(57)【要約】【課題】少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスにおいて、Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を向上する。【解決手段】メタサーフェス１は、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能である。メタサーフェス１は、ＧａＡｓ基板２と、中間層３と、複数のＶ字型アンテナ素子４と、を備える。ＧａＡｓ基板２は、入力光１０が入力される光入力面２ａ及び該光入力面２ａに対向する光出力面２ｂを有する。中間層３は、ＧａＡｓ基板２の光出力面２ｂ側に設けられ、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する。Ｖ字型アンテナ素子４は、中間層３のＧａＡｓ基板２側とは反対側に設けられ、第１腕部４ｘ及び該第１腕部４ｘの一端に連続する第２腕部４ｙを有する。【選択図】図１
2018046395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスであって、
前記入力光が入力される光入力面及び該光入力面に対向する光出力面を有するＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板の前記光出力面側に設けられ、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する中間層と、
前記中間層の前記ＧａＡｓ基板側とは反対側に設けられ、第１腕部及び該第１腕部の一端に連続する第２腕部を有する複数のＶ字型アンテナ素子と、を備える、メタサーフェス。
【請求項２】
前記中間層の厚みは、６０ｎｍ〜５μｍである、請求項１に記載のメタサーフェス。
【請求項３】
前記中間層は、ＳｉＮ層、ＴｉＯ２層又はＨｆＯ２層である、請求項１又は２に記載のメタサーフェス。
【請求項４】
前記Ｖ字型アンテナ素子の厚み方向における寸法は、３０ｎｍ〜５００ｎｍである、請求項１〜３の何れか一項に記載のメタサーフェス。
【請求項５】
複数の前記Ｖ字型アンテナ素子のそれぞれにおける前記第１腕部と前記第２腕部とがなす角度は、７０度以上である、請求項１〜４の何れか一項に記載のメタサーフェス。
【請求項６】
前記Ｖ字型アンテナ素子は、前記中間層上に設けられた凸部である、請求項１〜５の何れか一項に記載のメタサーフェス。
【請求項７】
前記Ｖ字型アンテナ素子は、前記中間層上に設けられた金属層に形成された凹部である、請求項１〜５の何れか一項に記載のメタサーフェス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタサーフェスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下記非特許文献１に記載されたメタサーフェスが知られている。下記非特許文献１に記載されたメタサーフェスは、入力光が入力される光入力面及び該光入力面に対向する光出力面を有するＳｉ基板と、Ｓｉ基板の光出力面上に設けられた複数のＶ字型アンテナ素子と、を備え、８μｍの波長帯の入力光を変調する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Nanfang Yu、外６名、「Light Propagation with PhaseDiscontinuities: Generalized Laws of Reflection and Refraction」、SCIENCE, ＶＯＬ ３３４、ｐ．３３３−３３７、２１ ＯＣＴＯＢＥＲ ２０１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したメタサーフェスにおいては、様々な光学要素への応用が期待されており、８μｍの波長帯よりも広い波長帯の入力光を変調できることが望まれる。実際上、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスが要求される場合がある。また、上述したメタサーフェスでは、Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率（Ｖ字型アンテナ素子から出力される光の強度）は重要な性能の一つであり、当該変換効率の更なる向上が望まれている。
【０００５】
そこで、本発明は、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスにおいて、Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を重ねた結果、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスを実現するために、基板としてＧａＡｓ基板を用い得ることを見出した。そして、このＧａＡｓ基板を備えたメタサーフェスにおいて更なる鋭意検討を重ねた結果、ＧａＡｓ基板の光出力面とＶ字型アンテナ素子との間に中間層を設け、当該中間層の屈折率をＧａＡｓの屈折率よりも低くすると、Ｖ字型アンテナ素子に入力光が導光されやすくなり、Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を向上できるという知見を得た。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明に係るメタサーフェスは、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスであって、入力光が入力される光入力面及び該光入力面に対向する光出力面を有するＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板の光出力面側に設けられ、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する中間層と、中間層のＧａＡｓ基板側とは反対側に設けられ、第１腕部及び該第１腕部の一端に連続する第２腕部を有する複数のＶ字型アンテナ素子と、を備える。
【０００８】
このメタサーフェスは、ＧａＡｓ基板を備え、ＧａＡｓ基板の光出力面側に中間層が設けられ、中間層のＧａＡｓ基板側とは反対側にＶ字型アンテナ素子が設けられている。中間層は、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する。したがって、上記知見により、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスにおいて、Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を向上することが可能となる。
