2015 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 / レーザー / 顕微鏡 / 超高速現象 / 時間分解 / 非線形光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．1.55μm通信波長帯フェムト秒ポンプ-プローブ顕微鏡法による表面プラズモン波束の映像化：H26年度に開発した波長1.55μmフェムト秒レーザー（パルス幅100 fs）を光源とするポンプ-プローブ時間分解蛍光顕微鏡装置を用い、ストライプ型の表面プラズモン導波路に励起される表面プラズモン波束の伝搬の様子をフェムト秒の時間分解能で映像化することに成功した。リソグラフィー法と集束イオンビーム法を複合的に使用することにより、幅1μm～数100μm、長さ数100μmのストライプ型Au導波路構造を作製し、それらを伝搬する表面プラズモン波束を顕微的に観察した。測定結果からプラズモン波束の伝搬速度やプラズモン波長を決定し、それらの値が理論的な予測値と合致する事を確認した。
2．表面プラズモンの非線形増強現象の観察：H26年度に構築したクレッチマン型全反射減衰測定装置を用い、まず可視光域（波長約600 nm）でSPASER機構（Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation）による反射率変調の計測を行った。利得媒質層への光ポンピングに伴い表面プラズモンが増強され、これに伴いプローブ光の反射率が変調される現象が確認され、当測定手法が表面プラズモン増強度の定量的評価や、高い増強度をもたらす利得物質の選定、適切な光ポンプ強度の評価などに用いられることを確認した。加えて、波長1.55μm帯レーザーをプローブ光とする同様の計測装置も構築し、通信波長帯表面プラズモンの非線形増強の評価システムを構築した。
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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
本研究課題は主に以下の3つの項目：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開発、②ナノスケール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、を実施する計画である。年次毎のマイルストーンは、①をH26年度、②をH27年度、③をH28~29年度に行うというものであった。現在、①は到達、②はストライプ型のプラズモニック導波路で実施、③は計画を一部前倒しして実施中であり、テストケースとなる可視光域でSPASER機構による表面プラズモンの増強現象を確認しており、3つの項目とも進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度は、H27年度までの研究の進展を踏まえ、①リソグラフィー法など微細加工技術を駆使したプラズモニック素子の製作、ならびに素子内における表面プラズモン波束の時空間的発展の様子の映像化、②通信波長帯におけるSPASER機構による表面プラズモン増幅の実施、ならびにプラズモン増幅部位を実装化したプラズモニック素子の開発、を行う。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額はH26年度から繰り越した「基金助成金」の未使用分である。これが生じた理由はH26年度中に基金助成金の前倒し支払請求を行ったことによる。本研究課題1年目のH26年度に研究計画を一部前倒しする事にしたため、前倒し支払請求により基金助成金の上限額（期間全体総額）をH26年度に請求し、研究の実施を加速した。未使用分はH27年度に繰り越した。このようにしてH27年度は前年度からの基金助成金の繰り越しを引き継いでスタートしたが、年度内の研究の進展は概ね計画通りで、「科学研究費補助金」の使用により実施することができたため、「基金助成金」はH28年度以降の物品費等に使用するためそのまま繰り越すことにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度から繰り越した基金助成金は、H28年度あるいはH29年度に使用する計画である。光学ミラーや試薬類など実験の消耗品費、またはリソグラフィー装置など試料作製に用いる共用設備（微細加工プラットフォーム等）の利用料（費目：その他）としての使用を計画している。これに伴う全体の研究計画の変更は特にない。
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