アキシコンプリズムによるプラズモン顕微鏡の開発と自己組織化膜の高分解能観察

• Project Area: Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
• Project/Area Number: 21020016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Shizuoka University
• Principal Investigator: 川田 善正 静岡大学, 工学部, 教授 (70221900)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 居波 渉 静岡大学, 若手グローバル研究リーダー育成拠点, 特任助教 (30542815)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2010: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: プラズモン / 近接場 / 電場増強 / 顕微鏡 / 自己組織化

Research Abstract

本研究では、アキシコンプリズムを用いた新しい表面プラズモンの局在化励起法を提案するとともに高い空間分解能を持つ表面プラズモン顕微鏡を実現し、局在化プラズモンによる新しい結像理論を構築することを目的として基礎実験を行なった。円錐形状のアキシコンプリズムの側面で、表面プラズモンを励起し、それを先端まで伝搬させ重ね合わせることにより、プリズム先端にプラズモンを局在化させる方法を開発した。
本年度は主に2光子励起過程を利用した蛍光増強顕微鏡システムの開発と数値解析による電磁場解析を行なった。これまでの基礎実験をもとに、アキシコンプリズムを用いた表面プラズモン顕微鏡を再設計し2光子励起顕微鏡を実解するための基礎システムを開発した。表面プラズモンは、フェムト秒パルス光で励起することを検討し、プリズムの頂角、金属の膜厚などを決定し、アキシコンプリズムの形状を設計した。設計に基づき、ガラス材料の研磨、金の蒸着、などを実施し,アキシコンプリズムを作製した。作製したアキシコンプリズムに、レーザー光を照射し、入射偏光を制御することにより、プリズム側面で表面プラズモンが励起されることを確認し、放射状に対称な偏光を入射させることにより、プリズム先端で2光子過程が励起され、蛍光が発光することを確認した。アキシコンプリズムを走査するための駆動方法、プリズム先端と試料との距離の制御方法などを検討した。
アキシコンプリズムを用いた表面プラズモンの局在化励起を、電磁場理論を用いて解析した。電磁場理論を基礎として、有限領域時間差分法(FDTD)を用いて計算機シミュレーションを行ない、プリズム先端の曲率半径によるプラズモンの励起特性を検証した。

