表面プラズモン・導波光の近接場との二次元コロイド単層膜の相互作用

本年度、1.大面積のコロイド単層膜の作製、2.各種近接場と球の相互作用の状態を実験観測する、3.FDTD法による数値解析およびMie理論解析を行い、実験結果との対比を行う、ことを目的とした。まず、目的1に対応した試料作製技術改善を行った。自己組織膜作製法による秩序性の不足・配向方向制御の困難を解決するため、基板の横方向送り速度および試料注入端の上下位置の最適化を行う事により、構造の秩序性の向上が可能となった。さらに、基板表面に酸処理を施すことで、配列面積が拡大できた。その結果、1μm球径に対し赤外分光光度計により透過光スペクトル測定が可能な程度の大きさ(直径約0.5mm程度)の単層膜試料が得られた。入射光に対し試料を傾けて透過光測定を行う事で、フォトニック・バンドに関係したスペクトル変化を観測した。次に、2および3に関連して、ATR配置での二次元コロイド単層膜(2μm径および5μm径)とエバネセント光の相互作用の観測ならびに、FDTD法の解析結果を比較する事で、二次元コロイド球単層膜と可視エバネセント光との相互作用について次の事項が解明できた。(1)TMおよびTE偏光入射でのTM型ウィスパリング・ギャラリー(WG)・モードと反射率の関係を明らかにした。(2)反射率の極大および極小値や光散乱強度とギャラリー・モードの関係を明らかにした。(3)波長スキャンスペクトルが入射角に依存する原因は励起可能なギャラリー・モードの増加に由来する事を明らかにした。(4)ATR配置で励起・観測可能なモードには、伝搬型と局在型の2種類が存在する。(5)伝搬型モードは2つの型があり、一つは球間を直線的に伝搬するもの、もう一つは隣り合う球のギャラリーモードが連結したように伝搬するものである。(6)直線的に伝搬するモードは、配列の周期構造をグレーティングとみなした時、グレーティング結合様式でエバネセント光と結合している。

本年度、1.大面積のコロイド単層膜の作製、2.各種近接場と球の相互作用の状態を実験観測する、3.FDTD法による数値解析およびMie理論解析を行い、実験結果との対比を行う、ことを目的とした。まず、目的1に対応した試料作製技術改善を行った。自己組織膜作製法による秩序性の不足・配向方向制御の困難を解決するため、基板の横方向送り速度および試料注入端の上下位置の最適化を行う事により、構造の秩序性の向上が可能となった。さらに、基板表面に酸処理を施すことで、配列面積が拡大できた。その結果、1μm球径に対し赤外分光光度計により透過光スペクトル測定が可能な程度の大きさ(直径約0.5mm程度)の単層膜試料が得られた。入射光に対し試料を傾けて透過光測定を行う事で、フォトニック・バンドに関係したスペクトル変化を観測した。次に、2および3に関連して、ATR配置での二次元コロイド単層膜(2μm径および5μm径)とエバネセント光の相互作用の観測ならびに、FDTD法の解析結果を比較する事で、二次元コロイド球単層膜と可視エバネセント光との相互作用について次の事項が解明できた。(1)TMおよびTE偏光入射でのTM型ウィスパリング・ギャラリー(WG)・モードと反射率の関係を明らかにした。(2)反射率の極大および極小値や光散乱強度とギャラリー・モードの関係を明らかにした。(3)波長スキャンスペクトルが入射角に依存する原因は励起可能なギャラリー・モードの増加に由来する事を明らかにした。(4)ATR配置で励起・観測可能なモードには、伝搬型と局在型の2種類が存在する。(5)伝搬型モードは2つの型があり、一つは球間を直線的に伝搬するもの、もう一つは隣り合う球のギャラリーモードが連結したように伝搬するものである。(6)直線的に伝搬するモードは、配列の周期構造をグレーティングとみなした時、グレーティング結合様式でエバネセント光と結合している。