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THz wave control using quasi-dielectric properties of the stacked metallic slit arrays

Research Project

Project/Area Number 16K04982
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Optical engineering, Photon science
Research InstitutionOkayama Prefectural University

Principal Investigator

Tokuda Yasunori  岡山県立大学, 情報工学部, 教授 (80393502)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 坂口 浩一郎  岡山県立大学, 情報工学部, 助教 (10551822)
高野 恵介  大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (70583102)
加藤 康作  大阪大学, レーザー科学研究所, 特任研究員 (40751087)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywordsメタマテリアル / メタルスリットアレイ / 人工誘電体 / テラヘルツ波 / 光学共鳴 / スリットアレイ / テラヘルツ / 透過スペクトル / 誘電体多層膜 / 光学共鳴モード / 有効屈折率 / テラヘルツ光
Outline of Final Research Achievements

A metallic plate with periodically cut-through slits behaves similar to a dielectric under a metamaterial condition where the incident light wavelength is longer than the slit periodicity. Its effective refractive index is defined by the ratio of the slit periodicity to the slit width, and thus is, in principle, tunable over the entire range from 1 to ∞ only by control of the geometrical parameters.
In this work, the optical properties of the stacked structures composed of such quasi-dielectrics were investigated in detail experimentally and theoretically. The extraordinary behaviors of the optical resonance modes, which are different from those of the normal dielectric multilayered structures, were found out, and then the physical mechanisms underpinning the phenomena were clarified. The information obtained in this work must be useful for creation of the novel devices that control the terahertz waves.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光波と電波の境界領域の電磁波であるテラヘルツ波は,近年,その利用が活発に検討されている.しかしながら,安価で容易に加工できる光学材料が少ない.テラヘルツ領域で誘電体的な性質を示すサブミリオーダ周期のメタルスリットアレイは,安価な金属材料を使って容易に作製できるため,その積層構造が示す光学特性の解明は応用上大きな意味がある.また,近年注目されているメタマテリアルの一種でもあり,得られた成果は学術的にも興味深い.
量子井戸や超格子の人工半導体構造を用いて種々の重要な電子デバイスが生み出されてきたように,屈折率を自由に制御できる人工誘電体構造を用いて新たな光デバイスを生み出すための道を拓く研究である.

Report

(5 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (12 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Marked effects of lateral displacement on the optical transmission properties of stacked artificial dielectric systems composed of metallic sub-wavelength slit arrays2019

    • Author(s)
      Y. Tokuda, K. Sakaguchi, S. Watanabe, K. Kato, K. Takano, M. Nakajima, and K. Akiyama
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Issue: 12 Pages: 122004-122004

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab5248

    • NAID

      210000157464

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Insertion effects of natural dielectric between artificial dielectrics formed by metallic sub-wavelength slit arrays2018

    • Author(s)
      Y. Tokuda, K. Takano, K. Sakaguchi, K. Kato, M. Nakajima, K. Akiyama
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 8 Issue: 9 Pages: 95305-95305

    • DOI

      10.1063/1.5043149

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Waveguide resonance mode response of stacked structures of metallic sub-wavelength slit arrays2018

    • Author(s)
      Y.Tokuda, K. Takano, K. Sakaguchi, K. Kato, M. Nakajima, and K. Akiyama
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 123 Issue: 18

    • DOI

      10.1063/1.5027301

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      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quasi-dielectric characteristics of stacked metallic metamaterials2017

    • Author(s)
      Yasunori Tokuda, Keisuke Takano, Yuki Yamaguchi, Koichiro Sakaguchi, and Makoto Nakajima
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Issue: 3 Pages: 030306-030306

    • DOI

      10.7567/jjap.56.030306

    • NAID

      210000147453

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  • [Journal Article] Multiple intersection properties of optical resonance modes in metallic2017

    • Author(s)
      Yasunori Tokuda, Koichiro Sakaguchi, Yuki Yamaguchi, Keisuke Takano
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 7 Issue: 3

    • DOI

      10.1063/1.4978616

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    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 積層型メタルスリットアレイの透過特性に対する横ずれ効果2020

    • Author(s)
      渡辺将伍, 坂口浩一郎, 加藤康作, 佐藤希真, 平松大輝, 山下拓真, 中嶋誠, 徳田安紀
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      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      渡辺 将伍,坂口 浩一郎,徳田 安紀
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      第21回IEEE 広島支部学生シンポジウム
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      坂口浩一郎、加藤康作、高野恵介、 渡辺将伍、中嶋誠、徳田安紀
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      坂口浩一郎,高野恵介,加藤康作,亀井大夢,津野志奈,渡辺将伍,中嶋誠,徳田安紀
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      坂口 浩一郎,高野 恵介,加藤 康作,中嶋 誠,徳田 安紀
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      第65回応用物理学会春季学術講演会
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      徳田安紀, 加藤康作, 坂口浩一郎, 高野恵介, 中嶋誠
    • Organizer
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2018
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  • [Presentation] 積層型メタルスリットアレイの透過特性2017

    • Author(s)
      徳田安紀,高野恵介,山口祐生,坂口浩一郎,中嶋誠
    • Organizer
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム2017
    • Place of Presentation
      大阪大学銀杏会館
    • Year and Date
      2017-05-09
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  • [Presentation] 積層型メタルスリットアレイと誘電体多層膜との透過特性の比較2017

    • Author(s)
      坂口 浩一郎、山口 祐生、高野 恵介、中嶋 誠、徳田 安紀
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14
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      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 積層型メタルスリットアレイの光学共鳴モードの多重交差特性2017

    • Author(s)
      坂口 浩一郎,高野 恵介,徳田 安紀
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 積層型メタルスリットアレイの疑似誘電体的性質2016

    • Author(s)
      山口 祐生,妹尾 駿一,三輪 健太,坂口 浩一郎,福嶋 丈浩,徳田 安紀,高野 恵介,中嶋 誠
    • Organizer
      第67回電気・情報関連学会中国支部連合大会
    • Place of Presentation
      広島大学 東広島キャンパス
    • Year and Date
      2016-10-22
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  • [Presentation] 積層型メタルスリットアレイの光学共鳴モードの交差特性2016

    • Author(s)
      坂口 浩一郎、山口 祐生、高野 恵介、福嶋 丈浩、中嶋 誠、徳田 安紀
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ
    • Year and Date
      2016-09-13
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      2016 Research-status Report
  • [Remarks] http://opt.c.oka-pu.ac.jp/personal_tokuda.html

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  • [Remarks] 岡山県立大学情報工学部情報通信工学科光電子工学研究室

    • URL

      http://opt.c.oka-pu.ac.jp/

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Published: 2016-04-21   Modified: 2021-02-19  

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