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ナノオプティクス・ナノフォトニクスのすべて
[コードNo.06FTB006]

■体裁/ B5判・352頁
■発行/ 2006年 5月 30日 (株)フロンティア出版
■定価/ 59,400円(税込価格)

刊行にあたって
 20世紀は電気・電子の時代であった。19世紀末、エジソンはニューヨークに発電所を作り、街に電灯の明かりを灯し、映写機や蓄音機を作った。あらゆる機械は電力によって動き、情報もまた電気によって伝えられる。そして、いま21世紀が始まった。20世紀に花開いた電気工学は、21世紀にはナノテクノロジーとフォトンテクノロジーにその役割の一部を譲ることになるであろうと考えられている。すでにテレビはブラウン管から液晶に代わり、銅線ケーブルは光ファイバーに代わりつつある。パソコンの中には、レーザーとレンズからなる光学顕微鏡であるCD・DVDが入っている。カーボン・ナノ材料やナノ・バイオテクノロジー、化合物半導体量子ドットや金属ナノ微粒子などのナノレベルで構造制御された材料の製造技術が確立され、自然界の材料にない奇異な機能を発現する材料設計・開発が進んでいる。
 考えてみれば、日本はもともと精密工学に強く光学技術に強かった。トランジスタ・ラジオやオーディオ、テープ・レコーダーなどのマイクロエレクトロニクス、時計や小型モーターなどのマイクロメカニクスは、日本が世界を文字通り先導してきたし、カメラ、顕微鏡、CD・DVD、液晶テレビなどの光技術も、長く日本の独壇場である。マイクロテクノロジーと光技術の日本の成功は、当然ナノテクノロジーとフォトンテクノロジーの融合であるナノオプティクス・ナノテクノロジーへの日本の今後の貢献と責任を示唆する。
 実際、日本の研究者のこの分野の研究は世界をリードしており、世界の中で新しい科学と応用を開拓し続けている。監修者・編者らは、これまでにもいくつかの啓蒙書や報告書を出版してきたが、この機会にさらに日本と世界を代表する最先端の研究者がこの書物において一同に集まり、ナノオプティクス・ナノフォトニクスのstate-of-artを示すことは、今後の研究者の参入への呼び水となろうし、また異分野・異業界の研究者・ユーザーに対して、ナノ・オプティクス、ナノ・フォトニクスとのコラボレーションへの興味や熱意を刺激することになるであろう。本書を通じて、広い分野の読者からのナノオプティクス・ナノフォトニクスへの関心が高まれることを期待したい。
河田聡

監修
河田聡大阪大学 大学院 工学研究科 応用物理学専攻 教授;(独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 主任研究員
編集
梅田倫弘東京農工大学 大学院 共生科学技術研究院 教授
川田善正静岡大学 工学部 機械工学科 教授
羽根一博東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授
執筆者一覧(執筆順)
河田聡大阪大学 大学院 工学研究科 応用物理学専攻 教授;(独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 主任研究員
梅田倫弘東京農工大学 大学院 共生科学技術研究院 教授
川田善正静岡大学 工学部 機械工学科 教授
羽根一博東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授
菊田久雄大阪府立大学 大学院 工学研究科 機械系専攻 助教授
馬場俊彦横浜国立大学 大学院 工学研究院 知的構造の創生部門 教授
安藤恒也東京工業大学 大学院 理工学研究科 物性物理学専攻 教授
渡辺敏行東京農工大学 大学院 共生科学技術研究部 教授
藤田雅之(財)レーザー技術総合研究所 レーザー加工計測研究チーム 主任研究員
井上康志大阪大学 大学院 生命機能研究科 教授
斎木敏治慶應義塾大学 理工学部 電子工学科 助教授
早澤紀彦(独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 研究員
齋藤結花(独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 基礎科学特別研究員
西山達東京農工大学 大学院 工学教育部
松山剛パルステック工業(株) 技術本部 主任;静岡大学 工学部 機械工学科
上柳喜一富士ゼロックス(株) 先端デバイス研究所 主幹研究員
加藤純一(独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 先任研究員
藤田克昌大阪大学 大学院 工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助手
安藤敏夫金沢大学 大学院 自然科学研究科 教授
阿部洋(独)理化学研究所 伊藤ナノ医工学研究室 研究員
伊藤嘉浩(独)理化学研究所 伊藤ナノ医工学研究室 主任研究員;(財)神奈川科学技術アカデミー 再生医療・バイオリアクタープロジェクト プロジェクトリーダー