【０００９】
本発明に係るメタサーフェスでは、中間層の厚みは、６０ｎｍ〜５μｍであってもよい。この構成では、Ｖ字型アンテナ素子に入力光が導光されやすいという上記作用効果を効果的に発揮でき、Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を一層向上することが可能となる。
【００１０】
本発明に係るメタサーフェスでは、中間層は、ＳｉＮ層、ＴｉＯ２層又はＨｆＯ２層であってもよい。この構成では、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する中間層を具体的に実現できる。
【００１１】
本発明に係るメタサーフェスにおいて、上記作用効果を奏する構成として、具体的には、Ｖ字型アンテナ素子の厚み方向における寸法は、３０ｎｍ〜５００ｎｍであってもよい。
【００１２】
本発明に係るメタサーフェスでは、複数のＶ字型アンテナ素子のそれぞれにおける第１腕部と第２腕部とがなす角度は、７０度以上であってもよい。第１腕部と第２腕部とがなす角度が小さいほど、製造上、Ｖ字型アンテナ素子のＶ字形状を形成することが困難となる。この点、第１腕部と第２腕部とがなす角度が７０度以上であると、Ｖ字型アンテナ素子を容易に製造することができる。
【００１３】
本発明に係るメタサーフェスでは、Ｖ字型アンテナ素子は、中間層上に設けられた凸部であってもよい。この場合、Ｖ字型アンテナ素子を凸部（いわゆるポジ型）として構成したメタサーフェスにおいて、当該Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を向上できる。
【００１４】
本発明に係るメタサーフェスでは、Ｖ字型アンテナ素子は、中間層上に設けられた金属層に形成された凹部であってもよい。この場合、Ｖ字型アンテナ素子を凹部（いわゆるネガ型）として構成したメタサーフェスにおいて、当該Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を向上できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェスにおいて、Ｖ字型アンテナ素子による光の変換効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係るメタサーフェスの構成を示す概略斜視図である。
【図２】図１のメタサーフェスの一部断面図である。
【図３】（ａ）は、第１アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｂ）は、第２アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｃ）は、第３アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｄ）は、第４アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｅ）は、第５アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｆ）は、第６アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｇ）は、第７アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｈ）は、第８アンテナ素子を示す概略斜視図である。
【図４】（ａ）は、基準構造のＶ字型アンテナ素子の形状を定義するための図である。（ｂ）は、反転対称構造のＶ字型アンテナ素子の形状を定義するための図である。
【図５】出力光の強度についてＶ字型アンテナ素子の腕部間角度及び腕部長さを変えて解析したシミュレーション結果を示す図である。
【図６】出力光の位相についてＶ字型アンテナ素子の腕部間角度及び腕部長さを変えて解析したシミュレーション結果を示す図である。
【図７】第１〜第８アンテナ素子による電場の進展を解析した結果を示す図である。
【図８】（ａ）は、出力光の強度について中間層の厚みを変えて解析した結果を示すグラフである。（ｂ）は、図８（ａ）の一部を拡大して示すグラフである。
【図９】（ａ）は、図１のメタサーフェスの製造方法を示す図である。（ｂ）は、図９（ａ）の続きを示す図である。（ｃ）は、図９（ｂ）の続きを示す図である。（ｄ）は、図９（ｃ）の続きを示す図である。（ｅ）は、図９（ｄ）の続きを示す図である。（ｆ）は、図９（ｅ）の続きを示す図である。
【図１０】中間層の有無による出力光の強度の違いを解析した結果を示す図である。
【図１１】（ａ）は、比較例に係るメタサーフェスのＶ字型アンテナ素子を示すＳＥＭ画像である。（ｂ）は、比較例に係るメタサーフェスのＶ字型アンテナ素子を示す設計図である。
【図１２】（ａ）は、出力光の強度についてＶ字型アンテナ素子の厚みを変えて解析した結果を示すグラフである。（ｂ）は、図１２（ａ）の一部を拡大して示すグラフである。
【図１３】（ａ）は、変形例に係る第５アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｂ）は、変形例に係る第６アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｃ）は、変形例に係る第７アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｄ）は、変形例に係る第８アンテナ素子を示す概略斜視図である。
【図１４】変形例に係る反転対称構造のＶ字型アンテナ素子の形状を定義するための図である。
【図１５】（ａ）は、変形例に係る第１アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｂ）は、変形例に係る第２アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｃ）は、変形例に係る第３アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｄ）は、変形例に係る第４アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｅ）は、変形例に係る第５アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｆ）は、変形例に係る第６アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｇ）は、変形例に係る第７アンテナ素子を示す概略斜視図である。（ｈ）は、変形例に係る第８アンテナ素子を示す概略斜視図である。
