特表 2024-530683 光電変換装置、電磁波検出装置、光電変換方法、及び、電磁波検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-08-23

(54)【発明の名称】光電変換装置、電磁波検出装置、光電変換方法、及び、電磁波検出方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 40/06 20060101AFI20240816BHJP

   H01J 40/12 20060101ALI20240816BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20240816BHJP

   G01J 1/02 20060101ALN20240816BHJP

【ＦＩ】

H01J40/06

H01J40/12

H01Q21/08

G01J1/02 C

G01J1/02 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024508577

(86)(22)【出願日】2022-08-05

(85)【翻訳文提出日】2024-02-09

(86)【国際出願番号】 EP2022072070

(87)【国際公開番号】W WO2023016936

(87)【国際公開日】2023-02-16

(31)【優先権主張番号】21190595.5

(32)【優先日】2021-08-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】522312399

【氏名又は名称】デンマークス テクニスケ ユニベルシテット

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100206966

【弁理士】

【氏名又は名称】崎山 翔一

(72)【発明者】

【氏名】河合 直弥

(72)【発明者】

【氏名】吉新 英朗

(72)【発明者】

【氏名】ランゲ サイモン レインコーフ

(72)【発明者】

【氏名】イェプセン ピーター ウドゥ

【テーマコード（参考）】

2G065

5J021

【Ｆターム（参考）】

2G065AA04

2G065AB03

2G065BA18

2G065BA40

2G065DA08

5J021AA07

5J021AB02

5J021JA10

(57)【要約】

光電変換装置において、電位制御部は、メタサーフェスに付与する電位を制御する。メタサーフェスは、互いに離間した複数のパターンを含んでいる。複数のパターンは、アンテナ部と、少なくとも一つのバイアス部とを含んでいる。アンテナ部は、所定方向に延在していると共に電磁波の入射に応じて電子を放出する。少なくとも一つのバイアス部は、アンテナ部に面している。電位制御部は、複数のパターンに付与する電位を制御することによって、第一状態と第二状態とを切り替える。第一状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は正である。第二状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は負である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁波の入射に応じて電子を放出するメタサーフェスを有する電子放出部材と、
前記メタサーフェスに付与する電位を制御する電位制御部と、を備えており、
前記メタサーフェスは、互いに離間した複数のパターンを含んでおり、
前記複数のパターンは、所定方向に延在していると共に前記電磁波の入射に応じて電子を放出するアンテナ部と、前記アンテナ部に面している少なくとも一つのバイアス部と、を含んでおり、
前記電位制御部は、前記複数のパターンに付与する電位を制御することによって、前記バイアス部から前記アンテナ部に向かう電界の前記所定方向における成分が正である第一状態と、前記バイアス部から前記アンテナ部に向かう電界の前記所定方向における成分が負である第二状態と、を切り替える、光電変換装置。

【請求項2】

前記アンテナ部は、前記所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでおり、
前記バイアス部は、前記第一先端に面している第一バイアス部と、前記第二先端に面している第二バイアス部とを含んでおり、
前記第一状態において、前記第一先端から前記第一バイアス部に向かう電界の前記所定方向における成分は正であると共に前記第二バイアス部から前記第二先端に向かう電界の前記所定方向における成分は正であり、
前記第二状態において、前記第一バイアス部から前記第一先端に向かう電界の前記所定方向における成分は負であると共に前記第二先端から前記第二バイアス部に向かう電界の前記所定方向における成分は負である、請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項3】

前記アンテナ部は、前記所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでおり、
前記バイアス部は、前記第一先端に面している第一バイアス部と、前記第二先端に面している第二バイアス部とを含んでおり、
前記第一及び第二先端、並びに、前記第一及び第二バイアス部は、前記所定方向において、前記第二バイアス部、前記第二先端、前記第一先端、前記第一バイアス部の順に配置されており、
前記第一状態において、前記第一バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも低く、前記第二バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも高く、
前記第二状態において、前記第一バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも高く、前記第二バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも低い、請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項4】

前記複数のパターンは、互いに離間している第一線形状部と第二線形状部とを含んでおり、
前記第一及び第二線形状部は、前記所定方向に延在していると共に前記所定方向において互いに面しており、
前記第一状態において、前記第一線形状部は前記アンテナ部を構成し、前記第二線形状部は前記バイアス部を構成し、
前記第二状態において、前記第一線形状部は前記バイアス部を構成し、前記第二線形状部は前記アンテナ部を構成する、請求項１に記載の光電変換装置。

【請求項5】

気密に封止されていると共に電磁波を透過する窓部を有しているハウジングをさらに備え、
前記電子放出部材は、前記ハウジング内に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の光電変換装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載の光電変換装置と、
前記電子放出部材から放出された電子を検出する検出部と、
前記第一状態における前記検出部の検出結果に基づいて前記電磁波の電界強度の正の前記所定方向の成分に関する情報を演算し、前記第二状態における前記検出部の検出結果に基づいて前記電磁波の電界強度の負の前記所定方向の成分に関する情報を演算する演算部と、を備えている、電磁波検出装置。

【請求項7】

所定方向に延在しているアンテナ部と前記アンテナ部に面している少なくとも一つのバイアス部とを含む複数のパターンを含んでいるメタサーフェスを用いて、前記バイアス部から前記アンテナ部に向かう電界の前記所定方向における成分が正であるように電位を前記メタサーフェスに付与した第一状態において、前記メタサーフェスへの測定対象の電磁波の入射に応じて前記アンテナ部から電子を放出させる第一電子放出ステップと、
前記バイアス部から前記アンテナ部に向かう電界の前記所定方向における成分が負であるように電位を前記メタサーフェスに付与した第二状態において、前記メタサーフェスへの測定対象の電磁波の入射に応じて前記アンテナ部から電子を放出させる第二電子放出ステップと、を備えている、光電変換方法。

【請求項8】

前記アンテナ部は、前記所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでおり、
前記バイアス部は、前記第一先端に面している第一バイアス部と、前記第二先端に面している第二バイアス部とを含んでおり、
前記第一電子放出ステップにおいて、前記第一先端から前記第一バイアス部に向かう電界の前記所定方向における成分が正であると共に前記第二バイアス部から前記第二先端に向かう電界の前記所定方向における成分が正であるように前記メタサーフェスに電位が付与され、
前記第二電子放出ステップにおいて、前記第一バイアス部から前記第一先端に向かう電界の前記所定方向における成分が負であると共に前記第二先端から前記第二バイアス部に向かう電界の前記所定方向における成分が負であるように前記メタサーフェスに電位が付与される、請求項７に記載の光電変換方法。

【請求項9】

前記アンテナ部は、前記所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでおり、
前記バイアス部は、前記第一先端に面している第一バイアス部と、前記第二先端に面している第二バイアス部とを含んでおり、
前記第一及び第二先端、並びに、前記第一及び第二バイアス部は、前記所定方向において、前記第二バイアス部、前記第二先端、前記第一先端、前記第一バイアス部の順に配置されており、
前記第一電子放出ステップにおいて、前記第一バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも低く、前記第二バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも高く、
前記第二電子放出ステップにおいて、前記第一バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも高く、前記第二バイアス部に付与される電位は前記アンテナ部に付与される電位よりも低い、請求項７に記載の光電変換方法。

【請求項10】

前記複数のパターンは、互いに離間している第一線形状部と第二線形状部とを含んでおり、
前記第一及び第二線形状部は、前記所定方向に延在していると共に前記所定方向において互いに面しており、
前記第一電子放出ステップにおいて、前記第一線形状部は前記アンテナ部を構成し、前記第二線形状部は前記バイアス部を構成し、
前記第二電子放出ステップにおいて、前記第一線形状部は前記バイアス部を構成し、前記第二線形状部は前記アンテナ部を構成する、請求項７に記載の光電変換方法。

【請求項11】

請求項７から１０のいずれか一項における光電変換方法を備えた電磁波検出方法であって、
前記第一電子放出ステップにおいて電子放出部材から放出された電子を検出する第一検出ステップと、
前記第二電子放出ステップにおいて電子放出部材から放出された電子を検出する第二検出ステップと、
前記第一状態における前記第一検出ステップの検出結果に基づいて、前記電磁波の電界強度の正の前記所定方向の成分に関する情報を演算する第一演算ステップと、
前記第二状態における前記第二検出ステップの検出結果に基づいて、前記電磁波の電界強度の負の前記所定方向の成分に関する情報を演算する第二演算ステップと、をさらに備えている、電磁波検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の一側面は、光電変換装置、電磁波検出装置、光電変換方法、及び、電磁波検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子放出には、たとえば、熱電子放出、光電子放出、二次放出、及び、電子放出の４つのタイプがある。熱電子放出は、電極を熱することによって生じる。光電子放出は、光子の照射によって生じる。二次放出は、光速電子の衝突によって生じる。電界放出は、静電界の存在下で生じる。米国２０１６／０２１６２０１号公報は、電磁波を検出する電磁波検出システムを示している。このシステムは、電磁波を電子に変換する光電変換装置を含んでいる。光電変換装置は、メタマテリアル構造を有している電子放出部材を備えている。このシステムは、電子放出部材に入射した電磁波を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国２０１６／０２１６２０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記光電変換装置の電子放出部材は、電磁波の入射に応じて電子を放出する。上記システムは、電子放出部材から放出された電子に基づいて、入射した電磁波を検出する。上記システムによれば、例えば、テラヘルツ波が検出され得る。しかし、このシステムを用いても電磁波の電界強度を極性ごとに測定することはできない。「極性」は、例えば、所定方向における正の成分と負の成分とのそれぞれを示す。

【0005】

テラヘルツ波の波形の検出する技術として、テラヘルツ時間領域分光（ＴＨｚ－ＴＤＳ：Terahertz TimeDomain Spectroscopy）を用いた電気光学（ＥＯ：Electro-Optic）サンプリングが知られている。この技術によれば、電磁波の電界強度が極性ごとに測定され得る。しかし、この技術を用いたシステムは、測定する電磁波とは別にレーザの入射を要すると共にプリズム、ミラー、及びレンズを用いた複雑な光学系を要する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面は、簡易な構成でありながら、電磁波の電界強度の極性ごとの測定を実現し得る光電変換装置を提供することを目的とする。本開示の別の側面は、簡易な構成でありながら、電磁波の電界強度を極性ごとに測定できる電磁波検出装置を提供することを目的とする。本開示のさらに別の側面は、電磁波の電界強度の極性ごとの測定を容易に実現し得る光電変換方法を提供することを目的とする。本開示の別の側面は、電磁波の電界強度を極性ごとに容易に測定できる電磁波検出方法を提供することを目的とする。

【0007】

本開示の一側面における光電変換装置は、電子放出部材と、電位制御部とを備えている。電子放出部材は、電磁波の入射に応じて電子を放出するメタサーフェスを有している。電位制御部は、メタサーフェスに付与する電位を制御する。メタサーフェスは、互いに離間した複数のパターンを含んでいる。複数のパターンは、アンテナ部と、少なくとも一つのバイアス部とを含んでいる。アンテナ部は、所定方向に延在していると共に電磁波の入射に応じて電子を放出する。少なくとも一つのバイアス部は、アンテナ部に面している。電位制御部は、複数のパターンに付与する電位を制御することによって、第一状態と第二状態とを切り替える。第一状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は正である。第二状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は負である。

