Verification of broadband control of complex transmittance matrix for electromagnetic waves using Brewster metafilms

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本研究では、厚さが1メタ原子層のメタマテリアルであるメタ薄膜におけるブリュースター現象を利用することで、電磁波の異方性も含めた広帯域複素透過率制御が実現できることを示す。今年度は、直線偏光基底での異方性も含めた広帯域複素透過率制御の実証として、広帯域波長板の実現に取り組んだ。電気双極子のみが誘起されるメタ原子を用いて、ブリュースター現象が生じるようにメタ薄膜を形成すると、メタ薄膜はp偏光に対してはオールパスフィルター、s偏光に対しては透明な媒質として振舞う。そのため、直交する直線偏光成分がそれぞれp偏光となるように、入射面の向きが90度異なる2種のメタ薄膜を積層させることにより、直交する直線偏光成分の複素透過率を独立に制御できる。この電磁波制御手法の実証として、2つの異なる周波数依存性をもつ広帯域波長板を設計した。1つ目の波長板はメタ薄膜の共振周波数から離れた周波数領域を利用することにより、透過位相の周波数に対する変化が小さくなるようにした広帯域波長板である。2つ目の波長板はメタ薄膜の共振周波数付近を利用することにより、透過位相の周波数に対する変化が大きくなるようにした広帯域波長板である。これら2つの波長板は、広帯域で直交する直線偏光成分に対する透過位相差が一定であるという点では同じであるが、透過位相の周波数に対する変化が異なるので群遅延は異なる。このことはメタ薄膜におけるブリュースター現象を利用することにより、直線偏光基底において、透過率、透過位相、群遅延、さらには、群遅延分散の周波数依存性まで同時に考慮した形で電磁波制御が行える可能性があることを示唆している。この技術は、情報処理をはじめとした広帯域電磁波を扱う応用の発展につながるものである。