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三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
JAEA-Review 2012-046, JAEA Takasaki Annual Report 2011, P. 126, 2013/01
In this study, a PMMA-based MZ waveguide was fabricated utilizing PBW to develop a thermo-optic switch. A 10-
m-thick PMMA film was firstly spin-coated onto the 15 m SiO
film as the under cladding. Cores of a MZ waveguide with 8 m width were secondary drawn at the dose of 100 nC/mm
in the PMMA film using PBW with H
beam of the size of 
1.1 m and beam current of 50 pA at 1.7 MeV. The MZ waveguide was drawn by symmetrically coupling two Y junctions and its branching angle was set to 2
to reduce optical branching loss. Finally a 10-m-thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper cladding by spin-coating. The mode-field diameter of near field patterns with about 10 m width was observed at 
= 1.55 m on the basis of a fundamental mode without no higher-order modes which required to develop our objective MZ type thermo-optic switch for optical-fiber telecommunication. The result of the observation showed that the PMMA-based single-mode MZ waveguide for = 1.55 m was successfully fabricated using PBW. As the next step to develop the optical switch, we will form a Ti thin-film heater and A
electrodes on the MZ waveguide using photolithography and wet-etching processes.
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
Key Engineering Materials, 534, p.158 - 161, 2013/00
被引用回数：5 パーセンタイル：88.84(Nanoscience & Nanotechnology)We develop a thermo-optic switch of the Mach-Zehnder type polymer waveguide using proton beam writing (PBW). In this study, we succeeded in near field pattern Mach-Zehnder type single mode polymer waveguides at a wavelength of 1550 nm. The samples for the waveguides were composed with a 15--thick under-cladding layer of SiO deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering and a 10-m-thick PMMA film spin-coated onto the SiO layer as a core layer. We wrote Mach-Zehnder type waveguides having a width of 8 m on the PMMA layer by PBW with a beam size of 1 m and a beam current of 50 pA. After this writing, the 10-m-thick-PMMA layer was deposited again as an upper-cladding layer by spin-coating. In the observation of these waveguides, the light of laser of 1550-nm wavelength was injected into one side of the waveguide through a single-mode fiber. From the observation of the light emitted from the opposite side of the waveguides, near field patterns was observed using a vidicon camera with an optical microscope. The observation result demonstrated that the light traveled by single mode in the Mach-Zehnder type polymer waveguide. In the conference, we will report the development of the Mach-Zehnder type polymer waveguide in detail. In addition, the thermo-optic switch at the wavelength of 1550 nm by the Mach-Zehnder type polymer waveguide will also be briefly reported.
遠藤 聖*; 柴田 靖*; 山本 哲哉*; 中井 啓*; 松村 明*; 佐藤 隆博; 横山 彰人; 江夏 昌志; 大久保 猛; 山崎 明義; et al.
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 86, 2012/01
Micro particle-induced X-ray emission (micro-PIXE) was applied to determine the inter- and intracellular distribution of boron-10 (
B) in tumor cells. The peak B atom measurement was large on the measurement spectrum in comparison to the circumference background. It was possible to confirm that B atoms were measured. But, the intracellular micro-distribution of boron could not be clearly detected in this analysis. Improvements are therefore necessary in the technical methods of cell fixation, while the micro-PIXE and PIGE analyzing system also needs to be further upgraded.
佐藤 隆博; 江夏 昌志; 加田 渉; 横山 彰人; 大久保 猛; 山崎 明義; 石井 保行; 神谷 富裕
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 83, 2012/01
In order to get better spatial resolution of PIXE-CT, ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) iterative algorithm) was used instead of FBP. The ML-EM algorithm had been developed for emission computed tomography such as SPECT (single photon emission computed tomography). It is relatively easy to apply the ML-EM to micro-PIXE because both SPECT and micro-PIXE originated from photon emission phenomena. Moreover, unlike FBP, the ML-EM algorithm has highly resistance against the errors of projection images and is suitable for rare event analyses such as micro-PIXE. As a result, the estimated FWHM is 4.4 
0.6 m, which is the best performance of PIXE-CT in our study.
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; et al.
JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 126, 2012/01
We develop optical waveguides using Proton Beam Writing (PBW). In this study, Y-junction PMMA film waveguides at 1.55 m were fabricated using PBW. First, an SiO film was deposited as an under-cladding on an Si substrate using radio-frequency sputtering. After a PMMA film was spin-coated on the SiO film, the sample was baked at 120 
C. The thickness of PMMA film became 10 m by repeating these processes twice. Next, a Y-junction waveguides with the width of 8 m and branching angle of 2 were drawn in the PMMA film on the condition of the dose of 100 nC/mm using PBW having a 1.7 MeV proton beam with the current of 10 pA and the size of about 1 m. Finally, a 10-m thick PMMA film was deposited again on the sample as an upper-cladding layer by spin-coating. The observation of an optical microscope showed that an objective Y-junction was successfully drawn using PBW. To observe near field patterns (NFPs), the laser light of wavelength at 1.55 n was injected through a single-mode fiber (SMF) from one side of the edge of the waveguide cleaved both sides of the sample. The two independent NFPs were observed form each branching waveguide using a vidicon camera at the opposite side of the waveguide. The observation result of the two NFPs with an optical power intensity ratio of 1:0.98 demonstrated that the light of 1.55 m was divided at almost equal ratio by this Y-junction.
m band using focused proton beam三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 佐々木 友之*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.
Key Engineering Materials, 497, p.147 - 150, 2012/00
被引用回数：7 パーセンタイル：94.55(Engineering, Electrical & Electronic)Proton beam writing (PBW) is an attractive technique for next-generation micro-fabrication. We study the fabrication of optical waveguides of polymer materials using PBW. In this study, the optical waveguides of photorefractive polysilane "GLASSIA" was fabricated. The samples for the waveguides were prepared as follows; (1) An under-cladding layer of SiO having a thickness of 15 m was deposited on a Si substrate using radio-frequency sputtering. (2) A polysilane layer having a thickness of 10 m was spin-coated onto the SiO layer as a core layer. Optical waveguides were drawn by scanning a 1.7 MeV focused proton beam with 1 m size and beam current of 50 pA which was produced by a submicron focused ion beam system connected with the 3 MV single-ended accelerator at JAEA. The drawing was carried out on the dose of 100, 200, 300 nC/mm each. After the drawing, the sample surfaces were observed using an optical microscope and AFM. The observation result showed that the refractive index was changed and the cores of the waveguides were formed. We will report the details of above observation results in the conference. The change ratio of the refraction index will also be reported on the basis of the obtained result by inserting light ( = 1.55 m) into the waveguide structure through a single-mode fiber.
m band using focused proton beam三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 小澤 優介*; 佐々木 友之*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.
Key Engineering Materials, 497, p.147 - 150, 2011/12
被引用回数：6 パーセンタイル：2.48Single mode straight waveguides for a wavelength of 1.55-m were, so far, fabricated using a proton beam writing (PBW) technique. We report the fabrication of Y-junction polymer waveguides with a polymethyl methacralate (PMMA) layers as the expansion of these straight waveguides using PBW in the conference. The PMMA layers consisted of an under-cladding layer of SiO having a thickness of 15-m deposited on an Si substrate, a PMMA layer having a thickness of 10-m spin-coated onto the SiO layer and a Y-junction waveguide with a width of 8-m in a PMMA core layer. The Y-junction waveguides with the angle of 2 were drawn using the 1.7 MeV proton beam with 1-m in diameter and a beam current of 10 pA for a dose of 100 nC/mm. After spin-coating the PMMA layer with 10-m thickness as an upper cladding on the irradiated PMMA layer, the near field pattern (NFP) of an 8-m-width Y-junction waveguide was observed using a tunable-wavelength laser. The observation showed that the fabrication of waveguide was succeeded because its waveguide was single mode and the intensity ratio between the two outputted lights was the almost same; 1:0.96. We also briefly report the next plans of the measurement of the refractive indices of proton-irradiated PMMA and SiO films and the fabrication of a thermo-optic polymer switch based on a Mach-Zehnder interferometer waveguide.
