1999 Fiscal Year Annual Research Report

サブμm微粒子を機械的に配列したフォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いの解明

Research Project

Project/Area Number	10650037
Research Institution	TOHOKU UNIVERSITY
Principal Investigator	宮嵜博司東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00134007)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	佐藤知正東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50235371)
Keywords	フォトニック結晶 / フォトニックバンド / ブラッグ回折 / ミー散乱 / ベクトル調和関数 / 微粒子 / 走査型電子顕微鏡 / マイクロマニピュレータ
Research Abstract	本研究の目的は,電子顕微鏡観察下でサブμm微粒子の機械的配列により製作したフォトニック結晶の可視光領域での光学特性を,散乱光の角度分布に着目して実験的・理論的に解析することにより,フォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いを明らかにすることであった.特に本年度は,配列できる粒子サイズの微小化に向けての方針を得ること,昨年度発見した極めて強いブラッグ反射について系統的に計測を進めること,ベクトル調和関数展開法による詳細な計算によりその時の結晶中での電場の様子を明らかにすることに取り組んだ. 昨年度,0.5μm以下の粒子の配列は汚染物ガスのために困難であることがわかっていた.今年度はガスの組成を分析し,炭化水素でなくてH_2Oが主要因であることを明らかにした.ブラッグ回折実験については,新たに白色光や波長可変光による測定が可能なように光学系を改良し,さらに様々な条件下でブラッグ回折の様子を調べた.その結果,より強いブラッグ回折示す条件を見い出した.それは,ほぼ下層から上層に連なる多連球を貫く方向に光を入射した時であった.また,回折効率の波長依存性は単一球のミー散乱特性とほぼ対応していた.さらに,ベクトル調和関数展開による有限微小球配列体の電場を完全に計算する手法を新たに確立し,より直接的にフォントの振る舞いを調べることが可能になった.この計算により,実験で観察された結果はすべて再現できた.多層格子のブラッグ回折では,わずか数個の球でできたユニットで強いブラッグ回折が生じていることがわかった.誘導体球で構成されたフォトニック結晶は,多連球が散乱体ユニットを構成しており,その間を光がうまく伝搬できるときにだけ強い回折が生じると理解できる.また,極めて微弱であるがコヒーレント後方散乱光が存在することもわかった.

Research Products

(7 results)

All Other

All Publications (7 results)

[Publications] Hiroshi Miyazaki: "Near field images of a monolayer of periodically arrayed dielectric spheres"Physical Review B. 58,11. 6920-6937 (1998)
[Publications] T.Mukaiyama: "Tight-Binding Photonic Molecule Modes of Resonant Bispheres"Physical Review Letters. 82,23. 4623-4626 (1999)
[Publications] Hideki T.Miyazaki: "Mechanical Assembly of Micrometer-sized Spheres for Photonic Band Study"Proc. Workshop on Electromagnetic Crystal Structures, Design, Synthesis, and Applications. WD16 (1999)
[Publications] Hiroshi Miyazaki: "Effect of substrate on the optical response of a monolayer of periodically arrayed dielectric spheres"Proc. International Workshop on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures. T4-20 (2000)
[Publications] Hideki T.Miyazaki: "Bragg Diffraction in Photonic Crystals Mechanically Assembled from Micrometer-sized Spheres"Proc. International Workshop on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures. T1-4 (2000)
[Publications] Hideki T.Miyazaki: "Photonic band in two-dimensional lattices of micrometer-sized spheres mechanically arranged under a scanning electron microscope"Journal of Applied Physics. in press
[Publications] 宮崎英樹: "フォトニック結晶ロードマップ(担当部分・4-2-6 機械的配列法による微小球フォトニック結晶)"(財)光産業技術振興協会. 6 (2000)

1999 Fiscal Year Annual Research Report

サブμm微粒子を機械的に配列したフォトニック結晶におけるフォトンの振る舞いの解明

Principal Investigator

宮嵜 博司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00134007)

Research Products

[Publications] Hiroshi Miyazaki: "Near field images of a monolayer of periodically arrayed dielectric spheres"Physical Review B. 58,11. 6920-6937 (1998)

[Publications] T.Mukaiyama: "Tight-Binding Photonic Molecule Modes of Resonant Bispheres"Physical Review Letters. 82,23. 4623-4626 (1999)

[Publications] Hideki T.Miyazaki: "Mechanical Assembly of Micrometer-sized Spheres for Photonic Band Study"Proc. Workshop on Electromagnetic Crystal Structures, Design, Synthesis, and Applications. WD16 (1999)

[Publications] Hiroshi Miyazaki: "Effect of substrate on the optical response of a monolayer of periodically arrayed dielectric spheres"Proc. International Workshop on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures. T4-20 (2000)

[Publications] Hideki T.Miyazaki: "Bragg Diffraction in Photonic Crystals Mechanically Assembled from Micrometer-sized Spheres"Proc. International Workshop on Photonic and Electromagnetic Crystal Structures. T1-4 (2000)

[Publications] Hideki T.Miyazaki: "Photonic band in two-dimensional lattices of micrometer-sized spheres mechanically arranged under a scanning electron microscope"Journal of Applied Physics. in press

[Publications] 宮崎 英樹: "フォトニック結晶ロードマップ(担当部分・4-2-6 機械的配列法による微小球フォトニック結晶)"(財)光産業技術振興協会. 6 (2000)

宮嵜博司東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00134007)

[Publications] 宮崎英樹: "フォトニック結晶ロードマップ(担当部分・4-2-6 機械的配列法による微小球フォトニック結晶)"(財)光産業技術振興協会. 6 (2000)