【0008】

この光電変換装置において、電位制御部による電位の制御によって、バイアス部からアンテナ部に向かう電界が制御される。測定対象の電磁波がメタサーフェスに入射すると、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の影響によって、アンテナ部から電子が放出される。第一状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は正である。このため、第一状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子がアンテナ部から放出される。第二状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は負である。このため、第二状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子がアンテナ部から放出される。したがって、この光電変換装置は、簡易な構成でありながら、第一状態と第二状態とのそれぞれにおいてメタサーフェスから放出された電子の検出によって、メタサーフェスに入射した電磁波の電界強度の極性ごとの測定を実現できる。

【0009】

上記一側面において、アンテナ部は、所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでいてもよい。バイアス部は、第一バイアス部と第二バイアス部とを含んでいてもよい。第一バイアス部は、第一先端に面していてもよい。第二バイアス部は、第二先端に面していてもよい。第一状態において、第一先端から第一バイアス部に向かう電界の所定方向における成分は正であると共に第二バイアス部から第二先端に向かう電界の所定方向における成分は正であってもよい。第二状態において、第一バイアス部から第一先端に向かう電界の所定方向における成分は負であると共に第二先端から第二バイアス部に向かう電界の所定方向における成分は負であってもよい。この場合、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子が第二先端から放出され、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子が第一先端から放出される。第一状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子が第二先端から放出される。第一状態において、第一先端からの電子の放出は抑制される。第二状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子が第一先端から放出される。第二状態において、第二先端からの電子の放出は抑制される。

【0010】

上記一側面において、アンテナ部は、所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでいてもよい。バイアス部は、第一先端に面している第一バイアス部と、第二先端に面している第二バイアス部とを含んでいてもよい。第一及び第二先端、並びに、第一及び第二バイアス部は、所定方向において、第二バイアス部、第二先端、第一先端、第一バイアス部の順に配置されていてもよい。第一状態において、第一バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも低く、第二バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも高くてもよい。第二状態において、第一バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも高く、第二バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも低くてもよい。この場合、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子が第二先端から放出され、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子が第一先端から放出される。第一状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、第二バイアス部と第二先端との電位差に起因する電界によって第二先端から電子が放出される。第一状態において、第一先端からの電子の放出は、第一バイアス部と第一先端との電位差に起因する電界によって抑制される。第二状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、第一バイアス部と第一先端との電位差に起因する電界によって第一先端から電子が放出される。第二状態において、第二バイアス部と第二先端との電位差に起因する電界によって第二先端からの電子の放出は抑制される。

【0011】

上記一側面において、複数のパターンは、互いに離間している第一線形状部と第二線形状部とを含んでいてもよい。第一及び第二線形状部は、所定方向に延在していると共に所定方向において互いに面していてもよい。第一状態において、第一線形状部はアンテナ部を構成し、第二線形状部はバイアス部を構成してもよい。第二状態において、第一線形状部はバイアス部を構成し、第二線形状部はアンテナ部を構成してもよい。この光電変換装置は、さらに簡易な構成でありながら、電磁波の電界強度の極性ごとの測定を実現し得る。

【0012】

上記一側面において、光電変換装置は、気密に封止されていると共に電磁波を透過する窓部を有しているハウジングをさらに備えていてもよい。電子放出部材は、ハウジング内に配置されていてもよい。この場合、ハウジング内を真空にする又はハウジング内にガスを充填することによって、電磁波の入射に応じた電子の放出量が向上し得る。

【0013】

本開示の別の側面における電磁波検出装置は、上述した光電変換装置と、検出部と、演算部とを備えている。検出部は、電子放出部材から放出された電子を検出する。演算部は、第一状態における検出部の検出結果に基づいて電磁波の電界強度の正の所定方向の成分に関する情報を演算する。演算部は、第二状態における検出部の検出結果に基づいて電磁波の電界強度の負の所定方向の成分に関する情報を演算する。この場合、この電磁波検出装置は、簡易な構成でありながら、電磁波の電界強度を極性ごとに測定できる。

【0014】

本開示のさらに別の側面における光電変換方法は、第一電子放出ステップと、第二電子放出ステップとを備えている。第一及び第二電子放出ステップにおいて、メタサーフェスが用いられる。メタサーフェスは、所定方向に延在しているアンテナ部とアンテナ部に面している少なくとも一つのバイアス部とを含む複数のパターンを含んでいる。第一電子放出ステップにおいて、第一状態において、メタサーフェスへの測定対象の電磁波の入射に応じてアンテナ部から電子が放出される。第一状態は、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分が正であるように電位をメタサーフェスに付与した状態である。第二電子放出ステップにおいて、第二状態において、メタサーフェスへの測定対象の電磁波の入射に応じてアンテナ部から電子が放出される。第二状態は、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分が負であるように電位をメタサーフェスに付与した状態である。

【0015】

この光電変換方法において、測定対象の電磁波がメタサーフェスに入射すると、第一状態及び第二状態のそれぞれにおける電界の影響によって、アンテナ部から電子が放出される。第一状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は正である。このため、第一状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子がアンテナ部から放出される。第二状態において、バイアス部からアンテナ部に向かう電界の所定方向における成分は負である。このため、第二状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子がアンテナ部から放出される。したがって、第一状態と第二状態とのそれぞれにおいてメタサーフェスから放出された電子の検出によって、メタサーフェスに入射した電磁波の電界強度の極性ごとの測定が容易に実現され得る。

【0016】

上記別の側面において、アンテナ部は、所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでいてもよい。バイアス部は、第一バイアス部と第二バイアス部とを含んでいてもよい。第一バイアス部は、第一先端に面していてもよい。第二バイアス部は、第二先端に面していてもよい。第一電子放出ステップにおいて、第一先端から第一バイアス部に向かう電界の所定方向における成分は正であると共に第二バイアス部から第二先端に向かう電界の所定方向における成分は正であるようにメタサーフェスに電位が付与される。第二電子放出ステップにおいて、第一バイアス部から第一先端に向かう電界の所定方向における成分は負であると共に第二先端から第二バイアス部に向かう電界の所定方向における成分は負であるようにメタサーフェスに電位が付与される。この場合、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子が第二先端から放出され、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子が第一先端から放出される。第一状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子が第二先端から放出される。第一状態において、第一先端からの電子の放出は抑制される。第二状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子が第一先端から放出される。第二状態において、第二先端からの電子の放出は抑制される。

【0017】

上記別の側面において、アンテナ部は、所定方向において互いに異なる位置に配置されている第一及び第二先端を含んでいてもよい。バイアス部は、第一バイアス部と第二バイアス部とを含んでいてもよい。第一バイアス部は、第一先端に面していてもよい。第二バイアス部は、第二先端に面していてもよい。第一及び第二先端、並びに、第一及び第二バイアス部は、所定方向において、第二バイアス部、第二先端、第一先端、第一バイアス部の順に配置されていてもよい。第一電子放出ステップにおいて、第一バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも低く、第二バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも高くてもよい。第二電子放出ステップにおいて、第一バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも高く、第二バイアス部に付与される電位はアンテナ部に付与される電位よりも低くてもよい。この場合、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子が第二先端から放出され、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子が第一先端から放出される。第一状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の正の上記所定方向成分に応じて電子が第二先端から放出される。第一状態において、第一先端からの電子の放出は抑制される。第二状態においてメタサーフェスに電磁波が入射すると、入射した電磁波の電界強度の負の上記所定方向成分に応じて電子が第一先端から放出される。第二状態において、第二先端からの電子の放出は抑制される。

【0018】

上記別の側面において、複数のパターンは、互いに離間している第一線形状部と第二線形状部とを含んでいてもよい。第一及び第二線形状部は、所定方向に延在していると共に所定方向において互いに面していてもよい。第一電子放出ステップにおいて、第一線形状部はアンテナ部を構成し、第二線形状部はバイアス部を構成してもよい。第二電子放出ステップにおいて、第一線形状部はバイアス部を構成し、第二線形状部はアンテナ部を構成してもよい。この光電変換方法は、電磁波の電界強度の極性ごとの測定をさらに容易に実現し得る。

【0019】

本開示のさらに別の側面における電磁波検出方法は、上述した光電変換方法を備えている。この電磁波検出方法は、第一検出ステップと、第二検出ステップと、第一演算ステップと、第二演算ステップとをさらに備えている。第一検出ステップでは、第一電子放出ステップにおいて電子放出部材から放出された電子が検出される。第二検出ステップでは、第二電子放出ステップにおいて電子放出部材から放出された電子が検出される。第一演算ステップでは、第一状態における第一検出ステップの検出結果に基づいて、電磁波の電界強度の正の所定方向の成分に関する情報が演算される。第二演算ステップでは、第二状態における第二検出ステップの検出結果に基づいて、電磁波の電界強度の負の所定方向の成分に関する情報が演算される。この場合、この電磁波検出方法は、電磁波の電界強度を極性ごとに容易に測定できる。

【0020】

本開示の一側面によれば、簡易な構成でありながら、電磁波の電界強度の極性ごとの測定を実現し得る光電変換装置を提供することが可能となる。本開示の別の側面によれば、簡易な構成でありながら、電磁波の電界強度を極性ごとに測定できる電磁波検出装置を提供することが可能となる。本開示のさらに別の側面によれば、電磁波の電界強度の極性ごとの測定を容易に実現し得る光電変換方法を提供することが可能となる。本開示の別の側面によれば、電磁波の電界強度を極性ごとに容易に測定できる電磁波検出方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本実施形態における電磁波検出装置の概略図である。

【図2】図２は、光電変換装置の模式図である。

【図3】図３は、光電変換装置の模式図である。

【図4】（ａ）は、光電変換装置の動作を説明するための図である。（ｂ）は、光電変換装置の動作を説明するための図である。

【図5】図５は、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図6】（ａ）は、本実施形態の変形例における光電変換装置の動作を説明するための図である。（ｂ）は、本実施形態の変形例における光電変換装置の動作を説明するための図である。

【図7】図７は、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。

【図8】（ａ）は、本実施形態の変形例における光電変換装置の動作を説明するための図である。（ｂ）は、本実施形態の変形例における光電変換装置の動作を説明するための図である。

【図9】図９は、電磁波検出方法のフローチャートである。

【図10】（ａ）は、電磁波検出装置に入射する電磁波の電界の波形を示す図である。（ｂ）は、電磁波検出装置に入射する電磁波の電界の検出結果を示す図である。（ｃ）は、電磁波検出装置に入射する電磁波の電界の検出結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

【0023】

まず、図１を参照して、本実施形態における電磁波検出装置の構成を説明する。図１は、本実施形態における電磁波検出装置の概略図である。

【0024】

電磁波検出装置１は、入射した電磁波を検出する。電磁波検出装置１は、光電変換装置２を含んでいる。光電変換装置２は、電磁波の入射に応じて電子を放出する。本明細書において、「光」は、可視光以外の電磁波を含んでいる。本実施形態では、電磁波検出装置１は、電磁波の入射に応じて光電変換装置２から放出された電子に基づいて、入射した電磁波を検出する。光電変換装置２は、例えば、いわゆるミリ波から赤外光の波長の範囲の電磁波が入射されることによって、電子を放出する。ミリ波から赤外光の波長の範囲は、例えば、０．０１～１５０ＴＨｚ程度の周波数域に相当する。本明細書において、「波長の範囲」は、互いに分離した複数の波長域の範囲を含んでいてもよいし、一つの連続した波長域の範囲であってもよい。光電変換装置２は、例えば、電界放出（フィールドエミッション）によって電子を放出する。