間宮純一東京工業大学 資源化学研究所 高分子材料部門 助手
池田富樹東京工業大学 資源化学研究所 高分子材料部門 教授
樋口秀男東北大学 先進医工学研究機構 生体用材料創製分野 教授
渡辺朋信東北大学 先進医工学研究機構 生体用材料創製分野 助手
杉浦忠男奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 情報生命科学専攻 助教授
市村國宏東邦大学 理学部 特任教授
納谷昌之富士写真フイルム(株) R&D統括本部 先進コア技術研究所 主席研究員
丸尾昭二横浜国立大学 大学院 工学研究院 システムの創生部門 助教授
杉岡幸次(独)理化学研究所 緑川レーザー物理工学研究室 先任研究員
三澤弘明北海道大学 電子科学研究所 教授;ナノテクノロジー研究センター センター長
日暮栄治東京大学 先端科学技術研究センター 助教授
澤田廉士九州大学 大学院 工学研究院 システム生命科学府専攻 教授
小野崇人東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 助教授
森島圭祐東京農工大学 大学院 共生科学技術研究院 助教授
佐々木実東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 助教授
深港豪九州大学 大学院 工学研究院 応用化学部門 助手
入江正浩九州大学 大学院 工学研究院 応用化学部門 教授
坂口浩司静岡大学 電子工学研究所 助教授
田中拓男(独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 先任研究員
大津元一東京大学 大学院 工学系研究科 教授
川添忠科学技術振興機構 SORST ナノフォトニクスチーム 研究員
高原淳一大阪大学 大学院 基礎工学研究科 システム創成専攻 助教授
岡本隆之(独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 先任研究員
小山二三夫東京工業大学 精密工学研究所 マイクロシステム研究センター 教授
金森義明東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 助手
中沢正隆東北大学 電気通信研究所 超高速光通信研究分野 教授

構成と内容
序章ナノオプティクス・ナノフォトニクスへの期待(河田聡)
1ナノの時代
2スペクトロスコピーの役割
3プラズモニクス
4バイオテクノロジーとナノテクノロジーを繋ぐフォトンテクノロジー
第1章ナノオプティクス・ナノフォトニクスの基礎
1ナノ計測工学の基礎(梅田倫弘)
1.1はじめに
1.2ナノ計測の特徴
1.3各種プローブによるナノ計測
1.3.1ナノ計測に必要なプローブ
1.3.2走査型プローブ顕微鏡
1.4走査型近接場光学顕微鏡
1.4.1基本装置構成
1.4.2近接場光学顕微鏡用プローブ
2近接場光学の基礎(川田善正)
2.1界面のニアフィールドに存在する光−エバネッセント波−
2.2エバネッセント波の強度
2.3微細構造によるエバネッセント波の発生
2.4微小開口によるエバネッセント波の発生と微小スポットの形成
2.5微細構造を利用した高分解能顕微鏡
3光MEMSの基礎(羽根一博)
3.1はじめに
3.2マイクロ光学ベンチ
3.3フォトリソグラフィとマイクロマシニング
3.4表面マイクロマシニング
3.5バルクマイクロマシニング
3.6マイクロアクチュエータ
4プラズモニクスの基礎(河田聡)
4.1はじめに−100年前−
4.2フォトンと表面プラズモンの結合
4.3表面プラズモン・センサ
4.4表面増強ラマン散乱
4.5金属針を用いた近接場顕微鏡
4.6プラズモニック・デバイス
5誘電体ナノ周期構造の基礎(菊田久雄)
5.1ナノ周期構造の光学的性質
5.2光波結合方程式と固有モード波
5.31次元周期構造の分散面
5.4構造複屈折の強さと波長依存
5.5EMT
5.6EMTと厳密解析との使い分け
6フォトニック結晶の基礎(馬場俊彦)
6.1フォトニックバンドと期待される現象
6.2作製法
6.3ナノレーザ、ナノ共振器
6.4VCSELとLED
6.5ナノ導波路とスローライト
6.6スーパープリズム光学系
7カーボンナノチューブの光学理論(安藤恒也)
7.1はじめに
7.2カーボンナノチューブの電子状態
7.2.12次元グラファイト
7.2.2ナノチューブ
7.2.3有効質量近似
7.3光スペクトルと励起子効果
7.3.1光の偏光と選択即
7.3.2多体効果と励起子
7.4おわりに
82光子吸収の基礎(渡辺敏行)
8.12光子吸収とは
8.22光子吸収色素の分子設計
8.32光子吸収の応用
8.3.1生体試料の観察
8.3.2生体機能制御
8.3.3三次元光メモリー
8.3.4三次元光造形
9フェムト秒レーザーの基礎(藤田雅之)
9.1フェムト秒パルスの発生
9.1.1フェムト秒パルスの作り方
9.1.2発生できるパルス幅の目安:フーリエ限界パルス
9.1.3フェムト秒パルスによる非線形現象
9.1.4フェムト秒発振器の基本構成
9.1.5なぜTi:Sapレーザーはレーザーで励起するのか?
