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本年度はスペックル構造をもつランダム媒質の光散乱特性に関するシミュレーションと実験、および微粒子媒質のための新たなシミュレータの作成を行った。研究成果は以下の通り。
1.交差スペックル構造をもつランダム媒質を計算機内に作成し、これに光を照射したときに生じる媒質内部の散乱光の電磁界分布をFDTD法により解析した。その結果、3交差スペックル媒質は通常の微粒子ランダム媒質に劣らない強い散乱を示すことがわかった。また、スペックル媒質では個々の散乱体の大きさが互いに異なっており、その散乱体サイズ分布が共振器の性能指標であるQ値に影響を及ぼす可能性が示唆された。
2.2交差および3交差スペックルを色素ドープ光硬化性樹脂に照射し、薄膜状光増幅ランダム媒質を作製した。これをパルスレーザーで励起し、発光スペクトルを測定した。一様に硬化した試料に比べてスペクトル幅の狭帯域化は見られたが、レーザー発振には至らなかった。内部にスペックル構造に従うランダム構造が形成されず、十分な散乱が得られなかったのが原因である。ただし、樹脂表面には微細な凹凸が形成されており、これによる光の散乱が発光スペクトル幅を狭くしたと考えられる。
3.FDTD法では解析できない、散乱光の光路長分布を明らかにするため、新たに光子のモンテカルロ・シミュレーションプログラムを作成し、微粒子分散媒質の散乱特性を解析した。直径100nm・800nmの単分散微粒子の媒質では、励起光は奥まで届くが散乱光の光路長が短く、250nmの単分散微粒子では光路長は長くなるが励起光が奥まで届かない結果となった。直径の異なる微粒子を分散させることにより、媒質内に励起光をある程度広く分布させ、なおかつ発生した光を媒質内に長くとどめることができることを明らかにした。
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