【0025】

電磁波検出装置１は、例えば、電磁波の入射に応じて電気信号を出力する電子管である。例えば、電磁波検出装置１は、電子管の内部において、電磁波の入射に応じて電子を放出し、放出された電子を検出し、検出結果に基づく電気信号を出力する。電子管は、例えば、光電子増倍管（Photomultiplier Tube：ＰＭＴ）である。電磁波検出装置１は、電磁波が入射した場合に内部で電子を放出し、放出された電子を増倍する。本実施形態の変形例として、電磁波検出装置１は、電子管内に電子を検出する構成を備えていなくてもよい。換言すれば、電磁波検出装置１は、電磁波の入射に応じて電子を外部に放出する電子管を光電変換装置２として備え、この電子管の外部に電子管から放出された検出する検出部を備えていてもよい。

【0026】

電磁波検出装置１は、ハウジング１０と、電子放出部材２０と、保持部材３０と、電子増倍部４０と、電子収集部５０と、電源部６０と、演算部７０と、を備えている。電子放出部材２０、保持部材３０、電子増倍部４０及び電子収集部５０は、ハウジング１０内に配置されている。光電変換装置２は、ハウジング１０と、電子放出部材２０と、電源部６０とを備え、電磁波検出装置１の一部を構成している。

【0027】

ハウジング１０は、バルブ１１及びステム１２を有している。ハウジング１０の内部は、バルブ１１とステム１２とによって気密に封止されている。本実施形態において、ハウジング１０の内部は真空に保持されている。ハウジング１０内の真空は、絶対真空でなくてもよく、大気圧よりも低い圧力の気体で満たされた状態であってもよい。例えば、ハウジング１０の内部は、１×１０^－４～１×１０^－７Ｐａに保持される。

【0028】

バルブ１１は、電磁波透過性を有する窓部１１ａを含んでいる。本明細書において、「電磁波透過性」とは、入射した電磁波の波長の範囲の少なくとも一部の波長の範囲が透過する性質をいう。本実施形態において、ハウジング１０は円筒形状を有している。ハウジング１０は、図１に示されているようにＸ軸方向に延在する。ステム１２は、ハウジング１０の底面を構成している。ステム１２は、例えば、ハウジング１０のＸ軸方向における一方の端面を構成している。バルブ１１は、ハウジング１０の側面及びステム１２に面している底面を構成している。

【0029】

窓部１１ａは、ステム１２に面している底面を構成している。窓部１１ａは、例えば、Ｘ軸方向から見て、ＹＺ軸方向を径方向とする円形状を呈している。電磁波の透過率の周波数特性は、材料に応じて異なる。このため、窓部１１ａは、ハウジング１０に入射する電磁波の周波数域に応じた最適な材料によって構成される。例えば、窓部１１ａは、例えば、石英、シリコン、ゲルマニウム、サファイア、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化カルシウム、酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、ダイアモンド、及びカルコゲナイドガラスから選択される少なくとも１種を含む。これにより、ミリ波から赤外光のうち任意の周波数域の電磁波をハウジング１０の内部に導くことができる。例えば、石英は０．１～５ＴＨｚ、シリコンは０．０４～１１ＴＨｚ及び４６ＴＨｚ以上、フッ化マグネシウムは４０ＴＨｚ以上、ゲルマニウムは１３ＴＨｚ以上、セレン化亜鉛は１４ＴＨｚ以上の周波数域を有する電磁波を透過する部材の材料に適している。

【0030】

ハウジング１０は、ハウジング１０の外部と内部との電気的な接続を可能とする複数の配線１３をさらに有している。複数の配線１３は、例えば、リード線又はピンである。本実施形態において、複数の配線１３は、ステム１２を貫通するピンであり、ハウジング１０の内部から外部に延在している。複数の配線１３の少なくとも一つが、ハウジング１０の内部に設けられた種々の部材と接続されている。

【0031】

電子放出部材２０は、電磁波の入射に応じて電子を放出する。電子放出部材２０は、支持体２１を備えている。支持体２１は、例えば、板形状である。支持体２１は、例えば、平面視で矩形を呈している。支持体２１は、互いに対向する主面２１ａ及び主面２１ｂを有している。主面２１ａと主面２１ｂとは、互いに反対側に位置する支持体２１の表面である。主面２１ａ及び主面２１ｂは、例えば、平坦面であり、平面視で矩形を呈している。主面２１ａ及び主面２１ｂは、窓部１１ａに対して平行に配置されている。主面２１ａは、窓部１１ａに面している。主面２１ａには、窓部１１ａを通過した電磁波が入射する。

【0032】

支持体２１は、窓部１１ａを透過する電磁波に対して電磁波透過性を有している。このため、支持体２１は、窓部１１ａを透過した電磁波の少なくとも一部の周波数域を透過する。支持体２１は、窓部１１ａと同様の材料から構成され得る。支持体２１の材料は、たとえば、シリコンを含んでいる。１つの光電変換装置２において、支持体２１と窓部１１ａとは同一の材料でなくてもよい。支持体２１は、窓部１１ａ及び電子増倍部４０から離間している。

【0033】

電子放出部材２０は、メタサーフェス２２を有している。メタサーフェス２２は、支持体２１に設けられている。メタサーフェス２２は、電磁波の入射に応じて電子を放出する。メタサーフェス２２は、例えば、いわゆるミリ波から赤外光の波長の範囲の電磁波に対して感度を有している。メタサーフェス２２は、テラヘルツ波に対しても感度を有している。テラヘルツ波の波長の範囲は、１００ＧＨｚから３０ＴＨｚの周波数域に相当する。「電磁波に対して感度を有する」とは、この電磁波の入射に応じて電子が放出されることを意味している。

【0034】

メタサーフェス２２は、例えば、支持体２１の主面２１ｂ上に形成された酸化物層と、酸化物層上に形成された金属層とを含んでいる。酸化物層の材料は、たとえば二酸化シリコン及び酸化チタンを含んでいる。例えば、酸化物層は、二酸化シリコンを含む層と、酸化チタンを含む層とを含んでいる。金属層の材料は、たとえば金を含んでいる。本実施形態において、石英からなる支持体２１の主面２１ｂ上に、酸化物層が形成され、酸化物層の上に金属層が形成されている。例えば、支持体２１の厚さは５２５μｍであり、メタサーフェス２２の二酸化シリコンを含む層の厚さは１μｍであり、メタサーフェス２２の二酸化チタンを含む層の厚さは１０ｎｍであり、メタサーフェス２２の金属層の厚さは２００ｎｍである。メタサーフェス２２は、平面視で矩形状である。本実施形態の変形例において、メタサーフェス２２は、主面２１ａに設けられていてもよい。

【0035】

保持部材３０は、ハウジング１０の内部において電子放出部材２０を保持している。保持部材３０は、ハウジング１０の内側面１０ａに対して位置決めされる。保持部材３０は、ハウジング１０に対して電子放出部材２０を位置決めする。保持部材３０は、ハウジング１０の内側面１０ａに沿う枠状であり、保持部材３０には貫通口が形成されている。電子放出部材２０の主面２１ａ，２１ｂに直交する方向から見た場合に、貫通口を画成する縁の内側に、電子放出部材２０のメタサーフェス２２が配置される。

【0036】

電子増倍部４０は、ハウジング１０の内部に配置されており、電子放出部材２０から放出された電子が入射する入射面４０ａを有している。電子増倍部４０は、入射面４０ａに入射した電子を増倍する。本実施形態において、電子放出部材２０の主面２１ｂは、電子増倍部４０の入射面４０ａに面している。メタサーフェス２２は、電子増倍部４０の入射面４０ａに面しており、メタサーフェス２２から放出された電子が入射面４０ａに入射する。電子放出部材２０の主面２１ａは、ハウジング１０の窓部１１ａに面している。電子増倍部４０は、例えば、複数段のダイノードを有している。

【0037】

電子収集部５０は、ハウジング１０の内部に配置されており、電子増倍部４０で増倍された電子を収集する。電子収集部５０は、電子放出部材２０から放出された電子を検出する検出部である。電磁波検出装置１は、電子収集部５０において電子を検出することによって、電磁波を検出する。本実施形態において、電子収集部５０は、例えば、複数の配線１３のうち１つが接続されているアノードを有している。アノードには、所定の電位が配線１３を通して付与される。アノードは、電子増倍部４０のダイノードで増倍された電子を捕捉する。電子収集部５０は、アノードの代わりにダイオードを有していてもよい。

【0038】

本実施形態において、メタサーフェス２２は、アクティブタイプであり、バイアス電圧の付与によって動作する。メタサーフェス２２は、電源部６０によって電位を付与されることによって動作する。電源部６０は、メタサーフェス２２に電気的に接続されている。電源部６０は、電位付与部６１と電位制御部６２とを含んでいる。電位付与部６１は、メタサーフェス２２に電位を付与する。電位制御部６２は、電位付与部６１を制御する。電位制御部６２によって、メタサーフェス２２に付与する電位が制御される。メタサーフェス２２は、電位制御部６２によって制御される電位に応じて動作する。換言すれば、メタサーフェス２２は、電位制御部６２による電位の制御に応じて、電子を放出する。

【0039】

演算部７０は、電子収集部５０における検出結果を取得し、この検出結果に基づいて電磁波の電界強度を演算する。例えば、演算部７０は、電子収集部５０において収集された電子に基づく電気信号を検出結果として取得する。演算部７０は、演算された電界強度に関する情報を出力する。例えば、演算部７０は、演算された電界強度に関する情報を不図示の表示部に表示する。

【0040】

電位制御部６２及び演算部７０は、例えば、ハードウェアと、プログラム等のソフトウェアとにより構成された１又は複数のコンピュータである。電位制御部６２及び演算部７０は、ハードウェアとして、例えば、プロセッサと、主記憶装置と、補助記憶装置と、通信装置と、入力装置とを備えている。プロセッサは、オペレーティングシステム及びアプリケーション・プログラムなどを実行する。主記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory)及びＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。補助記憶装置は、ハードディスク及びフラッシュメモリなどにより構成される記憶媒体である。補助記憶装置は、一般的に主記憶装置よりも大量のデータを記憶する。通信装置は、ネットワークカード又は無線通信モジュールにより構成される。入力装置は、キーボード、マウス、及び、タッチパネルなどにより構成される。電位制御部６２と演算部７０とは、一体に構成されていてもよいし、分離していてもよい。
［光電変換装置の構成］

【0041】

次に、図２及び図３を参照して、光電変換装置２についてさらに詳細に説明する。図２は、光電変換装置の模式図である。図３は、光電変換装置における電位の付与を説明するための模式図である。

【0042】

図２に示されている例において、ハウジング１０に入射した電磁波Ｗがメタサーフェス２２に入射し、メタサーフェス２２が電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出している。電磁波Ｗの電界強度は、正のＺ軸方向成分と負のＺ軸方向成分とを含んでいる。メタサーフェス２２から放出された電子Ｅは、電子増倍部４０に入射する。電子増倍部４０において増倍された電子は、電子収集部５０において収集される。

【0043】

図３に示されているように、メタサーフェス２２は、少なくとも一つの光電変換部２５を含んでいる。光電変換部２５は、対応する電界の方向成分及び対応する波長を有している電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出する。例えば、光電変換部２５は１．５ＴＨｚを中心周波数とする周波数域に感度を有している。例えば、光電変換部２５は、電磁波Ｗの電界のＺ軸方向成分に感度を有している。光電変換部２５が正のＺ軸方向成分に感度を有する場合と、光電変換部２５が負のＺ軸方向成分に感度を有する場合とは、電位制御部６２による電位制御に応じて切り換えられる。光電変換部２５が感度を有する電界の方向成分及び周波数域は、これに限定されない。

