| Research Abstract |
本研究では,表面プラズモン共鳴による局所電場増強効果を用いた新しいテラヘルツ(THz)バイオセンサーの研究と応用展開を主目的とする.今年度は,まず赤外活性モードを対象とするデバイス設計を行うためFDTD計算環境を構築し,従来の垂直入射配置から本研究で用いる全反射配置への移行に伴う周期構造の変化と,金属および生体物質のTHz帯複素誘電特性を考慮した電場シミュレーションにより局所電場増強効果を確認し,最適な共振器構造の指針を得るとともに,デバイス作製への準備を進めた.また,本デバイスとTHz波の高効率な結合を実現し,状態制御に至るような高い局所電場を実現するために,ビーム品質が高く高出力のTHz波光源が不可欠であり,高出力・高品質はコヒーレントTHz波発生を目指して励起光源の改良を行った.そこでは,KTiOPO_4(KTP)を用いた光パラメトリック発振器において,大型結晶を用いて相互作用長の拡大・ビームスケーリングを図り,反射配置型の共振器デザインを導入することにより,従来の2倍の出力を得た.さらに,自由空間伝搬のTHz波を結合させるバイオセンサー・ユニットを構築してTHz分光へと応用するため,全反射型プリズム導波路を用いた赤外吸収分光法により細胞内を非破壊・非接触に観察する実験系の改良を進め,測定環境を厳密に制御する実験系を構築し,シリコン基板表面における培養細胞の活動をその場観察することに成功した.また,液体中にある生体試料のTHz帯データベース構築を目的として,赤外吸収分光による測定結果と分子シミュレーション結果を比較検討し,1本鎖DNAの塩基分子と水和水の結合状態の詳細を明らかにした.
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