メタサーフェス/メタレンズの原理、設計手法とフラットオプティクスの可能性

近年、メタレンズが大きな注目を集めています。メタレンズとは、光の波長よりも小さな構造体 (メタアトム) を二次元的に配列することで、レンズとしての機能を発揮する光学素子です。この技術により、光学系の小型化や薄型化が実現できる素子として期待されています。 　メタアトムの二次元配列は一般に「メタサーフェス」と呼ばれます。メタサーフェスは、レンズ機能だけでなく、光波の振幅、位相、偏光、分散などを自在に変調する機能を持つ素子の開発が期待されています。このような機能は、光の波長程度の厚さの二次元構造によって実現されるため、「フラットオプティクス (平面光学素子) 」という新しい概念が登場しました。これにより、光学系の超小型化を支えるキーデバイスとしての期待が高まっています。 　本セミナーでは、メタサーフェスを用いた光の変調原理や素子設計の基本的な考え方について解説します。また、メタ位相子やメタ偏光子など、フラットオプティクスの素子をいくつか取り上げ、特に振幅、位相、偏光の2つ以上の要素を同時に変調する素子の可能性についても議論します。

1. フラットオプティクスの概念
   1. フラットオプティクスとは
   2. 光波の変調
   3. 回折光学素子とフラットオプティクスの違い
2. メタサーフェスの構造・種類
   1. 通常の光学材料
   2. メタマテリアル
   3. メタサーフェス
   4. メタアトム
3. メタサーフェスによる光の変調
   1. 電気双極子モデル
   2. 実効屈折率モデル
   3. 導波路モデル
   4. ミー散乱
   5. メタアトム間のカップリング
4. メタサーフェスの設計・作製手法
   1. 電磁界解析アルゴリズム
   2. RCWA
   3. FDTD
   4. FEM
   5. 設計手順
   6. 格子の決定
   7. 変調量テーブルの作成
   8. 配列化
   9. 最適化
   10. メタサーフェスの各作製手法と特徴など
   11. 電子ビームリソグラフィー
   12. 光リソグラフィー
   13. ナノインプリンティング
5. メタレンズ・メタホログラム等の基礎と応用
   1. メタレンズの原理
   2. メタサーフェスによる光線の屈折
   3. 正弦条件
   4. 色消しメタレンズ
   5. 大口径メタレンズ
   6. メタホログラム
   7. ディスプレイホログラフィー
   8. ホログラフィック光学素子
   9. 赤外用メタレンズ
   10. 結像用メタレンズ
   11. 集光用メタレンズ
6. フラットオプティクス素子の可能性
   1. メタ位相子
   2. 1/2波長板
   3. 1/4波長板
   4. メタ偏光子
   5. メタ振幅変調素子
   6. 複合機能素子
   7. 位相と偏光
   8. 振幅と位相
• 質疑応答