構造共鳴を利用したテラヘルツ波メタマテリアルの作製と機能

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 電磁メタマテリアル
• 研究課題/領域番号: 22109003
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 永井 正也 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (30343239)
• 研究分担者: 宮丸 文章 信州大学, 理学部, 准教授 (20419005) ; 宮嵜 博司 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00134007) ; 高野 恵介 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センタ, 助教 (70583102)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: メタマテリアル / 波長板 / プリズム / 電磁有機透明化 / 非線形光学

研究実績の概要

1.電波・マイクロ波領域の導波路技術をテラヘルツ周波数帯に拡張することで、大面積で廉価な位相板が構築できることを見出した。これは金属平板導波路をベースとした人工媒質であり、化学エッチングによって構築した周期的な開口やピラー構造を持つ金属平板を等間隔に配置しただけの素子である。構造や平板間距離を制御することで複屈折性を自在に制御できることから、動作周波数を自在に制御することが可能である。これらは電磁メタ物質が赤外光学素子の実用的素子として展開可能である。
2. 金属平行平板導波路をベースとしたプリズムやレンズを試作し、その回折や集光の様子からテラヘルツ分散素子として実用可能であることを見出した（ライス大学との共同研究）。また同様技術を駆使することでワイヤグリッド偏光子を試作し、2 THz以下の周波数領域で50 dB以上の消光比を実現していることを見出した。（茨城大との共同研究）
3.金属ナノ構造の大きな電場増強による非線形光学効果の増大を活用することで，近赤外超短パルスからテラヘルツ波に高効率で変換される様子を観測した。励起光強度依存性から２次の非線形光学応答であることを見出した。
4. 電磁誘起透明化現象に起因する群速度遅延をメタマテリアル構造によって実現した。このような系に励起光を照射することで、金属共振器のQ値をピコ秒の時間スケールで変えることで群速度遅延を劇的に変化することが可能となった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Spectral Characteristics of Photoconductive dipole antennas including photocurrent and receiving antenna effects (2015)
  • 著者名/発表者名: 1.K. Irie, K. Takano, J. C. Young, K. Yamamoto, M. Tani, and T. Suzuki,
  • 雑誌名: Journal of Modeling and Simulation of Antennas and Propagation 巻: 1 ページ: 20-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Terahertz laminated-structure polarizer with high extinction ratio and transmission power (2015)
  • 著者名/発表者名: 2.Y. Kishi, M. Nagai, J. C. Young, K. Takano, M. Hangyo, and T. Suzuki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 ページ: 032201-1-4
  • DOI: doi:10.7567/APEX.8.032201
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Achromatic wave plate in THz frequency region based on parallel metal plate waveguides with a pillar array (2015)
  • 著者名/発表者名: 3.M. Nagai, N. Mukai, Y. Minowa, M. Ashida, T. Suzuki, J. Takayanagi, and H. Ohtake
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 23 ページ: 4641-4649
  • DOI: doi:10.1364/OE.23.004641
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Design of H-shaped fractal antenna for microbolometer and its thermal performance estimation (2014)
  • 著者名/発表者名: 4.K. Takebe, Y. Ikeshima, H. Miyashita, K. Takano, M. Hangyo, and S.-S. Lee
  • 雑誌名: Electronics Letters 巻: 50 ページ: 1410-1412
  • DOI: doi:10.1049/el.2014.2165
  • 査読あり
• [雑誌論文] Axial magnetic resonances of rotationally symmetric high-permittivity dielectric particles of arbitrary shape (2014)
  • 著者名/発表者名: 5.A. V. Maslov, S. M. Kuznetsova, M. Hangyo, and M. I. Bakunov
  • 雑誌名: J. Opt. 巻: 16 ページ: 9125104-1-9
  • DOI: doi:10.1088/2040-8978/16/12/125104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz metamolecules deposited on thin flexible polymer: design, fabrication and experimental characterization (2014)
  • 著者名/発表者名: 6.R. Yahiaoui, K. Takano, F. Miyamaru, M. Hangyo, and P. Mounaix
  • 雑誌名: J. Opt. 巻: 16 ページ: 094014-1-6
  • DOI: doi:10.1088/2040-8978/16/9/094014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crossover from capacitive to inductive electromagnetic responses in near self-complementary metallic checkerboard patterns (2014)
  • 著者名/発表者名: 7.K. Takano, F. Miyamaru, K. Akiyama, H. Miyazaki, M. W. Takeda, Y. Abe, Y. Tokuda, H. Ito, M. Hangyo
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 22 ページ: 24787-24795
  • DOI: doi:10.1364/OE.22.024787
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigation of fade-out mechanism of resonance modes in optical transmission using stacked metallic sub-wavelength slit arrays (2014)
