近接場分光による誘電体微小球配列のフォトニックバンドの研究

誘電体微小球2次元配列結晶を用いて、走査近接場光学顕微鏡像(SNOM像)の得られるメカニズムを解明するとともに、減衰型の2次元フォトニックバンド効果による結晶内伝搬モードの存在とその性質がSNOM像にどのように反映されるかを解明することを目的に以下の研究を行った。1. (1)日本女子大国府田研究室にてサブミクロンスケール(0.23〜1.0ミクロン)のポリスチレン微粒子の単層配列膜をガラス基板上に作製した。(2)購入した紫外可視分光光度計を用いて、この微粒子系の透過スペクトル測定を行い、周期配列構造が原因で生じるフォトニックバンド共鳴効果による透過光強度のディップの存在を確認した。(3)近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いて、この試料のSNOM像がイルミネーションモードで測定した際にどのように波長に依存するかを調べた。(4)垂直入射光とフォトニックバンドが共鳴する周波数領域でSNOM像パターンが大きく変化すること、その両側の周波数領域ではSNOM像の強弱が逆転することを発見した。2. (1)千葉大大高、東北大宮嵜の協力で微粒子単層配列膜に平面電磁波が入射した際の裏面表面に発生する近接場光強度を配列微粒子間の多重光散乱効果を取り入れて計算したところ、微小球の周辺強度と中心強度との比がフォトニックバンドの共鳴周波数を挟んで分散的に大きく変化する結果を得た。また、共鳴領域で近接場光強度が約1桁増強されることも見いだした。(2)実験結果と比較することにより、共鳴領域では配列膜面内を伝搬する電磁波モードがSNOMにより効率よく生成されること、このモードの存在が共鳴領域でのSNOM像形成に重要な役割を果たしていることを明かにした。(3)このことは同時に、SNOM像が単純に屈折率のコントラストや表面の凸凹を表しているわけではないことを示したことになる。

誘電体微小球2次元配列結晶を用いて、走査近接場光学顕微鏡像(SNOM像)の得られるメカニズムを解明するとともに、減衰型の2次元フォトニックバンド効果による結晶内伝搬モードの存在とその性質がSNOM像にどのように反映されるかを解明することを目的に以下の研究を行った。1. (1)日本女子大国府田研究室にてサブミクロンスケール(0.23〜1.0ミクロン)のポリスチレン微粒子の単層配列膜をガラス基板上に作製した。(2)購入した紫外可視分光光度計を用いて、この微粒子系の透過スペクトル測定を行い、周期配列構造が原因で生じるフォトニックバンド共鳴効果による透過光強度のディップの存在を確認した。(3)近接場光学顕微鏡(SNOM)を用いて、この試料のSNOM像がイルミネーションモードで測定した際にどのように波長に依存するかを調べた。(4)垂直入射光とフォトニックバンドが共鳴する周波数領域でSNOM像パターンが大きく変化すること、その両側の周波数領域ではSNOM像の強弱が逆転することを発見した。2. (1)千葉大大高、東北大宮嵜の協力で微粒子単層配列膜に平面電磁波が入射した際の裏面表面に発生する近接場光強度を配列微粒子間の多重光散乱効果を取り入れて計算したところ、微小球の周辺強度と中心強度との比がフォトニックバンドの共鳴周波数を挟んで分散的に大きく変化する結果を得た。また、共鳴領域で近接場光強度が約1桁増強されることも見いだした。(2)実験結果と比較することにより、共鳴領域では配列膜面内を伝搬する電磁波モードがSNOMにより効率よく生成されること、このモードの存在が共鳴領域でのSNOM像形成に重要な役割を果たしていることを明かにした。(3)このことは同時に、SNOM像が単純に屈折率のコントラストや表面の凸凹を表しているわけではないことを示したことになる。