Research Products

• [Journal Article] Deep-Ultraviolet Light Excites Surface Plasmon for the Enhancement of Photoelectron Emission (2011)
  • Author(s): Y.Watanabe, W.Inami, Y.Kawata
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: Vol.109 Pages: 23112-23112
  • NAID: 120002954712
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Compact Femtosecond Fiber Laser and Alignment Free Confocal System for Multilayered Optical Memory (2010)
  • Author(s): Y.Kawata, M.Tsuji, W.Inami
  • Journal Title: Proceeding of Optical Data Storage 2010 Volume: Vol.7730
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 電子線励起を利用した近接場光学顕微鏡 (2010)
  • Author(s): 川田善正、居波渉
  • Journal Title: 光学 Volume: 39 Pages: 241-243
  • NAID: 10026198509
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-Dimensional Two-Photon Bit-Recording With a Compact Fiber Laser (2009)
  • Author(s): Masatoshi Tsuji, Norihiko Nishizawa, Yoshimasa Kawata
  • Journal Title: IEEE Transactions on Magnetics 45 Pages: 2232-2235
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Femtosecond Photonics for Three-Dimensional High Density Optical Data Storage (2009)
  • Author(s): Yoshimasa Kawata, Masatoshi Tsuji, Wataru Inami
  • Journal Title: Journal of Automation, Mobile Robotics & Intelligent Systems 3 Pages: 9-11
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ホログラフィックメモリの開発状況と大容量メモリの想定アプリケーション (2010)
  • Author(s): 川田善正
  • Organizer: 日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2010 in Tokyo
  • Place of Presentation: 中央大学 駿河台記念館(東京都)
  • Year and Date: 2010-11-09
• [Presentation] 電子線励起による高分解能光学顕微鏡の開発 (2010)
  • Author(s): 川田善正
  • Organizer: 特別教育研究経費「True Nanoを実現するプラズマ研究プロジェクト1第8回研究会
  • Place of Presentation: 静岡大学浜松キャンパス 総合研究棟10階会議室
  • Year and Date: 2010-01-26
• [Presentation] 自己組織化プロセスのレーザー制御:溶液表面からのレーザー集光深さによる領域制御 (2010)
  • Author(s): 松村行真
  • Organizer: レーザー学会年次大会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター
• [Presentation] 電子線励起微小光源を用いた高分解能顕微鏡の開発 (2010)
  • Author(s): 居波渉
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キャンパス
• [Presentation] アキシコンプリズムを用いた表面プラズモンの局在化励起の実証 (2010)
  • Author(s): 佐野裕貴
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 東海大学 湘南キ.ヤンパス
• [Presentation] Electron-Beam Excited Optical Microscope with High Resolution (2010)
  • Author(s): W.Inami
  • Organizer: Focus on Microscopy 2010 (FOM 2010)
  • Place of Presentation: Shanghai Everbright Convention and Exhibition Center, Shanghai, China
• [Presentation] ペプチド結合を用いた量子ドット単層膜の形成 (2009)
  • Author(s): 川田善正
  • Organizer: 静岡大学 研究シーズ発表会 ～光・電子・ナノテク～
  • Place of Presentation: 東京ステーションコンファレンス
  • Year and Date: 2009-10-19
• [Presentation] コンパクトフェムト秒パルスファイバーレーザーを用いた3次元光記録 (2009)
  • Author(s): 辻真俊
  • Organizer: 電子情報通信学会 電子部品・材料研究会
  • Place of Presentation: 機械振興会館
  • Year and Date: 2009-09-25
• [Presentation] 光の伝搬と回折 (2009)
  • Author(s): 川田善正
  • Organizer: 第2回光ディスク懇談会
  • Place of Presentation: 機械振興会館 研修2
  • Year and Date: 2009-07-17
• [Presentation] Corrected measurement of Ca2+ using two-photon excited three emission wavelength (2009)
  • Author(s): A.S.M.Noor
  • Organizer: 35th Meeting of Japan Society for Laser Microscopy
  • Place of Presentation: 理化学研究所 鈴木梅太郎ホール
  • Year and Date: 2009-07-14
• [Presentation] 2光子励起フォトルミネッセンスによるワイドギャップ半導体材料の評価と制御 (2009)
  • Author(s): 川田善正
  • Organizer: 独立行政法人 日本学術振興会 光電相互変換125委員会 本委員会204回研究会
  • Place of Presentation: 静岡大学 浜松キャンパス佐鳴会館会議室
  • Year and Date: 2009-05-15
• [Presentation] ファイバー共焦点顕微鏡を用いた3次元光メモリの高コントラスト再生 (2009)
  • Author(s): 辻真俊
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] 金属コート円錘形状プリズムを用いた表面プラズモンの局在化励起 (2009)
  • Author(s): 加藤敬亮
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
• [Presentation] Femtosecond Photonics for Three Dimensional Nano-Fabrication (2009)
  • Author(s): Y.Kawata
  • Organizer: 8th Internation Conference on Global Research and Education (Inter-Academia 2009)
  • Place of Presentation: Kazimierz Dolny and Warsaw, Poland
• [Presentation] Fiber Confocal Microscope for Alignment-Free Readout System of Multilayered Optical Memory (2009)
  • Author(s): T.Tsuji
  • Organizer: International Symposium on Optical Memory 2009 (ISOM'09)
  • Place of Presentation: Nagasaki Brick Hall, Nagasaki, Japan
• [Presentation] Femtosecond Photonics for High Density Optical Data Storage (2009)
  • Author(s): Y.Kawata
  • Organizer: The 11th Takayanagi Kenjiro Memorial Symposium
  • Place of Presentation: Sanaru Hall, Hamamatsu Campus, Shizuoka University, Hamamatsu, Japan
• [Presentation] Development of ultrahigh-resolution optical microscope using nano-optical source excited by focused electron beam (2009)
  • Author(s): W.Inami
  • Organizer: The 7th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO-7)
  • Place of Presentation: International Convention Center Jeju, Jeju is land, Korea
• [Presentation] Analysis for localized excitation of surface plasmon with a metal coated axicon prism (2009)
  • Author(s): K.Kato
  • Organizer: The 7th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO-7)
  • Place of Presentation: International Convention Center Jeju, Jeju is land, Korea
• [Presentation] Surface plasmon localization with metallic coated axicon prism and application of two photon excitation microscopy (2009)
  • Author(s): H.Sano
  • Organizer: The 7th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO-7)
  • Place of Presentation: International Convention Center Jeju, Jeju is land, Korea
• [Book] 近接場光のセンシング・イメージング技術への応用 (2010)
  • Author(s): 川田善正
  • Total Pages: 253
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] "顕微分光法 ナノ・マイクロの世界を見る分光法",分光測定入門シリーズ第10巻 (2009)
  • Author(s): 川田善正
  • Total Pages: 171
  • Publisher: 講談社
• [Remarks]
  • URL: http://optsci.eng.shizuoka.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://optsci.eng.shizuoka.ac.jp/