JP5582192B2 - 被測定物の特性を測定する方法 - Google Patents
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Description
前記周期的構造体に直線偏光の電磁波を照射し、
前記周期的構造体で前方散乱または後方散乱された電磁波を検出し、
前記前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、前記後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、前記被測定物の存在により変化することに基づいて被測定物の特性を測定する測定方法であって、
前記周期的構造体は、同一形状の単位構造体が、1つの基準面の方向に2次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、
前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも1つの空隙部を有しており、
前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、
前記単位構造体の形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、測定方法である。
同一形状の単位構造体が、1つの基準面の方向に2次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、
前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも1つの空隙部を有しており、
前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、
前記単位構造体の形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であることを特徴とする、平板状の周期的構造体にも関する。
d(sin i −sin θ)=nλ …(1)
と表すことができる。上記「0次方向」の0次とは、上記式(1)のnが0の場合を指す。dおよびλは0となり得ないため、n=0が成立するのは、sin i− sin θ=0の場合のみである。従って、上記「0次方向」とは、入射角と回折角が等しいとき、つまり電磁波の進行方向が変わらないような方向を意味する。
同様に、平面波の波源と同じ側に設けた検出面222で、後方散乱(反射)した電磁波を検出する場合の、電磁界シミュレーションを行った。図6に、図2に示す本発明の周期的構造体1の反射率の周波数特性を示す。
図13に示されるような(大突起を有する)単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体を用いた以外は、上記と同様にしてFDTD法によるシミュレーション計算を行った。得られた透過率の周波数特性を図14に示す。1.1THz付近にTE111モード共振により生じたディップ波形が見られる。0.96THz付近に見られるディップ波形はTE110モード様共振により生じたものである。
図19に示されるような従来の平板状の周期的構造体と、図20に示されるような(図19に加えてさらに大突起を有する)単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体とについて、実施例1と同様の方法で、シミュレーション計算をおこなった。図21に、図19に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性(破線)、および、図20に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性(実線)を示す。図21の結果から、図20に示されるように、Z方向の突起を有することにより、単位構造体の電磁波の偏光面(XZ面)での断面形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である場合にのみ、TE111モード様共振により生じるディップ波形が生じることがわかる。
図24に示されるような従来の平板状の周期的構造体と、図25に示されるような(図24に加えてさらに大突起を有する)単位構造体からなる本発明の平板状の周期的構造体とについて、実施例1と同様の方法で、シミュレーション計算をおこなった。図26に、図24に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性(破線)、および、図25に示す単位構造体からなる周期的構造体の透過率の周波数特性(実線)を示す。図26の結果から、図25に示されるように、Z方向の突起を有することにより、単位構造体の電磁波の偏光面(XZ面)での断面形状が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である場合にのみ、TE111モード様共振により生じるディップ波形が生じることがわかる。
図13に示すような単位構造体からなる平板状の周期的構造体を実際に作製し、それに電磁波を照射したときの周波数特性を評価した。以下に、その周期的構造体の作製手順を示す。
本実施例は、単位構造体の空隙部の2次元形状(単位構造体が配列される面である基準面での断面形状)が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称でない場合に関する実施例である。図28に、本実施例で用いた平板状の周期的構造体を構成する単位構造体の斜視図を示す。図28に示す単位構造体の空隙部は、空隙部側面の1つの中央部付近に突起部101が配置されている形状(凹状)である。この図28に示す単位構造体から構成される平板状の周期的構造体を実際に作製し、それに電磁波を照射したときの周波数特性を実際に測定した。次に、その周期的構造体の作製手順を説明する。
本実施例は、単位構造体の空隙部の2次元形状(単位構造体が配列される面である基準面での断面形状)が、電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称でない場合に関する別の実施例である。図30に、本実施例で用いた平板状の周期的構造体を構成する単位構造体の斜視図を示す。図30に示す単位構造体においては、空隙部の形状(周期的構造体の主面に垂直な方向から見た形状)が台形状である。このように単位構造体の空隙部の形状を台形状(上底160μm、下底200μm、高さ180μm)とした以外は、実施例5と同様の方法で周期的構造体を作製し、実施例5と同様の方法で周波数特性を測定した。
本実施例では、実施例5と同様の図28に示す単位構造体からなる周期的構造体について、等価回路を用いたシミュレーション計算を行った。図32は、図28に示す単位構造体の正面図である。図33は、図32に示す単位構造体について、TE10モード様(擬似TE10モード)共振が生じている場合の状態を等価回路で表現した回路図である。また、図34は、図32に示す単位構造体について、TE11モード様(擬似TE11モード)共振が生じている場合の状態を等価回路で表現した回路図である。
実施例7で説明した図35に示す等価回路には、抵抗91、抵抗92、抵抗93が設けられており、抵抗値を変えることで信号の振幅を変化させることができる。本実施例では、Micronet社製回路シミュレータ(circuitviewer4.0)を用いて、振幅を変化させた場合の等価回路の出力を計算した。尚、ソフトウェアがテラヘルツ帯で動作しない為、各回路パラメータを1.27GHz近傍にディップ波形が現れるように設定した。すなわち、図34に示す等価回路のコイル(L1及びL3)の値、コンデンサ容量(C、C1、C3)の値を、それぞれ、L1=16.5nH、L3=18.0nH、C=0.93pF、C1=0.93pF、C3=1.2pFに設定した周波数分解能は120kHzとした。計算した等価回路の出力波形を図37に示す。
Claims (6)
- 平板状の周期的構造体に被測定物を保持し、
前記周期的構造体に直線偏光の電磁波を照射し、
前記周期的構造体で前方散乱または後方散乱された電磁波を検出し、
前記前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、前記後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、前記被測定物の存在により変化することに基づいて被測定物の特性を測定する測定方法であって、
前記周期的構造体は、同一形状の単位構造体が、1つの基準面の方向に2次元的かつ周期的に複数連結されてなる構造体であり、
前記単位構造体は、前記基準面に垂直な方向に貫通した少なくとも1つの空隙部を有しており、
前記電磁波は、前記基準面に対して垂直な方向から照射され、
前記単位構造体の前記電磁波の偏光面での断面形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状であり、
前記単位構造体の前記被測定物が保持される側とは反対側の主面上に、突起部を有することを特徴とする、測定方法。 - 前記前方散乱された電磁波の周波数特性に生じるディップ波形、または、前記後方散乱された電磁波の周波数特性に生じるピーク波形が、前記周期的構造体のTE111モード様共振により生じたものである、請求項1に記載の測定方法。
- 前記単位構造体の空隙部の前記基準面での断面形状が、前記電磁波の偏光方向と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状である、請求項1に記載の測定方法。
- 前記周期的構造体に照射される前記電磁波が平面波である、請求項3に記載の測定方法。
- 前記電磁波は、前記周期的構造体の主面内おける前記電磁波の位相が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しい、請求項3記載の測定方法。
- 前記電磁波は、前記周期的構造体の主面内おける前記電磁波の振幅が、少なくとも前記電磁波が照射される範囲内において実質的に等しい、請求項3に記載の測定方法。
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