  • 著者名/発表者名: 8.Y. Tokuda, K. Sakaguchi, K. Takano, T. Fukushima, and M. Hangyo
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 115 ページ: 243104-1-7
  • DOI: Doi:10.1063/1.4885759
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Generation and Detection of THz Pulses with a Bandwidth Extending Beyond 4 THz Using a Sub-picosecond Yb-doped Fiber Laser System (2014)
  • 著者名/発表者名: 9.M. Nagai, E. Matsubara, M. Ashida, J. Takayanagi, and H. Ohtake
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology 巻: 4 ページ: 440-446
  • DOI: DOI:10.1109/TTHZ.2014.2327377
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spirulina-templated metal microcoils with controlled helical structures for THz electromagnetic responses (2014)
  • 著者名/発表者名: 10.K. Kamata, Z. Piao, S. Suzuki, T. Fujimori, W. Tajiri, K. Nagai, T. Iyoda, A. Yamada, T. Hayakawa, M. Ishiwara, S. Haraguchi, A. Belay, T .Tanaka, K. Takano, and M. Hangyo
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 4 ページ: 4919
  • DOI: doi:10.1038/srep04919
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] テラヘルツ領域のメタマテリアルと応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高野恵介、北原英明、萩行正憲
  • 雑誌名: 日本赤外線学会誌 巻: 24 ページ: 14-22
• [雑誌論文] 金属板でテラヘルツ光の偏光を制御する～平行平板導波路を用いたアクロマート波長板～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 永井正也, 高柳順
  • 雑誌名: 光アライアンス 巻: 25 ページ: (11)21-23
• [学会発表] 超短パルスレーザー励起による金ナノロッドからのテラヘルツ波放射 (2015)
  • 著者名/発表者名: .浅井 基希、込山 英秋、彌田 智一、田所 譲、高野 恵介、中嶋 誠、萩行 正憲
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学 (神奈川県平塚市)
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 自己補対近傍チェッカーボードパターンのテラヘルツ応答 (2015)
  • 著者名/発表者名: .田中 翼、高野 恵介、Abdallah Chahadih、Abbas Ghaddar、Xiang-Lei Han、Francois Vaurette、Tahsin Akalin、宮丸 文章、中 嶋 誠、萩行 正憲
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学 (神奈川県平塚市)
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Improvement of THz imager with hybridization system of metamaterial and cholesteric liquid crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: Boyoung Kang, Tomohiro Nishikawa, Yuzuru Tadokoro, Keisuke Takano, and Makoto Nakajima
  • 学会等名: 第62回応 用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学 (神奈川県平塚市)
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] サブ波長銅球集団における高電場テラヘルツ誘起コヒーラー (2015)
  • 著者名/発表者名: 田所 譲、西川 智啓、高野 恵介、中嶋 誠、萩行 正憲
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学 (神奈川県平塚市)
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Pulse shaping of the intense few-cycle terahertz pulses for nonlinear spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaya Nagai
  • 学会等名: SPIE Photonic West, Ultrafast Phenomena and Nanophotonics XIX
  • 発表場所: San Francisco, CA （ＵＳ）
  • 年月日: 2015-02-08 – 2015-02-13
  • 招待講演
• [学会発表] Terahertz response of randomly connected checkerboard patterns (2014)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Takano
  • 学会等名: The 4th Korea-Japan Metamaterial Forum
  • 発表場所: 大阪大学 (大阪府豊中市)
  • 年月日: 2014-12-22 – 2014-12-24
  • 招待講演
• [学会発表] A proposal of a terahertz wave absorber based on dielectric spheres (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Hanai, Keisuke Takano, Fumiaki Miyamaru, Makoto Nakajima, Masanori Hangyo, and Riad Yahiaoui
  • 学会等名: The 4th Japan-Korea Metamaterials Forum
  • 発表場所: 大阪大学 （大阪府豊中市）
  • 年月日: 2014-12-22 – 2014-12-24
• [学会発表] Insulating-to-conducting transition of subwavelength copper spheres induced by terahertz field enhancement in native oxide layers (2014)
  • 著者名/発表者名: .Yuzuru Tadokoro, Tomohiro Nishikawa, Keisuke Takano, Makoto Nakajima, and Masanori Hangyo
  • 学会等名: The 4th Japan-Korea Metamaterials Forum
