(57)【要約】      （修正有）【課題】第２次高調波モードを低減する電磁波装置を提供する。【解決手段】電磁波を吸収又は輻射する装置である。第１金属層と、誘電体層と、誘電体層上に、大きさに応じた周波数の電磁波に対して共鳴する薄膜から成る共鳴板２４ａ，２４ｂの２次元周期的配列から成る第２金属層２３とを有する。２次元周期的配列は、誘電体層上にとられた第１方向に平行な第１の周期的配列２３ａと、この第１の周期的配列と同一の配列であって、この第１の周期的配列に平行に隣接して設けられ、第１の周期的配列の周期ＰＸの１／４以上、１／２以下の長さだけ第１方向の正方向又は負方向に推移させた第２の周期的配列２３ｂとを有し、第１の周期的配列と第２の周期的配列とが、交互に、平行に配列された２次元周期的配列であり、第１の周期的配列と第２の周期的配列との間の間隔Ｇは、０より大きく誘電体層の光学的厚さ以下とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を吸収又は輻射する装置において、
面状の第１金属層と、
前記第１金属層上に形成された誘電体層と、
前記誘電体層上に形成され、同一の大きさを有してそれぞれ分離されており、その大きさに応じた周波数の電磁波に対して共鳴する薄膜から成る共鳴板の２次元周期的配列から成る第２金属層とを有し、
前記２次元周期的配列は、誘電体層上にとられた第１方向に平行な第１の周期的配列と、この第１の周期的配列と同一の配列であって、この第１の周期的配列に平行に隣接して設けられ、前記第１の周期的配列の周期の１／４以上、１／２以下の長さだけ前記第１方向の正方向又は負方向に推移させた第２の周期的配列とを有し、前記第１の周期的配列と前記第２の周期的配列とが、交互に、平行に配列された２次元周期的配列であり、
前記第１の周期的配列と前記第２の周期的配列との間の間隔は、０より大きく前記誘電体層の光学的厚さ以下である
ことを特徴とする電磁波装置。
【請求項２】
前記共鳴板は、前記第１の方向の幅が第１の方向に垂直な方向の幅よりも長い長方形であることを特徴とする請求項１記載の電磁波装置。
【請求項３】
前記第１金属層及び前記誘電体層は連続した平面状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁波装置。
【請求項４】
前記第２の周期的配列は、前記第１の周期的配列に対して、前記第１の周期的配列の周期の１／２の長さだけ前記第１方向の正方向又は負方向に推移させた配列であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の電磁波装置。
【請求項５】
前記電磁波装置は、基本周波数と第２高調波周波数で反射率が減少する共鳴吸収特性を示し、前記第２高調波周波数は、前記基本周波数の２．２倍以上の周波数領域に存在することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電磁波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を吸収又は熱輻射する装置に関する。特に、金属層と誘電体層と金属層との三層を持つ構造において、最上層の金属層を、個々に分離された薄膜導電板の２次元周期的配列にした構造に関する。本装置は、電磁波シールド、電磁波フィルタ、光フィルタ、輻射冷却、輻射加熱、光源、又は、光検出器などに応用することができる。
【背景技術】
【０００２】
下記非特許文献１に開示されているように、Ｓｉ基板の裏面に熱源として機能するＭｏ層、Ｓｉ基板上に形成された平面状のＡｇ層、その上に形成された平面状のＳｉＯ2 層、その層の上に形成されたＡｇから成る長方形の導電パッチを２次元配列させた、波長選択性のある輻射体が知られている。
【０００３】
