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テラヘルツ波メタマテリアルにおける表面波の特異な分散特性と機能

公募研究

研究領域電磁メタマテリアル
研究課題/領域番号 23109508
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

高原 淳一  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90273606)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2012年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2011年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード表面波 / プラズモニクス / 左手系媒質 / メタマテリアル / メタ表面 / テラヘルツ波 / スローライト
研究実績の概要

本研究はメタマテリアルによって構成される左手系媒質(Left-Handed Material: LHM)と様々な光学媒質との界面に存在する表面波の特性を理論的に解析し、それをもとに新しい原理のテラヘルツデバイスを提案することを目的とする。
本研究では、異方性負誘電率および異方性負透磁率をもつような一般的なLHMと誘電体との界面における表面波について、TM(Transverse Magneticfield)波またはTE(Transverse Electricfield)波に対する分散関係式を導出し、その解析解を求め、それぞれ表面波が存在するための条件式を解析的に導出した。これは場の縦成分に対しても、誘電率や透磁率が負の値をとる点が、従来のTEM波に対するLHMの研究とは本質的に異なる。その結果、条件式は2つあることがわかり、具体的なメタ原子の構造を決める場合の設計指針を得ることができた。この条件から誘電率や透磁率の負の絶対値を大きくしなくても存在条件を満たせることがわかったので、実験を行うことが容易になる。
次に、典型的なメタ原子として良く知られる分割リング共振器と細線を用いた具体的なメタ表面を提案した。TM波またはTE波のどちらか一方の表面波が伝搬し得るメタ表面の構造は自明であるが、この自明なメタ表面を積層して方形メタマテリアル導波路とする構造を提案した。この方形導波路では、TM・TE波が導波路の各面を交互に伝搬できる。このようなメタマテリアルを実際に3次元で作製するのは非常に難しいので、これを平面プロセスの積層で実現するための構造を提案した。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 5件) 図書 (3件)

  • [雑誌論文] Colloidal quantum dot-based plasmon emitters with planar integration and long-range guiding2013

    • 著者名/発表者名
      M. Miyata and J. Takahara
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: Vol. 21, No. 7 号: 7 ページ: 7882-7890

    • DOI

      10.1364/oe.21.007882

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitation control of long-range surface plasmons by two incident beams2012

    • 著者名/発表者名
      M. Miyata
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 20 号: 9 ページ: 9493-9500

    • DOI

      10.1364/oe.20.009493

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral Control of Thermal Radiation by Metasurface with Split-Ring Resonator2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Ueba
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 12 号: 12 ページ: 122001-12003

    • DOI

      10.1143/apex.5.122001

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属ナノスラブ導波路における表面プラズモンの伝送と集束2012

    • 著者名/発表者名
      高原淳一
    • 雑誌名

      表面科学

      巻: 33 ページ: 209-215

    • NAID

      10030569967

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズモニック導波路2011

    • 著者名/発表者名
      高原淳一
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 80(9) ページ: 772-778

    • NAID

      10029468015

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field enhancement by longitudinal compression of plasmonic slow light2011

    • 著者名/発表者名
      M.Miyata, J.Takahara
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 111 号: 5

    • DOI

      10.1063/1.3691227

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Narrow-band Thermal Radiation by Metal Metasurface2013

    • 著者名/発表者名
      J. Takahara
    • 学会等名
      Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2013)
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan
    • 年月日
      2013-03-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phase Control of Surface Plasmon Excitation in Metal Slab Waveguides2013

    • 著者名/発表者名
      J. Takahara
    • 学会等名
      4th International Topical Meeting on Nanophotonics and Metamaterials (NANOMETA 2013)
    • 発表場所
      Seefeld, Austria
    • 年月日
      2013-01-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermal Radiation Control by Metasurface2012

    • 著者名/発表者名
      J. Takahara
    • 学会等名
      8th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
    • 発表場所
      Osaka
    • 年月日
      2012-12-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノプラズモニクス2012

