MEMS光メタマテリアルによる屈折率の動的制御

使用 MEMS 光学超材料动态控制折射率

基本信息

批准号：
13J02945
负责人：
穂苅遼平
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至 2014
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では「メタマテリアルが示す光学特性の構造依存性」と「MEMSによる微細構造の動的な精密位置制御」を活用したMEMS駆動型光メタマテリアルを実現し、屈折率の動的制御を目的としている。本年度は、①光学特性における製作誤差の影響評価、②EITメタマテリアルにより生じる位相差の評価を行った。そして③光領域で応答するMEMS駆動型EITメタマテリアルの製作工程の構築に努めた。可変メタマテリアルによる透過率や位相差の制御域を定量的に評価することができ、また、光メタマテリアル形成技術において製作精度の向上に寄与することができた。①光学特性における製作誤差の影響評価光メタマテリアルが示す光学特性を十分に発揮するため、製作誤差の影響を評価することは応用上重要である。構造の寸法精度や形状精度、密着層の厚さやメタマテリアル構造の厚さ等の製作誤差に注目し、それぞれ評価した。②EITメタマテリアルにより生じる位相差の評価製作したEITメタマテリアルの光学特性が数値計算と良く一致したため、数値計算により位相差およびその光学異方性を評価した。また、屈折率の動的制御実現に向けて、透過係数と反射係数を測定する必要がある。そのため、マッハツェンダー干渉計を自作し、直径約100μm領域の透過位相と反射位相を測定できるシステムを開発した。これらは位相変調素子への応用に向けた重要な成果である。③光領域で応答するMEMS駆動型EITメタマテリアルの製作最終工程の犠牲層除去前までの製作方法を確立することができた。12nm以下の寸法精度でメタマテリアル部およびMEMS静電アクチュエータ部を形成した。また、メタマテリアルを含まない静電アクチュエータを製作し、36Vの電圧印加時に水平方向に97nmの変位が得られた。今後のMEMS駆動型メタマテリアルの実現において重要な基礎技術である。

在这项研究中，我们的目标是实现一种MEMS驱动的光学超材料，利用“超材料表现出的光学特性的结构依赖性”和“使用MEMS对微结构进行动态精确位置控制”，并动态控制折射率。那今年，我们进行了（1）制造误差对光学特性影响的评估，以及（2）EIT超材料引起的相位差的评估。 (3) 我们致力于构建 MEMS 驱动的 EIT 超材料的制造工艺，该超材料可在光学领域做出响应。我们能够定量评估可变超材料对透过率和相位差的控制范围，也为提高光学超材料形成技术的制造精度做出了贡献。 ① 评估制造误差对光学特性的影响为了充分展示光学超材料所表现出的光学特性，评估制造误差的影响对于应用具有重要意义。我们重点关注结构的尺寸精度和形状精度、粘合层的厚度、超材料结构的厚度等制造误差，并对每一项进行了评估。 ②EIT超材料引起的相位差的评估由于所制备的EIT超材料的光学特性与数值计算吻合良好，因此我们通过数值计算评估了相位差及其光学各向异性。此外，为了实现折射率的动态控制，需要测量透射系数和反射系数。因此，我们创建了马赫-曾德干涉仪，并开发了一种可以测量直径约100μm区域内的透射相位和反射相位的系统。这些对于应用于相位调制元件来说是重要的结果。 ③ 我们能够建立一种 MEMS 驱动的 EIT 超材料的制造方法，该方法在光学区域做出响应，直至牺牲层去除的最后阶段。超材料部件和MEMS静电致动器部件的尺寸精度为12nm以下。我们还制作了不含超材料的静电致动器，在施加 36 V 电压时能够获得 97 nm 的水平位移。这是实现未来MEMS驱动的超材料的重要基础技术。