金属製ダイヤモンド型フォトニック結晶による高効率ミリ波制御デバイスの開発

利用金属菱形光子晶体开发高效毫米波控制装置

基本信息

批准号：
18760527
负责人：
桐原聡秀
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

フォトニック結晶は導電体または誘電体の周期的なパターンを有し、ブラッグ回折により電磁波を完全反射する機能材料である。本研究では、マイクロメータオーダの金属製フォトニック結晶を作製し、ミリ波領域における電磁波として、テラヘルツ波の伝播特性や共振挙動について調査を行った。テラヘルツ波は光の直進効果と電波の回折効果を併せて示すため、次世代ユビキタス社会を支える短距離用の高速情報通信を担う周波数帯として大いに注目を集めている。さらに、テラヘルツ波を用いたセンシング技術は、次世代の安心・安全社会を構築する食品および生体用センサーの開発には欠かせないものである。研究遂行においては、CAD/CAMプロセスのマイクロ光造形システムを世界に先駆けて開発し、微細な金属構造を形成できる新しいプロセスとして確立できたことが大きな推進力となった。具体的には、純銅粒子を分散した高分子材料を用いて微細な3次元構造体を形成し、脱脂および焼結処理を施すことで、純銅製のマイクロ構造体へと転換することに成功している。金属製フォトニック結晶では、直径270μnで長さ360μmの純銅製マイクロロットが3次元に展開し、格子定数900μmり周期構造が精密に実現された。テラヘルツ波領域における電磁波特性の評価では、あらゆる方向から進行してくる電磁波を反射できる完全バンドギャップの形成が、周波数0.375〜0.525THzにおいて確認されている。金属製の3次元格子による回折効果を示唆しており、効率の良い電磁波の制御構造として応用が期待できる。また、有限要素法を用いた電磁波解析によサ、金属製フォトニック結晶に点欠陥や面欠陥を導入すれば、バンドギャップ中に局在モードを形成し、平面波を発振できミることも示唆されており、新しいテラヘルツ波センサーの構築へ寄与しうる結果が得られたと考えられる。

光子晶体是一种具有周期性图案的导体或电介质并通过布拉格衍射完全反射电磁波的功能材料。在这项研究中，我们制造了微米级的金属光子晶体，并研究了太赫兹波（毫米波区域的电磁波）的传播特性和谐振行为。由于太赫兹波同时具有光的直线传播效应和无线电波的衍射效应，因此作为将在短距离高速信息通信中发挥作用的频段而受到广泛关注，该频段将支持下一代-一代无处不在的社会。此外，使用太赫兹波的传感技术对于食品和生物传感器的开发至关重要，而食品和生物传感器将构建下一代安全可靠的社会。开展这项研究的主要动力是我们是世界上第一个使用 CAD/CAM 工艺开发微立体光刻系统，并能够将其确立为能够形成精细金属结构的新工艺。具体来说，通过使用分散有纯铜颗粒的聚合物材料形成精细的三维结构，并进行脱脂和烧结处理，我们成功地将其转化为纯铜微结构。在金属光子晶体中，在三个维度上开发出直径为270μm、长度为360μm的纯铜微孔，并精确实现了晶格常数为900μm的周期结构。在太赫兹波区域的电磁波特性的评价中，确认了在0.375～0.525THz的频率下形成了能够反射从各个方向传播的电磁波的完整带隙。这表明三维金属光栅具有衍射效应，有望作为有效的电磁波控制结构。另外，使用有限元法的电磁波分析表明，如果将点缺陷或平面缺陷引入到金属光子晶体中，则可以在带隙中形成局域模式并且可以振荡平面波，所获得的结果被认为是这样的。可以为新型太赫兹波传感器的构建做出贡献。