単一ナノ構造体のレーザー放射圧スペクトロスコピー

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450024
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 笹木 敬司 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (00183822)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 堀田 純一 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (80301919) ; 竹内 繁樹 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (80321959)
• Keywords: ナノ微粒子 / 放射圧 / レーザーマニピュレーション / 光散乱 / 過渡吸収 / ナノメートル位置検出 / ポテンシャル計測

Research Abstract

本研究では、単一ナノ構造体における光物理現象を高感度・高精度に解析することを目的として、レーザー光の放射圧を利用した新しいダイナミック吸収分光計測法の開発を行っている。本手法は、ナノ構造体にレーザー光を照射すると構造体の複素屈折率に依存して放射圧が発生することを利用したものである。すなわち、吸収を光強度の変化としてではなく、吸収に伴って発生する光の力に変換して計測するという全く新しいアイデアに基づく。本年度は、吸収をもつナノメートルサイズの構造体にレーザー光を照射したとき作用する放射圧を粒径、屈折率、吸収係数をパラメータとして波動理論的に解析した。また、放射圧が作用したナノ構造体の熱運動についてシミュレーションを行い、ポテンシャル測定の精度や吸収検出の感度について検討した上で、単一ナノ構造体のレーザー放射圧スペクトロスコピーシステムを設計した。システムは、Nd:YAGレーザーを調整光学系を通して光学顕微鏡に導きナノ構造体に集光して捕捉するとともに、波長可変パルスレーザーを微小構造体に照射して吸収による放射圧を発生させる。また、ナノ構造体を全反射照明し、散乱光を4分割フォトダイオードで検出して微小構造体の熱運動を実時間3次元計測する。この熱的ランダム過程を統計力学的に解析してポテンシャルを計算し、放射圧の3次元ベクトル分布を求めてナノ構造体の吸収と屈折率を推定するシステムを設計に基づいて製作した。

Research Products

• [Publications] Y. Matsuo: "Absorption analysis of a single microparticle by optical force measurement"J. Appl. Phys.. 89,10. 5438-5441 (2001)
• [Publications] Y. Matsuo: "Time-resolved Laser Scattering Spectroscopy of a Single Metallic Nanoparticle"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 6143-6147 (2001)
• [Publications] H. Fujiwara: "Lasing emission from a random medium composed of thulium-ion-doped glass particles and titanium dioxide powders"Proceedings of SPIE. Vol.4416. 190-193 (2001)
• [Publications] H. Fujiwara: "Microspherical Lasing of an Erbium-Ion-Doped Glass Particle"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.41,Part.2,No.1A/B. L46-L48 (2002)