[发明专利]反射型动态超颖表面

说明书

一实施方式所涉及的反射型动态超颖表面具备用于在至少构成一维排列的多个像素的各个中能够进行相位调制的结构。该超颖表面具备具有透明导电层及电介质层的层叠结构体；设置于层叠结构体的一方的面上的第1金属膜、设置于层叠结构体的另一方的面上的第2金属膜、及控制向第1及第2金属膜间施加的电压的驱动电路。第1及第2金属膜以夹着构成一维排列的多个像素的方式配置。第1金属膜以在1个像素中露出一对窗区域的方式配置，第2金属膜包含规定像素各自的形状并且相互分离的多个部分金属膜。驱动电路通过个别地控制部分金属膜各自的电位，而在每个像素调制所输入的光的相位。

技术领域

本发明涉及一种反射型动态超颖表面(dynamic metasurface)。

背景技术

近年来，作为能够任意地控制光的相位、强度或偏光的结构，超颖表面备受关注。超颖表面与现有的透镜等光学元件不同，能够通过形成于平坦面的极薄表面结构，控制输入光的相位等。例如，在非专利文献1中公开了一种关于反射型的超颖表面的技术，该超颖表面具备由金(Au)构成的镜层、设置于该镜层上的ITO层、设置于ITO层上的Al₂O₃层、及设置于Al₂O₃层上且由金(Au)构成的纳米天线。而且，在非专利文献1中记载了通过在镜层与纳米天线之间预先设定偏压，能够根据该偏压的设定图案(光学相位：optical phase)调制输入光的相位。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Yao-Wei Huang et al.,“Gate-tunable conducting oxidemetasurfaces”,Nano Letters,VoL6,pp.5319-5325(2016)

发明内容

发明所要解决的问题

发明人等对上述现有技术进行了研究，结果发现了如下所述的技术问题。即，MIM(Metal-Insulator-Metal(金属-绝缘体-金属))型超颖表面具备作为反射膜的下部金属膜、设置于下部金属膜上的电介质层、及设置于电介质层上的上部金属膜。上部金属膜的宽度及电介质层的厚度充分小于输入光的波长。光自电介质层的表面中位于上部金属膜的两侧的露出区域向该电介质层内输入。输入至电介质层的光在下部金属膜反射后，自电介质层的表面向该超颖表面的外部输出。此时，所输入的光的相位根据上部金属膜的宽度而变化。这样的结构称作静态超颖表面。

另一方面，上述非专利文献1的超颖表面具有相对于上述结构而言，上部金属膜的宽度被设定为固定并且追加有ITO等透明导电层的结构；且在下部金属膜与上部金属膜之间设定有偏压。在设定有偏压的状态下，由于下部金属膜与上部金属膜之间的电场，会发生透明导电层的部分金属化(在电介质层与透明导电层的界面附近电子密度集中地变高的状态)。此时，下部金属膜与上部金属膜之间的有效折射率根据经金属化后的层的厚度(电子密度集中地变高的部分的厚度)而变化。此时，所输入的光的相位根据经金属化后的层的厚度而变化。上述非专利文献1的超颖表面能够通过使施加电压任意变化，而控制光的相位。这样的结构称作动态超颖表面。

然而，如上所述的现有技术中并无用于相位调制的“像素”(作为控制对象的最小单位)这样的概念，例如在二维像素排列中难以进行任意区域上的局部调整等精密的相位调整。

本发明为了解决如上所述的问题而完成，其目的在于，提供一种具备用于确保构成一维排列或二维排列的多个像素的配置设计自由度，并且在多个像素的各个中能够个别地控制相位调制的结构，以作为用于使各种应用成为可能的结构的反射型动态超颖表面。

解决问题的技术手段