Ultra-compact spectrometer using propagating plasmon on gold grating

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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。