JP2015040767A - 光検出振動子、光波長計測装置、光波長計測方法、および光検出振動子の作製方法 - Google Patents
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また、本発明の光波長計測装置の1構成例は、所望の光波長に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質が設定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の光波長計測装置の1構成例は、所望の計測感度、光波長分解能に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質、および前記光検出振動子の微小機械振動子の材質と共振特性が設定されていることを特徴とするものである。
また、本発明の光検出振動子の作製方法は、基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子を形成する微小機械振動子形成工程と、前記微小機械振動子の上または周囲に周期的なナノ凹凸構造を形成するナノ凹凸構造形成工程と、前記ナノ凹凸構造の上に金属薄膜を堆積して、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造を形成するナノ周期構造形成工程とを備えることを特徴とするものである。
以下、本発明を用いた実施の形態について詳細に説明する。本実施の形態では、両持ち梁型の微小機械振動子に、表面プラズモン共鳴による光の異常透過現象(文献「K.L.van der Molen,et al.,“Influence of hole size on the extraordinary transmission through subwavelength hole arrays”,Appl. Phys. Lett.,Vol.85,p.4316-4318,2004」参照)を励起可能なナノ周期構造を組み合わせることにより波長計測機械振動子を作製した。
最後に、FIB(Focused Ion Beam)を利用したエッチング加工によってAu薄膜12にナノ周期構造3を作製する(図3(D))。本実施の形態では、金属材料からなる凹凸構造をnmオーダーで周期的に配置したものをナノ周期構造3としている。具体的には、図1に示したようにAu薄膜12に平面視円形の穴をドットマトリクス状(正方配列)に形成したものをナノ周期構造3とした。穴の直径は300nm、穴の間隔は750nmである。ここでは、加速電圧30kV、ビーム電流6.3pAのFIBを用いた。また、ドーズ(Dose)量を35×1015ions/cm2、ビーム滞在時間(Dwell time)を15μsecとした。以上で、光検出振動子1の作製が完了する。
(1)光波長依存性を有する光学ナノ周期構造を用いて微小機械振動子での熱吸収を制御することにより、計測対象光の波長に応じて振動特性が変化する光検出振動子を作製することができ、この光検出振動子を用いて光の波長計測を達成できる。
(2)形状や寸法により光波長に対する特性を設計することのできる光学ナノ周期構造を、微小機械振動子上あるいは微小機械振動子の周辺に配置することにより、さまざまな光波長帯に対し振動特性を変化させることが可能な光検出振動子を作製することができ、この光検出振動子を用いて様々な波長を有する光の波長計測に有効な波長計を作製することができる。
光検出振動子の形状は、本発明の趣旨に基づいて、種々の変形・応用が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。微小機械振動子の形状については、例えば両持ち梁型、片持ち梁型、薄膜型などの形状が考えられる。
図9は本実施の形態の光検出振動子1aの構造を示す斜視図である。光検出振動子1aは、例えばDLCからなる両持ち梁型の微小機械振動子2の表面全体にAu薄膜12を形成し、微小機械振動子2の一方の固定端の位置に、ナノ周期構造3と同形状のナノ周期構造3aを形成したものである。
ナノ周期構造については、第1の実施の形態のように微小機械振動子の梁中央に形成するだけでなく、図9〜図12に示したように、梁の特定の位置に形成してもよいし、梁の固定端に形成してもよいし、支持部の上に形成してもよい。
最後に、ナノ凹凸構造15の上に蒸着法により厚さ70nmのAu薄膜12を製膜することにより、同心円状のナノ周期構造3fを形成する(図5(D))。以上で、光検出振動子1fの作製が完了する。
Claims (7)
- 基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子と、
この微小機械振動子の上または周囲に配置された、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造とを備えることを特徴とする光検出振動子。 - 請求項1記載の光検出振動子と、
この光検出振動子の振動特性を計測する検出手段と、
前記光検出振動子への計測対象光の照射による前記光検出振動子の振動特性の変化に基づいて前記計測対象光の波長を求める光波長決定手段とを備えることを特徴とする光波長計測装置。 - 請求項2記載の光波長計測装置において、
所望の光波長に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質が設定されていることを特徴とする光波長計測装置。 - 請求項2記載の光波長計測装置において、
所望の計測感度、光波長分解能に応じて前記光検出振動子のナノ周期構造の寸法と形状と材質、および前記光検出振動子の微小機械振動子の材質と共振特性が設定されていることを特徴とする光波長計測装置。 - 基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子と、この微小機械振動子の上または周囲に配置された、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造とを備えた光検出振動子を利用して光波長を計測する光波長計測方法であって、
前記光検出振動子の振動特性を計測する検出ステップと、
前記光検出振動子への計測対象光の照射による前記光検出振動子の振動特性の変化に基づいて前記計測対象光の波長を求める光波長決定ステップとを含むことを特徴とする光波長計測方法。 - 基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子を形成する微小機械振動子形成工程と、
前記微小機械振動子の上または周囲に金属薄膜を形成する金属薄膜形成工程と、
前記金属薄膜を加工して、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造を形成するナノ周期構造形成工程とを備えることを特徴とする光検出振動子の作製方法。 - 基板上に形成された支持部によって前記基板から浮いた状態で支持される微小機械振動子を形成する微小機械振動子形成工程と、
前記微小機械振動子の上または周囲に周期的なナノ凹凸構造を形成するナノ凹凸構造形成工程と、
前記ナノ凹凸構造の上に金属薄膜を堆積して、所望の光波長に対して熱吸収率が波長依存性を有するナノ周期構造を形成するナノ周期構造形成工程とを備えることを特徴とする光検出振動子の作製方法。
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