9.1.6繰返し周波数は何で決まる?
9.1.7ファイバーからのフェムト秒パルス
9.2フェムト秒パルスの増幅
9.2.1チャープパルス増幅
9.2.2再生増幅器
9.3フェムト秒パルスを使う
9.3.1分散によるパルスの伸び
9.3.2集光強度から電界強度を求める
9.3.3レーザーの電場で揺さぶられる電子
第2章ナノオプティクス・ナノフォトニクスによる観察、検出、分析
1近接場赤外分光(井上康志)
1.1はじめに
1.2赤外分光法
1.3近接場赤外顕微鏡
1.3.1赤外近接場プローブ
1.3.2装置構成
1.4近接場赤外分光計測・イメージング
1.4.1微小開口カンチレバー
1.4.2DFGを光源とした近接場赤外顕微鏡
1.4.3赤外自由電子レーザーを光源とした近接場赤外顕微鏡
1.5おわりに
2近接場光学顕微鏡による単一量子ドット分光(斎木敏治)
2.1はじめに
2.2半導体量子ドットについて
2.3単一量子ドット分光
2.4単一ドット分光のための近接場光学顕微鏡
2.5単一量子ドット分光の実例
2.6量子ドットの波動関数を見る
3近接場ラマン分光(早澤紀彦、斎藤結花)
3.1金属プローブを用いた近接場ラマン分光
3.2近接場ラマン顕微鏡とその偏光測定
3.2.1高開口数対物レンズによる偏光測定
3.2.2近接場プローブと偏光
3.2.3単層カーボンナノチューブの近接場偏光測定
3.2.4反射型近接場ラマン顕微鏡による歪みシリコンの物性評価
3.3近接場非線形ラマン顕微鏡
3.4おわりに
4偏光近接場光学顕微鏡(梅田倫弘)
4.1はじめに
4.2偏光と物質の相互作用
4.3顕微鏡の基本原理
4.4装置構成
4.5観測例
4.5.1ナノインデント圧痕の応力分布
4.5.2AFMナノラビング
4.6おわりに
5近接場バイオイメージング(川田善正)
5.1はじめに
5.2近接場光学顕微鏡
5.3近接場露光技術を用いた高分解能顕微鏡
5.4生きている生体試料の観察
5.5おわりに
6ナノパターンドメディア(松山剛)
6.1次々世代光記録技術へ要求
6.2自己組織化によるナノパターンド近接場光メディアの形成
6.3自己組織化技術を用いたナノドット構造の作製手順
6.4実験結果と考察
6.4.1ナノドット構造体の配列規則性のPS-P2VP濃度依存性
6.4.2ナノドット構造体の密度のPS-P2VP分子量依存性
6.4.3金属薄膜上におけるナノドット構造体の形成
6.4.4金-ナノドットアレイ界面における表面プラズモンポラリトンの励起
6.5おわりに
7SIL(Solid Immersion Lens)光メモリ(上柳喜一)
7.1はじめに
7.2SILの種類と原理
7.2.1半球型SIL
7.2.2超半球型SIL
7.3SILの加工と加工・組み立て精度
7.4SIM
7.5SIL光メモリの開発の経緯
7.6SIL光ディスク装置
8ナノプラズモニック・ナノイメージング(加藤純一)
8.1はじめに
8.2金属スラブのよる近接場イメージング
8.3金属ナノロッドアレイによる近接場イメージング
8.4おわりに
9第2高調波顕微鏡(藤田克昌)
9.1はじめに
9.2第2高調波発生
9.3第2高調波顕微鏡
9.4第2高調波顕微鏡による観察例
9.5おわりに
10高速AFM(安藤敏夫)
10.1はじめに
10.2AFMのイメージング速度を決める因子
10.3デバイスの開発
10.3.1スキャナー
10.3.2動的PID制御
10.3.3微小カンチレバー
