フェムト秒レーザ励起微粒子支援近接場光による2次元ナノプロセシング

使用飞秒激光激发粒子辅助近场光进行二维纳米加工

• 批准号: 08J05434
• 负责人: 坂井 哲男
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J05434/
• 关键词: フェムト秒レーザ; ナノスケール・プロセシング; 周期ナノ構造; 誘電体微粒子; 近接場光; プラズモニクス; ナノプロセシング; ナノ周期構造

本研究では、フェムト秒レーザの微細加工特性と近接場光の新規特性を利用し、半導体・誘電体基板上に周期ナノ構造のアブレーションによる作製および作製されたナノ構造の新規な機能を明らかにした。1.誘電体微粒子を用いたシリコン基板表面のナノスケール・プロセシング特性本研究では、シリコン基板上におけるナノホール作製にあたり、入射波長の最適化およびナノホール・サイズの入射エネルギー依存性を明らかにした。Mie散乱理論により近接場発生効率が高い波長特性を明らかにし、FDTD(Finite Difference Time Domain)法によりシリコンのナノ加工に最適な波長を計算した結果、フェムト秒レーザの基本波(800-nm)と第二高調波(400-nm)が適当であることが分かった。入射エネルギーを変化させることによって加工径や加工深さを制御する実験を行った結果、基本波においては、加工径が100-250nm程度であり、加工深さは20-100nm程度であった。第二高調波においては、加工径が50-200nm程度であり、加工深さは10-60nm程度であった。2.六方最密充填状に単層配列された誘電体微粒子の表面増強ラマン散乱の特性本研究では、直径450nmの誘電体微粒子を六方最密充填状に単層配列して金を蒸着した周期ナノ構造の表面増強ラマン散乱(SERS)への応用研究を行い、近接場光の光強度分布と発生機構についてFDTD法を用いて解析した。入射波長800-nm付近に強い散乱を誘起するこの構造体は、局在表面プラズモン共鳴を誘起することが分かった。加えて誘電体微粒子を六方最密充填状に配列した構造は、偏光方向の依存性がないことも明らかとなった。光強度分布の計算結果と実験結果を比較するために、フェムト秒レーザ微細加工技術を利用した。近接場光が発生した箇所を展性することで、展性した分布が計算結果と一致することが分かった。

This study aims to make use of the micromachining characteristics of the semiconductor substrate and the new characteristics of the near-field light, and to clarify the new functions of the periodic structure on the semiconductor substrate. 1. In this study, the optimization of incident wavelength and the dependence of incident wavelength on the surface of dielectric micro-particles were investigated. Mie Scattering Theory: Near Field Emission Efficiency: High Wavelength Characteristics: High Wavelength Characteristics: High Wavelength Characteristics The results of the incident wave and the machining depth are as follows: the fundamental wave and the machining diameter are about 100-250nm and the machining depth is about 20-100nm. The second high-profile wave, processing diameter of 50-200nm, processing depth of 10-60nm 2. The characteristics of surface-enhanced scattering (SERS) of dielectric particles with hexagonal most densely packed single-layer arrangement and 450nm diameter are studied. The optical intensity distribution and generation mechanism of near-field light are analyzed by FDTD method. The incident wavelength of 800-nm is close to the strong scattering induced by the structure, and the local surface resonance induced by the structure. In addition, the electron particles are arranged in a hexagonal most densely packed manner, and the polarization direction depends on the structure. The calculation results of light intensity distribution are compared with the results of micromachining technology. Near-field light is generated by a distribution of light, and the distribution of light is consistent with the calculation results.

项目成果

Optical near-field distribution around hemi-shell periodic structure for SERS application

用于 SERS 应用的半壳周期结构周围的光学近场分布

• 发表时间: 2009
• 作者: Tetsuo Sakai;Eric Diebold;et al
• 通讯作者: et al

Nano hemi-shell array produced by femtosecond laser micro-processing for SERS application

用于SERS应用的飞秒激光微加工生产的纳米半壳阵列

• 发表时间: 2009
• 作者: Tetsuo Sakai;Eric Diebold;et al;Tetsuo Sakai
• 通讯作者: Tetsuo Sakai