2光子吸収量子干渉効果を用いた加工/顕微システムの開始とその工業的および生物学的応用

利用双光子吸收量子干涉效应的加工/显微镜系统的启动及其工业和生物应用

基本信息

批准号：
03F03759
负责人：
河田聡
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F03759/
关键词：
2光子吸収光微細加工フォトニック結晶

项目摘要

本年度の研究計画は、これまでに開発した高分解能2光子光重合加工システムを用い、3次元マイクロ/ナノデバイスの開発を行うことであった。本研究で最終的に目標としているデバイスは、生体適合性を有する生体内駆動型デバイスである。具体的には、生体適合性ポリマーを材料とし、3次元フォトニック結晶を基本原理とするレーザーダイオードの開発を目指した。一般に、生体適合性材料は屈折率が1.5程度と低く、これまで既知の一般的な構造では十分なフォトニックバンドギャップの光学特性を得ることが不可能であることが分かった。そこで、3次元電場分布解析および平面波展開法によるバンド解析の手法を用いて、ダイヤモンド型結晶構造を基本構造に持つ最適な3次元構造の設計を行った。その結果、フォトニックバンドギャップを有するために必要な最低の屈折率として屈折率1.8で完全フォトニックバンドギャップを与える構造を見いだした。この屈折率は、これまで理論的に発見されている様々なフォトニック結晶の中で最も低い値である。ラジカル重合型ウレタンアクリレート系の光硬化性高分子ポリマーを用い、3次元ダイヤモンド型フォトニック結晶を加工した。これまでに作製したフォトニック結晶は3次元的に8層分の結晶周期を持っており、透過スペクトルおよび反射スペクトルの測定から、波長2.5μmの近赤外領域にフォトニックバンドギャップに基づく光学特性を観測した。設計からのわずかな形状のずれと高分子材料の低い屈折率のため、完全なフォトニックバンドギャップはまだ得られていないが、今後の加工精度の改善および結晶層数の増加によって光学特性の向上を目指す。

今年的研究计划是利用迄今为止开发的高分辨率双光子光聚合处理系统开发三维微纳米器件。这项研究的最终目标是开发一种生物相容的体内驱动装置。具体来说，他们的目标是开发一种由生物相容性聚合物制成并基于三维光子晶体基本原理的激光二极管。通常，生物相容性材料具有1.5左右的低折射率，并且已经发现利用迄今为止已知的常规结构不可能获得足够的光子带隙光学性质。因此，我们采用基于平面波展开的三维电场分布分析和能带分析技术，设计了一种以菱形晶体结构为基本结构的最优三维结构。结果，我们发现了一种能够提供完整光子带隙的结构，其折射率为1.8，这是具有光子带隙所需的最小折射率。这个折射率是迄今为止理论上发现的各种光子晶体中最低的。使用自由基聚合的氨基甲酸酯丙烯酸酯光固化聚合物制造了三维菱形光子晶体。迄今为止制备的光子晶体具有8层的三维晶体周期，透射和反射光谱的测量表明它们具有基于波长2.5μm的近红外区域的光子带隙的光学特性。。尽管由于设计上的轻微形状偏差和聚合物材料的低折射率，尚未实现完美的光子带隙，但未来可以通过提高加工精度和增加晶体层数来改善光学性能。。