高屈折率低反射メタマテリアルを活用した薄フィルム分布屈折率コリメートレンズの設計

大内 隆嗣  石原 功基  佐藤 竜也  富樫 隆久  鈴木 健仁  

誌名
電子情報通信学会論文誌 B   Vol.J100-B   No.3   pp.235-244
発行日: 2017/03/01
Online ISSN: 1881-0209
論文種別: 論文
専門分野: アンテナ・伝搬
キーワード: 
テラヘルツ波,  メタマテリアル,  高屈折率低反射,  分布屈折率コリメートレンズ,  金属カットワイヤー,  

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あらまし: 
近年,テラヘルツテクノロジーの産業応用化に向けて,様々なテラヘルツ波デバイスの研究が報告されている.しかしながら,テラヘルツ波デバイスのビーム制御に用いられるコリメートレンズなどの現在のテラヘルツ波コンポーネントは波長に対して極めて大きい.産業応用化に向けてデバイスを薄型化するためには,より薄型なテラヘルツ波コンポーネントが鍵である.本論文では,薄型なテラヘルツ波コンポーネントを実現するため,0.3 THzでテラヘルツ波源の放射を指向性の強い平面波に変換できる指向性利得23.4 dB,開口効率67.4%を有する厚さ0.02λ0 (24μm)の分布屈折率コリメートレンズを設計した.まずは,金属ペアカットワイヤーの単位素子モデルの周期構造解析により,実効屈折率の実部の最大値がneff = 17.4 (反射電力3.6%),最小値がneff = 2.80 (反射電力12.7%)の高屈折率低反射メタマテリアルを設計した.次に,この高屈折率低反射メタマテリアルを分布的に配置させた分布屈折率レンズを設計し,全構造解析によりコリメートレンズとしての動作を確認した.本構造は積極的に研究開発が進んでいる様々なCWテラヘルツ波デバイスと融合でき,デバイスの超薄型化や省エネルギー化を実現できる.