研究業績の要約と今後の展望

　ＳＰとは、金属などの光学活性 媒質と空気や誘電体のような光学不活性媒質から なる境界があるとき、界面に励起される界面に局在したモードのことであり、これは 界面に入射された電磁波と、界面に存在する素励起とが結合して励起される。
　界面に励起したＳＰは界面から媒質の内部に向かって指数関数的に減少するフ ィールドパターンを持っており、界面に沿って指数関数的に減衰しながら伝搬する 性質を持っている。ＳＰは界面に強く局在しており、界面でのＳＰの電界強度は入射 電磁波の1000倍以上にもなる。

　ＳＰを非線形媒質へのエネルギ注入に用いると、導波光や直接 光を入射する場合に比べて、格段に効率の良い光スイッチング素子が実現できると いうことが Okamoto ² らにより予測されている。 ところがその様な光学素子の実現に不可欠なＳＰの基本特性について系統立て て研究した報告は余りなく、理論ばかりが先行した形で議論がなされてきた。

　私はＳＰの基本特性を明らかにすることを目的とし、なかでも伝搬特性に注目し て研究を行なってきた。

1. ＳＰの分散計算 ³
2. ＳＰの伝搬距離測定法の確立 ⁴
3. ＳＰの伝搬距離の決定要因の解明 ⁴

　その結果、表面に電磁場が局在する表面モード（ＳＭ）と界面から離れるほどに電 磁場が広がる仮想モード（ＶＭ）があることが明らかとなった。またＳＭ、ＶＭいず れもAg膜厚に依存し、それぞれの伝搬距離はＳＭは、あるAg膜厚で無限大に発散 し、ＶＭは膜厚の減少にともなって短くなることが分かった。

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　伝搬距離の測定は平坦ガラス基板上に真空蒸着により作成したCu試料を用いて、 試料上にＳＰ励起用、検出用の２つのプリズムをおき、検出側のプリズムの位置を変 化させてはプリズムからの出射光強度を記録する２プリズム法によって行なった。 これにより波長10.6μmにおけるＳＰ伝搬距離が１〜3.5cmの間で実際に測定する 事ができた。

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　平坦ガラス基板上のCuと比較して、CaF2下地膜を持ったCuの表面には大き な表面凹凸が生成されるので ⁶ 放射損失が強調される。これにより伝搬距離はCaF2 膜厚の増加にともない減少した。

　Cu膜の誘電率の表式として自由電子モデルを採用する事によって、波長0.8〜1.5 μmでのＡＴＲ測定結果から10μm帯でのCu誘電率を決定し誘電損失の評価を行 うことができた。

　その結果平坦ガラス上のCuの伝搬距離は誘電損により決定づけられ、誘電率は膜 作成時の蒸着速度に依存している事が分かった。またCaF2下地膜の影響でCuの 誘電率が変化しており、この誘電率を用いて誘電損失、放射損の区別をせずに伝搬距 離が評価できる事を明らかにした。

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　またＳＰの伝搬特性が、試料の誘電率のみで評価できる事が明らかにできたので、 ＳＰを非線形光学スイッチング素子などに応用する際の基礎が測定評価法も含め て確立できた。 今後はＳＰ利用素子の実現およびＳＰを使った物性計測法開発を目指する。

1. A.Otto : Surface Polariton, ed. V.M.Agranovichi and A.A.Maradudin(North Holland,Amsterdam,1982)P.177　Return
2. T.Okamoto,M.Haraguchi and M.Fukui : J. Phys. Soc. Jpn. 61(1992)1549　Return
3. H.Shiba,Y.Inoue,M.Haraguchi,M.Fukui : J. Phys. Soc. Jpn. 63(1994)326　Return
4. H.Shiba,M.Haraguchi,M.Fukui : J. Phys. Soc. Jpn. 63(1994)1400　Return
5. D.L.Mills:Phys. Rev. B12(1975)4036　Return
6. F.Varnier,N.Miyani and G.Rasigni: J.Vac.Sci.Technol. 7(1989)1289　Return