Complex third-order nonlinear optical susceptibility spectrum of a CdS film coat on a silver nanoparticle

We have fabricated a CdS-coated Ag nanoparticle using the reverse micelle method and observed the nonlinear optical response of the scattered light intensity caused by an individual particle. In addition, we succeeded in obtaining the complex third-order nonlinear susceptibility χ(3) spectrum near the energy band edge of the CdS film by comparing the experimental result and the result of the Mie calculation that considered the optical Kerr effect of the CdS. At ħωi = 2.43 eV, the χ(3) of the CdS was (1.1 + i0.6) × 10-17m2/V2. We conjecture that an increase in the carriers in the interband transition of the CdS originates from the increase in the χ(3) of the CdS at ħωi > 2.4eV.


Visible near-infrared light scattering of single silver split-ring structure made by nanosphere lithography

We succeeded in making a silver split-ring (SR) structure of approximately 130 nm in diameter on a glass substrate using a nanosphere lithography technique. The light scattering spectrum in visible near-infrared region of a single, isolated SR was measured using a microscope spectroscopy optical system. The electromagnetic field enhancement spectrum and distribution of the SR structure were simulated by the finite-difference time-domain method, and the excitation modes were clarified. The long wavelength peak in the light scattering spectra corresponded to a fundamental LC resonance mode excited by an incident electric field. It was shown that a single SR structure fabricated as abovementioned can operate as a resonator and generate a magnetic dipole.


The optical characteristics of planar bilayered metallic prisms

Applied Physics. A, Materials Science & Processing


Fabrication of Organic Spin-on-Glass Microring Resonator with a Narrow Gap between a Microring Resonator and a Waveguide Using Nanoimprint Lithography

A microring resonator with a narrow gap between a waveguide and a microring resonator has been fabricated by using nanoimprint lithography. An organic spin-on-glass has been used as the material for the microring resonator. The outer diameter of the microring resonator is 20 m and the coupling gap between the straight waveguide and the microring resonator is 40 nm. The filtering characteristics of the microring resonator have been evaluated using a metal halide lamp. The free spectral range is 3.9 nm and the $Q$-factor is 310. The structure of the microring resonator with a narrow gap can be used as a fundamental component of optical devices.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Nonlinear trimer resonators for compact ultra-fast switching

We propose and numerically verify a scheme for compact optical modulation which can enable complex directional switching of signals in integrated micro-optical circuits within hundreds of femtoseconds. The scheme is based on a trimer comprised of two identical silica whispering gallery mode (WGM) microresonators spaced by a central non-linear WGM resonator. The non-linear resonator is in the form of a silica cylinder with a thin coating of an ultrafast Kerr nonlinear material (a J-aggregate of cyanine dye). Using a two-dimensional finite-difference time-domain method and realistic material and structural parameters, we investigated the near-field coupling from a waveguide to the trimer and the subsequent switching process. In our scheme the sandwiched central control resonator has a resonant frequency that is mismatched to that of the input and output resonators. Therefore the optical energy is coupled from the waveguide into only the primary resonator in linear operation. However, for control light intensities of more than approximately 10(-2) W/microm the effective index and hence eigenfrequency of the central resonator can be shifted to match that of its neighbors and hence the optical energy can be redirected.


Linear and Nonlinear Optical Phenomena of Metallic Nanoparticles

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics


Characteristics of Surface Plasmons in Silver Nanorods

We have calculated the optical responses of a variety of nano size silver particles, i.e., a column, a hexahedron, an ellipse, and an ellipsoidal rod, by using the finite-difference time-domain method. For a pair of ellipsoidal rods, we have found a suitable distance for the gap between the rods for transferring the energy of longitudinal (L) and transverse (T)-mode plasmons. We have also investigated the suitable configuration of an ellipsoidal rod array with a bend for changing the plasmon propagation direction and the mode from the L-mode to the T-mode.


Characteristics of gap plasmon waveguide with stub structures

We found that metal-dielectric-metal plasmon waveguides with a stub structure, i.e. a branch of the waveguide with a finite length, can function as wavelength selective filters of a submicron size. It was found that the transmission characteristics of such structures depend on the phase relationship between the plasmon wave passing through the stub and the one returning to the waveguide from the stub. We also propose structures with a lossless 90 degrees bend in a plasmon waveguide, utilizing a stub structure. Furthermore, we present a functional stub structure, e.g., a 1:1 demultiplexer and a wavelength selective demultiplexer.


Numerical and experimental investigation of wedge tip radius effect on wedge plasmons


Nonlinear Optical Response of a CdS-Coated Ag Particle

In this paper, we present an experimental observation of the optical nonlinear characteristics of a CdS-coated Ag particle at room temperature. By using sub-picosecond pulses generated by a tunable optical parametric amplification system, we confirm that the light intensity scattered by the particle considerably decreases with an increase in the incident light intensity at a photon energy higher than the energy corresponding to the interband absorption edge of CdS. The nonlinear phenomena presented in this paper are observed in an event in which localized surface plasmons enhance the two-photon absorption in CdS and cause the valence electrons to be excited into the conduction band of CdS and to further move to a higher energy band of Ag without additional energy supply.


Characteristics of light intensity enhancement of a silver nanoprism with rounded corners


Electric field enhancement effect of nano gap of silver prism


Characteristics of an Optical Filter Composed of Two Vertically Coupled Microring Resonators

We have numerically evaluated the filtering characteristics of two vertically coupled microring resonator filters. In this evaluation we used the finite-difference time-domain method as the numerical analysis method. The structure we designed allows only a specific wavelength to pass. The filtering characteristics of this structure can be altered by changing the layout of the microring resonator. By using this structure the interval between peak wavelengths at a specific wavelength in the output spectrum can be increased. Specifically, the interval between peak wavelengths can be increased from 20nm to 40nm at wavelengths near 1.46μm.


Dislocation Reduction Mechanism in Low-Nucleation-Density GaN Growth Using AlN Templates

Achieving a high output power and a high energy efficiency in ultraviolet light-emitting devices requires a reduction in the dislocation density of an underlying GaN template. Conventional thin film growth is a two-step process that starts with a low-temperature buffer layer (also known as the wetting or nucleation layer), followed by the growth of high-temperature GaN islands that eventually coalesce and planarize to form the basic template for device structures. We have studied these initial growth stages and showed that reducing the density of GaN islands contributes to the reduction in dislocation density. However, an excessive reduction in island density leads to the worsening of film surface morphology, with the appearance of pits and spiral features. We have observed that dislocation density is related to the crystal tilts of GaN nucleation islands and that pits and spirals are generated from the screw-type dislocation bundles formed at low GaN island densities. The alternative use of AlN templates (instead of conventional GaN buffer layers) consequently improves the $c$-axis crystal orientation and reduces the threading dislocation density in the GaN films while simultaneously providing a high-quality surface morphology.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Optical Amplifier Using Nonlinear Nanodefect Cavity in Photonic Crystal

We have proposed a new optical amplifier in a photonic crystal. The amplifier consists of a nonlinear nanodefect cavity and a cross waveguide. The input-output characteristics have been simulated for the amplifier with three- or four-port cross waveguide in a two-dimensional photonic crystal by the finite-difference time-domain method. In the amplifier, a signal light can be amplified by an energy transfer from a control light to the signal light at the nonlinear nano-defect cavity. The calculated amplification factor of the amplifier was $2.33imes 10^{4}$. When optical transistor was used with an amplifier with a three-port cross waveguide in a two-dimensional photonic crystal, the calculated switching rate, the on-off ratio and the amplification factor of the transistor were 12 Gbit/s, $1.95imes 10^{5}$ and $2.29imes 10^{4}$, respectively. The transistor can work well even under a low power input in the signal port and can be utilized as a small amplifier and an optical sensor with a fast response.


Fabrication and Optical Evaluation of Silica Microsphere Coated with J-Aggregates

We have fabricated a micrometer-sized nonlinear optical resonator consisting of a silica microsphere coated with J-aggregates of 1,1'-diethyl-2,2'-cyanine iodide in a thin silica film by a sol-gel process. The sphere diameter was 4.5 µm and the film thickness was estimated to be approximately 100 nm by scanning electron microscopy. The coating on the sphere was characterized by the fluorescence of the J-aggregates and the detection of whispering gallery modes (WGM) in the fluorescence spectrum. The optical evaluation of the sphere was performed in the attenuated-total-reflection configuration. We confirmed that the resonances in the scattering spectrum were due to WGMs, on the basis of a comparison of the experimentally obtained peak positions for coated and noncoated spheres, to those obtained using Mie's theory. The positions of the scattering peaks and the values of the full-width at half-maximum in the scattering spectrum for the coated sphere differ from those of the noncoated sphere.


