#author("2018-11-23T08:58:12+00:00","default:hiroshi","hiroshi")
//[[IIS Open House 2012]]
*静電駆動型スプリットリング共振子アレイのＴＨｚフィルタ応用 [#pfaac30b]
**アブストラクト [#tfa9adf1]
#ref(THz1.png,right,nolink,around,20%)
金属系材料の表面マイクロマシニング技術を用いて静電駆動型のＭＥＭＳスプリットリング共振子（Split-Ring Resonator, SRR）アレイを構成し、各要素の透過/遮断を制御することによって新たにテラヘルツ光用のバイナリ・オプティクス（レンズ、回折格子、空間スキャナ）を構成すること検討している。これまでの成果として、アルミを犠牲層、金を構造に用いたＭＥＭＳ−ＳＲＲ構造を製作し、電磁界解析結果で説明できるＴＨｚ透過スペクトルを測定した。
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**本研究の目標 [#v7f753f5]
自然界の誘電体材料はＴＨｚ光に対して透明であることが多く、そのためにＴＨｚ光学系は金属を用いた大型の反射光学系であることが多い。本研究の目的は、これをＭＥＭＳスプリットリング共振子（Split-Ring Resonator, SRR）型の透過光学素子に置き換えることで、光学系を小型化することにある。
**ＭＥＭＳ−ＳＲＲの原理 [#obd99961]
#ref(THz2.png,left,around,nolink,35%)
一辺が８０μｍ程度の四角の金属枠は、ＴＨｚ周波数領域ではインダクタとして機能する。この枠の中央に途中を絶縁した金属パターン（スプリット電極）を配置して、これを容量として用いると、ＬＣ共振によってＴＨｚ光が遮断できる。ここで新たにこの構造の上部にブリッジ状の金属構造を配置し、これを静電駆動すると、電極間容量が変化するためにＬＣ共振周波数が変化する。このときの透過スペクトル変化を使うことで、特定周波数のＴＨｚ光に対して透過/遮断を制御するピクセルが構成できる。
#ref(THz3.png,right,around,nolink,15%)
さらにこのピクセルを空間的にアレイ配置してピクセルを個別に駆動すれば、フレネルゾーンプレート（同心円状のレンズ）、回折格子（ストライプ状）、空間スキャナ（チャープ・ストライプ）などの可変ＴＨｚ光学系が構成できる。
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**ＭＥＭＳ−ＳＲＲの設計モデル [#m0d72323]
#ref(THz4.png,right,nolink,around,20%)
電磁界解析ソフトＨＥＳＳを用いたＳＲＲ内の電流分布解析結果をみると、静電容量がＯＦＦ状態の時には、周波数４６８ＧＨｚにおいてＳＲＲの内部に電流が発生し、ＬＣ共振を起こしていることが分かる。一方、静電容量をＯＮにするとその周波数における共振現象が消滅する。なお本研究では、ＳＲＲを横一列に接続してこれを基板電極に用い、ブリッジを静電駆動する方法をとった。これにより、余計な駆動電極を配線する必要がなくなり、ＴＨｚ特性とアクチュエータを独立して設計できる。なおＴＨｚ用のＳＲＲを可変にする研究は、半導体の空乏層を印加電圧で制御する方式などが報告されているが、ＭＥＭＳ型の可変容量素子をＳＲＲに用いる手法は、本研究独自の方法である。
**実験結果 [#s801a416]
#ref(THz5.png,nolink,around,right,20%)
本研究ではこれまでに、ガラス基板（４０ｍｍ×４０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）の上に、スパッタ・蒸着・フォトリソなどの手法によってＭＥＭＳ−ＳＲＲアレイを試作し、駆動電圧１０〜２０Ｖで上部電極が静電駆動できることを確認した。
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#ref(THz6.png,nolink,around,right,20%)
また、ＴＨｚ測定光学系を用いて、製作したＭＥＭＳ−ＳＲＲが設計値通りの４６０ＧＨｚに共振スペクトル（遮断）を持つことを実験的に確認した。
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*参考文献 [#e11ba36f]
+Z. Han, H. Fujita, and H. Toshiyoshi, “Electrostatically Tunable MEMS THz Metamaterials based on DC/RF Decoupled Split-Ring Resonator Arrays,” in Proc. IEEE International Optical MEMS & Nanophotonics Conference, Banff, Alberta, Canada, August 6-9, 2012, pp. 27-28.
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+H.-T Chen, W. J. Padilla, J. M. O. Zide, A. C. Gossard, A. J. Taylor, and R. D. Averitt, “Active teraherz metamaterial devices,” Nature, vol. 444, Nov. 30, 2006, p.597-600.
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+[[東京大学産学連携プロポーザル>http://proposal.ducr.u-tokyo.ac.jp/cgi-bin/ccr_usr/detail.cgi?num=6707]]
+【&color(Red){本研究に関する発表};】韓 正利、河野健太、Tapio Makela、Tomi Haatainen、平川一彦、藤田博之、年吉 洋、「静電駆動型Ｓｐｌｉｔ−Ｒｉｎｇ共振子アレイのＴＨｚフィルタ応用」 第３０回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム、２０１３年１１月５日〜７日、仙台国際センター、7PM1-B-2.
*Tunable Terahertz Metamaterial Based on MEMS Technology [#c846aaad]
#ref(MEMSSRR2012.png,left,around,,25%)
Metamaterial is an artificial material, which gains effective properties from its micro/nanoscopic structures. Metamaterials have several properties that are not previously observed in nature, such as, negative refractive index, cloaking effect, super lens and ultrahigh-resolution imaging systems. Metamaterials can be operated over a wide electromagnetic spectral range, and also can be used in THz frequency by appropriately choosing the device dimensions. In a practical engineering applications, metamaterials are expected to be tunable to reconfigure the device performance in terms of, for instance, wavelength filter, intensity/phase modulator as well as spatial modulator (scanner). In this work, we develop three types of MEMS-compatible MM structures for tunable THz filter by using MEMS technique on a split ring resonator (SRR).
#ref(THzMtM1-2013-05-01.png,left,around,nolink,40%)
we develop novel MEMS-compatible metamaterial structures for tunable THz filter by using the MEMS tunable capacitor within the SRR. Thanks to the decoupling between DC and RF (radio frequency), the MEMS capacitance is directly controlled by applying DC voltage through the chained SRR patterns, thereby allowing simple electromechanical design for electrostatic actuation and SRR.
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**Reference [#lc4dbc6f]
+%%%Zhengli Han%%%, Hiroyuki Fujita, and Hiroshi Toshiyoshi, "Electrostatically Tunable MEMS THz Metamaterials based on DC/RF Decoupled Split-Ring Resonator Arrays," in Proc. IEEE International Optical MEMS & Nanophotonics Conference, Banff, Alberta, Canada, August 6-9, 2012.
![[PukiWiki]](image/XYstage.jpg "[PukiWiki]")