また、下記非特許文献２には、Ａｕ金属層、Ａｌ2 Ｏ3 誘電体層、その上にＡｕの長方形導電パッチの２次元周期的配列を形成した輻射体が開示されている。この輻射体では、ある一つの長方形パッチの長さ方向とこのパッチに隣接する４個のパッチの長さ方向とが９０度異なるように、異なる向きの長方形パッチが交互に２次元配列されている。この輻射体では、輻射のピーク周波数が異なる２つの値となるようにして、２帯域輻射特性が実現されている。この素子は、ＣＯ2 ガスセンサに用いられる。
【０００４】
また、特許文献１に、金属層に正方形のマイクロキャビティを２次元配列させた赤外光源が開示されている。また、特許文献２として、線状の誘電体と線状の金属体とを交互に配列させた偏光特性を有する輻射体が知られている。
【０００５】
上記のように長方形の薄膜導電板が２次元配列された装置に、電磁波を照射すると、薄膜導電板の長辺方向の大きさで決まる特定の周波数において電磁波の吸収が起こる。また本構造を熱するとその周波数で選択的に電磁波が熱輻射される。これにより、物体表面の吸収率や輻射率を制御する、いわゆるメタマテリアルに関する研究が数多くなされてきている。
【０００６】
従来技術の一例を図１２．Ａ、１２．Ｂに示す。この素子は、Ｓｉ基板１０上に一様に面状のＡｌ層１１とＳｉ層１２が形成されており、Ｓｉ層１２の上面に、長方形のＡｌ薄膜導電板１４の２次元周期的配列１３が形成された熱輻射素子である。２次元周期的配列１３に関して、ｘ軸方向の配列周期ＰＸは２．０μｍ、Ａｌ薄膜導電板１４の長辺（ｘ軸に平行）の長さＷは１．４μｍ、短辺の長さＬ（ｙ軸方向）は０．９μｍ、上段のＡｌ薄膜導電板１４ａと次段のＡｌ薄膜導電板１４ａとの間隔Ｇは、１．１μｍである。Ａｌ層１１の厚さｔ１は０．１μｍ、Ｓｉ層１２の厚さｔ２は０．１５μｍ、Ａｌ薄膜導電板１４の厚さｔ３は０．１μｍである。最上面のＡｌ層のみが不連続でありパッチを構成している。他の層は連続な薄膜である。
【０００７】
入射光として、波数ベクトルはｘｚ平面に存在し、磁界ベクトルがｙ軸と並行であるｐ波の場合を扱う。入射角度は、波数ベクトルとｚ軸のなす角で定義される。周波数１５ＴＨｚ〜７０ＴＨｚの赤外光（ｐ偏光）が、角度０°（垂直入射）、３０°、６０°から入射した場合の反射スペクトルを図１３に示す。周波数２７．８ＴＨｚでは３つの入射角度で、周波数５４．２ＴＨｚでは角度３０°、６０°で共鳴が起き、吸収が起きていることが分かる。図１４に周波数２７．８ＴＨｚでの磁界分布（ｙ方向成分）を示す。Ａｌ薄膜導電板１４内でｘ方向に分布が生じる。Ａｌ薄膜導電板１４の中央で磁界強度が極大となり、Ａｌ薄膜導電板１４の端で極小となるモードである。
【０００８】
本構造体を４００Ｋに加熱し、温度３００Ｋの検出器を用いた際の熱輻射スペクトルを図１５に示す。キルヒホッフの法則より、熱輻射スペクトルは黒体輻射スペクトルと、熱輻射体の吸収率の積で与えられる。本構造では透過光強度が０であるので、１−反射率が吸収率である。角度０°と３０°の両方で、周波数２７．８ＴＨｚ付近で熱輻射が起きている。この周波数選択的熱輻射は、中赤外光源として利用することができる。例えば、非特許文献１、２のように、熱輻射の周波数をＣＯ2 の吸収周波数と一致させ、ＣＯ2 の検知のための光源とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−１２３４７６
【特許文献２】ＷＯ０７／１３９０２２
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】P.-E. Chang, Y.-W. Jiang, H.-H. Chen, Y.-T. Chang, Y.-T. Wu, L. D.-C. Tzuang, Y.-H. Ye, and S.-C. Lee, Appl. Phys. Lett. 98, 073111 (2011).