Self-modulation of scattering intensity from a silica sphere coated with a sol-gel film doped with J-aggregates


New plasmon waveguides composed of twin metal wedges with a nano gap


Numerical analysis of coupled wedge plasmons in a structure of two metal wedges separated by a gap


Filtering Characteristic of a Microring Resonator with a Gap

ギャップが一つある場合と2つある場合のマイクロリング共振器と導波路を組み合わせた構造での光フィルタ特性を数値解析した．その結果，ギャップを持つマイクロリング共振器では，ギャップがないマイクロリングでは2つ以上を組み合わせしなければ実現できない，自由スペクトル領域の拡大や透過帯域の平坦化が実現できることが分かった．

Electronics and Communications in Japan (Part II: Electronics)


Composite domain control for surface plasmon resonance

We developed a method of composite domain control (CDC) for plasmon resonance as an application of multilayered domain control (MLDC). A distinctive characteristic of CDC is the utilization of dielectric and metal particles. Its structure is similar to that fabricated by the sol-gel method. It is considerably thinner than that prepared by MLDC. In addition, it is possible to conveniently and exactly adjust the plasmon resonance utilizing CDC because it combines the characteristics of MLDC. Accordingly, CDC is a conventional method that is more effective than MLDC. Moreover, CDC is suitable in manufacturing with regard to stress reduction, miniaturization, and cost of the products.


Two-dimensionally localized modes of a nanoscale gap plasmon waveguide

We report numerical analysis and experimental observation of two dimensionally localized plasmonic modes guided by a nanogap in a thin metal film. Dispersion, dissipation, and field structure of these modes are analyzed using the finite-difference time-domain algorithm. The experimental observation is conducted by the end-fire excitation of the proposed gap plasmon waveguides and detection of the generated modes using their edge scattering and charge coupled device camera imaging. Physical interpretation of the obtained results is presented and origins of the described modes are discussed.


Multilayered domain control for surface plasmon resonance

Metal particles are utilized to study surface plasmon resonance. They are regulated in terms of their dimensions to control surface plasmon resonance, and sealed with a dielectric material. In this study, we applied a method of domain growth to form particles. It is an advantage in manufacturing because the entire process is carried out in a sputtering system. We describe a method of multilayered domain control (MLDC), illustrating it with Au, Ag and Cu for particles and SiO2 for dielectric layers in this paper. A remarkable feature of MLDC is its intensification of surface plasmon resonance. Moreover, this intensification enables base metals to substitute for noble metals.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2 (Letters)


Microscopic and Macroscopic Investigation of Localized Surface Plasmons on Ag Nanoparticles Embedded in Porous TiO2 Glass


Nonlinear Optical Response of a Metal Circular Cylinder Coated with a Kerr Material: Numerical Simulations

The Journal of the Korean Physical Society


Characteristics of Whisperng Galley Modes in Single Dielectric Spheroid: Dependence on the Direction of Incident Light


Theoretical and experimental investigation of strongly localized plasmons on triangular metal wedges for subwavelength waveguiding

ナノサイズのウェッジ型プラズモン導波路において，局在プラズモンが伝搬できることをFDTD数値シミュレーションとNSOMの実験で初めて示した．頂上が40度の銀のウェッジ型プラズモン導波路をFIB加工で作製し，エンドファイヤーカップリングでプラズモンを励起し，ウェッジに沿って伝搬する局在プラズモンの近接場光の分布をNSOMで観測した．実験結果から得られた局在プラズモンの伝搬距離が，数値シミュレーションによる値と良く一致していることを示した．


ギャップのあるマイクロリング共振器のフィルタ特性解析

ギャップのあるマイクロリング共振器のフィルタ特性解析

The Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers C

電子情報通信学会論文誌(C)


Characteristics of Whispering Gallery Modes in Single Dielectric Spheroid Excited by Gaussian Beam

We hav enumerically analyzed a coupling between a Gaussian light and speroids by using a finite-difference time-domain method.There exists a complex whispering gallery mode in a speroids. The characteristics of the complex whispering gallery mode are similar to those produced from a combination of several WGM's.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Light Intensity Enhancement and Optical Nonlinear Response due to Localized Surface Plasmons in Nanosize Ag Sphere

金属微小球を非線形光学材料でコートした構造の非線形光学応答を計算できる拡張ミー散乱理論に基づき，ナノサイズの銀微小球にCdSでコートした構造において生じる非線形光学特性の計算機シミュレーションを行った．微小球サイズ，コート膜厚が光スイッチ·光双安定現象に与える影響についてシミュレーションし，線形応答時における光強度増強度の微小球サイズ，コート膜厚依存性が局在プラズモンを利用した非線形光学応答に大きく関わっていることを明らかにした．


Mg添加GaN中のMgの熱活性化過程を二次イオン質量分析法とファンデアポー配置によるホール効果測定にて評価した．熱処理によりMg添加GaN層から脱離した水素の量と当該層の層のホール移動度，ホールキャリア濃度と抵抗率測定から，Mg添加GaN中の水素の脱離エネルギーは2成分観測された．一つは，0.8-1.5eV，もう一つは0.2-0.5eVである．前者はGaN中でMgの不活性化に関連していると思われ，後者はMg添加GaN中での正孔キャリアの電気的補償機構の不活性化に関連していると思われる．


Fabrication and optical characterization of a TiO2 thin film on a SiO2 micro-sphere

ゾルゲル法により直径10μmのシリカ微小球上に均質性が高い酸化チタン薄膜を作製することに成功した．さらに全反射減衰配置下では，偏光の違いにより球に励起される光学モードの特性が異なることを利用し，作製した膜の厚さと屈折率をそれぞれ65nmと2.4と決定した．直径10μm以下の微小球上の薄膜について，光学的な方法で求めることができる事を実験的に成功したのは世界ではじめてである．


Experimental evaluation of reflectance of surface plasmon polaritons at metal step barrier

ガラス基板状に銀薄膜を作製し表面プラズモンポラリトン(SPP)が金属ステップに入射した場合の反射率を実験により世界ではじめて直接的に求めた．単純な金属ステップに対してSPPの反射率は5%程度と小さい事を示した．


Evaluation of band-gap energies and characterization of nonradiative recombination centers of film and bulk GaN crystals

バルクと薄膜のGaN試料に対してバンドギャップ近辺における光熱分光スペクトルを測定し，バンド端吸収に対応した光吸収スペクトルを得た．不純物の種類や濃度の異なる薄膜試料についても測定し，光熱分光法により容易にGaNのバンドギャップエネルギを求めることができること，不純物をドープした試料ではhν<Egの領域で光吸収量が増大すること，またその領域のスペクトルに複数のピークが観測されその由来は非発光再結合準位であることを示した．


Optical switching due to whispering gallery modes in dielectric micro-spheres coated by a Kerr material

高屈折率(n=2.52)の誘電体微小球に光カー媒質をコートした球をプリズム上に配置した構造にて，プリズム側から球へ入射する光を信号光，空気側プリズム表面に平行に球へ入射する制御光とすると，制御光により光カー媒質の屈折率を変化させ，球特有の光学モードであるウィスパリングギャラリーモードの励起条件を変えることが可能であることを数値計算により示した．この時制御光は信号光をコントロールすることができるので，ミクロンサイズの光スイッチング素子の可能性を示す結果が得られた．


Optical filtering by microring resonators

高屈折率材料としてシリコンを，利用する波長として光通信帯域を想定し，スラブ型の微細直線導波路と円筒型の直径2μm程度の2つのリング型光共振器を組み合わせ，その光学特性を数値計算により求めた．2つのリングの直径や間隔をうまく設計する事で，これまでより2桁以上小さな面積にて光通信用に向いた特性を有する波長選択性の光学フィルタの構築が可能である事を示した．


Numerical studies of optical switching and optical bistability phenomena of nano- or meso-size spheres

We propose the use of numerical calculations of the optical response of nonlinear Kerr-spheres, modifying the Mie theory. As a numerical example, we use a CuCl sphere coated with a Kerr-nonlinear sphere, taking into account the excitation of the Z3-exciton. The results clearly show that optical bistable and/or optical switching devices can be realized on a nano- and meso-size scale when the real part of the dielectric constant of CuCl is negative.