【0044】

図３に示されているように、メタサーフェス２２は、互いに離間した複数のパターン３１，３２，３３を含んでいる。光電変換部２５が感度を有する電界の方向成分及び周波数域は、複数のパターン３１，３２，３３の構成に依存している。「構成」は、形状及び材質などの種々の属性を含んでいる。「形状」は、サイズも含んでいる。複数のパターン３１，３２，３３は、アンテナ部Ｐ１とバイアス部Ｐ２とを含んでいる。アンテナ部Ｐ１のサイズが小さいほど、波長が短い電磁波、すなわち、周波数が大きい電磁波に対して電界電子放出が生じやすい。

【0045】

アンテナ部Ｐ１は、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出する。バイアス部Ｐ２は、バイアス電位が印加された場合に、対応するアンテナ部Ｐ１との間に電界を発生させる。アンテナ部Ｐ１よりも高い電位がバイアス部Ｐ２に付与された場合に、アンテナ部Ｐ１のうちバイアス部Ｐ２側の先端部分におけるポテンシャル障壁が薄くなる。アンテナ部Ｐ１よりも低い電位がバイアス部Ｐ２に付与された場合に、アンテナ部Ｐ１のうちバイアス部Ｐ２側の先端部分におけるポテンシャル障壁が厚くなる。アンテナ部Ｐ１よりも高い電位がバイアス部Ｐ２に付与される状態を、「順バイアス」という。アンテナ部Ｐ１よりも低い電位がバイアス部Ｐ２に付与される状態を、「逆バイアス」という。

【0046】

アンテナ部Ｐ１に電磁波Ｗが入射すると、アンテナ部Ｐ１の周囲に電界が誘起される。アンテナ部Ｐ１の周囲に誘起された電界によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなる。順バイアスの状態におけるアンテナ部Ｐ１への電磁波Ｗの入射によってポテンシャル障壁がさらに薄くなれば、アンテナ部Ｐ１に存在した電子は、トンネル効果によってポテンシャル障壁を抜け得る。ポテンシャル障壁を抜けた電子は、アンテナ部Ｐ１の周囲の電界によって加速される。このように、順バイアスの状態におけるアンテナ部Ｐ１に対する電磁波Ｗの入射によって、電界電子放出が生じ得る。

【0047】

各パターン３１，３２，３３は、支持体２１の主面２１ｂ上に配されている。複数のパターン３１，３２，３３は、酸化物層を介して接続されている。複数のパターン３１，３２，３３は、酸化物層によって互いに分離されており、少なくとも光電変換装置２の非動作時において互いに絶縁されている。各パターン３１，３２，３３は、伝導線であり、電子を伝導する。各パターン３１，３２，３３は、少なくともメタサーフェス２２の酸化物層上に形成された金属層を含んでいる。この金属層の材料は、たとえば金を含んでいる。

【0048】

図３に示されている例において、パターン３１は、Ｙ軸方向に延在している線形状部４１を含んでいる。線形状部４１は、例えば、直線形状を呈している。パターン３１は、各々がＺ軸方向に延在している複数の線形状部４２を含んでいる。複数の線形状部４２は、互いに離間している。各線形状部４２は、例えば、直線状を呈している。各線形状部４２は、一端において線形状部４１と接続されている。パターン３１は、対応する線形状部４２の他端に接続されている複数の線形状部４３を含んでいる。各線形状部４３は、Ｙ軸方向に延在している。複数の線形状部４３は、Ｙ軸方向に延在している同一直線上に位置している。「他端」は、一端と反対側に位置している部分である。複数の線形状部４３は、互いに離間している。

【0049】

各線形状部４３は、先端３４と先端３５とを含んでいる。先端３４と先端３５とは、各線形状部４３のうちＹ軸方向において互いに最も離れている部分である。各線形状部４２は、先端３４と先端３５との中間において、対応する線形状部４３に接続されている。互いに隣り合う線形状部４３の先端３４と先端３５とは、互いに面している。各線形状部４５は、Ｙ軸方向に延在している。複数の線形状部４５は、Ｙ軸方向に延在している同一直線上に位置している。

【0050】

パターン３２は、Ｙ軸方向に延在している線形状部４４を含んでいる。線形状部４４は、例えば、直線形状を呈している。パターン３２は、各々が＋Ｚ軸方向に延在している複数の線形状部４５を含んでいる。複数の線形状部４５は、互いに離間している。各線形状部４５は、例えば、直線状を呈している。各線形状部４５は、一端において線形状部４４と接続されている。パターン３２は、対応する線形状部４５の他端に接続されている複数の線形状部４６を含んでいる。各線形状部４６は、Ｙ軸方向に延在している。複数の線形状部４６は、Ｙ軸方向に延在している同一直線上に位置している。複数の線形状部４６は、互いに離間している。

【0051】

各線形状部４６は、先端３６と先端３７とを含んでいる。先端３６と先端３７とは、各線形状部４６のうちＹ軸方向において互いに最も離れている部分である。各線形状部４５は、先端３６と先端３７との中間において、対応する線形状部４６に接続されている。互いに隣り合う線形状部４６の先端３６と先端３７とは、互いに面している。パターン３２は、パターン３１と線対称の構造を有している。

【0052】

パターン３３は、パターン３１，３２に向かって延在している。パターン３３は、パターン３１に面している先端３８を含んでいる。パターン３３は、パターン３３に面している先端３９を含んでいる。例えば、先端３８が第一先端である場合、先端３９が第二先端である。本実施形態において、パターン３３は、パターン３１又はパターン３２よりも低い電位が付与された状態において、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出する。

【0053】

パターン３３は、Ｙ軸方向に延在している線形状部４７を含んでいる。線形状部４７は、例えば、直線状を呈している。線形状部４７は、例えば、線形状部４１と線形状部４４とに平行である。パターン３３は、各々がＺ軸方向に延在している複数の線形状部４８を含んでいる。複数の線形状部４８は、互いに離間している。複数の線形状部４８は、例えば、互いに平行である。各線形状部４８は、線形状部４７に接続された部分から＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とに延在している。各線形状部４８は、その中央において線形状部４７に連結されている。各線形状部４８は、例えば、直線状を呈している。各線形状部４８は、一対の線形状部４８ａ，４８ｂを含んでいる。線形状部４８ａは、線形状部４７に接続された部分から＋Ｚ軸方向に延在している。線形状部４８ｂは、線形状部４７に接続された部分から－Ｚ軸方向に延在している。各線形状部４８における一対の線形状部４８ａ，４８ｂは、Ｚ軸方向において同一直線上に延在している。各線形状部４８は、Ｚ軸方向において、パターン３１とパターン３２との間に配置されている。換言すれば、各線形状部４８は、Ｚ軸方向において、線形状部４３と線形状部４６との間に配置されている。

【0054】

各線形状部４８は、上述した先端３８と先端３９とを含んでいる。先端３８と先端３９とは、Ｚ軸方向において互いに異なる位置に配置されている。先端３８，３９は、各線形状部４８の両端に位置している。各線形状部４８は、先端３８と先端３９との間において線形状部４７に接続されている。先端３８は、線形状部４８ａに含まれている。先端３９は、線形状部４８ｂに含まれている。同一の線形状部４８に含まれている先端３８と先端３９とは、Ｚ軸方向において同一直線上に配置されている。

【0055】

パターン３３の先端３８は、この先端３８を含んでいる線形状部４８において、パターン３１に最も近い部分である。先端３８は、パターン３３の他の部分よりも、対応する線形状部４３の近くに配置されている。先端３８は、パターン３１の先端３４と先端３５とに面している。Ｚ軸方向において、各線形状部４８の先端３８，３９は、互いに面している先端３４と先端３５との間に位置している。先端３８と先端３４との最短距離は、先端３８と先端３５との最短距離と等しい。互いに面している先端３４と先端３５と先端３８とにおいて、Ｙ軸方向における先端３８と先端３４との距離は、Ｙ軸方向における先端３８と先端３５との距離と等しい。互いに面している先端３４と先端３５と先端３８とにおいて、Ｚ軸方向における先端３８と先端３４との距離は、Ｚ軸方向における先端３８と先端３５との距離と等しい。同一の先端３８に面している先端３４と先端３５とは、互いに異なる線形状部４３に含まれている。

【0056】

パターン３３の先端３９は、この先端３９を含んでいる線形状部４８において、パターン３２に最も近い部分である。先端３９は、パターン３３の他の部分よりも、対応する線形状部４６の近くに配置されている。先端３９は、パターン３２の先端３６と先端３７とに面している。Ｚ軸方向において、各線形状部４８の先端３８，３９は、互いに面している先端３６と先端３７との間に位置している。先端３９と先端３６との最短距離は、先端３９と先端３７との最短距離と等しい。互いに面している先端３６と先端３７と先端３９とにおいて、Ｙ軸方向における先端３９と先端３６との距離は、Ｙ軸方向における先端３９と先端３７との距離と等しい。互いに面している先端３６と先端３７と先端３９とにおいて、Ｚ軸方向における先端３９と先端３６との距離は、Ｚ軸方向における先端３９と先端３７との距離と等しい。同一の先端３９に面している先端３６と先端３７とは、互いに異なる線形状部４６に含まれている。各線形状部４８は、この線形状部４８の先端３８に面している先端３４と先端３５との中間点と、この線形状部４８の先端３９に面している先端３６と先端３７との中間点とを結んだ直線に沿って延在している。

【0057】

光電変換部２５において、線形状部４３及び線形状部４６はそれぞれバイアス部Ｐ２を構成し、線形状部４８はアンテナ部Ｐ１を構成している。アンテナ部Ｐ１はＺ軸方向に延在しており、２つのバイアス部Ｐ２はそれぞれアンテナ部Ｐ１に面している。先端３８及び先端３９、並びに、２つのバイアス部Ｐ２は、Ｚ軸方向において、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２、先端３９、先端３８、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２の順に配置されている。光電変換部２５において、各線形状部４８は、線形状部４３又は線形状部４６よりも低い電位が付与された状態において電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出し得る。例えば、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２が第一バイアス部である場合、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２が第二バイアス部である。

【0058】

光電変換部２５は、線形状部４８の構造の変更に応じて、例えば、いわゆるミリ波から赤外光の波長の範囲に対応するように構成される。例えば、Ｚ軸方向における線形状部４８の長さは、光電変換部２５において電子Ｅが放出される電磁波Ｗの波長域に対応している。例えば、Ｚ軸方向における線形状部４８の長さは、光電変換部２５から電子Ｅを放出させる所望の波長域に応じて設計される。例えば、各線形状部４８は、所望の波長域における中心波長の半分の長さを有している。各線形状部４８の長さは、Ｚ軸方向における先端３８から先端３９までの長さである。本実施形態のように、支持体２１等を透過した電磁波が線形状部４８に入射する場合には、透過した支持体２１等の屈折率も考慮される。例えば、電子管に入射した電磁波の波長が６００μｍであり、かつ、支持体２１の屈折率がこの電磁波に対して３．４である場合において、線形状部４８に入射する電磁波の波長は６００μｍ/３．４＝１７６μｍである。したがって、この場合、Ｚ軸方向における線形状部４８の長さは、１７６μｍ/２＝８８μｍが適している。

【0059】

電子放出部材２０は、図３に示されているように、互いに離間している複数の電極５１，５２，５３をさらに備えている。複数の電極５１，５２，５３は、支持体２１の主面２１ｂ上に設けられている。複数の電極５１，５２，５３は、光電変換部２５に電気的に接続されている。本実施形態において、各電極５１，５２，５３は、矩形状を呈している。本実施形態の変形例として、各電極５１，５２，５３は、線形状部４１、線形状部４４、又は、線形状部４７と同様に線形状を呈していてもよい。各電極５１，５２，５３は、線形状部４１、線形状部４４、又は、線形状部４７と一体に形成されていてもよい。