【図１６】変形例に係る第１〜第８アンテナ素子による電場の進展を解析した結果を示す図である。
【図１７】中間層の有無による出力光の強度の違いを解析した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、一実施形態に係るメタサーフェスの構成を示す概略斜視図である。図２は、図１のメタサーフェスの一部断面図である。図１及び図２に示されるように、メタサーフェス１は、入力される入力光１０の位相、振幅及び偏光の少なくとも何れかを変調し、所望の出力光２０を出力する。この場合、メタサーフェス１は、入力光１０の位相に対して２次元的に配置した個々の要素（後述のＶ字型アンテナ素子４）において所望の変調を行うことによって、所望の光学デバイスを形成できる。一般的に、メタサーフェス１は、メタマテリアルの２次元版の構造体として知られている。
【００１９】
メタサーフェス１は、例えば、集光レンズ、アキシコンレンズ、色収差無しレンズ、球面収差無しレンズ、λ／４波長板、λ／２波長板、光渦発生板、及び、ホログラム要素の少なくとも何れかとして用いることができる。メタサーフェス１は、例えば、検出器アレイ群の微小集光レンズ、微小結合デバイス、偏光選択性及び波長選択性を有するデバイス（偏光スプリッタ等）、及び、フォトニック結晶レーザの出力光制御の少なくとも何れかに利用することができる。メタサーフェス１は、その厚みを入力光１０の波長以下とすることができる。以下、メタサーフェス１の厚み方向（ＧａＡｓ基板２の光出力面２ｂに対して略垂直な方向）を「Ｚ軸方向」とし、Ｚ軸方向と直交する一方向を「Ｘ軸方向」とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の双方と直交する方向を「Ｙ軸方向」として説明する。
【００２０】
本実施形態のメタサーフェス１は、透過型のプラズモン型メタサーフェスである。メタサーフェス１は、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光１０を変調可能である。入力光１０は、例えば近赤外線ないし中赤外線である。図示する例では、メタサーフェス１は、集光レンズとして作用する光学デバイスであって、入力光１０が入力された場合に所望の焦点位置に集光する出力光２０を出力する。メタサーフェス１は、ＧａＡｓ基板２と、中間層３と、複数のＶ字型アンテナ素子４と、を備える。
【００２１】
ＧａＡｓ基板２は、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）で形成された板状体である。入力光１０が入力される光入力面２ａと、出力光２０を出力する光出力面２ｂと、を含む。光入力面２ａは、ＧａＡｓ基板２の一方の主面である。光出力面２ｂは、光入力面２ａと対向する。光出力面２ｂは、ＧａＡｓ基板２の他方の主面である。
【００２２】
中間層３は、ＧａＡｓ基板２の光出力面２ｂ側に設けられている。換言すると、中間層３は、ＧａＡｓ基板２の光出力面２ｂ上に配置されている。ここでの中間層３は、光出力面２ｂに積層されている。中間層３は、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する。屈折率は、その物質中の光の速度に対する真空中の光の速度の比である。ＧａＡｓの屈折率は、例えば、波長１μｍにおいて、３．５である。
【００２３】
中間層３は、ＳｉＮ（窒化ケイ素）で形成されたＳｉＮ層、ＴｉＯ２（酸化チタン）で形成されたＴｉＯ２層、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）で形成されたＨｆＯ２層、Ｔａ２Ｏ５（五酸化タンタル）で形成されたＴａ２Ｏ５層、Ｎｂ２Ｏ５（五酸化ニオブ）で形成されたＮｂ２Ｏ５層、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）で形成されたＡｌ２Ｏ３層、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）で形成されたＳｉＯ２層、又は、これらの少なくとも何れかを含む層である。ＳｉＮ層は、Ｓｉ３Ｎ４で形成されたＳｉ３Ｎ４層を含む。
【００２４】
Ｖ字型アンテナ素子４は、中間層３のＧａＡｓ基板２側とは反対側に設けられている。
換言すると、Ｖ字型アンテナ素子４は、中間層３においてＧａＡｓ基板２側とは反対側の表面上に配置されている。ここでのＶ字型アンテナ素子４は、中間層３の当該表面に、密着層５を介して設けられている。
【００２５】
密着層５は、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｐｔ（白金）、又はこれらの少なくとも何れかにより形成されている。密着層５の厚みは、例えば５ｎｍ〜１０ｎｍである。密着層５は、中間層３に対するＶ字型アンテナ素子４の密着性を高め、Ｖ字型アンテナ素子４の剥離を抑制する。例えば密着層５は、中間層３及びＶ字型アンテナ素子４のそれぞれに対して、中間層３とＶ字型アンテナ素子４と間の密着性よりも高い密着性を有する。密着性は、付着性、付着力及び密着力等と同義である。
【００２６】
Ｖ字型アンテナ素子４は、いわゆるポジ型の素子であって、中間層３上に設けられた凸部である。Ｖ字型アンテナ素子４は、Ａｕ（金）等の金属により形成されている。Ｖ字型アンテナ素子４は、中間層３においてＧａＡｓ基板２側とは反対側の表面上に、Ｚ軸方向に隆起するように設けられている。Ｖ字型アンテナ素子４の厚み（Ｚ方向における寸法）は、３０ｎｍ〜５００ｎｍである。例えばＶ字型アンテナ素子４は、中間層３上の１００μｍ×１００μｍの領域当たりに、１６万個配置されている。Ｖ字型アンテナ素子４は、突条形状の第１腕部４ｘと、該第１腕部４ｘの一端に連続する突条形状の第２腕部４ｙと、を有する。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｈ）は、第１〜第８アンテナ素子４１〜４８のそれぞれを示す概略斜視図である。図４（ａ）は、基準構造のＶ字型アンテナ素子４の形状を定義するための図である。図４（ｂ）は、反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４の形状を定義するための図である。図３及び図４では、単位セルＣ、すなわち、メタサーフェス１において１つのＶ字型アンテナ素子４のみを含む矩形板状領域を示している。単位セルＣは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った辺を有する。ここでの単位セルＣの大きさは、２４０ｎｍ×２４０ｎｍ（Ｘ軸方向及びＹ軸方向の寸法がともに２４０ｎｍ）である。