10.3.4光・熱励振
10.4バイオイメージング
11バイオプローブを用いたイメージング法とチップ解析法(阿部洋、伊藤嘉浩)
11.1はじめに
11.2バイオプローブによるイメージング法
11.2.1蛍光性バイオプローブ概説
11.2.2既法の問題点と今後の展望
11.3バイオプローブによるチップ解析法
11.3.1光固定化法
11.3.2光固定化マイクロアレイと観察法
11.4おわりに
第3章ナノオプティクス・ナノフォトニクスによる駆動、制御
1フォトクロミック液晶エラストマーによる光運動材料の開発(間宮純一、池田富樹)
1.1はじめに
1.2フォトクロミック液晶高分子
1.3フォトクロミック液晶エラストマー
1.4フォトクロミック液晶エラストマーの光屈曲
1.5おわりに
2バイオナノマシンの運動計測と制御(樋口秀男、渡辺朋信)
2.11分子生命科学の誕生
2.2キネシン1分子のnmの位置とpNの力測定
2.3紫外線を照射して精子鞭毛内ダイニン1分子の振動運動を開始させる
2.4モータータンパク質の1分子化学反応を蛍光分子を用いて可視化する
2.5蛍光粒子の運動を1nmの位置精度で測定する
2.6おわりに
3光マニピュレーション(杉浦忠男)
3.1はじめに
3.2放射圧発生の原理
3.3光ピンセットによる操作
3.3.1誘導体粒子のマニピュレーション
3.3.2金属粒子のマニピュレーション
3.3.3光マニピュレーションによる回転操作
3.4光マニピュレーションを用いた力計測
3.5ナノ・オプティクスによる駆動、制御
4液滴駆動(市村國宏)
4.1はじめに
4.2濡れ性と液滴移動の原理
4.3アゾベンゼン単分子膜の設計
4.4アゾベンゼン単分子膜を用いる光照射による液体の移動
4.5さまざまな光応答性表面
4.6おわりに
第4章ナノオプティクス・ナノフォトニクスによる加工、制御
1近接場リソグラフィー(納谷昌之)
1.2近接場リソグラフィーとその課題
1.2.1近接場リソグラフィー
1.2.2近接場リソグラフィーの課題
1.32層レジストを用いる高アスペクト比近接場光リソグラフィー
1.4マスクから発生する近接場光分布特性の解析
1.5おわりに
22光子造形(丸山昭二)
2.1はじめに
2.22光子マイクロ光造形法
2.2.12光子吸収による光重合
2.2.2造形装置とマイクロ立体構造の試作
2.2.3マイクロ可動部品の作製
2.32光子マイクロ光造形法の応用
2.4おわりに
3レーザーナノプロセッシング(杉岡幸次)
3.1はじめに
3.2アブレーション加工
3.3デジタルエッチング
3.4ナノインプリント
3.5特殊光学装置の利用
3.6多光子吸収の利用
3.7ナノリップル構造の形成
3.8おわりに
4有機フォトニック結晶(三澤弘明)
4.1はじめに
4.23次元フォトニック結晶の構造と作製法
4.3面心立方格子コロイド結晶の作製
4.4集光フェムト秒レーザ加工によるフォトニック結晶の作製
4.5おわりに
5細胞のナノサージェリー(藤田克昌)
5.1はじめに
5.2超短パルスレーザーによる細胞加工
5.3細胞機能の制御
5.4タンパク質の不活性化
5.5おわりに
6光マイクロセンサ(日暮栄治、澤田廉士)
6.1はじめに
6.2変位センサ
6.3変位センサを内蔵した光マイクロセンサ
6.4生体情報計測用センサ
6.5バイオ蛍光センサ
6.6おわりに
7MEMSプローブ(小野崇人)
7.1はじめに
7.2開口型近接場光学プローブ
