2018 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, 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 |
プラズモン・フォトニック結晶センサの登場により、センサの小型・高感度化が進んだ。しかし、従来のセンサはフラット基板上に実装されており、被測定物をセンサ部に導く必要があるためin situ測定が困難である。光ファイバ先端にセンサを実装することで、被測定部にセンサを近づけ目的の反応に適した環境で測定ができる。超微細人工光学材料の平面型メタマテリアル(メタ表面)は光学応答が環境変化に敏感なため、局所場の高感度センシングを実現する。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、デバイスの製作を何度か繰り返し行い、都度、デバイスの評価を行った。はじめに、メタマテリアル構造の基板上への製作を行った。計算で得られたメタマテリアル構造によるバイオ物質の検出が可能かどうか検証するため、局在表面プラズモン共鳴型屈折率センサを基板上に製作した。基板上へ製作したメタマテリアル構造をScanning Electron Microscopeを用いて観察した。その結果、設計したパラメータ通り、精度良く製作することができた。次に、メタマテリアル構造の光ファイバへの製作を行った。精度良くパターン転写することができたが、表面上に紫外線硬化樹脂が残ってしまっていることが確認できた。また、基板上に製作した局在表面プラズモン共鳴型屈折率センサの光学測定を行なった。空気、脱イオン水、IPA、Glycerolを周辺物質として用意した。共振波長における反射率は50～60%、屈折率感度は約543nm/RIUを得ることができた。
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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
デバイスの製作・評価を何度か繰り返すことができた。また、メタマテリアル構造の基板上への製作を行い、製作したメタマテリアル構造をScanning Electron Microscopeを用いて観察した結果、設計したパラメータ通り、精度良く製作することができた。次に、メタマテリアル構造の光ファイバへの製作を行い、精度良くパターン転写することに成功した。しかしながら同時に、表面上に紫外線硬化樹脂が残ってしまっていることが確認できた。また、基板上に製作した局在表面プラズモン共鳴型屈折率センサの光学測定を行ない、屈折率感度は約543nm/RIUを得ることができた。以上のことから、デバイス製作において着実に進歩しており、研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
石英基板上ではメタマテリアル構造の製作および屈折率感度の評価に成功したので、今後は、光ファイバ端面上への製作をさらに進め、光学特性を評価する。犠牲層のCrの厚さや樹脂の厚さを検討することで製作上の問題点を解決する見通しを得た。
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