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電磁波制御素子、電磁波制御装置及び電磁波制御方法

国内特許コード P09S000203
整理番号 940
掲載日 2009年5月15日
出願番号 特願2007-523949
登録番号 特許第4613321号
出願日 平成18年6月27日(2006.6.27)
登録日 平成22年10月29日(2010.10.29)
国際出願番号 JP2006312780
国際公開番号 WO2007000989
国際出願日 平成18年6月27日(2006.6.27)
国際公開日 平成19年1月4日(2007.1.4)
優先権データ
  • 特願2005-187354 (2005.6.27) JP
発明者
  • 橘 邦英
  • 酒井 道
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 電磁波制御素子、電磁波制御装置及び電磁波制御方法
発明の概要 電磁波の制御状態を容易に変更することができる電磁波制御素子及び電磁波制御装置を提供する。電磁波制御素子2は、2次元又は3次元的に周期的に分布するプラズマ(P)を生成するために、プラズマ(P)を生成する電力を供給する電極(22a・22b)と、プラズマ(P)を生成するために電離対象となるガスを内部に保持するとともに制御対象となる電磁波(R)を透過する筐体(21)とを備え、プラズマ(P)に電磁波(R)を通過させることにより、電磁波(R)の伝播状態を制御する。
従来技術、競合技術の概要

電磁波は、情報通信分野での情報伝達媒体として、また各種物質の創成・改質手段として、その役割の数々は枚挙に暇がない。したがって、電磁波を制御する素子には、それら利用分野での必要性に応じて、常に様々な改良が加えられている。


特に、マイクロ波からテラヘルツ帯にわたる電磁波は、まだ産業的に十分利用されておらず、しかも今後その技術的・市場的進展が広く見込まれる周波数帯であり、それに適した制御デバイスの研究開発が望まれている。


電磁波の制御素子としては、分岐素子、減衰器、共振器、周波数フィルタ、レンズ等が様々な物質の様々な構造により実現されている。


近年では、フォトニック結晶と呼ばれる屈折率変化の周期構造をもつ構造体が、電波~光波(テラヘルツ帯(波長0.1mm程度)及びこれよりも長波長の電磁波を「電波」と称し、電波よりも短波長の電磁波を「光波」と称する。)の領域の制御素子として脚光を浴びており、様々な応用を見据えた研究開発が盛んである(例えば、非特許文献1参照)。すなわち、これまでの単独物質では実現不可能な機能が、2次元あるいは3次元の周期構造をとることにより実現可能となってきている。


フォトニック結晶は、これまで誘電体又は金属の周期構造によりその機能を実現してきた。誘電体を使用する場合は、周期構造の形状、周期構造の周期長及び周期内構造の寸法に加え、誘電体の誘電率及び屈折率が重要な制御パラメータである。また、金属を使用する場合は、当該金属は、誘電体と見なした場合の誘電率が負であり、内部を電磁波が伝播不可能な媒質といえる。


以上のような物質を用いて作成されたフォトニック結晶において、これまで様々な機能が実現されている。実現されている機能の一例としては、周波数フィルタ、光路制御器(導波路)、共振器、レンズ、面発光レーザ等が挙げられる。


一般に、プラズマは導電性とともに誘電性を有する媒質として知られている。そして、非特許文献2では、プラズマの上記特性を用いることにより、ミリ波帯からサブミリ波帯の電磁波を制御することや、フォトニック結晶のような機能を持たせる構成(いわゆる「プラズマフォトニック結晶」)についての可能性を指摘している。


一方、非特許文献3には、誘電体の周期構造を2次元的に配置することにより、一様なプラズマ中にプラズマの存在しない部分を周期的に形成することにより、ミリ波帯の電磁波の伝播方向を制御するための研究が開示されている。なお、非特許文献3においても、「プラズマフォトニック結晶」という用語が用いられている。
【非特許文献1】
野田 進 著「二次元・三次元フォトニック結晶の現状と将来展望」応用物理 第74巻 第2号(2005年)147~159頁
【非特許文献2】
K.Tachibana,et.al.″Diagnostics of microdischarge-integrated plasma sources for display and materials processing″,Plasma Phys.Control.Fusion,Vol.47,No.5A(2005)pp.A167-A177.
【非特許文献3】
内田 直人他 著「2次元プラズマフォトニック結晶における電磁波伝搬シミュレーション」日本物理学会講演概要集 第60巻 第1号 第2分冊(2005年) 263頁

