WO2023153138A1

WO2023153138A1 - 波動制御装置、波長変換素子、演算素子、センサ、偏光制御素子及び光アイソレータ

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Publication number: WO2023153138A1
Application number: PCT/JP2023/000812
Authority: WO
Inventors: 祥大本多; 絵里五十嵐; 智宏雨宮
Original assignee: ソニーグループ株式会社
Priority date: 2022-02-14
Filing date: 2023-01-13
Publication date: 2023-08-17
Also published as: JPWO2023153138A1

Abstract

電磁波の制御性を向上することができる波動制御装置を提供する。　本技術に係る波動制御装置は、メタマテリアルと磁性体材料とを備える。本技術に係る波動制御装置によれば、電磁波の制御性を向上することができる波動制御装置を提供する。本技術によれば、電磁波の制御性を向上することができる波動制御装置を提供することができる。

Description

波動制御装置、波長変換素子、演算素子、センサ、偏光制御素子及び光アイソレータ

　本技術は、波動制御装置を用いた技術に関し、より詳細には、メタマテリアルを用いて電磁波を制御する技術に関する。

　従来、メタマテリアルを用いて電磁波を制御する技術が知られている（例えば特許文献１～３参照）。

米国特許第８６１５１５０号明細書米国特許第９２７４０４５号明細書米国特許出願公開第２０２１／００６３７７９号明細書

　しかしながら、従来の技術では、電磁波の制御性を向上することに関して改善の余地があった。

　そこで、本技術では、電磁波の制御性を向上することができる波動制御装置を提供することを主目的とする。

　本技術は、メタマテリアルと磁性体材料とを備える、波動制御装置を提供する。
　電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果、並びに／又は、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されていてもよい。
　前記電磁波に対して少なくとも、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されていてもよい。
　前記電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が更に生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されていてもよい。
　前記メタマテリアルは、電磁波の導波路の周辺に配置されていてもよい。
　前記メタマテリアルは、前記導波路と一体的に設けられていてもよい。
　前記導波路のコアは、前記磁性体材料であってもよい。
　前記メタマテリアルは、前記コアの外面に設けられていてもよい。
　前記導波路のコアを含む導波路部材を更に備えていてもよい。
　前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記コアの外面に設けられていてもよい。
　前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記電磁波の伝播経路上に配置されていてもよい。
　前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記電磁波の伝播方向に沿って並べて配置されていてもよい。
　前記メタマテリアルは、前記磁性体材料上に設けられていてもよい。
　前記電磁波の前進波及び後退波の一方の偏光状態のみが変化するように前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されていてもよい。
　前記電磁波の前進波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差と、前記電磁波の後退波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差とが異なるように前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されていてもよい。
　前記メタマテリアルは、スプリットリング共振器を含み、前記スプリットリング共振器の磁気モーメント方向と前記電磁波の導波方向とが略垂直であり、前記磁気モーメント方向と前記磁性体材料の磁化方向とが略平行であってもよい。この場合に、前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略平行であってもよいし、前記導波方向と略垂直であってもよい。
　前記メタマテリアルは、スプリットリング共振器を含み、前記スプリットリング共振器の磁気モーメント方向と前記電磁波の導波方向とが略垂直であり、前記磁気モーメント方向と前記磁性体材料の磁化方向とが略垂直であってもよい。この場合に、前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向及び前記磁化方向のいずれとも略垂直であってもよいし、前記導波方向と略垂直であり、且つ、前記磁化方向と略平行であってもよいし、前記導波方向及び前記磁化方向のいずれとも略平行であってもよいし、前記導波方向と略平行であり、且つ、前記磁化方向と略垂直であってもよい。
　前記メタマテリアルは、カットワイヤペア共振器、スパイラル共振器、マッシュルーム共振器、Ｖ字共振器及びフィッシュネット共振器のいずれかを含んでいてもよい。
　前記電磁波は、ＴＭモードで導波してもよい。
　前記磁性体材料は、外部磁場により磁化方向が設定されてもよい。
　本技術は、前記波動制御装置を備える、波長変換素子も提供する。
　本技術は、前記波動制御装置を備える、演算素子も提供する。
　本技術は、前記波動制御装置を備える、センサも提供する。
　本技術は、前記波動制御装置を備える、偏光制御素子も提供する。
　本技術は、前記波動制御装置を備える、光アイソレータも提供する。

電束密度、磁束密度、電場及び磁場との関係を表す式を示す図である。図２Ａは、一般的な媒質の場合の図１の行列式である。図２Ｂは、磁性体材料の場合の図１の行列式である。図２Ｃは、マルチフェロイック材料の場合の図１の行列式である。図３Ａ～図３Ｃは、磁性体材料の磁化方向によりＭＯテンソルの制御を行えることを説明するための図である。図４Ａ～図４Ｆは、メタマテリアルの配置によりＭＥテンソルの制御を行えることを説明するための図である。図５Ａ及び図５Ｂは、ＭＯテンソル及びＭＥテンソルの制御を同時に行えることを説明するための図である。図６Ａ及び図６Ｂは、ＭＥ効果のみが発生する例を説明するための図である。図７Ａ及び図７Ｂは、ＭＯ効果と、ＭＥ効果と、ＭＯ効果とＭＥ効果の相互作用とが発生する例を説明するための図である。図８Ａ及び図８Ｂは、本技術の第１実施形態に係る波動制御装置の概念について説明するための図である。本技術の第１実施形態の実施例１に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第１実施形態の実施例２に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第１実施形態の実施例３に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第１実施形態の実施例４に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第１実施形態の実施例５に係る波動制御装置の斜視図である。図１４Ａ及び図１４Ｂは、本技術の第２実施形態に係る波動制御装置の概念について説明するための図である。本技術の第２実施形態の実施例１に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第２実施形態の実施例２に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第２実施形態の実施例３に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第２実施形態の実施例４に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第２実施形態の実施例５に係る波動制御装置の斜視図である。図２０Ａ及び図２０Ｂは、本技術の第３実施形態に係る波動制御装置の概念について説明するための図である。本技術の第３実施形態の実施例１に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第３実施形態の実施例２に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第３実施形態の実施例３に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第３実施形態の実施例４に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第３実施形態の実施例５に係る波動制御装置の斜視図である。図２６Ａ及び図２６Ｂは、本技術の第４実施形態に係る波動制御装置の概念について説明するための図である。本技術の第４実施形態の実施例１に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第４実施形態の実施例２に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第４実施形態の実施例３に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第４実施形態の実施例４に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第４実施形態の実施例５に係る波動制御装置の斜視図である。図３２Ａ及び図３２Ｂは、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置の概念について説明するための図である。本技術の第５実施形態の実施例１に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第５実施形態の実施例２に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第５実施形態の実施例３に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第５実施形態の実施例４に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第５実施形態の実施例５に係る波動制御装置の斜視図である。図３８Ａ及び図３８Ｂは、本技術の第６実施形態に係る波動制御装置の概念について説明するための図である。本技術の第６実施形態の実施例１に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第６実施形態の実施例２に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第６実施形態の実施例３に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第６実施形態の実施例４に係る波動制御装置の斜視図である。本技術の第６実施形態の実施例５に係る波動制御装置の斜視図である。図４４Ａ及び図４４Ｂは、それぞれメタマテリアルの形状の具体例１、２を示す図である。図４５Ａ及び図４５Ｂは、それぞれメタマテリアルの形状の具体例３、４を示す図である。図４６Ａ及び図４６Ｂは、それぞれメタマテリアルの形状の具体例５、６を示す図である。図４７Ａ及び図４７Ｂは、メタマテリアルの形状の具体例７を説明するための図である。図４８Ａ及び図４８Ｂは、メタマテリアルの形状の具体例８を説明するための図である。図４９Ａは、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置の伝搬定数βの算出に用いるスラブ導波路構造を示す図である。図４９Ｂは、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置の伝搬定数βの算出において、図４９Ａの最上層が磁性体材料で構成される場合の非相反損失差を示す図である。図４９Ｃは、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置の伝搬定数βの算出において、図４９Ａの最上層が磁性体材料で構成される場合の非相反位相差を示す図である。図４９Ｄは、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置の伝搬定数βの算出において、図４９Ａの最上層がメタマテリアル及び磁性体材料で構成される場合の非相反損失差を示す図である。図４９Ｅは、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置の伝搬定数βの算出において、図４９Ａの最上層がメタマテリアル及び磁性体材料で構成される場合の非相反位相差を示す図である。図５０Ａ及び図５０Ｂは、ＭＯ効果のみを考えた自由空間伝播（前進波）について説明するための図である。図５１Ａ及び図５１Ｂは、ＭＯ効果のみを考えた自由空間伝播（後退波）について説明するための図である。図５２Ａ及び図５２Ｂは、ＭＥ効果のみを考えた自由空間伝播（前進波）について説明するための図である。図５３Ａ及び図５３Ｂは、ＭＥ効果のみを考えた自由空間伝播（後退波）について説明するための図である。図５４Ａ及び図５４Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（前進波）の一例について説明するための図である。図５５Ａ及び図５５Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（後退波）の一例について説明するための図である。図５６Ａ及び図５６Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（前進波）の他の例について説明するための図である。図５７Ａ及び図５７Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（後退波）の他の例について説明するための図である。図５８Ａは、本技術の第７実施形態の実施例１に係る波動制御装置の斜視図である。図５８Ｂは、図５８Ａの波動制御装置におけるメタマテリアル及び磁性体材料の配置であって一方向限定偏光制御性を発現しうる配置について説明するための図である。図５９Ａは、本技術の第７実施形態の実施例２に係る波動制御装置の斜視図である。図５９Ｂは、図５９Ａの波動制御装置におけるメタマテリアル及び磁性体材料の配置であって一方向限定偏光制御性を発現しうる配置について説明するための図である。図６０Ａは、本技術の第７実施形態の実施例３に係る波動制御装置の斜視図である。図６０Ｂは、図６０Ａの波動制御装置におけるメタマテリアル及び磁性体材料の配置であって一方向限定偏光制御性を発現しうる配置について説明するための図である。図６１Ａ及び図６１Ｂは、一方向限定偏光制御性が発現する条件について説明するための図である。