ミー散乱理論を拡張し，ナノサイズの負誘電率微小球に光カー媒質による薄膜をコートした構造の非線形光学応答を求める計算手法を世界ではじめて開発した．まず，負誘電率微小球としてCuCl(Z3励起子によって負誘電率を示す波長を用いる)，光カー媒質としてCdSを想定し，コート外部の電界強度が入射光強度に対して最も強くなる構造を決定した．次に，その構造にてコート外部の電界強度の入射光強度に対する応答特性を求めたところ，光スイッチングや光双安定現象といった非線形光学応答が観測され，将来サブミクロンからナノメートルのサイズの非線形光学デバイスが開発できる可能性を示した．


Optical Switching Phenomena of Kerr Nonlinear Micro-Sphere due to Near-Field Coupling: Numerical Analysis

We calculated linear and nonlinear responses of a Kerr nonlinear microsphere sandwiched by two prisms using the excitation of whispering gallery modes due to near-field coupling. As numerical calculations, the finite-difference time-domain method that takes into account the Kerr nonlinear effect was used. We dealt with two types of spheres, i.e., the Kerr-material sphere and the dielectric sphere coated by the Kerr material. It was found that the optical switching phenomena are induced in such spheres. The switching results from the fact that the variations of the refractive index of the nonlinear spheres affect the excitation condition of the whispering gallery modes.

半導体のように屈折率が高い(n=2.52)誘電体微小球(直径1μm)に光カー媒質をコートした球をプリズム上に配置した全反射減衰構造にて，プリズム側からの光入射により球特有の光学モードであるウィスパリングギャラリーモードを利用すると，屈折率を変化によるモード励起条件変化を誘起することが可能であり，自己光スイッチング現象生ずることを数値計算シミュレーションにより示した．このように小さな誘電体微小球の光スイッチング現象の数値計算に成功したのは世界ではじめてである．ミクロンサイズの光スイッチング素子を実現する可能性があることを示す結果が得られた．


Temperature dependence of the thermal conductivity and phonon scattering time of a bulk GaN crystal

We have measured photothermal signals of a bulk GaN crystal by the photothermal divergence (PTD) method in the temperature range from 110 K to 370 K. The thermal conductivity and the scattering time of phonons contributing to the thermal conductivity have been evaluated from the phototherinal signals. A phonon-defect interaction has been expected to play a crucial role in determining the thermal properties of the sample employed here in the above temperature range.

バルクGaN試料に対して温度と励起光の変調周波数をパラメータとした光熱分光測定をおこない，GaNの熱伝導率とフォノン散乱時間の温度依存性を求めた．これまで信じられていたGaNの熱伝導率(室温で1.2W/cmK)よりも，大きな値(1.7W/cmK)であることを示した．また，フォノンの散乱時間の温度依存性から，測定に用いた試料には不純物が多く含まれていることが分かり，良質のGaNではさらに熱伝導率が大きくなる可能性を示唆した．


Lifetime of Optical Modes in Two Dimensionally Ordered Spheres

基板上に置かれた2次元配列の誘電体微小球中を伝搬する光学モードのライフタイムを，全反射減衰配置での光入力の場合と球内部から光が発生する場合について，有限差分時間領域法による数値計算シミュレーションにより求めた．全反射減衰配置で容易に観測·励起されるモードは基板の影響を受けやすく寿命が短い事，TEとTMの偏光では寿命が異なりTM偏光では基板の影響を受けやすいことを示した．

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Interaction of Light with Ordered Dielectric Spheres: Finite-Difference Time-Domain Analysis

有限差分時間領域法を用いて，誘電体微小球を配列させたフォトニック結晶にガウス光を入射した場合の結晶内部での光の伝播の状況や反射·透過特性を求めた．平面波入力ではわからなかった，結晶内部での光の拡散の状況を視覚的に明らかにした．


Numerical Analysis of optical modes in Two-dimensionally ordered polystyrene spheres in Attenuated Total Reflection Geometry

ガラスプリズム基板上の直径2μmのポリスチレン微小球からなるフォトニック結晶に対する角度スキャン全反射信号スペクトルを，有限差分時間領域法によるシミュレーションで再現するとともに，観測されたモードどのように球内部を伝搬しているのかを視覚的にあきらかにした．


Finite-Difference Time-Domain Analysis on Nonlinear Fabry-Perot Resonator in Optical Waveguide Geometry

非線形性の飽和と非線形感受率の虚部を考慮して3次の非線形光学現象を計算できる有限差分時間領域法を開発し，スラブ型光導波路中に光カー媒質からなるファブリペロー共振器を配置した場合の光双安定特性を計算した．非線形性の飽和があった場合に，非線形ファブリペロー共振器がより安定に動作することを示した．


Optical Switching Due to Local Kerr Nonlinearity in Attenuated Total Reflection Geometry

3次の非線形光学材料であるポリジアセチレンをコアとする対称三層スラブ型光導波構造に，全反射減衰配置でビーム広がりを考慮したガウス型の光ビームにより導波モードを励起すると，条件によっては光スイッチング現象が生ずることをシミュレーションにより明らかにした．そこで必要な入射光強度は10kW/cm2より小さく，非線形屈折率定数も10-14m2/V2以下と十分実験可能な領域にあることを示した．入射光の広がり角の調整などにより，空間的な位相関係を最適な状態にすれば，非常に低い入射光強度で光スイッチ現象が得られる可能性があることを示した．


Determination of the Second-Order Nonlinear Optical Susceptibility of GaN Films on Sapphire

メーカフリンジ法にて，サファイア基板上のGaN試料の2次の非線形光学定数を求めた．これまで，GaN試料では無視されていたGaN薄膜内部での光干渉の効果を考慮しなければ正しい定数を求めることができないのを明らかにし，2次の非線形光学定数χ(2)として，zxx成分は14.7pm/V，xzx成分は14.4pm/V，zzz成分は29.7pm/Vと求めた．


Optical modes in two-dimensionally ordered dielectric spheres

直径5μmのポリスチレン微小球をガラス基板上に2次元的に配列させたフォトニック構造にて，色素レーザを光源とする全反射減衰法による光学モード励起実験を行った．伝播速度が速いものと遅い2つのタイプの導波型光学モードが観測した．伝播速度の違いと屈折率分布状況より考察を行い，速いタイプはチャネル導波路を直線的に伝搬する導波モード，遅いタイプは球の表面近くを周り込みながら隣の球へと伝搬する型の導波モードと解釈できること示した．


Optical Pulse Narrowing Due to Electronic Nonlinearity of PDA Films in ATR Geometry

ポリジアセチレン薄膜をコアとするスラブ型対称三層構造の導波モードを，パルスレーザを用いて全反射減衰配置にて励起し，反射光角度依存パターンの入射光強度依存性を観測したところ，入射光強度が大きい場合に反射光空間パターンが非対称に狭くなる現象を観測した．パルスレーザのパルス時間幅は150ps程度で繰り返し周波数は802Hzであり熱効果を排除できるので，コアの電子的効果に基づく屈折率変化によりこの現象が観測できたと考えられる．


Interaction of Near-Field Light with Ordered Polystyrene Spheres: Experimental Studies

ガラス基板上に作製された2次元配列ポリスチレン微小球(直径2μm)の光学モード励起実験を全反射減衰法にて行った．その結果，伝搬モードを励起しやすい配置とそうでない配置がある事，伝搬モードには速度の異なるものが多数存在する事，伝搬せず局在型のモードが存在することが分かった．有限差分時間領域法によるシミュレーションで，入射角度により伝搬速度の異なる伝搬モードが励起される，実験結果と一致する結果を得た．


Finite-Difference Time-Domain Analysis of the Interaction of Gaussian Evanescent Light with a Single Dielectric Sphere or Ordered Dielectric Spheres

全反射減衰(ATR)配置における，単一誘電体球や配列誘電体球とガウス型エバネセント光の相互作用について，有限差分時間領域(FDTD)法による解析を行った．光強度の空間分布，反射率の波長スペクトル，反射率の過渡応答について調べた結果，単一球の場合，ATR配置でウイスパリングギャラリーモードを励起できるが，ATRスペクトルからは励起していることを観察するのは難しいことがわかった．二次元に最密充填された配列誘電体球の場合，光伝搬が容易な軸と，困難な軸が存在することを明らかにした．


Real-time observation of the dielectric constant variation of evaporated polydiacetylene films during photopolymerization and photochromic transitions

