2023 Fiscal Year Annual Research Report

Simultaneous and independent control of amplitude, phase, and polarization of the optical wave by double phase meta-hologram using dielectric meta-atom

Research Project

Project/Area Number	21H01838
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	志村努東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90196543)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	メタサーフェス / メタアトム / 電磁界解析 / 振幅・位相・偏光全制御 / 電子ビームリソグラフィー / ２重位相ホログラフィー / ハルトマンマスク / タルボット像
Outline of Annual Research Achievements	単一種のメタ原子からなるメタ表面による位相・偏光変調特性を、メタ原子の長辺L、短辺Sおよび回転角αをパラメータとして、電磁界解析により求め、光の変調特性と構造パラメータの関係を詳細に計算し、データベース化した。これをもとに異なる2種のメタ原子を組み合わせて、2重位相ホログラフィーの原理を適用した結果が、おおよそ純粋な数値シミュレーションの結果と一致することが分かった。しかしながら両者の結果には少なからぬ不一致もあり、その理由は、前者の理論ではメタ原子間の相互作用を考慮していないためであると考えられる。相互作用の詳細の検討は今後の課題として残る。実際のデバイス設計では2重位相ホログラフィーの理論を用いてデバイス構造の初期値を与え、それを出発点に数値シミュレーションによる最適化を行うことで、高精度なデバイス設計が効率よく行えると考えられる。本研究により、光波の振幅・位相・偏光の同時独立変調を行うメタ表面の設計法が確立されたと言える。試料作製、およびその試料を用いた実験結果と数値計算結果の比較検討は、現在進行中であり、近日中にまとめることができると考えている。また、ハルトマンマスクのタルボット像の変形を用いた、光波の振幅・位相・偏光の同時ワンショット計測システムは、その原理実証を行った。最終年度には、直線偏光子のみでストークスパラメータを完全に求めることのできるデバイスと数値処理についても原理実証を行った。このシステムは、干渉計を用いず、カメラと一体化してデバイス化することが可能で、小型で安定な光波計測器となる。メタ表面の評価に有効なだけでなく、原理的には動画撮影も可能で、生体観察の新しいツールとしても有効であると考えている。
Research Progress Status	令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和5年度が最終年度であるため、記入しない。