研究者データベース

笹木 敬司(ササキ ケイジ)
電子科学研究所 光科学研究部門
教授

基本情報

所属

  • 電子科学研究所 光科学研究部門

職名

  • 教授

学位

  • 博士(工学)(大阪大学)

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J-Global ID

研究キーワード

  • 光制御   光計測   光エレクトロニクス   光   Photophysics   Optical Measurement   Optical Control   Photophysics   

研究分野

  • ナノテク・材料 / 光工学、光量子科学
  • ナノテク・材料 / ナノ構造物理
  • ナノテク・材料 / ナノ構造化学

所属学協会

  • 応用物理学会   アメリカ光学会   日本光学会   日本化学会   日本分光学会   Optical Society of America   

研究活動情報

論文

  • Tomoya Oshikiri, Quan Sun, Hiroki Yamada, Shuai Zu, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
    ACS Nano 15 10 16802 - 16810 2021年09月28日
  • Xiaoqian Zang, Xu Shi, Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno, Yuji Sunaba, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
    The Journal of Physical Chemistry C 125 36 19880 - 19886 2021年09月16日
  • Hideki Fujiwara, Kota Sudo, Yuji Sunaba, Christophe Pin, Shutaro Ishida, Keiji Sasaki
    Nano Letters 21 14 6268 - 6273 2021年07月28日
  • Christophe Pin, Hideki Fujiwara, Tatsuro Suzuki, Keiji Sasaki
    Advanced Fabrication Technologies for Micro/Nano Optics and Photonics XIV 2021年03月05日
  • Christophe Pin, Ryohei Otsuka, Keiji Sasaki
    Microfluidics, BioMEMS, and Medical Microsystems XIX 2021年03月05日
  • Hideki Fujiwara, Kyosuke Yamauchi, Takudo Wada, Hajime Ishihara, Keiji Sasaki
    Science Advances 7 3 2021年01月13日 
    Optical trapping and manipulation have been widely applied to biological systems, and their cutting-edge techniques are creating current trends in nanomaterial sciences. The resonant absorption of materials induces not only the energy transfer from photons to quantum mechanical motion of electrons but also the momentum transfer between them, resulting in dissipative optical forces that drive the macroscopic mechanical motion of the particles. However, optical manipulation, according to the quantum mechanical properties of individual nanoparticles, is still challenging. Here, we demonstrate selective transportation of nanodiamonds with and without nitrogen-vacancy centers by balancing resonant absorption and scattering forces induced by two different-colored lasers counterpropagating along a nanofiber. Furthermore, we propose a methodology for precisely determining the absorption cross sections for single nanoparticles by monitoring the optically driven motion, which is called as "optical force spectroscopy." This method provides a novel direction in optical manipulation technology toward development of functional nanomaterials and quantum devices.
  • Yanfeng Cao, Xu Shi, Tomoya Oshikiri, Shuai Zu, Yuji Sunaba, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
    Chemical Communications 57 4 524 - 527 2021年 

    The near field was tailored to be enhanced at the three-phase boundary of Au-NPs/TiO2/H2O for efficient water oxidation.

  • Christophe Pin, Hideki Fujiwara, Tatsuro Suzuki, Keiji Sasaki
    Optical Manipulation and Structured Materials Conference 2020 2020年06月15日
  • An-Chieh Cheng, Hiromasa Niinomi, Takashige Omatsu, Shutaro Ishida, Keiji Sasaki, Teruki Sugiyama
    The Journal of Physical Chemistry Letters 11 11 4422 - 4426 2020年06月04日 [査読有り][通常論文]
  • Wada, Takudo, Fujiwara, Hideki, Sasaki, Keiji, Ishihara, Hajime
    Nanophotonics 9 10 3335 - 3345 2020年 
    © 2020 Takudo Wada et al., published by De Gruyter, Berlin/Boston 2020. Optical manipulation using electronic resonance can realize the selective manipulation of nano objects exhibiting quantum mechanical properties by confining electronic systems based on the characteristics of individual objects. This study theoretically proposes a method to actualize selective manipulation based on the resonant optical response. In this method, counter-propagating light waves are used to extract the pure contribution of the resonant optical response in the exerted force by regulating the balance between the two light waves. Furthermore, the selection of nanoparticles with particular resonance levels at room temperature and quantum dots with a particular size in the cryogenic condition is numerically demonstrated. An especially interesting aspect of this method is that it enables the examination of the absorption spectrum of a single nanoparticle by mapping the absorption efficiency to its mechanical motion. The results reveal an unconventional link between optical force technology and nanomaterials science.
  • Pin, Christophe, Otsuka, Ryohei, Sasaki, Keiji
    ACS Applied Nano Materials 3 5 4127 - 4134 2020年 [査読有り][通常論文]
  • Fujiwara, Hideki, Suzuki, Tatsuro, Pin, Christophe, Sasaki, Keiji
    Nano Letters 20 1 389 - 394 2020年 [査読有り][通常論文]
  • C. Pin, R. Otsuka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    Optical Manipulation and Structured Materials Conference 11141 1114101  2019年04月21日 [査読無し][通常論文]
  • Christophe Pin, Genta Takahashi, Seiya Fujikawa, Kota Sudo, Tuyoshi Fukaminato, Keiji Sasaki
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 11141 2019年 
    The excitation of a localized surface plasmon resonance in the nanogap of a plasmonic antenna provides an efficient way to focus some incident light in a nanoscale volume. Enhanced light-matter interactions can then be obtained when a nanoscale object interacts with the confined light. Thanks to enhanced near-field optical forces, plasmonic nanogap antennas can be used as nanotweezers in order to trap nanoparticles. We investigate here the trapping and deposition of nanoparticles such as nanodiamonds and dye-molecule nanoparticles using gold dimer and trimer nanogap antennas.
  • Hiroaki Misawa, Xu Shi, Kosei Ueno, Tomoya Oshikiri, Quan Sun, Keiji Sasaki
    Plasmonics: Design, Materials, Fabrication, Characterization, and Applications XVII 2019年 [査読有り][通常論文]
  • Christophe Pin, Ryohei Otsuka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    EPJ Web of Conferences 215 16002 - 16002 2019年 [査読有り][通常論文]
     
    Optical forces provide an efficient way to sort particles and biological materials according to their optical properties. However, both enhanced optical forces and a large interaction volume are needed in order to optically sort a large number of nanoparticles. We investigate the use of a tapered glass capillary as an optofluidic platform for optical manipulation and optical sorting applications. Tapered capillaries with micrometre and sub-micrometre sizes are fabricated. After filling the tapered capillary with a colloidal solution of red fluorescent diamond particles, a green laser light is coupled into the capillary. The tapered capillary acts both as a microfluidic channel and as an optical waveguide, making it possible for the light to interact with the particles inside the sample solution. Using an incident laser power of few tens of milliwatts, we achieve optical transportation of the brightest particles inside the tapered part of the capillary. Particle velocities as high as few tens of micrometres per second are measured.
  • Kyosuke Sakai, Takeaki Yamamoto, Keiji Sasaki
    Scientific Reports 8 1 2018年12月01日 [査読有り][通常論文]
     
    The spatial structure of an electromagnetic field can determine the characteristics of light-matter interactions. A strong gradient of light in the near field can excite dipole-forbidden atomic transitions, e.g., electric quadrupole transitions, which are rarely observed under plane-wave far-field illumination. Structured light with a higher-order orbital angular momentum state may also modulate the selection rules in which an atom can absorb two quanta of angular momentum: one from the spin and another from the spatial structure of the beam. Here, we numerically demonstrate a strong focusing of structured light with a higher-order orbital angular momentum state in the near field. A quadrupole field was confined within a gap region of several tens of nanometres in a plasmonic tetramer structure. A plasmonic crystal surrounding the tetramer structure provides a robust antenna effect, where the incident structured light can be strongly coupled to the quadrupole field in the gap region with a larger alignment tolerance. The proposed system is expected to provide a platform for light-matter interactions with strong multipolar effects.
  • Hideki Fujiwara, Kyosuke Yamauchi, Keiji Sasaki
    Proc. SPIE 10712 107120A - 107120A 2018年04月 [査読無し][通常論文]
  • Hideki Fujiwara, Ryo Niyuki, Keiji Sasaki
    Journal of Physics Communications 2 3 035022-1 - 035022-7 {IOP} Publishing 2018年03月 [査読有り][通常論文]
     
    We experimentally demonstrate lasing mode switching within a graphene-flake-mixed ZnO nanoparticle film, in which the lasing suppression is observed when white light is illuminated on the film. The similar changes are also observed by changing the temperature of the same sample (about 30 degrees C increase form room temperature), while no lasing suppression is observed in a ZnO nanoparticle film without graphene flakes. In addition, we also observe that a thin glass substrate coated by a graphene-flake-mixed ZnO nanoparticle film shows a bend toward the film-coated side with increasing the white light intensity, due to the negative thermal expansion of graphene flakes. From these results, we consider that, beside the temperature dependent ZnO emission property, the photothermal response of graphene flakes is the dominant key for our observed lasing mode changes, in which the local structural change in a graphene-flake-mixed ZnO nanoparticle film would be induced by the white light absorption of graphene flakes. This study suggests the possibility to provide a method to remotely and non-invasively control and tune the lasing modes by external white light illumination.
  • Keiji Sasaki
    2018 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS (CLEO) 2018年 
    We perfoinled time-resolved terahertz near-field imaging of a gold disk with sub wavelength periodic grooves and successfully observed spoof localized surface plasmons. A selective excitation method is also demonstrated with orbital angular momentum of light.
  • Pin, Christophe, Ishida, Shutaro, Takahashi, Genta, Sudo, Kota, Fukaminato, Tuyoshi, Sasaki, Keiji
    ACS Omega 3 5 4878 - 4883 2018年 
    Plasmonic nanostructures, which allow light focusing at the deep subwavelength scale, and colloidal nanoparticles with unique optoelectronic properties are nowadays fabricated with nanometer precision. However, to fully control and exploit nanoscale light-matter interactions in hybrid plasmonic-nanophotonic devices, both materials must be assembled in heterostructures with similar precision. Near-field optical forces have recently attracted much attention, as they can precisely trap and position nanoparticles at plasmonic hotspots. However, long-range attraction and the surface bonding of nanoparticles usually require other specific techniques, such as electrothermal heating and surface chemical treatments. This Letter reports on the optical trapping and deposition of dye-molecule nanoparticles in the nanogap of a gold antenna. The nanoparticles are captured by focusing a near-infrared laser beam on a targeted plasmonic antenna. This single-step deposition process requires only a few seconds under 1.4-1.8 MW·cm-2 continuous-wave illumination and shows a polarization dependence smaller than expected. Fluorescence and electronic microscopy observations suggest that nanoparticle deposition arises from a trade-off between optical and thermal effects.
  • Ishida, Shutaro, Sudo, Kota, Sasaki, Keiji
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 2018年 [査読有り][通常論文]
  • Fujiwara, Hideki, Sasaki, Keiji
    Applied Physics Letters 113 171606-1 - 171606-4 2018年 [査読有り][通常論文]
  • Fujiwara, Hideki, Kaiju, Hideo, Nishii, Junji, Sasaki, Keiji
    Applied Physics Letters 113 131108-1 - 131108-4 2018年 [査読有り][通常論文]
  • Shi, Xu, Ueno, Kosei, Oshikiri, Tomoya, Sun, Quan, Sasaki, Keiji, Misawa, Hiroaki
    Nature Nanotechnology 13 10 953 - 958 2018年 [査読有り][通常論文]
  • Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    Proceedings of the Optofluidics 2017 04196 - 04196 2017年07月 [査読無し][通常論文]
  • Christophe Pin, Shutaro Ishida, Genta Takahashi, Tsuyoshi Fukaminato, Keiji Sasaki
    OPTICAL MANIPULATION CONFERENCE 10252 2017年 [査読有り][通常論文]
     
    In this work, we demonstrate an original single-nanoparticle deposition process based on near-field optical forces arising from much localized plasmonic resonant gap-mode. At first, nanoparticles exclusively made of fluorescent dye molecules are fabricated in aqueous colloidal suspension. Near-field optical forces are then used to attract and deposit single nanoparticles in the nanogap of plasmonic nanoantennas. This one-step deposition process allows targeted deposition of nanoscale materials directly from a colloidal dispersion to a few-nanometer large area of interest.
  • Hideki Fujiwara, Yuki Yasuda, Hiroaki Orita, Shutaro Ishida, Keiji Sasaki
    OPTICAL MANIPULATION CONFERENCE 10252 1025216 - 1025216 2017年 [査読無し][通常論文]
     
    We investigate the wavelength dependence of localized plasmonic field distributions in a gold nanodimer structure under total internal reflection condition. Although a gold dimer structure is well known to induce strong localized mode at a nanogap, we find that the higher-order plasmonic modes are excited by the oblique light incidence and their interference effect enables us to observe the modification of localized filed distributions at the nano-scale even in a simple gold nanodimer structure depending on the detection wavelength. This change in the plasmonic field distribution would provide important knowledge for their potential applications such as plasmonic trapping, spectroscopy, and sensing.
  • Niyuki Ryo, Fujiwara Hideki, Nakamura Toshihiro, Ishikawa Yoshie, Koshizaki Naoto, Tsuji Takeshi, Sasaki Keiji
    APL Photonics 2 3 36101 - 36101 American Institute of Physics (AIP) 2017年 [査読有り][通常論文]
     
    共鳴制御酸化亜鉛ランダムレーザーにおいて、2段階のしきい値挙動を観測した。発振しきい値キャリア密度の解析から、それぞのれしきい値段階において異なる再結合メカニズムを起源するレーザー発振が生じていることを見いだした。
  • Kyosuke Sakai, Kensuke Nomura, Takeaki Yamamoto, Tatsuya Omura, Keiji Sasaki
    SCIENTIFIC REPORTS 6 2016年10月 [査読有り][通常論文]
     
    We report a scheme to exploit low radiative loss plasmonic resonance by combining a dark (subradiant) mode and a lattice resonance. We theoretically demonstrate that such dark-mode lattice resonances in periodic arrays of nanodisks or plasmonic crystals can be excited by vertically incident light beams. We investigate the excitation of lattice resonances in a finite sized, square-lattice plasmonic crystal by two types of cylindrical vector beams and a linearly polarized Gaussian beam. Quadrupole lattice resonances are excited by all three beams, and the largest peak intensity is obtained by using a specific type of cylindrical vector beam. Because of their lower radiative losses with many hotspots, the quadrupole lattice resonances in plasmonic crystal may pave the way for photonic research and applications that require strong light-matter interactions.
  • Hideki Fujiwara, Takemasa Suzuki, Ryo Niyuki, Keiji Sasaki
    NEW JOURNAL OF PHYSICS 18 2016年10月 [査読有り][通常論文]
     
    We demonstrate random lasing in ZnO nanorod array (NRA) structures fabricated by a laser-induced hydrothermal growth, which would make it possible to control structural parameters, such as diameter, length, density and so on, by adjusting the laser irradiation time and intensity. To realize low-threshold ZnO NRA random lasers, we attempt to optimize the structure by changing the laser irradiation time (growth time). From the results, we confirmed that the fabricated ZnO NRAs after CO2 laser annealing could induce UV random lasing and their thresholds strongly depend on the growth time. Thus, we succeed to realize ZnO NRA random lasers and suggest the possibility to control the random lasing properties by adjusting the irradiated laser conditions.
  • Hideki Fujiwara, Takemasa Suzuki, Ryo Niyuki, Keiji Sasaki
    Optics InfoBase Conference Papers 2016年08月29日 [査読有り][通常論文]
     
    We demonstrate low threshold random lasing in a ZnO nanorod array structure fabricated by a laser-induced hydrothermal synthesis, which enables us to control structural parameters by adjusting the laser irradiation time and intensity.
  • 藤原 英樹, 笹木敬司
    OSA Technical Digest JT4A.9 - JT4A.9 2016年07月 [査読無し][通常論文]
  • Ryo Niyuki, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    OSA Technical Digest JT4A.8 - JT4A.8 2016年07月 [査読無し][通常論文]
     
    We observed lasing mode switching within a graphene flake mixed ZnO random structure induced by white light irradiation. From the results, we confirmed that thermal negative expansion of grapheme flakes induced by the white light absorption would cause the lasing mode changes in the random lasers. The present study would provide a method for tuning of lasing modes in random structures.
  • Ryo Niyuki, Hideki Fujiwara, Yoshie Ishikawa, Naoto Koshizaki, Takeshi Tsuji, Keiji Sasaki
    Journal of Optics 18 3 35202 - 35202 IOP Publishing 2016年02月 [査読有り][通常論文]
     
    We had recently reported unique random laser action such as quasi-single-mode and low-threshold lasing from a submicrometre-sized spherical ZnO nanoparticle film with polymer particles as defects. The present study demonstrates a novel approach to realize single-mode random lasing by adjusting the sizes of the defect particles. From the dependence of random lasing properties on defect size, we find that the average number of lasing peaks can be modified by the defect size, while other lasing properties such as lasing wavelengths and thresholds remain unchanged. These results suggest that lasing wavelengths and thresholds are determined by the resonant properties of the surrounding scatterers, while the defect size stochastically determines the number of lasing peaks. Therefore, if we optimize the sizes of the defects and scatterers, we can intentionally induce single-mode lasing even in a random structure (Fujiwara et al 2013 Appl. Phys. Lett. 102 061110).
  • 森本 祥平, 有川 敬, Blanchard Francois, 酒井 恭輔, 笹木 敬司, 田中 耕一郎
    日本物理学会講演概要集 71 1614 - 1614 一般社団法人日本物理学会 2016年
  • Shohei Morimoto, Takashi Arikawa, Francois Blanchard, Kyosuke Sakai, Keiji Sasaki, Koichiro Tanaka
    2016 41ST INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFRARED, MILLIMETER, AND TERAHERTZ WAVES (IRMMW-THZ) 2016年 [査読有り][通常論文]
     
    We performed time-resolved terahertz (THz) near-field imaging of the perfect electric conductor (PEC) disk with sub-wavelength periodic grooves. The results strongly indicate the quadrupole spoof localized surface plasmon (LSP) is excited by vortex beam excitation. Our results pave the way for plasmonic applications in the THz frequency region.
  • Shohei Morimoto, Takashi Arikawa, Francois Blanchard, Kyosuke Sakai, Keiji Sasaki, Koichiro Tanaka
    2016 41ST INTERNATIONAL CONFERENCE ON INFRARED, MILLIMETER, AND TERAHERTZ WAVES (IRMMW-THZ) 2016年 [査読有り][通常論文]
     
    We performed time-resolved terahertz (THz) near-field imaging of perfect electric conductor (PEC) disks with sub-wavelength periodic grooves. We successfully observed spoof localized surface plasmons (LSPs) whose resonance frequencies are solely determined by the groove depth. Controllable selective excitation method is demonstrated with orbital angular momentum of light. Our results pave the way to plasmonic applications in the THz frequency region.
  • Yoshito Y. Tanaka, Masaya Komatsu, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    NANO LETTERS 15 10 7086 - 7090 2015年10月 [査読有り][通常論文]
     
    We demonstrated a new plasmonic nanodevice that spatially sorts photons according to their colors on the nanoscale while maintaining their nano concentration. The properties of this nanoscale color sorting based on constructive and destructive interferences between different multipolar plasmon modes are controlled by tuning the incidence angle of the incoming photons. The added ability of color sorting and its manipulation could significantly influence the development of possible photonic applications, including nanoscale spectroscopy and sensing.
  • Fang Ren, Hideaki Takashima, Yoshito Tanaka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    OPTICS EXPRESS 23 17 21730 - 21740 2015年08月 [査読有り][通常論文]
     