【００２８】
図３に示されるように、複数のＶ字型アンテナ素子４は、そのＶ字型構造の形状が互いに異なる８種類の第１〜８アンテナ素子４１〜４８を含む。具体的には、複数のＶ字型アンテナ素子４は、４種類の基準構造のＶ字型構造体である第１〜第４アンテナ素子４１〜４４と、これら４種類の基準構造をＸ軸で反転してなる反転対称構造のＶ字型構造体である第５〜第８アンテナ素子４５〜４８と、を含む。
【００２９】
図４（ａ）に示されるように、基準構造のＶ字型アンテナ素子４（第１〜第４アンテナ素子４１〜４４）では、Ｘ軸との間に角度αを有する対称軸ｓ１と、対称軸ｓ１に直交する非対称軸ａ１と、が設定されている。角度αは、４５度である。この角度αによって、入力光１０の偏光に対する出力光２０の偏光が何度回転するかを決定できる。角度αが４５度の場合、出力光２０の偏光は、入力光１０の偏光に対して９０度回転する。基準構造のＶ字型アンテナ素子４は、対称軸ｓ１を介して線対称な形状を呈する。
【００３０】
なお、以下においては、第１腕部４ｘと第２腕部４ｙとがなす角度を腕部間角度βとし、第１腕部４ｘ及び第２腕部４ｙそれぞれの長手方向の長さを腕部長さＬとし、第１腕部４ｘ及び第２腕部４ｙそれぞれの幅を腕部幅Ｈとして説明する。
【００３１】
図４（ｂ）に示されるように、反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４（第５〜第８アンテナ素子４５〜４８）は、図４（ａ）の基準構造をＸ軸を介して反転した構造である。反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４は、対称軸ｓ１（図４（ａ）参照）と直交する対称軸ｓ２と、対称軸ｓ２に直交する非対称軸ａ２と、が設定されている。対称軸ｓ２は、対称軸ｓ１と同じく、Ｘ軸との間に角度αを有する。反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４は、対称軸ｓ２を介して線対称な形状を呈する。反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４は、基準構造のＶ字型アンテナ素子４に対して、＋１８０度の位相変調が得られる。
【００３２】
図３に戻り、複数のＶ字型アンテナ素子４のそれぞれにおける第１腕部４ｘと第２腕部４ｙとがなす角度は、７０度以上である。つまり、第１〜第８アンテナ素子４１〜４８の腕部間角度βは、７０度以上１８０度以下である。第１〜第８アンテナ素子４１〜４８の腕部幅Ｈは、互いに等しく、例えば４０ｎｍである。
【００３３】
図３（ａ）に示されるように、第１アンテナ素子４１の腕部間角度βは、７５度である。第１アンテナ素子４１の腕部長さＬは、第２〜４アンテナ素子４２〜４４の腕部長さＬよりも長い。図３（ｂ）に示されるように、第２アンテナ素子４２の腕部間角度βは、９０度である。第２アンテナ素子４２の腕部長さＬは、第１アンテナ素子４１の腕部長さＬよりも短く、且つ、第３及び第４アンテナ素子４３，４４の腕部長さＬよりも長い。
【００３４】
図３（ｃ）に示されるように、第３アンテナ素子４３の腕部間角度βは、１２０度である。第３アンテナ素子４３の腕部長さＬは、第１及び第２アンテナ素子４１，４２の腕部長さＬよりも短く、且つ、第４アンテナ素子４４の腕部長さＬよりも長い。図３（ｄ）に示されるように、第４アンテナ素子４４の腕部間角度βは、１８０度である。つまり、第４アンテナ素子４４は、第１腕部４ｘ及び第２腕部４ｙが同一直線に沿って真っ直ぐ延びる形状である。第４アンテナ素子４４の腕部長さＬは、第１〜第３アンテナ素子４１〜４３の腕部長さＬよりも短い。
【００３５】
図３（ｅ）に示されるように、第５アンテナ素子４５は、Ｘ軸に対する第１アンテナ素子４１の反転対称構造を有する。第５アンテナ素子４５の腕部間角度βは、７５度である。第５アンテナ素子４５の腕部長さＬは、第６〜８アンテナ素子４６〜４８の腕部長さＬよりも長い。図３（ｆ）に示されるように、第６アンテナ素子４６は、Ｘ軸に対する第２アンテナ素子４２の反転対称構造を有する。第６アンテナ素子４６の腕部間角度βは、９０度である。第６アンテナ素子４６の腕部長さＬは、第５アンテナ素子４５の腕部長さＬよりも短く、且つ、第７及び第８アンテナ素子４７，４８の腕部長さＬよりも長い。
【００３６】
図３（ｇ）に示されるように、第７アンテナ素子４７は、Ｘ軸に対する第３アンテナ素子４３の反転対称構造を有する。第７アンテナ素子４７の腕部間角度βは、１２０度である。第７アンテナ素子４７の腕部長さＬは、第５及び第６アンテナ素子４５，４６の腕部長さＬよりも短く、且つ、第８アンテナ素子４８の腕部長さＬよりも長い。図３（ｈ）に示されるように、第８アンテナ素子４８は、Ｘ軸に対する第４アンテナ素子４４の反転対称構造を有する。第８アンテナ素子４８の腕部間角度βは、１８０度である。つまり、第８アンテナ素子４８は、第１腕部４ｘ及び第２腕部４ｙが同一直線に沿って真っ直ぐ延びる形状である。第８アンテナ素子４８の腕部長さＬは、第５〜第７アンテナ素子４５〜４７の腕部長さＬよりも短い。
【００３７】
このような複数のＶ字型アンテナ素子４は、位相変調光学デバイスとして使用可能に構成されている。すなわち、第１〜第８アンテナ素子４１〜４８のそれぞれは、入力光１０の入力に応じて出力する出力光２０の強度が等しい。第１〜第８アンテナ素子４１〜４８は、入力された入力光１０について０〜２πの位相変調を行う。以下、詳細に説明する。
【００３８】
図５は、出力光２０の強度について、Ｖ字型アンテナ素子４の腕部間角度β及び腕部長さＬを変えて解析したシミュレーション結果を示す図である。ここでのシミュレーションでは、有限差分時間領域（Finite Difference Time Domain；ＦＤＴＤ)法を用いている。シミュレーション条件としては、次のとおりである。すなわち、単位セルＣを解析対象とし、中間層３の厚みは１１８ｎｍとし、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みは３０ｎｍとし、密着層５の厚みは５ｎｍとしている。入力光１０は、ＧａＡｓ基板２の光入力面２ａから垂直に入力する光としている。入力光１０の偏光方向は、対称軸ｓ１に対応する方向ベクトルと非対称軸ａ１に対応する方向ベクトルとの合成ベクトルの方向としている。図５中の等高線は、出力光２０の強度が等しい腕部間角度β及び腕部長さＬを繋ぐラインである等強度等高線である。
【００３９】
図５に示されるシミュレーション結果によれば、出力光２０の強度が等しい等強度等高線を得ることができる。なお、出力光２０の強度は、電界強度の２乗に比例する。
【００４０】
