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任意屈折率設計のための2次元スペクトル界を用いた金属周期スリット構造解析

Publicly Offered Research

Project AreaElectromagnetic Metamaterials
Project/Area Number 23109505
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

鈴木 健仁  茨城大学, 工学部, 助教 (60550506)

Project Period (FY) 2011-04-01 – 2013-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2011: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywordsメタマテリアル / モードマッチング法 / ワイヤーグリッド / 負の屈折率 / 電磁メタマテリアル / テラヘルツ波 / 人工誘電体 / 電磁界解析 / 周期モデル
Outline of Annual Research Achievements

テラヘルツ電磁メタマテリアルは任意に誘電率、透磁率を設計できる可能性を秘める。しかし、実際の光学素子設計で避けられないパラメータの繰り返し補正に耐える高速かつ高精度な解析・設計法は、明確に確立されているとは言い難い。解析・設計法の構築で、テラヘルツ電磁メタマテリアルの基盤技術の構築を進める必要がある。
本研究では、金属周期スリット構造に着目した。カットオフ周波数以下の金属スリットでは電磁波は指数関数的に減衰し、負の誘電率と見なせる。周期的に配列し、高消光比を有するテラヘルツワイヤーグリッドなどへ応用できる。
まず初めに、伝搬定数と誘電体損失より0.1THz~1.9THzで10の-6乗以下の高消光比を設計し、試作した。テラヘルツ波帯で低損失なシクロオレフィンポリマーフィルム上へ、導体損の原因となるクロムなどのバッファ層なく銅を0.5um成膜した。エッチングでスリット構造を作製し、積層構造でワイヤーグリッドを構成した。国際会議IRMMW-THz 2013(ドイツ 2013年9月)へ投稿した。今後、テラヘルツ時間領域分光法で評価する。
次に、2次元問題に適したモードマッチング法で解析した。ワイヤーグリッドは外部両面に周期境界壁を有する金属スリットと見なせる。金属スリットと周期境界壁のステップ構造の散乱行列を導出し、対な構造の行列とスリット経路長で接続し、透過、反射特性を求めた。本設計法での作製を進めており、今後、実験で評価する。
さらに本構造へリングを装加し、負の屈折率の制御にも応用できる。有限要素法電磁界シミュレータHFSSでのプリズム形状の全構造解析で、実効屈折率-0.66を確認した。また素子開発へと結びつけるために得られた本研究の基礎技術は、金属微細周期構造によるテラヘルツ波帯レンズの開発へとつながった。一連の研究成果は、査読付き英語論文誌2件に採録され、さらに3件が査読中である。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (15 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Analyis of artificial dielectric lens with metallic rectangular chips for terahertz wave band and physical explanation by periodic model2012

    • Author(s)
      T. Suzuki
    • Journal Title

      Appl. Phys. A

      Volume: 109 Issue: 4 Pages: 825-830

    • DOI

      10.1007/s00339-012-7400-x

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Proposal and analysis of artificial dielectric lens with metallic corrugated structures for terahertz wave band2012

    • Author(s)
      T. Konno
    • Journal Title

      Appl. Phys. A

      Volume: 109 Issue: 4 Pages: 1103-1108

    • DOI

      10.1007/s00339-012-7394-4

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 積層薄フィルム構造による八木・宇田型光伝導アレーアンテナの提案・設計とパターンめっき・転写法による作製2013

    • Author(s)
      入江 克成, 三枝 幹雄, 高野 恵介, 萩行 正憲, 山本 晃司, 谷 正彦, 鈴木 健仁
    • Organizer
      2013年春季 第60回 応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2013-03-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ocusing Effect Measurements of Artificial Dielectric Lens with Metal Rectangular Chips for Terahertz Wave Band2013

    • Author(s)
      Yuki Takebayashi, Takuya Konno, Shouhei Shimada, Fumiaki Miyamaru, John C. Young, Hideaki Kitahara, Keisuke Takano, Masanori Hangyo, and Takehito Suzuki
    • Organizer
      META 2013 4th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • Place of Presentation
      Sharjah, United Arab Emirates
    • Year and Date
      2013-03-18
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Parallel Plate Lens with Metal Hole Array for Terahertz Wave Band2013

    • Author(s)
      Takehito Suzuki, Hiroki Yonamine, Takuya Konno, John C. Young, Kotaro Murai, Fumiaki Miyamaru, Keisuke Takano, Hideaki Kitahara, and Masanori Hangyo
    • Organizer
      META 2013 4th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • Place of Presentation
      Sharjah, United Arab Emirates
    • Year and Date
      2013-03-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Analysis and Design of Concave Lens with Metallic Slit Array for Terahertz Wave Band2013

