臨界角近傍の入射角の変化による光強度の大変化とその応用

摘要

屈折率（n＞1）が同じ2つの誘電体領域で幅（d）の真空（空気）ギャップを挟んだ光学系に、2つの光を両誘電体領域から真空ギャップに向けて入射するモデルを使って、入射角を臨界角近傍で変化させた場合の出力強度の変化をマクスウェル方程式の厳密解に基づいて計算した。入射角が臨界角を越えて変化する場合（ケースA）、入射角の最大変化に対して出力強度が0から入射光の強度程度まで変化するようなギャップ幅（d_1）が波長よりも大きい場合に存在することを理論的に示した。また、入射角が臨界角未満の領域で変化する場合（ケースB）、入射角の変化が臨界角を越える場合よりも小さいが、出力強度の変化の最小値が0で、最大値がケースAよりも大きくなるようなギャップ幅（d_2）が存在することも、理論的に示した。このような入射角変化とギャップ幅を用いることで、新たな機構の光変調デバイスができる可能性を提案する。%We have theoretically analyzed, based on an exact solution for Maxwell's equations, the electromagnetic field of an optical system consisting of two uniform dielectric regions of the same refractive index (n > 1) separated by a flat and parallel gap of air/vacuum between them. There exist two input lights towards the gap and two output lights away from the gap. We have shown that when the incident angle changes from just under to above the critical angle and vice versa (case A), there exist a gap width d, which is larger than the wavelength, such that one of the output intensity changes from 0 to approximately the same intensty as the incident intensity. Moreover, we have also shown that when the incident angle changes under the critical angle (case B), there exists a gap width d_2, which is larger than d_1, such that the minimum output intensity is 0 and the maximam output intensity is larger than the maximum value in case A. Using such properties, we propose several new optical modulation schemes.