    A plasmonic-photonic hybrid system with efficient coupling of light from a fiber-coupled microspherical cavity to localized surface plasmon (LSP) modes of a gold-coated tip was proposed, which was composed of a fiber-coupled microspherical cavity and a pseudoisocyanine (PIC)-attached gold tip. To prove efficient excitation of LSP at the goldcoated tip, we experimentally demonstrated two-photon excited fluorescence from the PIC-attached gold-coated tip via a fiber-coupled microspherical cavity under a weak continuous wave excitation condition. This hybrid system could focus the incident light with coupling efficiency of around 64% into a nanoscale domain of the metal tip with an effective area of a 79-nm circle. (C) 2015 Optical Society of America
  • Arif Md, Rashedul Kabir, Daisuke Inoue, Yuri Kishimoto, Jun-ichi Hotta, Keiji Sasaki, Noboru Kitamura, Jian Ping Gong, Hiroyuki Mayama, Akira Kakugo
    Polymer Journal 47 8 564 - 570 2015年05月 [査読有り][通常論文]
     
    The lack of a suitable experimental setup and a limited number of in vitro investigations have impeded understanding of the factors that have important roles in altering the drag force acting on tiny microobjects in a fluidic medium. Here we investigated how the surface morphology affects the drag force acting on microparticles. The drag coefficient for micron-sized polymer-grafted polystyrene (PS) and negatively charged hard (silica) and soft (hydrogel) spheres were evaluated and compared with that of a PS particle. The drag coefficient of the PS particle was found to be comparable to that predicted according to the Stokes' formula for a hard sphere. By contrast, polymer-grafted PS and negatively charged hard and soft spheres showed a considerable deviation from the Stokes' formula. The drag coefficient decreased by similar to 60 and similar to 86% for the negatively charged hard and soft spheres, respectively, whereas it increased by similar to 20% for the polymer-grafted PS particles with respect to that of the PS particle. This work reveals the role of the surface morphology of small objects in altering the drag force acting on them; such knowledge may help elucidate the mechanism by which the surface morphology of aquatic microorganisms helps them to control the drag force, which consequently might facilitate the invention of new technologies for micromachines or microdevices.
  • Kyosuke Sakai, Kensuke Nomura, Takeaki Yamamoto, Keiji Sasaki
    SCIENTIFIC REPORTS 5 2015年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Localized surface plasmon resonance (LSPR) has been shown to exhibit a strong potential for nanoscale electromagnetic field manipulation beyond the diffraction limit. Particularly dark mode plasmons circumvent radiation loss and store the energy long in time, which raise the prospect of interesting plasmonics applications, for example biochemical sensing and nanoscale lasing. Here we theoretically investigate a method of exciting multipole plasmons, including dark modes, using normally incident light. By performing numerical calculations, we show that multipole plasmons in metal nanodisks can be selectively excited by circularly-polarized optical vortex beams. We study the electromagnetic fields of the beam cross-sections and their correspondence with the excited multipole plasmon modes with respect to spin and orbital angular momenta. The transfer of angular momentum between photons and plasmons is also discussed.
  • Ryo Niyuki, Hideaki Takashima, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    SOLID STATE LASERS XXIV: TECHNOLOGY AND DEVICES 9342 93420Q - 93420Q 2015年 [査読無し][通常論文]
     
    We demonstrated a novel ultraviolet random lasing in a diamond nanoparticle film, in which above the threshold, several sharp peaks appeared at the center of spontaneous emission around 380 nm. In order to improve the lasing properties, we measured the annealing temperature dependence to examine the influence of the sp(2) layer on the surface of diamond nanoparticles, which was considered to quench the emission from a diamond body (sp(3) diamond). From the results, we found that UV random lasing was able to observe in a diamond nanoparticle film when the annealing temperature was from 400 to 700 degrees C, although the lasing was hard to observe when the annealing temperature was below 300 degrees C. However, regardless of annealing temperature (above 400 degrees C), UV random lasing properties did not change, in which random lasing peaks clearly concentrated around the center of spontaneous emission and their thresholds were dispersed from several tens to several hundred MW/cm(2). These results suggest that annealing at suitable temperature is important to induce UV random lasing, whereas random lasing properties (lasing wavelength, lasing threshold) do not change even if annealing temperature change from 400 to 700 degrees C.
  • Yuki Nagao, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 118 35 20571 - 20575 2014年09月 [査読有り][通常論文]
     
    Using the photon interdetection time analysis method, we investigated the influence of Nb doping in a TiO2 substrate on the excited- and trap-state dynamics of single quantum dots (QDs) on the TiO2 substrate. From the results, we observed that although the lifetime of the excited state remained almost unchanged, the blinking behavior and the recovery rate from the trap state were modified depending on the Nb concentration. Therefore, we conjectured that these observed phenomena could be ascribed to the change in the electron density in the TiO2 substrate, which would cause the single QDs to change from the positive charged state back to the neutral state.
  • Ryo Niyuki, Hideaki Takashima, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    APPLIED PHYSICS LETTERS 105 1 011112-1 - 011112-3 2014年07月 [査読有り][通常論文]
     
    We demonstrated ultraviolet random lasing from a diamond nanoparticle film, in which commercially available diamond nanoparticles with an average size of 25 nm acted as the gain medium and scatterers. By optically exciting the diamond nanoparticle film at an excitation wavelength of 355 nm, discrete sharp peaks, superposed on a collapsed broad emission spectrum, randomly appeared at wavelengths around the broad emission maximum (similar to 382 nm) when the excitation intensity exceeded the threshold. From the dependence of lasing peak intensities measured at different locations as a function of excitation intensity, the threshold was estimated to be approximately several tens of MW/ cm(2). (C) 2014 AIP Publishing LLC.
  • Hideaki Takashima, Kazutaka Kitajima, Yoshito Tanaka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics 89 2 2014年02月05日 [査読有り][通常論文]
     
    Toward complete coupling between propagating light (PL) and a single localized-surface-plasmon (LSP) nanostructure, we propose a tapered-fiber- coupled microspherical cavity system combining an Au-coated probe tip. This system possesses the unique characteristic of precise adjustability for the fiber-cavity coupling rate and the cavity-plasmon coupling rate, which is indispensable for achieving the critical coupling conditions. We successfully demonstrate the 93% PL coupling into the LSP antenna with an effective area of a 58 nm circle, exceeding the diffraction limit. © 2014 American Physical Society.
  • Hideaki Takashima, Kazutaka Kitajima, Yoshito Tanaka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    PHYSICAL REVIEW A 89 2 2014年02月 [査読有り][通常論文]
     
    Toward complete coupling between propagating light (PL) and a single localized-surface-plasmon (LSP) nanostructure, we propose a tapered-fiber-coupled microspherical cavity system combining an Au-coated probe tip. This system possesses the unique characteristic of precise adjustability for the fiber-cavity coupling rate and the cavity-plasmon coupling rate, which is indispensable for achieving the critical coupling conditions. We successfully demonstrate the 93% PL coupling into the LSP antenna with an effective area of a 58 nm circle, exceeding the diffraction limit.
  • Nakamura Toshihiro, Fujiwara Hideki, Niyuki Ryo, Sasaki Keiji, Ishikawa Yoshie, Koshizaki Naoto, Tsuji Takeshi, Adachi Sadao
    New Journal of Physics 16 9 93054 - 93054 IOP Publishing 2014年 [査読有り][通常論文]
     
    共鳴制御ZnOランダムレーザーの温度依存性を詳細に調べ、高温領域(150 K以上)において、励起子再結合エネルギーに一致する波長領域でのレーザー発振を観測した。またこの温度領域では、モット転移密度と同程度のしきい値キャリア密度で発振していることを明らかにし、励起子再結合を起源としたレーザー発振が生じていることを示唆する結果を得ることができた。
  • Kyosuke Sakai, Kensuke Nomura, Yoshito Tanaka, Keiji Sasaki
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 114 2 2013年07月 [査読有り][通常論文]
     
    We have studied two-dimensional periodically arrayed plasmonic nanogap antennas that exploit a "resonant coupling effect," efficiently collecting incident light and enhancing the nanogap field. A theoretical investigation was carried out on an infinite array of gold nanoblock dimers in a square-lattice arrangement. Under resonant conditions, the near-field intensity spectra in the gap region showed a narrow peak (full width at half maximum of 50 nm) with a field enhancement that was a factor of similar to 5 stronger than that of an isolated single-nanogap antenna. The influence of the geometrical parameters of the array (period, dimer orientation, nanogap size, and number of periods) is discussed. (C) 2013 AIP Publishing LLC.
  • Yoshito Tanaka, Shogo Kaneda, Keiji Sasaki
    Nano Letters 13 5 2146 - 2150 2013年05月08日 [査読有り][通常論文]
     
    We performed two-dimensional mapping of optical trapping potentials experienced by a 100 nm dielectric particle above a plasmon-resonant gold nanoblock pair with a gap of several nanometers. Our results demonstrate that the potentials have nanoscale spatial structures that reflect the near-field landscape of the nanoblock pair. When an incident polarization parallel to the pair axis is rotated by 90, a single potential well turns into multiple potential wells separated by a distance smaller than the diffraction limit this is associated with super-resolution optical trapping. In addition, we show that the trap stiffness can be enhanced by approximately 3 orders of magnitude compared to that with conventional far-field trapping. © 2013 American Chemical Society.
  • Takashi Chiba, Jun Qi, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 117 6 2507 - 2510 2013年02月 [査読有り][通常論文]
     
    To clarify the influence of trap states on the emission dynamics of single CdSe/ZnS quantum dots on an indium tin oxide (ITO) thin film, we measured the trap state lifetimes of single quantum dots by a photon interdetection time analysis method. As the applied electric field between two separated ITO substrates was changed, we found that blinking behaviors were clearly modified, and the recovery rates from trap states were also changed; on the other hand, the excited state lifetime remained almost unchanged. From the results, we concluded that not only the excited state dynamics but also the trap state dynamics would play an important role for the blinking behavior.
  • Hideki Fujiwara, Ryo Niyuki, Yoshie Ishikawa, Naoto Koshizaki, Takeshi Tsuji, Keiji Sasaki
    APPLIED PHYSICS LETTERS 102 6 2013年02月 [査読有り][通常論文]
     
    An unique random laser exhibiting quasi-single-mode and low lasing threshold is developed by a homogenized submicrometer-sized zinc oxide particle film dispersed with intentionally introduced polymer particles as point defects. Such unique random lasing is dominantly initiated at the defect sites, although multi-mode peaks with a collapsed broad emission spectrum are observed at the defect-free sites as in the conventional random lasers. Thus our proposed simple structure can possibly provide the controllability of lasing properties even in random structures. (C) 2013 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4792349]
  • Hideki Fujiwara, Yoshito Tanaka, Keiji Sasaki
    2013 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS PACIFIC RIM (CLEO-PR) 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    Localized fields in metal nanostructures with a nanometer-size gap were measured with high spatial resolution beyond the diffraction limit by using a scatteringtype near-field microscope.
  • Fang Ren, Hideaki Takashima, Yoshito Tanaka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    NANOENGINEERING: FABRICATION, PROPERTIES, OPTICS, AND DEVICES X 8816 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    We proposed a plasmonic-WGM hybrid system composed of a tapered-fiber-coupled microsphere resonator and a PIC-attached gold tip to focus the incident light into a nanoscale domain(similar to 728.8 nm(2)) with high coupling efficiency of similar to 80.3 % and the Q factor of similar to 1.9x10(6). In order to experimentally verify the strong interaction between light and matter owing to efficient excitation of localized surface plasmon at the gold-coated tip, we demonstrated to observe two-photon excited fluorescence from PIC dye molecules attached on the gold-coated tip even under a weak CW excitation condition via a tapered-fiber-coupled microsphere resonator.
  • Ryo Niyuki, Yoshie Ishikawa, Naoto Koshizaki, Takeshi Tsuji, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    2013 CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS PACIFIC RIM (CLEO-PR) 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    An unique random laser exhibiting quasi-single-mode, low background emission spectrum, and low lasing threshold is developed by a homogenized submicrometer-sized zinc oxide particle film dispersed with intentionally introduced polymer particles as point defects.
  • Fang Ren, Hideaki Takashima, Yoshito Tanaka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    OPTICS EXPRESS 21 23 27759 - 27769 2013年01月 [査読有り][通常論文]
     
    A simple tapered fiber based photonic-plasmonic hybrid nanostructure composed of a thin tapered fiber and a pseudoisocyanine (PIC)-attached Au-coated tip was demonstrated. Using this simple hybrid nanostructure, we succeeded in observing two-photon excited fluorescence from the PIC dye molecules under a weak continuous wave excitation condition. From the results of the tip-fiber distance dependence and excitation polarization dependence, we found that using a thin tapered fiber and an Au-coated tip realized efficient coupling of the incident light (similar to 95%) and LSP excitation at the Au-coated tip, suggesting the possibility of efficiently inducing two-photon excited fluorescence from the PIC dye molecules attached on the Au-coated tip. This simple photonic-plasmonic hybrid system is one of the promising tools for single photon sources, highly efficient plasmonic sensors, and integrated nonlinear plasmonic devices. (C) 2013 Optical Society of America
  • Hideki Fujiwara, Ryo Niyuki, Yoshie Ishikawa, Naoto Koshizaki, Takeshi Tsuji, Keiji Sasaki
    SOLID STATE LASERS XXII: TECHNOLOGY AND DEVICES 8599 859912 - 859912 2013年 [査読無し][通常論文]
     
    We experimentally examined our proposed structure for realizing the control of resonant and lasing properties even in random structures, which was composed of size-mono-dispersive scatterers and intentionally introduced defect regions. In the experiments, by intentionally introducing polymer nanoparticles as point defects into a mono-dispersive zinc oxide nanoparticle film, we succeeded that lasing properties at the defect region were drastically modified, comparing with those of typical random lasers; suppression of the number of lasing modes, decrease in the thresholds, and limiting the lasing position at the defect. These results suggest the possibility that we can realize single-mode random lasers with well-controlled modal properties even in random structures.
  • Yoshito Tanaka, Akio Sanada, Keiji Sasaki
    SCIENTIFIC REPORTS 2 2012年10月 [査読有り][通常論文]
     
    Arbitrary spatial distributions of the electric field of light are formed through the interference of individual wavenumber mode fields with appropriate amplitudes and phases, while the maximum wavenumber in the far field is limited by the wavelength of light. In contrast, localized surface plasmons (LSPs) possess the ability to confine photons strongly into nanometer-scale areas, exceeding the diffraction limit. In particular, gap-mode LSPs produce single-nanometer-sized, highly intense localized fields, known as hot spots. Here, we show the nanoscale spatial profiles of the LSP fields within hot spots, which exhibit complicated fine structures, rather than single peaks. The nanopatterns are created by constructive and destructive interferences of dipolar, quadrupolar, and higher-order multipolar plasmonic modes, which can be drastically altered by controlling parameters of the excitation optical system. The analysis in this study would be useful for proposing new concepts for manipulation and control of light-matter interactions in nanospaces.
  • Naonobu Shimamoto, Yoshito Tanaka, Hideyuki Mitomo, Ryuzo Kawamura, Kuniharu Ijiro, Keiji Sasaki, Yoshihito Osada
    ADVANCED MATERIALS 24 38 5243 - 5248 2012年10月 [査読有り][通常論文]
  • Chiba Takashi, Fujiwara Hideki, Hotta Jun-ichi, Takeuchi Shigeki, Sasaki Keiji
    JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY 238 24 - 28 Elsevier B.V. 2012年06月15日 [査読有り][通常論文]
     
    We propose a method for dynamically sensing oxygen concentration in a local nanoscale domain of a thin polymer film using histograms of photon interdetection times of single molecules. By temporally analyzing the histograms, a dynamical change in the triplet lifetime of single molecules in thin polymer films with different thicknesses can be measured with respect to the oxygen concentration in a gas cell. From the time lags for observing the triplet lifetime change in the histograms due to differences in the oxygen diffusion times in the films, we estimate the diffusion constants in a local nanoscale domain of films, which approximately corresponds to the reported values in the bulk film. Thus, we conclude that this method is applicable to in situ nanoscale environmental sensors with high spatial resolution in heterogeneous materials, such as polymer blends, biological cells, and thin-film devices.
  • Yoshito Tanaka, Keiji Sasaki
    APPLIED PHYSICS LETTERS 100 2 2012年01月 [査読有り][通常論文]
     
    We report that a small two-dimensional array of gold nanoblock pairs separated by a nanometric gap significantly improves the performance of optical trapping compared to a single nanoblock pair. The array of 4 x 4 pairs suppresses the Brownian motion of a trapped 1 mu m diameter particle by a factor of six compared to the single pair. In addition, the array enables particle trapping for a longer period of time. These results are essential for biological applications where intense optical irradiation is a concern. (C) 2012 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3675550]
  • Fang Ren, Kazutaka Kitajima, Hideaki Takashima, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    NANOENGINEERING: FABRICATION, PROPERTIES, OPTICS, AND DEVICES IX 8463 846305 - 846305 2012年 [査読無し][通常論文]
     
    The efficient coupling of light from a tapered fiber coupled microsphere resonator to localized surface plasmon modes of Au-coated tip was demonstrated. To verify efficient localized surface plasmon excitation at the metal tip via a tapered fiber coupled microsphere resonator, we measured second harmonic generation from the top of Au-coated tip. From the results, in spite of a weak CW excitation, we succeeded in repeatedly observing SHG from the top of the Au-coated tip via a tapered fiber coupled microsphere resonator system, which could focus the light with the coupling efficiency of about 63.2 % into the nanoscale domain of the metal tip with the effective cross section of 358.2 nm(2).
  • 超高Q値微小光共振器の高周波数分解分光測定
    藤原秀樹, 高島秀聡, 竹内繁樹, 笹木敬司
    分光研究 60 6 236 - 237 2011年11月 [査読無し][通常論文]
  • Yoshito Tanaka, Keiji Sasaki
    OPTICS EXPRESS 19 18 17462 - 17468 2011年08月 [査読有り][通常論文]
     
    We have investigated the plasmonic trapping of dielectric nanoparticles by using engineered gold nanoblock pairs with similar to 5-nm gaps. Pairs with surface-plasmon resonance peaks at the incident wavelength allow the trapping of 350-nm-diameter nanoparticles with 200 W/cm(2) laser intensities, and their plasmon resonance properties and trapping performance are drastically modified by varying the nanoblock size of similar to 20%. In addition, plasmon resonance properties of nanoblock pairs strongly depend on the direction of the linear polarization of the incident laser, which determines the trapping performance. (C) 2011 Optical Society of America
  • Hideki Fujiwara, Hiroki Ohta, Takashi Chiba, Keiji Sasaki
    JOURNAL OF PHOTOCHEMISTRY AND PHOTOBIOLOGY A-CHEMISTRY 221 2-3 160 - 163 2011年06月 [査読有り][通常論文]
     
    To clarify the influence of trap states on the emission dynamics of CdSe/ZnS colloidal quantum dots on metal and glass substrates, we measured the trap state lifetimes of single QDs on different substrates using the photon inter-detection time analysis method. The results indicate that the trap state lifetimes as well as the emission counting rates changed depending on the substrate. Although the reduction in the counting rate can only be understood by the fast energy transfer to the metal substrate, the changes in the trap state lifetime suggest the influence of the substrate on the trap state. Thus, we concluded that the blinking suppression on metal substrate is caused not only by the fast energy transfer, but also by the shortening of recovering time from the trap state. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.
  • Yoko Miyamoto, Daisuke Kawase, Mitsuo Takeda, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    JOURNAL OF OPTICS 13 6 064027  2011年06月 [査読有り][通常論文]
     
    Orbital angular momentum states (Laguerre-Gaussian modes) of photons are attracting attention for realizing a high-dimensional quantum space, and several experimental verifications of entanglement have been reported. Some of these experiments measure photons in the superposition of different azimuthal modes by shifting the hologram dislocation. But this method has the problem that various unneeded azimuthal modes mix in the measurement basis. In order to solve this problem, we propose a new method using a hologram and a path interferometer. We also report an experimental observation of non-classical correlation in the orbital angular momentum of photons by use of the proposed method.
  • Y. Tanaka, H. Ishiguro, H. Fujiwara, Y. Yokota, K. Ueno, H. Misawa, K. Sasaki
    Opt. Express 19 8 7726 - 7733 2011年04月 [査読有り][通常論文]
     
