2次元導波構造を用いたテラヘルツ帯電磁波面制御の研究

二维波导结构太赫兹波段电磁波前控制研究

基本信息

批准号：
10J04238
负责人：
門内靖明
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J04238/
关键词：
テラヘルツ波フェーズドアレイアンテナ導波路

项目摘要

本研究の最終的な目標は、100GHzから1THzにかけての極めて高い周波数帯(テラヘルツ帯)の電磁波に対するフェーズドアレイを実現することであった。採用第3年目は、第2年目の構想および基礎実験の成果に基づいて、世界初のテラヘルツフェーズドアレイを実証した。具体的には、静電気力によってパターンを自在に変更可能な反射型グレーティングを作製し、それを用いたテラヘルツ波ビームステアリングを実験的に実証した。なお、実験の実施にあたって、研究員は2012年6月から9月まで独マールブルク大学物理学科に滞在して研究を遂行した。第2年目において、研究員は、静電気力によって自在にパターンを再構成可能な回折格子の構造を提案し、その試作にとりかかった。光マイクロマシンで用いられる反射型回折格子に比べると、テラヘルツ帯では約100倍大きな可動範囲が要求されるため、金属エッチングやフレキシブル基板電極などを組み合わせた新規な構造を提案してこれを実現した。具体的には、5μm厚の薄いステンレスシートに多数の開口をエッチングすることで、隣り合う開口の境界部分に残る支柱を両持ちカンチレバーとして利用した。実際に商業的なフォトエッチングプロセスを用いて、0.18mm周期のカンチレバーアレイを256本形成した。また、それらを個別に静電気的に駆動するために、厚さ12.5μmのポリイミド基板を絶縁層として各カンチレバーに個別に電圧を印加可能な電極アレイをフレキシブル基板上に形成した。2012年の4月から5月にかけて上記のデバイス作製を完了させ、当該構造によりカンチレバーが個別に駆動可能なことを確認した。その後、6月から9月にかけて、作製されたデバイスを用いてテラヘルツ波ビームステアリングの実証実験を行った。実験にあたっては、研究員が独マールブルク大学に滞在し、テラヘルツ時間領域分光測定装置を用いて測定を行った。実験では、0.1～0.9THzの高帯域にわたって指向性ビームのステアリングが実証され、特に0.3THz付近では40度以上の走査角レンジが達成された。また、指向性ビームのみならず、集束ビームのステアリングも実証されている。研究の成果をまとめた学術論文が、2013年1月にOptics Express誌に掲載された。

这项研究的最终目标是实现从100GHz至1THz的极高频带（Terahertz带）中电磁波的分阶段阵列。收养的第三年根据第二年的概念和基本实验的结果证明了世界上第一个terahertz阶梯阵列。具体而言，实验证明了允许通过静电力自由更改图案的反射光栅，并通过实验证明了使用光栅的Terahertz波梁转向。此外，在进行实验时，研究人员于2012年6月至9月在德国马尔堡大学物理学系进行研究。在第二年，研究人员提出了一种衍射光栅结构，该结构允许使用静电力自由重建图案，并开始制作原型。与光学微机械中使用的反射衍射光栅相比，Terahertz带需要大约100倍的运动范围，因此我们提出了一种结合金属蚀刻和柔性底物电极的新结构，以实现这一目标。具体而言，通过将大量的开口蚀刻到厚度为5μm的薄不锈钢板中，将保留在相邻开口边界部分的支撑柱用作悬臂。实际上，使用商业光蚀刻过程形成了256个悬臂阵列，其周期为0.18毫米。此外，为了单独静电驱动它们，在柔性底物上的电极阵列是在厚度为12.5μm的聚酰亚胺基板上形成的，作为绝缘层，该层允许电压分别施加到每个悬臂上。上面的设备制造是在2012年4月至2012年5月之间完成的，并确认悬臂可以由于结构而单独驱动。随后，从6月到9月，使用制造的设备进行Terahertz Wave Beam转向。在实验中，研究人员住在德国马尔堡大学，并使用Terahertz时域光谱仪进行了测量。实验表明，在0.1至0.9 THz的高带上方向梁的转向，扫描角范围为40度或更高，尤其是接近0.3 THz。除了方向梁外，还证明了聚焦梁的转向。一份总结研究结果的学术论文发表在2013年1月的《光学快报》杂志上。