【0060】

例えば、電極５１は、光電変換部２５の線形状部４７に電気的に接続されている。電極５２は、光電変換部２５の線形状部４１に電気的に接続されている。電極５３は、光電変換部２５の線形状部４４に電気的に接続されている。光電変換部２５は、複数の電極５１，５２，５３を介して電源部６０から電位を付与されることによって動作する。電源部６０の電位付与部６１は、複数の電極５１，５２，５３を介して、光電変換部２５に電位を付与する。電源部６０の電位制御部６２は、光電変換部２５に付与する電位を制御する。

【0061】

図３に示されているように、電位付与部６１は、例えば、第一電位付与部６１ａと、第二電位付与部６１ｂとを含んでいる。第一電位付与部６１ａは、電極５１と電極５２との間に電位差を与える。第二電位付与部６１ｂは、電極５１と電極５３との間に電位差を与える。電位制御部６２は、第一電位付与部６１ａと、第二電位付与部６１ｂとをそれぞれ制御する。

【0062】

次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、本実施形態における光電変換装置２の動作を詳細に説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、光電変換部２５の一部を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、線形状部４８は、図３よりも簡略化して示されている。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、矢印αは、線形状部４８の周囲に発生する電界の方向を示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、矢印βは、線形状部４８において電子Ｅが移動する方向を示している。電位制御部６２は、複数のパターン３１，３２，３３に付与する電位を制御することによって、図４（ａ）に示されている状態と図４（ｂ）に示されている状態とを切り替える。

【0063】

図４（ａ）に示されている状態において、パターン３３に付与される電位は、パターン３１に付与される電位よりも高く、パターン３２に付与される電位よりも低い。換言すれば、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４８ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低い。線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４８ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高い。

【0064】

図４（ａ）に示されている状態において、先端３８と先端３４との間において発生する電界と、先端３８と先端３５との間において発生する電界とが合成され、＋Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４８ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１から、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４８ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が厚くなる。換言すれば、パターン３３とパターン３１との電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が厚くなる。したがって、線形状部４８ａへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４８ａからの電子Ｅの放出は抑制されている。図４（ａ）に示されている状態において、線形状部４８ａの先端３８から線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。

【0065】

図４（ａ）に示されている状態において、先端３９と先端３６との間において発生する電界と、先端３９と先端３７との間において発生する電界とが合成され、＋Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４８ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４８ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が薄くなる。換言すれば、パターン３３とパターン３２との電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなる。したがって、線形状部４８ｂへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４８ｂからの電子Ｅの放出が促進されている。

【0066】

図４（ａ）に示されている状態において、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４８ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４８ｂの先端３９に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。このため、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が正である場合に、この電磁波Ｗの入射に応じてアンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁がさらに薄くなる。この結果、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が正である場合に、線形状部４８ｂから電子Ｅが放出される。

【0067】

図４（ｂ）に示されている状態において、パターン３３に付与される電位は、パターン３１に付与される電位よりも低く、パターン３２に付与される電位よりも高い。換言すれば、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４８ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高い。線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４８ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低い。

【0068】

図４（ｂ）に示されている状態において、先端３８と先端３４との間において発生する電界と、先端３８と先端３４との間において発生する電界とが合成され、－Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４８ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４８ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が薄くなる。換言すれば、パターン３３とパターン３１との電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなる。したがって、線形状部４８ａへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４８ａからの電子Ｅの放出が促進されている。

【0069】

図４（ｂ）に示されている状態において、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４８ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４８ａの先端３８に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。このため、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が負である場合に、この電磁波Ｗの入射に応じてアンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁がさらに薄くなる。この結果、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が負である場合に、線形状部４８ａから電子Ｅが放出される。

【0070】

図４（ｂ）に示されている状態において、先端３９と先端３６との間において発生する電界と、先端３９と先端３７との間において発生する電界とが合成され、－Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４８ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１から線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４８ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が厚くなる。換言すれば、パターン３３とパターン３２との電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が厚くなる。したがって、線形状部４８ｂへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４８ｂからの電子Ｅの放出は抑制されている。図４（ｂ）に示されている状態において、線形状部４８ｂの先端３９から線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。

【0071】

次に、図５を参照して、電子放出部材の変形例について説明する。図５は、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。この変形例において電子放出部材２０は、メタサーフェス２２Ａを有している。メタサーフェス２２Ａは、アクティブタイプであり、バイアス電圧の付与によって動作する。メタサーフェス２２Ａは、電源部６０によって電位を付与されることによって動作する。

【0072】

図５に示されているように、メタサーフェス２２Ａは、少なくとも一つの光電変換部２５Ａを含んでいる。光電変換部２５Ａは、対応する電界の方向成分及び対応する波長を有している電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出する。例えば、光電変換部２５Ａは、電磁波Ｗの電界のＺ軸方向成分に感度を有している。光電変換部２５Ａは、電位制御部６２による電位制御に応じて、正のＺ軸方向成分と負のＺ軸方向成分とのどちらに感度を有するかが変化する。光電変換部２５Ａが感度を有する周波数域及び電界の方向成分は、これに限定されない。

【0073】

図５に示されているように、メタサーフェス２２Ａは、互いに離間した複数のパターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａを含んでいる。光電変換部２５Ａが感度を有する周波数域及び電界の方向成分は、複数のパターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａの構成に依存している。複数のパターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、アンテナ部Ｐ１とバイアス部Ｐ２とを含んでいる。

【0074】

各パターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、支持体２１の主面２１ｂ上に配されている。複数のパターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、酸化物層を介して接続されている。複数のパターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、酸化物層によって互いに分離されており、少なくとも光電変換装置２の非動作時において互いに絶縁されている。各パターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、伝導線であり、電子を伝導する。各パターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、少なくともメタサーフェス２２Ａの酸化物層上に形成された金属層を含んでいる。この金属層の材料は、たとえば金を含んでいる。

【0075】

図５に示されている例において、パターン３１Ａは、Ｙ軸方向に延在している線形状部４１Ａを含んでいる。線形状部４１Ａは、例えば、直線形状を呈している。パターン３１Ａは、各々が－Ｚ軸方向に延在している複数の線形状部４２Ａを含んでいる。複数の線形状部４２Ａは、互いに離間している。各線形状部４２Ａは、例えば、直線状を呈している。各線形状部４２Ａは、一端において線形状部４１Ａと接続されている。各線形状部４２Ａは、先端３４Ａを含んでいる。先端３４Ａは、各線形状部４２Ａのうち線形状部４１Ａに接続されている一端の反対側に位置している部分である。

【0076】

パターン３２Ａは、Ｙ軸方向に延在している線形状部４４Ａを含んでいる。線形状部４４Ａは、例えば、直線形状を呈している。パターン３２Ａは、各々が＋Ｚ軸方向に延在している複数の線形状部４５Ａを含んでいる。複数の線形状部４５Ａは、互いに離間している。各線形状部４５Ａは、例えば、直線状を呈している。各線形状部４５Ａは、一端において線形状部４４Ａと接続されている。各線形状部４５Ａは、先端３６Ａを含んでいる。先端３６Ａは、各線形状部４５Ａのうち線形状部４４Ａに接続されている一端の反対側に位置している部分である。パターン３２Ａは、パターン３１Ａ，３３Ａに向かって延在している。

【0077】

パターン３３Ａは、パターン３１Ａに面している先端３８Ａを含んでいる。パターン３３Ａは、パターン３２Ａに面している先端３９Ａを含んでいる。例えば、先端３８Ａが第一先端である場合、先端３９Ａが第二先端である。本実施形態において、パターン３３Ａは、パターン３１Ａ又はパターン３２Ａよりも低い電位が付与された状態において、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出する。

【0078】

パターン３３Ａは、Ｙ軸方向に延在している線形状部４７Ａを含んでいる。線形状部４７Ａは、例えば、直線状を呈している。線形状部４７Ａは、例えば、線形状部４１Ａと線形状部４４Ａとに平行である。パターン３３Ａは、各々がＺ軸方向に延在している複数の線形状部４９を含んでいる。複数の線形状部４９は、互いに離間している。複数の線形状部４９は、例えば、互いに平行である。各線形状部４９は、線形状部４７Ａに接続された部分から＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とに延在している。各線形状部４９は、その中央において線形状部４７Ａに連結されている。各線形状部４９は、例えば、直線状を呈している。各線形状部４９は、一対の線形状部４９ａ，４９ｂを含んでいる。線形状部４９ａは、線形状部４７Ａに接続された部分から＋Ｚ軸方向に延在している。線形状部４９ｂは、線形状部４７Ａに接続された部分から－Ｚ軸方向に延在している。各線形状部４９における一対の線形状部４９ａ，４９ｂは、Ｚ軸方向において同一直線上に延在している。各線形状部４９は、Ｚ軸方向において、パターン３１Ａとパターン３２Ａとの間に配置されている。換言すれば、各線形状部４９は、Ｚ軸方向において、線形状部４２Ａと線形状部４５Ａとの間に配置されている。

【0079】

各線形状部４９は、上述した先端３８Ａと先端３９Ａとを含んでいる。先端３８Ａと先端３９Ａとは、Ｚ軸方向において互いに異なる位置に配置されている。先端３８Ａ，３９Ａは、各線形状部４９の両端に位置している。各線形状部４９は、先端３８Ａと先端３９Ａとの間において線形状部４７Ａに接続されている。先端３８Ａは、線形状部４９ａに含まれている。先端３９Ａは、線形状部４９ｂに含まれている。同一の線形状部４９に含まれている先端３８Ａと先端３９Ａとは、Ｚ軸方向において同一直線上に配置されている。

【0080】

パターン３３Ａの先端３８Ａは、この先端３８Ａを含んでいる線形状部４９において、パターン３１Ａに最も近い部分である。先端３８Ａは、パターン３３Ａの他の部分よりも、対応する線形状部４２Ａの近くに配置されている。先端３８Ａは、パターン３１Ａの先端３４Ａに面している。

【0081】

パターン３３Ａの先端３９Ａは、この先端３９Ａを含んでいる線形状部４９において、パターン３２Ａに最も近い部分である。先端３９Ａは、パターン３３Ａの他の部分よりも、対応する線形状部４５Ａの近くに配置されている。先端３９Ａは、パターン３２Ａの先端３６Ａに面している。互いに面している先端３４Ａ及び先端３８Ａは、Ｚ軸方向において同一直線上に配置されている。互いに面している先端３９Ａ及び先端３６Ａは、Ｚ軸方向において同一直線上に配置されている。

【0082】

光電変換部２５Ａにおいて、線形状部４２Ａ及び線形状部４５Ａはそれぞれバイアス部Ｐ２を構成し、線形状部４９はアンテナ部Ｐ１を構成している。アンテナ部Ｐ１はＺ軸方向に延在しており、２つのバイアス部Ｐ２はそれぞれアンテナ部Ｐ１に面している。先端３８Ａ及び先端３９Ａ、並びに、２つのバイアス部Ｐ２は、Ｚ軸方向において、線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２、先端３９Ａ、先端３８Ａ、線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２の順に配置されている。例えば、線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２が第一バイアス部である場合、線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２が第二バイアス部である。

【0083】

光電変換部２５Ａは、線形状部４９の構造の変更に応じて、例えば、いわゆるミリ波から赤外光の波長の範囲に対応するように構成される。例えば、Ｚ軸方向における線形状部４９の長さは、光電変換部２５Ａにおいて電子Ｅが放出される電磁波Ｗの波長域に対応している。例えば、Ｚ軸方向における線形状部４９の長さは、光電変換部２５Ａから電子Ｅを放出させる所望の波長域に応じて設計される。例えば、各線形状部４９は、所望の波長域における中心波長の半分の長さを有している。各線形状部４９の長さは、Ｚ軸方向における先端３８Ａから先端３９Ａまでの長さである。線形状部４８と同様に、支持体２１等を透過した電磁波が線形状部４９に入射する場合には、透過した支持体２１等の屈折率も考慮される。