図６は、出力光２０の位相（電界の位相）について、Ｖ字型アンテナ素子４の腕部間角度β及び腕部長さＬを変えて解析したシミュレーション結果を示す図である。ここでのシミュレーションでは、ＦＤＴＤ法を用いている。シミュレーション条件としては、図５のシミュレーション条件と同様である。図６中の等高線は、図５に示される結果から得られた等強度等高線である。
【００４１】
図６に示されるシミュレーション結果によれば、０〜πの位相変調（反転対称構造を用いることで０〜２πの位相変調）が可能な領域が、等強度等高線上あるいは等強度等高線付近で選択できることが分かる。更に、等強度等高線上あるいは等強度等高線付近における０〜πの位相変調が可能な領域は、腕部間角度βが７０度以上の領域に存在することが分かる。よって、Ｖ字型アンテナ素子４の形状を、腕部間角度βが７０度以上の形状から選択できることが分かる（図中の白丸で示す選択点を参照）。
【００４２】
図７は、第１〜第８アンテナ素子４１〜４８による電場の進展をＦＤＴＤ法により解析した結果を示す図である。ここでの解析では、単位セルＣを解析対象とし、中間層３の厚みは１１８ｎｍとし、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みは３０ｎｍとし、密着層５の厚みは５ｎｍとしている。入力光１０は、ＧａＡｓ基板２の光入力面２ａから垂直に入力する光としている。図中の位相進展図において、Ｚ軸が０以下の領域は、Ｖ字型アンテナ素子４よりもＧａＡｓ基板２側を表し、Ｚ軸が０よりも大きい領域は、大気側（出力側）を表す。図中における位相進展図のそれぞれは、その下方に示したＶ字型アンテナ素子４による電場の位相進展を示す。
【００４３】
図７に示される例では、第１〜第８アンテナ素子４１〜４８による出力光２０の電場は、これらの順に進展している。第８アンテナ素子４８による出力光２０の電場は、第１アンテナ素子４１による電場に対して、λ（１波長）だけ進展していることが分かる。これにより、第１〜第８アンテナ素子４１〜４８を用いることで、０〜２πの位相変調が行えることが確認できる。
【００４４】
第１〜第８アンテナ素子４１〜４８は、下式（１）に従い、所望の位置に所望の位相差が生じるように中間層３上に配置されている。これにより、ＧａＡｓ基板２の光入力面２ａから入力光１０が入力された際、出力光２０を所望の焦点位置に集光する集光レンズを形成できる。下式（１）において、ｘ及びｙは平面内の座標、φは座標（ｘ，ｙ）おける位相シフト量、ｆは所望の焦点距離を意味する。
【数１】
2018046395.tif 000003
【００４５】
図８（ａ）は、出力光２０の強度について中間層３の厚みを変えて解析した結果を示すグラフである。図８（ｂ）は、図８（ａ）の一部を拡大して示すグラフである。ここでの解析では、単位セルＣを解析対象とし、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みは３０ｎｍとし、密着層５の厚みは５ｎｍとしている。入力光１０は、ＧａＡｓ基板２の光入力面２ａから垂直に入力する光としている。Ｖ字型アンテナ素子４の腕部間角度βは１２０度とし、腕部長さ１３６ｎｍとしている。
【００４６】
図８（ａ）に示されるように、例えば入力光１０の波長をフォトニック結晶レーザの発振波長である９４０ｎｍとすると、出力光２０の強度は、中間層３の厚みに関してサイン曲線状に変化する。図８（ｂ）に示されるように、中間層３の厚みが９０ｎｍの場合、出力光２０の強度が最も高い値となる。中間層３の厚みが６０ｎｍ〜１２０ｎｍ（換言すると、９０±３０ｎｍ）の場合、出力光２０の強度は、一定以上の高範囲内の値となる。出力光２０の強度は、交差−散乱光強度とも称される。出力光２０の強度は、Ｖ字型アンテナ素子４による光の変換効率と同義である。そこで、本実施形態のメタサーフェス１では、中間層３の厚みは、６０ｎｍ〜１２０ｎｍであってもよい。具体的には、中間層３の厚みは、９０ｎｍであってもよい。
【００４７】
中間層３の厚みｄは、下式（２）を満たす値であってもよい。下式（２）において、λ（ｎｍ）は入力光１０の波長であり、ｎは中間層３の屈折率である。入力光１０の波長λが８８０ｎｍ〜４０μｍであることから、中間層３の厚みｄは、６０ｎｍ〜５μｍであってもよい。
ｄ＝λ/４ｎ  …（２）
【００４８】
中間層３の厚みｄは、次の下式（３）の関係を満たす値であってもよい。下式（３）において、ｎは中間層３の屈折率であり、λ０は中心使用波長である。中間層３の厚みｄは、フォトニック結晶レーザの発振波長である９４０ｎｍを中心使用波長とした場合、下式（３）の範囲内である９０ｎｍであってもよい。この場合、密着層５の厚みを５ｎｍとし、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みを３０ｎｍとすることができる。単位セルＣの大きさは、２４０ｎｍ×２４０ｎｍとすることができる。
【数２】
2018046395.tif 000004
【００４９】
図９は、メタサーフェス１の製造方法を示すフロー図である。メタサーフェス１を製造する場合、図９（ａ）に示されるように、まず、ＧａＡｓ基板２を用意する。図９（ｂ）に示されるように、ＧａＡｓ基板２の光出力面２ｂ上に中間層３を成膜する。図９（ｃ）に示されるように、中間層３においてＧａＡｓ基板２側とは反対側の表面３ａ上に、レジスト層７を形成する。図９（ｄ）に示されるように、電子線描画装置を用いて電子線をレジスト層７に照射して、Ｖ字型アンテナ素子４の形状に対応した描画パターンを露光する。図９（ｅ）に示されるように、レジスト層７及び中間層３の表面３ａ上に、金属層８を蒸着する。ここでは、Ｔｉ層及びＡｕ層をこの順に蒸着する。図９（ｆ）に示されるように、リフトオフプロセスにより、レジスト層７を当該レジスト層７上の金属層８と一緒に取り除く。その結果、メタサーフェス１が得られる。中間層３の表面３ａ上に蒸着した金属層８は、密着層５及びＶ字型アンテナ素子４を構成する。
【００５０】
以上、メタサーフェス１は、ＧａＡｓ基板２を備え、ＧａＡｓ基板２の光出力面２ｂ側に中間層３が設けられ、中間層３のＧａＡｓ基板２側とは反対側にＶ字型アンテナ素子４が設けられている。中間層３は、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する。基板としてＧａＡｓ基板２を用いることで、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光を変調可能なメタサーフェス１を実現できることが見出される。ＧａＡｓ基板２を備える場合においては、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率の中間層３を設けることで、ＧａＡｓ基板２からＶ字型アンテナ素子４へ向かう入力光１０をより導光しやすくなり、入力光１０がスムーズにＶ字型アンテナ素子４まで到達し、Ｖ字型アンテナ素子４から出力される出力光２０の強度を増加できることが更に見出される。したがって、本実施形態によれば、少なくとも８８０ｎｍ〜４０μｍの波長を含む入力光１０を変調可能なメタサーフェス１において、Ｖ字型アンテナ素子４による光の変換効率を向上することが可能となる。
