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Optical generation and detection of GHz-THz acoustic waves in 1- and 2-dimensional nano-scale periodic structures and their application

一维和二维纳米级周期性结构中GHz-THz声波的光学产生和检测及其应用

基本信息

批准号：
22K04938
负责人：
松田理
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

透明媒質中を伝播するGHz周波数領域の超音波パルスによって単色光が散乱されると、散乱光にブリルアン振動と呼ばれる時間的な強度変調が生じる。本研究では、ブリルアン振動を用いた高度な音響・光物性評価を簡便に行う手法を開発することを目的とする。その基礎をなすものは、ナノスケール周期構造を用いたピコ秒レーザー音響法である。特にグレーティング構造(1次元周期構造)に加えてドット配列などの2次元周期構造を用いることで、生成・検出される音響波の自由度(縦波・横波の別、偏極方向など)を大きく拡大することが期待される。今年度は2次元周期構造による等方性固体試料の測定を行った。等方性透明固体試料(石英ガラス)の表面にサブミクロンスケールの2次元AuおよびAl周期構造を形成した試料を作製し、ピコ秒レーザー音響法測定を行った。グレーティング構造を用いない従来の測定では、多くの場合、試料および測定の対称性のために縦波音響波のみが生成・検出可能であった。これに対して横波(せん断)音響波の観測には、縦波音響波の測定のみでは知りえない弾性テンソル成分を評価できる、一般にせん断音響波は縦波音響波より遅いので同じ周波数で比較すると波長が短くなる、などの利点がある。申請者は1次元金属グレーティング構造によってせん断音響波が生成・検出が可能であることを、適切な入射角を持つ斜め入射プローブ光学系を用いて実験的に既に示しているが、この方法では試料の保持角度の条件が厳しく測定は難度の高いものであった。これに対して2次元周期構造を用いることで、単純な光学配置であっても実効的に自由度の高い斜め入射光学系に相当する測定が可能となり、せん断音響波の検出が簡便になると期待される。入射光と回折光が反平行になる光学配置において、適切な偏光をもちいることでせん断音響波の検出が可能であることを実験的に示した。

Ultrasonic waves in the GHz frequency domain in transparent media are scattered, scattered, and time-varying in intensity This study aims to develop a simple method for the evaluation of acoustic and optical properties of high-frequency vibration. The basic structure of the structure is called "acoustic structure." The degree of freedom of acoustic wave generation and detection (difference between wave and transverse wave, polarization direction) is expected to increase in the number of pairs of structures (1-dimensional periodic structure) and in the number of pairs of structures (2-dimensional periodic structure). The determination of isocubic solid samples in this year's two-dimensional periodic structure The surface of an isocubic transparent solid sample (quartz crystal) was measured by the acoustic method. The structure of the sample is used in the determination of the frequency of the sample, the frequency of the sample and the frequency of the measurement. The measurement of transverse and transverse acoustic waves is based on the evaluation of their properties and the comparison of their wavelengths with the same frequency. The applicant shall apply for a one-dimensional metal structure, such as the generation and detection of acoustic waves, the appropriate angle of incidence, the oblique angle of incidence, the optical system, and the conditions for maintaining the angle of the sample. For example, the detection of acoustic waves is expected to be simple and easy due to the high degree of freedom and the high incidence of optical systems. The incident light is reflected in anti-parallel optical configuration, and the polarized light is properly reflected in the acoustic wave.