レーザー放射圧と自己組織化現象を用いる3次元フォトニック結晶創成法の開発と応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350026
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 原田 康浩 北見工業大学, 工学部, 助教授 (80198928)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 勝弘 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (30311517) ; 岩井 俊昭 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (80183193) ; 曽根 宏靖 北見工業大学, 工学部, 教務職員 (00333667)
• Keywords: フォトニック結晶 / 光放射圧 / 自己組織化 / 微粒子凝集体

Research Abstract

本年度は、単光束レーザー光照明によるフォトニック結晶創成法を中心として,効率的に微粒子凝集規則構造を得るための条件明らかにするため,より現実に近い状況に基づく数理モデルを開発して,計算機シミュレーションにより調べた.具体的には3次元的に浮遊する微粒子のレーザー放射圧による捕捉・加速・凝集構造生成現象を再現する数理モデルを開発するとともに,形成される微粒子凝集構造の3次元空間フーリエ解析を行なって,その形成速度および規則性におよぼす微粒子径,レーザーパワー,凝集構造生成位置のレーザービームに対する相対位置の関係を調べた.以下,明らかとなった点をまとめる.
1.微粒子凝集規則構造の生成速度
・用いる微粒子径が大きい程,規則構造を高速に生成できる.
・照射レーザー光のパワーが大きい程,規則構造を高速に生成できる.
・微粒子凝集構造を生成する位置を,照射レーザービームのビームウェスト部より手前とする方が速く生成できる.
2.微粒子凝集構造の規則性
・用いる微粒子径が大きい程,ブラウン運動の影響が少なく,規則性の高い構造となる.
・照射レーザー光のパワーが大きい程,ブラウン運動の影響が少なく,規則性の高い構造となる.
・微粒子凝集構造を生成する位置を,照射レーザービームのビームウェスト部とすることにより,もっとも安定で規則性の高い凝集構造を生成できる.
なお,単光束レーザー光照射において,いかなる微粒子濃度・レーザーパワーで積層構造が形成できるか,フォトニック結晶として効力を発揮し得る可視光波長以下の粒径の微粒子を対象とした際にその下限サイズと条件はいかなるものか,金属微粒子を対象とした凝集化が可能かどうかが今後の課題である.