メタサーフェス

metasurface

波長より小さい寸法の光アンテナ(ナノ構造)を平面上に配列し、その形状と配置によって光の振幅や位相を制御する平面光学素子。従来の屈折レンズが担ってきた集光などの機能を極めて薄い平板で実現でき、半導体の微細加工技術で製造できる点が特徴である。色収差の補正が主要な技術課題となる。

詳細

概要

メタサーフェスは、サブ波長寸法の光アンテナを平面上に配列した光学デバイスである。個々のアンテナ(メタアトム)の形状と配置を設計することで、振幅、位相、さらには周波数といった光学特性を調整できる。特に、面内に位相勾配を作って波面を制御する機能が中核にある。

技術的な要点

メタサーフェスで構成したレンズはメタレンズと呼ばれ、極めて薄い集光素子として機能する。誘電体材料を用いたメタレンズでは非常に高い集光効率が得られている。球面を削り出す必要があり重量も大きい従来の屈折レンズと異なり、平坦な基板上の微細加工で作れる。従来のエシェレットレンズが原理的に抱える影の効果(シャドーイング)も回避できる。一方、色収差は回折光学素子に共通する基本的な現象であり、その補正はメタレンズにとって主要な要件である。分散を設計に織り込む方法や空間多重化などの対策が検討されている。

産業での位置づけ

半導体の微細加工技術で製造できるため、レンズを研磨・組み立てる従来の光学部品産業とは異なるサプライチェーンに乗る。薄型化と量産性が価値になる用途、すなわちカメラモジュール、測距、AR/VR向け光学系などが応用の中心となる。広帯域での色収差補正と、大口径化した際の効率維持が実用上の論点である。