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フォトニック結晶に向けたフェムト秒レーザーによるナノボイド周期構造体の作製と評価

使用飞秒激光光子晶体纳米空隙周期性结构的制造和评估

基本信息

批准号：
24921010
负责人：
高橋智子
金额：
$ 0.38万
依托单位：
Akita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、ワイドバンドギャップ酸化物結晶(BO_3^<3->やPO_4^<3->分子基をもつ真空紫外域まで透明なホウ酸塩ガラスおよび結晶に対して(1)フェムト秒パルスレーザーを材料に集光照射し、微細なナノ構造(直径数百nm程度)の作製と形態を観察する。加えて比較のために電子線リソグラフィーによる微細加工(EB描画)による周期構造の作製と評価(2)ナノホール形状のパルスエネルギー依存性とガラスと結晶との形態を比較しナノ周期構造によるフォトニック結晶の実現可能性を探る。研究の成果:(1)ナノ構造周期体の作製を目指し、同じ組成をもつLi_2O・2B_2O^3(LTB)ガラスとLi_2B_4O_7(LTB)結晶表面にフェムト秒レーザーアブレーションによりホールを作製した。アブレーションによって、LTBガラスでは、ビームプロファイルを反映したほぼ円形(楕円状)のホールが、LTB結晶では、プロファイルとは異なり、結晶の構造(正方晶)を反映したと考えられる四角形状のホールが形成されることを見出した。その加工断面は{hho}型面となっているとみられた。また、LTBガラスおよびLTB結晶ともに、ホールサイズはレーザーフルーエンスの減少とともに小さくなること、閾値加工であることが分かった。フルーエンス4.7J/m^2～6.4J/cm^2の場合、内部のホールサイズは、ビームスポット径(約2μm)および波長以下のナノホール(LTBガラス:直径～500nm,LTB結晶:一辺165～200nm)が形成できることが分かった。(2)電子ビームによるリソグラフィーでは、LTBガラスについては3角格子で比較的大きさの揃ったナノホール(平均直径220nm)が形成されたが、ホール断面が円柱状とはならなかった。描画された2次元ホールアレイを基にシミュレーションした結果、波長990～1050nmの近赤外用域で完全PBGが存在する可能性を示した。

In this study, we investigated the structure and morphology of transparent acid crystals (BO_3 <3->~ PO_4 ~<3->) in the vacuum ultraviolet (VUV) region under concentrated light irradiation and fine structure (several hundred nm in diameter). (2) The dependence of the shape of the periodic structure on the morphology of the crystal is compared with that of the periodic structure and the possibility of realizing the crystal is explored. The results of this study are as follows:(1) The preparation of structural periodic bodies with the same composition is described in detail below: Li_2O·2B_2O_3 (LTB) and Li_2B_4O_7(LTB) crystal surfaces. LTB crystal structure (square crystal) is reflected in the shape of a rectangle, and LTB crystal structure is reflected in the shape of a rectangle. The machined section is shaped like a sheet of paper. LTB structure, LTB structure In the case of 4.7J/m^2~6.4J/cm^2, the internal diameter of the crystal is about 2μm, and the diameter of the crystal below the wavelength is about 500nm (LTB crystal diameter: 165~200nm). (2)The electron beam is divided into three groups, i.e., LTB, LTB and LTB. The results show that the existence of complete PBG in the near-infrared region of wavelength 990~1050nm is possible.