2020 Fiscal Year Annual Research Report
Voltage-controllable terahertz element using liquid crystal and metallic metastructure
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18K04259
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
佐々木 友之 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90553090)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | テラヘルツ/赤外材料・素子 / 液晶 / メタマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、各種テラヘルツ（THz）波応用システムの普及と高度化に資する液晶を用いた電圧駆動型THz素子の実現を目的に実施している。液晶は屈折率異方性と外場応答性を併せ持つ稀有な材料であり、ディスプレイや空間光変調器等、光領域においては広く用いられている。近年、THz波の動的伝搬制御技術に対する需要の高まりを見越し、液晶を用いたTHz素子に関する研究が行われ始めているが、THz帯域における透明電極用材料の探索等、実用化に向けての課題は多い。一方で、電磁波の高度伝搬制御のためには、金属微細構造によるメタマテリアルも非常に魅力的である。しかしながら、微小なメタ原子の外場制御には技術的に大きな困難が伴う。本研究では、液晶と金属メタ構造とを相補的に利用するとともに、申請者らが独自に確立した液晶の多次元光配向技術を用いることで、THz波の振幅、位相、偏波、伝搬方向等を、電圧印加により複合的かつ高度に制御可能な動的THz素子の創製を目指す。
令和2年度は、昨年度に引き続き、主として、液晶を内包するメタサーフェスによるTHz帯での偏波変換素子についての研究に取り組んだ。これまで、液晶と等方的な金属メタサーフェスとを組み合わせることで、用いる液晶の複屈折よりも1桁程度大きな実効複屈折が得られることを見出していたが、本年度は、その特性を数値シミュレーションを用いて体系的にまとめるとともに、より実効複屈折を増大させるべく、機械学習を用いた構造の最適設計に取り組み、成果発表を行った。また、負の屈折率を示す液晶内包メタマテリアルについても研究を行い、当初計画していたような波面制御への展開も示した。
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