【００５１】
メタサーフェス１では、上述したように、位相変調光学デバイスとして使用可能に構成されている。すなわち、第１〜第８アンテナ素子４１〜４８のそれぞれは、入力光１０の入力に応じて出力する出力光２０の強度が等しい。第１〜第８アンテナ素子４１〜４８は、入力された入力光１０について０〜２πの位相変調を行う。したがって、メタサーフェス１によれば、０〜２πの位相変調能力を確保しつつ、Ｖ字型アンテナ素子４による光の変換効率を向上できる。
【００５２】
なお、メタサーフェス１では、反転対称構造を用いて複数のＶ字型アンテナ素子４を構成している。これにより、入力光１０の０〜２πの位相変調を容易に実現できる。また、メタサーフェス１では、単位セルＣを空間的に適宜配置することで、出力光２０の任意波面を形成できる。
【００５３】
図１０は、メタサーフェス１の中間層３の有無による出力光２０の強度の違いを解析した結果を示すグラフである。ここでの解析では、Ｖ字型アンテナ素子４から４μｍ離れた位置に透過モニタを配置し、第１実施例と第１比較例とのそれぞれにおいて出力光２０の時間変化をＦＤＴＤ法により解析している。図中の縦軸は、出力光２０の強度である。図中の横軸は、光の速度（ｃ＝３．０×１０１５［μｍ／ｓｅｃ］）に対して、クーラント条件より決定される計算時間ステップ（例えばこの場合、Ｔ＝０．００４５０５×１０−１５［ｓｅｃ］）を掛けた値であるｃＴであり、単位はμｍである。第１実施例は、本実施形態のメタサーフェス１である。第１比較例は、中間層３を備えていない当該メタサーフェス１である。図中の実線が第１実施例による結果を示し、図中の破線が第１比較例による結果を示す。
【００５４】
図１０に示されるように、メタサーフェス１では、中間層３を備えることで、出力光２０の強度が大きく増加することが確認できる。具体的には、中間層３を備えていない場合に対して、出力光２０の強度が約８０倍増加することが確認できる。
【００５５】
メタサーフェス１では、中間層３の厚みは、６０ｎｍ〜５μｍである。この構成では、Ｖ字型アンテナ素子４に入力光１０が導光されやすいという上記作用効果を効果的に発揮できる。図８（ａ）及び図８（ｂ）の解析結果に示されるように、Ｖ字型アンテナ素子４による光の変換効率を一層向上することが可能となる。
【００５６】
メタサーフェス１では、中間層３は、ＳｉＮ層、ＴｉＯ２層又はＨｆＯ２層である。この構成では、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する中間層３を具体的に実現できる。なお、中間層３の種類は特に限定されず、ＧａＡｓの屈折率よりも低い屈折率を有する層であれば、種々の層を中間層３として採用してもよい。
【００５７】
図１１（ａ）は、比較例に係るメタサーフェスのＶ字型アンテナ素子４’を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像である。図１１（ｂ）は、比較例に係るメタサーフェスのＶ字型アンテナ素子４’を示す設計図である。
【００５８】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）においては、図中の左から順に、腕部間角度βが４０度、６０度、８０度、９５度、４０度、６０度、８０度、９５度のＶ字型アンテナ素子４’をそれぞれ示している。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されるように、腕部間角度βが４０度及び６０度のＶ字型アンテナ素子４’を製造する場合、電子線照射時の電子線の近接効果によって描画パターンが拡がるため、設計図通りの形状とすることが困難である。腕部間角度βが４０度及び６０度のＶ字型アンテナ素子４’は、実際に製造すると、Ｖ字形状が崩れやすく、Ｖ字形状ではなく三角形形状になってしまう場合があることが分かる。特に、入力光１０の波長が短くなり（例えば、１μｍよりも短くなり）、単位セルＣの大きさが縮小するほど、このような傾向は顕著である。単位セルＣの大きさが、２４０ｎｍ×２４０ｎｍまで小さくなると、腕部間角度βが鋭角のＶ字型アンテナ素子４’は製造不可となる。
【００５９】
この点、メタサーフェス１では、複数のＶ字型アンテナ素子４のそれぞれにおける腕部間角度βは、７０度以上である。これにより、Ｖ字型アンテナ素子４を容易に製造することができる。単位セルＣの大きさが２４０ｎｍ×２４０ｎｍまで小さい場合でも、Ｖ字型アンテナ素子４を製造可能となる。メタサーフェス１の製造時の電子線描画工程において、電子線の近接効果に起因した描画パターンの拡がりによる悪影響を低減できる。
【００６０】
メタサーフェス１では、Ｖ字型アンテナ素子４は、中間層３上に設けられた凸部である。これにより、いわゆるポジ型として構成したＶ字型アンテナ素子４を備えるメタサーフェス１において、当該Ｖ字型アンテナ素子４による光の変換効率を向上できる。
【００６１】
図１２（ａ）は、出力光２０の強度についてＶ字型アンテナ素子４の厚みを変えて解析した結果を示すグラフである。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の一部を拡大して示すグラフである。ここでの解析では、単位セルＣを解析対象とし、中間層３の厚みは９０ｎｍとし、密着層５の厚みは５ｎｍとしている。入力光１０は、ＧａＡｓ基板２の光入力面２ａから垂直に入力する光としている。Ｖ字型アンテナ素子４の腕部間角度βは１２０度とし、腕部長さ１３６ｎｍとしている。
【００６２】
図１２（ａ）に示されるように、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが厚くなるに従い、出力光２０の強度は、急峻に増加した後、緩やかに増加し、ピークに達した後、緩やかに減少するという傾向を有する。図１２（ｂ）に示されるように、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが３７０ｎｍの場合、出力光２０の強度が最も高い値となることが分かる。Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが２００ｎｍ〜５００ｎｍの場合、出力光２０の強度は、高範囲内の値となることが分かる。Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが３００ｎｍ〜４５０ｎｍの場合、出力光２０の強度は、より高範囲内の値となることが分かる。Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが３５０ｎｍ〜４００ｎｍの場合、出力光２０の強度は、より一層高範囲内の値となることが分かる。
