表面プラズモンを用いた可変カラーフィルタの製作

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本研究では、金属ナノ格子と周期構造を制御するMEMSアクチュエータの一体化により、表面プラズモン異常透過の励起波長の連続可変制御を達成した。周期500 nmのアルミ格子と静電アクチュエータを微小バネにより接続し基板貫通孔上に配置した表面プラズモン可変フィルタを設計，製作した。静電アクチュエータに印加される駆動電圧を0 Vから60 Vへ増加させることで、静電アクチュエータの横変位が得られアルミ格子の周期は500 nmから642 nmへ拡張された。これにより、表面プラズモンの励起波長は周期に依存するため可視域において124 nmの連続シフトが得られた。また、可変フィルタからの透過光の色度は、電圧の増加に伴い円を描き色度図上をシフトした。これらの結果はMEMSアクチュエータによる表面プラズモン励起波長の連続制御に成功したことを示しており，周囲の誘電率を変化させる既存の方法と比較し帯域が広く、100 nm以上の連続シフトを可視域に与えることに成功した。また、色度の変化は透過光の色変化を表しており、可視域の全色を電圧制御により選択的に透過させる機能を持つ可能性を示した。さらに、彩度向上のため、表面プラズモン異常透過を強める金属と誘電体の中空積層格子をMEMSアクチュエータと一体化した可変プラズモニックカラーフィルタを提案した。予備検討として、アルミとシリコン酸化膜の積層格子を基板貫通孔上に配置した中空プラズモニックカラーフィルタを製作し、励起波長における90%以上の透過率を実現した。よって、1素子で複数の波長帯域を選択的に透過させる可変プラズモニックカラーフィルタの実現の見通しが立ったと言える．これは、表示素子に限らず1 μm以下の微小領域においてカラースペクトルを得ることも可能になると予想され、バイオ・メディカル分野に新たな知見を与えることが期待できる．