2014 Fiscal Year Annual Research Report
通信帯フェムト秒表面プラズモン波束の顕微映像化と非線形増幅
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26706018
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
久保 敦 筑波大学, 数理物質系, 講師 (10500283)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / プラズモニクス / フェムト秒 / 顕微鏡 / 時間分解 / レーザー / 超高速通信 / 非線形光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. フェムト秒通信波長帯ポンプ-プローブ時間分解顕微鏡光学系の建設：波長1.55μmの通信帯フェムト秒レーザー光源、およびポンプ-プローブ時間分解顕微鏡光学系の建設を行った。通信帯フェムト秒レーザー光源としてはまずファイバーレーザーを候補とし機種の調査・検討（メーカーへの特注やレーザーの自作を含む）を行ったが、平均出力>200mWクラスのレーザーにおいては、オシレーターからの出力を目的のパワーまで増幅する過程における光ファイバー内での強い非線形効果のため、レーザーのスペクトル形状に多数のピーク、ディップが生じ、またパルスも強いチャープを受けた状態で出力され、フーリエリミットまで理想的に圧縮されたパルスとは相当に乖離した状態にあるため、パルスのフリンジ分解自己相関波形の裾部分にうねりを伴う強いバックグラウンドが不可避的に残留する、という結論に至った。このため、パルスの出力が高く、スペクトル形状が滑らかである事を基準に光源の再検討を行い、レーザーシステムとしては大掛かりになってしまうが、チタンサファイア再生増幅（パルス幅：100フェムト秒）で励起する光パラメトリック増幅器(OPA)のシグナル光を用いる事にした。H26年度はレーザーシステムの整備を行うとともに、1.55μmレーザーパルスの波長帯域に合わせた光学素子類を揃え、ポンプ-プローブ光学遅延を製作し、時間分解計測に必要な光学系を建設した。
2．表面プラズモンの二光子蛍光観察：上記1の光学系を用い、蛍光膜層を形成したAu薄膜試料に1.55μmフェムト秒パルスを照射し、表面プラズモンの励起により発せられる二光子蛍光像と解釈される顕微像を取得した。
3．全反射減衰測定の構築：光ポンピングされた利得媒質による表面プラズモンの増幅（SPASER）効果の定量的な評価を行うため、ナノ秒波長可変レーザーを用いた全反射減衰測定装置を構築した。
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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
1.55μm通信帯フェムト秒レーザーを光源とした表面プラズモンの二光子蛍光顕微鏡の建設がほぼ完了し、当初の計画である1.55μm帯表面プラズモン波束の顕微観察が可能である事の実証を得た。
また、SPASER機構を用いた表面プラズモンの非線形増幅における利得の定量的評価を行い易くするため、全反射減衰測定装置を新たに構築し、SP増幅に関する研究を一部前倒しして行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度は、H26年度の研究の進展を踏まえ、①通信帯フェムト秒レーザー励起二光子顕微鏡の整備･調整、②通信帯表面プラズモン波束の伝搬の映像化と解析、を行う。レーザーパルスの試料照射の最適条件の探索や調整を進めつつ、プラズモン波束の時間分解可視化を行っていく。
また、ナノスケールプラズモニック素子におけるSP波束の動的可視化、ならびに波束の導波特製の解明に関する研究を推進する。プラズモニックデバイスの基本要素となる種々の素子構造を製作し、それらを導波する波束の映像化を行う。
加えて、表面プラズモン波束のSPESER増幅についての研究を推進するため、プラズモン増幅に適合する利得媒質の調査を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究の骨子は、大きく以下の３要素からなる：①通信帯フェムト秒レーザーを光源にした時間分解蛍光顕微鏡法の建設、②ナノスケールのプラズモニック素子の製作、③プラズモン波束の非線形増幅。このうち、①を平成２６年度に、②を平成２７年度に、③を平成２８～２９年度に行う計画であった。研究を進めた結果、H26年度中に①の進展に対する見通しがつき、一方、③に関し高利得率を得るための試料製作や利得率の定量的見積（最適化）の重要性が顕著になったので、③の研究を一部前倒しする事とし、必要な物品の購入を行うために科研費（基金助成金）の前倒し請求を行った。前倒し請求時は最終的な必要額を正確に見積もることが困難であったので、請求可能な最大の額を請求し未使用分は次年度に繰り越すこととし、その結果約17万円の次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H27年度に請求する科学研究費補助金と併せ、H27年度の研究計画である、ナノスケールプラズモニック素子の製作、SP波束の顕微観察光学系の構築と動的可視化、プラズモン増幅、等の実施のために使用する。
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