2016 Fiscal Year Annual Research Report
面外駆動型の金属メタサーフェスを用いた超小型光位相変調器の開発
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16J08512
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
志村 崇 東京農工大学, 大学院工学府, 特別研究員(DC1)
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2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 位相変調 / メタサーフェス / ナノグレーティング / 表面プラズモン / MEMS / 構造性複屈折 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、裸眼でどの角度から見ても立体的に見える「裸眼電子ホログラフィ」の実現に大きく貢献する可能性を持つ超小型光位相変調器の開発を目的とし、可視光に巨大な位相差を発生させるAuナノグレーティングを駆動させることで位相変調を実現することを試みる。
今年度は、本研究の基盤となっている熱駆動型Auナノグレーティングの製作工程の改善を行い、ナノグレーティング作製の歩留まり向上を目指した。製作工程を見直し、これまで課題となっていたシビアな時間制御を要する工程そのものが不要となる新たな工程を立案し、予備実験及び試作を行った。工程の改善により、グレーティングを構成する金属パターンの剥離や破断を抑制することができ、歩留まりが向上した。本工程は、次の目標となる位相変調の高速化を実現するための静電駆動型素子の製作工程に応用可能である。現在、改善後の製作工程によって試作した超小型光変調素子で得られた知見ををまとめた論文を投稿中である。
光位相変調素子の詳細な設計を行うために、電磁場解析手法で広く用いられるFDTD法による解析システムを構築した。本システムでは一からコーディングすることでモデル作成を行うため、市販の電磁場解析ソフトでは機能が限られ実現不可能だった複雑な曲線形状の3次元モデルを作成することができる。本研究で製作している駆動型ナノグレーティングは、複雑な曲線形状となるため、本システムによって実物により近いモデルを用いた解析が可能となった。
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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
本研究の目的である超小型光位相変調器に要求される性能の一つが、高速変調である。現在の熱駆動型グレーティングでは、ディスプレイ素子として必要な応答速度が実現できないため、駆動方式を静電駆動に改良する予定である。今年度は、熱駆動型グレーティングの歩留まり改善に成功し、位相変調器の基盤となる製作工程を確立した。並行して、静電駆動型のグレーティングの製作工程の確立に着手しており、駆動試験を行える段階まで進行している。
加えて、複雑な曲線形状の計算モデルを用いた電磁場解析が可能となるシステムを構築した。計画では、静電駆動方式での位相変調特性を材料力学・電磁場の両面から解析する予定であったが、電磁場解析システム構築に想定以上の時間を要した。しかしながら、本システムによって実物により近い解析を行うことが可能となり、今後の素子設計は順調に進展すると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で構築した電磁場解析システム及び市販の有限要素解析ソフトを併用することで、静電駆動方式の位相変調素子の変調特性解析を行う。今年度行う予定であった、材料力学・電磁場の両面からの位相変調解析を行うことで、試作回数の短縮を図る。
今年度確立させた製作工程と、解析結果を元に、静電駆動型グレーティングの設計・試作を行う。試作は、熱駆動型グレーティング製作時と同様の微細加工設備を利用する。
並行して、位相変調器の個別制御を行うためのドライバ回路の設計を行う。回路設計は、回路設計ソフトウェアと有限要素解析ソフトを併用して行う。ディスクリート部品でドライバ回路を作製し、製作した位相変調器の動作試験を行う。
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