表面光局在素子を用いたテラヘルツ微量成分検出装置の開発と指紋イメージングへの応用

基于表面光学定位装置的太赫兹微量成分检测装置的研制及其在指纹成像中的应用

• 批准号: 18760058
• 负责人: 宮丸 文章
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760058/
• 关键词: テラヘルツイメージング; 表面プラズモン; 表面プラズモンセンシング; 高感度センサ; 金属開口アレイ; テラヘルツ光

本研究は,金属開ロアレイにおける共鳴透過現象(透過スペクトルに急峻な透過ピークが観測される現象)を用いることによって,高感度な微量成分センシングシステムを実現しようとするものである。平成18年度において,金属開ロアレイの光学特性を正確に把握し,その特性が発現するメカニズムを詳細に調べた結果,センシング対象の試料を,金属表面からおよそ半波長程度の範囲に配置する必要があることがわかった。その後,上述した金属開ロアレイの光学特性を微量成分センシングシステムに応用するため,デバイス構造の最適化を行い,その結果共鳴透過ピークのQ値が最も大きくなるパラメータを見いだした。そのパラメータをもって複数の周波数にピーク周波数を持つ金属開ロアレイを作製したところ,所望の特性を満たしていることをテラヘルツ時間領域分光システムにより確認した。最適化を行った。金属開ロアレイを用いて,紙面上に印刷したインクのセンシングを行い,良好なセンシングが可能であることを確認した。本年度では,これらの技術をテラヘルツイメージングに応用した。まず紙面上に書いた文字のイメージングを行い,金属開ロアレイを用いない場合と比較して,非常にコントラストの高いイメージが得られることを確認した。さらに本技術を,フィルム上に付着した指紋め高感度イメージングに応用することを試みた。その際,重要となるのはこれまで以上に高い空間分解能である。指紋イメージングに必要な空間分解能を得るため,それまで使用していた金属開ロアレイよりもさらに微細な構造のものを製作し,そのデバイスを用いてイメージングを行った。その結果,フィルム上の指紋のイメージを高いコントラストで観測することに成功した。これは,金属開ロアレイ上の表面プラズモン励起を用いることにより,高い検出感度と高い空間分解能の両方を同時に実現できたことを示している。

本研究旨在利用金属开放阵列中的共振传输现象（在传输光谱中观察到陡峭的传输峰的现象）来实现高灵敏度的微量成分传感系统。 2006财年，我们准确掌握了金属开环阵列的光学特性，并详细研究了这些特性显现的机制。结果，我们发现有必要将要感测的样品放置在大约100nm的范围内。距离金属表面半个波长我发现了一些东西。然后，为了将上述金属开放阵列的光学特性应用于微量成分传感系统，我们优化了器件结构并找到了使谐振传输峰的Q值最大化的参数。利用这些参数，我们制造了一个在多个频率下具有峰值频率的金属开放阵列，并使用太赫兹时域光谱系统确认它满足所需的特性。优化。我们使用金属孔径阵列来感测打印在纸张上的墨水，并确认可以实现良好的感测。今年，我们将这些技术应用于太赫兹成像。首先，我们对写在纸上的字符进行成像，并确认与不使用金属开放阵列时相比，可以获得具有极高对比度的图像。此外，我们尝试将该技术应用于薄膜上指纹的高灵敏度成像。在这种情况下，重要的是比以往更高的空间分辨率。为了获得指纹成像所需的空间分辨率，我们制造了一种比迄今为止使用的金属开放阵列结构更精细的装置，并使用该装置进行成像。结果，我们成功地在胶片上观察到高对比度的指纹图像。这表明通过在金属开放阵列上使用表面等离子体激发可以同时实现高检测灵敏度和高空间分辨率。

项目成果

金属Hフラクタル構造のテラヘルツ透過特性

金属H分形结构的太赫兹传输特性

• 发表时间: 2007
• 作者: K. Takahashi;F. Kawanishi;S. Mito;H. Takagi;K. H. Shin;J. Kim;P. B. Lim;H. Uchida;M. Inoue;宮丸 文章
• 通讯作者: 宮丸 文章

Strong optical activity in chiral metamaterials of metal screw hole arrays

• DOI: 10.1063/1.2392787
• 发表时间: 2006-11
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: F. Miyamaru;M. Hangyo