Kirigami metamaterials for tunable optical properties
| Project/Area Number |
21H01274
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
菅 哲朗 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30504815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神田 夏輝 国立研究開発法人理化学研究所, 光量子工学研究センター, 研究員 (60631778)
岩瀬 英治 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (70436559)
高橋 英俊 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (90625485)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | メタマテリアル / 切り紙 / MEMS |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現する。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現する。薄型可変レンズ、可変偏光モジュレータ、大面積可変ホログラムなど、強力な光操作デバイスを実現する基礎技術を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、切り紙構造を利用することで、光学的な特性を大幅に変調可能なMEMS光学メタマテリアルを実現することを目的としている。光学メタマテリアルにおいて、従来から光共鳴構造の3次元形状変化や、フレキシブル基板の引っ張りによる共鳴体の配置間隔変化を利用した動的特性変調方法が研究されているが、限界があり実用的なデバイスに必要な変調機能は得られていない。そこで、2次元平面から立体構造を自由度高く作ることができる切り紙構造と融合し、構造的な制約をなくし、可変自由度が飛躍的に高い光学メタマテリアルを実現すための基礎技術を確立することを目的として実施する。
2021年度は本年度はポリイミドフィルムなどを用いた、レーザー加工によるラージスケールでのユニット構造自由度拡張の検証を行うこと、そして、基板への切り紙加工によりAuxetic構造など、引っ張りに対して自由度高く新調する構造の試作を実施した。2022年度は、2021年度で得られた知見をもとに試作したスパイラル型の面外変形形状をもとに電波測定を行い、立体変形形状が一様な変形を示す構造が高い円偏光二色性を示すこと実証した。また、この発想をベースに、MEMS微細構造による大変形構造の可能性を探索した。具体的には、回折格子を備えた薄型Top層を備えたMEMS構造にナノサイズの切り紙構造を作製することで、外力により格子ピッチを大幅に変形可能とする構造の作製である。現時点で製作途上であるが、200nm程度のビーム幅の切り紙蛇腹構造を試作し、ピッチ変形量100%可変な構造の実証を進めている。さらに、切り紙構造の発想をセンサ試作に展開することで、立体型の3軸タクタイルセンサの実現を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ラージスケールの予備検証が順調に進み、微細構造への展開も順調である。また、ここでの発想をセンサなど別方面にも展開できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在実施中の小型MEMS構造への切り紙加工による新規光学素子の実現を継続的に実施する。また、この発想はシート型のフレキシブルなメタマテリアルとしての展開と相性がよいため、大面積化への展開可能性を検討するために、GHz帯で機能するフレキシブルシート型メタマテリアルの実験検証も同時に進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