Li induced transfer reaction on 
Be nucleus濱田 真悟; 杉山 康治; 生田 智彦*; 山崎 明義*
Similarities and differences between atomic nuclei and clusters, p.415 - 422, 1997/00
1
C(7.65MeV)の3
クラスター状態は原始宇宙創成にかかわる熱核反応における重要な核構造として長年多くの核物理研究の対象となってきた。ウィルキンソン達のクラスターモデルによればBe-B-C近辺の核構造に-nチェインが特徴的にあらわれるという。本研究ではV.OertzenらによるLCNOの観点から、核子移行反応によって励起される
B核の特徴的な状態を調べた。スペクトログラフENMAを用いたBe(Li)B等の反応スペクトル・角度分布を示す。実験で得られた角度分布は単純なDWBA解析に合わず、チャネル結合法がとり入れられた。B核はLi核との比較でも中性子の悪い結合が予想されている核であり、(p,n,d,t-)の粒子放出しきい値も特徴的であるため、その励起構造の解明はクラスター核・天体核・中性子過剰核にとって興味がもたれる。
m帯用PMMA導波路の試作三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 花泉 修*; 石井 保行; 佐藤 隆博; 高野 勝昌; 大久保 猛; 山崎 明義; 井上 愛知; et al.
no journal, ,
プロトンビーム描画(Proton Beam Writing: PBW)は、次世代の微細加工技術として注目されているが、PMMAへのプロトン照射による屈折率向上効果を利用することによって、光導波路形成への応用も可能である。今回われわれは、PBWを利用したPMMA導波路を提案し、813mで、長さ10mm程度の直線導波路を6種類試作した。波長1.55mで伝搬長6mmの光を導波路に導入し導波路の状態を評価した。試作した導波路のうち幅8mのもので、波長1.55mの光伝搬(シングルモード)を確認でき、光導波路として良好であることもわかった。発表では光導波路の構造,製作方法、及び観察結果について報告する。
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 高野 勝昌; 加田 渉; 山崎 明義; 横山 彰人; 神谷 富裕; 上原 政人*; et al.
no journal, ,
高信頼性、かつ低価格の光スイッチとして、マッハツェンダー干渉計(Mach-Zehnder Interferometer: MZI)型熱光学スイッチが期待されている。本研究では有機材料のPMMAにプロトンビーム描画(Proton Beam Writing: PBW)を用いて光導波路を製作することで、このスイッチの開発を行っている。今回、Si基板の上に三層構造、すなわちSiO層,PMMAコア層及びPMMAクラッド層を持つ試料を製作し、これにPBWを用いて直線導波路を製作した。この直線導波路の近視野像の観察結果からシングルモードとなるコアサイズを特定した。さらにこの結果をもとに同じ三層構造の試料を用いてMZIの基本要素であるY分岐導波路を試作し、近視野像の観察から波長1.55mにおいてシングルモードを観察した。本研究会ではこれらの研究開発に関しての発表を行うとともに、今回の成果を発展させたMZI型光スイッチに関しても言及する。
三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 桐生 弘武*; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; et al.
no journal, ,
Mach-Zehnder interferometer (MZI) type thermo-optic switches are recently increasing the importance in the fields, such as optical fiber telecommunication and optical interconnection. The optical waveguides using planar polymers are developed as a component of MZI. On the other hand, proton beam writing (PBW), which is a direct-writing technique, has recently attracted much attention as a next generation micro-fabrication technology. In this paper, the fabrication of the optical waveguides was tried to be directly drawn using the PBW technique in a thin polymethyl methacrylate (PMMA) layer spin-coated on a Si substrate because the refractive index of PMMA was increased by proton beam irradiation. As a result of this study, we demonstrated that the straight-line and the Y-junction PMMA film waveguides were successfully fabricated using PBW from the observation of working as a first single-mode at =1.55 m for long-haul optical fiber telecommunication systems. We will present that the fabrication results of the optical waveguides and future plans in the conference.
m帯用PMMA導波路の試作,2三浦 健太*; 町田 裕貴*; 上原 政人*; 花泉 修*; 石井 保行; 佐藤 隆博; 高野 勝昌; 大久保 猛; 山崎 明義; 井上 愛知; et al.
no journal, ,
本研究は集束プロトンビーム描画(Proton Beam Writin、PBW)を用いてPMMAの照射部の改質を行うことで、小型かつ、省出力で動作する光スイッチの製作を目的としている。これまでに、PBWを用いてPMMAの導波路を試作し、波長1.55mにおけるシングルモード伝搬を初めて実証した。今回コア幅を416mの範囲で変えた複数のPMMA直線導波路を同一基板上に作製し、シングルモードとマルチモードの境界になる幅を実験から特定することによって、この導波路構造におけるシングルモード条件を明らかにしたので報告する。具体的にはコア幅を、416mの範囲で2m刻み(設定値)で変えた導波路の製作と、波長1.55mにおける幅8mの導波路の近視野像(基本モード)及び幅10mの導波路の近視野像(高次モード)の観察結果を示す。この結果から、PMMA導波路がシングルモードとなる幅の最大値は、810mの範囲であることがわかった。発表ではこれに加えて、これらの導波路の伝搬損失の評価やコア層の厚さの最適化に関しても言及する。
三浦 健太*; Umenyi, A. V.*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 大久保 猛; 山崎 明義; 江夏 昌志; 横山 彰人; 加田 渉; et al.