【非特許文献２】H. T. Miyazaki, H. T., T. Kasaya, M. Iwanaga, B. Choi, Y. Sugimoto, and K. Sakoda. "Dual-band infrared metasurface thermal emitter for CO2 sensing." Appl. Phys. Lett. Vol. 105, No. 12, p. 121107 (2014).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の構造においては、基底モードだけでなく、基底モードの整数倍の周波数で高次モードが励起される。先の例で言えば、周波数５４．２ＴＨｚでの共鳴が第２次高調波モードにあたる。磁界分布を図１６に示す。基底モードと異なり、Ａｌ薄膜導電板１４の中央で磁界強度が極小となる節が生じていることが分かる。
【００１２】
この第２次高調波モードは、熱輻射の単色性を要求するアプリケーションには向かない。たとえば非特許文献２では、ＣＯ2 の吸収周波数（波長）に基底モードの周波数を一致させた熱輻射体を光源とし、試料を透過した光の強度を測定することによりＣＯ2 濃度を推定している。第２次高調波モードによって放出される赤外線は利用されておらず、システム効率を低下させている。また、第２次高調波モードの共鳴波長と別のガスの吸収波長が偶然同じであった場合、別のガスによる吸収をＣＯ2 ガスによる吸収と、誤測定する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明は、電磁波を吸収又は輻射する装置において、面状の第１金属層と、第１金属層上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成され、同一の大きさを有してそれぞれ分離されており、その大きさに応じた周波数の電磁波に対して共鳴する薄膜から成る共鳴板の２次元周期的配列から成る第２金属層とを有し、２次元周期的配列は、誘電体層上にとられた第１方向に平行な第１の周期的配列と、この第１の周期的配列と同一の配列であって、この第１の周期的配列に平行に隣接して設けられ、第１の周期的配列の周期の１／４以上、１／２以下の長さだけ第１方向の正方向又は負方向に推移させた第２の周期的配列とを有し、第１の周期的配列と第２の周期的配列とが、交互に、平行に配列された２次元周期的配列であり、第１の周期的配列と第２の周期的配列との間の間隔は、０より大きく誘電体層の光学的厚さ以下であることを特徴とする電磁波装置である。
【００１４】
本発明において、第２の周期的配列と第１の周期的配列との第１方向への推移の関係は、相対的であり、何れか一方を他方に対して推移させれば良い。また、第２の周期的配列を第１の周期的配列に対して、第１方向の正方向に推移させることは、第１の周期的配列を第２の周期的配列に対して、第１方向の負方向に推移させることと等価である。したがって、第２の周期的配列を、第１の周期的配列に対して第１方向の正方向に、周期の１／４以上、１／２以下の長さだけ推移させることと、第１方向の負方向に周期の１／４以上、１／２以下の長さだけ推移させることは、実質上、同一のことを意味する。
【００１５】
本発明において、共鳴板、第１金属層の材料は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等、導電性が有れば任意である。共鳴板と第１金属層とは必ずしも同一材料で形成されている必要はない。第１の周期的配列、第２の周期的配列の周期は、目的とする電磁波の波長より短い。第１の周期的配列、第２の周期的配列との間の間隔の最小値は、接触していなければ良いが、トンネル電流の影響をさけるため１０ｎｍ以上が望ましい。間隔の上限は、誘電体層の光学的厚さ（屈折率×層の厚さ）である。間隔がこれらの範囲に存在しないと、第２高調波を基本波の周波数の２倍以上とする効果が低減するので、望ましくない。  
【００１６】
