屈折率デザイン可能なシリカマイクロディスクレーザーの開発

折射率设计的二氧化硅微盘激光器的研制

基本信息

批准号：
20J12903
负责人：
三上裕也
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題における屈折率設計において、2021年度は主に、ナノ粒子の導入についての調査を行う予定であった。導入するナノ粒子としては、これまで用いてきたシリカよりも高い屈折率が期待される、ダイヤモンドのナノ粒子を利用するという予定であった。しかし、2021年度においてダイヤモンドナノ粒子について調査を行った結果、低散乱のために粒子サイズが小さいダイヤモンドは、表面の炭素の結晶構造がダイヤモンドから変化してしまう可能性があることを発見した。そこで、ダイヤモンドに代わるナノ粒子材料として、チタニアを用いることとした。チタニアは住宅などの壁面に光触媒として使用されたり、また日焼け止めの主成分としても使用されるなど、比較的ナノ粒子としての利用が普及しており、高品質なナノ粒子の入手が容易である。インクジェットによるマイクロディスク構造の作製を想定して、このようなチタニアのナノ粒子が分散した溶液状態でのサンプルを用いることとした。チタニアナノ粒子が分散した溶液において、まず初めにはチタニアナノ粒子を単体で用いた場合の屈折率について明らかにする必要がある。これは、屈折率デザインにおいて、チタニアナノ粒子を混合することでどの程度の屈折率変化が得られるのかを理論的に検討するためである。実験としては、チタニアナノ粒子が分散した溶液を４種類試用し、うち２種類において製膜することに成功した。この薄膜を分光エリプソメーターを用いて屈折率分散を測定したところ、波長600nmにおいて1.75及び1.81という屈折率を得た。これは、2020年度のシリカナノ粒子のみを用いた場合の屈折率1.1～1.3、及びそこに接着剤を混合した場合に最大で0.08程度屈折率が上昇する、という結果と比較すると、非常に大きな値である。また、2021年度は、これまでの屈折率計算についての成果をまとめた論文を投稿した。

在该研究主题的折射率设计中，我们计划主要在2021财年中进行纳米颗粒的研究。计划在2021年引入纳米颗粒。钻石纳米颗粒的计划使用是钻石纳米颗粒，预计该钻石纳米颗粒将比现在使用的固定型高。然而，在2021年对钻石纳米颗粒进行了调查后，我们发现由于散射较低而导致的颗粒大小的钻石可以改变钻石表面上碳的晶体结构。因此，钛被用作纳米颗粒材料来代替钻石。二氧化钛被用作房屋和其他房屋墙壁上的光催化剂，也被用作防晒霜的主要组成部分，使其在用作纳米颗粒时相对流行，从而易于获得高质量的纳米颗粒。在假设微盘结构是由喷墨制造的，使用了溶液状态的样品，其中使用了这种二氧化钛纳米颗粒的分散。在分散二氧化钛纳米颗粒的解决方案中，首先，在单独使用二氧化钛纳米颗粒时，有必要阐明折射率。这是因为我们将从理论上检查通过在折射率设计中混合二氧化钛纳米颗粒来获得多少折射率变化。作为一个实验，尝试了四种类型的二氧化钛纳米颗粒，并成功形成了两种。当使用光谱椭圆计测量该薄膜的折射率分散时，在600 nm的波长下折射率为1.75和1.81。与2020年的结果相比，这是一个非常大的值，在仅使用二氧化硅纳米颗粒时，折射率增加了1.1至1.3，当将粘合剂与粘合剂混合时，折射率将增加到约0.08。此外，在2021年，我提交了一篇论文，总结了迄今为止折射率计算的结果。