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Voltage-controllable terahertz element using liquid crystal and metallic metastructure

Research Project

Project/Area Number 18K04259
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

Sasaki Tomoyuki  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90553090)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小野 浩司  長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (10283029)
伊藤 桂一  秋田工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (20290702)
坂本 盛嗣  長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (60757300)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywordsテラヘルツ波 / メタマテリアル / 液晶 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / テラヘルツ素子
Outline of Final Research Achievements

A variety of useful applications of the terahertz (THz) waves have been proposed for a wide range of fields, including information communications, biological imaging, nondestructive inspection, security, environmental monitoring, and physical chemistry. To realize these applications, active THz elements are in high demand. In the present study, we propose voltage controllable THz elements using liquid crystals and metallic metamaterials. We fabricated THz polarization converters using liquid crystal-embedded metal mesh with huge birefringence. Polarization-independent THz phase shifters using subwavelength liquid crystal gratings and metallic films were also realized.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で開発した偏波変調器や位相変調器は、THzイメージングにより得られる情報を飛躍的に増大させるなど、各種THz波応用を高度化する上で極めて有益な素子である。電圧駆動可能であることからエレクトロニクスとの親和性も高く、今後、THz産業の発展に寄与することが期待される。
本研究で提案した液晶と金属サブ波長構造の複合体は、即ち、構成要素に液晶を含んだメタマテリアルである。今回は電圧駆動素子への応用を指向したが、多様な外場応答性を示す新規的人工材料として、今後、周波数帯を問わず展開される可能性を秘めている。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Subwavelength liquid crystal gratings for polarization-independent phase shifts in the terahertz spectral range2020

    • Author(s)
      T. Sasaki, T. Asano, M. Sakamoto, K. Noda, T. Unuma, K. Goto, K. Tsutsui, N. Kawatsuki, and H. Ono
    • Journal Title

      Optical Materials Express

      Volume: 10 Issue: 2 Pages: 240-248

    • DOI

      10.1364/ome.10.000240

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Active terahertz polarization converter using a liquid crystal-embedded metal mesh2019

    • Author(s)
      T. Sasaki, Y. Nishie, M. Kambayashi, M. Sakamoto, K. Noda, H. Okamoto, N. Kawatsuki, and H. Ono
    • Journal Title

      IEEE Photonics Journal

      Volume: 11 Issue: 6 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1109/jphot.2019.2950021

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Liquid crystal cells with subwavelength metallic gratings for transmissive terahertz elements with electrical tunability2019

    • Author(s)
      Sasaki Tomoyuki、Kushida Hiroki、Sakamoto Moritsugu、Noda Kohei、Okamoto Hiroyuki、Kawatsuki Nobuhiro、Ono Hiroshi
    • Journal Title

      Optics Communications

      Volume: 431 Pages: 63-67

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2018.09.013

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of slant angle of metallic fish-scale structure on polarization conversion in the terahertz spectral range2018

    • Author(s)
      Sasaki Tomoyuki、Saito Kazutaka、Sakamoto Moritsugu、Noda Kohei、Tamayama Yasuhiro、Okamoto Hiroyuki、Kawatsuki Nobuhiro、Ono Hiroshi
    • Journal Title

      Applied Physics A

      Volume: 124 Issue: 11 Pages: 789-789

    • DOI

      10.1007/s00339-018-2205-1

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Optical control of polarized terahertz waves using dye-doped nematic liquid crystals2018

    • Author(s)
      Sasaki Tomoyuki、Okuyama Hiroki、Sakamoto Moritsugu、Noda Kohei、Kawatsuki Nobuhiro、Ono Hiroshi
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 8 Issue: 11 Pages: 115326-115326

    • DOI

      10.1063/1.5041294

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 負の屈折率を有する液晶テラヘルツメタマテリアル2021

    • Author(s)
      Vo Hoan Phuc、坂本盛嗣、野田浩平、小野浩司、佐々木友之
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第41回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 液晶を内包するメタマテリアルによるテラヘルツ素子に関する研究2021

    • Author(s)
      佐々木友之、坂本盛嗣、野田浩平、小野浩司
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第41回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] THz液晶デバイスの形状設計とメタマテリアルへの応用2021

    • Author(s)
      佐藤裕汰、田中将樹、佐々木友之、伊藤桂一
    • Organizer
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] THz液晶デバイスの形状設計法に関する研究2021

    • Author(s)
      佐藤裕汰、田中将樹、佐々木友之、伊藤桂一
    • Organizer
      令和3年東北地区若手研究者研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Study on topology optimization of THz liquid crystal device2020

    • Author(s)
      Y. Sato, M. Tanaka, K. Itoh, and T. Sasaki
    • Organizer
      5th STI-Gigaku 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] THz液晶デバイスのトポロジー最適化に関する基礎的検討2020

    • Author(s)
      佐藤裕汰、伊藤桂一、佐々木友之
    • Organizer
      2020年電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 液晶を内包するサブ波長メタルメッシュによるテラヘルツ帯での高複屈折媒体2019

    • Author(s)
      神林正篤、Vo Hoan Phuc、坂本盛嗣、野田浩平、伊藤桂一、岡本浩行、小野浩司、佐々木友之
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 液晶を内包するサブ波長メタルメッシュ構造によるテラヘルツ帯での偏波変換素子に関する研究2019

    • Author(s)
      西江裕基、神林正篤、坂本盛嗣、野田浩平、岡本浩行、小野浩司、佐々木友之
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Remarks] 長岡技術科学大学 電磁波制御デバイス研究室

    • URL

      https://whs.nagaokaut.ac.jp/hertz

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] Electromagnetic Wave Control Device Laboratory

    • URL

      https://whs.nagaokaut.ac.jp/hertz

    • Related Report
      2019 Research-status Report 2018 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] テラヘルツ波制御素子2019

    • Inventor(s)
      佐々木友之、小野浩司、川月喜弘、後藤耕平、筒井皇晶
    • Industrial Property Rights Holder
      佐々木友之、小野浩司、川月喜弘、後藤耕平、筒井皇晶
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-237772
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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