    We perform direct local-field imaging of a plasmon-resonant gold nanoparticle pair separated by a gap of several nanometers using a scattering-type near-field optical microscope with a sharp silicon tip of atomic force microscope. The sharp tip allows the access for the nanogap and the high spatial resolution. Our results provide experimental evidence that the nanogap structure produces an optical spot with the size of a single nanometer (< 10 nm). This is not only of fundamental importance in the field of nanophotonics, but also provide significant information for the development of plasmonic devices with the nanogap structures. (C) 2011 Optical Society of America
  • H.Fujiwara, Y.Kawabe, R.Okamoto, S.Takeuchi, K.Sasaki
    J.Opt.Soc.Am.B 28 3 422 - 431 2011年02月 [査読有り][通常論文]
  • Yoko Miyamoto, Daisuke Kawase, Mitsuo Takeda, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    2011 Int. Quantum Electron. Conf., IQEC 2011 and Conf. Lasers and Electro-Optics, CLEO Pacific Rim 2011 Incorporating the Australasian Conf. Optics, Lasers and Spectroscopy and the Australian Conf. 2067 - 2068 2011年 [査読有り][通常論文]
     
    We propose a method to detect photons in superposition of orbital angular momentum (OAM) states using a hologram and path interferometer, and its application to verification of non-classical correlation in photon pairs. The method is free from excess OAM components, and a simple assumption of classical OAM correlation between the two photons removes contributions from excess components from the coincidence curve as well, even when the proposed method is used only on one of the photons. © 2011 IEEE.
  • Shahrul Kadri, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    OPTICS EXPRESS 19 3 2317 - 2324 2011年01月 [査読有り][通常論文]
     
    We observe Fano-like resonance in the vibration spectrum of an optically driven atomic force microscope cantilever system. The vibration of the cantilever is photothermally induced by exciting it with a 780-nm laser diode. The asymmetry of the resonance curve strongly depends on the position of the excitation spot along the central axis of the cantilever. By using a simple physical model, we could extract and analyze the hidden resonance and continuous components in the vibration spectrum. (C)2011 Optical Society of America
  • Hideki Fujiwara, Takumi Ikeda, Keiji Sasaki
    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 49 11 2010年11月 [査読有り][通常論文]
     
    We numerically examined the random lasing properties of a waveguide embedded in randomly distributed dielectric cylinders by employing a two dimensional finite difference time domain method including rate equations. From the numerical results we confirmed that by optimizing the structure conditions laser oscillations can be primarily induced in the long lived model bound in the waveguide and waveguide defects play important roles in manipulating the lasing properties of internal long lived modes as well as the directional outputs via the waveguide in a random structure even when multimode lasing occurs as a result of a high pumping rate (C) 2010 The Japan Society of Applied Physics
  • Unneeded azimuthal components in detection of photon orbital angular momentum superposition states
    Y. Miyamoto, S. Aoki, D. Kawase, Y. Ozaki, S. Takeuchi, S. Zwick, M. Takeda, K. Sasaki
    17th Central-European Workshop on Quantum Optics 66a2b  2010年06月 [査読有り][通常論文]
  • Hisaki Oka, Hideki Fujiwara, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Journal of Applied Physics 107 054310-1 - 054310-6 American Institute of Physics 2010年03月05日 [査読有り][通常論文]
  • 岡寿樹, 藤原英樹, 竹内繁樹, 笹木敬司
    Journal of Applied Physics 107 5 054310 - 54310 American Institute of Physics 2010年03月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigate the nonlinear optical phase shift obtained from a thin atomic layer confined in a distributed Bragg reflector (DBR) microcavity with reflection geometry. The optical response of the atom-cavity system is numerically analyzed using finite-difference time-domain method with the optical Bloch equations. The optimal position of atomic layer, at which a maximal phase shift of π is realized, drastically changes with the quality factor Q of the cavity. We show that for high Q the maximal phase shift of π can be obtained anywhere in the cavity field independently of atomic layer position. This result is in contrast to that obtained from a one-dimensional atom model in the limit of bad cavity, where a maximal phase shift of π is obtained only at the antinode of the cavity field. We also show that the independence of phase shift on atom position realized in high-Q regime is due to an interference effect in the surface layers of the DBR cavity.
  • Yoshito Tanaka, Keiji Sasaki
    APPLIED PHYSICS LETTERS 96 5 2010年02月 [査読有り][通常論文]
     
    We present a simple method for selecting a single metal nanoparticle with desired localized surface plasmon (LSP) characteristics from particle ensembles on one surface and then transferring it to another surface. The LSP of individual nanoparticles is characterized using a microspectroscopy system. An atomic force microscope mounted on the optical microscope achieves particle capture and release with the chemically modified probe.
  • Shahrul Kadri, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    SOUTHEAST ASIAN INTERNATIONAL ADVANCES IN MICRO/NANOTECHNOLOGY 7743 774307 - 774307 2010年 [査読無し][通常論文]
     
    We report the vibration reduction in the optically driven V-shaped AFM cantilever with 70 nm gold surface coating. The driving laser at 780 nm is intensity modulated at 1 kHz to 100 kHz and focused on the AFM cantilever surface. The cantilever vibration amplitude is monitored by HeNe probe laser. Two features are observed: high vibration amplitude of the cantilever (1) at several kHz modulation frequencies regime and (2) at around its mechanical resonance. In addition, we found that vibration at the resonance peak increases when the excitation spot is positioned farther from the free end of the cantilever.
  • Takashima Hideaki, Asai Takeshi, Toubaru Kiyota, Fujiwara Masazumi, Sasaki Keiji, Takeuchi Shigeki
    Optics Express 18 14 15169 - 15173 Optical Society of America 2010年 [査読有り][通常論文]
     
    The coupling of a microsphere resonator to a tapered fiber was demonstrated at cryogenic temperatures (8 - 13 K) and investigated with a probe laser light whose frequency around the zero phonon line of nitrogen vacancy centers in diamond (638 nm). For this purpose, a liquid-helium-flow cryostat with a large sample chamber is developed and a resonance dip with a Q of 2 × 10^[6] is observed. The resonance frequency and the coupling condition are found to be stable for a period of one hour.
  • Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    Molecular Nano Dynamics: Vol. I: Spectroscopic Methods and Nanostructures / Vol. II: Active Surfaces, Single Crystals and Single Biocells 1 117 - 131 2009年11月27日 [査読有り][通常論文]
  • Hideki Fujiwara, Yoshito Tanaka, Hiroyasu Ishiguro, Atsushi Saito, Keiji Sasaki
    APPLIED PHYSICS EXPRESS 2 10 102002  2009年10月 [査読有り][通常論文]
     
    Localized optical fields in metal nanostructures were measured with high spatial resolution beyond the diffraction limit by using a scattering-type near-field microscope. The semiconductor tip of an atomic force microscope probes nanostructures illuminated with laser light under total internal reflection, so that topographic and scattered near-field images are obtained simultaneously. We successfully observed polarization-dependent plasmonic field enhancement in nanometer-size gaps between adjacent gold particles. (C) 2009 The Japan Society of Applied Physics DOI: 10.1143/APEX.2.102002
  • Chiba Takashi, Fujiwara Hideki, Hotta Jun-ichi, Takeuchi Shigeki, Sasaki Keiji
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C 113 27 11652 - 11656 2009年07月09日 [査読有り][通常論文]
  • Hideki Fujiwara, Yosuke Hamabata, Keiji Sasaki
    OPTICS EXPRESS 17 13 10522 - 10528 2009年06月 [査読有り][通常論文]
     
    We propose a simple structure for manipulating resonant conditions in random structures, which is composed of a waveguide structure as a defect region embedded in a random structure. Using the two-dimensional finite-difference time-domain method, we examine the resonant properties of localized modes bound in the waveguide. From the results, we confirm that long-lived modes are strongly confined in the waveguide only when the resonant frequency matches the frequency windows in the transmitted intensity spectrum of the surrounding random structure. (C) 2009 Optical Society of America
  • Daisuke Kawase, Yoko Miyamoto, Mitsuo Takeda, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B-OPTICAL PHYSICS 26 4 797 - 804 2009年04月 [査読有り][通常論文]
     
    We calculate the coincidence count probabilities when the photon pairs entangled in orbital angular momentum generated via spontaneous parametric downconversion are measured by using holograms with an in-fold dislocation, considering the nonzero crystal length. We find that the coincidence probabilities related to azimuthal changes in hologram positions deviate significantly from a sinusoidal curve, which has often been assumed in simple analyses. It is found that the main cause of this effect is the high-dimensional entanglement in Laguerre-Gaussian modes. We also find that the crystal length causes the hologram positions to change for the maximum coincidence probabilities. (c) 2009 Optical Society of America
  • Hideki Fujiwara, Yosuke Hamabata, Keiji Sasaki
    OPTICS EXPRESS 17 5 3970 - 3977 2009年03月 [査読有り][通常論文]
     
    We propose a simple structure for manipulating resonant conditions in random structures, in which a "defect" region where no scatterer is set is deliberately made in the structure. By employing a two-dimensional finite-difference time-domain method including rate equations, we examine the resonant and lasing properties observed at the defect region by changing the filling factor of scatterers. From the numerical results, we confirm that a distinct localized spot at the defect can be realized by determining an optimal filling factor and scatterer size and selecting the appropriate defect size. (C) 2009 Optical Society of America
  • Nishijima, K. Ueno, S. Juodkazis, V. Mizeikis, H. Fujiwara, K. Sasaki, H. Misawa
    Opt. Exp. 17 4 2976 - 2983 2009年02月 [査読有り][通常論文]
  • SASAKI Keiji, INAYOSHI Naruhiko, TASHIRO Kohji
    Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering 3 2 308 - 319 The Japan Society of Mechanical Engineers 2009年 
    A new in-situ technique to observe the behavior of lubricant molecules on a metal surface during friction has been developed by combining a two-dimensional fast imaging ATR-FTIR (attenuated total reflection-Fourier transform infrared) spectrometer with temperature-controlled friction apparatus containing a lubricating agent. Using this new system, the chemical and/or physical changes of lubricant molecules have been successfully detected. In this paper, the chemical reaction of ZnDTP during friction is reported with detailed information on time-dependent 2D images of the spatial distribution on a sliding metal surface.
  • Sasaki, Keiji, Inayoshi, Naruhiko, Tashiro, Kohji
    The Journal of Physical Chemistry C 2009年
  • Ryo Okamoto, L. Jeremy O'brien, F. Holger Hofmann, Tomohisa Nagata, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    CLEO/Europe - EQEC 2009 - European Conference on Lasers and Electro-Optics and the European Quantum Electronics Conference 2009年 [査読有り][通常論文]
  • Tomohisa Nagata, Ryo Okamoto, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 7465 2009年 [査読有り][通常論文]
     
    The errors in linear optics controlled not (C-NOT) gates are analyzed considering the polarization-dependent phase sifts, in addition to the incorrectness of the beam splitting ratios. It is shown that the phase sifts at the optical components is as crucial as other error sources discussed in the previous studies. Such a phase shift unintentionally changes the linearly-polarized photons into a elliptically polarized ones. The operators for a beam splitting device and the process matrix of the C-NOT operation including such errors are also given. © 2009 SPIE.
  • 藤原 英樹, 笹木敬司
    Proc. SPIE 7508 75081S - 75081S 2009年 [査読無し][通常論文]
  • R.Okamoto, J.L.O'Brien, H.F.Hofmann, T.Nagata, K.Sasaki, S.Takeuchi
    Science International 323 5913 483 - 485 2009年01月 [査読有り][通常論文]
  • Masaru Tanaka, Hirokazu Sato, Yugo Sasaya, Suguru Horinouchi, Jun-ichi Hotta, Yasutaka Matsuo, Kuniharu Ijiro, Keiji Sasaki, Masatsugu Shimomura
    MOLECULAR CRYSTALS AND LIQUID CRYSTALS 505 457 - 468 2009年 [査読有り][通常論文]
     
    This study describes the preparation of biocompatible patterned surfaces by a two-photon absorption technique. We have synthesized poly(2-methoxyethyl acrylate) copolymers, which exhibit biocompatibility and photocrosslinking moiety. Fabrication resolution can be controlled in the sub-micrometer range by changing the laser power, photoinitiator concentration, and scanning speed. The patterned surfaces showed excellent human platelet compatibility. Biocompatible patterned surfaces can be used in various medical devices, implants, biosensor chips, and tissue engineering scaffolds.
  • 高島秀聡, 藤原英樹, 笹木敬司, 竹内繁樹
    光学 37 12 686 - 691 応用物理学会分科会日本光学会 2008年12月 [査読無し][通常論文]
  • Manipulation of optical quNits using geometrical phase
    D. Kawase, Y. Miyamoto, M. Takeda, K. Sasaki, S. Takeuchi
    International Symposium on Physics of of Quantum Technology 37  2008年11月 [査読無し][通常論文]
  • Daisuke Kawase, Yoko Miyamoto, Mitsuo Takeda, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    PHYSICAL REVIEW LETTERS 101 5 2008年08月 [査読有り][通常論文]
     
    The effect of the Gouy phase, which is one of the geometrical phases of photons, is observed through quantum correlation in Laguerre-Gaussian (LG) modes. In an experiment, the relative phase of two different LG modes of measurement basis states is manipulated via the Gouy phase, and the observed coincidence count rates agree well with theoretical predictions. This result suggests that the Gouy phase can be used as a new tool to manipulate multidimensional photonic quantum states.
  • Ryo Okamoto, Holger F. Hofmann, Tomohisa Nagata, Jeremy L. O'Brien, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    NEW JOURNAL OF PHYSICS 10 2008年07月 [査読有り][通常論文]
     
    Quantum metrology promises greater sensitivity for optical phase measurements than could ever be achieved classically. Here, we present a theory of the phase sensitivity for the general case where the detection probability is given by an N photon interference fringe. We find that the phase sensitivity has a complicated dependence on both the intrinsic efficiency of detection eta and the interference fringe visibility V. Most importantly, the phase that gives maximum phase sensitivity is in general not the same as the phase at which the slope of the interference fringe is a maximum, as has previously been assumed. We determine the parameter range where quantum enhanced sensitivity can be achieved. In order to illustrate these theoretical results, we perform a four-photon experiment with eta = 3/4 and V = 82 +/- 6% (an extension of our previous work (Nagata et al 2007 Science 316 726)) and find a phase sensitivity 1.3 times greater than the standard quantum limit at a phase different to that which gives maximum slope of the interference fringe.
  • H. Takashima, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki, M. Takahashi
    Applied Physics Letters 92 7 071115  American Institute of Physics 2008年02月 [査読有り][通常論文]
     
    The spontaneous emission coupling factor is studied for fiber-coupled microspheres with a thin gain layer of phosphorus codoped sol-gel erbium silica-aluminum glass. From the input-output characteristics of the lasing, =0.039 is estimated for a sample with a gain layer on the sphere surface. is estimated to increase to 0.19 when an additional silica glass thin layer is overcoated to improve the overlap between the gain layer and the optical mode of the lasing inside the sphere
  • K. Ueno, S. Juodkazis, T. Shibuya, Y. Yokota, V. Mizeikis, K. Sasaki, H. Misawa
    J. Am. Chem. Soc. 130 22 6928 - 6929 2008年 [査読有り][通常論文]
  • Kosei Ueno, Saulius Juodkazis, Vygantas Mizeikis, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
    ADVANCED MATERIALS 20 1 26 - + 2008年01月 [査読有り][通常論文]
     
    Gold nanostructures consisting of nanoblocks separated by a few nanometer-wide gaps were fabricated, and found to exhibit strong photoluminescence due to enhancement of the optical near-field localized in the nanogaps. The fabricated structures demonstrate a nanostructured metallic material capable of efficient photoluminescence, whose efficiency can be adjusted by tailoring the nanogap width.
  • Kosei Ueno, Saulius Juodkazis, Vygantas Mizeikis, Dai Ohnishi, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
    OPTICS EXPRESS 15 25 16527 - 16539 2007年12月 [査読有り][通常論文]
     
    Periodically corrugated chains of gold nanoblocks, fabricated with high precision by electron-beam lithography and lift-off techniques, were found to exhibit optical signatures of particle plasmon states in which relative contribution of longitudinal multipolar plasmons is significantly lower than that in equivalent rectangular gold nanorods. Plasmonic response of periodic chains is dominated by dipolar plasmon modes, which in the absence of multipolar exciations are seen as background-free and spectrally well-resolved extinction peaks at infrared (IR) wavelengths. This observation may help improve spectral parameters of IR plasmonic sub-wavelength antennae. Comparative studies of plasmon damping and dephasing in corrugated chains of nanoblocks and smooth rectangular nanorods are also presented. (C) 2007 Optical Society of America.
  • Y. Kawabe, H. Fujiwara, R. Okamoto, K. Sasaki, S. Takeuchi
    Optics Express 15 21 14244 - 14250 Optical Society of America 2007年10月 [査読有り][通常論文]
     
    Spatially formed two-photon interference fringes with fringe periods smaller than the diffraction limit are demonstrated. In the experiment, a fringe formed by two-photon NOON states with wavelength λ=702.2 nm is observed using a specially developed near-field scanning optical microscope probe and two-photon detection setup. The observed fringe period of 328.2 nm is well below the diffraction limit (351 nm = λ/2). Another experiment with a path-length difference larger than the coherent length of photons confirms that the observed fringe is due to two-photon interference.
  • Yoshio Kawabe, Hideki Fujiwara, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS BRIEF COMMUNICATIONS & REVIEW PAPERS 46 9A 5802 - 5808 2007年09月 [査読有り][通常論文]
     
    The spatial propagation properties of photon-pairs generated via type-I spontaneous parametric down conversion is investigated with numerical calculations and experiments. The number of photon-pairs detected after the apparatuses and frequency filters is calculated using the "tuning curve filtering method" [Fujiwara et al.: Phys. Rev. A 75 (2007) 023802] taking fully into account the experimental configurations required to study type-I collinear conditions. The experimentally obtained iris size dependences of single count rates and coincidence count rates are well reproduced by the calculations.
  • H. Konishi, H. Fujiwara, S. Takeuchi, K. Sasaki
    Applied Physics Letters 89 12 21107 - 121107 American Institute of Physics 2007年09月 [査読有り][通常論文]
     
    Polarization-discriminated spectra of a fiber-microsphere system were acquired. The authors have succeeded in developing a single-mode tapered fiber capable of maintaining the polarization of the probe beam. The spectra acquired from this system discriminated between transverse electric and transverse magnetic modes.
  • Tomohisa Nagata, Ryo Okamoto, Jeremy L. O'Brien, Keiji Sasaki, Shigeki Takeuchi
    SCIENCE 316 5825 726 - 729 2007年05月 [査読有り][通常論文]
     
    Precision measurements are important across all fields of science. In particular, optical phase measurements can be used to measure distance, position, displacement, acceleration, and optical path length. Quantum entanglement enables higher precision than would otherwise be possible. We demonstrated an optical phase measurement with an entangled four-photon interference visibility greater than the threshold to beat the standard quantum limit-the limit attainable without entanglement. These results open the way for new high-precision measurement applications.
  • Hideaki Takashima, Hideki Fujiwara, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki, Masahide Takahashi
    APPLIED PHYSICS LETTERS 90 10 101103  2007年03月 [査読有り][通常論文]
     
    Lasing of a taper-microsphere system with a gain layer of submicrometer thickness is demonstrated. For the gain layer, an Er3+-doped P2O5-Al2O3-SiO2 thin film with a thickness of 200 nm was fabricated using the sol-gel method on a silica microsphere. The demonstration of single-mode lasing with the thin gain layer suggests the improved dispersion of Er ions in the P codoped gain layer. (c) 2007 American Institute of Physics.
  • Hideki Fujiwara, Yoshio Kawabe, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    PHYSICAL REVIEW A 75 2 2007年02月 [査読有り][通常論文]
     
