3次元バルクメタマテリアルが拓く極限屈折率材料と革新的テラヘルツ光学素子の創成

点击翻译按钮获取中文摘要

テラヘルツ領域では光学素子に利用可能な材料が乏しく、加工容易かつ幅広い屈折率特性を有する新規材料が求められている。本研究では、自由な形状に形成可能かつ任意の屈折率特性を有するテラヘルツ光学素子の実現を目指し、光共振器を内包した粉末状の新たな光学材料の加工・形成手法を確立する。樹脂製粉末の中に波長（数十～数百μm）よりも小さな金属製光共振器を埋め込むと、粉末全体としての実効的な屈折率は樹脂と光共振器の特性の掛け合わせとなる。誘電率・透磁率特性の異なる粉末状光学材料を液状樹脂に攪拌し、型を用いて凝固させることで、任意形状かつ光共振器の設計に応じた屈折率特性を持つ光学物質（3次元バルクメタマテリアル）が形成される。本年度は、電磁場解析シミュレーションを用い、樹脂粉末状に光共振器が埋め込まれた構造に関して光学応答の予測を試みた。光共振器としては昨年度設計した分割リング共振器とは異なるメタマテリアル共振器構造を新たに提案した。続いて、光共振器を含んだ樹脂粉末、及びそれらを凝固させた3次元バルクメタマテリアルの作製に取り組んだ。昨年度の結果を踏まえ、光共振器を包含した樹脂粉末と3次元バルクメタマテリアルの作製法を改良し、より安定的な製作方法の確立と歩留まりの向上を達成することができた。試作結果として立方体型の樹脂粉末内に光共振器を形成することに成功した。また、それらを凝固した3次元バルクメタマテリアルを作製し、顕微鏡観察から樹脂バルク内に光共振器がランダム配向していることを確認した。テラヘルツ時間領域分光法を用いた分光計測により得た実効屈折率はシミュレーションによる予測と概ね一致し、光共振器を埋め込むことで樹脂単体とは異なる特性を発現できることを実証した。