Development of optical tweezers system based on silicon photonics

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15055
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Atsumi Yuki 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30738068)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: シリコンフォトニクス / 光ピンセット / 表面光結合器

Outline of Final Research Achievements

Silicon photonics has an advantage of large-scale productivity with low cost because of its high compatibility with CMOS technology. In this research, we worked on development of optical tweezers for the target particles of several microns in diameter using a vertically curved silicon waveguide optical coupler which can strongly confine the light within a few hundred nanometers squares. Silicon nitride cladding which shows relatively high refractive index realized optical beam focusing and/or collimation into the solvent through the numerical analysis. Moreover, fabrication process of the Si photonics chip was developed as well as sealing and observation techniques.

Free Research Field

シリコンフォトニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

シリコンフォトニクスは光通信業界ですでに商用化が進んでいるが、将来様々な分野での利用が期待されている。本研究で取り組んだ光ピンセットデバイスに関しては、バイオセンシングや材料科学分析といった分野を中心に非常に強力なツールとなりうる。本開発目標デバイスは、画期的な光結合器デバイスとして実績を有するシリコン垂直湾曲導波路構造をベースとしており、そのレンズ機能を担うクラッド材料を選択することで多種多様なビーム制御が可能であることを明らかにした。これは、光ピンセットとしての多種多様な機能性の創出につながるものである。