2017 Fiscal Year Annual Research Report
Laying the Foundation of Noble-Metal Plasmonics Based on Computational Electromagnetics Aiming at Designing Optical Devices
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15K06023
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
松島 章 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70157303)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福迫 武 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90295121)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズモニクス / 積分方程式 / ウィーナー・ホッフ法 / モード整合法 / 表面プラズモン共鳴 / 電界増強 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
波長帯域が２００ナノメートルから１マイクロメートルまでの可視光の帯域を含む電磁波と貴金属との相互作用を対象として、本研究者らが長年開発してきた計算電磁気学の手法を改良し、表面プラズモン共鳴と局在プラズモン共鳴の特性データを収集した。これにより、光デバイスの性能向上に資するデータの取得がスムーズにできるような基盤を築いた。微小寸法の周期構造を持つ金や銀の薄膜や粒子に生ずるエバネッセントモードを利用することにより、金属の近傍における電界強度を高めることができ、これがデバイスの効率や感度の向上をもたらす。共鳴現象を利用した電界増強は、周期構造パラメータへの依存性が高く、数桁以上の精度が要求される場合があるため、解析的な概念を取り込み、数学的な理論を駆使した本研究者らの手法がより効果的である。これにより共鳴現象の要因を、金属の負の屈折率に基づくプラズモニクス、格子モードの形成、および導波路モードの形成に分類することが可能となった。具体的な技法として、多数の有限幅平板を面内配置および積層構造に対する特異積分方程式法、半無限平板に対するウィーナー・ホッフ法、球体の２次元周期配列構造に対するモード整合法を採用し、効率化と精密化を重ねてきた。さらに平板の配置法と集光効果との関連性、並びに正弦波状格子における共鳴特性とインピーダンス境界条件の適用可能性を明らかにするとともに、新しい共鳴形状への拡張として円筒形物体の周期構造に対する解析法を開発した。
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