2018 Fiscal Year Annual Research Report
Evanescent wave generation and control by metasurfaces
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17K18880
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
真田 篤志 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (20264905)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / メタ表面 / エバネセント波 / 回折限界 / サブ波長解像 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、伝送線路理論に基づき広帯域かつ低損失にエバネセント波を生成・操作するためのメタ表面の構成理論を構築し、回折限界を超える結像を実現することを目的とした。本目的を達成するため、本研究では1．回路論に基づくメタ表面の構成理論の構築、および2．サブ波長解像の実証実験、を目標とした。
まず、目標1のメタ表面の構成理論の構築に成功した。メタ表面により、エバネセント波を含む任意の電磁波を生成するための離散化されたメタ原子のモデルを提案し、その設計式を与えた。その際、一般には実数となる自由空間の波動インピーダンスが、エバネセント波の生成に伴い複素数となることを新たに示した。この現象を設計に考慮することで、劣化の極めて少ない解像が可能であることをシミュレーションにより示した。次に、目標2のサブ波長解像の実証実験に成功した。構築した理論を用いて2.45 GHzの電磁波に対して動作するメタ表面を設計し、本研究で構築した近傍電磁界測定システムを用いて波長の10分の1離れた2スポットのサブ波長解像を確認した。また、従来の共鳴を用いる方式の動作帯域に比べて倍となる8%の動作帯域を確認した。これらの結果は本理論の妥当性を示すもので、本研究の目的は達成された。
本研究は、原理的には体積を持たず、実効的な媒質定数が定義できないメタ表面に対して、これまで考えられていなかったエバネセント波の発生と操作のための合理的な設計指針を与えるもので、その意義は大きい。また、本研究により判明した、通常実数と考えられている自由空間インピーダンスが、エバネセント波の生成時には虚部を持つことも重要な発見である。本研究成果は、高分解能非侵襲生体センサー等の電磁波応用から光学応用等、幅広い分野への展開が期待でき、社会的な波及効果も大きい。
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