レンズ形状を変えずに焦点距離を変えるテラヘルツレンズ ―三次元バルクメタマテリアルで実現、6Gなどへの応用に期待―

2026-03-19 東北大学

東北大学の研究チームは、三次元バルクメタマテリアルを用いて、レンズ形状を変えずに焦点距離を調整できるテラヘルツレンズを開発した。シリコン微粒子を樹脂中に分散させ、その濃度(0~25%)を制御することで屈折率を変化させ、焦点距離を約33mmから24mmまで可変にできることを実証した。従来は形状変更が必要だった焦点制御を材料設計で実現した点が特徴である。本技術は設計自由度の低かったテラヘルツ光学素子の性能向上に寄与し、6G通信、非破壊検査、医療診断など幅広い分野への応用が期待される。

レンズ形状を変えずに焦点距離を変えるテラヘルツレンズ ―三次元バルクメタマテリアルで実現、6Gなどへの応用に期待―
図1. 三次元バルクメタマテリアルによるテラヘルツレンズの概念図
(a) シリコン微粒子を透明樹脂中に分散させた三次元バルクメタマテリアルによるテラヘルツレンズの概念図。
(b) シリコン微粒子分散材料の有効媒質モデル。

<関連情報>

シリコン微粒子分散レンズを用いたテラヘルツ帯における実効屈折率調整 Effective refractive index tuning in the terahertz range using silicon microparticle-dispersed lenses

Shun Wakiuchi, Yoshiaki Kanamori
Optics & Laser Technology  Available online: 13 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2026.115096

Highlights

  • Tunable terahertz refractive indices achieved using Si microparticle dispersions.
  • Si-MPDLs with 0–25 vol% Si show clear shifts in refractive index and focal length.
  • Higher Si concentration shortens focal length at both 0.10 and 0.15 THz.
  • Si dispersion exhibits minimal polarization dependence in terahertz operation.
  • Refractive-index tunability supports optics for Beyond 5G/6G communication bands.

Abstract

In this study, a silicon microparticle-dispersed lens (Si-MPDL) was developed for controlling terahertz waves. The lens material was a dispersion of Si microparticles that we had previously created and used to achieve refractive-index control in the terahertz region. By adjusting the Si concentration in the dispersion, we were able to tune the effective refractive index between those of silicon and cyclo-olefin polymer (COP). Since the material also exhibits minimal polarization dependence, it is a promising optical material for the terahertz region, where suitable natural refractive-index materials are scarce. In this study, we fabricated Si-MPDLs of identical shape but with different Si concentrations and measured their focal lengths at 0.10 and 0.15 THz. The measured focal lengths agreed with the theoretical expectation that higher Si concentrations should yield shorter focal lengths, confirming that the effective refractive index is controllable. These results demonstrate that Si microparticle dispersions have strong potential for use in lenses and other terahertz optical elements.

0403電子応用
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