    • 著者名/発表者名
      高原淳一
    • 学会等名
      応用物理学会北陸・信越支部講演会
    • 発表場所
      福井大学
    • 年月日
      2012-12-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Introduction of Plasmonics and Application to Optical Integrated Circuits2012

    • 著者名/発表者名
      J. Takahara
    • 学会等名
      2012 International Scientific Instrument Technology Workshop
    • 発表場所
      Hsinchu, Taiwan
    • 年月日
      2012-10-24
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属ナノスラブ導波路におけるスーパーロングレンジモードの伝送2012

    • 著者名/発表者名
      高原淳一
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演講演会
    • 発表場所
      愛媛大学
    • 年月日
      2012-09-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 二入力光による長距離伝搬表面プラズモンポラリトンの励起制御2012

    • 著者名/発表者名
      宮田将司
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] テラヘルツ領域へのプラズモニクスの拡張方法と電場増強効果2012

    • 著者名/発表者名
      高原淳一
    • 学会等名
      第9回プラズモニクスシンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡県)
    • 年月日
      2012-01-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Lateral Superfocusing of Surface Plasmon Polariton in Symmetric Slab Plasmonic Waveguides2012

    • 著者名/発表者名
      J.Takahara
    • 学会等名
      2012 Taiwan-Japan Nanophotonics and Plasmonic Metamaterials Workshop
    • 発表場所
      国立台湾大学(台北、台湾)(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Basic Nanoplasmonics and Application to Nano-Optical Circuits2011

    • 著者名/発表者名
      J.Takahara
    • 学会等名
      2011 International Scientific Instrument Technology Workshop
    • 発表場所
      ITRC(新竹、台湾)(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Plasmonic Devices in the Visible-Terahertz Region2011

    • 著者名/発表者名
      M.Miyata
    • 学会等名
      The 6th Photonics Center Symposium : Nanophotonics in Asia 2011
    • 発表場所
      志摩観光ホテル(三重県)
    • 年月日
      2011-09-20
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アンテナ結合を用いた対称構造導波路プラズモニック電気光学デバイスの解析2011

    • 著者名/発表者名
      尾崎常祐
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県)
    • 年月日
      2011-09-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 長距離伝搬表面プラズモンを用いて励起したプラズモニック・スローライトによるエネルギー圧縮2011

    • 著者名/発表者名
      宮田将司
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県)
    • 年月日
      2011-08-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Plasmonic slow light in metal film waveguides2011

    • 著者名/発表者名
      M.Miyata
    • 学会等名
      The 1st Korea-Japan Metamaterials Forum 2011
    • 発表場所
      Ewha Womans University(ソウル、韓国)
    • 年月日
      2011-07-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Plasmonic slow light in negative dielectric film2011

    • 著者名/発表者名
      M.Miyata
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Surface Plasmon Photonics (SPP5)
    • 発表場所
      BEXCO(釜山、韓国)
    • 年月日
      2011-05-19
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of plasmonic waveguides with light-coupling antennas for electro-optic functional device2011

    • 著者名/発表者名
      J.Ozaki
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Surface Plasmon Photonics (SPP5)
    • 発表場所
      BEXCO(釜山、韓国)
    • 年月日
      2011-05-19
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Negative refraction of slow light in metal film plasmonic waveguides2011

    • 著者名/発表者名
      J.Takahara
    • 学会等名
      The 5th International Conference on Surface Plasmon Photonics (SPP5)
    • 発表場所
      BEXCO(釜山、韓国)
    • 年月日
      2011-05-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] アクティブ・プラズモニクス2013

    • 著者名/発表者名
      高原淳一(共著)
    • 総ページ数
      59
    • 出版者
      コロナ社
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] プラズモンナノ材料開発の最前線と応用2012

    • 著者名/発表者名
      高原淳一(分担)
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] 光エレクトロニクスとその応用(第7章2.5節プラズモニクス)2011

    • 著者名/発表者名
      高原淳一(分担)
    • 出版者
      オーム社
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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