エバネッセント干渉場の位相シフトによる高精度ナノアクチュエータの開発

利用渐逝干涉场相移开发高精度纳米执行器

基本信息

批准号：
17040011
负责人：
梅田倫弘
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、光の波長以下のサイズにおける光と物質との相互作用を利用する近接場光学の大きな進展に伴い、高分解能光学顕微鏡の実現やナノサイズ光加工、高密度メモリの研究等が活発に行われている。この中で、光学界面に局在するエバネッセント波(全反射界面における指数関数的減衰を伴う不均質な場)のフォトン力を利用した微小物体の駆動が提案されている。しかし、移動物体の位置情報を顕微鏡によって獲得するため、精度、移動速度および装置構成などに問題がある。そこで、本研究は、エバネッセント干渉場の強度勾配によってナノ物体を捕捉すると共に、干渉位相を連続的に変化させることで干渉場を移動させてナノ物体の移動を行う高精度なアクチュエータの実現を目的とした。実際に、互いに対向する二つのレーザービーム(波長1.06μm)によってプリズム表面上に生成されたエバネッセント波を干渉させて、光学界面上に干渉場を生成させた。さらに片方のビームを偏光素子からなるQHQ位相シフターを通して干渉位相を変えることで、エバネッセント干渉場がシフトすることを、近接場光学プローブで観測することに成功した。さらにエバネッセント干渉場による駆動力を推定するために、レイリーおよびミー散乱理論に基づく数値解析を行い、エバネッセント干渉場によって微粒子を駆動できる見通しを得た。そこで、実験を行った結果、粒子群の捕捉に成功したが、使用した粒子の直径が1μm以下であったため、ブラウン運動の影響が強く、完全に駆動実験は成功に至らなかったものの、対向ビームによる微粒子の直列配列という新たな現象を見いだし、さらなる研究の推進が期待される。

近年来，随着近场光学元件的巨大进步，它利用了光线低于光波长的光与材料之间的相互作用，高分辨率光学显微镜的实现，纳米尺寸的光处理以及对高密度记忆的研究已积极进行。其中，已经提出了通过利用evaneScent波的光子力（在总反射界面处指数衰减的不均匀场）的光子力来驱动微对象。但是，由于移动对象的位置信息是由显微镜获取的，因此存在精度，运动速度和设备配置的问题。因此，这项研究旨在实现一个高度准确的执行器，该执行器使用evaneScent干扰场的强度梯度捕获纳米对象，并通过不断改变干扰阶段来移动干扰场，从而移动纳米对象。实际上，两个相对的激光束（波长1.06μm）导致在棱镜表面产生的evanexcent波，彼此干预，以在光学界面上创建一个干扰场。此外，通过通过由偏振元件组成的QHQ相位变速器更改一个梁的干扰阶段，我们已经通过近场光学探针成功地观察到了evaneScent干扰场的变化。此外，为了估计逃生干扰场引起的驱动力，基于雷利（Rayleigh）和mee散射理论进行了数值分析，并获得了通过逃生的干扰场驱动细颗粒的前景。因此，我们成功捕获了颗粒，但是所使用的颗粒的直径小于1μm，因此布朗运动受到强烈影响，尽管驾驶实验并不完全成功，但我们发现了一种新现象，其中一种新现象是通过相反的束串联排列的细颗粒，并预计将进一步进行研究。