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MEMS光メタマテリアルによる屈折率の動的制御

Research Project

Project/Area Number 13J02945
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied optics/Quantum optical engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

穂苅 遼平  東北大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2013 – 2014
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsメタマテリアル / MEMS / 微細加工 / 光メタマテリアル / 製作誤差 / 電磁誘起透明化
Outline of Annual Research Achievements

本研究では「メタマテリアルが示す光学特性の構造依存性」と「MEMSによる微細構造の動的な精密位置制御」を活用したMEMS駆動型光メタマテリアルを実現し、屈折率の動的制御を目的としている。本年度は、①光学特性における製作誤差の影響評価、②EITメタマテリアルにより生じる位相差の評価を行った。そして③光領域で応答するMEMS駆動型EITメタマテリアルの製作工程の構築に努めた。可変メタマテリアルによる透過率や位相差の制御域を定量的に評価することができ、また、光メタマテリアル形成技術において製作精度の向上に寄与することができた。
①光学特性における製作誤差の影響評価
光メタマテリアルが示す光学特性を十分に発揮するため、製作誤差の影響を評価することは応用上重要である。構造の寸法精度や形状精度、密着層の厚さやメタマテリアル構造の厚さ等の製作誤差に注目し、それぞれ評価した。
②EITメタマテリアルにより生じる位相差の評価
製作したEITメタマテリアルの光学特性が数値計算と良く一致したため、数値計算により位相差およびその光学異方性を評価した。また、屈折率の動的制御実現に向けて、透過係数と反射係数を測定する必要がある。そのため、マッハツェンダー干渉計を自作し、直径約100μm領域の透過位相と反射位相を測定できるシステムを開発した。これらは位相変調素子への応用に向けた重要な成果である。
③光領域で応答するMEMS駆動型EITメタマテリアルの製作
最終工程の犠牲層除去前までの製作方法を確立することができた。12nm以下の寸法精度でメタマテリアル部およびMEMS静電アクチュエータ部を形成した。また、メタマテリアルを含まない静電アクチュエータを製作し、36Vの電圧印加時に水平方向に97nmの変位が得られた。今後のMEMS駆動型メタマテリアルの実現において重要な基礎技術である。

Research Progress Status

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] MEMS for plasmon control of optical metamaterials2015

    • Author(s)
      Yoshiaki Kanamori, Ryohei Hokari, and Kazuhiro Hane
    • Journal Title

      IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics

      Volume: 21 Issue: 4 Pages: 2701410-2701410

    • DOI

      10.1109/jstqe.2014.2385957

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of planar metamaterials with sharp and strong electromagnetically induced transparency-like characteristics at wavelengths around 820 nm2014

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Journal Title

      Journal of the Optical Society of America B

      Volume: 31 Issue: 5 Pages: 1000-1005

    • DOI

      10.1364/josab.31.001000

    • Related Report
      2014 Annual Research Report 2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison of electromagnetically induced transparency between silver, gold, and aluminum metamaterials at visible wavelengths2014

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 22 Issue: 3 Pages: 3526-3537

    • DOI

      10.1364/oe.22.003526

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Numerical study on resonant wavelength control of split ring resonators with inductance variable structures in the optical wavelength region2013

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Journal Title

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      Volume: 38[4] Pages: 615-618

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Fabrication and phase-shift analysis of EIT metamaterials operating at visible wavelengths2014

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Organizer
      The 4th Korea-Japan Metamaterials Forum
    • Place of Presentation
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • Year and Date
      2014-12-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 近赤外域における電磁誘起透明化メタマテリアルの製作と光学異方性の評価2014

    • Author(s)
      穂苅遼平, 金森義明, 羽根一博
    • Organizer
      平成26年度応用物理学会東北支部学術講演会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2014-12-05
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 擬似電磁誘起透明化が生じる光メタマテリアルの製作と位相差解析2014

    • Author(s)
      穂苅遼平, 金森義明, 羽根一博
    • Organizer
      平成26年度総合研究会「マイクロマシン・センサシステムとそのプロセス技術及び一般/企画セッション(メタマテリアル・プラズモニクスおよびマイクロ・ナノ構造のフォトニクス・電子デバイス応用)」
    • Place of Presentation
      東京大学生産技術研究所(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2014-05-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental comparison of electromagnetically induced transnarency-like characteristics between silver and aluminum metamaterials at visible wavelengths2014

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Organizer
      The 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META' 14)
    • Place of Presentation
      Nanyang Technological University (Singapore)
    • Year and Date
      2014-05-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Detuning Effect of Quadrupole Resonators in Electromagnetically Induced Transparency-like Metamaterials at Near-Infrared Wavelengths2014

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Organizer
      9th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication (ODF'14)
    • Place of Presentation
      板橋区立文化会館(東京都板橋区)
    • Year and Date
      2014-02-13
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Experimental Comparison of Electromagnetically Induced Transparency-like Characteristics between Silver and Aluminum Metamaterials at Visible Wavelengths2014

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Organizer
      5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META' 14)
    • Place of Presentation
      シンガポール(南洋理工大学)(発表確定)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparison of electromagnetically induced transparency between silver and gold metamaterials at wavelengths around 800 nm2013

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Organizer
      26th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2013)
    • Place of Presentation
      ロイトン札幌(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2013-11-07
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 近赤外域における擬似電磁誘起透明化メタマテリアルの製作2013

    • Author(s)
      穂苅遼平、金森義明、羽根一博
    • Organizer
      平成25年度電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会
    • Place of Presentation
      東京工科大学蒲田キャンパス(東京都大田区)
    • Year and Date
      2013-08-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of electromagnetically-induced-transparency-like metamaterials in the near-infrared region2013

    • Author(s)
      Ryohei Hokari, Yoshiaki Kanamori, and Kazuhiro Hane
    • Organizer
      3rd Korea-Japan Metamaterials Forum
    • Place of Presentation
      韓国(梨花女子大学校)
    • Year and Date
      2013-06-27
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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