屈折率デザイン可能なシリカマイクロディスクレーザーの開発
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20J12903
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
三上 裕也 九州大学, システム情報科学府, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 屈折率 / マイクロディスク / ナノ粒子 / 有効媒質近似 / 実効屈折率 / 低屈折率 / マイクロキャビティ / レーザー |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、ナノメートルサイズの空孔を持つポーラス構造について、空孔率を制御することによって屈折率をデザインすることが可能な、無機三次元ポーラス構造を構築する為の要素技術を研究・開発する。空孔率を制御する手法として、サイズ、形状の異なるナノシリカの混合や構造安定化の為の連結剤（接着剤）の混合、空孔への有機溶媒やシロキサンオイルの含浸、深紫外光照射によるシロキサン構造のシリカ化、ナノ粒子導入の4つの手法を検討する。屈折率の測定には、マイクロディスク構造を作製してその光励起レーザー発振実験を行い、発振スペクトルから屈折率を計算する手法を用いることで、屈折率を高精度に評価する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題における屈折率設計において、2021年度は主に、ナノ粒子の導入についての調査を行う予定であった。導入するナノ粒子としては、これまで用いてきたシリカよりも高い屈折率が期待される、ダイヤモンドのナノ粒子を利用するという予定であった。
しかし、2021年度においてダイヤモンドナノ粒子について調査を行った結果、低散乱のために粒子サイズが小さいダイヤモンドは、表面の炭素の結晶構造がダイヤモンドから変化してしまう可能性があることを発見した。そこで、ダイヤモンドに代わるナノ粒子材料として、チタニアを用いることとした。チタニアは住宅などの壁面に光触媒として使用されたり、また日焼け止めの主成分としても使用されるなど、比較的ナノ粒子としての利用が普及しており、高品質なナノ粒子の入手が容易である。インクジェットによるマイクロディスク構造の作製を想定して、このようなチタニアのナノ粒子が分散した溶液状態でのサンプルを用いることとした。チタニアナノ粒子が分散した溶液において、まず初めにはチタニアナノ粒子を単体で用いた場合の屈折率について明らかにする必要がある。これは、屈折率デザインにおいて、チタニアナノ粒子を混合することでどの程度の屈折率変化が得られるのかを理論的に検討するためである。
実験としては、チタニアナノ粒子が分散した溶液を４種類試用し、うち２種類において製膜することに成功した。この薄膜を分光エリプソメーターを用いて屈折率分散を測定したところ、波長600nmにおいて1.75及び1.81という屈折率を得た。これは、2020年度のシリカナノ粒子のみを用いた場合の屈折率1.1～1.3、及びそこに接着剤を混合した場合に最大で0.08程度屈折率が上昇する、という結果と比較すると、非常に大きな値である。
また、2021年度は、これまでの屈折率計算についての成果をまとめた論文を投稿した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
