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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 paper, we study the structure of ultra-small spectroscope by using the structure of metal folding lattice The research topic is to demonstrate the possibility of optical spectroscopy on MEMS in principle. There are many problems in this field. The number of times the sensor is turned back is determined by the number of times the sensor is turned back. In 2021, we will conduct a review to determine the number of times a single back-off is required to solve this problem, and we will measure the signal of the optical splitter so that the error of the optical filter can be eliminated. In this paper, the spectroscope of this study is to try to find the dispersion relationship between the incident angle and the resonance of the spectroscope. A variable wavelength light source, near infrared light, beam splitter, output signal, and incident light are recorded and calculated. The signal is inverted and the result is compared with that of the spectrometer (Sol2.2A, BWTEK). The problem of this problem is that the error of the spectrometer is eliminated. The secondary beam splitter is capable of detecting the motion of the MEMS beam by electrostatic force, and the angle of incidence of about 5 [deg] is measured. The wavelength range of the spectrometer is about 100 [nm]. Now, the sign of the number of times the SPR is folded is positive or negative, the direction of the SPR is different, the principle of the SPR is used, the structure is separated, and the design and trial operation are selected.