【0084】

電子放出部材２０は、図５に示されているように、互いに離間している複数の電極７１，７２，７３をさらに備えている。複数の電極７１，７２，７３は、支持体２１の主面２１ｂ上に設けられている。複数の電極７１，７２，７３は、光電変換部２５Ａに電気的に接続されている。本実施形態において、各電極７１，７２，７３は、矩形状を呈している。各電極７１，７２，７３は、線形状部４１Ａ、線形状部４４Ａ、又は、線形状部４７Ａと同様に線形状を呈していてもよい。各電極７１，７２，７３は、線形状部４１Ａ、線形状部４４Ａ、又は、線形状部４７Ａと一体に形成されていてもよい。

【0085】

例えば、電極７１は、光電変換部２５Ａの線形状部４７Ａに電気的に接続されている。電極７２は、光電変換部２５Ａの線形状部４１Ａに電気的に接続されている。電極７３は、光電変換部２５Ａの線形状部４４Ａに電気的に接続されている。光電変換部２５Ａは、複数の電極７１，７２，７３を介して電源部６０から電位を付与されることによって動作する。電源部６０の電位付与部６１は、複数の電極７１，７２，７３を介して、光電変換部２５Ａに電位を付与する。電源部６０の電位制御部６２は、光電変換部２５Ａに付与する電位を制御する。

【0086】

次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、本実施形態の変形例における光電変換装置２の動作を詳細に説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、光電変換部２５Ａの一部を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、矢印αは、線形状部４９の周囲に発生する電界の方向を示している。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、矢印βは、線形状部４９において電子Ｅが移動する方向を示している。電位制御部６２は、複数のパターン３１Ａ，３２Ａ，３３Ａに付与する電位を制御することによって、図６（ａ）に示されている状態と図６（ｂ）に示されている状態とを切り替える。

【0087】

図６（ａ）に示されている状態において、パターン３３Ａに付与される電位は、パターン３１Ａに付与される電位よりも高く、パターン３２Ａに付与される電位よりも低い。換言すれば、線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４９ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低い。線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４９ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高い。

【0088】

図６（ａ）に示されている状態において、先端３８Ａと先端３４Ａとの間において＋Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４９ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１から、線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４９ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が厚くなる。換言すれば、パターン３３Ａとパターン３１Ａとの電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が厚くなる。したがって、線形状部４９ａへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４９ａからの電子Ｅの放出は抑制されている。図６（ａ）に示されている状態において、線形状部４９ａの先端３８Ａから線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。

【0089】

図６（ａ）に示されている状態において、先端３９Ａと先端３６Ａとの間において＋Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４９ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４９ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が薄くなる。換言すれば、パターン３３Ａとパターン３２Ａとの電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなる。したがって、線形状部４９ｂへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４９ｂからの電子Ｅの放出が促進されている。

【0090】

図６（ａ）に示されている状態において、線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４９ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４９ｂの先端３９Ａに向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。このため、光電変換部２５Ａに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が正である場合に、この電磁波Ｗの入射に応じてアンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁がさらに薄くなる。この結果、光電変換部２５Ａに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が正である場合に、線形状部４９ｂから電子Ｅが放出される。

【0091】

図６（ｂ）に示されている状態において、パターン３３Ａに付与される電位は、パターン３１Ａに付与される電位よりも低く、パターン３２Ａに付与される電位よりも高い。換言すれば、線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４９ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高い。線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位は、線形状部４９ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低い。

【0092】

図６（ｂ）に示されている状態において、先端３８Ａと先端３４Ａとの間において－Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４９ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４９ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が薄くなる。換言すれば、パターン３３Ａとパターン３１Ａとの電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなる。したがって、線形状部４９ａへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４９ａからの電子Ｅの放出が促進されている。

【0093】

図６（ｂ）に示されている状態において、線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４９ａによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。線形状部４２Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４９ａの先端３８Ａに向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。このため、光電変換部２５Ａに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が負である場合に、この電磁波Ｗの入射に応じてアンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁がさらに薄くなる。この結果、光電変換部２５Ａに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が負である場合に、線形状部４９ａから電子Ｅが放出される。

【0094】

図６（ｂ）に示されている状態において、先端３９Ａと先端３６Ａとの間において－Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４９ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１から線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４９ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が厚くなる。換言すれば、パターン３３Ａとパターン３２Ａとの電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が厚くなる。したがって、線形状部４９ｂへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４９ｂからの電子Ｅの放出は抑制されている。図６（ｂ）に示されている状態において、線形状部４９ｂの先端３９Ａから線形状部４５Ａによって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。

【0095】

次に、図７を参照して、電子放出部材の変形例について説明する。図７は、本実施形態の変形例における電子放出部材の平面図である。この変形例において電子放出部材２０は、メタサーフェス２２Ｂを有している。メタサーフェス２２Ｂは、アクティブタイプであり、バイアス電圧の付与によって動作する。メタサーフェス２２Ｂは、電源部６０によって電位を付与されることによって動作する。

【0096】

図７に示されているように、メタサーフェス２２Ｂは、少なくとも一つの光電変換部２５Ｂを含んでいる。光電変換部２５Ｂは、対応する波長及び対応する電界の方向成分を有している電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出する。例えば、光電変換部２５Ｂは、電磁波Ｗの電界のＺ軸方向成分に感度を有している。光電変換部２５Ｂは、電位制御部６２による電位制御に応じて、正のＺ軸方向成分と負のＺ軸方向成分とのどちらに感度を有するかが変化する。光電変換部２５Ｂが感度を有する周波数域及び電界の方向成分は、これに限定されない。

【0097】

図７に示されているように、メタサーフェス２２Ｂは、互いに離間した複数のパターン３１Ｂ，３２Ｂを含んでいる。光電変換部２５Ｂが感度を有する周波数域及び電界の方向成分は、複数のパターン３１Ｂ，３２Ｂの構成に依存している。複数のパターン３１Ｂ，３２Ｂは、アンテナ部Ｐ１とバイアス部Ｐ２とを含んでいる。

【0098】

各パターン３１Ｂ，３２Ｂは、支持体２１の主面２１ｂ上に配されている。複数のパターン３１Ｂ，３２Ｂは、酸化物層を介して接続されている。複数のパターン３１Ｂ，３２Ｂは、酸化物層によって互いに分離されており、少なくとも光電変換装置２の非動作時において互いに絶縁されている。各パターン３１Ｂ，３２Ｂは、伝導線であり、電子を伝導する。各パターン３１Ｂ，３２Ｂは、少なくともメタサーフェス２２Ｂの酸化物層上に形成された金属層を含んでいる。この金属層の材料は、たとえば金を含んでいる。

【0099】

図７に示されている例において、パターン３１Ｂは、Ｙ軸方向に延在している線形状部４１Ｂを含んでいる。線形状部４１Ｂは、例えば、直線形状を呈している。パターン３１Ｂは、各々が－Ｚ軸方向に延在している複数の線形状部４２Ｂを含んでいる。複数の線形状部４２Ｂは、互いに離間している。各線形状部４２Ｂは、例えば、直線状を呈している。各線形状部４２Ｂは、一端において線形状部４１Ｂと接続されている。各線形状部４２Ｂは、先端３４Ｂを含んでいる。先端３４Ｂは、各線形状部４２Ｂのうち線形状部４１Ｂに接続されている一端の反対側に位置している部分である。

【0100】

パターン３２Ｂは、Ｙ軸方向に延在している線形状部４４Ｂを含んでいる。線形状部４４Ｂは、例えば、直線形状を呈している。パターン３２Ｂは、各々が＋Ｚ軸方向に延在している複数の線形状部４５Ｂを含んでいる。複数の線形状部４５Ｂは、互いに離間している。各線形状部４５Ｂは、例えば、直線状を呈している。各線形状部４５Ｂは、一端において線形状部４４Ｂと接続されている。各線形状部４５Ｂは、先端３６Ｂを含んでいる。先端３６Ｂは、各線形状部４５Ｂのうち線形状部４４Ｂに接続されている一端の反対側に位置している部分である。線形状部４２Ｂと線形状部４５Ｂとは、互いに離間しており、Ｚ軸方向において互いに面している。

【0101】

パターン３１Ｂの先端３４Ｂは、パターン３１Ｂのうち対応するパターン３２Ｂに最も近い部分である。先端３４Ｂは、パターン３１Ｂの他の部分よりも、対応する線形状部４５Ｂの近くに配置されている。互いに対応する線形状部４２Ｂ及び線形状部４５Ｂにおいて、先端３４Ｂと先端３６Ｂとは、互いに面している。

【0102】

パターン３２Ｂの先端３６Ｂは、パターン３２Ｂのうち対応するパターン３１Ｂに最も近い部分である。先端３６Ｂは、パターン３２Ｂの他の部分よりも、対応する線形状部４２Ｂの近くに配置されている。互いに面している先端３４Ｂと先端３６Ｂとは、Ｚ軸方向において同一直線上に配置されている。

【0103】

光電変換部２５Ｂにおいて、各線形状部４２Ｂは、線形状部４５Ｂよりも低い電位が付与された状態において、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出し得る。この状態において、線形状部４５Ｂはバイアス部Ｐ２を構成し、線形状部４２Ｂはアンテナ部Ｐ１を構成する。アンテナ部Ｐ１はＺ軸方向に延在しており、バイアス部Ｐ２はアンテナ部Ｐ１に面している。

【0104】

光電変換部２５Ｂにおいて、各線形状部４５Ｂは、線形状部４２Ｂよりも低い電位が付与された状態において、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出し得る。この状態において、線形状部４２Ｂはバイアス部Ｐ２を構成し、線形状部４５Ｂはアンテナ部Ｐ１を構成する。この場合も、アンテナ部Ｐ１はＺ軸方向に延在しており、バイアス部Ｐ２はアンテナ部Ｐ１に面している。このように、光電変換部２５Ｂにおいて、線形状部４２Ｂと線形状部４５Ｂとの双方が、アンテナ部Ｐ１及びバイアス部Ｐ２として構成される。

【0105】

光電変換部２５Ｂは、線形状部４２Ｂ，４５Ｂの構造の変更に応じて、例えば、いわゆるミリ波から赤外光の波長の範囲に対応するように構成される。例えば、Ｚ軸方向における線形状部４２Ｂの長さ及び線形状部４５Ｂの長さは、光電変換部２５Ｂにおいて電子Ｅが放出される電磁波Ｗの波長域に対応している。例えば、Ｚ軸方向における線形状部４２Ｂの長さ及び線形状部４５Ｂの長さは、光電変換部２５Ｂから電子Ｅを放出させる所望の波長域に応じて設計される。例えば、Ｚ軸方向における各線形状部４２Ｂ，４５Ｂは、所望の波長域における中心波長の半分の長さを有している。線形状部４８と同様に、支持体２１等を透過した電磁波が線形状部４２Ｂ，４５Ｂに入射する場合には、透過した支持体２１等の屈折率も考慮される。

【0106】

電子放出部材２０は、図７に示されているように、互いに離間している複数の電極８１，８２をさらに備えている。複数の電極８１，８２は、支持体２１の主面２１ｂ上に設けられている。複数の電極８１，８２は、光電変換部２５Ｂに電気的に接続されている。本実施形態において、各電極８１，８２は、矩形状を呈している。各電極８１，８２は、線形状部４１Ｂ又は線形状部４４Ｂと同様に線形状を呈していてもよい。各電極８１，８２は、線形状部４１Ｂ又は線形状部４４Ｂと一体に形成されていてもよい。

