2013 Fiscal Year Research-status Report
テラヘルツ波超集束効果を用いた新規なテラヘルツ時間領域分光法の開拓
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25410006
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
山本 晃司 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 准教授 (70432507)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 導波路 |
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| Research Abstract |
金属テーパー構造結合平行平板導波路におけるテラヘルツ波伝播特性に関して研究を行った。金属平行平板の長さを変化させることで平行平板長が長くなるほど時間遅れが大きくなることが観測されたが、その関係が比例しないことが明らかになった。このことから金属平行平板の全領域を金属平行平板のTEMモードとして伝播しているのではないこと、金属平行平板の端面（金属平行平板とテーパーの界面、および金属平行平板と自由空間の界面）間のテラヘルツ波伝播は、金属平行平板の伝播モードを経由せずに、直接的に電磁波相互作用で端面間を伝播することが示唆された。
つぎに、導波路を用いた薄膜状の試料を測定出来るかを検討するために、金属平行平板とテラヘルツ波が平行となる配置でテラヘルツ波透過測定を行った。その結果、(1) 金属平行平板導波路のTE1モードのカットオフと同様なカットオフが観測されること、(2) カットオフよりも高周波数領域で、検出されない周波数帯域が複数存在することがわかった。完全導体近似のもとでの金属平行平板間に2層誘電体が存在するときの電磁波のTE伝播モードを理論的に導出し、この結果から得られた分散関係に基づいて実験結果を解析した結果、(3) 分散関係から得られるTEn(n=1,2,3...) カットオフ周波数が、透過測定から得られたカットオフ周波数と一致することを示し、(4) 検出されない周波数帯では電磁波エネルギーが薄膜試料に多く分布しており、電磁波エネルギーが試料に吸収されていることを示唆した。薄膜試料に対する定量的な吸収係数の導出やバンドパスフィルターとしての応用の可能性を示した。
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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
本申請課題では、金属導波路を利用した新規なテラヘルツ時間領域分光法の確立と展開を目的としており、平成25年度の研究計画は次のとおりである。
課題[1]：金属導波路構造の最適化によるテラヘルツ波の超集束効率の向上に対して、金属導波路構造の最適化を行う。
課題[2]：金属導波路を用いた、薄膜および微小試料に対するテラヘルツ時間領域分光法の開拓に対して、誘電体薄膜のテラヘルツ時間領域分光法の確立を目指す。
これらの計画に対して、金属導波路の平行平板におけるテラヘルツ波透過を実験的にも理論的にも詳細に検討を行い、金属平行平板間における伝搬モードの特性に関する知見を得ることができた。また、金属平行平板間に挟んだ薄膜試料と伝搬モードに関する解析に成功し、薄膜試料に対する定量的な吸収係数の導出やバンドパスフィルターとしての応用の可能性を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属導波路の平行平板部分に、微結晶試料を挟み、テラヘルツ時間領域分光測定を行う。測定試料には、テラヘルツ帯にシャープなバンドを持つシスチン微結晶を用いる。アピエゾングリースで分散させることによって、微結晶が平行平板部分に十分に分散されている状態での測定を進める。
透明導電膜、特に、酸化インジウムスズ（ITO）導電膜を金属薄膜とした金属導波路を作成し、テラヘルツ波の超集束の効果を確かめる。ポリエチレンテレフタレート（PET）を基板とした市販のITO被覆PET基板を利用し、これを曲げることで金属導波路構造と類似の構造を作り、テラヘルツ波の超集束効果を確かめる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度の研究計画に対して、金属導波路の平行平板におけるテラヘルツ波透過、および、金属平行平板間に挟んだ薄膜試料と伝搬モードに関する実験が順調に進み、次年度以降の計画を前倒しして行う計画を立て、研究費の追加申請を行った。しかし、理論的な考察が当初の予想以上に進展したため、追加申請分は次年度に使用するように計画を変更した。
申請の計画通り、平成26年度は、金属導波路の平行平板部分に、微結晶試料を挟み、テラヘルツ時間領域分光測定を行う。測定試料には、テラヘルツ帯にシャープなバンドを持つシスチン微結晶を用いる。アピエゾングリースで分散させることによって、微結晶が平行平板部分に十分に分散されている状態での測定を進める。また、透明導電膜、特に、酸化インジウムスズ（ITO）導電膜を金属薄膜とした金属導波路を作成し、テラヘルツ波の超集束の効果を確かめる。ポリエチレンテレフタレート（PET）を基板とした市販のITO被覆PET基板を利用し、これを曲げることで金属導波路構造と類似の構造を作り、テラヘルツ波の超集束効果を確かめる。
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