2007 Fiscal Year Annual Research Report
周期構造に励起される表面プラズモンの偏光特性を用いた屈折率の微小変動検出
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19560042
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| Research Institution | Kumamoto National College of Technology |
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Principal Investigator |
松田 豊稔 Kumamoto National College of Technology, 教授 (00157322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 隆 釧路工業高等専門学校, 教授 (40198213)
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| Keywords | 周期構造 / 表面プラズモン / 光センサ / 屈折率 / 電磁波シミュレーション / コニカルマウント |
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| Research Abstract |
本申請課題では、液体や気体など一様媒質の微小な屈折率変動をin-situ(非抽出・非破壊・瞬時)に検出する周期構造型表面プラズモンセンサの開発を目的とする。平成19年度は、周期構造として金属格子を用いた表面プラズモンセンサを考案し、このセンサで気体試料の屈折率を測定し、小数点以下4桁目の屈折率変動が検出できることを実験および計算機シミュレーションにより示す。具体的に、下記の研究を実施した。
(1)理論解析 金属格子の表面に誘電体(検出する試料)をコートして、この金属格子をコニカルマウント(つまり、入射面と金属格子の溝が直交しないような配置)したときに励起される表面プラズモンを計算機シミュレーションにより求めた。数値解析には安浦の方法を用いて、回折問題(光を入射したときの回折波を求める問題)と固有値問題(コニカルマウントされた金属格子の表面波の伝搬定数を算出する問題)の両方を計算機シミュレーションするプログラムを作成した。このプログラムにより、コニカルマウントされた金属格子に励起される表面プラズモンの発生条件(入射角、波長など)を推定され、さらに吸収量を計算することができる。
(2)プラズモンセンサ試作 金属格子として市販のホログラフィック格子(1800本/mm、アルミコート)を用いて、コニカルマウントでレーザ光(677nmの赤)を照射し、そのときの入射角を変化させたときの鏡面反射光の強度及び偏光パラメータを測定する装置(周期構造型表面プラズモンセンサ)を設計し、試作した。
(3)実験試作した周期構造型表面プラズモンセンサにおいて、気体試料(二酸化炭素、酸素、水素、窒素)に対して実験を行い、気体試料の有無をこのセンサにより検出できることを確かめた。空気と気体試料の屈折率差は小数点以下3桁から4桁程度であり、現時点で小数点以下3桁程度の屈折率変動を検出することができている。
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