近接場光による電気双極子禁制遷移の振動子強度増大効果の研究

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17340121
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 蓮尾 昌裕 京都大学, 工学研究科, 助教授 (40218433)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 澤田 圭司 信州大学, 工学部, 助教授 (40262688) ; 中村 浩章 核融合科学研究所, 理論・シミュレーション研究センター, 助教授 (30311210) ; 岩前 敦 京都大学, 工学研究科, 助手 (90322156)
• Keywords: 近接場光 / 電気四重極子遷移 / 磁気双極子遷移 / 振動子強度 / FDTD法

Research Abstract

全反射に伴う近接場光に対して定式化し実験的に実証したセシウム原子の電気双極子禁制遷移(電気四重極子遷移)の振動子強度増強効果を、酸素分子を用いてまだ観測例のないもう一つの電気双極子禁制遷移である磁気双極子遷移について実証すべく、以下の準備を進めた。
1.760nm(酸素分子の磁気双極子遷移)帯の半導体レーザーの導入し、大気中酸素の光学計測の予備実験を行った。その結果を用いて減衰全反射分光法での酸素分子検出に必要な条件を評価した。
2.検出感度を上げるため減衰全反射分光法と多重反射を組み合わせる光学システムの設計を進めた。
3.空気中の酸素の影響をさけるため、計測光学系すべてを窒素パージする実験システムを設計し、設置した。
より一般的な近接場光による電気双極子禁制遷移の振動子強度増強およびその制御をめざし、以下の研究を行った。
1.FDTD法(Finite Difference Time Domain method)を用いた電磁場シミュレーションプログラムを作成し、基板上ナノ構造を有する金属薄膜を用いてどのように効率的に近接場光を生成できるかシミュレーションを進めた。
2.全反射の近接場光に対して行った電気四重極子遷移の定式化を発展させ、数値計算した電磁場分布から原子の(s-d)電気四重極子遷移の効率および振動子強度を求める計算手法を構築した。
3.その結果を用いて電気四重極子遷移の振動子強度増強に最適なナノ構造金薄膜の形状を検討した。
4.ガラス基板上ナノ構造金薄膜の試作を企業の協力のもと行い、出来たナノ構造をSEM観測した。