本発明において、共鳴板の２次元周期的配列は、必ずしも、平面上に形成される必要はなく、電磁波の干渉が発生する領域が局所的に平面と見做せるような曲面であっても良い。
また、共鳴板は、第１の方向の幅が第１の方向に垂直な方向の幅よりも長い長方形であることが望ましい。長方形の他、平行四辺形であっても良い。
また、第１金属層及び誘電体層は連続した平面状であることが望ましい。
さらに、第２の周期的配列は、第１の周期的配列に対して、第１の周期的配列の周期の１／２の長さだけ第１方向の正方向又は負方向に推移させた配列であることが望ましい。この配列の場合に、２次元周期的配列は、第１方向に垂直な線に対して線対称となる線が存在する。この２次元周期的配列の場合に、第２高調波の周波数を、基本波の周波数の２倍から高い方向に最も大きく推移させることができる。
また、電磁波装置は、基本周波数と第２高調波周波数で反射率が減少する共鳴吸収特性を示し、第２高調波周波数は、基本周波数の２．２倍以上の周波数領域に存在することが望ましい。この場合に、熱輻射特性において、黒体輻射が十分に減衰した周波数領域に第２高調波の周波数を位置させることができる。すなわち、輻射周波数を基本周波数だけとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、共鳴板の２次元周期的配列は、第１の周期的配列と、第１の周期的配列の周期の１／４以上、１／２以下の長さだけ第１方向の正方向又は負方向に推移させた第２の周期的配列とを有し、これらの配列を第１方向に垂直な方向に交互に配置させた配列である。このため、第２高調波の周波数を基本波の周波数の２倍以上の領域に位置させることができ、吸収及び輻射特性において単色性（単一スペクトル性）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の具体的な一実施例に係る電磁波装置の構成図。
【図２】同実施例装置の共鳴板の２次元周期的配列を示した平面図。
【図３】同実施例装置における第２の周期的配列の推移量をパラメータとする周波数反射率特性。
【図４】同実施例装置における第２の周期的配列の推移量をパラメータとする周波数輻射量特性。
【図５】同実施例装置における第１の周期的配列と第２の周期的配列との間の間隔をパラメータとする周波数反射特性。
【図６】同実施例装置における入射角をパラメータとする周波数反射率特性。
【図７】本発明の具体的な実施例２に係る電磁波装置の共鳴板の２次元周期的配列を示した平面図。
【図８】同実施例装置における入射角をパラメータとする周波数反射率特性。
【図９】同実施例装置における入射角をパラメータとする周波数反射率特性。
【図１０】本発明の具体的な実施例３に係る電磁波装置における第１の周期的配列と第２の周期的配列との間の間隔、第２の周期的配列の推移量を変化させたときの基本周波数及び第２高調波周波数の変化特性、第２高調波周波数の基本波周波数に対する比の変化特性を示した特性図。
【図１１】本発明の具体的な実施例４に係る電磁波装置の共鳴板における磁場の共鳴分布特性。
【図１２．Ａ】従来例に係る電磁波装置の構成図。
【図１２．Ｂ】従来例装置の共鳴板の２次元周期的配列を示した平面図。
【図１３】従来例装置における入射角をパラメータとする周波数反射率特性。
【図１４】従来例装置の共鳴板における基本波の磁場の共鳴分布特性。
【図１５】従来例装置における温度をパラメータとする周波数輻射量特性。
【図１６】従来例装置の共鳴板における第２高調波の磁場の共鳴分布特性。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。本発明は下記の実施例に限定されない。
【実施例１】
【００２０】
本実施例の電磁波装置の構成を図１に示す。本実施例の電磁波装置は、図１に示すように、Ｓｉ基板２０上に一様に面状の第１金属層としてのＡｌ層２１と誘電体層としてのＳｉ層２２が形成されており、Ｓｉ層２２の上面に、共鳴板である長方形のＡｌ薄膜導電板２４の２次元周期的配列２３（第２金属層）が形成された熱輻射素子である。最上面の第２金属層のみが不連続であり導電性パッチの２次元周期的配列を構成している。他の層は連続な薄膜である。