　以下、本技術を実施するための好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、いずれの実施形態も組み合わせることが可能である。また、これらにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序で行う。
０．導入
１．本技術の第１実施形態に係る波動制御装置
２．本技術の第２実施形態に係る波動制御装置
３．本技術の第３実施形態に係る波動制御装置
４．本技術の第４実施形態に係る波動制御装置
５．本技術の第５実施形態に係る波動制御装置
６．本技術の第６実施形態に係る波動制御装置
７．本技術の第７実施形態に係る波動制御装置
８．メタマテリアルの形状の具体例
９．本技術の変形例
１０．本技術の適用用途

＜０．導入＞
　ところで、例えば強磁性体に外部磁場を印加することで、誘電率の非対角成分を制御することができ、媒質を透過／反射する電磁波の偏光状態を制御することできる。この現象は磁気光学（ＭＯ）効果として知られており、ファラデー回転素子などのように光アイソレータとして応用されている。

　また、近年、電場により媒質の磁気的応答を、磁場により媒質の電気的応答を制御できる（ＭＥ効果）を発生させるマルチフェロイック材料が次世代の新型メモリやエネルギー変換デバイスとして注目を浴びている。

　近年、電磁波の制御性の更なる向上が期待されている。そこで、発明者らは、ＭＯ効果及びＭＥ効果の一方のみでは、電磁波の制御性に関して不十分であるとの見解に立ち、鋭意検討の末、メタマテリアルと磁性体材料とを組み合わせることにより、少なくともＭＯ効果（磁気光学効果）及びＭＥ効果（電気磁気効果）を発現する波動制御装置、並びに少なくともＭＯ効果及びＭＥ効果の相互作用を発現する波動制御装置を開発した。

　ＭＯ効果とＭＥ効果を考慮した電束密度D、磁束密度B、電場E及び磁場Hの一般的な関係は、図１のように書き表すことができる。図１下図において、ＭＯ効果に関するtensorが薄灰色のMO tensorであり、ＭＥ効果に関するtensorが濃灰色のME tensorである。なお、D,B,E,Hの関係を図１下図のように6×6の行列で関連付けて定式化することは、新規な試みである。なお、図１下図において、εは媒質の誘電率、μは媒質の透磁率を表す。

　図２Ａに示すように、一般的な媒質（例えば非磁性体材料）の場合、図１下図のMO tensorは、対角成分のみに値が入り、非対角成分はすべて０である（ａ～ｃ＝０）。また、図１下図のME tensorは、対角成分及び非対角成分のいずれも０(Ａ～Ｉ＝０)である。すなわち、一般的な媒質は、電場によって電気分極を制御し、磁場によって磁化を制御する。一般的な媒質では、電場の印加方向と電気分極の方向とが一致し、且つ、磁場の印加方向と磁化方向とが一致する（スカラー量）。よって、一般的な媒質は、電磁波（例えば光）の反射や屈折を制御することができる。

　図２Ｂに示すように、磁性体材料の場合、図１下図のMO tensorは、対角成分及び非対角成分のいずれにも値が入り、図１下図のME tensorは、対角成分及び非対角成分のいずれも０(Ａ～Ｉ＝０)である。すなわち、磁性体材料は、電場によって電気分極を制御し、磁場によって磁化を制御する。磁性体材料は、電場の印加方向と電気分極の方向とが一致せず、電磁波の偏波（例えば光の偏光）を制御することができる。

　図２Ｃに示すように、マルチフェロイック材料の場合、図１下図のMO tensorは、ａ～ｃ＝０であり対角成分のみに値が入り、図１下図のME tensorは、対角成分及び非対角成分のいずれにも値が入る。すなわち、マルチフェロイック材料は、電場によって磁化を制御し、磁場によって電気分極を制御する。これより、マルチフェロイック材料は、電磁波（例えば光）の反射、屈折、偏波等を磁場及び電場の両方で制御することができる。

　以上のように、従来、MO tensorとME tensorの両方を自在に制御できる材料は開発されていない。

　ここで、図３Ａ～図３Ｃに示すように、磁性体材料（例えば直方体形状のもの）の磁化方向ＭＤにより、MO tensorの非対角成分を制御できることが分かる。図４Ａ～図４Ｆに示すように、メタマテリアル（例えばスプリットリング共振器）の配置により、ME tensorの対角成分及び非対角成分を制御できることが分かる。なお、図４Ａ～図４ＤがＴＥモードの例を示し、図４Ｅ及び図４ＦがＴＭモードの例を示している。

　そこで、発明者らは、磁性体材料の磁化方向によりMO tensor（詳しくはMO tensorの非対角成分）を制御すること（例えば図３Ａ～図３Ｃ参照）と、メタマテリアルの配置によりME tensor（詳しくはME tensorの対角成分及び非対角成分）を制御すること（例えば図４Ａ～図４Ｆ参照）とを効果的に組み合わせること（例えば図５Ｂ参照、詳細は後述する）により、MO tensorとME tensorの両方（図５Ａ参照）を自在に制御できる波動制御装置として、本技術に係る波動制御装置を開発した。

　補足すると、図６Ａに示すような磁性体材料の磁化方向ＭＤ及びメタマテリアルの配置の組み合わせにより、ＴＥモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＥモードを維持しつつ）制御することができる。図６Ａに示す例では、図６Ｂに示すように制御対象の電磁波の波動方程式にＭＥ効果の項が出現するが、ＭＯ効果の項が出現しない。これは、図６Ａに示す例では、ME tensorを制御することはできるが、MO tensorを制御することはできないことを意味する。

　一方、例えば図７Ａに示すような磁性体材料の磁化方向ＭＤ及びメタマテリアルの配置の組み合わせにより、ＴＭモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＭモードを維持しつつ）制御することができる。図７Ａに示す例では、図７Ｂに示すように制御対象の電磁波の波動方程式にＭＯ効果の項及びＭＥ効果の項、並びにＭＯ効果とＭＥ効果との相互作用の項が出現する。これは、図７Ａに示す例では、MO tensorとME tensorの両方を自在に制御できることを意味する。

＜１．本技術の第１実施形態に係る波動制御装置＞
（波動制御装置の構成）
　以下、本技術の第１実施形態に係る波動制御装置について図面を用いて説明する。図８Ａは、第１実施形態に係る波動制御装置１０の概念図である。図８Ｂは、第１実施形態に係る波動制御装置１０により制御された電磁波の波動方程式を示す図である。以下、図８Ａに示すｘｙｚ３次元直交座標系（例えば左手系）を適宜用いて説明する。

　第１実施形態に係る波動制御装置１０は、一例として図８Ａに示すように、メタマテリアル１００と磁性体材料２００とを備える。

　波動制御装置１０は、一例として、電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されている。

　磁性体材料２００は、外部磁場により磁化方向が設定されてもよい。この場合には、外部磁場の印加方向により磁性体材料２００の磁化方向を設定することができる。

　電磁波の導波路の周辺にメタマテリアル１００が設けられていてもよい。この場合に、メタマテリアル１００は、電磁波の導波路と一体的に設けられていてもよい。この場合に、特に２次元状（平面状）のメタマテリアル１００は、導波路の構成要素（コアやクラッド）に対して例えばフォトリソグラフィー法、蒸着法、スパッタ法等を用いて形成することが可能である。

　電磁波の導波路のコアは、磁性体材料２００であってもよい。すなわち、磁性体材料２００は、入射された制御対象の電磁波を全反射させながら伝播させ出射させる材料からなってもよい。コアが磁性体材料２００である場合に、メタマテリアル１００は、コアの外面（例えば側面）に設けられていてもよい。コアを構成する磁性体材料２００は、制御対象の電磁波を導波させるために該電磁波の波長に対して透明なもの（例えば透明強磁性体）であることが好ましい。なお、本明細書中、コアの外面のうち電磁波の入射端を構成する面（入射端面）及び出射端を構成する面（出射端面）以外の面をコアの側面と呼ぶことにする。

　波動制御装置１０は、電磁波の導波路のコアを含む導波路部材３００（図１１参照）を更に備えていてもよい。この場合に、メタマテリアル１００及び磁性体材料２００は、コアの外面（例えば側面）に設けられていてもよい。

