多層膜系におけるFano共鳴と光機能性色素の融合による光物性と応用に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は、主にナノディスクアレイ―平面導波路構造における狭帯域共鳴の動的制御性に関する研究を行った。前年度に行った研究では、シリコンディスクアレイの上部にスピロピランをドープしたポリスチレン導波路を配置した構造を提案し、この構造では可視域に狭帯域共鳴が現れ、紫外光照射によってポリスチレン導波路の屈折率変化を誘起することで共鳴波長の動的制御が可能であることを示した。本年度は、屈折率センサーや動的制御性を備えたメタサーフェス応用を念頭に、この狭帯域共鳴の動的制御性に関する詳細な光学特性の解明を行った。屈折率センサーの高感度化やメタサーフェスの動的制御性の高効率化には、共鳴の線幅の低減と屈折率感度の向上が重要となる。そのための構造設計指針を明らかにするため、材料と構造パラメータが共鳴の線幅と屈折率感度に与える効果を検討した。まず、ディスクアレイ構造の材料として、可視域の損失が小さな酸化チタン（TiO2）を検討した。酸化チタンとシリコンのディスクアレイ構造が示す光学共鳴を詳細に比較したところ、酸化チタンではシリコンに比べて線幅が半分以下の共鳴が得られ、共鳴の狭帯域化に高い効果があることが分かった。構造パラメータに関しては、特に実験的な制御が容易なディスク高さに対する依存性を調査した。その結果、ディスクが薄いほど共鳴の線幅が低減し、かつ屈折率感度が向上することを見出した。また、このような光学特性の起源について、局所電場分布のディスク高さ依存性を解析することにより明らかにした。以上の研究結果は、センサーやメタサーフェスへの応用に際して低損失な材料の薄いディスク構造を用いることが有効であることを示しており、応用上の構造設計指針を与えるものと期待できる。