    A method to quantitatively evaluate the propagation of parametric fluorescence is proposed. The probability distribution of photon pairs, including the influence of the optical setup in accordance with the wave vector and frequency, is numerically calculated. From this probability distribution, the coincidence counting probability can be simply evaluated. Comparing with experimental data of the iris size dependences of single and coincidence counting rates, the calculated results reproduce the experimental data well without the use of fitting parameters.
  • Alexandre Soujaeff, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki, Tsuyoshi Nishioka, Toyohiro Tsurumaru, Toshio Hasegawa, Mitsuru Matsui
    Conference on Lasers and Electro-Optics Europe - Technical Digest 2007年 [査読有り][通常論文]
  • Tomohisa Nagata, Ryo Okamoto, Holger F. Hofmann, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Conference on Lasers and Electro-Optics Europe - Technical Digest 2007年 [査読有り][通常論文]
  • A. Soujaeff, S. Takeuchi, K. Sasaki, T. Hasegawa, M. Matsui
    JOURNAL OF MODERN OPTICS 54 2-3 467 - 471 2007年01月 [査読有り][通常論文]
     
    Heralding of single photon at 1550 nm from pump pulsed nondegenerate spontaneous parametric downconversion is demonstrated. P(l) and P(2) of the source are 0.1871 and 2.4 x 10(-3) respectively, with source triggering at 2.16 x 10(5) triggers per second. This source may be used in quantum key distribution systems.
  • Keiji Sasaki
    2007 PACIFIC RIM CONFERENCE ON LASERS AND ELECTRO-OPTICS, VOLS 1-4 910 - 911 2007年 [査読有り][通常論文]
     
    Microspherical cavities coupled with polarization-maintained tapered optical fibers were developed towards realization of quantum optical devices. We achieved fine tuning of resonant firequency and control of cavity beta-factor. We also succeeded in observation of Fano-effect on peak shape and electrodynamic effect on energy transfer process in microspheres.
  • Alexandre Soujaeff, Tsuyoshi Nishioka, Toshio Hasegawa, Shigeki Takeuchi, Toyohiro Tsurumaru, Keiji Sasaki, Mitsuru Matsui
    OPTICS EXPRESS 15 2 726 - 734 2007年01月 [査読有り][通常論文]
     
    Quantum key distribution with pulsed heralded single photon source was performed over 40 km of fiber for the first time to our knowledge. QBER was measured to be 4.23% suggesting security against unconditional attack. (c) 2007 Optical Society of America.
  • H. Fujiwara, Y. Kawabe, S. Takeuchi, K. Sasaki
    Physical Review A 75 2,Pt.B 023802  2007年01月 [査読有り][通常論文]
  • Y. Yokota, K. Ueno, V. Mizeikis, S. Juodkazis, K. Sasaki, H. Misawa
    Journal of Nanophotonics 1 011594/1-15  2007年 [査読有り][通常論文]
  • TAKASHIMA Hideaki, FUJIWARA Hideki, HOTTA Jun‐ichi, TAKEUCHI Shigeki, TAKEUCHI Shigeki, SASAKI Keiji, MURAKAMI Shin‐ya, TORIMOTO Tsukasa, TORIMOTO Tsukasa, OHTANI Bunsho
    Jap. J. Appl. Phys. 45 9A 6917 - 6921 Published by the Japan Society of Applied Physics through the Institute of Pure and Applied Physics 2006年09月 [査読有り][通常論文]
     
    The emission spectrum of CdSe/ZnS quantum dots adhering to the surface of a microsphere resonator is measured and discussed. Only certain peaks are observed, and the order numbers of the modes ($l=5$ to 7) of the observed peaks are different from those previously reported ($l=1$ and 2). [Nano Lett. 1 (2001) 399]. A detailed analysis is presented using the cavity mode efficiency $\phi$, which is a function of surface roughness, the absorption coefficient of the quantum dots, and mode parameters. The difference between the observed order number modes is explained to be due to the ratio of the rate of absorption by the quantum dots to that of the leakage rates of the modes. The surface roughness of a quantum-dot-coated microsphere and the absorption coefficient of the quantum dots on the sphere are estimated in the analysis.
  • Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    APPLIED PHYSICS LETTERS 89 7 071115  2006年08月 [査読有り][通常論文]
     
    Optical bistability has been observed in photoluminescence from a ZnO powder random medium. The emission spectra and the excitation intensity dependence of 420 nm emission clearly exhibit the existence of bistable steady states with changing excitation intensity. (c) 2006 American Institute of Physics.
  • Analysis of quantum dot fluorescence coupled with a microsphere resonator
    H. Takashima, H. Fujiwara, J. Hotta, S. Takeuchi, K. Sasaki, S. Murakami, T. Torimoto, B. Ohtani
    Jpn. J. Appl. Phys. 89 071115  2006年08月 [査読有り][通常論文]
  • 岡本亮, 竹内繁樹, 笹木敬司
    Physical Review. A 74 1 011801 - 11801 The American Physical Society 2006年07月 [査読有り][通常論文]
     
    We present a complete analytical formalism of the effect of phase dispersion on the Hong-Ou-Mandel dip with cw pumping, including higher-order terms. We show that the Hong-Ou-Mandel dip is strongly modified by the frequency-dependent phase modulation and even becomes a bump when the phase dispersion is a special step function. We also show that the phase dispersion function can be fully reconstructed via Fourier transformation from the measurement result of the Hong-Ou-Mandel dip when the dispersion function is antisymmetric. An experimental demonstration of the proposed method using a bandpass filter as a test sample is also presented.
  • K. Ueno, S. Juodkazis, V. Mizeikis, K. Sasaki, H. Misawa
    J. Am. Chem. Soc. 128 44 14226 - 14227 2006年 [査読有り][通常論文]
  • R Okamoto, HF Hofmann, S Takeuchi, K Sasaki
    PHYSICAL REVIEW LETTERS 95 21 2005年11月 [査読有り][通常論文]
     
    We report the first experimental demonstration of an optical quantum controlled-NOT gate without any path interference, where the two interacting path interferometers of the original proposals [Phys. Rev. A 66, 024308 (2002); 65, 062324 (2002)] have been replaced by three partially polarizing beam splitters with suitable polarization dependent transmittances and reflectances. The performance of the device is evaluated using a recently proposed method [Phys. Rev. Lett. 94, 160504 (2005)], by which the quantum process fidelity and the entanglement capability can be estimated from the 32 measurement results of two classical truth tables, significantly less than the 256 measurement results required for full quantum tomography.
  • 岡本亮, 竹内繁樹, 笹木敬司
    Journal of the Optical Society of America B: Optical Physics 22 11 2393 - 2401 Optical Society of America 2005年11月 [査読有り][通常論文]
     
    The photon-number distribution of an output state from a single-photon source using gated spontaneous parametric downconversion is analyzed in detail. For an improved experimental result of {P(0),P(1),P(2)}={0.59,0.40,0.009}, it is found that P(1) is restricted by the optical loss of the signal photon path (62%) and the cause of nonzero P(2) is the imperfection of the optical shutter for gating. A method by which to reconstruct the photon-number distribution via photon-counting measurement is also presented.
  • Shigeki Takeuchi, Hisaki Oka, Kunihiro Kojima, Holger F. Hofmann, Keiji Sasaki
    Proceedings of SPIE 5893 International Society for Optical Engineering 2005年09月15日 [査読有り][通常論文]
  • Hisaki Oka, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Physical Review A 72 013816-1 - 013816-7 American Physical Society 2005年07月20日 [査読有り][通常論文]
  • Hisaki Oka, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics 72 1 2005年07月 [査読有り][通常論文]
     
    The nonlinear optical response obtained from a model system of a quantum phase gate is investigated. The model system consists of a thin infinite atomic layer of two-level atoms placed in front of a perfect reflecting mirror. The optical response obtained from the model system is semiclassically analyzed using the finite difference time domain method with the optical Bloch equations. It is shown that a nonlinear phase shift of 'cf\\'80 is achieved when the atomic layer is placed at an antinode of the input field. This result is consistent with the theoretical result obtained from a one-dimensional atom model [H. F. Hofmann, K. Kojima, S. Takeuchi, and K. Sasaki, J. Opt. B: Quantum Semiclassical Opt. 5, 218 (2003)]. The dependence of the nonlinear phase shift on the position of the atomic layer is also studied in detail. © 2005 The American Physical Society.
  • A Chiba, H Fujiwara, J Hotta, S Takeuchi, K Sasaki
    APPLIED PHYSICS LETTERS 86 26 261106  2005年06月 [査読有り][通常論文]
     
    Fano resonance in a tapered optical fiber in contact with a high-Q microsphere is demonstrated. Multimode waves propagating in a 2.3 mu m diameter taper were coupled with a single whispering gallery mode of a 220 mu m sphere, and their coherent interaction resulted in Fano resonance. The asymmetric line shapes of the transmission spectra changed periodically with scanning of the coupling position along the taper. The observed 24 mu m period was due to modal dispersion in the tapered fiber.
  • Vygandas Jarutis, Saulius Juodkazis, Vygantas Mizeikis, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
    Optics Letters 30 3 317 - 319 2005年02月01日 [査読有り][通常論文]
     
    A method of enhancing the efficiency of entangled biphoton sources based on a type II femtosecond spontaneous parametric downconversion (SPDC) process is proposed and implemented experimentally. Enhancement is obtained by mode inversion of one of the SPDC output beams, which allows the beams to overlap completely, thus maximizing the number of SPDC photon pairs with optimum spatiotemporal overlap. By use of this method, biphoton count rates as high as 16 kHz from a single 0.5-mm-long β-barium borate crystal pumped by second-harmonic radiation from a Ti:sapphire laser were obtained. © 2005 Optical Society of America.
  • Fujiwara, H, Sasaki, K, Masuhara, H
    ChemPhysChem 2005年
  • Alexandre Soujaeff, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki, Toshio Hasegawa, Mitsuru Matsui
    2005 European Quantum Electronics Conference, EQEC '05 2005 285  2005年 [査読有り][通常論文]
  • Kosei Ueno, Vygantas Mizeikis, Saulius Juodkazis, Keiji Sasaki, Hiroaki Misawa
    Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO - Technical Digest 2005 1442 - 1443 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    Two-photon excited fluorescence of organic dye by embedding them with gold nanostructures fabricated on a glass substrate was enhanced on the basis of increasing electromagnetic field induced by nanogap configuration.
  • Akito Chiba, Hideki Fujiwara, Jun-Ichi Hotta, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, CLEO - Technical Digest 2005 932 - 933 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    Asymmetric lineshapes of resonant dips were observed in transmission spectra of a tapered optical fiber contacted with a high-Q microsphere, and the spectral shapes were changed with scanning the coupling position along the taper.
  • Hideki Fujiwara, Yoshio Kawabe, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    IQEC, International Quantum Electronics Conference Proceedings 2005 1305 - 1306 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    A novel method, which can evaluate dependencies of single and coincidence counting rates of parametric fluorescence as a function of the solid angle of the detection system using tuning curves filtering, is proposed.
  • Ryo Okamoto, Holger F. Hofmann, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    IQEC, International Quantum Electronics Conference Proceedings 2005 1303 - 1304 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    A controlled-NOT gate using linear optics is constructed and evaluated. A 33% reflective mirror is used in order to obtain Non-classical interference. The probability of obtaining the correct output averaged over all four logical inputs is 85%.
  • Shigeki Takeuchi, Hisaki Oka, Kunihiro Kojima, Holger F. Hofmann, Keiji Sasaki
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 5893 1 - 4 2005年 [査読有り][通常論文]
     
    The nonlinear optical response obtained from a single two level atom in a one-sided cavity is studied using a model system, where a infinite atomic layer sits in front of a reflecting mirror. When the atomic layer is placed at the antinode of input field, the result given by finite difference time domain method coupled with the optical Bloch equations is consistent with previous analytical result [ H F. Hofmann, K. Kojima, S. Takeuchi, and K. Sasaki, J. Opt. B 5, 218 (2003) ] based on one-dimensional atom model.
  • Discrete transition in trapped particle position by interference effects
    藤原 英, 笹木敬司
    Proceedings of the 50th SPIE International Conference, Quantum Communications and Quantum Imaging III 5893 2005年 [査読無し][通常論文]
  • 藤原 英樹, 笹木敬司
    Proc. Quantum Electronics Conference, 2005 1307 - 1308 2005年 [査読無し][通常論文]
  • 藤原 英樹, 笹木敬司
    Proc. Quantum Electronics Conference, 2005 722 - 724 2005年 [査読無し][通常論文]
  • A study on the shape of two-photon wavefunctions after the nonlinear interaction with a one-dimensional atom
    K. Kojima, H. F. Hofmann, S. Takeuchi, K. Sasaki
    Nonlinear Optics, Quantum Optics 32 4 221 - 245 2005年01月 [査読有り][通常論文]
  • K. Ueno, V. Mizeikis, S. Juodkazis, K. Sasaki, H. Misawa
    Opt. Lett. 30 16 2158 - 2160 2005年 [査読有り][通常論文]
  • Hisaki Oka, Holger F. Hofmann, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Japanese Journal of Applied Physics 43 11A 7495 - 7500 Japan Society of Applied Physics 2004年11月10日 [査読有り][通常論文]
  • H Oka, HF Hofmann, S Takeuchi, K Sasaki
    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS 43 11A 7495 - 7500 2004年11月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigate the effects of decoherence on the nonlinear phase shift obtained from a one-dimensional atom implemented by a one-sided microcavity. The one-dimensional atom is realized by coupling a single atom confined in the cavity to the one-dimensional input-output fields of the cavity. The nonlinear optical response obtained from the one-dimensional atom can then be analyzed by using the optical Bloch equations. It is shown that the nonlinear phase shift depends on the coupling efficiency eta, which is defined by the ratio of the coherent atom-field coupling rate and the total dipole relaxation rate. In particular, a maximal phase shift of pi is obtained on resonance for coupling efficiencies eta larger than one half, while the maximal phase shifts for coupling efficiencies eta smaller than one half are obtained off resonance and are always smaller than pi/2.
  • Shigeki Takeuchi, Ryo Okamoto, Keiji Sasaki
    Applied Optics 43 30 5708 - 5711 2004年10月20日 [査読有り][通常論文]
     
    The construction of a single-photon source by use of gated parametric fluorescence is reported with the measurement results of the photon number distribution. A beamlike twin-photon, method is used, in order to achieve high-collection efficiency. The estimated probability P(1) to find a single photon in a collimated output pulse is 26.5% at a repetition rate of 10 kHz when, the effective quantum efficiency of 27.4% in the detection setup is compensated. © 2004 Optical Society of America.
  • Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters 43 10 B L1337 - L1339 2004年10月15日 [査読有り][通常論文]
     
    We demonstrated the upconversion lasing of a random medium composed of thulium-ion-doped fluorozirconate glass powders and submicrometer-sized titanium dioxide particles. Blue and red lasing emissions were induced by near-infrared excitation light via sequential multiphoton excitation, which enabled a highly efficient pumping of the gain particles within the random medium. The thresholds of the upconversion lasing were determined to be 2.6 and 6.3 kW/cm2 in 800-nm and 450-nm wavelength regions, respectively.
  • A Chiba, H Fujiwara, JI Hotta, S Takeuchi, K Sasaki
    JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS 43 9A 6138 - 6141 2004年09月 [査読有り][通常論文]
     
    We demonstrate frequency tuning of whispering-gallery mode resonances in a fused-silica microsphere by means of temperature control. Scattering spectra of the microsphere are measured using a tunable narrow-linewidth diode laser, and the frequency scale is precisely calibrated from a simultaneously observed spectrum of rubidium vapor. The resonant frequencies of whispering-gallery modes can be varied linearly by temperature elevation and lowering, at a rate of -2.6 GHz/K for a 190 mum sphere.
  • K. Kojima, H. F. Hofmann, S. Takeuchi, K. Sasaki
    Physical Review A. Atomic, Molecular, and Optical Physics 70 1 013810 - 1-013810-6 American Physical Society 2004年07月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigate the single-mode operation of a quantum optical nonlinear π phase-shift gate implemented by a single two-level atom in one-dimensional free space. Since the single-mode property of the input photons at the atom is not preserved in the interaction at the atom, we analyze the efficiency of single-mode operation that can still be achieved. We show how the input pulse shape can be optimized to obtain high efficiencies for the nonlinear single-mode operation. With this analysis, we obtain an optimal single-mode transmittance per photon of 78-1.964386or the successful nonlinear π phase-shift operation.
  • K. Tsujino, H. F. Hofmann, S. Takeuchi, K. Sasaki
    Phys. Rev. Lett. 92 15 153602  2004年04月 [査読有り][通常論文]
  • Hideki Fujiwara, Hidehisa Takasaki, Jun-Ichi Hotta, Keiji Sasaki
    Applied Physics Letters 84 1 13 - 15 2004年01月05日 [査読有り][通常論文]
     
    Real-time observations of discrete transitions in the position of particles which were optically trapped in the vicinity of an interface were discussed. Total internal reflection microscopy and nanometer position sensing techniques were used. The results show that the discrete trapping position took place at uniform intervals of 400 nm. It was also found that these discrete transitions were due to reflection and scattering of the trapping laser beam from the interface and the particle.
  • Shigeki Takeuchi, Kenji Tsujino, Holger F. Hofmann, Keiji Sasaki
    Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 5551 87 - 93 2004年 [査読有り][通常論文]
     
    A scheme to distinguish entangled two-photon-polarization states (ETP) from two independent entangled one-photon-polarization states (EOP) is proposed. Using this scheme, the experimental generation of ETP by parametric down-conversion is confirmed through the anti-correlations between three orthogonal two-photon-polarization states. The estimated fraction of ETP among the correlated photon pairs is 37% in the present experimental setup.
  • S Takeuchi, R Okamoto, K Sasaki
    QUANTUM COMMUNICATIONS AND QUANTUM IMAGING 5161 101 - 108 2004年 [査読有り][通常論文]
     
    We report the construction of single photon source using gated parametric fluorescence with the measurement result of the photon number distribution. We succeeded to increase the probability P(1) to find a single photon in a pulse to 26.5 %. The availability of the source at room temperature, its long life time, and its wavelength tunability may also be useful for quantum cryptography and photonic quantum computation.
  • H. F. Hofmann, K. Kojima, S. Takeuchi, K. Sasaki
    Physical Review A. Atomic, Molecular, and Optical Physics 68 4 043813 - 1-043813-7 American Physical Society 2003年10月 [査読有り][通常論文]
     
    We investigate the nonlinear interaction between two photons in a single-input pulse at an atomic two-level nonlinearity. A one-dimensional model for the propagation of light to and from the atom is used to describe the precise spatiotemporal coherence of the two-photon state. It is shown that the interaction generates spatiotemporal entanglement in the output state similar to the entanglement observed in parametric down-conversion. A method of generating photon pairs from coherent pump light using this quantum-mechanical four-wave mixing process is proposed.
  • 一次元原子における2光子の非線形相互作用:放出場の空間時間量子コヒーレンス
    K. Kojima, H. F. Hofmann, S. Takeuchi, K. Sasaki
    Phys. Rev. A 68 1 013803  2003年07月 [査読有り][通常論文]
  • Holger F. Hofmann, Kunihiro Kojima, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics 5 3 218 - 221 2003年06月 [査読有り][通常論文]
     
    Optimized phase switching using a single-atom nonlinearity was analyzed. It was shown that the maximal nonlinear phase shift of π can be obtained by using a single two-level atom in a one-sided cavity with negligible losses. It was found that it is possible to use resonant light to obtain a nonlinearity sensitive to individual excitations of the atom.
  • Hotta, JI, Takasaki, H, Fujiwara, H, Sasaki, K
    ASIANANO 2002, PROCEEDINGS 2003年
  • Kunihiro Kojima, Holger F. Hofmann, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics 68 1 13  2003年 [査読有り][通常論文]
     
