定温制御したプラズモニックボロメータの高度集積による超小型中赤外分光器の開発

利用高度集成温控等离子体辐射热计开发超紧凑型中红外光谱仪

基本信息

批准号：
22K20424
负责人：
安永竣
金额：
$ 1.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，プラズモニック構造をもつボロメータの定温制御により，常温・常圧で高速に動作するフィルタフリーのワンチップ中赤外分光器の実現可能性を検証することを目的としている．互いに異なるプラズモニック構造をもつボロメータを単純に配列したデバイスが完成しており，その特性を評価したところ，個々のときとは異なる波長感度特性が得られることが明らかとなっていたため，研究課題のなかでその原因の特定をまず行い，各素子を定温制御することで所望の特性が得られるかを検討する計画である．本年度は，集積デバイスの熱伝達の評価および，原因究明および定温制御が可能となる第2世代のデバイスの設計および製作への着手，そして定温制御のためのフィードバック機構の見直しを行った．本研究申請時にはボロメータ素子間の空気を介した熱伝達が支配的であると考えていたが，集積デバイスの熱伝達の評価の結果，むしろディテクタを支持する脚部を伝い，デバイス本体を介して相互に熱をやり取りする経路が支配的であることがわかった．これを踏まえて，第2世代のデバイス設計においては，脚部の熱伝達を抑える設計に変更しており，製作が進行中である．一方，定温制御のためのフィードバック機構については文献調査を進めており，R5年度前期までに専用の制御回路を設計のうえ，年度内に回路まで集積したデバイスの計測を行える計画である．なお，日本機械学会2022年度年次大会において本研究成果を口頭発表した．

本研究的目的是通过对等离子体结构的辐射热测量计进行恒温控制，验证一种在室温常压下高速运行的无滤波器单片中红外光谱仪的可行性。简单排列具有不同等离子体结构的辐射热测量计的装置已经完成，当对其特性进行评估时，很明显获得了与单独获得的波长灵敏度特性不同的波长灵敏度特性，这导致了我们计划首先确定的研究课题。找出其原因，然后检查通过将各元件控制在恒定温度下是否可以获得所需的特性。今年，我们对集成器件的传热进行了评估，调查了原因，开始设计和制造第二代恒温控制器件，并重新审视了恒温控制的反馈机制。在申请这项研究时，我们认为通过辐射热测量计元件之间的空气进行的热传递占主导地位，但通过评估集成设备的热传递，我们发现热传递实际上是通过支撑的腿发生的发现通过探测器和装置主体相互交换热量的路径占主导地位。基于此，我们将第二代装置的设计改为抑制腿部传热的装置，目前正在进行生产。另一方面，我们正在对恒温控制的反馈机制进行文献调查，并计划在R5财年上半年之前设计专用控制电路，并能够通过财政年度结束时。该研究结果在日本机械工程学会 2022 年年会上口头报告。