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PLASMON WAVEGUIDE ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF meetings

Patent code P150012446
Posted date Oct 21, 2015
Application number P2014-099172
Publication number P2014-240957A
Patent number P6376830
Date of filing May 13, 2014
Date of publication of application Dec 25, 2014
Date of registration Aug 3, 2018
Priority data
  • P2013-102667 (May 15, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)山口 堅三
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人香川大学
Title PLASMON WAVEGUIDE ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasmon waveguide element capable of changing a wavelength and a propagation distance of propagating light by a single element, and to provide a manufacturing method thereof.
SOLUTION: The plasmon waveguide element includes: a waveguide 10 comprising a pair of metallic walls 11 and 12; and a pair of electrodes 21 and 22. The metallic wall 11 is connected to the electrode 21, and the metallic wall 12 is connected to the electrode 22. Since the pair of metallic walls 11 and 12 can be charged with electric charges of opposite sign or the same sign by applying a voltage between the pair of electrodes 21 and 22, the metallic walls 11 and 12 can be moved toward or away from each other by electrostatic attraction force or electrostatic repulsion force acting between the metallic walls 11 and 12. A plasmon resonance wavelength of the waveguide 10 can be changed by changing a gap between the metallic walls 11 and 12, and thus a wavelength and a propagation distance of propagating light can be changed by a single element.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

情報の大容量化に伴って光学システムの集積化が進み、ナノスケールの光デバイスの開発が進められている。従来、光の回折限界によりその空間分解能は光の波長程度に制限されるため、ナノスケールの光デバイスの実現は困難とされていた。しかし、近年、ナノオーダーの金属微細構造物に生じる伝搬型表面プラズモンを利用することにより、光の回折限界以下の領域で光の伝搬を可能にしたプラズモン導波路が提案されている。

特許文献1には、光が入射する入射側プラズモン導波路と、光が出射する出射側プラズモン導波路と、入射側プラズモン導波路と出射側プラズモン導波路とを結ぶ接続部と、接続部から入射側プラズモン導波路または出射側プラズモン導波路と交差する方向に延出し、光が反射する終端部を有するプラズモン干渉構造とを備えるプラズモン導波路が開示されている。プラズモン干渉構造を所定の大きさや形状に形成することにより、出射側プラズモン導波路から出射する光の透過率および強度を所望のものとすることができる。

しかし、特許文献1に記載のプラズモン導波路をはじめ、従来のプラズモン導波路素子はその金属微細構造が固定されており、1つの素子は特定のプラズモン共鳴波長しか有しないものであった。すなわち、1つの素子が伝搬する光の波長は固定されていた。また、光の伝搬距離はプラズモン導波路の形状や構造に依存することから、従来のプラズモン導波路素子は光の伝搬距離が固定されていた。そのため、プラズモン導波路を伝搬させる光の波長や伝搬距離を変更するためには、素子を交換する必要があった。

なお、非特許文献1には以下の記載がある。金属膜のギャップを伝搬するギャッププラズモンが存在する。ギャップの四隅に電界が集中し、対向する隅の電磁界同士が結合して伝搬する基本モードギャッププラズモンとギャップの中を通常の導波モードのように伝搬する第二モードギャッププラズモンが存在する。計算によると、第二モードギャッププラズモンは取り扱いが容易であり、簡単に励起できることから、プラズモン導波路として有望である。また、導波路は表面プラズモンを広範囲で使う際に不可欠なデバイスである。
非特許文献2には、ストライプ型や細線型、溝型、楔型、ギャップ型、配列金微粒子型など多くの型の導波路が開発されていることが記載されている。金属材料としては、なるべく光損失の小さいものが有利であり、銀の研究が多いが、安定性の高い金の導波路研究も活発である。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、プラズモン導波路素子、およびその作製方法に関する。さらに詳しくは、金属中の自由電子の集団的振動であるプラズモンを利用した光導波路を有するプラズモン導波路素子、およびその作製方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
所定間隔を開けて対向するように配置された一対の金属壁からなる導波路と、
前記金属壁同士を接近または離間させるアクチュエータと、を備え
前記アクチュエータは、前記一対の金属壁にそれぞれ逆符号または同符号の電荷を帯電させ、該金属壁の間に働く静電引力または静電斥力により、該金属壁同士を接近または離間させるものであり、
前記アクチュエータは、一対の電極を備えており、
前記一対の金属壁の一方は、前記一対の電極の一方に接続されており、
前記一対の金属壁の他方は、前記一対の電極の他方に接続されており、
前記電極と、該電極に接続された前記金属壁とは、所定間隔を開けて対向するように配置されている
ことを特徴とするプラズモン導波路素子。

【請求項2】
 
所定間隔を開けて対向するように配置された一対の金属壁からなる導波路と、
前記金属壁同士を接近または離間させるアクチュエータと、を備え、
前記一対の金属壁は、光の入射側または出射側の一方の端部が固定されており、他方の端部が固定されておらず可動となっている
ことを特徴とするプラズモン導波路素子。

【請求項3】
 
前記アクチュエータは、前記一対の金属壁にそれぞれ逆符号または同符号の電荷を帯電させ、該金属壁の間に働く静電引力または静電斥力により、該金属壁同士を接近または離間させるものである
ことを特徴とする請求項2記載のプラズモン導波路素子。

【請求項4】
 
前記アクチュエータは、一対の電極を備えており、
前記一対の金属壁の一方は、前記一対の電極の一方に接続されており、
前記一対の金属壁の他方は、前記一対の電極の他方に接続されている
ことを特徴とする請求項3記載のプラズモン導波路素子。

【請求項5】
 
前記電極と、該電極に接続された前記金属壁とは、所定間隔を開けて対向するように配置されている
ことを特徴とする請求項4記載のプラズモン導波路素子。

【請求項6】
 
基板上に金属薄膜を成膜してチップを得る工程と、
前記チップの基板側からエッチングして、導波路を構成する一対の金属壁の間の金属薄膜および基板を除去する工程と、
前記チップの金属薄膜側からエッチングして、金属壁と電極とが所定間隔を開けて対向して配置されるように、該金属壁と電極との間の金属薄膜を、接続部を残すように除去する工程と、を備える
ことを特徴とするプラズモン導波路素子の作製方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2014099172thum.jpg
State of application right Registered
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