    The nonlinear photon-photon interaction mediated by a single two-level atom is studied theoretically based on a one-dimensional model of the field-atom interaction. This model allows us to determine the effects of an atomic nonlinearity on the spatiotemporal coherence of a two-photon state. Specifically, the complete two-photon output wave function can be obtained for any two-photon input wave function. It is shown that the quantum interference between the components of the output state associated with different interaction processes causes bunching and antibunching in the two-photon statistics. This theory may be useful for various applications in photon manipulation, e.g., quantum information processing using photonic qubits, quantum nondemolition measurements, and the generation of entangled photons. © 2003 The American Physical Society.
  • Holger F. Hofmann, Shigeki Takeuchi, Kunihiro Kojima, Keiji Sasaki
    2003 European Quantum Electronics Conference, EQEC 2003 342  2003年 [査読有り][通常論文]
     
    A fully quantum mechanical model of field propagation is applied to describe the effects of the nonlinearity on a two photon quantum state in free space. The spatiotemporal entanglement is then characterized that results from the interaction between two photons at the atom-cavity system.
  • Akito Chiba, Hideki Fujiwara, Jim-Ichi Hotta, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Conference on Lasers and Electro-Optics Europe - Technical Digest 690  2003年 [査読有り][通常論文]
     
    In this paper, resonant frequency control for the whispering-gallery modes (WGM) is demonstrated by adjusting the temperature. We used single-mode optical fiber for the fabrication of the microsphere. The polymer coating of the fiber was stripped, and then the tip was melted by a focused CO/sub 2/ laser beam to form a sphere with a stem. The temperature of the microsphere was monitored by a thermometer. A tunable external-cavity diode laser (linewidth< 300 kHz) was illuminated on the microsphere. The scattered light from the microsphere was collected by a microscope objective and imaged onto a pinhole so that the edge of the microsphere was selectively observed by an avalanche photodiode. We scanned the laser frequency to measure the scattering spectra over tens of GHz range at 780 nm. © 2003 IEEE.
  • K Tsujino, S Takeuchi, K Sasaki
    PHYSICAL REVIEW A 66 4 2002年10月 [査読有り][通常論文]
     
    In this paper we analyze the fidelity of the output states in the experimental quantum teleportation of photons, while taking into account the main experimental parameters. In particular, we consider the detector's ability to distinguish photon numbers, the quantum efficiency of the detectors, and the purity of entangled photon pairs. As a result, it is found that high-fidelity quantum teleportation, without the receiver feedback check, is realizable with multiphoton counters and conventional entangled pairs (visibility= 90%) within a day.
  • Fujiwara Hideki, Sasaki Keiji
    Japanese journal of applied physics. Pt. 2, Letters 41 1 L46 - L48 社団法人応用物理学会 2002年 
    Green upconversion lasing induced by the microspherical cavity effect of an erbium-ion-doped fluorozirconate glass particle was demonstrated. Periodic narrow peaks of the emission spectra corresponding to the whispering gallery modes were observed and the lasing threshold was determined from the excitation power dependence to be 4 mW. Large depletion of the red emission process was also observed at the threshold power of the green lasing.
  • Kenji Tsujino, Shigeki Takeuchi, Keiji Sasaki
    Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics 66 4 423141 - 423146 2002年 [査読有り][通常論文]
     
    The fidelity of the output states in the experimental quantum teleportation of photons was analyzed. The detector's ability to distinguish photon numbers and the quantum efficiency of the detectors were discussed. It was found that high-fidelity quantum teleportation is realizable with multiphoton counters and conventional entangled pairs. The analysis clarifies the real obstacles to decrease vacuum states.
  • Hotta Jun-ichi, Takasaki Hidehisa, Fujiwara Hideki, Sasaki Keiji
    International Journal of Nanoscience, Vol 1, Nos 5 and 6 1 5-6 645 - 649 2002年 [査読有り][通常論文]
  • Yasutaka Matsuo, Hidehisa Takasaki, Jun-Ichi Hotta, Keiji Sasaki
    Journal of Applied Physics 89 10 5438 - 5441 2001年05月15日 [査読有り][通常論文]
     
    A method is proposed for precisely and instantaneously analyzing the optical absorption of a single microparticle. This method is based on the measurement of radiation pressure exerted on a particle, in which the Brownian motion of the particle is observed via total internal reflection microscopy, and then the femto-Newton-order radiation pressure induced by absorption is determined by thermodynamic analysis. On the basis of the Mie-Debye scattering theory, the imaginary part of the refractive index is estimated from the strength of the force using knowledge of the real part and the diameter of the particle. As a preliminary experiment, the concentration of rhodamine B molecules in a poly(methylmethacrylate) particle was estimated. © 2001 American Institute of Physics.
  • H Fujiwara, K Sasaki
    OPTICAL ENGINEERING FOR SENSING AND NANOTECHNOLOGY (ICOSN 2001) 4416 190 - 193 2001年 [査読無し][通常論文]
     
    Up-conversion lasing of a new random medium, which is composed of thulium-ion-doped fluorozirconate glass particles and TiO2 powders, is demonstrated. In this medium, it is expected that the near-infrared excitation light will deeply penetrate into the random medium to induce multiphoton excitation processes, while the emission in the visible wavelength region will be confined in small volumes by the strong multiple light scattering. When the power of the excitation light was increased, sharp emission peaks appeared and their peak intensities increased relative to the background spontaneous emission. The excitation power dependence clearly shows the lasing threshold.
  • Fujiwara, H, Sasaki, K
    CLEO(R)/PACIFIC RIM 2001, VOL II, TECHNICAL DIGEST 2001年
  • Matsuo Yasutaka, Sasaki Keiji
    Japanese Journal of Applied Physics 40 10 6143 - 6147 公益社団法人 応用物理学会 2001年 
    A new technique is proposed for the transient absorption spectroscopy of a single metallic nanoparticle. This technique is based on a differential interference contrast (DIC) microscopy using pulsed laser light. A single nanoparticle is excited by a pumping laser beam, and the DIC signal of a probing light is measured to precisely determine the amplitude and phase of the forward-scattered light. The refractive index and the absorption coefficient of the excited particle can be estimated on the basis of the Rayleigh scattering theory. By changing the delay time between the pumping and probing pulses, absorption dynamics of a single nanoparticle can be observed on a femtosecond time scale. As a preliminary experiment, the electron dynamics of a 70 nm silver colloidal particle was analyzed with this technique.
  • Sasaki, K, Hotta, J
    Photon Correlation and Scattering, Technical Digest 2000年
  • Sasaki, K, Hotta, JI, Wada, K, Masuhara, H
    Optics Letters 2000年
  • Wada, K, Wada, K, Sasaki, K, Sasaki, K, Masuhara, H, Masuhara, H
    Applied Physics Letters 2000年
  • 笹木 敬司
    分光研究 = Journal of the spectroscopical research of Japan 48 4 165 - 173 The Spectroscopical Society of Japan 1999年08月15日
  • Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki, Hiroshi Masuhara
    Journal of Applied Physics 85 4 2052 - 2056 1999年02月15日 [査読有り][通常論文]
     
    Drastic changes of fluorescence dynamics in pyrene-doped poly(methylmethacrylate) latex microspheres were observed with a time-resolved microspectroscopy system. Fluorescence decay curves of pyrene monomer emission from the microspheres consist of fast and slow decay components. Rate constants of the slow components are almost the same for all particles, which correspond to the value in free space. The fast components increase in the relative intensity and in the decay rate with decreasing particle size, which can be ascribed to cavity-enhanced spontaneous emission. The rate constant for a 2.4 μm sphere is increased by a factor of ∼17 compared to the bulk value. The results are discussed on the basis of the cavity quantum electrodynamic theory. © 1999 American Institute of Physics.
  • K Sasaki, H Fujiwara
    18TH CONGRESS OF THE INTERNATIONAL COMMISSION FOR OPTICS: OPTICS FOR THE NEXT MILLENNIUM, TECHNICAL DIGEST 3749 266 - 267 1999年 [査読無し][通常論文]
     
    Upconversion lasing of a thulium-ion-doped zirconium fluoride glass microsphere was demonstrated. The microsphere was pumped by a fundamental wave of a Nd:YAG laser (1064 nm) at room temperature. The lasing emission was observed in 480-nm and 800-nm regions, and their lasing thresholds were determined to be similar to 20 mW and similar to 5 mW, respectively. The application to near-field optical microscopy is also discussed.
  • Fujiwara Hideki, Sasaki Keiji
    Japanese journal of applied physics. Pt. 1, Regular papers & short notes 38 9 5101 - 5104 社団法人応用物理学会 1999年 
    Lasing of micrometer-sized, nonluminescent, spherical particlesdispersed in an aqueous solution of rhodamine B was demonstrated. Themicrospherical resonance field is composed of an evanescent fieldsurrounding the sphere as well as a propagation component within theparticle, so that the dye solution just outside of the sphericalsurface can function as a gain medium within an optical cavity.Periodical ripple structures were observed in the emission spectra,which agreed well with the Mie scattering theory. The lasingthreshold was determined to be 7 mW for a 28 µm glass microsphere in10-2 mol/l rhodamine B solution. The decreasein the lasing emission intensity caused by photodegradation can besuppressed by thermal diffusion of the dye molecules in the liquidsolution.
  • Smith, TA, Hotta, J, Sasaki, K, Masuhara, H, Itoh, Y
    The Journal of Physical Chemistry B 1999年
  • Won, J, Won, J, Inaba, T, Inaba, T, Masuhara, H, Masuhara, H, Fujiwara, H, Fujiwara, H, Sasaki, K, Sasaki, K, Miyawaki, S, Miyawaki, S, Sato, S, Sato, S
    Applied Physics Letters 1999年
  • Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
    Journal of Applied Physics 86 5 2385 - 2388 1999年 [査読有り][通常論文]
     
    Blue and red upconversion lasing of a Tm3+-doped fluorozirconate glass microsphere was demonstrated. Tens-of-micrometer-sized, genuinely spherical glass particles were produced by a melting method with a burner. The single microsphere was pumped by a focused beam of a Nd:YAG laser operating at 1064 nm. Three-photon-excited lasing emission could be observed in 480 and 800 nm regions at room temperature, and their lasing thresholds were determined to be 20 and 5 mW, respectively. Applications of the microspherical upconversion laser to near-field scanning optical microscopy are also discussed. © 1999 American Institute of Physics.
  • Yoshikawa, Hiroyuki, Sasaki, Keiji, Masuhara, Hiroshi
    Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology. Section A. Molecular Crystals and Liquid Crystals 1998年
  • Yoshikawa, H, Sasaki, K, Masuhara, H
    Chemical Physics Letters 1998年
  • Rucker, M, Yoshikawa, H, Sasaki, K, Masuhara, H, De Schryver, FC
    Chemistry Letters 1998年
  • Masuhara, H, Sasaki, K, Fukumura, H, Furutani, H
    Analyst 1998年
  • Hotta, J, Sasaki, K, Masuhara, H, Morishima, Y
    The Journal of Physical Chemistry B 1998年
  • Enhanced pyrene fluorescence in a polymer microsphere
    藤原 英樹, 笹木敬司
    OSA Technical Digest QThG28 - QThG28 1998年 [査読無し][通常論文]
  • Jun-Ichi Hotta, Keiji Sasaki, Hiroshi Masuhara
    Applied Physics Letters 71 15 2085 - 2087 1997年10月13日 [査読有り][通常論文]
     
    Optical manipulation of disclinations and defects in liquid crystals films was demonstrated and discussed in terms of mass transfer induced by radiation pressure and of molecular rotation under the optical electric field. Orientation of liquid crystal molecules was controlled by changing the polarization direction of a focused cw laser beam. A disclination line could be deformed by moving the focal spot, just like drawing a bow. A point defect followed the laser so that it could be freely transported in the film. When two disclination points were optically manipulated to become fused, the defects disappeared immediately and did not return after switching off the laser. © 1997 American Institute of Physics.
  • Keiji Sasaki, Hideki Fujiwara, Hiroshi Masuhara
    Applied Physics Letters 70 20 2647 - 2649 1997年05月19日 [査読有り][通常論文]
     
    Photon tunneling of lasing emission from a dye-doped microspherical particle to an object was investigated by use of a microspectroscopy system combined with a laser manipulation technique. An emission spectrum drastically changed with approaching the lasing microsphere to a glass plate. The intensity ratio between resonant peaks exhibited exponential dependence on the sphere-object distance, whose decay constant agreed with the penetration depth of an evanescent field just outside of the microsphere. The variation in the spectral profile can be explained with the Mie scattering theory. Applicability of the lasing microsphere as a probe of a near-field scanning optical microscope is discussed. © 1997 American Institute of Physics.
  • Hofkens, J, Hotta, J, Sasaki, K, Masuhara, H, Taniguchi, T, Miyashita, T
    Journal of the American Chemical Society 1997年
  • Sasaki, K, Tsukima, M, Masuhara, H
    Applied Physics Letters 1997年
  • Sasaki, K, Fujiwara, H, Masuhara, H
    Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures 1997年
  • Keiji Sasaki
    Materials Science and Engineering B 1997年
  • Sasaki Keiji, Horio Koji, Masuhara Hiroshi
    Japanese journal of applied physics. Pt. 2, Letters 36 6 L721 - L723 社団法人応用物理学会 1997年 
    A new method is proposed for analyzing the adhesion force between a single microparticle and a solid surface in air. The method is based on the µ N radiation force that is exerted on a particle by nanosecond pulsed laser light, which pulls a particle from a transparent solid surface against the adhesion force. The strength of the force is determined on the basis of the Mie scattering theory with the critical laser intensity at which the radiation pressure and the adhesion force are balanced. This optical force measurement has the advantages of no mechanical contact, of applicability to micro∼nanometer-sized particles and of causing no perturbations on the physical and chemical conditions of a sample. The high potential of this method is clearly demonstrated in the analysis of the adhesion force between polymer latexes and glass surfaces.
  • Shibata, S, Yamane, M, Kamada, K, Ohta, K, Sasaki, K, Masuhara, H
    Journal of Sol-Gel Science and Technology 1997年
  • 笹木 敬司
    レーザー研究 24 7 744 - 749 The Laser Society of Japan 1996年07月26日 
    A new microprobe of a near field scanning optical microscope has been developed for elucidating chemical reaction processes occurring in nanometer volumes. The probe is composed of a lasing microsphere, that induces the high-intensity localized optical field just outside of the sphere, and of a nanometer-sized particle fixed on the surface. Photon tunneling through the nanoparticle can be observed with high sensitivity due to the intracavity effect. Three-dimensional positioning control of the microprobe is performed by a laser manipulation technique based on radiation pressure.
  • Sasaki, K, Shi, ZY, Kopelman, R, Masuhara, H
    Chemistry Letters 1996年
  • Kim, HB, Hayashi, M, Nakatani, K, Kitamura, N, Sasaki, K, Hotta, JI, Masuhara, H
    Analytical Chemistry 1996年
  • Hofkens, J, Hotta, JI, Sasaki, K, Masuhara, H, Faes, H, DeSchryver, F
    Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology. Section A. Molecular Crystals and Liquid Crystals 1996年
  • Hotta, J, Sasaki, K, Masuhara, H
    Journal of the American Chemical Society 1996年
  • KOSHIOKA, M, SASAKI, K, MASUHARA, H
    Applied Spectroscopy 1995年
  • H MISAWA, K SASAKI
    MICROCHEMISTRY 49 - 64 1994年 [査読有り][通常論文]
  • N KITAMURA, K SASAKI, H MISAWA, H MASUHARA
    MICROCHEMISTRY 35 - 48 1994年 [査読有り][通常論文]
  • K SASAKI, H MISAWA
    MICROCHEMISTRY 30 5B 23 - 34 1994年 [査読有り][通常論文]
  • SASAKI, K, KAMADA, K, MASUHARA, H
    Japanese Journal of Applied Physics 1994年
  • KAMADA, K, SASAKI, K, MASUHARA, H
    Chemical Physics Letters 1994年
  • 笹木 敬司, 増原 宏
    レーザー研究 21 1 96 - 98 The Laser Society of Japan 1993年
  • KAMADA, K, SASAKI, K, MISAWA, H, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    Chemical Physics Letters 1993年
  • Misawa Hiroaki, Fujisawa Ryo, Sasaki Keiji, Kitamura Noboru, Masuhara Hiroshi
    Jpn J Appl Phys 32 6 L788 - L790 社団法人応用物理学会 1993年 
    Simultaneous optical manipulation and lasing of a rhodamine 640-doped polystyrene latex particle in water was demonstrated through irradiation of a single focused 1064 nm CW Nd:YAG laser beam. Lasing of the particle resulting from two-photon absorption was confirmed from periodically spaced peaks in the emission spectrum and from nonlinear (more than quadratic) dependence of the emission intensity upon the incident laser power.
  • NAKATANI, K, MISAWA, H, SASAKI, K, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    The Journal of Physical Chemistry 1993年
  • MISAWA, H, SASAKI, K, KOSHIOKA, M, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    Macromolecules 1993年
  • Sasaki Keiji, Misawa Hiroaki, Kitamura Noboru, Fujisawa Ryo, Masuhara Hiroshi
    Jpn J Appl Phys 32 8 L1144 - L1147 社団法人応用物理学会 1993年 
    Optical manipulation of a lasing microparticle in water was demonstrated. A rhodamine B-doped poly(methyl methacrylate) particle was simultaneously manipulated and pumped by 1064 nm CW and 532 nm pulsed Nd3+:YAG laser beams, respectively. Optical interactions between lasing and closely positioned nonlasing particles were studied by a multibeam laser micromanipulation technique.
  • SAKAI, H, ITAYA, A, MASUHARA, H, SASAKI, K, KAWATA, S
    Chemical Physics Letters 1993年
  • KOSHIOKA, M, MISAWA, H, SASAKI, K, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    The Journal of Physical Chemistry 1992年
  • MASUHARA, H, KITAMURA, N, MISAWA, H, SASAKI, K, KOSHIOKA, M
    Abstracts of Papers of the American Chemical Society 1992年
  • MISAWA, H, SASAKI, K, KOSHIOKA, M, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    Abstracts of Papers of the American Chemical Society 1992年
  • SASAKI, K, KOSHIOKA, M, MASUHARA, H
    Journal of the Optical Society of America. A, Optics and Image Science 1992年
  • MASUHARA, H, KITAMURA, N, MISAWA, H, SASAKI, K, KOSHIOKA, M
    Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 1992年
  • Hiroaki Misawa, Keiji Sasaki, Masanori Koshioka, Noboru Kitamura, Hiroshi Masuhara
    Applied Physics Letters 60 3 310 - 312 1992年 [査読有り][通常論文]
     
    A multibeam laser trapping-reaction system was developed to demonstrate independent manipulation of plural microparticles as well as to induce photochemical reaction in a laser-trapped particle(s). Photopolymerization of vinyl monomers dissolved in a sample solution was employed to fix polystyrene latex particles regularly aligned by laser trapping. Integrated latex structures created by the successive manipulation/polymerization procedures were also shown to be freely manipulated by laser beams.
  • Keiji Sasaki, Masanori Koshioka, Hiroaki Misawa, Noboru Kitamura, Hiroshi Masuhara
    Applied Physics Letters 60 7 807 - 809 1992年 [査読有り][通常論文]
     
    Laser trapping of a metal particle in water or a water droplet in liquid paraffin, which cannot be attained by irradiation of a TEM0 0 mode focused laser beam, was experimentally confirmed based on a scanning laser trapping technique. Although a metal particle or a water droplet experiences repulsive radiation force from a laser beam (1064 nm, focused into a ∼1 μm spot), scanning of the laser beam circularly around the particle was successful to optically trap and tweezer the particle. Water and ethylene glycol droplets dispersed in liquid paraffin were also shown to be manipulated independently by scanning double laser-beam trapping.
  • MISAWA, H, KOSHIOKA, M, SASAKI, K, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    Chemistry Letters 1991年
  • SASAKI, K, SASAKI, K, MASUHARA, H, MASUHARA, H
    Applied Optics 1991年
  • Sasaki Keiji, Koshioka Masanori, Misawa Hiroaki, Kitamura Noboru, Masuhara Hiroshi
    Jpn J Appl Phys 30 5 L907 - L909 社団法人応用物理学会 1991年 
    Laser-scanning micromanipulation and spatial patterning of polystyrene latex or titanium dioxide particles in solution were demonstrated for the first time. A trapping laser beam was repetitionary scanned at $13\sim 50$ Hz by computer-controlled galvano mirrors to align micrometer-order particles along the pattern produced by the scanning laser beam. Characteristic features of the present technique are discussed.
  • SASAKI, K, KOSHIOKA, M, MISAWA, H, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    Optics Letters 1991年
  • SASAKI, K, KOSHIOKA, M, MASUHARA, H
    Applied Spectroscopy 1991年
  • Hiroaki Misawa, Masanori Koshioka, Keiji Sasaki, Noboru Kitamura, Hiroshi Masuhara
    Journal of Applied Physics 70 7 3829 - 3836 1991年 [査読有り][通常論文]
     