【００２１】
図２に示すように、２次元周期的配列２３は、Ａｌ薄膜導電板２４の長辺に平行な第１方向（ｘ軸方向）に伸びた第１の周期的配列２３ａと、この第１の周期的配列２３ａと隣接して、ｘ軸方向に伸びた第２の周期的配列２３ｂとを有し、第１の周期的配列２３ａと第２の周期的配列２３ｂとが、第１方向に垂直なｙ軸方向に見て、交互に配列されている。第２の周期的配列２３ｂは、第１の周期的配列２３ａに対して、第１方向（ｘ軸の正の方向）に第１の周期的配列２３ａの周期の１／２だけ推移させている。
【００２２】
第１の周期的配列２３ａ及び第２の周期的配列２３ｂについて、ｘ軸方向の配列周期ＰＸは２．０μｍ、Ａｌ薄膜導電板２４の長辺（ｘ軸に平行）の長さＷは１．４μｍ、短辺（ｙ軸に平行）の長さＬは０．９μｍである。第２の周期的配列２３ｂの第１の周期的配列２３ａに対する第１方向の推移量Ｓは、ＰＸ／２であり、１．０μｍである。また、第１の周期的配列２３ａ及び第２の周期的配列２３ｂ間（Ａｌ薄膜導電板２４ａの長辺とＡｌ薄膜導電板２４ｂの長辺間）の導電板間隔Ｇは０．０５μｍである。Ａｌ薄膜導電板２４の厚さｔ１は０．１μｍ、Ｓｉ層２２の厚さｔ２は０．１５μｍ、Ａｌ層２１の厚さｔ３は０．１μｍである。Ｓｉの誘電率ｎは３．４２であるので、Ｓｉ層２２の光学的厚さｎ×ｔ１は、０．５１３μｍである。本実施例では導電板間隔Ｇはこの値の１／１０以下である。
【００２３】
所定の基本波周波数で熱輻射が起きるように基底モードを設計すると、基本波周波数の他、第２次高調波モードに相当する第２高調波周波数でも熱輻射が起きる。第２高調波周波数をより高くできれば、高い周波数領域では黒体輻射強度が落ちているので、第２次高調波モードの寄与を大きくできる。本実施例では、第２の周期的配列２３ｂの第１の周期的配列２３ａに対する第１方向の推移量Ｓを第１の周期的配列２３ａの１周期ＰＸの１／２としている。すなわち、２次元周期的配列２３は、第１の周期的配列２３ａのＡｌ薄膜導電板２４ａの長辺の垂直２等分線に対して線対称である。
【００２４】
実施例１の装置では、第２の周期的配列２３ｂの第１の周期的配列２３ａに対する第１方向（ｘ軸方向）の配置関係を同一、すなわち、推移量Ｓを０とした場合に比べて、基底モードと第２次高調波モードの周波数間隔を大きくできる。入射角度６０°、ｐ偏光での周波数反射率特性を図３に示す。この例では、第２高調波周波数ｆ2 の基本波周波数ｆ1 に対する周波数比ｆ2 ／ｆ1 を１．９６倍（Ｓ＝０の場合）から、２．４３倍（Ｓ＝ＰＸ／２の場合）に変化させることができた。
【００２５】
本実施例の電磁波装置を３５０Ｋに加熱し、温度３００Ｋの検出器を用いた際の熱輻射量周波数特性を図４に示す。上記の周波数比ｆ2 ／ｆ1 が大きくできる結果、推移量ＳがＰＸ／２の場合は、推移量Ｓが０の場合に比べて、第２次高調波モードの熱輻射量が小さくなっていることが分かる。このようにして第２次高調波モードの輻射強度を低下させ、輻射スペクトルを基本波周波数の単一スペクトル化を達成することができる。この結果、本実施例の電磁波装置は、中赤外光源としての熱輻射体の効率の向上させ、この光源を用いた分光器、ガスセンサなどのシステムを測定精度を向上させることができる。
【００２６】
この周波数比ｆ2 ／ｆ1 が拡大する効果は、第１の周期的配列２３ａのＡｌ薄膜導電板２４ａと第２の周期的配列のＡｌ薄膜導電板２４ｂとの結合の強さによるものであることは明らかである。図５に示すように、導電板間隔Ｇが０．０５μｍと、０．３μｍとの場合とで周波数比ｆ2 ／ｆ1 を求めた。導電板間隔Ｇが０．３μｍの場合には、周波数比ｆ2 ／ｆ1 は２．０９であるのに対して、導電板間隔Ｇが０．０５μｍの場合には、周波数比ｆ2 ／ｆ1 は、２．４３倍と、１．１６倍に周波数比を大きくすることができる。
【００２７】
