負誘電率周波数帯の表面電磁波共鳴を用いたテラヘルツイメージングの研究

本年度は、表面フォノン放射型テラヘルツ波発生において対象とする非線形光学結晶と表面回折格子の設計を明らかにするため、まず有限要素解析による表面フォノン放射の解析手法確立に取り組んだ。非線形光学材料にはテラヘルツ波発生に実績をもつニオブ酸リチウム結晶、光学フォノンモードにはA1対称モードを選定して負誘電率領域における固有値解析を行った。その結果、理論から予測されるP偏光成分のみ表面フォノン放射が起こることが確かめられ、解析手法の妥当性を確認した。さらに周波数を掃引して放射されたテラヘルツ波の自由伝搬方向を解析することにより分散特性を明らかにすることに成功し、非線形光学材料選定への基盤を得た。また本課題では表面フォノンをファブリペロー共振器に閉じ込め、その内部に幾何学的位相シフタを配置してスペクトルドリル共振器とし、発生するテラヘルツ波の狭線幅化と周波数掃引が可能であるかを調査する。ここで発生波長は光学フォノン周波数に対応することから、従来のスペクトルドリルに対して根本から設計を見直す必要がある。そこで本年度はそのために幾何学的位相シフタに必要な条件についての検討を進めるとともに、各所属に有するテラヘルツ波光学実験系の整備を進めた。一方デバイス製作においては、強誘電体であるニオブ酸リチウム結晶の凹凸構造の形成において、チャージアップの問題から反応性イオンエッチングが困難であることを確認している。この技術的課題を克服するためにはウエットエッチングが有効である可能性が高いと考えており、利用可能な試薬の調査と微細加工プロセスの条件出しを進めた。また、テラヘルツイメージング用の測定試料として作製条件の異なる複数のAl/Si/SiO2構造を作製し、金属誘起結晶化による多結晶Si薄膜成長過程の構造変化を顕微鏡、X線回折及びX線光電子分光を用いた実験的調査を進めた。

本年度は、表面フォノン放射型テラヘルツ波発生において対象とする非線形光学結晶と表面回折格子の設計を明らかにするため、まず有限要素解析による表面フォノン放射の解析手法確立に取り組んだ。非線形光学材料にはテラヘルツ波発生に実績をもつニオブ酸リチウム結晶、光学フォノンモードにはA1対称モードを選定して負誘電率領域における固有値解析を行った。その結果、理論から予測されるP偏光成分のみ表面フォノン放射が起こることが確かめられ、解析手法の妥当性を確認した。さらに周波数を掃引して放射されたテラヘルツ波の自由伝搬方向を解析することにより分散特性を明らかにすることに成功し、非線形光学材料選定への基盤を得た。また本課題では表面フォノンをファブリペロー共振器に閉じ込め、その内部に幾何学的位相シフタを配置してスペクトルドリル共振器とし、発生するテラヘルツ波の狭線幅化と周波数掃引が可能であるかを調査する。ここで発生波長は光学フォノン周波数に対応することから、従来のスペクトルドリルに対して根本から設計を見直す必要がある。そこで本年度はそのために幾何学的位相シフタに必要な条件についての検討を進めるとともに、各所属に有するテラヘルツ波光学実験系の整備を進めた。一方デバイス製作においては、強誘電体であるニオブ酸リチウム結晶の凹凸構造の形成において、チャージアップの問題から反応性イオンエッチングが困難であることを確認している。この技術的課題を克服するためにはウエットエッチングが有効である可能性が高いと考えており、利用可能な試薬の調査と微細加工プロセスの条件出しを進めた。また、テラヘルツイメージング用の測定試料として作製条件の異なる複数のAl/Si/SiO2構造を作製し、金属誘起結晶化による多結晶Si薄膜成長過程の構造変化を顕微鏡、X線回折及びX線光電子分光を用いた実験的調査を進めた。