2016 Fiscal Year Annual Research Report
メタ表面実装光ファイバが切り拓く測定場所を選ばない革新的超精密ナノセンシング
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16H04342
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金森 義明 東北大学, 工学研究科, 准教授 (10333858)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光デバイス / マイクロ・ナノデバイス / メタマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光ファイバ先端にメタ表面を実装したフィジカル・ケミカルセンサを開発し、測定場所を選ばず局所領域の超高感度測定を可能とする革新的超精密ナノセンシングの実現を目的とする。本年度は、光ファイバ先端専用ナノインプリント装置の構築、石英モールドの製作、光ナノインプリントによる光ファイバ端面上のメタマテリアルの製作、石英基板上に製作したメタマテリアルによる屈折率センサの試作を行った。以下にそれぞれの成果を示す。
（１）光ファイバ先端専用ナノインプリント装置の構築：研究代表者が過去に開発した光ファイバ先端専用熱ナノインプリント装置を改良し、光ファイバ先端専用光ナノインプリント装置を構築した。また、光ファイバ先端とモールド上のメタマテリアルパターンを精密に重ね合わせるために、バックサイド・アライメント機構を追加した。
（２）石英モールドの製作：ナノインプリント用石英モールドを製作した。モールドパターンは実際に試作するメタマテリアルパターンとした。モールド製作のための電子線描画装置及びイオンミリング装置の条件出しを行った。
（３）光ナノインプリントによる光ファイバ端面上のメタマテリアルの製作：改良したナノインプリント装置と製作した石英モールドを用いて、光ファイバ端面にメタマテリアルを試作した。光ファイバ端面にAuコートするためのスパッタ装置の条件出し、ナノインプリントの条件出しも同時に行った。
（４）石英基板上に製作したメタマテリアルによる屈折率センサの試作：石英基板上に電子線描画装置を用いて高精度にメタマテリアルを製作し、屈折率の異なる液体を滴下することで屈折率センサとしての特性を評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
過去に開発した光ファイバ先端専用熱ナノインプリント装置をベースに、光ナノインプリントができるように改良することに成功した。更にバックサイドアライメント機構も付けることができ、装置改良はおおむね順調に進展したと言える。次に、石英モールドの試作にも成功し、それを用いた光ナノインプリントの実施も行った。インプリントパターンの分解能の評価までは行わなかったが、実際に屈折率センサとして設計したメタマテリアルの構造体をナノインプリントにより光ファイバ先端に形成することに成功したことは大きな成果である。一方、イオンミリングのエッチング不足により、Auが残膜として一様に残ってしまった。今後、イオンミリングのエッチング条件を再検討することで解決できると考えられる。従って、石英モールドの試作および光ファイバ端面のメタマテリアルの製作もおおむね順調に進展していると言える。さらに石英基板上に電子線描画装置を用いて高精度にメタマテリアルを製作し、屈折率の異なる液体を滴下することで屈折率センサとしての特性を評価した。屈折率の異なる液体（水、イソプロパノール、グリセリン）の違いを明確に共振スペクトルの変化としてとらえることに成功したことは特筆すべき成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、ナノインプリントの条件出し、石英モールド製作およびイオンミリングの条件出しを更に進める。それにより、光ファイバ端面に高精度なメタマテリアル構造体を製作することが可能となる。また、次年度は計画通り、光ファイバ端面に形成されたメタマテリアルによるバイオ・ケミカルセンサを製作し、センサ感度特性を調べる。メタマテリアルの光学設計も同時に行い、より高感度センシングが可能となる高いQ値のメタマテリアル構造を模索し、実際に試作してその特性を評価していく。
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Research Products
(22 results)
