2013 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツ波による超解像リアルタイムイメージングシステムの開発
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25706026
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
宮丸 文章 信州大学, 理学部, 准教授 (20419005)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 双曲型分散媒質 / テラヘルツ波 |
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| Research Abstract |
本研究では、テラヘルツ領域において，電磁波の波長よりも小さい近接場のイメージの情報を，波長よりも大きい遠方場へのイメージの情報へ変換するハイパーレンズの開発を行うことを目的としています。このような光学素子を作製することによって，最終的にテラヘルツ領域において近接場のイメージをリアルタイムで観測することを目指しています。
ハイパーレンズを実現する形態としていくつかの方法が考えられていますが，本年度は，特にワイヤー媒質によるハイパーレンズの作製を行い，その電磁波伝搬特性を観測しました。金属を材料とした直線ワイヤーを電磁波の波長よりも短いピッチで周期的にプラスチック基板上に平行に並べた2次元状のシートを，レーザー加工により数十枚作製し，それらを積層することにより3次元状に金属ワイヤーが並んだ構造を作製しました。対象とするテラヘルツ波の波長は，数百ミクロン～1ミリメートルなので，試料を作製する精度は数ミクロン程度が要求されます。特に数十枚のシートの横ずれ量を数ミクロンの範囲内に収めて積層する際に困難さがありますが，平行ピンによる位置決めとそれに対応する高精度なピン穴をレーザー加工により加工することにより，3次元の金属ワイヤー構造を作製しました。
その試料の表面に200ミクロンのスリットを置き，0.5THzのテラヘルツ波を入射させ，10ミリメートルの試料長さを透過した後のテラヘルツ波の空間分布を測定したところ，500ミクロン程度の半値全幅をもつ強度空間分布が観測されました。今回得られた結果は，波長よりも小さいスリットを透過後でも，サブ波長の空間分布を保ったまま，電磁波が伝搬していることを意味していると考えられます。これは，目的である近接場の情報を遠方場に変換することができる可能性を示す有望な結果であると言えます。
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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
本年度は，ハイパーレンズの試料の作製手法を確立することを，一つの課題としてきました。特に，レーザー加工により数～数十ミクロンの微細な金属加工を施した2次元状のシートを，数十枚積層する際，各シート間の横ずれ量を数ミクロンの範囲内に収める手法を確立する必要がありました。本年度では，その方法として平行ピンとそれに対応する高精度なピン穴を金属加工と一体的にレーザー加工することにより，比較的高い精度の3次元状試料を作製することが可能になりました。
また，その試料のテラヘルツ波の伝搬特性を測定し，テラヘルツ波の波長よりも小さい200ミクロン幅のスリットを通り抜けた後，試料内を10ミリメートル伝搬した後の電場分布が，500ミクロン程度であることを観測しています。この結果からも，所望の3次元試料を作製できていると言えます。
また本年度では，ハイパーレンズを実現する他の構造を探索することも，課題としてきました。特に，これまでTM偏光と呼ばれる，電磁波のある一つの偏光方向でしかハイパーレンズを実現できない構造でしたが，本研究ではもう一つの偏光方向であるTE偏光でもハイパーレンズを実現できる構造を，理論的な計算機シミュレーションによってその電磁波応答特性を解析しました。
以上のことより，本年度は概ね順調に進展していると考えています。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，本年度に確立した3次元試料の作製手法を用いて，テラヘルツ領域のハイパーレンズを作製し，実際にその電磁波応答特性を測定します。特に，ワイヤー媒質型のハイパーレンズの作製を重点的に進めることによって，できるだけ早い段階で，テラヘルツ領域のハイパーレンズ特性の実証実験を行う予定です。またそれとともに，最終的にリアルタイムイメージングを行うための，テラヘルツイメージング光学系の作製を行っていく予定です。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初計画で見込んでいたよりも安価に研究が完了したため，次年度使用額が生じました。
当初計画では購入計画には入っていませんでしたが，光に対する空間位相変調器を購入する計画をしています。これは，光の位相を変調する装置で，，これを用いることにより，光の集光スポット形状をある程度自在に制御することができます。この装置を，現在使用しているレーザー加工装置に組み込むことによって，従来よりも数倍も速くレーザー加工を行うことができると期待できます。
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