All Optical Switching and Bistability Device using Surface Plasmon Resonance

使用表面等离子共振的所有光学开关和双稳态器件

基本信息

  • 批准号:
    17560006
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.11万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2005 至 2006
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Purpose of this work is to establish the way to make all optical switching devices using third-order nonlinear optical effect with an enhancement of surface plasmon resonance (SPR). What we have done is followings (1) Investigation of excitation of SPR using the attenuated total reflection geometry, (2) Fabrication of films of nonlinear optical materials with good optical quality, (3) Probing method to evaluate the optical quality using nonlinear optics, (4) Fabrication of switching devices and evaluation of the optical properties, (5) Computer simulation of the response. As materials, we used nanoparticle of polydiacetylene (PDA) with a dimension of 100-120 microns. We used polyvinylalchohol (PVA) as a matrix for the PDA nanoparticles. The films were fabricated by the spin coating method using a solution of PDA in a PVA matrix. Nicely controlled film was obtained by this method. We also developed a probing method to evaluate the optical quality using third harmonic generation, which is one of the third-order nonlinear optical effects, by the analysis of the Maker fringes of THG. From these results, we fabricated all optical devices based on SPR. The switching properties were observed but they were weaker than we expected from the computer simulation. This is because that the coherence of the light was reduced less than 30% because of the nanoparticles and the excitation of surface plasmons were weak. Since we also obtained that the nanoparticles with a diameter of 40 nm provides good coherence, the switching devices using the PDA nanoparticles with a diameter of 40 nm will have the capability for the all optical switching. These results suggest that pi-conjugated polymers such as PDA will be promising materials for high speed optical devices.
本工作的目的是建立一种利用三阶非线性光效应,增强表面等离子体共振(SPR)来制造所有光开关器件的方法。我们所做的工作如下:(1)利用衰减全反射几何研究SPR的激发;(2)制备具有良好光学质量的非线性光学材料薄膜;(3)利用非线性光学评估光学质量的探测方法;(4)制作开关器件和评估光学性质;(5)响应的计算机模拟。作为材料,我们使用了尺寸为100-120微米的聚二乙炔(PDA)纳米颗粒。我们使用聚乙烯醇(PVA)作为PDA纳米颗粒的基质。在PVA基体中加入PDA溶液,采用自旋镀膜的方法制备薄膜。该方法得到了控制良好的薄膜。通过对三阶非线性光学效应之一的三次谐波产生的分析,提出了一种利用三阶非线性光学效应来评价光学质量的探测方法。基于这些结果,我们制作了所有基于SPR的光学器件。我们观察到了开关特性,但它们比我们从计算机模拟中预期的要弱。这是因为纳米粒子和表面等离子激元的激发较弱导致光的相干性降低不到30%。由于我们还获得了直径为40 nm的纳米粒子具有良好的相干性,因此使用直径为40 nm的PDA纳米粒子的开关器件将具有全光开关的能力。这些结果表明,π共轭聚合物如PDA将成为高速光学器件的有前途的材料。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Application of Surface Plasmons for Highly Sensitive Optical Probe and Biosensing
表面等离子体在高灵敏光学探针和生物传感中的应用
表面プラズモン増強の非線形光学への応用
表面等离子体增强在非线性光学中的应用
  • DOI:
  • 发表时间:
    2005
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kazuma Tsuboi;Kotaro Kajikawa;梶川浩太郎
  • 通讯作者:
    梶川浩太郎
表面プラズモンによる高感度光計測とバイオセンシング分野への応用
利用表面等离子体的高灵敏度光学测量及其在生物传感领域的应用
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sinya Abe;Kotaro Kajikawa;梶川浩太郎
  • 通讯作者:
    梶川浩太郎
Linear and Nonlinear Optical Properties of Gold Nanoparticles Immobilized on Metallic Surface
金属表面固定金纳米粒子的线性和非线性光学性质
  • DOI:
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Sinya Abe;Kotaro Kajikawa
  • 通讯作者:
    Kotaro Kajikawa
Second harmonic generation enhanced by local surface plasmon resonance
局域表面等离子体共振增强二次谐波产生
  • DOI:
  • 发表时间:
    2005
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kazuma Tsuboi;Kotaro Kajikawa
  • 通讯作者:
    Kotaro Kajikawa
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  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 2.11万
  • 项目类别:
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    CRC-2016-00034
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 2.11万
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  • 资助金额:
    $ 2.11万
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    $ 2.11万
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