2021 Fiscal Year Research-status Report
Verification of broadband control of complex transmittance matrix for electromagnetic waves using Brewster metafilms
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21K04192
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
玉山 泰宏 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50707312)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / 電磁波 / ブリュースター現象 / 広帯域制御 / 群遅延 / 異方性 / 旋光性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、厚さが1メタ原子層のメタマテリアルであるメタ薄膜におけるブリュースター現象を利用することで、電磁波の異方性も含めた広帯域複素透過率制御が実現できることを示す。今年度は、まず、一方の直線偏光のみを対象として、広帯域で群遅延制御が行えることを示した。共振的な応答を示すメタ原子でメタ薄膜を形成しブリュースター現象を発生させると、周波数無依存で透過率の絶対値を1に保ちつつ、共振周波数で群遅延を大きくできる。また、ブリュースター現象を利用していることから、共振周波数の異なる複数のメタ薄膜を積層させるだけで、群遅延の周波数依存性を自在に制御することができる。この考え方に基づき、ミアンダ型共振器で構成されるメタ薄膜を複数層積層させることにより広帯域に亘って群遅延を大きくできることを、数値計算および実験の両面から実証した。また、メタ薄膜内における誘電損失は共振周波数付近における透過率の絶対値を減少させる要因となるが、誘電損失と透過率の大きさの関係についても数値計算を通して解析を行った。この研究は電磁波の異方性も含めた広帯域複素透過率制御実現のための第1ステップであるとともに、ここでの結果のみに着目した場合でも、電磁波パルスの伝搬制御において重要な意義をもつ。積層させるメタ薄膜の共振周波数を調整することで、群遅延の周波数依存性を様々に変化させられるということになるので、群遅延分散を含めた制御が容易に行えるようになるということを意味しており、情報処理をはじめとした電磁波応用分野の発展につながることが期待できる。
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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
今年度は、一方の直線偏光に対する広帯域複素透過率制御の実証として、広帯域での群遅延制御手法を実証するという計画であった。実際、計画の際に考案していた方法で広帯域での群遅延制御が実現できている。ミアンダ型共振器で構成されるメタ薄膜においてブリュースター現象を発生させると、一方の直線偏光のみに対して応答し、その直線偏光成分に対しては、透過率の絶対値は広帯域に亘っておおよそ1であり、群遅延はミアンダ型共振器の共振周波数付近において大きくなるということが数値計算および実験を通して確かめられた。これは、ミアンダ型共振器がメタ薄膜におけるブリュースター現象を利用した広帯域での透過型電磁波制御のためのメタ原子として利用できるということを意味しており、直線偏光基底での異方性も含めた広帯域複素透過率制御実現のための1つの要素が確立されたということになる。すなわち、1つの直線偏光成分に限って言えば、ミアンダ型共振器で構成されるメタ薄膜を積層させるだけで、様々な複素透過スペクトルをもつメタマテリアルが実現できることが、原理的には実証されたということになる。また、上記実証を行う中で、ミアンダ型共振器で構成されるメタ薄膜の透過特性の構造パラメータや誘電損失に対する依存性についても明らかにしており、次年度に必要な基礎データの収集も行えている。それに加えて、計画していた研究に関連する事項に関する検討も併せて行えていることから、研究は予定通り進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、計画通り、直線偏光基底での異方性も含めた広帯域複素透過率制御の実証として、メタ薄膜におけるブリュースター現象を利用した広帯域波長板の実現に取り組む。直交するそれぞれの直線偏光に対してのみ応答するような2種のメタ薄膜を積層させることにより、直交する直線偏光成分を独立に制御できることを示す。その原理実証として、各直線偏光成分を制御するメタ薄膜の共振周波数差を調整することで、広帯域かつ高効率の透過型半波長板や1/4波長板を実現する。ここで、今年度の研究を通して、直交偏光成分を独立に制御するためのメタ薄膜として当初考えていたものよりも効率が上げられるメタ薄膜の構成法を見出したため、そちらの新たな手法を用いて実証実験を行うことにする。この手法の変更によって、計画の遅れは発生しないどころか、むしろ、今年度得られた結果を上手く利用できるような形になっており、メタ薄膜の設計や作製において大幅な簡単化が進むため、当初計画より効率よく研究を進められる可能性すらあると考えている。
当初計画に加えて、今年度に実証した広帯域群遅延制御に関して、結果について解析を行う中で重要な応用事例についても気付いたため、その応用事例の実証についても併せて取り組むことを考えている。当初の計画から研究内容を増やすことになるが、追加の設備は不要であるので、この研究に参画する学生の人数を増やすことで問題なく対応できると考えている。
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