2014 Fiscal Year Research-status Report
中赤外～テラヘルツ帯用超高性能偏光子の開発とその技術応用に関する研究
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26420297
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
白石 和男 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90134056)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 偏光子 / サブ波長格子 / テラヘルツ / 中赤外 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．最適金属種の選定による性能向上
中赤外用としては，単層膜の複素屈折率の測定結果からはAlよりもAuのほうが優れていると判断して偏光子の試作を行った．その結果は予想に反して，Alを用いた偏光子のほうが，挿入損失，消光比ともAuを用いたものよる優れていることが判明した． テラヘルツ帯用偏光子では，Al, Au, Pt, Agを用いた偏光子を作製して最適の材料を探索した．単層膜の光学的性質からはAgが最も優れていると予想されたが，試作の結果はAuが最も優れていることが判明した．これら一連の実験結果から，中赤外用はAl，テラヘルツ帯用はAuが最も適した金属であるとの結論を得た．ただし，金属の複素屈折率は薄膜の成膜条件に依るため，今後も継続して研究を進める．
２．波長特性の平坦化
鋭角な三角断面格子をもち，周期性，平滑性に優れた金型を使用してテラヘルツ帯偏光子を作製した結果，0.5から3THzの広い周波数範囲で低損失，高消光比特性を得ることができた．これによりテラヘルツ帯用では当初の研究目標を達成した．中赤外用では金属の周波数依存性が大きく，継続して検討を進める予定である．
３．偏光子の微細構造解明
金属薄膜サブ波長格子構造偏光子では金属膜の膜厚分布が未知であった．そこで反応性イオンエッチング技術を用いて偏光子断面の金属薄膜形状を，際立たせる方法を考案した．この結果，中赤外用の多重構造偏光子では，多重化により金属薄膜形状が基底構造から変形することが判明した．これが消光比を減少する原因になることを見出した．一方，テラヘルツ帯用偏光子では，金属膜厚は三角格子断面の頂点付近では設計より8%減，格子底部では40%減になることを明らかにした．これが偏光子特性に及ぼす影響はわずかであることも明らかになった．
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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
主な成果は，（１）金属種の最適化，（２）波長特性の平坦化，（３）微細構造の解明，の３点である．（１）については，多数の金属種を用いた試作実験を行って結論を得ることができた．（２）については，テラヘルツ帯用偏光子において目標を達成した．しかし，中赤外では現在継続検討中である点が課題として残っている．（３）については当初の目標に入っていなかったが，研究の進展に伴い，重要性が認識されて取り組んだ課題であった．この課題を明確に解決できた点は高く評価されると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
中赤外域における波長特性の平坦化，特に挿入損失の低減化を強く推進する予定である．格子の形状変化が顕著になることから，多重数は３重化を止めて２重化にとどめる．その上で，基板裏面の反射損失を低減化するために平坦でなくサブ波長の格子を形成するほか，偏光子の最上面に硫化亜鉛の薄膜を形成して反射防止効果をもたせる構造を作製する計画である．テラヘルツ帯用の偏光子は従来に比べてはるかに高性能を実現した．今後は外部の研究機関に提供して評価をしてもらう（既に，ある大学から提供依頼が来ている）．
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| Causes of Carryover |
作製したテラヘルツ帯用偏光子の特性は，外部機関に依頼して有料で測定している．年度末近くに作製したサンプルは，年度内に測定依頼完了に至らなかったため約18万円が次年度使用額として残った．これら年度末近くに作製したサンプルの測定は次年度早々に外部機関に測定を依頼するため，年度をまたぐ形となった．もう一つの理由は研究成果を纏めて電子ジャーナルにフルペーパー論文として投稿する際の時間的ギャップである．当初平成27年3月までに投稿採録および掲載費約20万円の支払を完了する計画であった．しかし，追加実験を行った結果，投稿が4月2日にずれ込んだ．以上の理由により合計約38万円が次年度使用額になった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度に作製したサンプルの特性測定費として翌年度に支出する予定である．また投稿された論文が現在査読されている段階であり，採録になれば直ちに掲載費の支払いを行う予定である．なお，当初から予定していた次年度経費は，変更なしに計画通り執行する予定である．
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