    We developed a laser trapping-ablation system comprised of CW and pulsed Nd3+:YAG lasers as well as of an optical microscope. Three-dimensional manipulation of various kinds of particles and laser ablation of a single optically trapped, poly(methyl methacrylate) latex particle in water were demonstrated. A minute hole with its diameter of ∼sub-μm was fabricated on the latex particle (∼6 μm diameter). The hole size produced was much smaller than the effective diameter of the excitation laser beam, suggesting nonlinear optical (self-focusing of the laser beam) and photochemical (multiphoton absorption) mechanisms for the present laser trapping ablation. Characteristic features of the laser trapping-ablation are discussed in detail.
  • 笹木 敬司, 越岡 雅則, 増原 宏
    分光研究 39 6 353 - 357 The Spectroscopical Society of Japan 1990年
  • SASAKI, K, KAWATA, S
    Journal of the Optical Society of America. A, Optics and Image Science 1990年
  • MISAWA, H, KOSHIOKA, M, SASAKI, K, KITAMURA, N, MASUHARA, H
    Chemistry Letters 1990年
  • SASAKI, K, KAWATA, S, MINAMI, S
    Journal of the Optical Society of America. A, Optics and Image Science 1989年
  • KAWATA, S, SASAKI, K, MINAMI, S
    Journal of the Optical Society of America. A, Optics and Image Science 1987年
  • SASAKI, K, KAWATA, S, MINAMI, S
    Applied Spectroscopy 1986年
  • KAWATA, S, KOMEDA, H, SASAKI, K, MINAMI, S
    Applied Spectroscopy 1985年
  • SASAKI, K, KAWATA, S, MINAMI, S
    Applied Optics 1984年

書籍

  • 光科学研究の最前線2
    強光子場科学研究懇談会(JILS) 2009年
  • Molecular Nano Dynamics Vol.1
    Wiley-VCH 2009年
  • バイオとナノの融合Ⅰ~新生命科学の基礎
    北海道大学出版会 2007年
  • 笹木 敬司 
    [北海道大学電子科学研究所] 2004年
  • Single Organic Nanoparticles(Edited by H.Masuhara,H.Nakanishi, K.Sasaki)
    Springer 2003年
  • Single Organic Nanoparticles(Edited by H.Masuhara,H.Nakanishi,K.Sasaki)
    Springer 2003年
  • Single Organic Nanoparticles(Edited by H.Masuhara,H.Nakanishi,K.Sasaki)
    Springer 2003年
  • 増原 宏, 中西 八郎, 笹木 敬司 
    Springer 2003年 (ISBN: 3540001875) xlix, 402 p.
  • 科学計測のためのデータ処理入門
    CQ出版社 2002年
  • 科学計測のためのデータ処理入門
    CQ出版社 2002年
  • 新しいフォト二クス時代の材料とデバイス
    TIC出版 2000年
  • 新編光学材料ハンドブック
    リアライズ社 2000年
  • Organic Mesoscopic Chemistry
    Blackwell Science 1999年

作品等

  • 文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」(平成16-18年度)略称「極微構造反応」領域番号「432」 分子系の極微構造反応の計測とダイナミクス(Molecular Nano Dynamics) 第6回シンポジウム
    2006年
  • 文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」(平成16-18年度)略称「極微構造反応」領域番号「432」 分子系の極微構造反応の計測とダイナミクス(Molecular Nano Dynamics) 第5回シンポジウム
    2006年
  • 第1回光-分子強結合反応場シンポジウム
    2006年
  • 1st Asian Symposium on Nanotechnology and Nanoscience (Asia NANO 2001)
    2001年
  • 10th International Conference on Unconventional Photoactive Systems
    2001年
  • International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem 2000)
    2000年
  • Photon Correlation and Scattering
    2000年

その他活動・業績

特許

  • 笹木 敬司, 河田 聡, 南 茂夫, 山田 正興  笹木 敬司, 河田 聡  201103020937375721
  • 南 茂夫, 河田 聡, 笹木 敬司  南 茂夫, 河田 聡, 笹木 敬司, 大塚電子株式会社  201103078939405596
  • DNA-金属微粒子系の共振周波数解析方法および共振周波数解析システム
    第3598301号
  • APPARATUS FOR MEASURING POSITION OF FINE PARTICLE
    6867410
  • FINE PARTICLE POSITION MEASURING APPARATUS
    特願 PCT/JP01/01267
  • 微粒子位置計測装置
    第3888829号
  • マイクロボンディング方法
    平10-082311
  • 分光測定装置
    第3311406号
  • 分光測定法
    第3273815号
  • 極微小レーザー光源の形成方法とレーザー発振方法(極微小光源の形成方法)
    第3233957号
  • マルチビーム微粒子操作方法
    第3129471号
  • レーザートラッピング方法
    第2098428号
  • 微粒子動態パターン
    第2544520号
  • 過渡分光波形解析装置
    第2944179号
  • 多入力型過渡波形解析装置
    第2845554号
  • 過渡波形解析装置
    第2911167号
  • 3次元空間分解・時間分解吸収スペクトル測定装置
    第2836859号

受賞

  • 2007年 2007年 Scientific American 50
  • 1999年 分子科学研究森野基金奨励賞
  • 1993年 国際科学賞芸術のための科学ダビンチ優秀賞
  • 1993年 光技術研究振興財団 研究表彰
  • 1992年 応用物理学会 光学論文賞
  • 1987年 井上研究奨励賞

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • プラズモニックナノ局在場の極限制御
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2021年04月 -2024年03月 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹, Pin Christophe
  • 二光子重合造形の深紫外領域への展開と応用
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2020年04月 -2023年03月 
    代表者 : 田口 敦清, 石飛 秀和, 田中 慎一, 田口 智清, 笹木 敬司
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 特別推進研究
    研究期間 : 2018年04月 -2023年03月 
    代表者 : 三澤 弘明, 笹木 敬司, 上野 貢生, Biju V・Pillai, 村越 敬
     
    高い量子収率を示すプラズモン誘起電子移動反応を実現するためには、1)強結合系積層ナノ電極の作製と2)局在プラズモン誘起電子移動反応機構の解明が鍵となる。平成30年度は、強結合系積層ナノ電極構造の作製とその分光特性の評価、および時間分解光電子顕微鏡による位相緩和時間の測定に注力した。 位相緩和時間の計測から強結合系積層ナノ電極は、非強結合電極に比べて位相緩和時間が短いとの結果が得られ、Nat. Nanotechnol., 13, 953 (2018)に報告した。さらに、ナノ共振器長をより短くした積層ナノ構造電極では、金ナノ微粒子の局在プラズモンと反射膜として用いた金フィルムの伝搬型プラズモンとが強結合を形成し、それによって位相緩和時間を能動的に制御できることを初めて見出し、Nat. Commun., 9, 4858 (2018)に報告した。これらは本モーダル型強結合を理解する上で極めて重要な知見を与える意義ある成果であった。また、研究分担者である北大電子研の笹木教授と共同で任意の数の金ナノディスク構造を酸化チタン/金フィルム基板上に作製し、構造密度が強結合に与える影響を検討した。その結果、本モーダル型強結合においては、構造密度によって結合強度を能動的に制御できるとともに、光電変換効率の増強も可能であることを見出し、変換効率向上の糸口を掴んだことは意義深い。また、強結合が蛍光やラマン散乱といった光の放射に与える影響についても検討したところ、非強結合と比較して数倍の増強効果が得られること明らかにし、より高い光電場増強が実現できることを示した。さらに、研究分担者である北大理学研究院の村越教授と共同で光アノードにおける水の酸化反応の中間体をラマン分光により捕捉する実験系を構築した。平成30年度は、非結合系電極を用いて水の酸化反応の中間体が計測できることを実証した。
  • 光圧によるナノ物質操作と秩序の創生
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    研究期間 : 2021年04月 -2022年03月 
    代表者 : 石原 一, 笹木 敬司, 岡本 裕巳, 尾松 孝茂
  • プラズモニックナノ渦場を用いた分子光ダイナミクス制御
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2018年04月 -2021年03月 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹
     
    デザインした金属多量体ナノギャップ構造に光渦ビームを照射することにより、光をナノ空間に絞り込むとともに光電場の振幅・位相分布をシングルナノスケールで制御し、分子の電子波動関数の「サイズ」と「形状」にマッチングさせることによって光遷移ダイナミクスの自在な制御を実現する新奇な手法を創製している。これは、局在ギャッププラズモンを介して光渦のスピン・軌道角運動量を分子の電子軌道運動に転写するという我々独自のアイデアに基づくものである。本手法を用いれば、禁制遷移の高効率・選択的な励起が可能となるだけでなく、プラズモニックナノ渦場の形状によって許容遷移を禁制にすることも可能となり、遷移過程の選択則を完全に打ち破る光励起プロセス制御が実現できる。本研究は、光と物質の相互作用の研究に新しい領域を拓くとともに、光機能デバイス・非線形光学システム・分子形状センシング等の研究においてブレイクスルーとなりうる新しい展開が期待できる。これまでに、1)光ナノ渦場における分子励起プロセスの高速・高精度シミュレーション解析手法の開発、2)3次元光ナノ成形制御システムの構築と光ナノ渦場特性解析について研究を進めており、分子の電気四重極子、電気六重極子、磁気双極子等の禁制遷移の励起効率、および双極子遷移プロセスの抑制効果のシミュレーション解析や光の局在性・共鳴特性の解析やキラリティーの制御特性の分析において研究成果が挙がっている。
  • 光圧を極める:分子操作の極限化と光制御によるマクロ化
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    研究期間 : 2016年06月 -2021年03月 
    代表者 : 笹木 敬司, 村越 敬, 森田 隆二, 深港 豪, 山根 啓作
     
    本研究では、分子・分子集合体に作用する光圧をナノ空間で自在にデザインし、室温・媒質中においてナノ物質を個別選択的に捕捉・操作し、配置・配向・配列を制御する技術を世界に先駆けて開発するとともに、多様な光圧制御技術により光物質操作のマクロ化を実現する事を目的としている。 今年度は、昨年度に引き続き、高精度の金ナノ構造の作製および光圧を発生させるためのナノ局在場のデザインを行うため、開発した数値解析手法を用いて金ナノトライマー構造の局在場の解析を進めた。この知見と昨年度の技術的なノウハウを基に、実際に電子線描画装置を用いて水中で波長1064nmに共鳴を持つ金ナノボウタイ構造を作製した。10nm程度のサイズのナノギャップ部への選択的な発光体の導入を試みるため、この試作構造に水中で波長1064nmの直線偏光レーザーを照射し、ナノ粒子の捕捉を試みた。実験では、直径40nmの色素分子凝集体を用いて光捕捉を行った結果、ナノ粒子が数μmの距離から急激にギャップ部に引き寄せられ、捕捉される様子を確認した。照射レーザーを切った後もギャップ部においてナノ粒子からの蛍光が確認され、乾燥した試料のSEM像からもギャップ部に選択的にナノ粒子が堆積している様子が確認できた。また、昨年度構築したテーパーファイバーを用いたナノ粒子捕捉・輸送システムを用い、異なる波長の対向ビームの入射による捕捉粒子(NVセンター含有・非含有ナノダイヤモンド)の吸収特性を利用したナノ粒子操作・選別を試みた。粒子に作用する散乱力は、対向ビームによりキャンセルされ、吸収量の違いによる吸収力の差の分だけ、NVセンター含有・非含有粒子間の運動に差が生じる。入射レーザー光強度の最適化を行なった結果、NVセンターの有無により輸送される方向が反転し、NVセンター含有・非含有ダイヤモンドナノ粒子の選別が可能となることを示した。
  • 光圧によるナノ物質操作と秩序の創生
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    研究期間 : 2016年06月 -2021年03月 
    代表者 : 石原 一, 岡本 裕巳, 笹木 敬司, 尾松 孝茂
     
    国際支援活動においては次の3つの目標、1)本領域から発信する「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」の概念の、世界の該当分野における浸透、2)物質科学分野全般における諸外国の優れた研究者が本領域の意義と発展性を認識し、本領域に合流・結集する行動の誘起、3)異分野道場の国際的な拡充により、本領域のエッセンスを日本で学んで世界の若手が、自国でさらにそれを広範な物質科学分野へと展開する波及性の獲得を上げる。これらを世界三拠点形成、国際異分野共同研究と国際異分野トレーニング道場の実施、領域成果の科学分野を越えた積極的な世界的発信の戦略的実施によって実現することが本国際活動支援班の目的である。 上記目的の念頭に本年は若手研究者交流の促進のため、オーストリア、英国、スペインに若手研究者を派遣することによって、共同研究テーマの立ち上げ、交流、共同研究拠点の立ち上げについて議論してきた。具体的には、オーストラリア・マッコーリー大学、英国・セントアンドリュース大学、スペイン・DIPCと共同研究、及び拠点形成の打ち合わせを行った。 また、6月には台湾国立交通大学とサマースクールを共催し、さらに11月にプラズモニクス・ナノフォトニクスの国際会議iSPN2019を主催した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    研究期間 : 2016年04月 -2019年03月 
    代表者 : 笹木 敬司
     
    本研究は、光の「大きさ」をナノサイズまで小さくするだけでなく、光の「形」も制御する、新奇なナノプラズモニックシステムの創製に向けた要素技術の開発を行った。期間内に、数値解析的に最適な金ナノ構造の設計を行い、金ナノ構造中にナノサイズの円偏光場や光渦場を形成する構造の設計指針を得ることに成功した。この知見を基にナノ加工技術を用いて金ナノ多量体構造を作製し、数値解析的に得られた特性を持つ金ナノ構造の作製に成功した。さらに試作構造を用いたナノ粒子の光捕捉と光運動量の転写による運動制御を実験的に試み、ナノ円偏光場によるナノスケールの軌道回転運動の誘起に成功した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2014年04月 -2018年03月 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹, 酒井 恭輔
     
    本研究では、金属ナノ構造体にラゲールガウスビームを照射し、ビームの運動量・スピン角運動量・軌道角運動量を転写して多重極モードの近接場干渉を制御することにより、ナノスケールで光の形を自在に成形する光ナノシェーピング技術の開発を行った。期間内に、数値解析的に最適な金ナノ多量体構造の設計を行い、入射ビームを集光するだけでなく、ナノサイズの光渦場や円偏光場を形成する設計指針を得ることに成功した。また、周期構造化により、格子共鳴とプラズモン共鳴の両方を制御することにより、面全体にナノ光渦を誘起することにも成功した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    研究期間 : 2014年04月 -2017年03月 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹, 石田 周太郎
     
    本研究は、カンチレバーを共鳴振動周波数で光駆動したときに探針が静止する無振動ダイナミックモードAFMシステムの開発を目的とし、カンチレバー振動のファノ共鳴現象のメカニズムや制御性について明らかにすると共に、散乱型近接場顕微鏡を構築し、光局在場の高感度・高分解能計測を実現した。強度変調レーザーのカンチレバー上の集光位置に依存したファノ共鳴振動スペクトルの測定に成功し、集光位置に応じた非対称な振動振幅や位相の周波数依存性を確認した。また、特定の位置において、共鳴周波数で振動振幅をゼロにすることができる事を示し、広帯域振動モードと共鳴モードの打消しにより振動が完全に抑制される事を明らかにした。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2011年04月 -2015年03月 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹, 田中 嘉人
     
    金属ナノ構造のプラズモン局在場の電場増強効果と時間的なもつれ合い光子の相乗効果を利用した超高効率2光子反応過程の実現を目指し、周辺要素技術の開発を行った。金ナノ構造中の増強電場の理論的・実験的な評価を行い、周期構造化による更なる電場増強効果の発現を見いだした。また、この金ナノ周期構造における2光子励起蛍光測定を行い、少なくとも105程度の蛍光増強が起きている事を明らかにした。さらに、ファイバ結合微小球共振器を用いた高効率プラズモン励起システムの構築を行い、入射光をほぼ100%の効率で金ナノ構造に集光し、微弱なCWレーザー励起(数kW/cm2)により2光子励起蛍光が誘起される事を確認した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    研究期間 : 2011年 -2012年 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹, 田中 嘉人
     
    金属ナノギャップ構造のプラズモン局在場において、熱運動するナノ粒子や分子に発生する放射圧の振る舞いを、世界に先駆けて理論的・実験的に解明した。金属ナノギャップにおける電場分布を高精度に解析する手法を開発し、これまで単一のスポットと考えられていたプラズモン局在場が、高次の多重極モードの重ね合わせとして、複雑な形状を持つことを明らかにした。また、ナノ粒子に作用する放射圧を定量的に解析する計測システムを開発し、金属ナノダイマー構造において、従来の集光ビームに比べて3桁以上強い放射圧が発生することを解明すると共に、2次元ポテンシャルを観測して、超解像トラッピグの実証に初めて成功した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 特定領域研究
    研究期間 : 2007年 -2010年 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹
     
    本研究では、局在プラズモンによる空間的光捕集(光アンテナ効果)と微小共振器による時間的光捕捉(群速度抑制効果)を相補的に組み合わせることにより、光子と分子の究極的な結合状態、すなわち光子1個と分子1個が100%相互作用する系の実現を目指した研究を行った。この目的に対し、超狭帯域レーザー顕微分光イメージング装置を用いて、(a)テーパファイバ結合微小球を用いた高効率局在プラズモン励起、および、(b)散乱型近接場顕微鏡を用いた光局在場の高空間分解マッピングの実現を行った。その結果、微小共振器構造を利用した高効率局在プラズモン励起では、テーパファイバ結合微小球共振器の高入出力結合および高Q値等の特性により、テーパファイバ結合微小球共振器に近接させた金コートAFMチップの微小球-AFMチップ間距離の最適化により、約93%もの入射光が金コートAFMチップ先端において光が散乱・吸収される事を示し、金コートAFMチップ先端部において高強度の局在プラズモン励起の可能性を示唆した。また、散乱型近接場顕微鏡を用いた光局在場の直接観察では、電子線リソグラフィ/リフトオフにより精度良く作製したナノギャップ(約7 nm)金ナノ構造体の散乱場および試料の凹凸像の同時測定を行い、回折限界を遥かに越えた(半値全幅9.2±0.5 nm~λ/100)微小光局在スポットの観測に成功した。これまで数値計算あるいは散乱スペクトル等の間接的な情報から推測するしか無かった局在場の空間分布を実験的に初めて示す事に成功した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2006年 -2009年 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹, 松尾 保孝
     
    本研究では、放射圧を利用して光子の状態を保ったまま光子を検出するという全く新しいアイデアに基づく光物理計測手法を開発することを目的として、a)光子1個レベルを検出するために光子場を増強する手法の考案、b)極めて高感度な力測定技術の開発および熱雑音の抑制技術の確立を行った。開発したシステムを用いれば、光子を消滅させず何度でも検出することができるので、光子の時間・空間などマルチパラメータの計測が可能となる。具体的には、微小共振器のQ値に対応して得られる光増強度の見積りを行った。その結果得られる変位量や実験装置の位置検出感度等の試作に必要な実験条件の見積りを行った。これらの結果をもとにファイブリー・ペロー共振器を元にしたシステムの設計を行った。また、金コートしたAFMプローブに周波数変調したレーザー光を入射しながら、AFMプローブの変位を測定した。その結果、熱による形状変化とは別に放射圧による変調成分を高感度に観測することに成功した。これらの知見をもとに金コートAFM プローブを片側ミラーとしたファブリ・ペロー共振器を含むシステムの試作を行った。さらに、テーパーファイバを作製するための装置の設計、構築を行い、最適なテーパー形状を得る為の作製パラメータの探索を行った。その結果、安定して1μm程度のテーパー径をもつテーパーファイバの作製が可能となった。また、このテーパーファイバと微小球共振器を結合する為の測定系の作製を行い、テーパーから微小球やトロイド共振器へ100%に近い高効率なカップリングを観測した。
  • パラメトリック蛍光対を用いた、2光子干渉における光子のアンチバンチングの実現
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 萌芽研究
    研究期間 : 2006年 -2007年 
    代表者 : 竹内 繁樹, 笹木 敬司, 藤原 英樹
     