　メタマテリアル１００は、一例としてスプリットリング共振器（ＳＳＲ）を含む。波動制御装置１０では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）とが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と磁性体材料の磁化方向（略ｚ軸方向）とが略垂直である。さらに、波動制御装置１０では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向（切れ目方向、略ｙ軸方向、端部同士が対向する方向）が、電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）及び磁性体材料の磁化方向（略ｚ軸方向）のいずれとも略垂直である。なお、本明細書中、「略」は、完全に一致する場合と、同効の範囲の微差がある場合とを含む。

（波動制御装置の作用）
　波動制御装置１０では、このようなメタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤの組み合わせにより、ＴＭモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＭモードを維持しつつ）制御可能である。さらに、波動制御装置１０により制御された電磁波の波動方程式は、下記（１）式（図８Ｂ参照）のようになり、ＭＯ効果及びＭＥ効果の双方を発現することが分かる。

∂ｙ^２（１－γ^２／ε^２）Ｈ_ｘ＋［ω^２（με（１－γ^２／ε^２）＋ζ^２）－β^２）］Ｈ_ｘ＝０　　　　　　　・・・（１）　但し、εは誘電率、μは透磁率、ωは角周波数、γはＭＯ効果に関するパラメータ、ζはＭＥ効果に関するパラメータ、βは伝搬定数である（以下同様）。また、ここではＭＯ効果に関する要素であるaにはiγが、ＭＥ効果に関する要素であるＥにはζが入るとする。

（メタマテリアルの詳細）
　メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器は、例えば金属、誘電体、導電性磁性体、半導体、超伝導体のいずれか一つ、又は、これらの複数の組合せから選択された材料からなる細線で形成されている。スプリットリング共振器の外径は、例えば電磁波の波長の１／１００～１／２程度が好適である。スプリットリング共振器の線径は、例えば電磁波の波長の１／１０００～１／１００が好適であり、１／１０００～１／１０がより好適である。

（磁性体材料の詳細）
　磁性体材料２００として、例えば鉄、ニッケル、コバルト、磁性ガーネット、酸化鉄、酸化クロム、フェライト、非酸化金属磁性体（オキサイド）等を用いることができる。なお、これらは磁性体材料２００の一例であり、磁性体材料２００は他の磁性体材料であってもよい。図８に示す例では、直方体形状の磁性体材料が示されているが、磁性体材料の大きさ、形状等は、限定されず、適宜変更可能である。

（導波路部材の詳細）
　導波路部材３００の材料として、例えば石英ガラス、シリコン等の無機材料や、例えばポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂等の有機材料を用いることができる。導波路部材３００の材料は、制御対象の電磁波の透過性、屈折率、波長特性、分散性等を考慮して選択することが好ましい。

　以下、本技術の第１実施形態に係る波動制御装置１０の幾つかの実施例（下位概念）について説明する。

（実施例１に係る波動制御媒質）
　実施例１に係る波動制御装置１０－１では、図９に示すように、制御対象の電磁波の導波路のコアが磁性体材料２００である。波動制御装置１０－１では、メタマテリアル１００は、コアとしての磁性体材料２００の一の外面（例えば面積が大きい方の側面）に設けられている。ここでは、複数のメタマテリアル１００が制御対象の電磁波の導波方向ＷＧＤ（磁性体材料２００の長手方向）に略平行に規則的（例えば等間隔）に設けられている。

　波動制御装置１０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置１０－１では、該スプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略垂直である。

（実施例２に係る波動制御媒質）
　実施例２に係る波動制御装置１０－２では、図１０に示すように、メタマテリアル１００がコアとしての磁性体材料２００の他の外面（例えば面積が小さい方の側面）に設けられている点を除いて、実施例１に係る波動制御装置１０－１と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置１０－２でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略垂直である。

（実施例３に係る波動制御媒質）
　実施例３に係る波動制御装置１０－３は、図１１に示すように、電磁波の導波路のコア３００ｂを含む導波路部材３００を更に備えている。導波路部材３００は、一例として、コア３００ｂに加えてベース部３００ａを含む。導波路部材３００では、平板状のベース部３００ａ上に突条部であるコア３００ｂが設けられている。

　メタマテリアル１００はコア３００ｂの上面に設けられ、磁性体材料２００はコア３００ｂの一側面に設けられている。こでは、複数のメタマテリアル１００が制御対象の電磁波の導波方向ＷＧＤ（磁性体材料２００の長手方向）に略平行に規則的（例えば等間隔）に設けられている。

　導波路部材３００は、制御対象の電磁波を導波させるために、該電磁波の波長に対して透明な基板（例えばＳｉ基板）等を加工することにより成形されている。メタマテリアル１００として例えばＡｕ製のもの、磁性体材料２００として例えばＹＩＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ｉｒｏｎ　Ｇａｒｎｅｔ）製のものを用いることができる。

　波動制御装置１０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置１０－３では、該スプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略垂直である。

（実施例４に係る波動制御装置）
　実施例４に係る波動制御装置１０－４は、図１２に示すように、メタマテリアル１００がコア３００ｂの側面に設けられ、磁性体材料２００がコア３００ｂの上面に設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置１０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置１０－４でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略垂直である。

（実施例５に係る波動制御媒質）
　実施例５に係る波動制御装置１０－５は、図１３に示すように、コア３００ｂの相対する一側面及び他側面のうち一側面にメタマテリアル１００が設けられ、他側面に磁性体材料２００が設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置１０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置１０－５でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略垂直である。

（波動制御装置の効果）
　第１実施形態に係る波動制御装置１０は、メタマテリアル１００と磁性体材料２００とを備えている。この場合、メタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向を効果的に組み合わせることにより、電磁波の制御性を向上することができる。

　電磁波に対して少なくとも電気磁気効果及び磁気光学効果が生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されていることが好ましい。これにより、電磁波の制御性を確実に向上することができる。

　メタマテリアル１００は、電磁波の導波路の周辺に配置されていることが好ましい。これにより、メタマテリアル１００の制御作用を電磁波に及ぼすことができる。

　メタマテリアル１００は、電磁波の導波路と一体的に設けられていることが好ましい。これにより、メタマテリアル１００と電磁波の導波路との位置関係を所望の（有効な）位置関係に保持することができる。

　電磁波の導波路のコアは、磁性体材料２００であってもよい。これにより、磁性体材料２００がコアを兼ねるので、部品点数の削減及び小型化を図ることができる。

　メタマテリアル１００は、コアとしての磁性体材料２００の外面に設けられていてもよい。これにより、メタマテリアル１００を電磁波に対して制御作用を十分に及ぼすことが可能な位置に安定的に配置することができる。

　波動制御装置１０は、電磁波の導波路のコア３００ｂを含む導波路部材３００を更に備えていてもよい。これにより、コア３００ｂが磁性体材料２００とは別に設けられるので、磁性体材料２００の材質の選択の自由度を向上することができる。

　メタマテリアル１００及び磁性体材料２００は、導波路部材３００のコアの外面に設けられていてもよい。これにより、メタマテリアル１００及び磁性体材料２００を電磁波に対して制御作用を十分に及ぼすことが可能な位置に安定的に配置することができる。

　メタマテリアル１００は、スプリットリング共振器を含み、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、該磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略垂直であることが好ましい。これにより、メタマテリアル１００及び磁性体材料２００の制御作用を電磁波に対して及ぼすことができる。

　メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）は、導波方向ＷＧＤ及び磁化方向ＭＤのいずれとも略垂直であることがより好ましい。これにより、メタマテリアル１００及び磁性体材料２００の制御作用を電磁波に対して確実に及ぼすことができる。

　波動制御装置１０による制御対象の電磁波は、ＴＭモードで導波することが好ましい。これにより、波動制御装置１０は、電磁波に対してＭＯ効果を確実に発生させることができる。

　磁性体材料２００は、外部磁場によって磁化方向ＭＤが設定されてもよい。これにより、磁化方向ＭＤを所望の方向に安定して維持することができる。

＜２．本技術の第２実施形態に係る波動制御装置＞
（波動制御装置の構成）
　以下、本技術の第２実施形態に係る波動制御装置について図面を用いて説明する。図１４Ａは、第１実施形態に係る波動制御装置２０の概念図である。図１４Ｂは、第２実施形態に係る波動制御装置２０により制御された電磁波の波動方程式を示す図である。以下、図１４Ａに示すｘｙｚ３次元直交座標系（例えば左手系）を適宜用いて説明する。

　第２実施形態に係る波動制御装置２０では、一例として図１４Ａに示すように、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）とが略垂直であり、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と磁性体材料の磁化方向（略ｙ軸方向）とが略垂直である。さらに、波動制御装置２０では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向（切れ目方向、略ｙ軸方向）が、電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）と略垂直であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤ（略ｙ軸方向）と略平行である。

（波動制御装置の作用）
　波動制御装置２０では、このようなメタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤの組み合わせにより、ＴＭモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＭモードを維持しつつ）制御可能である。さらに、波動制御装置２０により制御された電磁波の波動方程式は、下記（２）式（図１４Ｂ参照）のようになり、ＭＯ効果及びＭＥ効果の双方を発現することが分かる。

∂ｙ^２Ｈ_ｘ＋［ω^２（１－γ^２／ε^２）（με＋ζ^２）－（１－γ^２／ε^２）β^２）］Ｈ_ｘ＝０　　　　　　　・・・（２）ここではＭＯ効果に関する要素であるcにはiγが、ＭＥ効果に関する要素であるＥにはζが入るとする。

