　設計段階では、最初に断面が長方形の水素化アモルファスシリコン柱構造（メタアトム）の電磁場解析を実施し、偏光のx方向成分とy方向成分との間に4分の1波長（90度）の位相差を生成できるサイズを抽出した。偏光間の位相差を維持しながら、0～360度の間で全体の位相遅延を自由にコントロールできるように設計し、8本の異なるサイズの柱を2384×298nmの範囲に並べることによって、プリズムと波長板の2機能の統合ができた。

　細かい誤差解析を実施し、寸法誤差が回折効率、集光効率に与える影響を調べるため、プリズムと波長板の2機能の統合と、レンズ、プリズム、波長板の3機能統合の2ケースを実験した。3機能統合では360種類の異なるサイズの柱を0.3×0.3mmの範囲内に設置。その結果、2機能統合では回折効率72.8％、3機能統合では集光効率77.3％の高性能を示した。

波長板とプリズムの2機能統合の実験結果。（a）製作したメタサーフェスの電子顕微鏡写真。（b）ビームプロファイラにより撮影した回折スポット像。＋1次光に強い回折が集中している。（c）実験セットアップ。（d）各方向の回折強度［クリックで拡大］出所：早稲田大学

レンズ、プリズム、波長板の3機能統合の実験結果。（a）製作したメタサーフェスの電子顕微鏡写真。（b）実験セットアップ。（c）CMOSカメラで撮影したメタサーフェス表面（左）と集光スポット（右）の画像。（d）集光スポットの強度分布［クリックで拡大］出所：早稲田大学

　同メタサーフェスは、1枚の超薄型素子で光の伝搬方向、集束性、偏光状態を高い効率で同時に精密制御する技術となる。加えて大量生産も可能であることから、次世代の超小型原子時計の開発に貢献する。

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