金属ランダムフォトニックナノ構造の創製と光マニピュレーション

金属随机光子纳米结构的创建和光学操纵

基本信息

批准号：
08F08402
负责人：
田中勝久
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

光の波長程度またはそれ以下の大きさを持つ粒子がランダムに分散した系に光が入射すると、光は多重散乱により媒質内で干渉し、色素のような発光を示す分子が系に含まれる場合、その発光強度は増幅され、レーザー発振に至る。従来、このようなランダムレーザーの散乱体としてTiO_2やSiO_2などの誘電体微粒子が知られていたが、2008年に研究代表者は金属微粒子(Ag)を散乱体として使用し、ランダムレーザー発振を報告した。金属微粒子は誘電体微粒子よりも散乱強度が強く、表面プラズモンの効果により発光が強くなるため、ランダムレーザーへの応用において有効である。近年、微粒子に他の物質をコーティングしたコアシェル型微粒子の研究も行われており、新しい物性の発現が期待されている。本研究では、Ag微粒子を様々な厚さのSiO_2でコーティングしたコアシェル型微粒子(Ag@SiO_2)を作製し、それらをローダミン6Gのエタノール溶液に分散させて、シェルの厚さの違いによるランダムレーザーの発振特性の違いを調べた。Nd^<3+>:YAGレーザー(2倍波:532nm)を励起光として発光スペクトルを測定したところ、Ag@SiO_2コアシェル型微粒子はAg微粒子に比べて強い発光を示した。ランダムレーザー発振に関しては、シェルが厚くするにつれてレーザー発振の閾値は低下し、シェルの厚さが約2nmのときに最小となった。シェルの厚さがさらに増加するとレーザー発振の閾値は増加した。この現象に対する説明として、シェルが厚くなるにつれて色素から微粒子へのエネルギーの移動が起こりにくくなり発光が強くなる一方、シェルが厚くなりすぎると表面プラズモンによる電場増強が弱くなり、色素の励起効率が低下することが考えられる。本研究の実験結果は表面プラズモンを利用して光の誘導放出が制御できることを示唆しており、光制御技術の新しい展開が期待される。

当光进入一个系统，该系统大小或小于光波长的颗粒被随机分散时，由于多个散射，光线会干扰介质内的光，并且当系统包含发射光（例如染料）的分子时，发射的强度会得到扩增，从而导致激光振荡。以前，TiO_2和SiO_2等介电颗粒已被称为这种随机激光器的散射器，但是在2008年，研究人员使用金属颗粒（AG）作为散射器报告随机激光振荡。金属细颗粒的散射强度比介电细颗粒具有更强的散射强度，并且在随机激光器中的应用中有效，因为它们由于表面等离子体的效果而更强烈。近年来，已经对核心壳型细颗粒进行了研究，其中其他物质被涂在细颗粒上，并有望揭示出新的物理特性。在这项研究中，通过涂层具有各种厚度的SIO_2厚度的Ag细颗粒来制备核壳型细颗粒（AG@SIO_2），并将它们分散在Rhodamine 6G乙醇溶液中，以研究由于壳厚度差异，因此研究了随机激光的振荡特征的差异。当使用nd^<3+>测量发射光谱：作为激发光作为激发光（第二谐波：532 nm）时，AG@sio_2核心壳颗粒显示出比Ag粒子更强的发射。关于随机激光振荡，随着壳变厚，激光振荡的阈值降低，当壳厚度约为2 nm时，激光振荡的阈值达到最低。随着壳厚度的进一步增加，激光振荡阈值增加。为了解释这一现象，人们认为，随着壳的变厚，从染料到细颗粒的能量转移的可能性较小，从而导致发射更强，而当壳体变得太厚时，由表面等离子体引起的电场增强，导致染料激发效率的降低。这项研究的实验结果表明，可以使用表面等离子体来控制诱导的光发射，并且预计光控制技术的新发展。