（波動制御装置の効果）
　第２実施形態に係る波動制御装置２０によれば、第１実施形態に係る波動制御装置１０と同様の効果を得ることができる。

　以下、本技術の第２実施形態に係る波動制御装置２０の幾つかの実施例（下位概念）について説明する。

（実施例１に係る波動制御媒質）
　実施例１に係る波動制御装置２０－１では、図１５に示すように、電磁波の導波路のコアが磁性体材料２００である。波動制御装置２０－１では、メタマテリアル１００は、コアとしての磁性体材料２００の外面（例えば面積が大きい方の側面）に設けられている。ここでは、複数のメタマテリアル１００が制御対象の電磁波の導波方向ＷＧＤ（磁性体材料２００の長手方向）に略平行に規則的（例えば等間隔）に設けられている。

　波動制御装置２０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置２０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略平行である。

（実施例２に係る波動制御媒質）
　実施例２に係る波動制御装置２０－２では、図１６に示すように、メタマテリアル１００がコアとしての磁性体材料２００の他の外面（例えば面積が小さい方の側面）に設けられている点を除いて、実施例１に係る波動制御装置２０－１と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置２０－２でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略平行である。

（実施例３に係る波動制御媒質）
　実施例３に係る波動制御装置２０－３は、図１７に示すように、波動制御装置２０－３は、電磁波の導波路のコア３００ｂを含む導波路部材３００を更に備えている。導波路部材３００は、一例として、コア３００ｂに加えてベース部３００ａを含む。導波路部材３００では、平板状のベース部３００ａ上に突条部であるコア３００ｂが設けられている。

　導波路部材３００は、制御対象の電磁波を導波させるために、該電磁波の波長に対して透明な基板（例えばＳｉ基板）等を加工することにより成形されている。メタマテリアル１００として例えばＡｕ製のもの、磁性体材料２００として例えばＹＩＧ製のものを用いることができる。

　波動制御装置２０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置２０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略平行である。

（実施例４に係る波動制御装置）
　実施例４に係る波動制御装置１０－４は、図１８に示すように、メタマテリアル１００がコア３００ｂの側面に設けられ、且つ、磁性体材料２００がコア３００ｂの上面に設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置２０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置２０－４でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略平行である。

（実施例５に係る波動制御媒質）
　実施例５に係る波動制御装置２０－５は、図１９に示すように、コア３００ｂの相対する一側面及び他側面のうち一側面にメタマテリアル１００が設けられ、他側面に磁性体材料２００が設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置２０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置２０－５でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略平行である。

＜３．本技術の第３実施形態に係る波動制御装置＞
（波動制御装置の構成）
　以下、本技術の第３実施形態に係る波動制御装置について図面を用いて説明する。図２０Ａは、第３実施形態に係る波動制御装置３０の概念図である。図２０Ｂは、第３実施形態に係る波動制御装置３０により制御された電磁波の波動方程式を示す図である。以下、図２０Ａに示すｘｙｚ３次元直交座標系（例えば左手系）を適宜用いて説明する。

　第３実施形態に係る波動制御装置３０では、一例として図２０Ａに示すようにメタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）とが略垂直であり、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と磁性体材料の磁化方向（略ｚ軸方向）とが略垂直である。さらに、波動制御装置３０では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向（切れ目方向、略ｚ軸方向）が、電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤ（略ｚ軸方向）のいずれとも略平行である。

（波動制御装置の作用）
　波動制御装置３０では、このようなメタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向の組み合わせにより、ＴＭモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＭモードを維持しつつ）制御可能である。さらに、波動制御装置２０により制御された電磁波の波動方程式は、下記（３）式（図２０Ｂ参照）のようになり、ＭＯ効果及びＭＥ効果の双方を発現することが分かる。

∂ｙ^２（１－γ^２／ε^２）Ｈ_ｘ＋［ω^２（１－γ^２／ε^２）（με＋ζ^２）－β^２）］Ｈ_ｘ＝０　　　　　　　・・・（３）ここではＭＯ効果に関する要素であるaにはiγが、ＭＥ効果に関する要素であるＣにはζが入るとする。

（波動制御装置の効果）
　第３実施形態に係る波動制御装置３０によれば、第１実施形態に係る波動制御装置１０と同様の効果を得ることができる。

（実施例１に係る波動制御媒質）
　実施例１に係る波動制御装置３０－１では、図２１に示すように、電磁波の導波路のコアが磁性体材料２００である。波動制御装置３０－１では、メタマテリアル１００は、コアとしての磁性体材料２００の外面（例えば面積が大きい方の側面）に設けられている。ここでは、複数のメタマテリアル１００が制御対象の電磁波の導波方向ＷＧＤ（磁性体材料２００の長手方向）に略平行に規則的（例えば等間隔）に設けられている。

　波動制御装置３０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置３０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略平行である。

（実施例２に係る波動制御媒質）
　実施例２に係る波動制御装置３０－２では、図２２に示すように、メタマテリアル１００がコアとしての磁性体材料２００の他の外面（例えば面積が小さい方の側面）に設けられている点を除いて、実施例１に係る波動制御装置３０－１と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置３０－２でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略平行である。

（実施例３に係る波動制御媒質）
　実施例３に係る波動制御装置３０－３は、図２３に示すように、波動制御装置３０－３は、電磁波の導波路のコア３００ｂを含む導波路部材３００を更に備えている。導波路部材３００は、一例として、コア３００ｂに加えてベース部３００ａを含む。導波路部材３００では、平板状のベース部３００ａ上に突条部であるコア３００ｂが設けられている。

　波動制御装置３０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置３０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略平行である。

（実施例４に係る波動制御装置）
　実施例４に係る波動制御装置３０－４は、図２４に示すように、メタマテリアル１００がコア３００ｂの側面に設けられ、磁性体材料２００がコア３００ｂの上面に設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置３０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置３０－４でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略平行である。

（実施例５に係る波動制御媒質）
　実施例５に係る波動制御装置３０－５は、図２５に示すように、コア３００ｂの相対する一側面及び他側面のうち一側面にメタマテリアル１００が設けられ、他側面に磁性体材料２００が設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置３０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置３０－５でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤ及び磁性体材料２００の磁化方向ＭＤのいずれとも略平行である。

＜４．本技術の第４実施形態に係る波動制御装置＞
（波動制御装置の構成）
　以下、本技術の第４実施形態に係る波動制御装置について図面を用いて説明する。図２６Ａは、第４実施形態に係る波動制御装置４０の概念図である。図２６Ｂは、第４実施形態に係る波動制御装置４０により制御された電磁波の波動方程式を示す図である。以下、図２６Ａに示すｘｙｚ３次元直交座標系（例えば左手系）を適宜用いて説明する。

　第４実施形態に係る波動制御装置４０では、一例として図２６Ａに示すように、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の軸方向（略ｘ軸方向）と電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）とが略垂直であり、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と磁性体材料の磁化方向ＭＤ（略ｙ軸方向）とが略垂直である。さらに、波動制御装置４０では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向（切れ目方向、略ｚ軸方向）が、電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）と略平行であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤ（略ｙ軸方向）と略垂直である。

（波動制御装置の作用）
　波動制御装置４０では、このようなメタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向の組み合わせにより、ＴＭモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＭモードを維持しつつ）制御可能である。さらに、波動制御装置２０により制御された電磁波の波動方程式は、下記（４）式（図２６Ｂ参照）のようになり、ＭＯ効果及びＭＥ効果の双方を発現することが分かる。

∂ｙ^２Ｈ_ｘ＋［ω^２（με（１－γ^２／ε^２）＋ζ^２）－（１－γ^２／ε^２）β^２）］Ｈ_ｘ＝０　　　　　　　・・・（４）ここではＭＯ効果に関する要素であるcにはiγが、ＭＥ効果に関する要素であるＣにはζが入るとする。

（波動制御装置の効果）
　第４実施形態に係る波動制御装置４０によれば、第１実施形態に係る波動制御装置１０と同様の効果を得ることができる。

　以下、本技術の第４実施形態に係る波動制御装置２０の幾つかの実施例（下位概念）について説明する。

（実施例１に係る波動制御媒質）
　実施例１に係る波動制御装置４０－１では、図２７に示すように、電磁波の導波路のコアが磁性体材料２００である。波動制御装置４０－１では、メタマテリアル１００は、コアとしての磁性体材料２００の外面（例えば面積が大きい方の側面）に設けられている。ここでは、複数のメタマテリアル１００が制御対象の電磁波の導波方向ＷＧＤ（磁性体材料２００の長手方向）に略平行に規則的（例えば等間隔）に設けられている。

　波動制御装置４０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置４０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略垂直である。

（実施例２に係る波動制御媒質）
　実施例２に係る波動制御装置４０－２では、図２８に示すように、メタマテリアル１００がコアとしての磁性体材料２００の他の外面（例えば面積が小さい方の側面）に設けられている点を除いて、実施例１に係る波動制御装置４０－１と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置４０－２でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略垂直である。

