コロイドフォトニック結晶を基盤とした高効率光デバイスの研究開発

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本研究の目的は、コロイド結晶薄膜を基盤として微小な光共振器を作製し、高効率に発光特性を増幅させるための方法論を開拓することである。近年、サブマイクロからマイクロメートル程度の微粒子が形成する三次元的規則配列構造、すなわち「コロイド結晶」が注目されている。なぜならば、この規則構造を集積するために、特別な装置を必要としないからである。粒子の直径が数百ナノメートルのコロイド結晶に白色光を当たると、隣接粒子間と材料の屈折率で決定される波長の光を反射し、可視波長域で反射光を観察できる。この反射光がフォトニックバンドに相当する。これまで本申請者らは、高分子コロイド結晶薄膜を用いて微小な光共振器を作製し、光励起によるレーザー発振に関する研究を取り組んできた。二枚のコロイド結晶膜の間に発光層を設けた単純な構造である。本研究では、高分子コロイド結晶を用いた微小光共振器の作製と光学特性の増強現象を達成するために、高い反射率を示す高品質コロイド結晶膜と光効率の良い光共振器構造の作製手法を模索する。本申請者らが開発した高分子コロイド結晶膜は、ポリスチレン微粒子の三次元規則配列構造をポリシリコンエラストマーで固定化した構造をしている。反射率をさらに向上させるためには、材料の屈折率コントラストを高める必要がある。本研究では、微粒子のポリスチレンを選択的に取り除いてインバースオパール構造に変換したり、もしくは微粒子部分を高屈折率の酸化チタンに置換して、コロイド結晶膜の反射率の向上を達成する。