金属–誘電体–金属サブ波長格子を利用した可変プラズモニックフィルタの動作検証

摘要

表面プラズモンの異常透過波長は金属格子の周期に依存するため、周期構造を変えることで様々な帯域の光学フィルタが設計可能である。プラズモニックカラーフィルタは、従来の有機色素カラーフィルタやファブリペロ干渉カラーフィルタと比較して、同じ材料で且つ 1 回のリソグラフィー工程で多色フィルタを容易に作製可能であり、周期と材料で様々な動作帯域を設計可能である(1)。これより、プラズモニックカラーフィルタをマルチスペクトルイメージグセンサとして用いることで、医療検査や食品検査への応用が期待されている。しかし、マルチスペクトルイメージセンサは取得波長に応じた構造を固定された状態で 1 画素内にアレイ化させるため、取得波長数を増やすと 1 画素の面積が大きくなってしまい、空間解像度が低下する課題がある(2)。この課題を解決するために、本研究室では取得波長に応じた構造を MEMS アクチュエータによって変化させることが可能で、1画素を小型化可能な「可変プラズモニックカラーフィルタ」を開発した。このフィルタはMEMS静電櫛歯アクチュエータとAl単層サブ波長格子を一体化しており、表面プラズモン由来の異常透過光を制御可能であるため、1画素でスペクトル情報を取得可能なハイパースペクトルイメージングへの応用が期待できる(3)。しかし、Al 単層格子による可変フィルタは、表面プラズモンの励起に起因しない長波長側の光透過が 50%程度発生しており、ハイパースペクトルイメージング素子として用いるためには、波長選択性の向上が必要であった。一方で、サブ波長格子に金属-誘電体-金属(MIM)構造を用いることで、長波長側の光透過を抑制させ、波長選択性が向上する(4)。そこで本研究ではMIMサブ波長格子とMEMS静電櫛歯アクチュエータを一体化した「可変MIMプラズモニックカラーフィルタ」を作製し、周期的に並hだMIMサブ波長格子の間隔を拡張させることを目的とした。