（実施例３に係る波動制御媒質）
　実施例３に係る波動制御装置４０－３は、図２９に示すように、波動制御装置４０－３は、電磁波の導波路のコア３００ｂを含む導波路部材３００を更に備えている。導波路部材３００は、一例として、コア３００ｂに加えてベース部３００ａを含む。導波路部材３００では、平板状のベース部３００ａ上に突条部であるコア３００ｂが設けられている。

　波動制御装置４０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略垂直である。さらに、波動制御装置４０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略垂直である。

（実施例４に係る波動制御装置）
　実施例４に係る波動制御装置４０－４は、図３０に示すように、メタマテリアル１００がコア３００ｂの側面に設けられ、磁性体材料２００がコア３００ｂの上面に設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置４０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置４０－４でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略垂直である。

（実施例５に係る波動制御媒質）
　実施例５に係る波動制御装置４０－５は、図３１に示すように、コア３００ｂの相対する一側面及び他側面のうち一側面にメタマテリアル１００が設けられ、他側面に磁性体材料２００が設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置４０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置４０－５でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行であり、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略垂直である。

　以上説明した第６実施形態に係る波動制御装置６０によれば、第５実施形態に係る波動制御装置５０と同様の効果を得ることができる。

＜５．本技術の第５実施形態に係る波動制御装置＞
（波動制御装置の構成）
　以下、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置について図面を用いて説明する。３２Ａは、第５実施形態に係る波動制御装置５０の概念図である。図３２Ｂは、第５実施形態に係る波動制御装置５０により制御された電磁波の波動方程式を示す図である。以下、図３２Ａに示すｘｙｚ３次元直交座標系（例えば左手系）を適宜用いて説明する。

　波動制御装置５０は、一例として図３２Ａに示すように、電磁波に対して少なくとも電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されている。

　波動制御装置５０は、電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が更に生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されていてもよい。

　第５実施形態に係る波動制御装置５０では、一例として図３２Ａに示すように、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の軸方向（略ｘ軸方向）と電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）とが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と磁性体材料２００の磁化方向ＭＤ（略ｘ軸方向）とが略平行である（より詳細には向きが略一致している）。さらに、第５実施形態に係る波動制御媒質５０では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向（略ｚ軸方向）が、電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）と略平行である。

（波動制御装置の作用）
　波動制御装置５０では、このようなメタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向の組み合わせにより、ＴＭモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＭモードを維持しつつ）制御可能である。さらに、波動制御装置５０により制御された電磁波の波動方程式は、下記（５）式（図３２Ｂ参照）のようになり、ＭＯ効果及びＭＥ効果と、ＭＯ効果とＭＥ効果との相互作用とを発現することが分かる。

∂ｙ^２Ｈ_ｘ＋［ω^２（με（１－γ^２／ε^２）＋ζ^２－β^２）］Ｈ_ｘ－２iβ（ωζγ／ε）Ｈ_ｘ＝０　　　　・・・（５）ここではＭＯ効果に関する要素であるbにはiγが、ＭＥ効果に関する要素であるＣにはζが入るとする。

　波動制御装置５０では、磁性体材料のみを用いた場合(図３Ｂ)に比較して、ＭＯ効果による機能である非相反性が大きく増強される。波動制御装置５０において、図３２Ａに示すように配置されたメタマテリアル１００及び磁性体材料２００を含む媒質の非相反性は、図４９Ａのスラブ導波路型構造においてトランスファーマトリクス法による数値解析を用いて算出される伝搬定数βから、前進波と後進波の伝搬ロスの差（非相反損失差）及び位相差（非相反位相差）を算出することで求められる。

　図４９Ａのスラブ導波路型構造において最上層が磁性体材料２００で構成されＭＯ効果のみが生じる場合の非相反損失差が図４９Ｂに示され、非相反位相差が図４９Ｃに示されている。図４９Ａのスラブ導波路型構造において最上層が図３２Ａに示すように配置されたメタマテリアル１００及び磁性体材料２００で構成されＭＯ効果及びＭＥ効果、並びにＭＯ効果とＭＥ効果の相互作用が生じる場合の非相反損失差が図４９Ｄに示され、非相反位相差が図４９Ｅに示されている。図４９Ｄの非相反損失差は、図４９Ｂの非相反損失差と比較して大きな値を示す。図４９Ｅの非相反位相差は、図４９Ｃの非相反位相差と比較して大きな値を示す。

（波動制御装置の効果）
　第５実施形態に係る波動制御装置５０は、メタマテリアル１００と磁性体材料２００とを備えている。この場合、メタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向を効果的に組み合わせることにより、電磁波の制御性を向上することができる。

　第５実施形態に係る波動制御装置５０では、電磁波に対して少なくとも、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されている。これにより、電磁波の制御性を十分に向上することができる。

　波動制御装置５０では、電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が更に生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料の磁化方向ＭＤが設定されていることが好ましい。これにより、電磁波を略完全に制御することができる。

　波動制御装置５０によれば、第１実施形態に係る波動制御装置１０と概ね同様の効果も得られる。

　以下、本技術の第５実施形態に係る波動制御装置５０の幾つかの実施例（下位概念）について説明する。

（実施例１に係る波動制御媒質）
　実施例１に係る波動制御装置５０－１では、図３３に示すように、電磁波の導波路のコアが磁性体材料２００である。波動制御装置５０－１では、メタマテリアル１００は、コアとしての磁性体材料２００の外面（例えば面積が大きい方の側面）に設けられている。ここでは、複数のメタマテリアル１００が制御対象の電磁波の導波方向ＷＧＤ（磁性体材料２００の長手方向）に略平行に規則的（例えば等間隔）に設けられている。

　波動制御装置５０－１は、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略平行である（より詳細には向きが略一致している）。さらに、波動制御装置５０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行である。

（実施例２に係る波動制御媒質）
　実施例２に係る波動制御装置５０－２では、図３４に示すように、メタマテリアル１００がコアとしての磁性体材料２００の他の外面（例えば面積が小さい方の側面）に設けられている点を除いて、実施例１に係る波動制御装置５０－１と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置５０－２でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行である。

（実施例３に係る波動制御媒質）
　実施例３に係る波動制御装置５０－３は、図３５に示すように、電磁波の導波路のコア３００ｂを含む導波路部材３００を更に備えている。導波路部材３００は、一例として、コア３００ｂに加えてベース部３００ａを含む。導波路部材３００では、平板状のベース部３００ａ上に突条部であるコア３００ｂが設けられている。

　波動制御装置５０－３は、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略平行である。さらに、波動制御装置５０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行である。

（実施例４に係る波動制御装置）
　実施例４に係る波動制御装置５０－４は、図３６に示すように、メタマテリアル１００がコア３００ｂの側面に設けられ、磁性体材料２００がコア３００ｂの上面に設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置５０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置５０－４でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行である。

（実施例５に係る波動制御媒質）
　実施例５に係る波動制御装置５０－５、図３７に示すように、コア３００ｂの相対する一側面及び他側面のうち一側面にメタマテリアル１００が設けられ、他側面に磁性体材料２００が設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置５０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置５０－５でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略平行である。

＜６．本技術の第６実施形態に係る波動制御装置＞
（波動制御装置の構成）
　以下、本技術の第６実施形態に係る波動制御装置について図面を用いて説明する。図３８Ａは、第６実施形態に係る波動制御装置６０の概念図である。図３８Ｂは、第６実施形態に係る波動制御装置６０により制御された電磁波の波動方程式を示す図である。以下、図３８Ａに示すｘｙｚ３次元直交座標系（例えば左手系）を適宜用いて説明する。

　波動制御装置６０は、一例として図３８Ａに示すように、電磁波に対して少なくとも電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されている。

　波動制御装置６０は、電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が更に生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されていてもよい。

　第６実施形態に係る波動制御装置６０では、一例として図３８Ａに示すように、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）とが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向（略ｘ軸方向）と磁性体材料２００の磁化方向ＭＤ（略ｘ軸方向）とが略平行である（より詳細には向きが略一致している）。さらに、波動制御装置６０では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向（略ｙ軸方向、切れ目方向）が、電磁波の導波方向（略ｚ軸方向）と略垂直である。

（波動制御装置の作用）
　波動制御装置６０では、このようなメタマテリアル１００の配置及び磁性体材料２００の磁化方向の組み合わせにより、ＴＭモードで導波する電磁波をモード整合させつつ（ＴＭモードを維持しつつ）制御可能である。さらに、波動制御装置６０により制御された電磁波の波動方程式は、下記（６）式（図３８Ｂ参照）のようになり、ＭＯ効果及びＭＥ効果と、ＭＯ効果とＭＥ効果との相互作用とを発現することが分かる。

∂ｙ^２Ｈ_ｘ＋［ω^２（με（１－γ^２／ε^２）＋ζ^２－β^２）］Ｈ_ｘ＋２∂ｙ（ωζγ／ε）Ｈ_ｘ＝０　　　　・・・（６）ここではＭＯ効果に関する要素であるbにはiγが、ＭＥ効果に関する要素であるＥにはζが入るとする。