固相のまま光重合やフォトクロミック変化を起こすことで知られるPDA-C4UC4について，光重合やフォトクロミック変化の間にPDA膜の光学定数，膜厚がどのよう変化するかをATR法によって明らかにした．このことにより各色相の状態が明確にわかるようになった．Ag膜の上の真空蒸着したPDA膜の光学定数値は配向膜のそれにほぼ等しい値となることがわかった．さらに，400nm-1400nmの波長域でのPDAの光学定数値を垂直反射法で決めることに成功した．


Optical constants and growth mode of Ni films deposited on evaporated Al, Ag and Cu films

Ni/Al(AlOx·Al), Ni/Ag, Ni/Cu(CuOx·Cu)の2層構造のNi膜の光学定数と構造をATR法，SEM，X線回折法を用いて明らかにした．Al(AlOx·Al)，CuOxCuの上のNi膜は島状構造で，Cu上では層状構造となることが判明した．Ag上では，SEMはNi膜が島状構造となっていることを示し，ATR法は成長の初期段階で連続膜の光学定数となることを示した．


Determination of the Anisotropic Optical Constant of Evaporated Polydiacetylene-C4UC4Films at 632.8nm

膜の光学定数と膜厚を測定するための簡単な反射法を提案した．BK-7プリズム上の無配向の青相PDA-C4UC4膜の波長632.8nmでの光学定数と膜厚を提案した反射法で測定し，膜は無配向であるが光学的に異方性であることが判明した．このことにより膜の分子配列の状況が明らかになり，膜面に沿った方向に大きな3次非線形光学定数を持つことがわかった．さらに，膜の重合状態の情報も提案した反射法から得られることがわかった．

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Optical Bistability in Periodic Channel Waveguides

周期構造を持ったチャネル導波路に適応できる正確な非線形結合方程式を導出した．従来の方程式には含まれていない項の導出に成功し，それを非線形結合方程式に組み込んだ所，その項が光双安定現象のスイッチ強度を小さくすることが判明した．種々の導波路パラメータへのスイッチ強度の依存性を計算し，周期構造を持ったチャネル導波路の最適設計のための指針を明確にした．


Prolagation length of long-range surface optic waves in islandized silver films

波長632.8nmで，島状Ag膜の表面モードの伝搬距離Lを測定した．Lの測定にはATR法と反射光強度の空間分布法を用いて行い，同じ結果を得た．このように島状の膜でも長距離伝搬できる表面モードの存在を確認できた．


Wavelength dependences of the dielectric constant of thermally evaporated aluminum films

熱蒸着したAl連続膜の誘電率ε*のその場観測を波長500∼1000nmでATR法を用いて行った．超高真空下でのε*の波長依存性はAschcroft-Sturm理論·Fuchs-Sondheimer理論·Mayadas-Shatzke理論を用いて説明できた． 結果として，粒界および表面での電子散乱によってε*が影響をうけていることを明確にした．


Experimental instrument for observing angle- and frequency-scanned attenuated total reflection spectra

周波数·角度同時スキャンのATR信号を0.7秒で測定できるATR装置を開発した．信号の検出にはCCDカメラを用いた．画像処理にはデジタル画像処理システムを採用し，500∼800nmの波長域での信号観測用のものを製作した．Ag膜の誘電率の波長依存性を測定し，従来の測定値と一致することを確認した．


Temperature Dependence of Raman Spectra in Si-doped GaAs/AlAs Multiple Quantum Wells

SiドープのGaAs/AlAsMQWの二つの縦光学フォノン·サブバンド間遷移結合モードによるラマン信号の温度依存性を測定した．結合モードの周波数はサブバンドの電子密度の変化に伴い変化した．高周波数結合モードによるラマン散乱強度は温度上昇と共に減少した．ある条件下で基底サブバンドの電子密度は温度変化と共にフェルミエネルギーを通して変化することを確認した．このような結果から結合モードの種々のパラメータを決定できた．


Propagation length of guided waves inlossy Si film sandwiched by identical dielectrics

波長632.8nmで，Si膜を伝搬するTM0およびTE0導波光の伝搬距離Lを測定した．Si膜を薄くしていくと，Lは非常に大きくなる．そのようなLを直接測定する方法を提案し，厚さ6.1nmのSiに対してTM0モードの場合，L=1.6mmという損失のあるSiに対して極めて大きな値を得た．この値は理論値と一致し，提案した方法の有効性も確認できた．

Journal of the Optical Society of America


Temperature dependence of photothermal divergence signal of GaAs

光熱分光法を用いてドープしてないGaAsとドープしたGaAsの光熱分光信号の温度依存性を測定した．信号強度と信号のカットオフ周波数の温度依存性は理論予測と一致した．試料の熱伝導度の温度依存性を決定できた．


Experimental Observation of Intersubband Excitations in Si-Doped GaAs/AlAs Multiple Quantum Wells

ATR法とラマン散乱法を用いてドープしたGaAs/AlAsMQWのサブバンド間遷移と結合した光学フォノンの観測をした．サブバンド間遷移によるステップをATR信号の中に観測できた．荷電密度サブバンド間遷移による二つのピークをラマン信号で観測した．これらの結果からサブバンド遷移のパラメータと井戸層のシートキャリア密度を決定できた．

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Studies on optical constants of metal films evaporated at low temperatures

ATR法を用いて低温蒸着された種々の金属膜の光学定数を観測した．その結果，室温蒸着されたものの光学定数と非常に異なっており，低温から室温にアニールすると，低温蒸着結果は室温蒸着結果になることがわかった．さらに低温蒸着膜の光学定数についての経時変化とアニール効果を観測し，その結果に対する解釈を与えた．


Surface plasmon polariton radiation from silver films on fluoride films and surface roughness parameters of those silver films

CaF2, MgF2およびLiF蒸着膜上のAg膜の表面凹凸を実験的に評価した．CaF2およびLiFの場合，膜厚を大きくすると凹凸は大きくなるが，MgF2の場合，膜厚を変えても凹凸に変化はなかった．表面プラズモンエネルギーの凹凸による光放射特性を測定し，それをK-K理論によって説明することを試みた．K-K理論がどのような凹凸領域で通用可能か明確にした．


X-ray photoelectron spectroscopy study of GaN and GaP surfaces annealed in PH3 and NH3 and metalorganic chemical vapor deposition growth of GaN / GaP heterostructures

PH3 ，NH3中のGaN，GaPのアニーリング効果について調査し，GaN上のGaP，GaP上のGaNのMOCVD法による成長を行った．それにより次の結果が得られた．約 800℃の低温でのNH3中のアニーリングにより，GaP内にN原子が入り込み，ウルツ鉱型GaN結晶が形成される．しかしGaN結晶の品質は低く，GaP は劣化する．一方，PH3中でのアニーリングでは，GaN中にP原子を導入するためには高温アニーリングが必要である．GaP上に堅いGaNをヘテロ成長させると，基板の品質を劣化させ，逆に，堅いGaNの上に成長させた柔らかいGaPは，基板の品質に大いに影響されること．等がわかった．


Attenuated Total Reflection Spectra of the Aluminum and Silver Bilayer

Al·Ag系において，理論的に予想されたAg-空気界面に存在するセルベージによる反射率の波長330∼350nmに現われる特異構造を実験的に観測することを目的としている．周波数スキャンATR法を用いて超高真空下で観測した結果，理論通りの所に特異構造が現われることを確認できた．

Journal of the Physical Society of Japan


Selvedge Treatment of the Aluminum and Silver Bilayer System

Al/Agの二層系の光学応答を理論検討した．各金属膜の表面には表面物性を反映したセルベージを仮定した．このセルベージに光が入射すると，セルベージは分極し，電磁界が発生する．この電磁界を流体近似法であるオイラーの方程式を用いて導出した．その結果，二層系の反射率にセルベージ特有の構造が生じることがわかった．


Propagation Length of Surface Plasmon Polaritons Propagating along Air-Metal Interface

波長10.6μmでCu-空気界面およびCaF2膜上のCu-空気界面の表面プラズモンの伝搬距離Lを測定した．CaF2 膜はLを減少させることがわかった．またLはCuの蒸着速度の違いによって異なることがわかった．さらに0.6328μmでAg-空気界面の表面プラズモンのLと表面凹凸の関係を明らかにした．


