2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on high sensitive measurement method with an oscillator utilizing a surface plasmon resonance in metal meshes
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15K14001
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
ベイ ジョンソク 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20165525)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 計測機器 / テラヘルツ光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度残された課題である理論解析モデルの再構築、容量性金属メッシュの再製作、ガンダイオード発振器の改良、をそれぞれ実施後、金属メッシュを組み込んだ発振器による試料測定を行った。その結果、本計測方式の高感度特性の実証という当初目標をほぼ達成した。以下に得られた成果を示す。研究期間中に下記成果の論文誌発表ができなかったが、今後、結果をまとめ論文誌への投稿を進める予定である。
１．周期境界を用いた3次元電磁界解析により、石英基板を含めた金属メッシュの正確な設計が可能であることを、ベクトルネットワークアナライザー（VNA）による特性評価結果との照合を通して示した。
２．メッシュ面に厚さの異なる試料を付着させ、その表面プラズモン共鳴周波数（fo）の変化を、理論および実験的に詳細に調べた結果、試料の実効比誘電率が、メッシュ表面のエバネッセント波と試料との結合割合により決定されることを定量的に明らかにした。
３．試料を付着したメッシュ特性のVNAによる測定結果より、foの変化は、メッシュ基板の実効誘電率に比較して、付着する試料の比誘電率が高い場合と低い場合でその変化率が大きく異なること、また、高い場合には、比誘電率1の変化に対し約15GHzの周波数変化が得られることを明らかにした。この結果より、本研究の当初目標である微小誘電率差1E-5の検出が、発振器を用いないメッシュ単体のみでも可能であることを明らかにした。
４．金属メッシュを共振器内に組み込み、最終的なメッシュセンサーを持つ発振器を完成させ、水やエタノール等の様々な試料測定を実施した。その結果より、実験周波数帯（95GHz帯）で強い損失を与える水分を含む試料測定が可能であることを実験的に確認できた。また、誘電率が1.03以下の発泡スチロールに対し1MHz以上の周波数変化を観測し、本計測方式の高感度特性を実証した。
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