of Microdisk into High Transparency Nanoporous SiO2 Film2021

    • Author(s)
      Nasim Obata、Yuya Mikami、Hiroaki Yoshioka、Yuji Oki
    • Organizer
      The 74th Joint Conference of Electrical, Electronics and Information Engineers in Kyushu, International Session
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] プリンタブル有機微小光共振器の最新動向2021

    • Author(s)
      吉岡宏晃
    • Organizer
      一般社団法人レーザー学会、第28回レーザー夏の学校
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 光集積回路への実装に向けた有機マイクロディスク光共振器の作製手法の検討2021

    • Author(s)
      平本航太、吉岡宏晃
    • Organizer
      第4回CRESTチーム内ワークショップ
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 材料混合による屈折率変調を志向したプリンタブル有機無機ハイブリッドマイクロディスクの作製に関する検討2021

    • Author(s)
      冨重紀貴、小幡ナシム、三上裕也、吉岡宏晃、興雄司
    • Organizer
      2021年(令和3年度)応用物理学会九州支部学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 黄色波長域でのレーザー発振を志向したプリンタブル有機マイクロディスクの作製検討2021

    • Author(s)
      下村小太郎、Abdul Nasir、吉岡宏晃、興雄司
    • Organizer
      2021年(令和3年度)応用物理学会九州支部学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] プリンタブル有機マイクロディスクレーザーの波長500nm帯における発振波長域の拡張2021

    • Author(s)
      下村小太郎、アブドゥルナシル、吉岡宏晃、興雄司
    • Organizer
      レーザー学会第560回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」、有機コヒーレントフォトニクス学生講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 光集積回路への有機マイクロディスク光共振器の実装に向けた印刷技法の検討2021

    • Author(s)
      平本航太、小幡ナシム、三上裕也、吉岡宏晃、興雄司
    • Organizer
      レーザー学会第560回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」、有機コヒーレントフォトニクス学生講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノポーラスSiO2膜への光学構造直接印刷2021

    • Author(s)
      小幡ナシム、三上 裕也、吉岡宏晃、興雄司
    • Organizer
      レーザー学会第560回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」、有機コヒーレントフォトニクス学生講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Surface charge control of microdisk lasers for minimizing the non-specific adsorption of biomolecules2021

    • Author(s)
      Abdul Nasir, Yuya Mikami, Hiroaki Yoshioka, Yuji Oki
    • Organizer
      レーザー学会第560回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 偏光依存性を導入したナノポーラスマイクロキャビティの新しい屈折率モデルの開発2021

    • Author(s)
      三上裕也、吉岡宏晃、小幡ナシム、韓尚旻、興雄司
    • Organizer
      レーザー学会第560回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 精密オンデマンドプロセスによる印刷有機マイクロレーザー2021

    • Author(s)
      吉岡 宏晃, 興 雄司
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第41回年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 高透明ナノポーラスSiO2膜への光導波路直接印刷2021

    • Author(s)
      小幡 ナシム, 三上 裕也, 吉岡 宏晃, 興 雄司
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第41回年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] プリンタブル有機トポロジカル光共振器 ~ハイブリッドナノフォトニスによる高度集積~2020

    • Author(s)
      吉岡 宏晃
    • Organizer
      筑波大学物質科学セミナー
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      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Fully room temperature bio-sensing using active microdisk fabricated by ink-jet printing method2020

    • Author(s)
      Abdul Nasir, Yuya Mikami, Taku Takagishi, Rui Yatabe, Hiroaki Yoshioka, Nilesh J. Vasa, Yuji Oki
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optic
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Additive fabrication of silica 3D structure for WGM optical micro cavities2019

    • Author(s)
      Hiroaki Yoshioka, Yuya Mikami, Taku Takagishi, Naoya Nishimura, and Yuji Oki
    • Organizer
      6th Korea-Japan Joint Symposium on Advanced Solar Cells 2019 - 3rd International Symposium on Energy Research and Application
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] シリカナノ粒子を用いた有機・無機ハイブリッド型のマイクロディスク光共振器によるレーザー発振2018

    • Author(s)
      吉岡 宏晃, 三上 裕也, 髙岸 拓, 西村 直也, 興 雄司
    • Organizer
      レーザー学会第528回研究会「有機固体レーザー」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Lasing from Printable Organic-inorganic Microdisk Cavity with Mixed Doping of Laser Dye and ZnO2018

    • Author(s)
      Hiroaki Yoshioka, Shintaro Mitsui, and Yuji Oki
    • Organizer
      44th European Conference on Optical Communication (ECOC 2018)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シリカゾルインクによるマイクロディスクキャビティの印刷作製法の検討2018

    • Author(s)
      韓 尚旻, 三上 裕也, 吉岡 宏晃, 興 雄司
    • Organizer
      平成30年度(第71回)電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Highly Transparent Organic Microdisk Cavity in Visible Range by the Ink-jet Printing Method2018

    • Author(s)
      Taku Takagishi, Hiroaki Yoshioka, Shintaro Mitsui, Yuya Mikami, Naoya Nishimura, and Yuji Oki
    • Organizer
      Conference on Lasers and Electro-Optics 2018 (CLEO:2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 九州大学興研究室

    • URL

      http://laserlab.ed.kyushu-u.ac.jp

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] Hiroaki YOSHIOKA .net

    • URL

      https://hiroaki-yoshioka.net/

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      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 九州大学興研究室

    • URL

      https://www.facebook.com/micronanolaserdev/

    • Related Report
      2020 Research-status Report 2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2023-01-30  

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