  • 発表場所: 大阪大学 （大阪府豊中市）
  • 年月日: 2014-12-22 – 2014-12-24
• [学会発表] Terahertz radiation from gold nano-rod arrays (2014)
  • 著者名/発表者名: .Motoki Asai, Hideaki Komiyama, Tomokazu Iyoda, Yuzuru Tadokoro, Keisuke Takano, Makoto Nakajima, and Masanori Hangyo
  • 学会等名: The 4th Japan-Korea Metamaterials Forum
  • 発表場所: 大阪大学 （大阪府豊中市）
  • 年月日: 2014-12-22 – 2014-12-24
• [学会発表] THz planar chiral metamaterials with asymmetric transmission (2014)
  • 著者名/発表者名: Boyoung Kang, Keisuke Takano, Makoto Nakajima, and Masanori Hangyo
  • 学会等名: The 4th Japan-Korea Metamaterials Forum
  • 発表場所: 大阪大学 （大阪府豊中市）
  • 年月日: 2014-12-22 – 2014-12-24
• [学会発表] サブ波長アルミニウム粒子集合体におけるテラヘルツ電場誘起絶縁／伝導転移 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田所譲、西川智啓、高野恵介、中嶋誠、萩行正憲
  • 学会等名: 第25回光物性研究会
  • 発表場所: 神戸大学 (兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-13
• [学会発表] 高強度テラヘルツ波パルスで誘起するコヒーラー効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田所譲、西川智啓、高野恵介、中嶋誠、萩行正憲
  • 学会等名: 応用物理学会・テラヘルツ電磁波技術研究会 「テラヘルツ科学の進展と応用への展望」
  • 発表場所: 大阪大学 (大阪府吹田市)
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-25
• [学会発表] 誘電体球を用いたテラヘルツ波吸収体の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 花井研一郎，高野恵介，宮丸文章，中嶋誠，萩行正憲，Yahiaoui Riad
  • 学会等名: 平成26年度第2回講演会「シミュレーションが先導するエレクトロニクス・フォトニクス研究 ～関西発イノベーションと若手からの発信～
  • 発表場所: 神戸大学 (兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-25
• [学会発表] Two-dimensional metamaterials made of TiO2 spheres in the terahertz region (2014)
  • 著者名/発表者名: Masanori Hangyo, Keisuke Takano, Fumiaki Miyamaru, Riad Yahiaoui, Michael I. Bakunov, Hiroshi Miyazaki
  • 学会等名: SPIE Photonics Asia 2014
  • 発表場所: Beijing (China)
  • 年月日: 2014-10-09 – 2014-10-11
  • 招待講演
• [学会発表] Terahertz properties of metallic checkerboard patterns and related structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoku Tanaka, Keisuke Takano, Abdallah Chahadih, Abbas Ghaddar, Xiang-Lei Han, Francois Vaurette, Willie Padilla, Tahsin Akalin, Masanori Hangyo
  • 学会等名: SPIE Photonics Asia 2014
  • 発表場所: Beijing （China）
  • 年月日: 2014-10-09 – 2014-10-09
• [学会発表] コレステリック液晶を用いたテラヘルツイメージャーの開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西川智啓、田所譲、高野恵介、中嶋誠、萩行正憲
  • 学会等名: 2014年秋期第75回応用物理関係連合講演会
  • 発表場所: 北海道大学 （北海道札幌市)
  • 年月日: 2014-09-20 – 2014-09-20
• [学会発表] 誘電体球を用いたテラヘルツ波吸収体の提案 (2014)
  • 著者名/発表者名: 花井研一郎，高野恵介，宮丸文章，中嶋誠，萩行正憲，Yahiaoui Riad
  • 学会等名: 2014年秋期第75回応用物理関係連合講演会
  • 発表場所: 北海道大学 （北海道札幌市)
  • 年月日: 2014-09-20 – 2014-09-20
• [学会発表] Development and Versatile Applications of Terahertz Time-Domain Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hangyo
  • 学会等名: IRMMW-THz 2014
  • 発表場所: Tucson, AZ （USA）
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Transition From Insulating To Conducting States Induced by Intense Terahertz Pulse In Aggregate Of Metal Particles (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuzuru tadokoro, Keisuke Takano, Masanori Hangyo
  • 学会等名: IRMMW-THz 2014
  • 発表場所: Tucson, AZ （US）
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-19
• [学会発表] THz Time-domain Spectroscopy Beyond 4 THz Using A Sub-picosecond Yb-doped Fiber Laser System (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nagai, E. Matsubara, M. Ashida, J. Takayanagi and H. Ohtake
  • 学会等名: IRMMW-THz 2014
  • 発表場所: Tucson, AZ （USA）
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-19
• [学会発表] Achromatic THz Wave Plate Composed Of Stacked Parallel Metal Plates with A Pillar Array (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Mukai, M. Nagai, Y. Minowa, M. Ashida, J. Takayanagi and H. Ohtake
  • 学会等名: IRMMW-THz 2014
  • 発表場所: Tucson, AZ （USA）
  • 年月日: 2014-09-14 – 2014-09-19
