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Ultra-compact spectrometer using propagating plasmon on gold grating

使用金光栅上传播等离子体的超紧凑型光谱仪

基本信息

批准号：
21J13187
负责人：
大下雅昭
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13187/
关键词：
プラズモニクス分光器ショットキー型光検出器 MEMS 近赤外光

项目摘要

本研究は金回折格子上の伝搬型プラズモンをショットキー障壁によって検出する構造を利用した超小型分光器の実現を目的とする。研究課題実施前までにプラズモンを利用し、MEMS上での分光が原理上可能であることを示した。しかし、得られたスペクトルに大きな誤差が含まれる問題があった。これは、どの回折次数をもつプラズモンも同一の検出器で検出するため、解となるスペクトルが一意に定まらないことに起因する。2021年度は、この問題点に関してまず単一の回折次数のみを取りうる走査範囲において分光器の信号を計測することでスペクトルの誤差が解消されるか検証を行った。まず、本研究の分光器をバルクマイクロマシニング技術で試作し、理論的に求めた分散関係から求めた入射角の走査範囲において音圧で分光器の構造を共振させた。可変波長光源から近赤外光を分光器に照射し、分光器が出力する信号を記録してそこから入射スペクトルを計算した。信号から逆算したスペクトルは市販の分光器（Sol2.2A, BWTEK社）によって得られた結果と比較し、本課題で問題としていたスペクトルの大きな誤差が解消されていることを確認した。次に分光器がMEMSモジュール化可能か検証するために、静電力によって分光器の片持ち梁を駆動する検証を行ったところ、約5 [deg]の入射角走査範囲が得られた。この範囲の大きさは波長と角度走査範囲を対応づける分散関係より、この分光器は約100 [nm]の分光可能な波長範囲を持つことがわかった。現在は、伝搬型SPRがもつ回折次数の符号が正の場合と負の場合で伝搬方向が異なる原理を用いてそれぞれを分離して検出する構造の設計及び試作に取り組んでいる。

In this study, the purpose of this study was to use an ultra-small spectrometer to construct a barrier structure on a metal folded lattice. The research topic is based on the use of light spectroscopy and spectroscopy on MEMS, which is theoretically possible.しかし, 得られたスペクトルに大きなError が contain まれるquestion があった. The number of turns of これは、どのをもつプラズモンもthe same の検出器で検出するため、solved となるスペクトルが一意に定まらないことにcause する. 2021 year は, このproblem points, してまず単一のturn number, のみをtake, りうる, walk through the range.おいてThe signal of the spectrometer is measured and the error is eliminated.まず、The spectrometer spectrometer used in this study is a trial production and theoretical research The dispersion relationship is determined by the angle of incidence and the structure of the spectrometer is resonant. The wavelength light source can be changed, the near-infrared light can be irradiated by the spectroscope, the output of the spectroscope can be recorded, and the incident light can be calculated. Signal inverse calculation of commercially available optical splitter (Sol2.2A, BWTEK company) obtained the results and comparison, and the problems of this topicていたスペクトルの大きなErrorが解されていることをconfirmationした. Sub-MEMS optical splitter is made possible, electrostatic force spectrometer is used, and the electrostatic force is used to support the beam splitter, and the beam is moved and the line is checked, about 5 [deg] The angle of incidence of the inspection range is られた.この法囲の大きさはwavelengthとangle walkthrough 法囲を対応づけるdispersion relationshipより、このspectrometerはabout 100 [nm] is a wavelength range that can be used for spectroscopy. Now, 伝Moving type SPRがもつThe sign of the number of turns is positive and negative, and the direction of movement is different. The principle is used to separate the design of the structure and the prototype of the prototype.