また、本実施例装置において、入射角をパラメータとして周波数反射率特性をシミュレーョンと実測により求めた。図６（ｂ）がシミュレーョンによる特性、図６（ｃ）が実測による特性である。基本周波数においては、入射角が小さい程（垂直入射に近い程）反射率の低減が大きくなっていることが理解される。
【実施例２】
【００２８】
実施例２に係る電磁波装置の構成を図７に示す。本実施例も実施例１と同様な層構成を有した熱輻射素子である。本実施例装置の断面図は図１と同様である。各層の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３は実施例１と同一である。共鳴板である長方形のＡｌ薄膜導電板３４の長辺の長さＷ、短辺の長さＬ、周期ＰＸ、導電板間隔Ｇは実施例１と同一であり、２次元周期的配列３３における第２の周期的配列３３ｂの第１の周期的配列３３ａに対する推移量Ｓのみが実施例１と異なる。すなわち、実施例２は、推移量ＳがＰＸ／２でない場合であり、２次元周期的配列３３が、第１の周期的配列３３ａのＡｌ薄膜導電板３４ａの長辺の垂直２等分線に対して非対称である。
【００２９】
入射角０°、６０°における周波数反射率特性を図８に示す。図８に示すように、入射角６０°の場合には、反射率が低下する谷が、基本モード、第２次高調波モード共に２つ存在し、第２次高調波モードの方が顕著に表れる。すなわち、第２次高調波モードについて、マルチバンドが形成される。第２次高調波モードは、正面方向（入射角０°）には輻射が弱く（反射率が大きく）、一方の周波数の偏光のみが誘起されるなど光源としての有用性が高い。実施例２により、反射率、輻射量の周波数特性において、マルチバンド化すれば、複数の周波数で熱輻射するため、複数物質の同時検知が可能となり、また、一方の周波数をリファレンス用光源として利用できる。
【００３０】
また、本実施例装置において、入射角をパラメータとして周波数反射率特性をシミュレーョンと実測により求めた。図９（ｂ）がシミュレーョンによる特性、図９（ｃ）が実測による特性である。基本周波数においては、入射角が小さい程（垂直入射に近い程）反射率の低減が大きくなっていることが理解される。
【実施例３】
【００３１】
本実施例の電磁波装置は、図１に示す実施例１と同様な層構成を有し、共鳴板である長方形のＡｌ薄膜導電板の長辺の長さＷ、短辺の長さＬ、周期ＰＸ、各層の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３は、実施例１と同一である。
本実施例では、推移量ＳをＰＸ／２として、導電板間隔Ｇを、０．０５μｍ〜０．５μｍまで変化させた時の反射率周波数特性における基本波周波数ｆ1 と第２高調周波数ｆ2 とをシミュレーションにより求めた。導電板間隔Ｇに対する基本波周波数ｆ1 と第２高調周波数ｆ2 の変化特性、周波数比ｆ2 ／ｆ1 の変化特性を、それぞれ、図１０（ａ）、（ｃ）に示す。
【００３２】
図１０（ｃ）から明らかなように、導電板間隔Ｇが小さいほど、周波数比ｆ2 ／ｆ1 が大きくなっていることが理解される。第２高調波周波数ｆ2 が、理論値である２ｆ1 よりも大きくなっている。導電板間隔Ｇが０．１５μｍよりも小さい領域（Ａｌ薄膜導電板の長辺の長さＬに対する比率が０．１１より小さい領域）では、周波数比ｆ2 ／ｆ1 は２に対して１０％以上拡大している。したがって、導電板間隔Ｇが０．１５μｍ以下で、０．０５μｍ以上、望ましくは０μｍより大きいことが望ましい。この場合の誘電体層であるＳｉ層２２の光学的厚さｎ×ｔ１は、０．５１３μｍであるので、導電板間隔Ｇ０．１５μｍは、光学的厚さの約０．３倍に相当する。また、導電板間隔Ｇが０．３μｍ以下でも、第２高調波周波数を基本波周波数の２．１以上とすることができる。よって、０．３μｍに相当する誘電体層の光学的厚さの０．５８倍以下に、導電板間隔Ｇを設定しても良い。また、導電板間隔Ｇが０．０５μｍの時には、第２高調波周波数を基本波周波数の２．４以上と大きくすることができる。この０．０５μｍは、誘電体層の光学的厚さの約０．１０倍である。導電板間隔Ｇの間隔は、Ａｌ薄膜導電板が接触しなければ良いが、誘電体層の光学的厚さの約０．１０倍以上とすることが望ましい。