no journal, ,
TIARAでのイオンビーム照射技術を、光スイッチや発光素子などの光デバイスの作製に応用する研究を行っている。この研究の中で、今回は応用波長帯の拡大を目標に、GeイオンをSiO基板に注入した試料を作製し、その発光特性の評価を行ったので、これらの成果を発表する。具体的には、初めに、SiO基板へのGeイオン注入は、400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー350keV,照射量1
10
ions/cmとし、室温で行った。次に、4つの試料を窒素雰囲気中で600C, 700C, 800C, 900Cでアニールした後、さらに大気中でアニール(800C)を行った。最後に、フォトルミネッセンス(PL)スペクトの励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用し、モノクロメータ及びCCD検出器(-80Cに電子冷却)を用いて測定を行った。PLスペクトルの測定結果、窒素中で600C, 700C, 800Cのアニールを行った試料からは、波長400nm付近に発光ピークが確認できた。これらはGeナノ結晶による発光と考えられる。その中で、800Cでアニールした試料のみ、波長500nm付近の発光バンドも確認でき、さらにアニール温度を900Cに上げると、波長500nm付近にピークを持つブロードな発光スペクトルが観測された。この発光バンドとGeナノ結晶との関連性は現在調査中であるが、アニール温度によって発光波長帯を制御できる可能性があり、さまざまな色の可視発光デバイスへの応用が期待できる。
佐藤 隆博; 江夏 昌志; 加田 渉; 横山 彰人; 大久保 猛; 山崎 明義; 石井 保行; 神谷 富裕; 松山 成男*; 石井 慶造*
no journal, ,
細胞レベルの微小領域の微量元素分析が可能にするために、ビーム径0.25mの軽イオンマイクロビーム装置を用いた大気マイクロPIXE分析システムを開発し、単一細胞内の微量元素分布を画像化することに成功した。現在では、医学,生物学,薬学,歯学などの分野で応用が進められている。
佐藤 隆博; 江夏 昌志; 加田 渉; 横山 彰人; 大久保 猛; 山崎 明義; 石井 保行; 神谷 富裕
no journal, ,
PIXE-CTの空間分解能改善するために、画像再構成にはML-EM(maximum likelihood expectation maximization)アルゴリズムを導入し、試料として単細胞生物であるミドリゾウリムシを用いて実験を行ったところ、リンは細胞骨格の主要成分の1つであるため細胞内に一様に分布し、鉛は細胞表面のみに分布している様子が測定された。鉛の分布から空間分解能を見積ると、半値幅で4.40.6mであり、FBPによる再構成と比較すると大幅な空間分解能の改善が得られた。
山崎 明義
no journal, ,
日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所では先端研究施設共用促進事業「明日を創り、暮らしを守る量子ビーム利用支援事業」の名称で、所内のさまざまな放射線照射装置を広く所外に開放し、利用研究を促進する事業を進めている。本事業の利用メニューの一つである量子ビームを用いた分析技術の提供において中心的な役割を担う装置がプロトンマイクロビーム装置であり、位置分解能1マイクロメートルの微量元素2次元マッピングが可能である。現在、所外利用者によってリチウムイオン電池正極材料中のリチウムの分布を計測する実験が進められている。本講演では、事業の概要,プロトンマイクロビーム装置の概略、及びリチウム2次元マッピングのこれまでの測定結果を紹介する。
m band using proton beam writing三浦 健太*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 高野 勝昌*; 大久保 猛; 山崎 明義; 加田 渉; 横山 彰人; 神谷 富裕; et al.
no journal, ,
In this work, Mach-Zehnder (MZ) type waveguides of PMMA and photorefractive polysilane were fabricated using proton beam writing (PBW) in order to construct thermo-optic switches. Especially, the waveguides of photorefractive polysilane were fabricated to search a better optical material for the MZ type waveguides. We drew optical waveguides in PMMA and photorefractive polysilane films at a total dose of 100 nC/mm using 1.7 MeV H beam focused to about 1 m. In this drawing, a core width and a branching angle were set to 8 m and 2 to work as single-mode waveguide and to reduce a branching loss of light, respectively. The optical transmission with single mode was observed from the two MZ type waveguides of PMMA and photorefractive polysilane films in its experiments. This observation demonstrated that the fabrication of the optical waveguides was succeeded in PMMA and photorefractive polysilane films. In the conference, the fabrication of the MZ type waveguides and the observation results of optical transmission will be presented in detail.