    • Author(s)
      Takehito Suzuki, Hiroki Yonamine, Takuya Konno, John C. Young, Keisuke Takano, and Masanori Hangyo
    • Organizer
      META 2013 4th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • Place of Presentation
      Sharjah, United Arab Emirates
    • Year and Date
      2013-03-18
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属方形チップ構造を有するテラヘルツ波帯人工誘電体レンズの設計と集光測定2013

    • Author(s)
      竹林 佑記, 今野 拓矢, 島田 翔平, 宮丸 文章, ジョン ヤング, 北原 英明, 高野 恵介, 萩行 正憲, 鈴木 健仁
    • Organizer
      電子情報通信学会 東京支部学生会研究発表会 第18回
    • Place of Presentation
      東海大学
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ダイポールアレーでのテラヘルツ表面波伝搬の解析2013

    • Author(s)
      八代 真樹, Withawat Withayachumnankul, 入江 克成, 高野 恵介, 萩行 正憲, 鈴木 健仁
    • Organizer
      電子情報通信学会 東京支部学生会研究発表会 第18回
    • Place of Presentation
      東海大学
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] nalysis and Estimation of Spectrum Characteristics for Dipole Photoconductive Antenna that includes Photocurrent and Receiving Antenna Effects2012

    • Author(s)
      Katsunari Irie, Mikio Saigusa, Keisuke Takano, Masanori Hangyo, John Young, Kohji Yamamoto, Masahiko Tani, Takehito Suzuki
    • Organizer
      IRMMW-THz 2012
    • Place of Presentation
      Wollongong, Australia
    • Year and Date
      2012-09-23
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属スリット構造によるテラヘルツ波帯3次元凹型レンズの基礎検討2012

    • Author(s)
      與那嶺 広樹, 岸 湧大, 今野 拓矢, 高野 恵介, 萩行 正憲, 鈴木 健仁
    • Organizer
      012年秋季 第73回 応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学・松山大学
    • Year and Date
      2012-09-11
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属スリット配列による支持層を装加した金属溝周期構造を有するテラヘルツ波帯平面レンズの解析2012

    • Author(s)
      今野 拓矢, 三枝 幹雄, 御田 護, 古澤 庄一, John C. Young, 高野 恵介,北原 英明, 萩行 正憲,鈴木 健仁
    • Organizer
      2012年秋季 第73回 応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学・松山大学
    • Year and Date
      2012-09-11
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] カットオフ周波数での分割リング共振器を装加した金属スリットアレーの周期構造解析2012

    • Author(s)
      岸 湧大, 高野 恵介, 萩行 正憲, 與那嶺 広樹, 今野 拓矢, 鈴木 健仁
    • Organizer
      2012年秋季 第73回 応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学・松山大学
    • Year and Date
      2012-09-11
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Proposal and Analysis of Artificial Dielectric Lens with Metallic Corrugated Structures for Terahertz Wave Band2012

    • Author(s)
      Takuya Konno, Takahiro Suzuki, John C. Young, Mikio Saigusa, Keisuke Takano, Hideaki Kitahara, Masanori Hangyo, and Takehito Suzuki
    • Organizer
      META 2012 3rd International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      2012-04-19
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of Artificial Dielectric Lens with Metallic Rectangular Chips for Terahertz Wave Band2012

    • Author(s)
      Takehito Suzuki, Tomonari Suzuki, John C. Young, Keisuke Takano, Hideaki Kitahara, and Masanori Hangyo
    • Organizer
      META 2012 3rd International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
    • Place of Presentation
      Paris, France
    • Year and Date
      2012-04-19
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      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 光伝導電流による給電と受信アンテナを考慮したダイポール型光伝導アンテナのスペクトル解析と評価2012

    • Author(s)
      入江克成, 三枝幹雄, 高野恵介, 萩行正憲, ジョン ヤング, 山本晃司, 谷正彦, 鈴木健仁
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2012-03-17
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属方形チップ周期構造を有するテラヘルツ波帯人工誘電体レンズの焦点距離制御の基礎検討2012

    • Author(s)
      鈴木友也, ジョン ヤング, 高野恵介, 北原英明, 萩行正憲, 鈴木健仁
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2012-03-17
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属溝周期構造を有するテラヘルツ波帯人工誘電体レンズの提案と焦点距離2012

    • Author(s)
      鈴木健仁、今野拓矢、ジョン ヤング, 高野恵介, 北原英明, 萩行正憲
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2012-03-17
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://suzuki-lab.ee.ibaraki.ac.jp/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.metamate.net/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 人口誘導体レンズ2012

    • Inventor(s)
      鈴木健仁
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人茨城大学
    • Industrial Property Number
      2012-030576
    • Filing Date
      2012-02-15
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 導電チップからなる人口誘電体レンズ2012

    • Inventor(s)
      鈴木健仁
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人茨城大学
    • Industrial Property Number
      2012-031588
    • Filing Date
      2012-02-16
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

URL: 

Published: 2011-04-06   Modified: 2018-03-28  

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