【００３３】
また、導電板間隔Ｇを、０．０５μｍとして、推移量Ｓを０μｍから１μｍ、すなわち、０からＰＸ／２まで変化させた時の反射率周波数特性における基本波周波数ｆ1 と第２高調周波数ｆ2 とをシミュレーションにより求めた。推移量Ｓに対する基本波周波数ｆ1 と第２高調周波数ｆ2 の変化特性、周波数比ｆ2 ／ｆ1 の変化特性を、それぞれ、図１０（ｂ）、（ｄ）に示す。
【００３４】
図１０（ｄ）から明らかなように、推移量ＳがＰＸ／２の時（２次元周期的配列が線対称である場合）に、周波数比ｆ2 ／ｆ1 は最大値２．４をとることが理解される。推移量Ｓが０．５μｍ以上、すなわち、１周期／４（ＰＸ／４）以上の領域では、周波数比ｆ2 ／ｆ1 は、２に対して１０％以上拡大している。したがって、推移量Ｓは、１周期／４（ＰＸ／４）以上、１周期／２（ＰＸ／２）以下であることが望ましい。なお、推移量ＳがＰＸ／２以上、ＰＸ以下の領域の周波数比ｆ2 ／ｆ1 の変化特性は、図１０（ｄ）の特性を推移量Ｓの１μｍの軸で線対称に折り返した特性となる。これは、第２の周期的配列を第１の周期的配列に対して第１方向の正方向にＰＸ／２以上、ＰＸ以下の範囲で推移させることは、第１の周期的配列を第２の周期的配列に対して第１方向の負方向に０以上、ＰＸ／２の範囲で推移させたのと等価であり、第１の周期的配列を第２の周期的配列とは区別できないからである。
【００３５】
また、図１０（ｂ）から理解されるように、推移量Ｓが０．６μｍ（３ＰＸ／１０）以上、０．８μｍ（２ＰＸ／５）以下の範囲で、第２高調波がスプリットしていることが分かる。また、推移量Ｓが０．３μｍ（３ＰＸ／２０）以上、０．８μｍ（２ＰＸ／５）以下の範囲で、基本波がスプリットしていることが分かる。
【実施例４】
【００３６】
実施例４の電磁波装置は、実施例２の装置と同一である。２次元周期的配列が、Ａｌ薄膜導電板の長辺の垂直２等分線に対して線対称性を有さない場合である。第１方向の負方向（波数ベクトルが−ｘ軸方向）に入射する場合（入射角が正）と、第１方向の正方向（波数ベクトルが＋ｘ軸方向）に入射する場合（入射角が負）とで、第２次高調波モードに関して、第１の周期的配列が共振するか、第２の周期的配列が共振するかが異なる。これは次の理由による。導電板間隔Ｇを介して電磁結合している２つのＡｌ薄膜導電板において、Ａｌ薄膜導電板の長辺が対向する区間が長い領域と短い領域とがある。長い区間を基準にして、波数ベクトルのｘ成分の向きに、長辺が伸びているＡｌ薄膜導電板が大きく共振し、その長い区間が短辺により制限されている方のＡｌ薄膜導電板は共振していない。波数ベクトルの向きにＡｌ薄膜導電板が伸びている方が大きく共振する。このことから、第１の周期的配列と第２の周期的配列とで、温度上昇が何方か大きいかを温度センサにより測定すれば、入射角の正負を判別することができる。本実施例装置は、赤外線の到来方向を検知するセンサとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、電磁波フィルタ、光フィルタ、輻射冷却、輻射加熱、光源、又は、光検出器などに応用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
２０…Ｓｉ基板
２１…Ａｌ層（第１金属層）
２２…Ｓｉ層（誘電体層）
２３，３３…２次元周期的配列（第２金属層）
２４，２４ａ，２４ｂ，３４ａ，３４ｂ…Ａｌ薄膜導電板（共鳴板）
２３ａ，３３ａ…第１の周期的配列
２３ｂ，３３ｂ…第２の周期的配列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２．Ａ】
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【図１２．Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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