プラズモニックメタマテリアル吸収体の解析

金や銀などの金属ナノ構造(光の波長より小さな構造)に光を照射すると、ナノ構造内の自由電子の集団振動(プラズモン)が発生します。このとき電荷の分布が生じることでナノ構造表面に局所的な電界が生じ、近接場光が局在します。この現象はプラズモン共鳴と呼ばれており、この時の共鳴周波数はナノ構造の形状などに依存します。

本事例では金属(Metal)-誘電体(絶縁体)層(Insulator)-金属(Metal)のMIM構造による金属ナノ構造に対し、垂直および斜めに光を入射した時の振る舞いを計算し、入射角度に対してロバストな特性を持つ吸収体の解析を行います。
FDTDソルバを用いてMIM構造に平面波を入射し、その透過率Tと反射率Rを評価します。またA=1-(R+T)として構造による損失を評価します。計算により得られるスペクトルから、特定の波長で吸収のピークが見られることを確認できます。またその時の構造内における任意の断面における電場や磁場の分布を確認することできます。 さらに、斜め入射光に対して同様の解析を行い角度と波長に対する吸収率の変化を解析します。こちらの解析は、BFASTと呼ばれる固定角度入射光源の手法を利用することで、ブロードバンドの入射光に対しても設定した入射角度に対する解析が可能です。そのため効率的に入射角度特性の解析を行う事ができます。解析の結果から、入射角度が0から60度に変化する間、吸収のピーク波長がほぼ一定を保っており、入射角度に対してロバストな特性を持っていることを確認できます。

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