メタサーフェスの設計、作製と応用技術

第1部 メタマテリアルとメタサーフェスの基礎と応用事例

(2020年12月16日 10:00〜12:00)

　メタマテリアルとメタサーフェスは共に、波長よりも十分小さな人工構造を組み合わせてできる、光を操るための人工材料です。三次元構造はメタマテリアル、二次元構造はメタサーフェスと呼ばれます。メタサーフェスは応用を目指して、近年活発に研究が進められています。 　本講演は、マイクロ波から可視光で機能するメタマテリアルやメタサーフェスの基礎知識を紹介することから始めます。続いてメタサーフェスに関する最先端の研究動向を紹介します。「よく知らないが、メタサーフェスは役に立ちそうだ」とこれから参入を考えている方も歓迎します。

1. はじめに
   • メタマテリアル・メタサーフェスとはなにか
2. メタマテリアルの基礎
   1. メタマテリアルの原理
   2. 物質の光応答
      • 誘電率
      • 透磁率
      • 屈折率
      • 波動インピーダンス
   3. 負の屈折率メタマテリアルを例として
3. メタサーフェスの基礎
   1. メタサーフェスの原理
   2. 波面制御という考え方
   3. 屈折現象における一般化スネルの法則
   4. メタサーフェスのデザイン
4. さまざまなメタサーフェスの応用事例
   1. 完全吸収体メタサーフェス
      • 極薄輻射体
   2. 波面制御メタサーフェス
      • フラットレンズ
   3. 幾何学的位相メタサーフェス
      • 円偏光変換板
   4. 薄膜メタサーフェス
      • 無退色インク
      • 水分解セル
5. まとめと今後の展望
• 質疑応答

第2部 可変メタサーフェスの研究動向、作製方法とその応用

(2020年12月16日 13:00〜14:30)

　自然界にない光学特性を示す人工物質であるメタマテリアルのうち、平面的な構造で製作されるメタサーフェスとは、微細加工の親和性からメタマテリアルの中でも特に実用化に近い分野として期待されている。メタサーフェスに機械的なアクチュエータや、種々の刺激を加えることで動的に特性を変化させる可変メタサーフェスは、様々な機能性を実現できるため近年注目が集まっている。 　本セミナーでは,可変メタサーフェスの原理・特徴、研究動向および作製方法と応用について述べる。

1. メタサーフェス・メタマテリアルの基礎
   1. メタマテリアルとは
   2. メタサーフェスとは
      1. メタサーフェスの分類と特徴
      2. メタサーフェスでなにができるか
2. メタサーフェスの応用
   1. 光学素子
      1. 偏光子
      2. 位相子・波長板
      3. 光検出
      4. 熱制御
   2. ホログラフィ
   3. 光ルーター
3. メタレンズ
   1. メタレンズの歴史と現状
   2. 金属メタレンズと誘電体メタレンズ
   3. メタレンズの色消し
   4. メタレンズとイメージングデバイスの統合
4. 可変メタサーフェス
   1. 可変焦点メタレンズ
   2. 位相変調素子
   3. ホログラフィ動画
5. まとめ
• 質疑応答

第3部 メタサーフェスの最先端応用 ～完全吸収体、構造色、巨大非線形散乱

(2020年12月16日 14:45〜16:15)

　本講座では前の2つの講座を基礎として、進展が著しいメタサーフェス研究の中から、我々の研究を紹介する。プラズモニック完全吸収体とそのプラズモニックカラー (構造色) への応用、単結晶シリコンを用いた誘電体メタサーフェス構造色とその秘匿画像応用、シリコンミー共振器の巨大非線形光学散乱などについて具体的に述べる。

1. プラズモニック完全吸収体とプラズモニックカラー
   1. 完全吸収体の物理
   2. 構造色の基礎
   3. プラズモニックカラー
   4. 回折限界解像度カラー印刷の現状と展望
2. 誘電体メタサーフェス構造色とその秘匿画像応用
   1. ミー共振器の物理
   2. 誘電体メタサーフェス構造色
   3. 動的な誘電体メタサーフェス
   4. 秘匿画像への応用
3. シリコンミー共振器の巨大非線形光学散乱
   1. シリコンの非線形光学効果
   2. ミー共振器による巨大非線形光学散乱
• 質疑応答