GaAs/AlGaAs Light Emitters Fabricated on Undercut GaAs on Si

熱応力や転位密度を低減できるUCGAS上にデバイスを成長させることによって，Si基板上で安定した出力のGaAs/AlGaAs LEDを実現できた．UCGAS LEDの出力効率は，ホモエピタキシャル成長で作製したLEDとほとんど同じで，3000時間の安定動作を維持した．残留応力や転位密度と，素子の劣化機構の関係を調査したところ，転位密度より応力が素子の劣化機構に重大な影響を及ぼすことがわかった．また，LEDの出力効率，熱特性も解析した．ホモエピタキシャル成長で作製したレーザーの効率，閾値と同等のUCGASレーザーを作製することができた．


Thermal Stress and Dislocation Density in Undercut GaAs on Si

GaAs/Si界面をポスト成長処理によって部分的に除去されたUCGAS(undercut GaAs on Si)中の，熱応力と転位密度について調べた． 実際の応用に十分な面積において，熱応力が2x108 dyn/cm2未満のものが得られた． SLS(strained-layer superlattice)やGaAs層をUCGAS上で成長させることによって，転位密度を，5x105 cm-2未満にまで小さくすることができた．転位密度を小さくできる理由は，UCGASが成長後の冷却中に応力によって生じる転位に影響されないからである．その結果，UCGASのフォトルミネッセンスのピーク波長やピーク強度は，ホモエピタキシャル成長したGaAsとほぼ同程度にできた．

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Photoluminescence Dark Spot Dynamics in GaAs Grown on Si

Si基板上で成長したGaAsの，室温下におけるフォトルミネッセンス画像において，ある条件下でダークスポットが移動することが明らかになった．Si上のGaAs，UCGAS，GaAs基板上のアンダーカット構造，平面ホモエピタキシャルGaAsなどについて測定し比較したところ，高い応力，高励起の試料では移動するダークスポットの数は多く，移動速度が速かった．この結果は，高温で通常見られるGaAsの転位ダイナミクスと一致している．


Surface Plasmon Polaritons in Attenuated Total Reflection Geometry

オットATRおよびクレッチマンATR配置での表面ポラリトン(SP)特性を理論的に検討した．ある条件の時，SPの電磁界は伝搬と共に増加するなどの非現実的なことが生じる．この原因はプリズムの存在によって引き起こされ，それぞれの層の電磁界状態を検討することにより，非現実的なことを解釈できることを示した．さらに物理的に意味のある解はどのようなものかを明確に示した．


Surface Optic Waves in Ultrathin Films Bounded by Identical Slightly Lossy Materials

小さな損失を有する媒質で挟まれた超薄膜中の表面ポラリトンや導波光などの表面光モードの性質を理論的に検討した．そのようなわずかの損失でも表面光モードの特性に大きな影響を与え，例えば，伝搬距離やATR共鳴形は劇的に変わることが明らかになった．


The effects of residual gases on optical constants of Al films

成膜中，及び成膜後のAl薄膜の光学定数の残留ガスの効果を，全反射減衰法の技術を使ったその場観察により調べた．Al薄膜の光学定数は，10_^{-6}Paの超高真空(UHV)下においても残留ガスの強い影響があることを明らかにした．光学定数の変化が残留ガスによるものであることを調べるため，酸素，窒素，水素ガスに晒したAl薄膜の光学定数を測定した．


Two modulation mechanisms for photoreflectance from GaAs/AlAs multiple quantum well

GaAs/AlAs MQWのフォトリフレクタンス信号のチョッピング周波数依存性を測定した．バッファーとMQWの界面状態やバッファー層の深い準位がバッファー層の変調場の周波数依存性を決めていることがわかった．さらに，フォトリフレクタンス法はMQWや超格子の深い準位の評価に有効な手段であることを示した．


Degradation Mechanism of Au/AlOx/Al Tunnel Junction

Al/AlOx/Alトンネル接合を空気中室温で発光状態にすると，接合の劣化が急激に進む．この劣化の原因をXPS分光法などを用いて詳細に検討した．結論として，Alの酸化および接合の破壊によって劣化が生じていることが明白になった．

Journal of the Physical Society of Japan


Optical Bistability in Prism / Ag Film / Nonlinear Film / Air Geometry by Utilizing Surface Plasmon and Guided Wave Characteristics

表面プラズモンと導波光を励起することによって発生する光双安定性現象を理論検討した．非線形媒質としてはカー効果を示す4BCMU膜を用いた．TEおよびTM偏光に対する解析および数値計算を行った．導波光の方が光双安定現象を生じさせる臨界入力光強度Pcが小さい．条件を選べば，Pcを1W/cm2以下にすることが可能であることがわかった．


Surface Polaritons Due to the Folded Optical Phonons in GaAs/AlAs Superlattices

GaAs/AlAs超格子のATRスペクトルを250cm-1から600cm-1の範囲で測定した．超格子特有の折り返し光学フォノンによる表面ポラリトン信号を観測できた．さらに，GaAsとAlAsの光学定数を評価し，TOフォノンの衝突周波数が以前のバルク試料に対する測定値より低いことがわかり，その理由を明らかにした．


Studies on Surface Polaritons in Ultrathin Films Sandwiched by Identical Dielectrics

10nm以下の厚さのAg膜を同一媒体ではさんだ構造での表面ポラリトンの電磁界分布と伝搬特性を理論的に検討した．伝搬距離は，Ag膜の厚さを小さくすると単調に増加した．さらに，p偏光およびs偏光の両偏光に対して鋭いATR共鳴が生じることを明らかにした．


Optical Bistability Associated with Surface Plasmon Polariton Excitation

表面プラズモン(SP)の電界集中特性を用いたATR形光双安定性の理論検討を行った．非線形媒質としてカー効果を有するものを考えた．通常のSPおよび長距離伝搬SPの両方に対して，光双安定性現象の発生がありうることを示した．さらに，SP伝搬方向の非線形性は光双安定性に寄与しないことも示した．


New type of photothermal spectroscopic technique

新しいタイプの光熱分光法を提案し実験に成功した．この方法は簡便で種々の環境下で実験が可能であることがわかった．さらに高いS/N比を示し，振動や揺れにも強く，今後広い範囲で使われうる分光法であることを明確に示した．


Optical constants of silver films on fluoride films and their aging histories

フッ化物膜上のAg膜の光学定数をAg膜を成長させながらリアルタイムでATR法を使って測定した．CaF2膜の場合，CaF2の膜厚が増加すると，Ag膜が島状から連続膜になる実効膜厚が増加することがわかった．CaF2膜およびMgF2膜上のAg膜の経年変化も観測し解釈できた．


Photoluminescence-dark-spot-free AlGaAs grown on Si substrate

Si基板上に成長させたGaAs層をポスト成長処理によって切り離されたUCGAS(undercut GaAs on Si)上でGaAsとAlGaAsを成長させた． 成長した層は，AlGaAs層にある1μm以下のダークスポットをも検出できる高倍率フォトルミネッセンス像によって評価した．その結果UCGASがAlGaAsの欠陥を除去するために非常に効果的であることを示した．


Stable Operation of AlGaAs/GaAs Light-Emitting Diodes Fabricated on Si Substrate

UCGAS構造で非常に劣化の少ないAlGaAs/GaAs LED の作製に初めて成功した． 43K下のフォトルミネッセンスデータから，400℃でアニールするとUCGASの応力が1×108 dyn/cm2以下になることがわかった．800 A/cm2 一定の電流を流したUCGAS LEDの出力パワーは，初めの数時間で初期の値の94%に減少し，その後は1000時間以上一定の出力を維持した．一方，応力が1×109 dyn/cm2以上存在する従来のメサ型LEDの出力パワーは，急速に減少した．

Japanese Journal of Applied Physics, Part 2 (Letters)


Light Emission Characteristics and Surface Roughness of Au/AlOx/Al Tunnel Junction

金属-絶縁体-金属トンネル接合から輻射される光の放射特性と表面·界面凹凸との関係を明らかにした．放射強度の波長スペクトルは実験的に得られた凹凸により説明できるが，放射強度の角度分布は説明できないことがわかった．

Journal of the Physical Society of Japan


Photoreflectance Spectra from GaAs Buffer Layer of GaAs/AlAs Multiple Quantum Well/GaAs Buffer/GaAs Substrate

GaAs/AlAs系MQWのフォトリフレクタンス信号を測定した．結果を説明するためにエレクトロリフレクタンス用のAspnes理論を変形した理論を構築した．その結果，MQW層とGaAsバッファ層の間にできるビルトインフィールドが35kV/cmであることがわかった．さらにMQW層の厚さの均一性についての情報も得られた．

