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2013 年度 実施状況報告書

電流による表面プラズモン変調器の創製

研究課題

研究課題/領域番号 25630147
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

福田 光男  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50378262)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード表面プラズモン / 光回路 / 光デバイス / 光変調
研究概要

平成25年度は実験系の整備と実験用素子の設計および作製を中心に行なった。
(1)実験用素子の設計と作製:石英基板上にナノスリットを有する金の薄膜を形成し、本スリットを用いて伝播光(狭スペクトル発振線幅のレーザ光)を表面プラズモンへ変換し、金属表面に沿って表面プラズモンとして伝播できる構造を設計・製作した。さらに、表面プラズモンを伝播光に再変換して周波数変調されているか否かを計測するための溝状のスリットも金表面に作り付けた。当該金属薄膜は電流路としても用いる必要があるため、金属薄膜両端を直流または交流電源に接続できる構造とした。
(2)高感度な光ヘテロダイン検出系のセットアップ:光ヘテロダイン検波技術をベースに表面プラズモンへ展開した測定系のセットアップを行なった。光源には狭スペクトル線幅(500kHz程度以下)の波長可変光源を用いて、わずかな周波数シフトも検知できる検出系のセットアップを目指した。そのために、プローブにより検出された信号光を光ファイバ増幅器で増幅し、ファイバカプラで局発光と結合した後、光検出器で電気信号へ変換し、RFスペクトラムアナライザで信号光と局発光の差周波数にピークを持つビートスペクトルとして観察する構成とした。本系を用いて、表面プラズモンから変換した伝播光の光ヘテロダイン検波実験を開始した。
(3)表面プラズモン導波路の開発:簡便で低損失な導波路構造を開発し、上記(1)で記載の実験用素子へ導入した。本導波路についてはApplied Physics Lettersに投稿し掲載された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成25年度の研究計画は①電気的変調構造を作りつけた表面プラズモン発生デバイスの設計と作製、②空間的に高分解能な光検出系のセットアップ、③高感度な光ヘテロダイン検出系のセットアップの3項目である。これらの項目について、研究実績の概要に述べたように、デバイスの設計と製作および測定系のセットアップが終了し、実験を開始しつつある。本実績により、達成度としておおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

平成25年度で開発したデバイスとセットアップされた実験系により、表面プラズモンの周波数変調実験を行なう。その際、レーザの駆動電源を低雑音の電流源とするなど、レーザ光に重畳される電気的な雑音の低減を行ない、レーザ発振スペクトルの増大を防止する対策を実施する。さらに、実験に用いるデバイスの高周波特性を改善し、金属薄膜中を高周波電流が導通する構造を開発する。本デバイスと一層低雑音化された光ヘテロダイン検出系を用いて、高周波の電流信号と表面プラズモンの相互作用について実験・検討する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Low-loss waveguiding and detecting structure for surface plasmon polaritons2014

    • 著者名/発表者名
      Masashi Fukuhara, Masashi Ota, Hiroki Sakai, Takuma Aihara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 ページ: 081111-4

    • DOI

      10.1063/1.4866792

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sensitivity improvement of Schottky-type plasmonic detector2013

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 8923 ページ: 89234G 1-6

    • DOI

      10.1117/12.2033619

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metal-oxide-semiconductor field-effect transistors operated by surface plasmon polaritons2013

    • 著者名/発表者名
      Takuma Aihara, Ayumi Takeda, Masashi Fukuhara, Yuya Ishi, and Mitsuo Fukuda
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 8923 ページ: 89234F 1-6

    • DOI

      10.1117/12.2033618

  • [学会発表] Metal-oxide-semiconductor field-effect transistors operated by surface plasmon polaritons2013

    • 著者名/発表者名
      Takuma Aihara, Ayumi Takeda, Masashi Fukuhara, Yuya Ishi, and Mitsuo Fukuda
    • 学会等名
      SPIE Micro+nano Materials, Devices, and Applications 2013
    • 発表場所
      Melbourne, Australia
    • 年月日
      20131208-20131211
  • [学会発表] Sensitivity improvement of Schottky-type plasmonic detector2013

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • 学会等名
      SPIE Micro+nano Materials, Devices, and Applications 2013
    • 発表場所
      Melbourne, Australia
    • 年月日
      20131208-20131211
  • [学会発表] OPTIMAL DESIGN OF PHOTODETECTOR WITH MULTI-SLIT GRATING2013

    • 著者名/発表者名
      Ayumi Takeda, Takuma Aihara, Masashi Fukuhara, Yuya Ishii, and Mitsuo Fukuda
    • 学会等名
      IEEE Optical MEMS & Nanophotonics Conference 2013
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      20130818-20130823
  • [学会発表] 表面プラズモン検出器-MOSFET集積回路における静的および動的特性

    • 著者名/発表者名
      相原 卓磨、武田 愛弓、福原 誠史、石井 佑弥、福田 光男
    • 学会等名
      電子情報通信学会(レーザ・量子エレクトロニクス研究会)
    • 発表場所
      京都
  • [備考] フォトニクス研究室ホームページ

    • URL

      www.photon.ee.tut.ac.jp/

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公開日: 2015-05-28  

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