マイクロ波誘導熱音響イメージングにおける受動的ビームフォーミングメタサーフェスに関する研究 学術的背景 マイクロ波誘導熱音響イメージング（Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging, MTAI）は、マイクロ波と超音波イメージングの利点を組み合わせた新しい医療イメージング技術です。この技術では、マイクロ波パルスが生体組織に照射されると、組織は電磁エネルギーを吸収して熱膨張を起こし、これにより超音波（すなわち熱音響信号）が生成されます。これらの信号は組織内部の形態および機能情報を含んでいます。MTAIは非侵襲性で高解像度、深部浸透性、高コントラストといった利点があり、そのため乳がんスクリーニング、脳画像、関節画像などの分野で広く応用されています。しかし、イメ...

超容量完全ベクトル渦ビームの実現 研究背景と問題提起 光学渦（Optical Vortex）は、その独特な軌道角運動量（Orbital Angular Momentum, OAM）特性により、光学多重化、粒子操作、イメージング、ホログラフィックディスプレイ、光通信、光学暗号化などの分野で大きな応用可能性を示しています。しかし、従来の渦ビームは通常、グローバル位相変調方式を使用して生成され、その位相荷（Topological Charge, TC）が単一で強度分布が均一であるため、空間情報のさらなる活用が制限されています。また、偏光などの自由度を導入して情報容量を増やそうとする試みもありますが、局所的な空間強度情報は依然として十分に探索されていません。 この制限を突破するため、清華大学深セン国...

高利得マルチバンド円偏波二層メタサーフェスパッチアレイアンテナの設計研究 学術的背景と研究動機 テラヘルツ（Terahertz, THz）帯通信は、近年、無線通信システムにおける帯域幅拡大の可能性により大きな注目を集めています。しかし、テラヘルツシステムの応用には多くの課題があり、信号減衰や帯域不足が主な問題となっています。これらの問題を解決するために、高性能アンテナの設計が鍵となります。従来のマイクロストリップアンテナはシンプルな設計ですが、狭帯域で低利得という特徴があり、テラヘルツ帯での応用が制限されています。さらに、円偏波（Circular Polarization, CP）技術は、送信機と受信機間の偏波ミスマッチを効果的に減少させ、通信品質を向上させることが可能です。 これらの課題に...

複数バンド反射型メタサーフェスによる効率的な直線および円偏光変換 研究背景と問題提起 現代の通信、レーダーシステム、リモートセンシング技術において、電磁波の偏光制御は重要な技術です。電磁波の偏光状態を操作することで、信号伝送品質の最適化、干渉の低減、システム全体の性能向上が可能となります。従来の偏光変換装置は通常、体積が大きく効率も限られていますが、近年登場したメタサーフェス（Metasurface）技術はこの問題に対する新しい解決策を提供します。メタサーフェスは、サブ波長スケールの「メタ原子」アレイで構成される2次元メタマテリアルであり、ナノレベルの精度で光や電磁波の特性を制御できます。 しかし、これまでの研究では、単一または二重周波数帯域での偏光変換能力について議論されてきましたが、複数...

動的3Dメタサーフェスホログラフィー：カスケード型ポリマー分散液晶を用いた革新的研究 学術的背景 メタサーフェス（Metasurface）は、2次元のサブ波長構造を持つ光場の位相と振幅を局所的に変調する技術であり、小型化光学デバイスの設計に新たな解決策を提供しています。しかし、既存のメタサーフェスホログラフィー技術は静的特性に限定されており、リアルタイムでの動的変調ができないため、インテリジェントディスプレイシステムへの応用が制限されています。動的3Dホログラフィックディスプレイの要求を満たすために、研究者たちは多重化メタサーフェス、構造変更メタサーフェス、および統合メタサーフェスを含む複数のアクティブメタサーフェス技術を探求してきました。その中で、液晶（Liquid Crystal, LC...