2010 Fiscal Year Annual Research Report
プラズモニックエッジ構造の光超集束による新光機能素子
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20360032
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
高原 淳一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90273606)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久武 信太郎 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教 (20362642)
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| Keywords | 表面プラズモン / プラズモニクス / プラズモニック導波路 / 超集束 / 群速度 / 負屈折 / スローライト / ロングレンジ表面プラズモン |
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| Research Abstract |
本研究の目的はプラズモニックエッジ構造の特異な物理を解明し、これを利用した新権能光デバイスを生み出すことである。今年度は最終年度であり、昨年度までの研究成果をもとに実際のデバイスにつなげるために、プラズモニック導波路の伝搬モードの中で最も伝搬損失の少ないモードとして知られる金属薄膜導路のロンクレンジ表面プラズモン(LRSP)を利用して負屈折や群速度の極めて遅い光(スローライト)による光エネルギー圧縮などの新しい機能を出すことを目指しで研究を行った。研究成果の詳細は以下の通りである。
1. 金属薄膜導波路において、群速度が真空中の1/100以下となるスローライトを実現できることを理論的に示した。またその群速度分散を計算し、500fsまでのガウシアンバルスをパルス歪なく伝搬可能であることを示した。
2. 金属薄膜導波路において負屈折を示す伝搬モードを理論的に調のべた。その結果、負屈折するモードは負の位相速度をもつスローライトとみなせることがわかった。金属薄膜導波路の伝搬モードは金属ギャップ導波路とは本質的に異なり常にLRSPが存在するために、伝搬損失の大きな負屈折をおこすモードがLRSPによって隠されてしすう。そこで、スローライトパルスの群速度の違いな利用して負屈折を時間的に分離する方法を理論的に提案し、シミュレーションによりこれを確認した。
3. 光ビームとLRSPとのインターフェースとなるナノスリットカップラーを提案した。きらに、石英基板上の2μmの金属薄スラブ導波路に複数のナノスリットを作製し、LRSPの導波実験を行った。レーザー光を対物レンズを通してナノスリットに照射することによりLRSPの励起と伝搬を観測した。また、出力カップラーを通してLRSPを外部へ伝搬光として取り出すことにも成功した。これによりプラズモニックエッジ構造を利用したLRSPの励起と検出に成功した。
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