2011 Fiscal Year Annual Research Report
超短パルス光干渉加工法を用いた新しいメタマテリアルの開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Electromagnetic Metamaterials |
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| Project/Area Number |
23109509
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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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| Keywords | メタマテリアル / レーザープロセッシング / 応用光学・量子光工学 / ナノ材料 / テラヘルツ |
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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:近赤外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、ターゲット表面で干渉加工をおこなった。ビーム形状をビームプロファイラで観察し、トップフラットビーム形成のための情報を得た。
(2)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、短波長化による吸収率の向上による光利用効率の向上、周期構造の短周期化へ向けた予備実験としておこなった。この波長に合わせた専用の高効率DOEを導入し、光利用効率の向上を図った。
(3)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。
(4)干渉理論解析による干渉縞構造のサーベイ:干渉理論解析において、4光束及び6光束干渉ビーム間の位相・強度変調による干渉縞の変化をサーベイし、データベースを作成した。これらは電磁メタマテリアルのデザイン選定の際に用いられる。
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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。追加した項目として、電磁メタマテリアルのデザインを増やすために、4光束干渉に加え6光束干渉の場合のデザインをサーベイした。さらに、短波長化による短周期達成や、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。これらにより、電磁メタマテリアルのデザインの自由度が向上した。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 |
トップフラットビーム形成の補助装置として、グラディエントフィルターを追加導入する。ビーム間の位相・強度を変調することで、デザインされた加工形状の形成能力を調査し、実際に電磁メタマテリアルを作製する。具体的には、Au,Ag等のナノ開口・楕円開口周期構造、ナノウィスカー等が人工的に配列した周期紋様構造である。電磁メタマテリアル形状の選定に当たっては、メタマテリアル作製及び応用を専門とする連携研究者と協議する。1kHzの繰り返し加工と試料スキャンにより、十万個以上の周期配列構造の作製、加工速度5mm^2/sを達成する。FDTD解析を目指し、メタマテリアルのCADモデルを作成する。
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