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金属スリットアレー

国内特許コード P160013016
整理番号 S2014-1441-N0
掲載日 2016年6月2日
出願番号 特願2014-174289
公開番号 特開2016-051911
出願日 平成26年8月28日(2014.8.28)
公開日 平成28年4月11日(2016.4.11)
発明者
  • 鈴木 健仁
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
発明の名称 金属スリットアレー
発明の概要 【課題】 マイクロコイルを平行平板内に装荷した金属スリットアレーによりメタマテリアルを実現する。
【解決手段】 金属製の矩形状とされた上壁金属板11および下壁金属板12が対向配置されて平行平板を構成している。上壁金属板11と下壁金属板12との間には1つの金属製のマイクロコイル10が配置されて単位アレー1が構成されている。この単位アレー1を、平面内に所定間隔で配置することにより金属スリットアレーを構成する。金属スリットアレーでは、平行平板による誘電率が負の誘電率を呈するテラヘルツ波帯の周波数において、マイクロコイル10による透磁率が負となることから、金属スリットアレーがメタマテリアルとして機能するようになる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


誘電率・透磁率がともに負の媒質に光が入射すると、負の屈折が起こることがベセラゴにより示され、透磁率および誘電率が負になる人工的な構造が提案された。この透磁率および誘電率が負になる人工的な構造は、原子より十分大きく光波長のスケールより小さい構造物の集合体からなり、メタマテリアルといわれている。負屈折媒質であるメタマテリアルを用いると、平面構造とされた完全レンズを作成することができる。完全レンズでは、回折限界を超えた微細なものまで観察することが可能であり、近接場(エバネッセント波)まで忠実に再現することができる。



メタマテリアルは、最近注目されているテラヘルツ電磁波用のレンズに適用することができる。テラヘルツ電磁波は、周波数が0.1~10THz(波長が30μm~3000μm)の電磁波とされており、波長が遠赤外~ミリ波領域とほぼ一致し、「光」と「ミリ波」に挟まれた周波数領域に存在している。このため、テラヘルツ電磁波は、光と同様に高い空間分解能でものを見分ける能力と、ミリ波と同様の物質を透過する能力を併せ持っている。テラヘルツ波帯はこれまで未開拓電磁波であったが、この周波数帯の電磁波の特徴を生かした時間領域分光、イメージング及びトモグラフィーによる材料のキャラクタリゼーションへの応用などが検討されてきている。テラヘルツ電磁波の発生は、物質透過性と直進性を兼ね備えるためX線に替わる安全かつ革新的なイメージングや、数100Gbps級の超高速無線通信を可能とすることができる。



特に、テラヘルツイメージングは、X線に代わる安全、安心かつ高精度な可視化技術の1つとして大きな魅力を有している。回折限界を突破した近接場によるテラヘルツナノイメージングや、1.4THzで分解能400nm(1波長/540)が得られることが報告されている。また、共鳴トンネルダイオードを用いた0.3THzでのイメージングも報告されている。メタマテリアルは負の屈折率n=-1に設計することができ、エバネッセント成分となる近接場光を離れた場所で復元し、回折限界を超えた平板完全レンズを実現できる可能性がある。
このようなメタマテリアルの一例としては、カットを持つ大小二つのリングを組合せた負の透磁率を示す分割リング共振器と、負の誘電率を示す金属ワイヤーとからなる単位セルをマトリクス状に並べたメタマテリアルが知られている(特許文献1参照)。この場合、大小二つのリングのカットの位置は、例えば逆の位置とされるがこれに限られるものではない。この単位セルを、勾配屈折率を有するように1つの軸に沿って配置するようにして負の屈折を実現することができる。
ところで、金属板を所定間隔離隔して平行に配置した金属平行平板においては、カットオフ周波数以下の周波数において負の誘電率を示すことが知られている。また、誘電体共振器は共振周波数の近傍において負の透磁率を示すことが知られている。そこで、非特許文献1に示すように、金属平行平板内に円板状の誘電体共振器を装荷して、金属平行平板により負の誘電率を、誘電体共振器により負の透磁率を実現する。これにより、円板状の誘電体共振器を装荷した金属平行平板では、所定の周波数において負の屈折が実現され、TEモードの電磁波が伝播するようになる。

産業上の利用分野


この発明は、マイクロコイルを平行平板内に装荷したメタマテリアルとして機能する金属スリットアレーに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
金属製の平板状とされた上壁と、該上壁に所定間隔を持って対面するよう配置された金属製の平板状とされた下壁とからなる平行平板と、該平行平板内に装荷されたマイクロコイルとからなる単位アレーを備え、
該単位アレーが、同じ平面内に所定間隔で複数配置されて金属スリットアレーが構成されており、
前記平行平板による誘電率が負の誘電率を呈するテラヘルツ波帯の周波数において、前記マイクロコイルによる透磁率が負となることを特徴とする金属スリットアレー。

【請求項2】
前記テラヘルツ波帯の周波数の波長をλとしたときに、前記上壁と前記下壁の一辺の長さが約0.06λ~約0.07λとされていることを特徴とする請求項1記載の金属スリットアレー。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014174289thum.jpg
出願権利状態 公開
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