【００６３】
また、メタサーフェス１では、製造上、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが厚くなればなるほどＧａＡｓ基板２にＶ字型アンテナ素子４を設けることは難しくなる。Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが４００ｎｍよりも厚くなると、ＧａＡｓ基板２にＶ字型アンテナ素子４を設けることが実現困難となり、５００ｎｍよりも厚くなると、ＧａＡｓ基板２にＶ字型アンテナ素子４を設けることが極めて実現困難となるという実情が存在する。したがって、メタサーフェス１では、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みは、３０ｎｍ〜５００ｎｍである。なお、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みが３７０ｎｍの場合、中間層３を備えておらず且つＶ字型アンテナ素子４の厚みが３０ｎｍの場合に対して、出力光２０の強度を約９４００倍増加させることができる。
【００６４】
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、変形例に係る第５〜第８アンテナ素子４５Ａ〜４８Ａのそれぞれを示す概略斜視図である。図１４は、変形例に係る反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４Ａの形状を定義するための図である。図１３及び図１４では、単位セルＣを示している。図１３に示されるように、複数のＶ字型アンテナ素子４Ａは、第５〜第８アンテナ素子４５〜４８（図３参照）に代えて、第１〜第４アンテナ素子４１〜４４をＹ軸で反転してなる反転対称構造のＶ字型構造体である第５〜第８アンテナ素子４５Ａ〜４８Ａを含んでいてもよい。
【００６５】
図１４に示されるように、変形例に係る反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４Ａは、図４（ａ）の基準構造をＹ軸を介して反転した構造である。Ｖ字型アンテナ素子４Ａは、単位セルＣにおいて、対称軸ｓ１（図４（ａ）参照）と直交する対称軸ｓ３と、対称軸ｓ３に直交する非対称軸ａ３と、が設定されている。対称軸ｓ３は、Ｙ軸との間に角度αを有する。変形例に係る反転対称構造のＶ字型アンテナ素子４は、対称軸ｓ３を介して線対称な形状を呈する。
【００６６】
図１３（ａ）に示されるように、第５アンテナ素子４５Ａは、Ｙ軸に対する第１アンテナ素子４１の反転対称構造を有する。第５アンテナ素子４５Ａの腕部間角度βは、７５度である。図１３（ｂ）に示されるように、第６アンテナ素子４６Ａは、Ｙ軸に対する第２アンテナ素子４２の反転対称構造を有する。第６アンテナ素子４６Ａの腕部間角度βは、９０度である。図１３（ｃ）に示されるように、第７アンテナ素子４７Ａは、Ｙ軸に対する第３アンテナ素子４３の反転対称構造を有する。第７アンテナ素子４７Ａの腕部間角度βは、１２０度である。図１３（ｄ）に示されるように、第８アンテナ素子４８Ａは、Ｙ軸に対する第４アンテナ素子４４の反転対称構造を有する。第８アンテナ素子４８Ａの腕部間角度βは、１８０度である。つまり、第８アンテナ素子４８は、第１腕部４ｘ及び第２腕部４ｙが同一直線に沿って真っ直ぐ延びる形状である。
【００６７】
第５〜第８アンテナ素子４５〜４８に代えて第５〜第８アンテナ素子４５Ａ〜４８Ａを含む複数のＶ字型アンテナ素子４についても、位相変調光学デバイスとして使用可能に構成されている。すなわち、第１〜第４アンテナ素子４１〜４４及び第５〜第８アンテナ素子４５Ａ〜４８Ａのそれぞれは、入力光１０の入力に応じて出力する出力光２０の強度が等しい。第１〜第４アンテナ素子４１〜４４及び第５〜第８アンテナ素子４５Ａ〜４８Ａは、入力された入力光１０について０〜２πの位相変調を行う。
【００６８】
図１５は、変形例に係るＶ字型アンテナ素子４Ｂを示す概略斜視図である。図１５（ａ）〜図１５（ｈ）は、変形例に係る第１〜第８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂのそれぞれを示す。メタサーフェス１は、複数のＶ字型アンテナ素子４（図３参照）に代えて、図１５に示される複数のＶ字型アンテナ素子４Ｂを備えていてもよい。
【００６９】
Ｖ字型アンテナ素子４Ｂは、いわゆるネガ型の素子であって、中間層３上に設けられた金属層９に形成された凹部である。Ｖ字型アンテナ素子４Ｂは、中間層３においてＧａＡｓ基板２側とは反対側の表面に密着層５を介して設けられた金属層９において、Ｚ軸方向に窪むように設けられている。金属層９は、Ａｕ（金）等の金属により形成されている。Ｖ字型アンテナ素子４の深さ（Ｚ方向における寸法）は、３０ｎｍ〜５００ｎｍである。Ｖ字型アンテナ素子４は、溝形状の第１腕部４Ｂｘと、該第１腕部４Ｂｘの一端に連続する溝形状の第２腕部４Ｂｙと、を有する。
【００７０】
複数のＶ字型アンテナ素子４Ｂは、そのＶ字型構造の形状が互いに異なる８種類の第１〜８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂを含む。第１〜８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂそれぞれは、金属層９に形成され、第１アンテナ素子４１〜４８の各凸部の形状と同様な形状の凹部である。
【００７１】
具体的には、図１５（ａ）に示されるように、第１アンテナ素子４１Ｂの腕部間角度βは、７５度である。図１５（ｂ）に示されるように、第２アンテナ素子４２Ｂの腕部間角度βは、９０度である。図１５（ｃ）に示されるように、第３アンテナ素子４３Ｂの腕部間角度βは、１２０度である。図１５（ｄ）に示されるように、第４アンテナ素子４４Ｂの腕部間角度βは、１８０度である。つまり、第４アンテナ素子４４Ｂは、第１腕部４Ｂｘ及び第２腕部４Ｂｙが同一直線に沿って真っ直ぐ延びる形状とされている。
【００７２】
