超短光パルス励起による新型高温超伝導テラヘルツ波発振器の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08405028
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 萩行 正憲 大阪大学, 超伝導エレクトロニクス研究センター, 教授 (10144429)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 博成 大阪大学, 工学研究科, 助手 (30219901)
• Keywords: 高温超伝導体 / 超高速光応答 / テラヘルツ波 / 超短レーザーパルス / Y_<0.7>Pr_<0.3>Ba_2Cu_3O_<7-δ> / 超伝導電流分布 / 時間領域テラヘルツ分光法

Research Abstract

本年度は、1.Pr置換YBCO薄膜の採用によるテラヘルツ波放射効率の増大、2.ログペリアンテナ採用による放射特性の改善、3.テラヘルツ波放射現象を利用した非接触超伝導電流可視化装置の開発、4.磁束侵入とテラヘルツ波放射現象の関係の解明、5.新しい原理に基づくサブテラヘルツ分光システムの開発などを行った。その結果、1. Prを一部置換したYBCO(Y_<0.7>Pr_<0.3>Ba_2Cu_3O_<7-δ>)ではYBCO比べ同一ポンプ光強度、同一バイアス電流の場合放射電磁波の振幅が1桁以上増大した。これは、Pr置換により超伝導キャリヤが減少し、テラヘルツ域の超伝導薄膜と基板のインピーダンスミスマッチングが緩和されたためとして説明できる。
2. ログペリアンテナの採用により、電磁波放射の指向性と放射強度が改善された。
3. ポンプ光を絞り、薄膜試料上を走査しながらテラヘルツ波を測定することにより超伝導電流分布を可視化するシステムを提案、試作した。
4. 3のシステムを用いて、様々な磁場並びにバイアス電流下で超伝導電流分布を測定し、電流分布がほぼビーンモデルで記述できることを確かめた。
5. 従来、高価な超短パルスレーザーを用いて行われていた時間領域テラヘルツ分光法において、極めて安価なCWマルチモードレーザーを用いた新システムを提案し、実際にドープされた半導体の誘電率測定に有効なことを示した。これは、高温超伝導体の表面インピーダンスの評価にも有用である。

Research Products

• [Publications] 萩行正憲: "高温超伝導体からのテラヘルツ電磁波発生" レーザー研究. 26・7. 536-540 (1998)
• [Publications] M.Tonouchi: "Visualization of Optically Controlled Magnetic Flux in YBa_2Cu_3O_<7-δ> Thin Film Loop by Terahertz Radiatrion Imaging" Jpn.J.Appl.Phys.,Part2. 37・11A. L1301-L1303 (1998)
• [Publications] M.Hangyo: "Terahertz Radiation from YBCO Thin Films by Optical Pulse Excitation" Advances in Superconductivity X. 1205-1210 (1998)
• [Publications] S.Shikii: "Temperature Dependence of THz Radiation from Flux-trapped YBa_2Cu_3O_<7-δ> Thin Film Excited by Ultrashort Optical Pulses" Advances in Superconductivity X. 1231-1234 (1998)
• [Publications] S.Shikii: "Observation of Supercurrent Distribution in YBa_2Cu_3O_<7-δ> Thin Films Using THz Radiation Excited with Femtosecond Laser Pulses" Appl.Phys.Lett.74・9. 1317-1319 (1999)
• [Publications] 萩行正憲: "光パルス励起による高温超伝導体からのテラヘルツ電磁波放射とその応用" TELECOM FRONTIER. 20. 30-42 (1998)
• [Publications] M.Hangyo: "Ion-beam Milling of YBCO Thin Films and Their Characterization by Time-resolved Pump-probe Method" IEEE Trans on Appl.Superconductivity. (出版予定).
• [Publications] M.Hangyo: "Observation of Supercurrent Distribution in YBCO Thin Film Devices by Photoexcited THz Radiation" IEEE Trans on Appl.Superconductivity. (出版予定).
• [Publications] M.Tonouchi: "Detection and Storage of Femtosecond Laser Pulse Signals by Optical Magnetic-flux-generation in a YBCO Thin Film Loop" IEEE Trans on Appl.Superconductivity. (出版予定).
• [Publications] O.Morikawa: "Sub-THz Emission Properties of Photoconductive Antennas Excited with Multimode Laser Diodes" Jpn.J.Appl.Phys.(出版予定).
• [Publications] M.Tonouchi: "Magnetic Flux Quanta in YBCO Thin Film Loop Controlled with Femtosecond Optical Pulses" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] M.Tonouchi: "Design of Superconductive Opticla Flux Trap Memory for Femtosecond Laser Pulse Detection" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] S.Nashima: "Ion Milling of YBa_2Cu_3O_<7-δ> Thin Films and Their Characterization" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] S.Nashima: "Femtosecond Optical Pulse Response of Y_<0.7>Pr_<0.3>Ba_2Cu_3O_<7-δ> Thin Films" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] K.Shikita: "Controllability and Stability of Magnetic Flux in YBCO Thin Film Loop Trapped by Optically Induced Current Imbalance" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] M.Yamashita: "Evaluation of Supercurrent Distribution by Terahertz Radiation Mapping" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] K.Kondo: "A Novel Two-dimensional Mapping System of Supercurrent Distribution Using Femtosecond Laser Pulses" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] H.Saijo: "Magnetic Flux Generation in YBCO Thin Film Loop by Optical Excitation under Magnetic Field" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).
• [Publications] T.Kiwa: "Magnetic Flux Trap in Ion Implanted YBCO Thin Films Diagnosed by Terahertz Mapping" Advances in Superconductivity XI. (出版予定).