（波動制御装置の効果）
　第６実施形態に係る波動制御装置６０によれば、第５実施形態に係る波動制御装置５０と同様の効果を得ることができる。

　以下、本技術の第６実施形態に係る波動制御装置６０の幾つかの実施例（下位概念）について説明する。

（実施例１に係る波動制御媒質）
　実施例１に係る波動制御装置６０－１では、図３９に示すように、電磁波の導波路のコアが磁性体材料２００である。波動制御装置６０－１では、メタマテリアル１００は、コアとしての磁性体材料２００の一の外面（例えば面積が大きい方の側面）に設けられている。ここでは、複数のメタマテリアル１００が制御対象の電磁波の導波方向ＷＧＤ（磁性体材料２００の長手方向）に略平行に規則的（例えば等間隔）に設けられている。

　波動制御装置６０－１は、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略平行である（より詳細には向きが略一致している）。さらに、波動制御装置６０－１では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直である。

（実施例２に係る波動制御媒質）
　実施例２に係る波動制御装置６０－２では、図４０に示すように、メタマテリアル１００がコアとしての磁性体材料２００の他の外面（例えば面積が小さい方の側面）に設けられている点を除いて、実施例１に係る波動制御装置６０－１と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置６０－２でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直である。

（実施例３に係る波動制御媒質）
　実施例３に係る波動制御装置６０－３は、図４１に示すように、電磁波の導波路のコア３００ｂを含む導波路部材３００を更に備えている。導波路部材３００は、一例として、コア３００ｂに加えてベース部３００ａを含む。導波路部材３００では、平板状のベース部３００ａ上に突条部であるコア３００ｂが設けられている。

　波動制御装置６０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと電磁波の導波方向ＷＧＤとが略垂直であり、且つ、該スプリットリング共振器の磁気モーメント方向ＭＭＤと磁性体材料２００の磁化方向ＭＤとが略平行である。さらに、波動制御装置６０－３では、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直である。

（実施例４に係る波動制御装置）
　実施例４に係る波動制御装置６０－４は、図４２に示すように、メタマテリアル１００がコア３００ｂの側面に設けられ、磁性体材料２００がコア３００ｂの上面に設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置６０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置６０－４でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直である。

（実施例５に係る波動制御媒質）
　実施例５に係る波動制御装置６０－５は、図４３に示すように、コア３００ｂの相対する一側面及び他側面のうち一側面にメタマテリアル１００が設けられ、他側面に磁性体材料２００が設けられている点を除いて、実施例３に係る波動制御装置６０－３と概ね同様の構成を有する。

　波動制御装置６０－５でも、メタマテリアル１００としてのスプリットリング共振器のスプリット方向ＳＤ（切れ目方向）が、電磁波の導波方向ＷＧＤと略垂直である。

＜７．本技術の第７実施形態に係る波動制御装置＞
　図５０Ａ及び図５０Ｂは、ＭＯ効果のみを考えた自由空間伝播（前進波）について説明するための図である。図５１Ａ及び図５１Ｂは、ＭＯ効果のみを考えた自由空間伝播（後退波）について説明するための図である。

　電磁波の自由空間伝播において、ＭＯ効果（磁気光学効果）のみを考えた場合、前進波としての直線偏光は、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに偏光方向が例えば右回り（＋方向）にθだけ回転する（図５０Ａ及び図５０Ｂ参照）。

　該電磁波の自由空間伝播において、ＭＯ効果のみを考えた場合、後退波（後進波）としての直線偏光は、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに偏光方向が例えば左回り（－方向）にθだけ回転する（図５１Ａ及び図５１Ｂ参照）。

　すなわち、電磁波の自由空間伝播において、ＭＯ効果のみを考えた場合、該磁場内をそれぞれ伝播した前進波及び後退波の偏光回転（直線偏光の回転）の向きは、逆になる。すなわち、ＭＯ効果は、非相反な偏光回転制御性を有する。

　図５２Ａ及び図５２Ｂは、ＭＥ効果のみを考えた自由空間伝播（前進波）について説明するための図である。図５３Ａ及び図５３Ｂは、ＭＥ効果のみを考えた自由空間伝播（後退波）について説明するための図である。

　電磁波の自由空間伝播において、ＭＥ効果（電気磁気効果）のみを考えた場合（特にＭＥ効果に関するパラメータζの値が虚数の場合）、前進波としての直線偏光は、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに偏光方向が例えば右回り（＋方向）にφだけ回転する（図５２Ａ及び図５２Ｂ参照）。

　該電磁波の自由空間伝播において、ＭＥ効果のみを考えた場合（特にＭＥ効果に関するパラメータζの値が虚数の場合）、後退波（後進波）としての直線偏光は、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに偏光方向が例えば右回り（＋方向）にφだけ回転する（図５３Ａ及び図５３Ｂ参照）。

　すなわち、電磁波の自由空間伝播において、ＭＥ効果のみを考えた場合、該磁場内をそれぞれ伝播した前進波及び後退波の偏光回転（直線偏光の回転）の向きは、同じになる。すなわち、ＭＥ効果は、相反な偏光回転制御性を有する。

　図５４Ａ及び図５４Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（前進波）の一例について説明するための図である。図５５Ａ及び図５５Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（後退波）の一例について説明するための図である。

　電磁波の自由空間伝播において、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた場合、前進波としての直線偏光の偏光方向を、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに例えば右回り（＋方向）にθ＋φ（＞０）だけ回転させることが可能である（図５４Ａ及び図５４Ｂ参照）。

　該電磁波の自由空間伝播において、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた場合、後退波としての直線偏光の偏光方向を、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに回転させないこと（θ＋φ＝０とすること）が可能である（図５５Ａ及び図５５Ｂ参照）。

　図５６Ａ及び図５６Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（前進波）の他の例について説明するための図である。図５７Ａ及び図５７Ｂは、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた自由空間伝播（後退波）の他の例について説明するための図である。

　電磁波の自由空間伝播において、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた場合、前進波としての直線偏光の偏光方向を、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに回転させないこと（θ＋φ＝０とすること）が可能である（図５６Ａ及び図５６Ｂ参照）。

　該電磁波の自由空間伝播において、ＭＯ効果及びＭＥ効果を考えた場合、後退波としての直線偏光の偏光方向を、その伝播方向に沿って印加された磁場への入射前（ｚ＝０）から、該磁場からの出射後（ｚ＝Ｌ）までに例えば右回り（＋方向）にθ＋φ（＞０）だけ回転させることが可能である（図５７Ａ及び図５７Ｂ参照）。

　以上の説明から分かるように、ＭＯ効果の非相反な偏光回転制御性と、ＭＥ効果の相反な偏光回転制御性とを組み合わせることにより、該磁場内をそれぞれ伝播した前進波及び後退波の一方のみの偏光方向を回転させることが可能となる。

　発明者らは、この新規知見を具現化するための波動制御装置として、第７実施形態に係る波動制御装置を開発した。以下、第７実施形態に係る波動制御装置について幾つかの実施例を挙げて詳細に説明する。

（実施例１に係る波動制御装置）
　図５８Ａは、本技術の第７実施形態の実施例１に係る波動制御装置７０－１の斜視図である。図５８Ｂは、図５８Ａの波動制御装置７０－１におけるメタマテリアル１００の配置であって一方向限定偏光制御性を発現しうる配置について説明するための図である。以下、図５８Ａに示す３次元直交座標系を適宜用いて説明する。

　波動制御装置７０－１では、図５８Ａに示すように、制御対象の電磁波の前進波ＦＷ及び後退波ＢＷの一方の偏光状態のみが変化するように（一方向限定偏光制御性が発現するように）メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されている。

　具体的には、波動制御装置７０－１では、制御対象の電磁波としての前進波ＦＷの右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差（右円偏光及び左円偏光が感じる屈折率の差）である第１実効屈折率差と、該電磁波としての後退波ＢＷの右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差で（右円偏光及び左円偏光が感じる屈折率の差）ある第２実効屈折率差とが異なるようにメタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向Ｍが設定されている。特に、第１及び第２実効屈折率差の差が比較的大きい場合に、前進波ＦＷ及び後退波ＢＷの一方の偏光状態のみを変化させること（詳しくは前進波ＦＷ及び後退波ＢＷの一方の偏光方向のみを回転させること）が可能となる。

　図６１Ａ及び図６１Ｂは、一方向限定偏光制御性が発現する条件について説明するための図である。図６１Ａ及び図６１Ｂの各々において、横軸はＭＯ効果に関するパラメータγを示し、縦軸はＭＥ効果に関するパラメータζを示す。図６１Ａは、前進波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差（第１実効屈折率差）をグラデーション（濃淡）により示している。図６１Ｂは、後退波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差（第２実効屈折率差）をグラデーション（濃淡）により示している。例えば、γ及びζの値として、図６１Ａ及び図６１Ｂの破線上の値を選択することにより、第１実効屈折率差を比較的大きく、且つ、第２実効屈折率差を比較的小さくすることができ、ひいては前進波ＦＷの偏光方向のみを回転させることが可能となる。例えば、γ及びζの値として、図６１Ａ及び図６１Ｂの一点鎖線上の値を選択することにより、第１実効屈折率差を比較的小さく、且つ、第２実効屈折率差を比較的大きくすることができ、ひいては後退波ＢＷの偏光方向のみを回転させることが可能となる。