7.3ハイブリッド型近接場光プローブ
7.4ボータイ型近接場プローブ
7.5MEMSプローブアレイ
8力学的・化学的機能を有する生体組織集積化バイオMEMSの開発(森島圭祐)
8.1はじめに
8.2心筋細胞駆動型バイオアクチュエータによるマイクロ構造物の駆動
8.2.1心筋細胞駆動型ハイドロゲルマイクロピラーアクチュエータ
8.2.2心筋細胞駆動型PDMSマイクロピラーアクチュエータ
8.3心筋細胞駆動型マイクロポンプの開発
8.3.1心筋細胞シート移植法の開発
8.3.2心筋細胞シートによる流体駆動の実証
8.3.3超微量型心筋マイクロポンプ機能の実証
8.4今後の展開
9MEMSデバイスと集積化(佐々木実)
9.1はじめに
9.2外部光学系
9.3機能の集積
9.4数の集積
9.5おわりに
10フォトクロミック(深港豪、入江正浩)
10.1近接場光記録
10.23次元光記録
10.3フォトメカニカル効果
10.4単一分子光メモリ
10.5おわりに
11導電性単一分子ワイヤー(坂口浩二)
11.1はじめに
11.2電気化学エピタキシャル重合
11.2.1モノマー・ヨウ素混合系
11.2.2表面核埋込法
11.3異種分子ワイヤの電気化学的接続
11.4おわりに
12メタマテリアル(田中拓男)
12.1はじめに
12.2研究の動向
12.3誘電率の制御方法
12.4透磁率の制御
12.5今後の展開
第5章ナノオプティクス・ナノフォトニクスによる発光、通信
1ナノフォトニックデバイス(大津元一、川添忠)
1.1はじめに
1.2ナノフォトニック加工
1.3ナノフォトニックデバイス
1.4ナノフォトニックシステム
1.5おわりに
2負誘電体ナノ構造の熱輻射(高原淳一)
2.1共振器による自然放出の制御
2.2熱輻射制御の原理
2.3負誘電体微小共振器における熱輻射
2.4負誘電体周期構造における熱輻射
2.5応用
3プラズモニック発光素子(岡本隆之)
3.1はじめに
3.2プラズモニック結晶
3.3プラズモニック結晶による蛍光増強
3.4プラズモニック・バンドギャップ・レーザー
3.4.1吸収損失の低減
3.4.2輻射損失の低減
3.5プラズモニック結晶の有機ELへの応用
3.6おわりに
4面発光半導体レーザ(小山二三夫)
4.1はじめに
4.2発光材料と共振器形成技術
4.3長波長帯面発光レーザ
4.4波長集積・制御技術
4.5金属ナノ構造面発光レーザと光近接場
4.6おわりに
5導波モード共鳴格子(菊田久雄)
5.1導波モード共鳴格子
5.2格子構造と反射特性
5.3導波モード共鳴格子の応用
5.4共鳴波長の外部制御
5.5格子作製における注意点
6ナノ格子反射防止フィルタ(金森義明)
6.1はじめに
6.2SWGを用いた反射防止構造の特性と応用
6.3反射防止構造の光学設計
6.4反射防止構造の製作技術
6.5LEDへの応用
7フォトニック結晶ファイバー(中沢正隆)
7.1はじめに
7.2PCF(Photonic Crystal Fiber)
7.2.1実効屈折率モデルによるPCFの評価
7.2.2分散特性
7.3PCFの作製と超短パルス伝搬特性
7.3.1PCFの作製
7.3.2偏波保存(複屈折)PCF
7.4PBF(Pthonic Bandgap Fiber)
7.4.1PBFの原理
7.4.2低損失PBF
7.5おわりに

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