2011 Fiscal Year Research-status Report
フェムト秒レーザーによるフォトニック結晶及び局在モードと励起子の量子カッティング
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23656393
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
小玉 展宏 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90282152)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 |
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| Research Abstract |
本年度は、ワイドバンドギャップ材料として、ホウ酸塩結晶及びガラス(LiKB<sub>4</sub>O<sub>7</sub>,LiB<sub>4</sub>O<sub>7</sub>)の作成、自己束縛励起子(STE)の分光特性、フェムト秒レーザーによる2次元ナノアレイの作成と評価を行った。[1]真空紫外励起の分光特性:LiB<sub>4</sub>O<sub>7</sub>結晶のVUV励起の時間分解スペクトルから、1重項と３重項のSTEの生成を確認し、その時間減衰挙動を明らかにした。[2]フェムト秒レーザーアブレーションによるナノアレイ構造の作製と評価:LKBガラスではアブレーションにより、円柱状ホールが形成され、直径はレーザー波長(800nm)以下～280nmで、深さ～700nmであった。LBO結晶では、四角形状で1辺が～280nmのナノホールが形成された。ホールの大きさはともに照射波長の～1/3のナノホールアレイが形成されることを見出した。円偏光でTEM<sub>00</sub>モードにもかかわらず、四角形状のホールの形成は、LBO結晶の単位格子構造を反映していることが示唆された。[3]欠陥ナノアレイ構造の作成とフォトニックバンド及び光伝搬のシミュレーション:SEM観察から得られたホールの大きさ(280nm)、形状(円柱および4角形)、周期(400 nm)を用い、観察からホール配列を3角格子と近似し、平面波展開法でフォトニックバンドを計算し、Γ-MとΓ-K方向に不完全バンドギャップが現れることが分かった。SEM観察データを基にLBO結晶中に1列のホールが抜けた線欠陥を有するナノホールアレイを作成でき、TMモードの光の伝播を、FDTD法でシミュレーションした結果作製した線欠陥ナノホールアレイでは、光の閉じ込めは不完全で、線欠陥中では漏れることを明らかにした。
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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
フェムト秒レーザーアブレーションにより、ホウ酸塩結晶及びガラス表面上にレーザー波長以下のナノホールが作製できることが見出された。また、ホールの形状は照射レーザーの偏光と横モードによらず、材料の構造に依存する可能性があることを見出した。観察結果を基に、フォトニックバンドおよび光伝搬のシミュレーションでは、まだ不完全であるが、完全フォトニックバンドを有するナノホールアレイ構造作成に向けた基本的知見を得た。今後、ホールの形態とレーザーアブレーション条件および材料の構造との関連を明らかにするためFE-SEMやFIB-SEM観察による実験を計画したい。
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| Strategy for Future Research Activity |
[1]フェムト秒レーザーアブレーションによる2次元ナノホールアレイの作製:ホールの形態とレーザーアブレーション条件および材料の構造との関連を明らかにしFE-SEMやFIB-SEM観察による実験を計画したい。また、完全フォトニックバンドを有する2次元欠陥構造フォトニック結晶の作製及び光伝搬モードを解析する。[2]イオンエッチングによる2次元ナノホールアレイの作製:イオンエッチング微細加工により、周期性の良い3角格子ナノホールアレイを作製し、アブレーションで作製したナノホールアレイの構造を比較する。[3]この結果に基づき、自己束縛励起子(STE)の準位と局在モードが重なる周期をもつフォトニック結晶を作製する。[4]さらに進めてSTEと局在モードが重なりの大きい組成に希土類を添加した単結晶を育成し、フェムト秒レーザー照射でSTEと局在モードの重なる格子構造と周期構造を持つ２次元フォトニック結晶を作製する。[5]STEと希土類イオンの分光特性とエネルギー移動のダイナミクスを調べ、STEから希土類イオンへのエネルギー移動による量子カッティングを探索し、新奇な２次元フォトニック結晶の実証に向けた基礎的データを得る。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
光学測定用部品の購入結晶およびガラス原料の購入作成サンプルの加工研磨国内旅費（レーザー実験およびイオンエッチング微細加工とSEM測定）
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