2011 Fiscal Year Annual Research Report
超短パルス光干渉加工による金属周期ナノ構造の創製と表面増強ラマン散乱法への応用
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23360035
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中田 芳樹 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 准教授 (70291523)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪井 泰之 北海道大学, 理学研究科, 准教授 (00283698)
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| Keywords | レーザープロセッシング / 応用光学・量子工学 / 誘導ラマン散乱 / ナノ材料 |
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| Research Abstract |
(1)フェムト秒レーザー干渉加工装置の開発:フェムト秒レーザーを高効率DOE(Diffractive Optical Element)で4本の一次回折光に分割する。空間強度変調器(SLM)を導入し、強度変調及び位相変調を行う装置を構成した。二枚のアクロマティックレンズL1及びL2からなる縮小光学系によってビームを干渉させ、金属薄膜ターゲット表面で干渉加工をおこなった。
(2)ビーム品質の測定:オートコリレーターを導入し、パルス幅が約200fsで安定していることを確認した。また、ビームプロファイルの観察をビームプロファイラでおこなった。
(3)加工部位の断面測定・膜厚の精密測定:透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて加工部位と非加工部位の断面測定を行った。これにより初めてナノウィスカーの内部構造が明らかに成った。さらに、スパッタリングで薄膜を堆積する際の膜厚誤差を修正した。
(4)第2高調波(SHG)干渉加工装置の開発:フェムト秒レーザーと非線形結晶を組み合わせることでSHGを発生させ、基本波の場合と同様の干渉加工装置を構成し、加工テストを行った。これは、短波長光の高吸収率を利用した光利用効率の向上、及び周期構造の短周期化へ向けた予備実験のためにおこなった。SHG用の高効率DOEを導入し、回折効率の向上を図った。
(5)加工テスト:薄膜(t=5.10nm)をシリカガラス基板にスパッタリングで堆積し、4光束干渉加工を行うことでナノ周期構造を試作した。SHGを利用した加工では、基本波の場合と同様に周期ナノバンプ構造の形成に成功した。
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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
予定していた項目をほぼ達成した。さらに追加項目として、フェムト秒短波長化による短周期達成や、大面積化を達成するための光利用効率の向上を見据え、SHGを用いた干渉加工実験を追加した。震災の影響でSLMのテスト機レンタルと導入が若干遅れたが、現在はおおむね順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発した超短パルスレーザー干渉加工装置を用い、1kHz繰り返し加工と2次元走査を組み合わせることで、SERS活性サイト(金属周期ナノ構造)が百万個以上、10mm^2に渡ってマトリクス状に均等配列した大面積構造を作製する。これを実際にSERS測定基板として用い、SERS信号を測定する。またFDTD解析を目指し、SERS活性サイトのCADモデルを作成する。これを用いて3次元電磁界シミュレーションを行い、電磁界分布を求める。
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