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Aging histories of optical constants of thermally evaporated silver and copper films

熱蒸着法によって作られたAg,Cu薄膜の光学定数は，蒸着後に経時変化を示す．この変化を全反射減衰法によって測定した．その結果より，光学定数の経時変化は，構造欠陥によって生じる自由電子の緩和時間の変化によるものであると説明できた．


Intensity of Surface-Plasmon Polariton Energy Emitted into the Air Side in an Air/Ag-film/Prism Configuration

空気/銀膜(厚さ42nm)/プリズム構造の表面プラズモンポラリトンエネルギーが表面凹凸により空気側へ放射される割合を実験的·理論的に検討した．割合は，実験では2%，理論では1.9%となり，両者の一致は良い．この結果，今まで割合に関して種々の議論があったが，我々の研究により最終的な結論が出た．

Physical Review B, Condensed Matter and Materials Physics


In situ and real-time observation of optical constants of metal films during growth

I-ATR装置を用いて0∼50nmの膜厚を持った銀，銅，アルミニウム，金の光学定数を測定した．測定は,蒸着法により成長中の膜に対しその場観測によって行われた．従来，測定が難しくて，ほとんど情報のなかった極端に薄い膜，すなわち，不連続膜の光学定数の測定が正確に行える方法を提案し，実際に実験で示した．


Experimental observation of attenuated-total-reflection spectra of GaAs/AlAs superlattice

半導体超格子として広く研究されているGaAs/AlAs超格子のATRスペクトルを実験的に観測し，解析した結果を示した．ATRスペクトルは，超格子の表面フォノンポラリトン(SP)の励起がなされていることを示し，初めて超格子のSPの観測に成功した．またATRスペクトルの解析により，GaAsとAlAsの超薄膜(50Å)の光学定数が正確に決まること，超格子特有のフォノンモードの折り返し効果がスペクトルに現れることなどを指摘した．


Evaluation of Surface Roughness Parameters of Metal Films by Light Scattering Technique

Light scattering is a powerful method to evaluate surface n'oughness parameters.From the information on radiation produced by the: surface roughness we are able toget a pair of roughness paramc:ter, i.e. the amplitude of surface corrugation and thetransverse correlation length. llowever, the parameters evaluated by such a way cannot explain the whole angular distribution of scattc:red light intensity. We show thatthe angular distribution of scattered light intensit3z can be properly explained by acombination of several paramc:ters.

光散乱法は表面凹凸パラメーターを与える．すなわち，表面凹凸の大きさと横相関距離がわかる．しかし，従来の方法で評価されたパラメーターでは散乱光強度の角度分布の一部分しか再現できず，パラメーターの決定に不備なところがあった．本論文で，パラメーターを数組選べば，上記の角度分布の全体が再現できることを，銀，アルミニウム，金の各膜に対して実験と理論を比較して示した．


Optical Response of Semi-Infinite and Finite GaAs/Al0.3Ga0.7As Superlattices

ATR法によって半導体超格子の表面ポラリトンを観測することが可能か否かの理論検討を行った．半無限と有限のGaAs/Al0.3Ga0.7As超格子のATR信号(クレッチマンとオットー配置)はSPによる共鳴をはっきりと示した．これらの信号は，市販の装置で容易に観測可能である．なお，ある周波数域では，大きな損失のため，ATR法がSP特性観測に必ずしも有効であるとは限らないことも示した．

Journal of the Physical Society of Japan


Studies on metal film growth through instantaneously observed attenuated total reflection spectra

瞬時的ATR信号観測I-ATR装置により銀膜の光学定数を膜成長中に測定した．光学定数は，顕著な厚さ依存性を示し，種々の蒸着条件にも依ることがわかった．光学定数の実部は，厚みが小さいときは正であり，ある厚さ以上になると負になり，11nm以上では連続膜となる．虚部は厚さ11nm付近でピークとなり，それ以下でも以上でも急激に0に近づき,この形は，マックスウェルガーネット理論で説明でされた．


Attenuated Total Reflection Mode of Surface Polaritons in Semi-Infinite and Finite Superlattices

半無限と有限の金属/絶縁体超格子の表面ポラリトンによるATR信号の理論解析を行った．半無限に関しては，BK-7プリズム/空気/銀·サファイア超格子に対する数値計算を行った．有限については，TaFD9プリズム/空気/銀·パイレックス超格子/パイレックス基板，およびBK-7プリズム/銀·サファイア超格子/空気などのATR信号の数値計算を示した．ATR法は，超格子構造，超格子の光学定数の測定に極めて有効であることがわかった．


Determination of Optical Constants of Fused Quartz by Attenuated Total Reflection Technique

溶融石英の光学定数をATR法を用いて，300∼1600 cm-1の周波数域で測定した．その結果，8つの振動子の存在を仮定することにより，光学定数が正確に決まることを示した．それぞれの振動子の特性周波数，緩和時間，振動子強度を決めた．この光学定数を用いて求めた表面ポラリトンの分散関係と,実験から求めたそれとはよく一致することを示した．


Characteristics of Long-Range Surface Plasmon Polaritons Excited be Fundamental Gaussian Beam

基本ガウス光の角度の広がりは，長距離伝搬表面ポラリトン(L-SP)の角度スキャンATR信号の半値幅と同程度である．そこで，基本ガウス光によって励起したL-SPの特性の検討には，ビームの角度の広がりを考慮してやる必要がある．本研究では，角度の広がりを考慮したとき，ATR信号と反射光強度の空間がどのようになるか理論的に求め，数値計算した結果を示した．


Instantaneous observation of angular scan-attenuated total reflection spectra

角度スキャンATR信号の観測には，通常，最低でも数分かかるが，この論文ではμsのオーダーで観測できることを示した．この装置を瞬時的ATR信号観測(I-ATR)装置と呼び，その特徴は，(1)回転鏡以外，すべての光学素子を静止させたまま観測でき，真空など測定が困難な環境でも，容易にATR信号を観測できる，(2)高速応答現象を観測できる，(3)その場観測が可能，などである．


In Situ Studies on Oxidation of Copper Films By Using ATR Technique

表面ポラリトン特性を用いてATR法によって，室温での銅膜の酸化に関する実験を行った．酸化は，蒸着後急激に進み，10分から20分後に終了し，約2.7nmの厚さの安定な膜が表面にできる．室温で酸素分圧20Torrでの酸化膜は，酸化の初期段階ではCuとCuO0.67の混じったもので，最終的にCuO0.67となることがわかった．


Spatial dependence of reflected light intensity in ATR geometry: Long-range surface plasmon polariton case

長距離伝搬表面ポラリトン(L-SP)を励起できる配置-プリズム/屈折率整合油/銀膜/パイレックスガラス-において，L-SPを励起して，反射光強度の空間分布を測定すると，L-SPのエネルギー損失などの情報が得られる．本研究では，上記の実験観測を行い，反射光強度の空間分布を得た．実験と理論解析の結果との一致はかなり良い．


Optical second harmonic generation by long-range surface plasmon polaritons excited by a finite 1-D beam

1次元の有限ビームにより励起された長距離伝搬表面ポラリトン(L-SP)の第2高調波発生(SHG)を理論検討した．SHGの解析を簡単にするために極相殺法を用いた．数値計算結果は，SHG強度へのビーム径の効果は重要で実際に実験を行う際に，その点を十分に考慮する必要があることを示した．


Analysis of Nonlinear Excitation and Detection of Surface Magnon Polaritons

光混合法によりYIG膜の表面マグノンポラリトン(SMP)の励起と検出をする場合の理論解析を行った．取り扱いは全電磁界近似法を用いた．励起光にはルビーレーザーを，検出光にアルゴンイオンレーザーを用いれば，実験は十分可能であるという数値結果を得た．

Journal of the Physical Society of Japan


ATR Mode of Multiple Surface Plasmon Polaritons Otto Configuration

AersとBoardmanは，オットー配置(プリズム-空気-Al)で多重極表面ポラリトン(MSP)を観測するのは非常に難しいと報告した．本論文でバルク-表面結合理論を用いてオットー配置でのMSPによるATR信号の解析を行った．その結果，プリズムとAl間の空気層の厚みを70nmとすると，MSPによる共鳴線が非常に強くなり，実験観測は容易であることがわかった．


