Practical Application of Light Management - Exploiting the Metasurface to the Limit

2022年度は以下の2項目の研究を行いました。変換効率の最大化：TiO2メタ表面の最適化：内因性光吸収の無い高屈折酸化物であるTiO2メタ表面の最適化を行いました。2021年度終了時点で、最も軸上蛍光強度が高い試料でも全放出蛍光の50％近くが後方あるいは側方に逃げていることがわかりました。そこで2022年度は、逃げ道を塞ぎ100％蛍光が前方に向かうように蛍光体を加工することを試みました。具体的には、後方に逃げる分を前方に戻すために誘電体多層膜を基板に作製しました。2021年度の時点で多層膜を1層積層し、全放出光量に対する前方放出割合を42から47％に向上させることに成功していました。2022年度は多層膜を3層積層させ、更なる前方放出割合の向上を試みました。反射率測定で、１層積層試料では黄色蛍光の50%程度を前方に反射していたのに対し、3層積層により80%を反射できることがわかりました。全放出光量に対する前方放出割合を今後評価します。光取り出しの最大化：2021年度終了時点で、実験で最高の取り出し効率が得られているのは半径110nm、高さ140nmのナノ粒子でしたが、シミュレーションからは背を高くすればさらに取り出し効率が高まることが示唆されていました。メタ表面はエッチングと別にリフトオフによるプロセスを並行して試作することで、シミュレーションで高い数値が出ている高さ300nm程度までのナノ粒子作製を目指しました。サイズを最適化することで光取り出しの大幅な向上に成功しました。その他：酸化ジルコニウムナノアンテナの開発、Siナノアンテナのポラリトンレーザ応用、ＳｉナノアンテナにおけるBound state in the continuum(BIC)モードの制御、Ａｌナノアンテナによる高次アップコンバージョン蛍光強度増大に成功しました。

2022年度は以下の2項目の研究を行いました。変換効率の最大化：TiO2メタ表面の最適化：内因性光吸収の無い高屈折酸化物であるTiO2メタ表面の最適化を行いました。2021年度終了時点で、最も軸上蛍光強度が高い試料でも全放出蛍光の50％近くが後方あるいは側方に逃げていることがわかりました。そこで2022年度は、逃げ道を塞ぎ100％蛍光が前方に向かうように蛍光体を加工することを試みました。具体的には、後方に逃げる分を前方に戻すために誘電体多層膜を基板に作製しました。2021年度の時点で多層膜を1層積層し、全放出光量に対する前方放出割合を42から47％に向上させることに成功していました。2022年度は多層膜を3層積層させ、更なる前方放出割合の向上を試みました。反射率測定で、１層積層試料では黄色蛍光の50%程度を前方に反射していたのに対し、3層積層により80%を反射できることがわかりました。全放出光量に対する前方放出割合を今後評価します。光取り出しの最大化：2021年度終了時点で、実験で最高の取り出し効率が得られているのは半径110nm、高さ140nmのナノ粒子でしたが、シミュレーションからは背を高くすればさらに取り出し効率が高まることが示唆されていました。メタ表面はエッチングと別にリフトオフによるプロセスを並行して試作することで、シミュレーションで高い数値が出ている高さ300nm程度までのナノ粒子作製を目指しました。サイズを最適化することで光取り出しの大幅な向上に成功しました。その他：酸化ジルコニウムナノアンテナの開発、Siナノアンテナのポラリトンレーザ応用、ＳｉナノアンテナにおけるBound state in the continuum(BIC)モードの制御、Ａｌナノアンテナによる高次アップコンバージョン蛍光強度増大に成功しました。