近接場光学効果によるスペクトル選択性コヒーレント熱放射

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206021
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 湯上 浩雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60192803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金森 義明 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10333858) ; 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90282095) ; 佐多 教子 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20271984) ; 圓山 重直 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80173962)
• Keywords: 近接場光学 / フォトニック結晶 / 回折格子 / 熱放射 / 熱光発電 / ナノテクノロジー / SNOM

Research Abstract

我々は、表面に熱放射光と同程度の周期を有する表面回折格子構造を形成することにより、熱放射スペクトルを制御できることを示していた。この技術を用いて、熱光起電(TPV)発電システムの発電効率の向上を目指した波長選択性エミッタの研究を行っている。これまでの研究から、微細構造と熱放射スペクトルとの相関を調べた結果、周期構造に起因したマイクロキャビティ構造による波長選択性熱放射が観測されていることがわかった。本研究では、熱放射光を発生している高温物体のごく近傍において発生していると考えられている、近接場熱放射光を光プローブ顕微鏡により検出し、高温物体表面での電磁波(熱放射光)微細構造との関係についてのより詳細な知見を得ることを目的としている。本年度は、光波伝播シミュレーション法の一つであるFDTD法のコードを開発した。特に、複雑な分散関係を持つ物質の光学特性を再現性よくシミュレートするために、多極近時を用いた分散式を導入している。今後、このコードを用いて近接場領域での光伝播についての基礎研究を行う。また、試料として表面プラズモン密度が高い銀を選択して、その微細加工プロセスについて検討を行った。また、近赤外領域で利用可能な光ファイバー及び検出器の組み合わせについて検討を行った。その結果、フッ化物系ファイバーとPbS検出器あるいはInGaAs系検出器の組み合わせを持いることとして、試料温度を800K程度とした。現在、高温環境下において動作可能な光プローブ顕微鏡を設計中であり、来年度の早い時期での製作・導入を目指している。

Research Products

• [Publications] H.Yugami, K.Kobayashi, H.Sai, Y.Kanamori, K.Hane: "Broadband antireflection for GaSb by means of subwavelength grating (SWG) structures"Proceedings of the 5th Conference on Thermophotovoltaic Generation of Electricity (TPV5). AIP-653. 482-487 (2003)
• [Publications] Y.Kanamori, K.Kobatashi, H.Yugami, K.Hane: "Subwavelength Antireflection Gratings for GaS b in Visible and Near-Infrared Wavelength"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 4020-4023 (2003)
• [Publications] H.Sai, H.Yugami, Y.Kanamori, K.Hane: "Solar selective absorbers based on two-dimensional W surface gratings with submicron periods for high temperature photothermal conversion"Solar Energy Materials & Solar Cells. 79. 35-49 (2003)