• [学会発表] Analyze of dependence on Q factor in coupled split-ring resonator in terahertz region (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nishida, H. Morita, T. Nakanishi, M. Kitano, F. Miyamaru, and M. W. Takeda
  • 学会等名: 8th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics
  • 発表場所: Copenhagen (Denmark)
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-30
• [学会発表] Electromagnetic Properties of Nearly Self-Complementary Metasurfaces at Terahertz Frequency (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Takano, Yoku Tanaka, Abdallah Chahadih, Abbas Ghaddar, Xiang-Lei Han, François Vaurette, Tahsin Akalin, Makoto Nakajima, and Masanori Hangyo:
  • 学会等名: The 8th International Conference on Photonics & Applications (ICPA-8)
  • 発表場所: Da Nang （Vietnam）
  • 年月日: 2014-08-12 – 2014-08-16
  • 招待講演
• [学会発表] Insulating-to-conducting state transition in dispersed aluminum powders by irradiation of high-field terahertz pulses (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Tadokoro, K. Takano, M. Nakajima, and M. Hangyo
  • 学会等名: International Symposium on Frontier of Terahertz Science,
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学 （沖縄県恩納村）
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-06
• [学会発表] THz Metamaterial Depending on the Handedness and Propagating direction of Circularly Polarization (2014)
  • 著者名/発表者名: Boyoung Kang, Keisuke Takano and Masanori Hangyo
  • 学会等名: International Symposium on Frontier of Terahertz Science
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学 （沖縄県恩納村）
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-06
• [学会発表] メタマテリアルを用いたテラヘルツ波の空間制御とテラヘルツパルスの時間制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮丸文章
  • 学会等名: International Symposium on Frontier of Terahertz Science
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学 （沖縄県恩納村）
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-06
  • 招待講演
• [学会発表] Reflection characteristics of split ring resonators with double capacitive gaps in terahertz region (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Morita, F. Miyamaru, T. Nishida, T. Nakanishi, M. Kitano, and M. W. Takeda
  • 学会等名: International Symposium on Frontier of Terahertz Science
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学 （沖縄県恩納村）
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-06
• [学会発表] Terahertz sensing with coupled resonators consisting of two split ring resonators (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nishida, F. Miyamaru, Y. Ogawa, and M. W. Takeda
  • 学会等名: International Symposium on Frontier of Terahertz Science
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学 （沖縄県恩納村）
  • 年月日: 2014-08-04 – 2014-08-06
• [学会発表] Terahertz property of nearly perfect self-complementary checkerboardpatterns (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoku Tanaka, Keisuke Takano, Abdallah Chahadih, Abbas Ghaddar, Xiang-LeiHan, Francois Vaurette, Tahsin Akalin,Fumiaki Miyamaru, Masanori Hangyo
  • 学会等名: 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics, (Meta14)
  • 発表場所: Nanyang Technological Univ. （Singapore）
  • 年月日: 2014-05-20 – 2014-05-23
  • 招待講演
• [学会発表] Inductive-to-Capacitive transition of terahertz responses between ametal mesh and a metalcross-shape array through introduction of random cuts (2014)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Takano, Yuichiro Okui, Hideaki Kitahara, Abdallah Chahadih,Abbas Ghaddar, Xiang-Lei Han, Francois Vaurette, Tahsin Akalin,Yudai Sekine, Makoto Nakajima, Masanori Hangyo
  • 学会等名: 5th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics, (Meta14)
  • 発表場所: Nanyang Technological Univ. （Singapore）
  • 年月日: 2014-05-20 – 2014-05-23