Simultaneous and independent control of amplitude, phase, and polarization of the optical wave by double phase meta-hologram using dielectric meta-atom

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2重位相Siメタ表面の設計を行い、振幅・位相・偏光が任意に変調可能であることを示した。数値シミュレーションには、RCWAアルゴリズムを用いた。形状の異なる2個のメタ原子をペアとして、これを周期的に無限に敷き詰めた条件で、計算を行った。振幅は規格化した上で０～１の間で、位相は０～2π、偏光はすべての状態（任意の楕円偏光）を取りうることを確認した。この設計に基づき、メタ原子の作製を行った。電子ビームリソグラフィーを用い、SiO2基板にSiのメタ原子を作製した。1辺が100 nm程度以上のサイズの場合には、設計通りのメタ原子が作成できたが、100 nm以下の場合には設計値通りのサイズとは大きく異なる、あるいは、形状が大きく崩れてしまう結果となった。これは現状で我々が使用できる電子ビームリソグラフィー装置の性能の限界からくるものであり、今後はより微細な加工ができる装置の使用を検討する。同時に、メタ原子のサイズを100 nm以上に制限した上で、メタ表面の設計を行うことも今後の課題である。以上とともに、作製したメタ表面の光波の変調特性を計測するための干渉計による計測システムを構築した。これにより、変調された光波の振幅、位相、偏光状態の計測が可能となった。設計通りに作製できた、比較的サイズの大きなメタ原子によるメタ表面では、数値シミュレーション結果を再現する測定結果が得られた。今年度の研究により、少なくともわれわれの提案した2重位相メタホログラムの原理が有効であることが確認できたことが今年度の最大の成果である。