2019 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、光ファイバ端面上のワイヤグリッド偏光子の製作を行った。ワイヤグリッド偏光子は、平行に並べられた多数の金属ワイヤで構成され、TE偏光は透過せず、TM偏光は透過する。はじめに、ワイヤグリッド偏光子の仕様を検討し、消光比や透過率の目標値を設定した。次に、光学設計を行った。計算はRigorous coupled-wave analysis法に基づく数値計算ソフト(DiffractMOD, 所有)を用いて行った。動作波長を550nmとし、ワイヤグリッド偏光子の線幅、厚み、および周期をパラメータとして透過率のマッピングを計算した。その結果、消光比200を超える設計が可能であることが分かった。次に製作方法の検討を行い、光ナノインプリント技術を用いて光ファイバ端面にワイヤグリッド偏光子を製作する手順を考案した。次に、光ナノインプリントで用いるモールドの製作を行った。線幅133nm、周期300nmのワイヤグリッド偏光子を光ナノインプリントでパターン転写するためのモールドを製作することができた。
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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
光ファイバ端面上のワイヤグリッド偏光子を実現するために、はじめに、ワイヤグリッド偏光子の仕様を検討し、消光比や透過率の目標値を設定することができた。次に、光学設計を行い、動作波長を550nmとし、ワイヤグリッド偏光子の線幅、厚み、および周期をパラメータとして透過率のマッピングを示すことができた。その結果、消光比200を超える設計が可能であることが分かった。製作では、光ナノインプリント技術を用いて光ファイバ端面にワイヤグリッド偏光子を製作する手順を考案し、光ナノインプリントで用いるモールドの製作を行った。線幅133nm、周期300nmのワイヤグリッド偏光子をナノインプリントでパターン転写するためのモールドを製作することができた。以上の成果を得ることができ、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 |
今後は、引き続き、光ファイバ端面上のワイヤグリッド偏光子の製作を行う。まずは、製作したモールドを使用し、光ナノインプリントプロセスによりワイヤグリッド構造の製作および形状評価を行う。何度か試作を繰り返し、精度良く作れたワイヤグリッド偏光子において光学特性評価を実施していく。
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