図１５（ｅ）に示されるように、第５アンテナ素子４５Ｂは、Ｘ軸に対する第１アンテナ素子４１Ｂの反転対称構造を有する。第５アンテナ素子４５Ｂの腕部間角度βは、７５度である。図１５（ｆ）に示されるように、第６アンテナ素子４６Ｂは、Ｘ軸に対する第２アンテナ素子４２Ｂの反転対称構造を有する。第６アンテナ素子４６Ｂの腕部間角度βは、９０度である。図１５（ｇ）に示されるように、第７アンテナ素子４７Ｂは、Ｘ軸に対する第３アンテナ素子４３Ｂの反転対称構造を有する。第７アンテナ素子４７Ｂの腕部間角度βは、１２０度である。図１５（ｈ）に示されるように、第８アンテナ素子４８Ｂは、Ｘ軸に対する第４アンテナ素子４４Ｂの反転対称構造を有する。第８アンテナ素子４８Ｂの腕部間角度βは、１８０度である。つまり、第８アンテナ素子４８Ｂは、第１腕部４Ｂｘ及び第２腕部４Ｂｙが同一直線に沿って真っ直ぐ延びる形状とされている。
【００７３】
このような複数のＶ字型アンテナ素子４Ｂについても、位相変調光学デバイスとして使用可能に構成されている。すなわち、第１〜第８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂのそれぞれは、入力光１０の入力に応じて出力する出力光２０の強度が等しい。第１〜第８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂは、入力された入力光１０について０〜２πの位相変調を行う。
【００７４】
メタサーフェス１では、Ｖ字型アンテナ素子４Ｂは、中間層３上の金属層８に形成された凹部である。よって、いわゆるネガ型として構成したＶ字型アンテナ素子４Ｂを備えるメタサーフェス１において、当該Ｖ字型アンテナ素子４Ｂによる光の変換効率を向上できる。
【００７５】
図１６は、変形例に係る第１〜第８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂによる電場の進展をＦＤＴＤ法により解析した結果を示す図である。ここでの解析では、単位セルＣを解析対象とし、中間層３の厚みは１１８ｎｍとし、Ｖ字型アンテナ素子４の厚みは３０ｎｍとし、密着層５の厚みは５ｎｍとしている。入力光１０は、ＧａＡｓ基板２の光入力面２ａから垂直に入力する光としている。図中の位相進展図において、Ｚ軸が０以下の領域は、Ｖ字型アンテナ素子４よりもＧａＡｓ基板２側を表し、Ｚ軸が０よりも大きい領域は、大気側を表す。図中の位相進展図のそれぞれは、その下方に示したＶ字型アンテナ素子４Ｂによる電場の位相進展を示す。
【００７６】
図１６に示される例では、第１〜第８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂによる出力光２０の電場は、これらの順に進展している。第８アンテナ素子４８Ｂによる出力光２０の電場は、第１アンテナ素子４１Ｂによる電場に対して、λ（１波長）だけ進展していることが分かる。これにより、第１〜第８アンテナ素子４１Ｂ〜４８Ｂを用いることで、０〜２πの位相変調が行えることが確認できる。
【００７７】
図１７は、変形例に係るメタサーフェス１の中間層３の有無による出力光２０の強度の違いを解析した結果を示すグラフである。ここでの解析では、Ｖ字型アンテナ素子４Ｂから４μｍ離れた位置に透過モニタを配置し、第２実施例と第２比較例とのそれぞれにおいて出力光２０の時間変化をＦＤＴＤ法により解析している。図中の縦軸は、出力光２０の強度である。図中の横軸は、光速ｃとクーラント条件から決まる計算ステップ時間Ｔとを掛け算した距離ｃＴである。第２実施例は、変形例に係るメタサーフェス１（つまり、ネガ型のＶ字型アンテナ素子４Ｂを備えたメタサーフェス１）である。第２比較例は、中間層３を備えていない当該メタサーフェス１である。図中の実線が第２実施例による結果を示し、図中の破線が第２比較例による結果を示す。
【００７８】
図１７に示されるように、ネガ型のＶ字型アンテナ素子４Ｂを含むメタサーフェス１においても、中間層３を備えることで、出力光２０の強度が大きく増加することが確認できる。具体的には、中間層３を備えていない場合に対して、出力光２０の強度が約３６倍増加することが確認できる。
【００７９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。例えば上記の各数値には、設計上、計測上又は製造上等の誤差が含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１…メタサーフェス、２…ＧａＡｓ基板、２ａ…光入力面、２ｂ…光出力面、３…中間層、４，４Ａ，４Ｂ…Ｖ字型アンテナ素子、４ｘ，４Ｂｘ…第１腕部、４ｙ，４Ｂｙ…第２腕部、９…金属層、１０…入力光、４１，４１Ｂ…第１アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）、４２，４２Ｂ…第２アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）、４３，４３Ｂ…第３アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）、４４，４４Ｂ…第４アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）、４５，４５Ａ，４５Ｂ…第５アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）、４６，４６Ａ，４６Ｂ…第６アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）、４７，４７Ａ，４７Ｂ…第７アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）、４８，４８Ａ，４８Ｂ…第８アンテナ素子（Ｖ字型アンテナ素子）。
【図１】
2018046395.tif 000005
【図２】
2018046395.tif 000006
【図３】
2018046395.tif 000007
【図４】
2018046395.tif 000008
【図５】
2018046395.tif 000009
【図６】
2018046395.tif 000010
【図７】
2018046395.tif 000011
【図８】
2018046395.tif 000012
【図９】
2018046395.tif 000013
【図１０】
2018046395.tif 000014
【図１１】
2018046395.tif 000015
【図１２】
2018046395.tif 000016
【図１３】
2018046395.tif 000017
【図１４】
2018046395.tif 000018
【図１５】
2018046395.tif 000019
【図１６】
2018046395.tif 000020
【図１７】
2018046395.tif 000021