産業上の利用分野

本発明は、電磁波を制御するための電磁波制御素子及びこれを備えた電磁波制御装置、並びに電磁波を制御するための電磁波制御プラズマ及び電磁波制御方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
2次元又は3次元的に周期的に分布するプラズマを生成するプラズマ生成手段を備え、
前記プラズマに電磁波を通過させるとともに、前記プラズマの配置を調整することにより、前記電磁波の伝播状態を制御することを特徴とする電磁波制御素子。

【請求項2】
前記プラズマ生成手段は、前記プラズマを生成する電力を供給する電極と、前記プラズマを生成するために電離対象となるガスを内部に保持するとともに制御対象となる電磁波を透過するガス保持手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の電磁波制御素子。

【請求項3】
前記電極は周期的に配置されており、当該電極の周期的配置に応じて前記プラズマの周期的分布が形成されることを特徴とする請求項2に記載の電磁波制御素子。

【請求項4】
前記ガス保持手段は周期的に形成された複数の空孔を有しており、当該空孔内にプラズマが生成されることにより前記プラズマの周期的分布が形成されることを特徴とする請求項2に記載の電磁波制御素子。

【請求項5】
前記ガス保持手段は、前記複数の空孔が形成された誘電体からなっていることを特徴とする請求項4に記載の電磁波制御素子。

【請求項6】
前記プラズマ生成手段は、前記ガス保持手段の内部に露出し、周囲よりも2次電子放出係数の高い材質からなる電子放出手段をさらに備え、
前記電子放出手段は周期的に配置されており、当該電子放出手段の周期的配置に応じて前記プラズマの周期的分布が形成されることを特徴とする請求項2に記載の電磁波制御素子。

【請求項7】
前記プラズマ生成手段は、前記周期的なプラズマを取り囲み、かつ、当該プラズマとは電子密度の異なるプラズマをさらに生成することを特徴とする請求項1に記載の電磁波制御素子。

【請求項8】
前記プラズマ生成手段は、前記電極によって生成されたプラズマを引き出すための電圧を印加する引出電極を備えることを特徴とする請求項2に記載の電磁波制御素子。

【請求項9】
請求項1から8の何れか1項に記載の電磁波制御素子と、
前記プラズマ生成手段によってプラズマを生成するための電力を制御する電力制御手段とを備えることを特徴とする電磁波制御装置。

【請求項10】
請求項1から8の何れか1項に記載の電磁波制御素子と、
前記プラズマ生成手段によって生成されるプラズマの分布状態を制御するプラズマ分布制御手段とを備えることを特徴とする電磁波制御装置。

【請求項11】
請求項1から8の何れか1項に記載の電磁波制御素子と、
前記プラズマを生成するために電離対象となるガスの圧力を制御するガス圧力制御手段とを備えることを特徴とする電磁波制御装置。

【請求項12】
2次元又は3次元的に周期的に分布するプラズマを生成し、前記プラズマに電磁波を通過させるとともに、前記プラズマの配置を調整することにより、前記電磁波の伝播状態を制御することを特徴とする電磁波制御方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 2G084AA00
  • 2G084BB02
  • 2G084BB06
  • 2G084CC03
  • 2G084CC21
  • 2G084CC23
  • 2G084CC25
  • 2G084CC33
  • 2G084CC34
  • 2G084DD01
  • 2G084DD05
  • 2G084DD11
  • 2G084DD12
  • 2G084DD15
  • 2G084DD32
  • 2G084DD39
  • 2G084DD48
  • 2G084DD63
  • 2G084FF01
  • 2G084FF39
画像

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出願権利状態 登録
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