　図５８Ａに戻り、波動制御装置７０－１では、メタマテリアル１００及び磁性体材料２００は、制御対象の電磁波（前進波ＦＷ及び後退波ＢＷ）の伝播経路上に配置されている。メタマテリアル１００及び磁性体材料２００は、該電磁波の伝播方向（例えばｙ軸方向）に沿って並べて配置されている。ここでは、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤ（外部磁場の印加方向）が該電磁波の伝播方向に沿う方向（例えば－ｙ方向）となっている。この場合、ＭＯテンソルの非対角成分ａ（図３Ａ参照）に値が入る。すなわち、電磁波に対して、ＭＯ効果による非相反な偏光回転制御を行うことができる。

　磁性体材料２００は、一例として、磁性体からなる平板部材であり、支持基板４００に支持されている。磁性体材料２００及び支持基板４００は、一例として、いずれもｘｚ平面に平行に配置されている。磁性体材料２００上にメタマテリアル１００がアレイ状（例えばｘｚ平面に沿ってマトリクス状）に複数設けられている。支持基板４００としては、例えばＳｉ基板、Ｇｅ基板等の半導体基板や、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板が挙げられる。磁性体材料２００及び支持基板４００は、制御対象の電磁波の波長に対して透明であることが好ましい。

　各メタマテリアル１００は、一例として、カイラリティ構造を有する。具体的には、各メタマテリアル１００は、例えば螺旋体を含む。ここでは、該螺旋体の巻き数は、１であるが、２以上であってもよい。各メタマテリアル１００は、該螺旋体の磁気モーメント方向（ピッチ方向、軸方向）が、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略直交するように（詳しくはｘ軸方向に略平行となるように）配置されている。この場合、ＭＥテンソルの対角成分Ｇに値が入る（図５８Ｂ参照）。すなわち、電磁波に対して、ＭＥ効果による相反な偏光回転制御を行うことができる。

　以上のように構成される波動制御装置７０－１では、制御対象の電磁波に対して、ＭＯ効果による非相反な偏光回転制御及びＭＥ効果による相反な偏光回転制御を組み合わせて行うことができ、ひいては前進波ＦＷ及び後退波ＢＷの一方の偏光方向のみを回転させることができる。

　波動制御装置７０－１は、このような一方向限定偏光制御性を有することから、例えば偏光制御素子や光アイソレータの波動制御装置として利用が期待できる。

（実施例２に係る波動制御装置）
　図５９Ａは、本技術の第７実施形態の実施例２に係る波動制御装置７０－２の斜視図である。図５９Ｂは、図５９Ａの波動制御装置７０－２におけるメタマテリアル１００の配置であって一方向限定偏光制御性を発現しうる配置について説明するための図である。

　波動制御装置７０－２は、図５９Ａ及び図５９Ｂに示すように、メタマテリアル１００の配置（姿勢）が異なる点を除いて、実施例１に係る波動制御装置７０－１と同様の構成を有する。

　波動制御装置７０－２では、各メタマテリアル１００は、螺旋体の磁気モーメント方向（ピッチ方向、軸方向）が磁性体材料２００の磁化方向ＭＤと略平行となるように（詳しくはｙ軸方向に略平行となるように）配置されている。この場合には、ＭＥテンソルの対角成分Ｈに値が入る（図５９Ｂ参照）。

　波動制御装置７０－２は、実施例１に係る波動制御装置７０－１と同様の作用・効果を奏する。

（実施例３に係る波動制御装置）
　図６０Ａは、本技術の第７実施形態の実施例３に係る波動制御装置７０－３の斜視図である。図６０Ｂは、図６０Ａの波動制御装置７０－２におけるメタマテリアル１００の配置であって一方向限定偏光制御性を発現しうる配置について説明するための図である。

　波動制御装置７０－３は、図６０Ａ及び図６０Ｂに示すように、メタマテリアル１００の配置（姿勢）が異なる点を除いて、実施例１に係る波動制御装置７０－１と同様の構成を有する。

　波動制御装置７０－３では、各メタマテリアル１００は、螺旋体の磁気モーメント方向（ピッチ方向、軸方向）がｚ軸に略平行となるように（磁化方向ＭＤと略直交するように）配置されている。この場合には、ＭＥテンソルの対角成分Ｉに値が入る（図６０Ｂ参照）。

　波動制御装置７０－３は、実施例１に係る波動制御装置７０－１と同様の作用・効果を奏する。

　以上説明した第７実施形態の各実施例に係る波動制御装置において、メタマテリアル１００の形状、配置及び数は、適宜変更可能である。例えばメタマテリアル１００の形状は、カイラリティを有する形状であれば如何なる形状であってもよい。例えばアレイ配置は、千鳥配置であってもよいし、一次元配置であってもよい。例えばメタマテリアル１００の数は、複数に限らず、単数であってもよい。

＜８．メタマテリアルの形状の具体例＞
　本技術に係る波動制御装置が備えるメタマテリアルは、電場（又は磁場）によって磁化（又は電気分極）が誘起され、誘起された電気分極や磁化が該メタマテリアルの配置に依存する形状を有するものが好ましい。このようなメタマテリアルの形状として、上記各実施形態で説明したスプリットリング共振器（ＳＳＲ、図４４Ａ参照）の他、例えばダブルスプリットリング共振器（ＤＳＳＲ、図４４Ｂ参照）、球体（図４５Ａ参照）、カットワイヤペア（図４５Ｂ参照）、スパイラル（図４６Ａ参照）、マッシュルーム形状（図４６Ｂ参照）、Ｖ字形状（図４７Ａ及び図４７Ｂ参照）、フィッシュネット形状（図４８Ａ及び図４８Ｂ参照）の共振器を挙げることができる。なお、図４７Ａ及び図４７Ｂは、Meinzer, N., Barnes, W. L., & Hooper, I. R. (2014). Plasmonic meta-atoms and metasurfaces. Nature Photonics, 8(12), 889-898. からの引用である。図４８Ａ及び図４８Ｂは、Ku, Z., Dani, K. M., Upadhya, P. C., & Brueck, S. R. (2009). Bianisotropicnegative-index metamaterial embedded in a symmetric medium. Journal of the OpticalSociety of America B, 26(12), B34.からの引用である。以上の各形状を有する共振器も、上記各実施形態で説明したスプリットリング共振器と同様の材料及び同程度の大きさで構成することができる。なお、メタマテリアルがダブルスプリット共振器を持つ場合にも、上記各実施形態で説明したスプリットリング共振器の配置と磁性体材料の磁化方向との組み合わせと同様の組み合わせを採用することができ、これにより同等以上の効果を得ることができる。

　上述したメタマテリアル１００の具体例のうち、特に３次元状（立体形状）のメタマテリアル１００と導波路との一体化方法として、導波路の構成要素（コアやクラッド）に対して、例えばブロックコポリマー又は混合ポリマー溶液の乾燥による自己組織化を行うことによりメタマテリアル１００を形成してもよいし、導波路の構成要素に対して光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、光溶解性樹脂又は熱溶解性樹脂の３Ｄ印刷を行うことによりメタマテリアル１００を形成してもよいし、導波路の構成要素上へ金属をパターニングして金属細線を形成した後、該金属細線を自発的収縮させることによりメタマテリアル１００を形成してもよいし、導波路の構成要素上に金属によりパターン形成された表面処理部からの金属構造の自発的成長を行うことによりメタマテリアル１００を形成してもよい。

　なお、メタマテリアルの形状によって、対応するME tensorの成分が変わる、すなわちある方向で電場（又は磁場）を印加した場合に誘起される磁化（又は電気分極）の方向はメタマテリアルの形状によって異なる。そこで、電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果、並びに／又は、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、メタマテリアルの形状に応じて、該メタマテリアルが配置され、且つ、磁性体材料の磁化方向が設定されることが好ましい。

　さらに、電磁波に対して少なくとも、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、メタマテリアルの形状に応じて、該メタマテリアルが配置され、且つ、磁性体材料の磁化方向が設定されることが好ましい。この場合に、さらに、電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が更に生じるように、メタマテリアルの形状に応じて、該メタマテリアルが配置され、且つ、磁性体材料の磁化方向が設定されることが好ましい。

　以上説明したように、本技術の各実施形態に係る波動制御装置では、電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果、並びに／又は、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、メタマテリアル１００が配置され、且つ、磁性体材料２００の磁化方向ＭＤが設定されていることが好ましい。これにより、電磁波の制御性を向上することができる。

＜９．本技術の変形例＞
　以上説明した各実施形態に係る波動制御装置は、適宜変更可能である。

　例えば、上記各実施形態の各実施例に係る波動制御装置の構成の一部を相互に矛盾しない範囲内で組み合わせてもよい。

　例えば、波動制御装置は、メタマテリアル及び磁性体材料で構成され、電磁波の導波路の周辺に配置されてもよい。すなわち、波動制御装置は、電磁波の導波路を構成要素に含まなくてもよい。

　上記各実施形態では、メタマテリアルの配置及び磁性体材料の磁化方向をＴＭモードで導波する電磁波をＴＭモードを維持しつつ制御するように（モード整合となるように）組み合わせた場合を例にとって説明したが、メタマテリアルの配置及び磁性体材料の磁化方向をＴＭモードで導波する電磁波をＴＭモードを維持せずに制御するように（モード不整合となるように）組み合わせてもよい。

