JP5491709B2 - 近接場光導波路 - Google Patents
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Description
次に、本発明の実施例1を説明する。この実施例1において、FDTDシミュレータを用いて、銀ナノ粒子が分散されたプラズモンポラリトン導波路系の導波効率の測定を行った。この測定は図3に示す装置で行った。この装置は、光源から発生された波長が1μmの光がSiO2からなる伝播光導波路を伝播し、その後、この伝播光導波路に接合された、銀ナノ粒子(Agナノ粒子)が分散された幅が100nmのプラズモンポラリトン導波路との接合面で近接場光であるプラズモンポラリトンに変換され、上記プラズモンポラリトン導波路中を伝播する。SiO2からなる伝播光導波路はPtで覆われており、プラズモン導波路は空気で覆われている。そして、伝播光導波路中の上記接合面近傍と、プラズモンポラリトン導波路中に光の強度を測定するモニターが設けられている。そして、銀ナノ粒子の直径と、銀ナノ粒子の中心間距離を変えた複数種類のプラズモンポラリトン導波路を用意し、それぞれの導波効率の測定を行った。銀ナノ粒子中心間の距離と銀ナノ粒子の直径との比を横軸にとり、銀ナノ粒子の直径を縦軸にとり、測定した導波効率の等高曲線を図4に示す。
次に、本発明の実施例2について説明する。
バイアル管に酢酸銀0.50gとオレイルアミン20.0gを加えてローターにて撹拌し、固体成分を溶解させた。これを還流状態のヘキサン100mlの入った丸底フラスコに入れて、24時間還流を続けた。反応が進行すると黄色から橙色、濃赤色に変化した。室温まで放冷して、200mlのメタノールを加えて沈殿を形成させた。デカントによりメタノールを取り除き、残った固体を再度メタノールで洗った。再びメタノールをデカントで取り除いた。フラスコ内の固体を10mlのトルエンに溶解させてメタノール100mlで再沈殿を形成させた。この作業を数回繰り返して固体を洗浄した。黒色固体0.1gを得た。これを物質A(Ag)とする。リガンドの構造を以下に示す。
バイアル管にテトラクロロ金酸1.00gとオレイルアミン20.0g、トルエン10.0mlの混合液を入れて固体成分を溶解させ、これを溶液A1とした。オレイルアミン20.0gと20mlのトルエンからなる溶液を80度に熱した丸底フラスコ内に、上記溶液A1を加えて溶液Bを作った。この溶液Bをさらに加熱して、2時間還流を行なった。室温になるまで放冷して200mlメタノールに入れ沈殿を形成した。これを濾集して再びトルエンに溶解してメタノールで沈殿を形成した。メタノールで固体を洗浄して濾集した。緑黒色固体0.1gを得た。これを物質B(Au)とする。リガンドの構造は物質A(Ag)の場合と同じである。
上記のようにして得られた、物質A(Ag)と物質B(Au)に対して、示差熱・熱重量同時分析測定(セイコーインスツルメンツ、TG/DTA6200ECSTAR6000)を利用して有機物シェルの損失に相当する重量損失(wt%)を調べた。この結果を表2に示す。
また、物質A(Ag)と物質B(Au)に対して、グリッドTEM観察を行ったところ、物質A(Ag)は金属コア径が平均約11nm程度、物質B(Au)は金属コア径が平均約8.5nm程度であることが分かった。なお、図5に物質A(Ag)のグリッドTEMによる観察写真を示し、図6に物質B(Au)のグリッドTEMによる観察写真を示す。
物質A(Ag)、物質B(Au)を各々トルエンに溶解した。この溶液をスピンコート法により、BK7プリズムの全反射形成面上に成膜を行なった。スピンコータ用の専用台上部にプリズムを固定できるアルミニウム製の冶具を設置した。これをスピンコータの回転部位に設置して1000rpmの高速回転を行なった。
次に、比較例について説明する。
テトラクロロ金酸1.0gを水60mlに溶解し、TOAB3.3gをトルエン100mlに溶解させて、双方を混合した。分液状態の2層を強制撹拌して混ぜ合わせた。ここにノルマル−1−ドデカンチオール0.6gをトルエン20mlに溶解させて加えた。水素化ホウ素ナトリウム1.1gを60mlの水に溶かした溶液をさらに加えた。3時間撹拌を続けたあと、分液を行った。有機層を取り出して濃縮した後、アルコールに沈殿させた。黒色粉末を濾集した。黒色固体0.1gを得た。これを物質C(Au)とする。リガンド構造を以下に記す。
S−(CH2)12
S−(CH2)12
物質C(Au)、物質D(Ag)、物質E(Au)に対して、グリッドTEM観察を行った。それぞれのグリッドTEM観察像を、図11、図12、図13に示す。これらの観察像から、物質C(Au)は粒径2.5nm、物質D(Ag)は粒径1.5nm、物質E(Au)は粒径約3.5nmであることが分かる。
次に、本発明の実施例3として、金属ナノ粒子を用いた導波路加工について説明する。導波路のパターニングには凹型の溝に金属ナノ粒子を埋める方法(図14(a))と、予め平板の基板に金属ナノ粒子を堆積して凸型に切り出す方法(図14(b))の2種類が考えられる。溝に埋める場合には、予め基板に溝を掘っておき、そこに埋め込む。
(式1) O2 + hν(185nm) → 2×O(3P)
(式2) O(3P) + 2O2 → O3 + O2
(式3) O3 + hν(254nm) → O(1D) +O2
ここで、P、Dは全角運動量子数を示し、肩の値は多重度である。また、hはプランク定数、νは光の振動数を示している。
本実施例の製造プロセスを用いて凸型の導波路を形成した。その工程を以下に説明する。
本実施例の製造プロセスを用いて凸型の導波路を形成した。その工程を以下に説明する。
次に、本発明の実施例4を説明する。
次に、本発明の実施例5について説明する。
4 有機物
Claims (4)
- 光源からの光を受光面で受光し、前記受光面で受光した前記光を伝播部で伝播し、伝播した光を出射面から出射する伝播光導波路であって、前記伝播部は、前記光が伝播する方向と直交する方向の断面積が前記受光面から前記出射面に向かって減少する形状を有する伝播光導波路と、
前記伝播光導波路の前記出射面に接合される接合面を有し、前記前記伝播光導波路の前記出射面から出射された光を前記接合面でプラズモンポラリトンに変換し、前記プラズモンポラリトンを導波するプラズモンポラリトン導波路であって、誘電体層と、前記誘電体層内に分散された金属ナノ粒子群とを有し、前記金属ナノ粒子の粒径が4nmから100nmの範囲にありかつ金属ナノ粒子の中心間の距離と金属ナノ粒子の直径との比が1.1から3.8の範囲にあるプラズモンポラリトン導波路と、
を備えていることを特徴とする近接場光導波路。 - 前記金属ナノ粒子の粒径が7nmから25nmの範囲にありかつ金属ナノ粒子の中心間の距離と金属ナノ粒子の直径との比が1.4から1.8の範囲にあることを特徴とする請求項1記載の近接場光導波路。
- 前記金属ナノ粒子は、金、あるいは銀から形成されることを特徴とする請求項1または2記載の近接場光導波路。
- 前記金属ナノ粒子は、内部に金属コアと外周部に有機物からなるシェルを有するコアシェル構造のナノ粒子であって、前記金属コアとして金(Au)または銀(Ag)から形成され、前記有機物からなるシェルとして1級アミン、オレイルアミンまたはこの誘導体からなるシェルで形成されたことを特徴とする請求項1または2記載の近接場光導波路。
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