超伝導検出器アレイを用いた超高感度テラヘルツイメージングシステムの開発

• Project/Area Number: 17686010
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied physics, general
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 有吉 誠一郎 The Institute of Physical and Chemical Research, テラヘルツイメージング研究チーム, 研究員 (20391849)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥30,160,000 (Direct Cost: ¥23,200,000、Indirect Cost: ¥6,960,000); Fiscal Year 2007: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2006: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2005: ¥19,760,000 (Direct Cost: ¥15,200,000、Indirect Cost: ¥4,560,000)
• Keywords: 電波天文学 / 超伝導デバイス / テラヘルツ光技術

Research Abstract

将来の天文観測応用や産業応用を目的として、超伝導トンネル接合素子(STJ)を用いた超高感度テラヘルツ光検出器アレイの開発、及び、そのイメージングシステム化に向けた研究開発を行っている。最終年度にあたる当該年度は、昨年度までに作製したSTJ検出器2次元アレイ(最大36画素)と無冷媒0.3K冷凍機システムを組み合わせて、広範な応用分野の開拓へ向けた検討を進めてきた。
まず、2次元アレイの光学特性を評価するために、フーリエ変換分光器を用いてSTJ検出器25(5×5)画素分の周波数感度特性を測定した。その結果、25画素全てで中心周波数0.65THz(帯域幅〜0.1THz)のバンドパス特性を示し、その個体差は約1.3%の周波数範囲内で同等という優れた均一性をもつことを確認した。
次に、後進波管をテラヘルツ連続波光源とするイメージングシステムへSTJ検出器2次元アレイを適用するための光学系改良とともに、その多系統信号を同時に読み出すための回路系を構築することで、2次元アレイを用いた初のテラヘルツイメージングに成功した。25画素アレイを用いた場合には1画素検出器に比べて最大25倍のスピードで画像取得が可能であり、近い将来の更なる大規模アレイ化によって、より短時間のリアルタイムイメージング計測が可能になると期待される。
また、同時並行して、無冷媒0.3K冷凍機システム内部に設置した検出器ステージやテラヘルツ光の導入窓を最適化することで、低雑音特性をもつSTJ検出器を駆動するに足る冷凍機システムに仕上げた。現在すでに実験室内での評価段階の見通しが立っているため、近い将来にはフィールド(屋外)応用への展開が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Terahertz Imaging with a Direct Detector based on Superconducting Tunnel Junctions (2006)
  • Author(s): S.Ariyoshi, et al.
  • Journal Title: Applied Physics Letters 88
• [Journal Article] Supuerconducting Detector Array for Terahertz Imaging Applications (2006)
  • Author(s): S.Ariyoshi et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 45・37
• [Journal Article] 超伝導検出器アレイを用いたテラヘルツイメージング (2006)
  • Author(s): 有吉誠一郎 他
  • Journal Title: 信学技報 106・403 Pages: 59-63
  • NAID: 110006162470
• [Journal Article] Superconducting Detector Collects Terahertz Radiation (2006)
  • Author(s): Richard Gaughan (News report)
  • Journal Title: Photonics Spectra July issue Pages: 23-24
• [Journal Article] 超電導トンネル接合を用いたテラヘルツイメージング技術 (2006)
  • Author(s): 有吉誠一郎 他
  • Journal Title: 超電導 Web21 2月号 Pages: 8-9
• [Journal Article] テラヘルツイメージングと安心・安全分野への応用 (2006)
  • Author(s): 大谷知行, 有吉誠一郎 他
  • Journal Title: 応用物理学会誌 vo1.75, no.21 Pages: 188-195
  • NAID: 10017253165
• [Presentation] 超伝導検出器2次元アレイを用いたテラヘルツイメージング (2008)
  • Author(s): 有吉 誠一郎
  • Organizer: 2008年春季 第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2008-03-29
• [Presentation] 【招待講演】超伝導センサーアレイによるテラヘルツセンシング (2008)
  • Author(s): 有吉 誠一郎
  • Organizer: 情報通信研究機構主催 ナノICTシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2008-02-13
• [Presentation] 【依頼講演】テラヘルツセンシング超伝導デバイスの現状と新提案 (2007)
  • Author(s): 有吉 誠一郎
  • Organizer: 山形大学工学部主催 最先端材料・デバイス研究会
  • Place of Presentation: 山形
  • Year and Date: 2007-09-27
• [Presentation] 【受賞記念講演】Superconducting Detector Array for Terahertz Imaging Applications (2007)
  • Author(s): 有吉 誠一郎
  • Organizer: 2007年秋季 第68回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2007-09-05
• [Presentation] 【招待講演】テラヘルツイメージング (2007)
  • Author(s): 有吉 誠一郎
  • Organizer: 応用物理学会超伝導分科会主催 第35回研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2007-06-22
• [Book] テラヘルツ技術総覧 (2007)
  • Author(s): 有吉 誠一郎, 他
  • Total Pages: 700
  • Publisher: NGTコーポレーション
• [Remarks] 【受賞】(1)有吉 誠一郎、応用物理学会論文賞(第29回JJAP論文奨励賞)、応用物理学会、2007年9月
  • URL: http://www.jsap.or.jp/activities/award/paper/prizewinner29.html
• [Remarks] 【受賞】(2)有吉 誠一郎、第20回安藤博記念学術奨励賞、財団法人安藤研究所、2007年6月
  • URL: http://www.ando-lab.or.jp/rekidai-4.htm
• [Remarks] 【受賞】(3)有吉 誠一郎、第4回フロンティア研究システム奨励賞、理化学研究所、2007年3月
  • URL: http://www.riken.jp/lab/frs/frontier/jpn/frsaward/4th/award_4.htm