    本研究では、2光子干渉におけるアンチバンチングの実現を目指した。 パラメトリック蛍光対を、50:50の半透鏡に入射し、その2つの光子の入射時刻差δtを変化させながら同時係数を行うと、時刻差が0のところで同時係数率が0になるグラフが得られ、マンデルディップと呼ばれる。我々は、一方の光子にステップ関数状の位相分散を与えた場合、入射時刻差δtが0のところで同時係数率が1になるグラフが得られる、すなわち、入射された光子が必ず別々の経路へと出力されるアンチバンチングが生じることを理論的に見いだした。アンチバンチング現象を、ボソンである光子でも生じさせうることは、物理的に大変興味深いとともに、バンチング現象と層補的な、まったく新しい量子光学・情報実験のツールを提供する可能性がある。今年度は、空間位相変調器にパラメトリック蛍光対を入射した際の振る舞い、および2光子干渉部の構築を目指していた。しかし、今年度研究開始後、我々の理論予測を裏付ける形で、イスラエルの研究室より、CW光励起で発生したパラメトリック蛍光対を用いたアンチバンチング現象が、残念ながら先に報告されてしまった(Phys. Rev. Lett.2007)。 しかし、光子を用いた量子情報処理においてより重要なのは、パルス光励起でのマンデルディップ形状とその制御である。我々の理論は、独立した単一光子間のマンデルディップに対する位相分散の効果についても解析可能である。そこで我々は、今年度パルス光励起の光子対に関して研究を展開した。その結果、パルス光励起によるパラメトリック光子対間の二光子干渉において96%以上、2つの独立した(双子関係にない)パラメトリック蛍光光子間での89%以上と、世界最高クラスの明瞭度を達成した。
  • フォトンフォース計測技術を用いた細胞系ダイナミック分析法の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 特定領域研究
    研究期間 : 2005年 -2006年 
    代表者 : 笹木 敬司, 久保田 高明, 山本 隆晴
     
    これまでに我々は、フォトンフォース(光の放射圧)を利用して単一徴粒子やマイクロ・ナノ構造体に作用するフェムトニュートンオーダーの力を計測し、表面電荷・吸収・粘弾性特性・吸着力等の物性を非接触・非破壊的に解析する新しい手法を提案するとともに、高精度かつ汎用性の高い計測システムを開発してきた。本特定領域研究では、フォトンフォース計測技術を単一細胞や複数細胞集団の新しい分析法として応用し、細胞系のダイナミック分析を実現することを目的として、a)新しいアイデアに基づく2ビームフォトンフォース計測システムを開発、b)単一細胞の粘弾性特性や表面修飾した徴粒子との相互作用ポテンシャルを計測、c)細胞間の接着特性や徴細構造を持つ基板への付着特性の解析、を課題として研究を展開した。細胞と徴粒子あるいは細胞間の相互作用ポテンシャルの解析を実現するために、偏光の異なる2つのパルスレーザービームを個々に照射し、透過散乱光を偏光で分離して同時3次元ポジションセンシングを可能とする新しいフォトンフォース計測システムを試作し、感度、精度について検証した上で、2つの微粒子間の相互作用の解析に応用した。また、フォース計測システムにより細胞の各ポジションの表面弾性や粘性を解析して、細胞が固有の形態で運動するメカニズムの解明を試みている。さらに、細胞間の選択的接着特性を解析するために、外部環境を変えながら細胞間の相互作用ポテンシャルや表面電荷密度を非接触に測定したり、細胞をレーザー操作により基板に近づけながら付着力を計測し、基板の表画構造と細胞活動の関係について解析を試みている。
  • 光圧誘起キャピラリー波を利用した分子弾性応答解析
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2003年 -2005年 
    代表者 : 笹木 敬司, 竹内 繁樹, 堀田 純一
     
    本研究では、気/液界面、液/液界面や単一微小液滴の界面張力、高分子集合体の弾性応答を非接触かつ高精度に計測することを目的として、レーザー光の放射圧により誘起したキャピラリー波(表面弾性波)を利用した新しい分子弾性応答解析手法を提案した。提案した手法は、レーザー干渉縞の放射圧により界面、表面にナノメートルオーダーの周期的な凹凸を誘起する。さらにビームを電気光学変調素子で干渉縞を掃引し表面弾性波を伝搬させると、界面エネルギーにより定まる変調周波数(伝搬速度)において共鳴振動により表面波が増強し、それをプローブレーザーの回折光強度から解析するという全く新しいアイデアに基づく手法である。 しかし、研究期間において、残念ながら本手法の実験的検証までは至らなかった。これは、レーザー光の放射圧そのものについて未だに解明されていない現象があり、放射圧を利用した計測法の精度向上に大きな壁となっていることに因る。その一つとして、レーザー光が界面/表面で反射されて干渉することにより、測定光学系において極めて複雑な放射圧分布が生じる現象がある。極微弱な力の解析には、この複雑な放射圧分布が大きな影響を及ぼす。そこで本研究においては、まず、界面/表面近傍における新奇な放射圧の現象について解明を進め、従来のレーザーマニピュレーションにおける常識を打ち破る新しい知見を得るとともに、放射圧計測の応用技術にブレイクスルーをもたらす基礎的研究成果を得た。 さらに、微小球の光共鳴現象を利用して微小球表面近傍の分子の反応プロセスを明らかにする試みとして、分子間エネルギー移動における共振器効果について発光ダイナミクス測定から詳細な解析を行うことにも成功した。本研究により、高分子微粒子やガラス微小球等に反応分子をドープするだけで、光反応プロセスの効率を大きく増強することが可能であるという新しい知見を得た。
  • 3次元微細光ファブリケーションによる組織工学材料の設計・開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2001年 -2003年 
    代表者 : 田中 賢, 笹木 敬司, 居城 邦治, 下村 政嗣, 松下 通明, 藤堂 省
     
    本研究では、優れた生体適合性を有するポリメトキシチルアクリレートと光架橋性基を有するグリシジルアルクレートやエポキシシックロヘキシメチルアクレートとを用いて、フェムト秒レーザー照射による2光子吸収による3次元微細光ファブリケーションを利用したの微細加工技術によって加工された空間構造と高分子の自己組織化現象の両方を利用することで、これまで作製が難しかったナノレベルの空間構造と表面特性のパターニングを実現できた。パターンの孔径、膜厚、孔貫通・非貫通、孔の3次元構造制御を計画的に行うためのパラメーターを抽出できた。様々な生分解性高分子、生体適合性高分子が適用できるパターン化技術を確立した。血管内皮細胞はパターン表面でのみ伸展し、凸部に伸展する細胞は観察されなかった。アクチン染色の結果、パターン表面の幹部分に沿って細胞骨格の先端が伸びているのが観察された。一方、フラットフィルム上では細長い形態をとるものが多く観察され、アクチン染色の結果、伸展方向と平行に伸びる細胞骨格が観察された。さらに、微細なパターン構造が、血管内皮細胞・平滑筋細胞の接着形態、骨格タンパク質の構造、細胞外マトリックスの産生、増殖性に影響を与えていることが明らかになった。上記のパターンは培養基材として機能しており、血管内治療デバイスscaffoldとしての可能性が示唆された。また、パターン化フィルムは孔の貫通・非貫通が制御可能であり、積層傾斜膜状、中空糸状などに成型加工できることも見いだした。
  • 単一ナノ構造体のレーザー放射圧スペクトロスコピー
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2001年 -2002年 
    代表者 : 笹木 敬司, 堀田 純一, 竹内 繁樹
     
    本研究では、単一ナノ構造体における光物理現象を高感度・高精度に解析することを目的とし、レーザー光の放射圧を利用した新しいダイナミック吸収分光計測法を開発した。本手法は、ナノ構造体にレーザー光を照射すると構造体の屈折率、吸収係数(複素屈折率)に依存して放射圧が発生することを利用したものである。すなわち、吸収を光強度の変化としてではなく、吸収に伴って発生する光の力に変換して計測するという全く新しいアイデアに基づく。従って、散乱、迷光等のバックグランドの影響がなく、吸収に比例した観測値を高感度に得ることが可能である。放射圧の測定法としては、ナノ構造体のブラウン運動を直接観測して統計熱力学的な方法により微粒子に作用する力を解析する技術を用いた。本技術によりフェムトニュートンオーダーの放射圧が観測でき、吸収断面積が数平方オングストローム程度の構造体の測定が理論的に実現できる。まず、吸収をもつナノメートルサイズの構造体にレーザー光を照射したとき作用する放射圧を流刑、屈折率、吸収係数をパラメータとして波動理論的に解析し、レーザー放射圧スペクトロスコピーシステムを設計した。また、設計に基づいて半導体励起Nd:YAGレーザーを調整光学系を通して光学顕微鏡に導きナノ構造体に集光して捕捉するとともに、波長可変パルスレーザーを微小構造体に照射して吸収による放射圧を発生させるシステムを開発した。熱的ランダム過程をコンピュータで統計力学的に解析してポテンシャルを計算し、放射圧の3次元ベクトル分布を求めてナノ構造体の吸収と屈折率を推定することを可能にした。システムの検証実験としては、粒径や屈折率が既知な高分子ラテックスに色素をドープした試料の解析を行い、理論と比較して感度、精度、時間分解能等について考察した。
  • 放射圧による微粒子ランダム媒質の創製と光局在解析
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 萌芽研究
    研究期間 : 2001年 -2002年 
    代表者 : 笹木 敬司
     
    本研究は、3次元スペックル場が発生する空間的に不規則な分布をした光の放射圧を微粒子に作用し3次元ランダム媒質を制御して作製する、という新しいアイデアに基づいて光子のアンダーソン局在を解明することを試みた。光の揺らぎに起因するスペックルパターンを数十〜数百ナノメートルサイズの微粒子に照射し、光子の運動量変化によって発生する放射圧により微粒子を不規則に配置させる。放射圧で形成したランダム媒質の平均自由行程を自由に変化させたり、さらにはフォトニック結晶構造から不規則構造へと転移させることも可能と考えられる。しかしながら、実験においては、微粒子による多重散乱が放射圧に与える影響が極めて大きく、自在にランダム構造を作製するところまでは未だ至っていない。すなわち、ランダム構造を形成した微粒子集団がさらに複雑な散乱場を形成してランダム構造を複雑化していくという自己組織化的な振る舞いが観られた。一方、ランダム媒質の光局在を制御する試みとして、非線形光学応答をもつ有機微結晶によりランダム媒質を作製し、光励起による屈折率変化により、局在モードが変化していく様子を理論的、実験的に解析した。コンピュータシミュレーションの結果および自然放出の増強効果の実験結果は、ランダム媒質の光閉じ込め効果を光制御可能であることを示すことができた。本研究の成果は、超低しきい値レーザー、超高速光制御デバイス、高感度感光材料、量子コンピュータの制御ゲート、量子暗号通信デバイスとして展開できるものと考えている。
  • 量子情報通信用の単一光子源の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2000年 -2001年 
    代表者 : 竹内 繁樹, 長谷川 俊夫, 笹木 敬司
     
    近年、量子力学の本質的な性質を直接利用する、量子情報通信処理が注目されている。その実現のためのキーデバイスのひとつが、光子を1つづつ射出することの可能な「単一光子源」である。最近になってさまざまな研究が行われているが、1パルス内に光子が存在する確率が0.1以下と小さく、大きな問題となっていた。 本研究では、パラメトリック蛍光対を動的に制御することにより、パルス内に光子が1つだけ存在する「単一光子状態」の生成を目指し研究を行った。パラメトリック蛍光対のうちの一方の光子の検出信号によって、もう一方の光子の射出をシャッターで制御することにより、パルス内に光子が確実に1つある状態を作ろうというものである。本研究の提案時には、最終目標として、「繰り返し数10kHzで、数ナノ秒幅のパルス内に光子が1つだけ存在する状態」の生成可能な単一光子源の実現を掲げた。 その結果、平成12年度に、光子対ビームの生成と評価、単一光子源発生装置の設計を行い、平成13年度には技術的な課題であった「高速高透過率シャッター」および光ファイバを用いた「光子遅延部」の開発に成功し、発生装置全体の構築もほぼ成功した。残念ながら終了前に、アルゴンレーザーのトラブルに見舞われ予定が遅れたが、その後JSTのさきがけ研究の支援なども仰ぎながら研究を継続、平成14年12月には、もともと目標であった10kHzでのゲート動作、光子の切り出し(1ns)とその光子数分布(P(1)=0.4)に成功した。
  • 近接場顕微鏡用アップコンバージョン微小球レーザーの開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 1999年 -2001年 
    代表者 : 笹木 敬司, 藤原 英樹, 梶谷 和男, 堀田 純一
     
    本研究では、希土類イオンをドープしたガラス微小球を新たに作製し、近赤外光を用いた多光子励起により可視、紫外領域の安定したレーザー発振(アップコンバージョンレーザー発振)を誘起し、実用的な近接場プローブを開発するための基礎的研究を行った。本ガラス微小球は、(1)希土類イオンによる長時間安定したレーザー発振が可能、(2)アップコンバージョンによりポンプ光と発振光の波長分離が容易、(3)微小球プローブを非接触・非破壊的に操作するための光マニピュレーション用近赤外レーザー光を同時にポンプ光として用いることが可能、という特徴を持つ。本研究では、まず我々が開発した3次元空間・時間分解分光システムを用いてアップコンバージョン発光ダイナミクスの解析を行い、レーザー発振の安定性や効率を検討して最適なガラス材料を調製するとともに、レーザー共振器として適した真球度の高いガラス微小球の新しい作製法を開発した。青色、赤色の微小球アップコンバージョンレーザー発振のみならず、生体試料観察用のプローブ色素の励起に広く使われている緑色領域のレーザー発振を試み、より汎用性の高い光源の開発に成功した。また、作製したガラス微小球のレーザー発振特性を解析した上で、近接場顕微分光システムを構築し、ナノ構造体における光反応ダイナミクスの研究に展開した。
  • 量子もつれ合い光子を用いた超解像光計測・加工
    JST戦略的創造研究推進制度(研究チーム型) (戦略的基礎研究推進事業:CREST)
    研究期間 : 2001年
  • Super-resolution optical measurement and fabrication techniques using quantum-entangled photons
    JST Basic Research Programs (Core Research for Evolutional Science and Technology :CREST)
    研究期間 : 2001年
  • ヘテロダイン微分干渉近接場顕微鏡による単一分子検出
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 萌芽的研究
    研究期間 : 1999年 -2000年 
    代表者 : 笹木 敬司
     
    超高感度・高精度な光計測法であるヘテロダイン微分干渉法を用いた全く新しい近接場顕微鏡を開発し、単一分子・単一ナノ微粒子の複素分極率を計測するシステムの構築を目的として研究を進めた。本システムは、近接場顕微鏡のファイバープローブから照射したレーザー光が単一分子・単一ナノ微粒子によって散乱されたとき、散乱光と照射光の干渉によって極僅かに変化するレーザー光の位相と振幅をヘテロダイン干渉法で検出するものである。光ファイバープローブはナノメートル位置制御用にピエゾ素子で横振動(シェアフォースフィードバック)させるが、この振動により光照射スポット位置が変調され単一分子による散乱状態が変化する信号をロックイン検出(微分干渉動作)することで高感度、高精度に単一分子・単一ナノ微粒子の複素分極率を解析する。本年度は、ヘテロダイン微分干渉顕微鏡システムを構築し、光局在場中におかれたナノメートルサイズの単一微粒子による散乱光と透過光を、もう一方の偏光ビームと干渉させてビート信号を検出し、位相・振幅の変化を解析して単一微粒子の複素分極率を求めた。また、現有のパルスレーザーを試料に照射する光学系を組み合わせ、単一ナノ微粒子の励起状態吸収(過渡吸収)を検出し、光学遅延装置を用いたポンプ・プローブ法により時間分解測定を行い励起状態ダイナミクスを解析するシステムを開発した。現時点では、単一分子の検出まで至っていないが、今後、システムの安定性・雑音対策を進めて精度・感度の向上を図る予定である。それにより、分子一個一個の物理・化学的特性の違いを観測し、分子自身やそれを取り巻くミクロな環境について解析する。
  • 光圧による単一有機微粒子の操作と配向制御
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 特定領域研究(B)
    研究期間 : 1998年 -2000年 
    代表者 : 増原 宏, 笹木 敬司, 朝日 剛
     
    単一ナノメートル微粒子の新しいフェムト秒分光法を目指して、種々の微粒子系に一般的に適用可能で、感度が高く、時間分解能も高い分光手法として、フェムト秒パルスをポンプ光に、フェムト秒白色光をプローブ光に用いた表面光散乱分光法を世界に先駆けて開発してきた。この手法によれば集光ビーム半径より、また光の波長より小さい微粒子でも、一粒毎に散乱スペクトルを選択的に測定することができる。これによりμmサイズの単一ペリレン微結晶と、数十nmの単一金微粒子の超高速過程を直接測定することができた。前者ではモノマー励起状態、エキシマー状態のダイナミックスを、後者では格子温度の上昇とその後に続く冷却過程を明らかにすることに成功した。 単一ナノメートル微粒子の光固定化を図るため、局所で光重合法も開発することに成功した。顕微鏡下捕捉用レーザー光に加え、光重合用紫外光を少し広めに照射し、捕捉したナノメートル微粒子を覆うよう重合し、基板に固定化した。乾燥後AFMにより光重合体の形状を観察評価し、確かにその中に捕捉した単一微粒子1ヶが含まれていることを確認した。 水中レーザーアブレーションによるナノメートル微粒子の作製にも成功している。レーザーアブレーションを水中で行えば、ナノメートル微粒子が作製できると考え、数十マイクロメートルサイズの各種フタロシアニン、ペリレン、アントラセン、ピレン、コロネンなどの各結晶を貧溶媒である水に攪拌分散させ、エキシマーレーザーを照射した。溶液をキャストして乾燥し、AFMで観察すると100nm程度の微粒子が生成していることが示された。本手法はあらゆる有機物に適用可能であることから、多くの実験パラメータを調節しつつ、微粒子形状、サイズ、相の制御を図りうる新しい手法として注目されている。
  • 単一微粒子の光共鳴ダイナミック分光計測法の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 1998年 -2000年 
    代表者 : 笹木 敬司
     
    有機ナノクリスタル、半導体超微粒子、高分子凝集体、ミセル等の微粒子は、サイズ、モルフォロジー、構造の違いによって一個一個の機能・物性に個性があり、微粒子の光ダイナミクスを正確に解明するためには単一微粒子を分光計側することが要求されているが、微粒子一個の蛍光や吸収は極めて微弱なため、従来の顕微分光手法では極限られた物質系を除いて多数の微粒子集団の平均情報しか解析されていない。本研究では、単一微粒子の内部、特に表面・界面層で起こる光物理・光化学現象を高感度・高精度に計測することを目的とし、微粒子を光共振器として利用した全く新しいダイナミック分光計測法を開発した。本手法は、微粒子に色素をドープしてポンプし発光させると、表面波が発生し微粒子の周りを光がぐるぐると回りだして共鳴する微小球共振現象を利用したものである。これは一種のイントラキャビティー効果であり、発振強度の減少量から微粒子内部、特に共振器を形成する微粒子界面近傍における吸収を高感度に計測することができる。さらに、微小球共鳴によりピコ秒パルス発振が実現でき、このパルス光を利用すれば微粒子内の超高速現象をピコ秒の時間スケールで観測することが可能である。本研究を展開する中で、さらに、高いQ値の球形微粒子共振器の中で量子電気力学効果により自然放出のレートが数十倍も増強する現象を観測することに成功した。また、微小球における2種類の分子間のエネルギー移動ダイナミクスについても観測を行った結果、双極子・双極子相互作用によるエネルギー移動の効率がバルクにおける観測値に比べて30倍以上高くなることを見出した。微粒子に特徴的な光共鳴現象を用いて微粒子の分光測定を行う研究は世界的にも例がなく、全く新しいアイデアに基づくものであり、微粒子の光物理・光化学現象を解明してダイナミクスを制御することが可能になった。
  • レーザー光の放射圧によるナノメートル分子集合構造の形成:全く新しい方法論の確立
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 1997年 -1999年 
    代表者 : 増原 宏, 笹木 敬司, 朝日 剛
     