【0107】

例えば、電極８１は、光電変換部２５Ｂの線形状部４４Ｂに電気的に接続されている。電極８２は、光電変換部２５Ｂの線形状部４１Ｂに電気的に接続されている。光電変換部２５Ｂは、複数の電極８１，８２を介して電源部６０から電位を付与されることによって動作する。電源部６０の電位付与部６１は、複数の電極８１，８２を介して、光電変換部２５Ｂに電位を付与する。電源部６０の電位制御部６２は、光電変換部２５Ｂに付与する電位を制御する。

【0108】

次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して、本実施形態の変形例における光電変換装置２の動作を詳細に説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、光電変換部２５Ｂの一部を示している。図８（ａ）及び図８（ｂ）において、矢印αは、線形状部４２Ｂ及び線形状部４５Ｂの周囲に発生する電界の方向を示している。図８（ａ）及び図８（ｂ）において、矢印βは、線形状部４２Ｂ及び線形状部４５Ｂにおいて電子Ｅが移動する方向を示している。電位制御部６２は、複数のパターン３１Ｂ，３２Ｂに付与する電位を制御することによって、図８（ａ）に示されている状態と図８（ｂ）に示されている状態とを切り替える。

【0109】

図８（ａ）に示されている状態において、パターン３２Ｂに付与される電位は、パターン３１Ｂに付与される電位よりも高い。換言すれば、先端３６Ｂに付与される電位は、先端３４Ｂに付与される電位よりも高い。この状態において、先端３６Ｂと先端３４Ｂとの間において＋Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４５Ｂによって構成されるバイアス部Ｐ２から、線形状部４２Ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４２Ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が薄くなる。換言すれば、パターン３１Ｂとパターン３２Ｂとの電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなる。したがって、線形状部４２Ｂへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４２Ｂからの電子Ｅの放出が促進されている。

【0110】

図８（ａ）に示されている状態において、線形状部４５Ｂよって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４２Ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。線形状部４５Ｂの先端３６Ｂから線形状部４２Ｂによって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。このため、光電変換部２５Ｂに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が正である場合に、この電磁波Ｗの入射に応じてアンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁がさらに薄くなる。この結果、光電変換部２５Ｂに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が正である場合に、線形状部４２Ｂから電子Ｅが放出される。

【0111】

図８（ｂ）に示されている状態において、パターン３２Ｂに付与される電位は、パターン３１Ｂに付与される電位よりも低い。換言すれば、先端３６Ｂに付与される電位は、先端３４Ｂに付与される電位よりも低い。この状態において、先端３６Ｂと先端３４Ｂとの間において－Ｚ軸方向に電界が発生する。この状態において、線形状部４２Ｂによって構成されるバイアス部Ｐ２から、線形状部４５Ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界が発生している。この結果、線形状部４５Ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１の先端部分のポテンシャル障壁が薄くなる。換言すれば、パターン３１Ｂとパターン３２Ｂとの電位差によって、アンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁が薄くなる。したがって、線形状部４５Ｂへの電磁波Ｗの入射に応じた線形状部４２Ｂからの電子Ｅの放出が促進されている。

【0112】

図８（ｂ）に示されている状態において、線形状部４２Ｂよって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４５Ｂによって構成されるアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。線形状部４２Ｂによって構成されるバイアス部Ｐ２から線形状部４５Ｂの先端３６Ｂに向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。このため、光電変換部２５Ｂに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が負である場合に、この電磁波Ｗの入射に応じてアンテナ－真空境界面におけるポテンシャル障壁がさらに薄くなる。この結果、光電変換部２５Ｂに入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が負である場合に、線形状部４５Ｂから電子Ｅが放出される。

【0113】

このように、光電変換部２５Ｂにおいて、線形状部４２Ｂは、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出するアンテナ部Ｐ１と、線形状部４５Ｂとの間に電界を発生させるバイアス部Ｐ２とを兼ねている。光電変換部２５Ｂにおいて、線形状部４５Ｂは、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出するアンテナ部Ｐ１と、線形状部４２Ｂとの間に電界を発生させるバイアス部Ｐ２とを兼ねている。線形状部４２Ｂ及び線形状部４５Ｂの一方は、電磁波Ｗの入射に応じて電子Ｅを放出するアンテナ部Ｐ１と、線形状部４２Ｂ及び線形状部４５Ｂの他方との間に電界を発生させるバイアス部Ｐ２とを兼ねている。
［光電変換方法］

【0114】

次に、図９を参照して、本実施形態における電磁波検出方法について説明する。この電磁波検出方法は、入射した電磁波に応じて電子を放出する光電変換方法を含んでいる。この電磁波検出方法は、図５から図８（ｂ）において示した変形例においても適用され得る。図９は、本実施形態における電磁波検出方法のフローチャートである。図９に示されている電磁波検出方法において、メタサーフェス２２に付与される電位の状態の制御によって、メタサーフェス２２に入射した電磁波Ｗの電界強度の極性ごとに異なるタイミングでメタサーフェス２２から電子Ｅが放出される。この結果、メタサーフェス２２に入射した電磁波Ｗの電界強度が極性ごとに測定される。

【0115】

まず、電子放出部材２０を準備する（処理Ｓ１）。例えば、電子放出部材２０を備えた電磁波検出装置１が配置される。

【0116】

次に、電子放出部材２０に測定対象の電磁波Ｗを入射する（処理Ｓ２）。本実施形態では、処理Ｓ２において、電子放出部材２０への電磁波Ｗの入射が開始され、電磁波Ｗの検出が終了するまで電子放出部材２０への電磁波Ｗの入射が継続される。

【0117】

次に、メタサーフェス２２に第一状態の電位を付与する（処理Ｓ３）。第一状態は、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分が正であるように、メタサーフェス２２に電位が付与される状態である。電位制御部６２は、例えば、第一状態の電位を各パターン３１，３２，３３に付与する。図４（ａ）、図６（ａ）及び図８（ａ）に示されている状態は、第一状態に相当する。

【0118】

例えば、図３に示されている構成では、処理Ｓ３において、先端３８から線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分が正であると共に線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２から先端３９に向かう電界のＺ軸方向における成分が正であるように、メタサーフェス２２に電位が付与される。図４（ａ）に示されている状態において、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低く、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高い。換言すれば、図４（ａ）に示されている状態において、パターン３２に付与される電位はパターン３３に付与される電位よりも高く、パターン３１に付与される電位はパターン３３に付与される電位よりも低い。例えば、図７に示されている構成では、処理Ｓ３において、線形状部４２Ｂはアンテナ部Ｐ１を構成し、線形状部４５Ｂはバイアス部Ｐ２を構成する。

【0119】

次に、第一状態において、測定対象の電磁波Ｗの入射によってメタサーフェス２２から電子Ｅを放出させる（処理Ｓ４）。処理Ｓ４において、第一状態においてメタサーフェス２２に測定対象の電磁波Ｗが入射されると、アンテナ部Ｐ１から電子Ｅが放出される。

【0120】

次に、第一状態において、電子放出部材２０から放出された電子Ｅを検出する（処理Ｓ５）。処理Ｓ５において、電子収集部５０は、第一状態において電子Ｅを収集し、第一状態において電子放出部材２０から放出された電子Ｅを検出する。処理Ｓ５において、演算部７０は、電子収集部５０から出力された信号を取得する。

【0121】

次に、第一状態における電子収集部５０の検出結果に基づいて、電磁波Ｗの電界強度に関する情報を演算する（処理Ｓ６）。処理Ｓ６において、演算部７０は、処理Ｓ５における検出結果に基づいて電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に関する情報を演算する。

【0122】

処理Ｓ４において、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は正であるため、例えば、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が正である場合に線形状部４８ｂから電子Ｅが放出される。したがって、処理Ｓ５において、電界のＺ軸方向成分が正である電磁波Ｗが検出される。処理Ｓ４において電子放出部材２０から放出される電子Ｅの量は、正のＺ軸方向成分の電界強度に連関している。したがって、処理Ｓ４から処理Ｓ６によって、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗのうち、正のＺ軸方向成分の電界強度が測定される。少なくとも処理Ｓ４及び処理Ｓ５は、例えば予め決められた測定時間の間に行われる。例えば、演算部７０は、予め決められた第一測定時間において電子収集部５０よって収集された電子Ｅの量に関する情報を取得し、取得された情報に基づいて演算結果を出力する。第一測定時間は、例えば、数ナノ秒である。

【0123】

次に、第一状態における電磁波Ｗの検出処理を終了するか否かを判断する（処理Ｓ７）。処理Ｓ７において検出処理を終了しないと判断された場合において、処理は処理Ｓ３に進む。処理Ｓ７において検出処理を終了すると判断された場合において、処理は処理Ｓ８に進む。処理Ｓ７における判断は、例えば、電位制御部６２によって行われる。電位制御部６２は、例えば、上述した第一測定時間が経過した否かを判断する。この場合、電位制御部６２は、例えば、第一測定時間が経過していていない場合において検出処理を終了しないと判断し、第一測定時間が経過していている場合において検出処理を終了すると判断する。

【0124】

例えば、電位制御部６２は、処理Ｓ５が所定の回数行われたか否かを判断してもよい。この場合、例えば、電位制御部６２は、処理Ｓ５が行われた回数が所定の回数以下である場合において検出処理を終了しないと判断し、処理Ｓ５が行われた回数が所定の回数を超えた場合において検出処理を終了すると判断してもよい。処理Ｓ７における判断は、演算部７０によって行われてもよいし、電磁波検出装置１における他の制御部によって行われてもよい。

【0125】

処理Ｓ７において検出処理を終了すると判断された場合において、メタサーフェス２２に第二状態の電位を付与する（処理Ｓ８）。第二状態は、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分が負であるように、メタサーフェス２２に電位が付与される状態である。電位制御部６２は、例えば、第二状態の電位を各パターン３１，３２，３３に付与する。図４（ｂ）、図６（ｂ）及び図８（ｂ）に示されている状態は、第二状態に相当する。

【0126】

例えば、図３に示されている構成では、処理Ｓ８において、先端３９から線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分が負であると共に線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２から先端３８に向かう電界のＺ軸方向における成分が正であるように、メタサーフェス２２に電位が付与される。図４（ｂ）に示されている状態において、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高く、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低い。換言すれば、図４（ｂ）に示されている状態において、パターン３１に付与される電位はパターン３３に付与される電位より高く、パターン３２に付与される電位はパターン３３に付与される電位より低い。例えば、図７に示されている構成では、処理Ｓ８において、線形状部４２Ｂはバイアス部Ｐ２を構成し、線形状部４５Ｂはアンテナ部Ｐ１を構成する。

【0127】

次に、第二状態において、測定対象の電磁波Ｗの入射によってメタサーフェス２２から電子Ｅを放出させる（処理Ｓ９）。処理Ｓ９において、第二状態においてメタサーフェス２２に測定対象の電磁波Ｗが入射されると、アンテナ部Ｐ１から電子Ｅが放出される。

【0128】

次に、第二状態において、電子放出部材２０から放出された電子Ｅを検出する（処理Ｓ１０）。処理Ｓ１０において、電子収集部５０は、第二状態において電子Ｅを収集し、第二状態において電子放出部材２０から放出された電子Ｅを検出する。処理Ｓ１０において、演算部７０は、電子収集部５０から出力された信号を取得する。

【0129】

次に、第二状態における電子収集部５０の検出結果に基づいて、電磁波Ｗの電界強度に関する情報を演算する（処理Ｓ１１）。処理Ｓ１１において、演算部７０は、第二状態における電子収集部５０の検出結果に基づいて電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に関する情報を演算する。