　例えば、電磁波の導波路は、コアとクラッドとで構成されてもよい。この場合に、コア及び／又はクラッドが、磁性体材料であってもよいし、導波路部材の一部であってもよい。具体的には、電磁波の導波路は、例えば平板状のコアが平板状の２つのクラッドで挟まれたもの（スラブ型）や、コアがクラッドで取り囲まれたもの（埋め込み型）や、コアがクラッドで取り囲まれたものであってコアの一部が外部に露出しているもの（半埋め込み型）や、平板状のコア上にレール状のクラッドが設けられたもの（リッジ型）であってもよい。

　例えば、メタマテリアル及び磁性体材料は、導波路のコアの同一の側面に設けられてもよい。

　例えば、メタマテリアル及び／又は磁性体材料は、導波路のコアの入射端面及び／又は出射端面に設けられてもよい。

　上記各実施形態に係る波動制御装置は、例えば波長変換素子、演算素子、センサ等に適用することもできる。

＜１０．本技術の適用用途＞

　上記各実施形態及び変形例に係る波動制御装置は、上述した用途の他、送受信を行う送受信装置又は受発光を行う受発光装置、小型アンテナ、低背アンテナ、周波数選択フィルタ、人工磁気導体、エレクトロバンドギャップ部材、ノイズ対策部材、アイソレータ、電波レンズ、レーダー部材、光学レンズ、光学フィルム、テラヘルツ用光学素子、電波および光学迷彩・不可視化部材、放熱部材、遮熱部材、蓄熱部材、電磁波の変復調、波長変換等、電磁波反射（電磁波制御）、電磁波透過（電磁波制御）、非線形デバイス、スピーカー、エネルギー吸収材、黒体材、消光材、エネルギー変換材、電波レンズ、光学レンズ、カラーフィルタ、周波数選択フィルタ、電磁波反射材、ビーム位相制御装置、偏光制御素子、光アイソレータ等に適用することもできる。

　なお、本技術では、以下の構成を取ることができる。
（１）メタマテリアルと磁性体材料とを備える、波動制御装置。
（２）電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果、並びに／又は、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、（１）に記載の波動制御装置。
（３）前記電磁波に対して少なくとも、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、（２）に記載の波動制御装置。
（４）前記電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が更に生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、（３）に記載の波動制御装置。
（５）前記電磁波の導波路の周辺に前記メタマテリアルが設けられている、（２）～（４）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（６）前記メタマテリアルは、前記導波路と一体的に設けられている、（５）に記載の波動制御装置。
（７）前記導波路のコアは、前記磁性体材料である、（５）又は（６）に記載の波動制御装置。
（８）前記メタマテリアルは、前記コアの外面に設けられている、（７）に記載の波動制御装置。
（９）前記導波路のコアを含む導波路部材を更に備える、（５）又は（６）に記載の波動制御装置。
（１０）前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記コアの外面に設けられている、（９）に記載の波動制御装置。
（１１）前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記電磁波の伝播経路上に配置されている、（２）～（４）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（１２）前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記電磁波の伝播方向に沿って並べて配置されている、（１１）に記載の波動制御装置。
（１３）前記メタマテリアルは、前記磁性体材料上に設けられている、（１１）又は（１２）に記載の波動制御装置。
（１４）前記電磁波の前進波及び後退波の一方の偏光状態のみが変化するように前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、（１１）～（１３）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（１５）前記電磁波の前進波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差と、前記電磁波の後退波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差とが異なるように前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、（１１）～（１４）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（１６）前記メタマテリアルは、スプリットリング共振器を含み、前記スプリットリング共振器の磁気モーメント方向と前記電磁波の導波方向とが略垂直であり、前記磁気モーメント方向と前記磁性体材料の磁化方向とが略平行である、（２）～（１０）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（１７）前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略平行である、（１６）に記載の波動制御装置。
（１８）前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略垂直である、（１６）に記載の波動制御装置。
（１９）前記メタマテリアルは、スプリットリング共振器を含み、前記スプリットリング共振器の磁気モーメント方向と前記電磁波の導波方向とが略垂直であり、前記磁気モーメント方向と前記磁性体材料の磁化方向とが略垂直である、（２）～（１０）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（２０）前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向及び前記磁化方向のいずれとも略垂直である、（１９）に記載の波動制御装置。
（２１）前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略垂直であり、且つ、前記磁化方向と略平行である、（１９）に記載の波動制御装置。
（２２）前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向及び前記磁化方向のいずれとも略平行である、（１９）に記載の波動制御装置。
（２３）前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略平行であり、且つ、前記磁化方向と略垂直である、（１９）に記載の波動制御装置。
（２４）前記メタマテリアルは、カットワイヤペア共振器、スパイラル共振器、マッシュルーム共振器、Ｖ字共振器及びフィッシュネット共振器のいずれかを含む、（１）～（２３）に記載の波動制御装置。
（２５）前記電磁波は、ＴＭモードで導波する、（２）～（２４）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（２６）前記磁性体材料は、外部磁場により磁化方向が設定される、（１）～（２５）のいずれか１つに記載の波動制御装置。
（２７）（１）～（２６）のいずれか１つに記載の波動制御装置を備える、波長変換素子。
（２８）（１）～（２６）のいずれか１つに記載の波動制御装置を備える、演算素子。
（２９）（１）～（２６）のいずれか１つに記載の波動制御装置を備える、センサ。
（３０）（１）～（２６）のいずれか１つに記載の波動制御装置を備える、偏光制御素子。
（３１）（１）～（２６）のいずれか１つに記載の波動制御装置を備える、光アイソレータ。

　１０、１０－１～１０－５、２０、２０－１～２０－５、３０、３０－１～３０－５、４０、４０－１～４０－５、５０、５０－１～５０－５、６０、６０－１～６０－５：波動制御装置、１００：メタマテリアル、２００：磁性体材料、３００：導波路部材、３００ｂ：コア、ＭＭＤ：磁気モーメント方向、ＷＧＤ：導波方向、ＭＤ：磁化方向、ＳＤ：スプリット方向。

Claims

　メタマテリアルと磁性体材料とを備える、波動制御装置。
　電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果、並びに／又は、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、請求項１に記載の波動制御装置。
　前記電磁波に対して少なくとも、電気磁気効果と磁気光学効果との相互作用が生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、請求項２に記載の波動制御装置。
　前記電磁波に対して電気磁気効果及び磁気光学効果が更に生じるように、前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、請求項３に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアルは、前記電磁波の導波路の周辺に配置されている、請求項２に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアルは、前記導波路と一体的に設けられている、請求項５に記載の波動制御装置。
　前記導波路のコアは、前記磁性体材料である、請求項５に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアルは、前記コアの外面に設けられている、請求項７に記載の波動制御装置。
　前記導波路のコアを含む導波路部材を更に備える、請求項５に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記コアの外面に設けられている、請求項９に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記電磁波の伝播経路上に配置されている、請求項２に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアル及び前記磁性体材料は、前記電磁波の伝播方向に沿って並べて配置されている、請求項１１に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアルは、前記磁性体材料上に設けられている、請求項１２に記載の波動制御装置。
　前記電磁波の前進波及び後退波の一方の偏光状態のみが変化するように前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、請求項１１に記載の波動制御装置。
　前記電磁波の前進波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差と、前記電磁波の後退波の右円偏光及び左円偏光における実効屈折率の差とが異なるように前記メタマテリアルが配置され、且つ、前記磁性体材料の磁化方向が設定されている、請求項１４に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアルは、スプリットリング共振器を含み、
　前記スプリットリング共振器の磁気モーメント方向と前記電磁波の導波方向とが略垂直であり、
　前記磁気モーメント方向と前記磁性体材料の磁化方向とが略平行である、請求項２に記載の波動制御装置。
　前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略平行である、請求項１６に記載の波動制御装置。
　前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略垂直である、請求項１６に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアルは、スプリットリング共振器を含み、
　前記スプリットリング共振器の磁気モーメント方向と前記電磁波の導波方向とが略垂直であり、
　前記磁気モーメント方向と前記磁性体材料の磁化方向とが略垂直である、請求項２に記載の波動制御装置。
　前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向及び前記磁化方向のいずれとも略垂直である、請求項１９に記載の波動制御装置。
　前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略垂直であり、且つ、前記磁化方向と略平行である、請求項１９に記載の波動制御装置。
　前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向及び前記磁化方向のいずれとも略平行である、請求項１９に記載の波動制御装置。
　前記スプリットリング共振器のスプリット方向は、前記導波方向と略平行であり、且つ、前記磁化方向と略垂直である、請求項１９に記載の波動制御装置。
　前記メタマテリアルは、カットワイヤペア共振器、スパイラル共振器、マッシュルーム共振器、Ｖ字共振器及びフィッシュネット共振器のいずれかを含む、請求項２に記載の波動制御装置。
　前記電磁波は、ＴＭモードで導波する、請求項２に記載の波動制御装置。
　前記磁性体材料は、外部磁場により磁化方向が設定される、請求項２に記載の波動制御装置。
　請求項１に記載の波動制御装置を備える、波長変換素子。
　請求項１に記載の波動制御装置を備える、演算素子。
　請求項１に記載の波動制御装置を備える、センサ。
　請求項１に記載の波動制御装置を備える、偏光制御素子。
　請求項１に記載の波動制御装置を備える、光アイソレータ。