三浦 健太*; 菊地 秀輔*; 桐生 弘武*; 稲田 和紀*; 小澤 優介*; 花泉 修*; 山本 春也; 杉本 雅樹; 吉川 正人; 川口 和弘; et al.
no journal, ,
イオンビーム照射による発光デバイス及び光スイッチ等の光機能素子の形成技術の開発を行った。発光デバイスの開発では、これまでの成果からSiO部材にSiの注入と、その後の1200C前後でのアニールにより青色発光することを見いだしており、本研究ではこの部材を用いてより低温のアニールで発光する部材の開発を目指した。SiとCの注入、及び大気中での700C、25分間のアニールを行うことで、可視領域での発光を観測できた。さらに、Si及びCの注入量の比によって、発光ピーク波長がシフトすることも確認し、発光色を制御できる可能性も示した。一方、光スイッチの開発では、波長1.55m帯のマッハツェンダー(Mach-Zehnder: MZ)型光スイッチの実現を目指し、PMMAにプロトンビーム描画(Proton Beam Writing: PBW)技術で光導波路を描画することでMZ型導波路の製作を試みた。試料として、Si基板上に下部クラッド層のSiO膜(15m)及び光導波路製作層のPMMA膜(8m)を製作した。これに1.7MeV、1m
のHビームを用いてPBWにより8m幅の左右対称に対向したY分岐型の導波路を描画し、さらに、上部クラッド層としてこの照射後の試料にPMMAを10m厚で成膜した。製作した導波路に対して波長1.55mの光を通した結果、出射光が一つであることを確認し、MZ型光導波路として光波の分岐及び合流が行えることを示した。
柴田 裕実*; 幸野 豊*; 佐藤 隆博; 大久保 猛; 山崎 明義; 石井 保行; 横山 彰人; 江夏 昌志
no journal, ,
鉄鋼材料に微量のホウ素を添加することにより強度が増すことは経験的に知られているが、そのメカニズムについてはまだ十分に解明されていない。ホウ素の局所的な空間分布の定量分析ができれば、鉄鋼材料の強度特性とホウ素分布の関係を明らかにし、ホウ素分布の最適化を図ることができる。材料中に含まれる微量のホウ素分布を定量的に精度よく測定するために、陽子マイクロビームを用い、陽子とホウ素との核反応を利用した二次元及び三次元イメージング法を確立することが、本研究の最終的な目的である。2011年度は、ホウ素の深さ方向の分布を調べるため、TIARAの大気マイクロPIXEのポートで1m径の陽子マイクロビームを用い、陽子とホウ素の核反応で放出される
線の二次元分布について、入射陽子のエネルギー(1.52.3MeV)依存性の測定を行った。その結果、同じ測定位置で異なる二次元分布を得られたことから、ビームエネルギーを変化させ深さ方向の分布を測定することが可能であることがわかった。今後、エネルギーごとに標準試料を測定し、その結果から各深さのホウ素の量を算出する。
佐藤 隆博; 横山 彰人; 大久保 猛; 江夏 昌志; 山崎 明義; 石井 保行; 神谷 富裕
no journal, ,
通常、PIXE分析で用いるイオンビームの径は数mmであるが、数mに集束したイオンマイクロビームを試料上で走査しながらX線スペクトルを収集すると、微量元素の分布が高空間分解能で得られる。このようなPIXE分析を、マイクロPIXEと呼ぶ。われわれは、細胞レベルの微小領域の微量元素分析を可能にするために、ビーム径0.25mという世界最高性能の軽イオンマイクロビーム装置の開発を行った。その後、有機薄膜を通してイオンマイクロビームを大気中に取り出す大気マイクロPIXEシステムの開発を東北大学と行い、ウシの血管細胞内の微量元素分布を画像化することに成功した。また、アスベスト吸引歴のある患者の肺組織を測定し、ケイ素,鉄,マグネシウムの分布が特徴的であり、大気マイクロPIXEがアスベストによる疾病の診断に有用であることを示した。