Surface Plasmon Polaritons on n+-Type Si Single Crystal

ATR法を用いてn+-Si単結晶に表面プラズモンポラリトン(SP)を励起し，この励起を用いて赤外域におけるn+-Siの電子の緩和時間とプラズマ周波数を決めた．さらに，n+-Siの分散関係を実験的に求め，理論曲線と比較し，両者が良く一致することを示した．


Long-Range Surface Plasmon Polaritons in Metal Films Bounded by Similar-Refractive-Index Materials

非常に似通った屈折率の媒質にはさまれた銀膜の長距離伝搬表面ポラリトン(L-SP)の特性を数値的に実験的に検討した．1.472と1.442の屈折率媒質で厚さ15nmの銀膜をはさむと,mmオーダーの伝搬距離を可視光で得ることができることを理論は示した．実験(ガラスプリズム-屈折率整合油-銀膜-パイレックスガラス)は，632.8nmの波長で，銀膜の厚さが15.6nmの時，265μmの伝搬距離となることを示した．


Studies of surface polaritons on magnetic material

フォークス配置でのYIG膜のSMPのATR信号の数値計算結果を示し た． ATR法は，SMPの特性を調べるのに適当な方法であることがわかった．また，ファラデー配置での半無限YIGでのSMPの特性を議論した．さらに，Niのような強磁性金属でもSMPが存在することを示した．Hartstein達は，このような金属にはSMPは存在しないと報告していた．

Journal of Physics C: Solid State Physics


ATR Mode of Surface Exciton Polaritons in ZnO Thin Film

クレッチマン配置において,異方性ZnO薄膜のC1表面励起子ポラリトン(SEP) のATR解析を行った．付加的境界条件(ABC)のATR信号への影響を検討した．ここでは2つのABC，すなわちKliewer-Fuchs型とRimbey-Mahan型，を採用した．周波数スキャンATR信号は,ABCの型に強く影響を受けることがわかった．


Experimental Observation of Long-Range Surface Plasmon Polaritons

ガラスプリズム-屈折率整合油-銀-CaF2単結晶構造を用いて長距離伝搬表面ポラリトン(L-SP)の実験的観測に成功した．632.8nmの波長で105μmの伝搬距離のL-SP信号を観測した．この値は銀膜の厚さが14.6nmの時得られた．400nmの厚さの銀膜のSPの伝搬距離の約10倍の長さであった．


Excitation and Detection of Surface Exciton Polaritons by Optical Nonlinear Mixing

光混合法による表面励起子ポラリトン(SEP)の励起と検出の理論解析を行った．数値計算によると，このような光混合法は，空気-SEP活性媒質配置のSEPの特性の観測に有効であることがわかった．さらに，散乱された光の検出も可能であることを示した．


ATR mode of surface magnon polaritons on YIG

半無限YIG-空気-ポリアセチレンプリズム構造での表面マグノンポラリトン(SMP)のATRモードの理論解析を行った．遅延効果と緩和効果を解析に含めた．空気層の厚さが5cmの時に，SMPの共鳴線が深く鋭く，SMPの分散関係などの特性を調べるのに最適であることがわかった．


角度-周波数スキャン法を使うと，周波数が複素数で，波数が実数の表面ポラリトン(SP)の観測ができる．本論文では，銀膜でのSPに対して，この方法でATR信号を観測した．さらに，このSPに対するATR信号の種々の特徴を他の2つのATR法-角度スキャン法，周波数スキャン法-による信号と比較し，角度-周波数スキャンATR信号の理論解析等が非常に簡単であることを示した．

Journal of the Physical Society of Japan


Surface Roughness Effect on Raman Scattering from Surface Polaritons

両面に表面凹凸のある薄膜の表面ポラリトンによるラマン散乱の理論解析を行った．表面凹凸は正弦波状になっていると仮定した．もし導波ポラリトンを励起してやれば，ラマン断面積の10∼104倍ほどの増大が可能であることを示した．


Brillouin Scattering via Surface Exciton Polaritons in CdS: Theoretical Analysis

プリズム-空気-CdS構造でのA-表面励起子ポラリトン(SEP)のブリルアン散乱断面積を理論的に求めた．光散乱機構としては，表面凹凸効果と変形ポテンシャル効果の2つを考えた．数値計算結果によると，ブリルアン信号は検出可能で，この方法によりSEPの分散関係が求まることがわかった．さらに，表面励起子と音響フォノンの相互作用についての情報も得られる．


Enhanced Brillouin scattering involving surface plasmon polaritons

クレッチマン配置での表面プラズモン(SP)を用いたブリルアン散乱を理論的に解析した．バルクと表面音響波による散乱に対する数値計算から，SP場がプリズム-金属膜-空気配置において金属-空気界面に生じる時，ブリルアン信号強度は，10∼104倍増大されることがわかった．

Journal of Physics C: Solid State Physics


Resonant Brillouin scattering in cuprous oxide: theory

半導体の励起子が関与する共鳴ブリルアン散乱の理論を解析した．グリーン関数法を用いた．数値計算をCu2Oの2P励起子に対して行った．Tilleyの理論結果とは基本的に同じで，ブリルアンスペクトルの形に少しの違いがあるくらいである．BirmanとSeinの理論とは反ストークス線強度対ストークス線強度比など重要な点での不一致がある．


Resonant Brillouin scattering in cuprous oxide: experiment

Cu2Oの2Pレベルの励起子の特性を共鳴ブリルアン散乱法を使った液体ヘリウム温度で調べた．その結果，分極率と緩和周波数がブリルアン線幅と反ストークス線強度に対するストークス線強度比から求められた．実験とTilleyとBrenigらの2つの理論との比較をし，前者の理論が実験と一致することがわかった．


Dispersion Relation of Cl-Surface Exciton Polaritons in Anisotropic ZnO

非局所マックスウェル方程式と励起子の鏡面反射の仮定の下で，異方性ZnO のC1-表面励起子ポラリトン(SEP)の分散関係を求めた．媒質を等方性として取り扱った種々の理論による結果と比較し，異方性の重要性を指摘した．DeMartiniらによって実験的に求められた分散式が，表面層50Å には励起子が存在しないとすると，我々の理論で首尾良く説明できることがわかった．


Cl-surface exciton polaritons in anisotropic spatially dispersive ZnO

ZnOのC1-表面励起子ポラリトン(SEP)分散関係を，空気分散効果および異方性を考慮して理論解析した．付加的境界条件としては，表面で励起子が鏡面反射する場合と反鏡面反射する場合を取り上げた.数値計算結果を等方性として取り扱った理論結果と比較し，異方性がSEPの特性に大きな影響を与えることを示した．


Surface plasmon enhanced Brillouin scattering from metal films

プリズム-金属膜-空気構造の金属膜のブリルアン散乱の理論を解析した．数値計算を，LaSF9プリズム-金属膜-空気構造のものに対し行った．もし，表面プラズモンの特性を利用すると，散乱断面積が通常の場合と比較して10∼104倍増大することがわかった.


Dispersion relations and the nonlinear generation of C1-surface exciton polaritons in spatially dispersive ZnO

プリズム/空気/ZnO配置において，C1-表面励起子ポラリトン(SEP)の分散式を理論的に求めた．分散式への空気層の厚さの寄与は極めて重要であることを指摘した．付加的境界条件(ABC)として∂Pex/∂Z＝0(Pex:励起子分極)を採用するとDeMartiniらによって実験的に求められた分散式を再現できる．等方的で空間分散のある場合のSEPの光混合による励起を理論的に解析し，∂Pex/∂Z＝0のABCを用いると，DeMartiniらの散乱強度，散乱線幅の実験結果を説明できる．

Physical Review B, Condensed Matter and Materials Physics


Second harmonic generation at metal surfaces plasmons

金属表面での光の第2高調波発生(SHG)を電子ガスの流体近似を用 いて理論解析した．この理論の特徴としては，表面近傍の電子ガスの非線形性を定量的に扱うためにRudnickとSternによって導入された定数aが扱うモデルに対して求まる点である．プリズム-Ag-α石英構造のSHGの実験結果と得られた結果を比較し，得られた理論式は十分実用に耐えられるものであることがわかった．


Analysis of second-harmonic generation at metal surfaces

電子ガスに流体近似法を適用して，金属表面での第2高調波発生(SHG)の理論解析を行った．RudnickとSternによる現象理論パラメーターaとbの表現を導出した．可視域か紫外域で，aは共鳴により大きくなることが予想されるという重要な指摘をした．Simonらの表面プラズモンによるSH波の増大に関する実験の説明を首尾良く行うことができた．aとbを決めるための実験の提案を行った．