    顕微鏡下に集光した近赤外レーザービームにより、溶液中高分子、超微粒子、ミセルなどをnm次元のコロイド粒子焦点に集め、捕捉し、μmサイズの単一微粒子を形成させる全く新しい現象の研究を行った。レーザーマニピュレーション技術として注目されてきたこの現象は、光圧という新奇な摂動による新しい分子集合の構造形成へ応用することができる。本研究では目的にあったコロイド粒子を選び、精度の高いレーザー捕捉・分光実験を積み重ねることにより、以下の興味ある結果を得た。集光ビームの光圧は帯電したコロイド粒子間の静電原発を抑え会合させることができる。光圧により捕捉しうる最小のコロイド粒子の大きさは12nmと決定した。また光圧に応答する分子パラメーターは分極率であることを証明した。nmコロイド粒子からμmサイズの単一粒子形成のメカニズムは熱力学的化学平衡に光学的ポテンシャル形成が重なったものとして説明できる。形成された単一微粒子の形状はラグビーボールを縦にした形をしている。また水溶液の場合、水分子が近赤外レーザービームを吸収し、その光熱変換により焦点近傍20μm程度に10〜20゜Cの温度勾配をつくる。光圧で形成した単一微粒子はレーザービームを切ると当然すぐミクロブラウン運動を開始し消失するので、単一微粒子を固定化するため、高分子基板に過渡溶融を誘起し接着する方法を提案した。本研究では光圧という全く新しい力によるコロイド粒子の集合体形成過程を調べ、その機構を明らかにし、かつそれを律する分子パラメータを示すことに成功した。有機物質のレーザー科学に新しい研究領域を開拓することができた。
  • 高機能微小光共振器デバイスの作製と共振器内光ダイナミクスの解析
    科学研究費補助金
    研究期間 : 1999年
  • Development of functional optical microcavity devices and analysis of photo-dynamics within the microcavities
    Grant-in-Aid for Scientific Research
    研究期間 : 1999年
  • レーザー光の放射圧による分子集合構造の形成
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 国際学術研究
    研究期間 : 1997年 -1998年 
    代表者 : 増原 宏, VAN der Auwe, DE Schryver, 笹木 敬司, 山本 正夫, 岩井 薫, SCHWEIZER Ge, DE SCHRYVER, 朝日 剛
     
    光プローブとして優れた性質を有するフェナントレン環とN,N-ジメチルアニリン環からなる分子内CT性分子を合成し、その光化学・光物理的性質を蛍光寿命、光音響スペクトル、過渡吸収の各測定・解析により明らかにした。この分子内CT蛍光プローブ分子を含むポリアクリルアミド系高分子化合物も合成し、熱、pH、添加イオン濃度などの刺激により誘起されるゾル・ゲル相転移の応答挙動のダイナミックスを、希薄溶液と濃厚溶液について種々のレーザー分光測定により解析した。ポリN-イソプロビルアクリルアミドの水溶液に顕微鏡下、集光レーザービームの光圧を外部刺激として相転移を誘起し、集合体形成による単一微粒子生長挙動を観察した。またその特徴を調べるとともに、ピコ秒顕微蛍光分光により形成された微粒子の内部構造を明らかにすることに成功した。光圧によるブロック重合高分子ミセルの微粒子形成過程とその内部構造の解析も合わせて行った。このようにレーザー光のもつ運動量の変化、すなわち光圧を駆使した新しい分子集合構造の形成を図る光圧化学ともいうべき新しい分野を開くことができた。
  • パルスレーザー光の放射圧を利用した微粒子の吸着力計測法の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 1995年 -1998年 
    代表者 : 笹木 敬司, 堀尾 浩司, 増原 宏, 堀田 純一, 喜多村 昇
     
    本研究では、集光レーザービームが微粒子によって散乱されるときにフォトンの運動量が受け渡されて発生する力「放射圧」を、微粒子と固体界面の吸着現象を解析するための光バネとして利用し、非接触・非破壊的にファン・デル・ワールス力を計測する新しい手法を開発した。ただし、吸着力は10^<-6>Nオーダーと強く、従来微粒子の操作に用いられてきたCWレーザーの放射圧では比較にならない。そこで、高強度のパルスレーザー(ピークパワー10^5W程度)を微粒子の側から平行光で照射し、瞬間的に発生した強い放射圧が吸着力を上回って微粒子が飛散するときのレーザー光強度から吸着力を求めるシステムを開発した。試作したシステムを用いて微粒子の粒径と吸着力の関係、微粒子に色素をドープして放射圧を増強したときの色素濃度とレーザー光強度しきい値の関係について実験を行い、リフシッツ理論から導かれるハマーカー定数やミー散乱理論による放射圧効率との整合性を確認し、本システムの有効性ならびに測定精度・感度を明らかにした。 最近、原子間力顕微鏡を利用して微粒子に作用する微小な力を測定する試みも活発に成されているが、探針が微粒子や溶液と相互作用して系の物理・化学的状態が乱されるとともに、探針に完全に固定された微粒子は本来の挙動が抹消されてしまいin site測定は実現できない。これに対し、放射圧による光バネを用いれば微粒子と基板の吸着力を非接触に直接測定することができる。最近注目されている半導体ナノクリスタル、有機超微粒子、高分子凝集体、ミセル、色素分子会合体などの微粒子においても固体界面との相互作用は重要な課題であり、本システムによりそのメカニズムを解明することで新しい機能材料開発への道が開けるものと期待できる。
  • 極微少空間の分子系光励起エネルギー緩和・光反応・光加工
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 重点領域研究
    研究期間 : 1997年 -1997年 
    代表者 : 増原 宏, 笹木 敬司
     
    分子系固体の微症領域における光励起エネルギー緩和現象の解明を目的とし、ピコ秒近接場光学顕微鏡を開発した。本システムは蛍光スペクトルと蛍光減衰曲線を100nmの空間分解能で表面形状と共に測定できる性能をもち、これによりバルクと同じ精度の議論をナノメートルオーダーの微小領域について行うことが可能になった。測定対象としては、固体反応を念頭に、不均一性、発光特性、実験容易性から二成分系有機結晶、具体的にはエネルギー供与体・受容体、電子供与体・受容体系をとりあげ調べた。以下にその結果を示す。 1.近接場蛍光分光により、テトラセン微結晶の蛍光スペクトルの2つのピーク比が結晶ごと及び結晶中の場所ごとで異なり、トポグラフィーとの比較からピーク比が結晶の厚さに依存することを明らかにした。この原因を再吸収の影響、結晶の表面層における欠陥濃度の2点から議論し、後者の寄与が大きいと結論した。 2.アントラセン-四塩化無水フタル酸電荷移動錯体結晶に対し近接場蛍光分光システムを用い、蛍光強度及びスペクトルマッピングを行った。1つの微結晶中において蛍光スペクトルには位置依存性が観られなかったが、蛍光強度に不均一性が観察され、その可能な原因について考察した。 3.ピコ秒近接場顕微鏡を用いて、アントラセン-四塩化無水フタル酸-無水ピロメリット酸の3成分電荷移動錯体微結晶の蛍光スペクトルとそのダイナミックスを測定した。結晶中の枝分かれの部分にはマイクロメートルサイズのドメインが複数存在し、蛍光スペクトルと蛍光寿命の違う2種類の結晶構造から成ることがわかった。また蛍光強度が弱く、蛍光寿命の短いドメインも確認され、エネルギーを受け取る消光サイトが局在していると結論した。
  • レーザーアブレーション機構解明のためのナノ秒形態観察・分光システムと解析法の確立
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 1995年 -1997年 
    代表者 : 増原 宏, 岡 宏一, 笹木 敬司, 福村 裕史
     
    光と物質の相互作用に基づく多様な物理的・化学的現象の解明は、現在最も注目を浴びている分野である.我々はフィルム、微結晶、微粒子を含む各種有機固体の超高速分光、顕微分光、光反応、光マニピュレーションの研究を推し進めているが、パルスレーザー高強度を徐々に上げていくとその中で必ずパルスレーザーにより有機固体の形態変化が起こる.このダイナミクスは光物理・光化学現象として興味深いのみならず、構造・物性変化の動的側面を時間分解測定に基づいて考察することが出来る現象として貴重である. 本研究ではナノ秒パルスレーザーとマイケルソン型干渉画像計測法を組み合わせ、10nsの時間分解能で20nmの表面変位を測定する新しい時間分解干渉画像計測法を開発した.これにより得られる微小形態変化ダイナミクスを、各種時間分解分光法のデータと組み合わせ考察することにより、アブレーションの基礎的研究として新しい地平線を切り拓くことが出来たと考えている. 1)新しい方法論の開発 2)“繰り返し多光子吸収"による光熱的レーザーアブレーション機構の確立 3)光化学的レーザーアブレーション機構の確立 4)高分子フィルムの膨張・収縮ダイナミクスの解明 5)高分子固体の光分解反応とエッチングダイナミクスの解明
  • 超高感度フォトンフォース計測技術の開発と分子・細胞系解析への応用
    科学研究費補助金
    研究期間 : 1997年
  • Development of high-sensitive photon-force measurement techniques and the applications to analyses of molecular and biological systems
    Grant-in-Aid for Scientific Research
    研究期間 : 1997年
  • 光の放射圧を用いた分子系超構造の全く新しい制御法
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 重点領域研究
    研究期間 : 1996年 -1996年 
    代表者 : 増原 宏, 笹木 敬司
     
    光の放射圧は力としては弱いが、マイクロメートルからナノメートルの高分子や超分子を動かすことができる。この力を使った新しい分子集合体の形成や反応の制御の研究を行っている。本年度は以下の成果を得た。(1)高分子を集めて単一微粒子を作る。ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)の水溶液はpH、温度などの外部刺激により相転移を示す。我々は顕微鏡下に1064nmの近赤外光を集光照射し、放射圧により焦点付近に大きい単一の真球を形成することに成功した。(2)ミセルを集め単一液滴を作る。ドデシル硫酸ナトリウム水溶液にキシレン、1-ペンタノールを加え調整することにより、100nm以下の安定な膨潤ミセルを形成することができる。このミセルの平均分極率は水の分極率よりも大きいので、顕微鏡下に絞り込んだ近赤外光の放射圧に引き寄せられ、凝集し、さらに融合していることを示した。(3)液晶の欠陥を自在に制御する。液晶薄膜を偏光顕微鏡を用いて観察すると、欠陥の中心となる特異点周辺で液晶分子の配向変化により生じるシュリーレン構造が観測される。この特異点は集光スポットに引き寄せられ、ビームを走査することにより自由自在にマニピュレーションすることができた。さらに、特異点を捕捉したままビームを走査して、対となった特異点まで動かすことにより、2つの特異点を融合し消滅させることができた。
  • フォトン走査顕微鏡による微小空間の溶液中光エネルギー緩和の直接測定
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 1995年 -1996年 
    代表者 : 増原 宏, 朝日 剛, 笹木 敬司
     
    当初システムの開発と溶液系への応用を意図して研究を開始したが、装置組立、制御方式の検討、性能向上、高信頼性データの取得を含めたシステムの開発に予想以上の時間がかかり、溶液系の研究への応用には至らなかった。しかしながら、完成させたピコ秒近接場光学顕微鏡は我が国で最も優れた性能をもち、世界的にも同レベルのデータはミネソタ大学のPaul Barbara他アメリカの数研究所から発表されているだけである。従ってスペクトル、蛍光減衰曲線の解析を踏まえ、バルクと同じ精度の議論を100nmオーダーのメゾスコピックについて行うことが可能になったことは誇ってよい。測定対象としては、固体反応を念頭に、不均一性、発光特性、実験容易性から二成分系有機結晶、特にエネルギー供与体・受容体、電子供与体・受容体系をとりあげ調べた。その結果、モルホロジーと蛍光特性の相関という全く新しいタイプの情報に基づいた物性の考察が可能となった。 具体的な成果として次の3点を得た。(1)テトラセンキャスト膜は薄い方がより純粋な結晶状態をとる。(2)アントラセン-無水四塩化フタル酸のCT錯体キャスト膜は発光性及び無発光性ドメインが混在するが、発光性のCT錯体は同じスペクトル、従って同じ電子状態を与える。(3)アントラセンに無水四塩化フタル酸と無水ピロメリット酸の2種のCT錯体を形成させ、蛍光スペクトルとピコ秒ダイナミックスの結晶異方性、空間不均一性を明らかにした。
  • ナノメートル光化学プローブ顕微鏡の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 1995年 -1995年 
    代表者 : 笹木 敬司
     
    本研究ではpH感応高分子微粒子の光マニピュレーションを利用して水素イオン濃度の3次元不均一分布を計測する新しい手法を開発した。pH感応高分子としては、アクリルアミド、N,N-メチレンビスアクリルアミド、フルオレセインアミン誘導体の共重合体を作製した。微粒子を生成する手法として、粉砕法、種々の活性剤によるエマルジョンを利用した手法、噴霧による気体中液滴による手法などを実験的に検討した結果、1μm以下の微粒子を作製するには粉砕法が最適であった。作製した微粒子をナノメートルオーダーの精度で走査するためには、Nd:YAGレーザーを顕微鏡下で集光し放射圧で微粒子を捕捉する光マニピュレーション法を応用した。本手法は非接触・非破壊的な微粒子操作技術であり、試料の物理化学的環境に対する影響もほとんどなく、また、従来のファイバーチップに比べてプローブが試料に接触したときの損傷が小さいという特徴もある。レーザー操作による微粒子の位置制御は、理論的、実験的に約10nmの精度が得られることを確認した。 この微粒子をpHの異なる緩衝液中で励起光を照射し、高感度マルチチャンネル分光検出器で蛍光スペクトルを観測した結果、各位置毎のスペクトルから水素イオン濃度分布を解析できることを確認した。本pHプローブ顕微鏡を用いてガラス/水界面の電気二重層の測定を試みたところ、水中とガラス界面近傍におけるpHの差を観測することができた。本手法で得られる空間分解能は光の波長には制限されず、微粒子の大きさと走査の精度によって決まり、ナノメートルオーダーの計測を実現することができ、今後、色素の退色などいくつかの残された問題を克服してナノメートルの分解能で空間分布を観測することを試みたい。
  • 単一蛍光分子のダイナミック分光測定法の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 1994年 -1994年 
    代表者 : 笹木 敬司
     
    本研究では、分子一個一個の動的特性を直接観測することを目的として、球形微粒子を利用した全く新しい時間分解分光計測法を開発した。本手法は、球形微粒子に被測定分子をドープして光励起し発光させると微粒子の界面を光が伝搬して共鳴する現象に基づく。球形微粒子における光共鳴現象について波動光学的に解析するとともにレート方程式を用いて誘導放出過程のシミュレーションを行った結果、共鳴は界面層の波長オーダーの領域にピコ秒オーダーの時間スケールで生成し、そのQ値は10^8にも達することを明らかにすることができた。また、この共鳴は界面層および微粒子近傍の屈折率、吸収係数によって大きく変化するという知見が得られた。このような球形微粒子における共鳴現象の特徴を利用して、微粒子の吸収、屈折率変化の情報を極めて高感度に観測する手法を考案し、単一分子の分光を目的とした時間分解分光計測システムを開発した。本システムは、レーザートラッピング技術により単一微粒子を捕捉・操作するとともに、超短パルスレーザーを照射して微粒子内の分子を発光させ共鳴を誘起する。発光の測定にはスループットが高い分光器および高感度の検出装置を利用し、微粒子内分子のスペクトルおよび時間分解過渡波形を観測する。また、発光の偏光特性から分子の動的特性を解析する新しい手法も併せて開発した。種々の蛍光分子をドープしたポリマーラテックス、微小液滴を作製し、開発したシステムを用いて高感度のダイナミック分光測定を行い、その有効性を検討した。
  • 微粒子の光共振現象を利用した動的分光法の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 1993年 -1993年 
    代表者 : 笹木 敬司
     
    高分子ラテックス、マイクロカプセルなどの微粒子は、新しい機能材料の構成要素として、また、生体内や微小領域に置ける物質輸送の媒体として最近注目されているが、これらの応用に伴い、微粒子一個一個の内部や表面・界面で起こる物理化学現象を計測して反応機構やその動的特性を明らかにする研究の重要性が高まっている。本研究では、表面張力により高い真球度が得られるマイクロメートルオーダーの微粒子を一種の光共振器として利用し、高感度・高精度に単一微粒子の分光計測を行う全く新しい手法を開発した。本手法は、球形微粒子内の物質を光励起し発行させると表面波が発生して共鳴する現象に基づくもので、屈折率や吸収によって敏感に変化する共振波長やQ値を観測して微粒子界面近傍の物質状態を精密に解析する手法である。光学顕微鏡、励起用パルス光源、分光測定装置、および制御用のコンピュータを組み合わせて試作したシステムにより、色素をドープしたポリマー微粒子界面の解析を行い、本手法の有効性を示した。また、高強度のパルス励起により微粒子内でレーザー発振を誘起することが可能であり、このパルス発振光を用いて微粒子における超高速現象の時間分解測定を行う手法を開発した。さらに、光の放射圧を利用したレーザートラッピング技術を導入して微粒子を自在に操ることにより、微粒子間あるいは微粒子と他の物質との相対的な位置を制御して、エネルギー移動などの物理科学的相互作用による種々の現象を高空間分解能で動的分光計測することも試みた。
  • 生体超微粒子のダイナミックセンシング法の開発
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 1988年 -1988年 
    代表者 : 笹木 敬司
  • 多波長情報を付加した新しい顕微パターン解析手法の確立
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    研究期間 : 1986年 -1987年 
    代表者 : 笹木 敬司

教育活動情報

主要な担当授業

  • 光情報システム学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : 光情報処理
  • 光情報システム学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 情報科学院
    キーワード : 光情報処理
  • 光情報システム学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 博士後期課程
    開講学部 : 情報科学研究科
    キーワード : 光情報処理
  • 光情報システム学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 博士後期課程
    開講学部 : 情報科学院
    キーワード : 光情報処理
  • 環境と人間(1単位)
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 全学教育
    キーワード : 最先端技術、ナノテクノロジー、光科学、極微細技術、自己組織化、ナノ材料、半導体、高分子、超分子、フォトニクス、エレクトロニクス、レーザー、物理、化学、量子
  • 光工学
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 反射・屈折、回折・干渉、自然放出、誘導放出、光共振器、レーザー
  • 物理学Ⅰ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 全学教育
    キーワード : 運動、力、運動の法則、仕事、エネルギー、運動量、保存則、剛体、流体、単振動、音と光、干渉、回折
  • 電気電子工学演習Ⅳ
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 学士課程
    開講学部 : 工学部
    キーワード : 回路の過渡応答,伝送線路の基本特性.pn接合、ショットキー接合、MOS構造、バイポーラトランジスタ、MOSFET,発光遷移と光吸収,光共振器

大学運営

学内役職歴

  • 2013年5月27日 - 2015年3月31日 研究戦略室室員
  • 2015年4月1日 - 2017年3月31日 研究戦略室室員
  • 2014年4月1日 - 2015年9月30日 電子科学研究所附属グリーンナノテクノロジー研究センター長


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