【0130】

処理Ｓ９において、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は負であるため、例えば、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗの電界のＺ軸方向における成分が負である場合に線形状部４８ａから電子Ｅが放出される。したがって、処理Ｓ１０において、電界のＺ軸方向成分が負である電磁波Ｗが検出される。処理Ｓ９において電子放出部材２０から放出される電子Ｅの量は、負のＺ軸方向成分の電界強度に連関している。したがって、処理Ｓ９から処理Ｓ１１によって、光電変換部２５に入射した電磁波Ｗのうち、負のＺ軸方向成分の電界強度が測定される。少なくとも処理Ｓ９及び処理Ｓ１０は、例えば予め決められた測定時間の間に行われる。例えば、演算部７０は、予め決められた第二測定時間において電子収集部５０によって収集された電子Ｅの量に関する情報を取得し、取得された情報に基づいて演算結果を出力する。第二測定時間は、例えば、第一測定時間と同一である。

【0131】

次に、第二状態における電磁波Ｗの検出処理を終了するか否かを判断する（処理Ｓ１２）。処理Ｓ１２において検出処理を終了しないと判断された場合において、処理は処理Ｓ７に進む。処理Ｓ１２において検出処理を終了すると判断された場合において、電磁波検出の一連の処理を終了する。処理Ｓ１２における判断は、例えば、電位制御部６２によって行われる。電位制御部６２は、例えば、上述した第二測定時間が経過した否かを判断する。この場合、電位制御部６２は、例えば、第二測定時間が経過していていない場合において検出処理を終了しないと判断し、第二測定時間が経過していている場合において検出処理を終了すると判断する。

【0132】

例えば、電位制御部６２は、処理Ｓ１０が所定の回数行われたか否かを判断してもよい。この場合、例えば、電位制御部６２は、処理Ｓ１０が行われた回数が所定の回数以下である場合において検出処理を終了しないと判断し、処理Ｓ１０が行われた回数が所定の回数を超えた場合において検出処理を終了すると判断してもよい。処理Ｓ１２における判断は、演算部７０によって行われてもよいし、電磁波検出装置１における他の制御部によって行われてもよい。

【0133】

処理Ｓ２から処理Ｓ１２の順番は、図９に示したものに限定されない。例えば、処理Ｓ３から処理Ｓ７の前に、処理Ｓ８から処理Ｓ１２が行われてもよい。例えば、処理Ｓ６及び処理Ｓ１１は、処理Ｓ１２の後に行われてもよい。例えば、電磁波Ｗの入射は、処理Ｓ４及び処理Ｓ５の間、並びに、処理Ｓ９及び処理Ｓ１０の間においてのみ行われてもよい。

【0134】

以上の様に、本実施形態における電磁波の検出方法において、第一状態と第二状態との各々において電子放出部材２０から放出された電子Ｅが検出される。これによって、電子放出部材２０に入射した電磁波Ｗのうち、正のＺ軸方向成分の電界強度と負のＺ軸方向成分の電界強度とがそれぞれ測定される。換言すれば、メタサーフェス２２に入射した電磁波Ｗの電界強度の極性ごとの測定が実現される。

【0135】

図１０（ａ）は、電子放出部材２０に入射される電磁波Ｗの一例を示している。図１０（ａ）において、データＤ１は、電子放出部材２０に入射される電磁波Ｗの電界の波形を示している。図１０（ａ）において、縦軸は電界強度を示しており、横軸は時間を示している。

【0136】

図１０（ｂ）は、処理Ｓ６における演算結果の一例を示している。図１０（ｂ）において、データＤ２は、図１０（ａ）に示された電磁波Ｗを電子放出部材２０に入射した場合における演算結果である。図１０（ｂ）において、縦軸は信号の強度を示しており、横軸は時間を示している。データＤ２の信号強度は、電子放出部材２０に入射した電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に連関している。例えば、データＤ２の時間積分値を算出することによって、電子放出部材２０に入射した電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分が推定される。

【0137】

図１０（ｃ）は、処理Ｓ１１における演算結果の一例を示している。図１０（ｃ）において、データＤ３は、図１０（ａ）に示された電磁波Ｗを電子放出部材２０に入射した場合における演算結果である。図１０（ｃ）において、縦軸は信号の強度を示しており、横軸は時間を示している。データＤ３の信号強度は、電子放出部材２０に入射した電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に連関している。例えば、データＤ３の時間積分値を算出することによって、電子放出部材２０に入射した電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分が推定される。例えば、データＤ２とデータＤ３とを比較することによって、入射した電磁波Ｗの電界強度について正の所定方向成分と負の所定方向成分の比が求められる。例えば、データＤ２の時間積分値とデータＤ３の時間積分値とを比較することによって、入射した電磁波Ｗの電界強度について正のＺ軸方向成分と負のＺ軸方向成分の比が求められる。
［作用及び効果］

【0138】

この光電変換装置２において、電位制御部６２による電位の制御によって、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界が制御される。測定対象の電磁波Ｗがメタサーフェス２２に入射すると、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界の影響によって、アンテナ部Ｐ１から電子Ｅが放出される。第一状態において、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。このため、第一状態においてメタサーフェス２２に電磁波Ｗが入射すると、入射した電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅがアンテナ部Ｐ１から放出される。第二状態において、バイアス部Ｐ２からアンテナ部Ｐ１に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。このため、第二状態においてメタサーフェス２２に電磁波Ｗが入射すると、入射した電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅがアンテナ部Ｐ１から放出される。このため、第一状態において入射した電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが検出され、第二状態において入射した電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが検出される。この結果、簡易な構成でありながら、第一状態と第二状態とのそれぞれにおいてメタサーフェス２２から放出された電子Ｅの検出によって、メタサーフェス２２に入射した電磁波Ｗの電界強度の極性ごとの測定が実現され得る。光電変換装置２は、冷却も不要である。

【0139】

例えば、図３に示されている構成において、アンテナ部Ｐ１は、Ｚ軸方向において互いに異なる位置に配置されている先端３８，３９を含んでいる。バイアス部Ｐ２は、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２と線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２とを含んでいる。線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２は、先端３８に面している。線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２は、先端３９に面している。第一状態において、先端３８から線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。第一状態において、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２から先端３９に向かう電界のＺ軸方向における成分は正である。第二状態において、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２から先端３８に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。第二状態において、先端３９から線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に向かう電界のＺ軸方向における成分は負である。この場合、入射した電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが先端３９から放出され、入射した電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが先端３８から放出される。第一状態においてメタサーフェス２２に電磁波Ｗが入射すると、入射した電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが先端３９から放出される。第一状態において、先端３８からの電子の放出は抑制される。第二状態においてメタサーフェス２２に電磁波Ｗが入射すると、入射した電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが先端３８から放出される。第二状態において、先端３９からの電子の放出は抑制される。図５に示されている構成においても、同様の作用効果が奏される。

【0140】

例えば、図３に示されている構成において、先端３８，３９及びバイアス部Ｐ２は、Ｚ軸方向において、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２、先端３９、先端３８、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２の順に配置される。第一状態において、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低く、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高い。第二状態において、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも高く、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２に付与される電位はアンテナ部Ｐ１に付与される電位よりも低い。この場合、入射した電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが先端３９から放出され、入射した電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に応じて電子Ｅが先端３８から放出される。第一状態においてメタサーフェス２２に電磁波Ｗが入射すると、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２と先端３９との電位差に起因する電界によって、先端３９から電子Ｅが放出される。第一状態において、先端３８からの電子Ｅの放出は、線形状部４３によって構成されるバイアス部と先端３８との電位差に起因する電界によって抑制される。第二状態においてメタサーフェス２２に電磁波Ｗが入射すると、線形状部４３によって構成されるバイアス部Ｐ２と先端３８との電位差に起因する電界によって先端３８から電子Ｅが放出される。第二状態において、線形状部４６によって構成されるバイアス部Ｐ２と先端３９との電位差に起因する電界によって先端３９からの電子の放出は抑制される。図５に示されている構成においても、同様の作用効果が奏される。

【0141】

例えば、図７に示されている構成において、複数のパターン３１Ｂ，３２Ｂは、互いに離間している線形状部４２Ｂと線形状部４５Ｂとを含んでいる。線形状部４２Ｂ，４５Ｂは、Ｚ軸方向に延在していると共にＺ軸方向において互いに面している。第一状態において、線形状部４２Ｂはアンテナ部Ｐ１を構成し、線形状部４５Ｂはバイアス部Ｐ２を構成する。第二状態において、線形状部４２Ｂはバイアス部Ｐ２を構成し、線形状部４５Ｂはアンテナ部Ｐ１を構成する。この光電変換装置２は、さらに簡易な構成でありながら、電磁波Ｗの電界強度の極性ごとの測定を実現し得る。

【0142】

光電変換装置２は、封止されていると共に電磁波Ｗを透過する窓部１１ａを有しているハウジング１０をさらに備えている。電子放出部材２０は、ハウジング１０内に配置されている。この場合、ハウジング１０内を真空にする又はハウジング１０内にガスを充填することによって、電磁波Ｗの入射に応じた電子Ｅの放出量が向上し得る。

【0143】

電磁波検出装置１は、上述した光電変換装置２と、電子収集部５０と、演算部７０とを備えている。電子収集部５０は、電子放出部材２０から放出された電子Ｅを検出する。演算部７０は、第一状態における電子収集部５０の検出結果に基づいて電磁波Ｗの電界強度の正のＺ軸方向成分に関する情報を演算する。演算部７０は、第二状態における電子収集部５０の検出結果に基づいて電磁波Ｗの電界強度の負のＺ軸方向成分に関する情報を演算する。この場合、電磁波検出装置１は、簡易な構成でありながら、電磁波Ｗの電界強度を極性ごとに測定できる。電磁波検出装置１は、冷却も不要である。

【0144】

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0145】

例えば、光電変換部２５，２５Ａ，２５Ｂの構成は、適宜組み合わせ可能である。光電変換部２５における線形状部４３又は線形状部４６の一部が、光電変換部２５Ａのようにアンテナ部Ｐ１の先端に１つの線形状部のみが面するように構成されてもよい。

【0146】

光電変換部２５において、Ｚ軸方向において同一直線上に位置する線形状部４８ａと線形状部４８ｂとは互いに接続されていなくてもよい。この場合、線形状部４８ａと線形状部４８ｂとは、互いに異なる線形状部４７に接続されていてもよい。この場合、線形状部４８ａと線形状部４８ｂとは、線形状部４７を介して、互いに異なる電極５１に接続されていてもよい。電子放出部材２０は、複数の電極５１を備えていてもよい。

【0147】

光電変換部２５Ａにおいて、Ｚ軸方向において同一直線上に位置する線形状部４９ａと線形状部４９ｂとは互いに接続されていなくてもよい。この場合、線形状部４９ａと線形状部４９ｂとは、互いに異なる線形状部４７Ａに接続されていてもよい。この場合、線形状部４９ａと線形状部４９ｂとは、線形状部４７Ａを介して、互いに異なる電極７１に接続されていてもよい。電子放出部材２０は、複数の電極７１を備えていてもよい。

【符号の説明】

【0148】

１…電磁波検出装置、２…光電変換装置、１０…ハウジング、１１ａ…窓部、２０…電子放出部材、２２，２２Ａ，２２Ｂ…メタサーフェス、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３２，３２Ａ，３２Ｂ，３３，３３Ａ…パターン、６２…電位制御部、７０…演算部、Ｅ…電子、Ｐ１…アンテナ部、Ｐ２…バイアス部、Ｗ…電磁波。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】