2018 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics of surface plasmon polaritons excited on nonmetallic material with femtosecond laser pulse
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18H01894
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
宮地 悟代 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30378905)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / フェムト秒レーザー / シリコン / ナノ加工 / レーザー加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高強度のfsレーザーを半導体や誘電体の表面に集光照射すると、fsからnsの時間領域にわたる超高速の光励起・緩和過程によって、非金属でも金属に匹敵するほどの高密度のキャリアが励起されることが知られている。高密度キャリアの励起にともない、様々な現象が生じることも知られているが、キャリア密度やダンピング時間など不明なパラメータは多い。また近年、高強度のfsレーザー照射によって非金属にも表面プラズモンポラリトン(SPP)が過渡的に励起されることが報告されている。
非金属に励起されるSPPは、fsレーザーに特有のナノ周期構造を形成するのに支配的な役割を果たしていると提案されてきた。光励起・緩和に伴うSPPの過渡的特性を観測・制御することができれば、加工形状を精密に制御できる可能性があるため、そのダイナミクスを理解することが必須である。これにより、過渡的特性から光励起・緩和過程についての情報も知ることができる。本研究の目的は、シリコン(Si)に過渡的に励起されるSPPのダイナミクスを理解することである。そのためにSi回折格子(溝周期Λ=1300 nm)をターゲットとしたポンプ・プローブ反射率測定実験を行った。
まず、SPPを励起・観測するためのプローブ光の光源として非同軸光パラメトリック増幅装置を作製した。発生させたプローブ光（波長650~740 nm、パルス幅23 fs）と、高密度キャリア励起用のポンプ光（~800 nm、100 fs）で反射率測定実験を行った。その結果、ポンプ光照射後 100 fs以降に、波長700 nm付近の反射率が落ち込むことが観測された。これはプローブ光によってSPP励起されたことを明確に示している。さらに遅延時間を 100~600 fsで変化させてもSPPが励起されることがわかった。これは、ポンプ光照射後の時間においてもSPPが励起できることを初めて実証する結果である。
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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
設計通りの光源を発生させ、それを用いた分光実験を行うことができた。現在、結果の詳細を解析中であり、成果報告を行う予定であるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は得られた結果を基に、表面プラズモンの波長、伝搬長、空間モードのダイナミクスを特定する。さらに、レーザー照射後のターゲット表面の形状と比較することにより、加工形状を決定する表面プラズモンの特性を見出す。
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| Remarks |
成果等は逐次掲載している。
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