| Project/Area Number |
23K17751
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
加藤 和利 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (10563827)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | THz級電磁波 / 光電変換 / フォトミキシング / フォトダイオード / 波長可変レーザ |
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| Outline of Research at the Start |
二つの波長の異なる光波からTHz級電磁波を生成するフォトミキシングにおいて、光信号生成装置は二つのレーザ光源と光変調器から構成され、小型化、低消費電力化には課題がある。本研究は、レーザ波長変化だけでTHz級電磁波の強度変調を行う技術、また波長変化パターンを変えるだけで様々な変調方式のTHz波を生成する技術の創成を目的とする。THz波生成と、波長可変レーザの波長切り替え高速化極限追求という先端技術を融合し、波長切り替えパターンのバリエーションによりTHz波に様々な変調が施されるという独創的技術に立脚した、全く新しいTHz波生成とこれを用いたTHz波通信の探索的研究に挑戦するものである。
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| Outline of Annual Research Achievements |
波長切り替えと遅延合分波回路による実効的な二光波生成という新奇コンセプトのもとで融合し、さらに波長切り替えパターンのバリエーションによりTHz波に様々な変調が施されるという独創的技術に立脚した、全く新しいTHz波生成とこれを用いたTHz波通信の探索的研究を行った。具体的には一つの波長可変レーザだけで変調されたTHz級電磁波を生成する新技術の創成を目的とし、高速波長可変レーザとして、ピコ秒オーダの波長変化が可能な反射型トランスバーサルフィルタ(RTF)レーザを用いて二光波の生成を行った。レーザ光周波数を時間dtごとに交互に切り替え、光ファイバで構成した遅延量dtの遅延合分波回路に通過させると、もとの波長切り替えパターンと、それからdtずれたパターンが重なり、光ファイバ内には常に波長の異なる二光波が存在することになる。このdtを2nsとし二光波をフォトミキシングすることでTHz波の生成実験系を設計した。さらに周波数変動が1GHz以内となるTHz波生成のために、独自に構築した非線形応答理論を用いたピコ秒オーダの波長制御技術を適用し、周波数を安定化したTHz波生成系を構築した。
実験では二光波の光周波数差を300GHzに設定して、RTFレーザの波長切替を行い、二光波を高速フォトダイオードに入力しフォトミキシングによりテラヘルツ波を発生する実験を行った。その結果周波数300GHzの電波を途切れなく連続的に生成できることを実証した。
これら研究成果を学術論文1件、国際会議1件、国内学会5件発表し、このうち国内学会発表に対して学術奨励賞を2件受賞するなど、得られた成果に対して大きな反響を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2年目に実施予定であったテラヘルツ波発生を1年目で実現したから。また研究成果への反響が大きく、2件の表彰を受けたから。
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| Strategy for Future Research Activity |
二つのレーザと光変調器の機能を一つの波長可変レーザで置き換えたTHz級無線通信の実証実験を行う。強度変調ではレーザ波長変化時間と符号誤り率の関係から、Beyond 5Gを想定した100Gbit/s級高速変調に要求されるレーザ性能を明らかにする。周波数変調では多値化を検討し、強度変調のさらに2倍～4倍（200～400Gbit/s）の極限通信速度の可能性を探る。パルス変調では応募者がすでに構築し1Tbit/sまでの繰り返しパルス波形測定が可能な技術を活用して、レーザ波長変化時間と実現可能な最短パルスの関係を明らかにする。
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