Nonlinear mixing of oppositely travelling surface plasmons

半無限金属上を互いに反対方向へ伝搬する表面ポラリトン(SP)の非線形現象を理論解析した．SPの角周波数をそれぞれω1，ω2とすると，ω1-ω2の混合波は金属および空気中へ減衰する性質を有する．ω1+ω2の波は両媒質中を伝搬する電磁波となる．この電磁波の観測は容易である．ここで取り扱ったモデルの範囲内ではバルクプラズモンの励起は不可能である．

The Journal of Physics and Chemistry of Solids


Analysis of synchronous surface acoustic wave generation phenomena

圧電媒質における位相整合時の表面弾性波(SAW)の非線形現象を扱った．体積力，体積内電荷，表面応力，電気的境界条件のすべてを考慮した理論解析であり，従来の理論に比べ，本論文で扱った方法ははるかに厳密である．さらに，ここでの解析方法を用いれば，発生するすべての界の相対的大きさが決まるという利点を有する．さて，結果は，SAWの非線形現象によって生ずる最も大きな界を持つものは，伝搬と共に線形的に増大するSAWであることがわかった．

IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics


Nonlinear optical excitation and dispersion relation of surface exciton polaritons in ZnO

プリズム-空気-空間分散媒質の配置に対し，表面励起子ポラリトン(SEP)の分散関係と非線形励起の理論解析を行った．ZnOのC1-SEPの分散式を観測したDeMartiniらの結果を2つの付加的境界条件(ABC)を用いて説明することを試みた．Pex＝0と∂Pex/∂z＝0(Pex:励起子の分極，zは表面に垂直方向の座標)のABCに対し，後者のABCによって説明できることを示した．


Light scattering by surface plasmons in thin metal films

金属薄膜の熱および励起表面ポラリトン(SP)による光散乱断面積を理論的に求めた．銀を取り上げ数値計算をした．熱SPに対する断面積は非常に小さく，現存する検出器では観測不能という結論を得た．一方，励起SPに対しては，十分観測可能である．


Overlap-integral analysis of surface-acoustic-wave harmonic generation

表面弾性波や表面プラズモンの非線形現象を解析するとき，従来重ね合わせ積分法が用いられていた．我々は全電磁界法を開発した．前者は，途中の解析の物理的意味が不明確で，また近似を用いる．後者は，物理的意味が明確で，近似を用いない．そこで，本論文で，両者がどの点で同一の結果を与えるかを明らかにした．


Analysis of parameteric mixing and harmonic generation of surface acoustic waves

表面弾性波(SAW)のパラメトリック混合とSHGを，非線形波動方程式と境界条件が和および差周波数で厳密に満足されるという条件の下で解析した．主たる解析結果の特徴は,バルク内のソースと表面でのソースによって生じるモードの空間構造である．すなわち，波長伝搬後，線形的に成長するSAWとなることである．数値計算を行った結果，圧電性が無視できる領域で，y-xとx-y α-石英に対する実験結果を首尾よく説明できた．


Lifetimes of surface plasmons in thin silver films

金属膜には表面が2つあるので，2つの表面ポラリトン(SP)が存在する．本論文では，空気-銀-空気構造の分散式を解き，銀膜の厚さhへのSPの寿命τの依存性を議論した．その結果，hを小さくすると，1つのSPのτは短くなるが，他のSPのτは急激に長くなることがわかった．それゆえ後者のSPは，非線形現象への応用が期待され，その後，多方面でこのタイプのSPの議論がある．


Harmonic generation of a surface-plasmon nature in thin-film geometries: Off-synchronous treatment

銀ー溶融石英ー空気構造に対し，TM1導波光の第2高調波発生(SHG)に対する解析を行った．SHGのソースは，銀にしみ込んだ導波光が銀の非線形性を通じて作り出す非線形電流である．1.06μmのTM1入射導波光に対し，0.53μmのTM3SHG光の数値解析を行った．膜厚2.5∼2.7μmの範囲で約5×10-9W(100MW/cm2の入射光パワー)のSH波パワーを得ることができる．

Physical Review B, Condensed Matter and Materials Physics


Nonlinear mixing of oppositely travelling surface plasmons

半無限金属媒質上を互いに反対方向に進む表面プラズモンの非線形混合について理論解析を行った．その結果，(i)輻射電磁界，(ii)金属中での横波バルク波，の発生が得られることがわかった．実際に銀と銅に対し数値計算をし，観測可能であることを示した．


Theory of non phase-matched second harmonic generation of surface plasmons

表面プラズモンの位相整合が取れていない場合の第2高調波発生(SHG)の理論解析である．銀に対し，入射光が1.06μm，SH波が0.53μmの場合の計算を行った．SHGの観測は現在の検出器ではかなり難しいという結論を得た．


New method for measurement of electric-field distribution on semiconductors

電界印加下での試料の電界の空間分布測定をコンピューターを用いて測定した．容量性の電界プローブ(AlとSiOにより作製)を用いて，実際に，音響電気効果により電流振動しているCdSの電界分布の測定に成功した．この方法の特徴は，正確な高電界ドメイン電界とそれ以外の領域の電界を自動的に非破壊的に測定できることである．

IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement


Electron Drift Mobility and One Criterion on Surface Wave Amplification in Photoconducting CdS

光伝導性CdSのバルクと表面層での電子の移動度の温度依存性を音響電気効果を用いて測定した．バルクと表面層での電子散乱は，格子散乱·トラップ効果·荷電欠陥散乱によって生じていることがわかった．また，表面波の音響電気的増幅が光に敏感な試料で達成されることがわかった．

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1 (Regular Papers & Short Notes)


Acoustoelectric Current Oscillations and Domain Motions in Photoconducting CdS with Shaded Anode Portion

光伝導性CdSの陽極部分をマスクして光照射することにより2つのタイプの電流振動が得られることを議論した．1つは，平均伝導率が小さい場合に得られ,他は大きい場合に得られた．前者はマスク部分内部での高電界ドメインの伝搬により，後者はマスクされた部分の陽極側での定常ドメインの成長·減衰により生じる．


Current Oscillation in CdS Non-Uniformly Illuminated by 4600 Å Light

460nm波長の光を光伝導性CdSへマスクを通じて照射したときの電流の振舞いを議論した．マスクが陽極に存在するときは，電流振動が生じるが，マスクが陽極からはなれると，振動は消える．振動周波数が電界や照射強度を増加すると共に増加するなど，現象は複雑である．


Current Instability Accompanied by Elastic Surface Waves in Photoconductive CdS

光伝導性CdSに，波長460nmの光を照射すると，0.125μmの厚みの表面層にのみ電子が発生する．それゆえ，本論文では，この層の電子によって表面弾性波(SAW)増幅が可能で，実際に電流振動現象を通じてSAWの増幅を確認した．

Journal of the Physical Society of Japan


Mechanism of Off-Axis Domain Formation and Current Anomaly in Semiconducting CdS

c//Eの半導性CdSにおいて，高電界ドメインの形成構造を議論した．ドメインは，電気的不均一性によって発生することがわかった．また，電流波形の異常がしばしば見られるが，それも電気的不均一性によることがわかった．


Light Emission Associated with High Field Domains in Semiconducting CdS

半導性CdSでの高電界ドメインに伴う光放射を観測した．c軸//E (電界)の試料では，伝搬ドメインから光放射される．c⊥Eの試料では，電流がオーム値から飽和値へ変わるとき，発光する．発光原因は，前者ではドメインによる表面損傷部を通しての電子-正孔再結合，後者では，電気2重層の急激な成長からくる，と結論した．


Reflection from Anode Side and Decay of High Field Domain in Semiconducting CdS

半導性CdSの高電界ドメインを2探針法によって検出した．電流の減衰振動時には，陽極でドメインの反射が観測され，連続振動時には，観測されない．反射ドメインは線形の電子および非電子損失によって減衰する．電界を増加すると増幅音波の周波数は低周波側へシフトする．


Microwave Conductivity and Relaxation of Excess Phonons in CdS

マイクロ波(9GHz)を用いて高電界下のCdSの音響電気効果を調べた．電子のドリフト速度が音速を越えると音波の増幅が生じる．そこで電子の移動度が小さくなり，マイクロ波の吸収が小さくなる．この方法で増幅された音波の減衰時間が0.37μsであると評価した．