プラズモン共鳴の高機能光フィルタへの応用

摘要

オットー配置(Otto configuration) やクレッチマン(Kretschmann configuration)配置といった励起法のおかげで，表面プラズモンを効率よく励起し利用する各種センサーの研究·開発が盛hである．クレッチマン配置の場合を例に取ると，ガラス平面基板の表面に，表面プラズモンを励起しやすい金属(Au, Agなど)の極薄膜(～50nm程度)を付与し，ガラス側から境界面へ，ｐ偏光の照明を適当な入射角で照射することにより，金属薄膜と空気との境界面に表面プラズモンが励起される(Fig.1)．この波の空気中の強度は，境界面からの距離に依存して指数関数的に減衰するが，数百nm程度の広がり(厚み)を有する．通常は，この表面プラズモンの領有エリア内の媒体の屈折率変化が，プラズモン波の伝搬特性に影響を及ぼすことで，被検媒体の接近，空間揺動といった物理現象がセンシングされうる．ここで注目すべきは，空間方向に数百nmの広がりを持つ表面プラズモンを，非常に接近した金属薄膜と再度，相互作用させた場合に，どのような物理現象が誘発されるか？という点である．通常の多層膜ミラーでは，２種類の異種物質の周期的多層構造により，特定波長の反射率制御を実現しているが，これらは多層間の反射·干渉を利用している．本研究は， 薄膜による金属- 誘電体- 金属(Metal-Insulator - Metal; MIM)構造[4-8]が，どのような光学特性を誘発するのか興味を持ち，光通信への応用も見据えた制御可能な波長フィルタの開発を目指して，電磁場シミュレーションによる特性評価，真空蒸着によるMIM構造の試作と評価を始めたので，以下報告する．