フォトニクス技術による超広帯域サブミリ波ヘテロダイン観測法の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12354001
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 石黒 正人 国立天文台, 電波天文学研究系, 教授 (40023684)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松尾 宏 国立天文台, 天文機器開発実験センター, 助教授 (90192749) ; 野口 卓 国立天文台, 電波天文学研究系, 助教授 (90237826) ; 関本 裕太郎 国立天文台, 電波天文学研究系, 助教授 (70262152) ; 石橋 忠夫 NEL(株), フォトニクス商品技術第一開発部, 技術部長 ; 上田 暁俊 国立天文台, 電波天文学研究系, 助手 (30332159)
• Keywords: ALMA / フォトニックローカル / 電波天文学 / UTC-PD

Research Abstract

本研究では、電波干渉計で用いるための局部発振器の開発を行っている。従来は、ガン発振器(80GHz程度)を源発振とし、それの逓倍波を電波望遠鏡の局部発振信号として、使用してきた。しかし、この方式では受信機内部に多くの機器を入れる必要がある、比帯域幅が取れない、等の欠点がある。次期干渉計計画LMSAの観測周波数は、30〜950GHzであり、この周波数域を10の受信機で観測する。従って、局部発振器には、コンパクトかつ広比帯域である事が要求される。我々のグループでは、局部発振信号を2台のレーザーの差周波に載せ、アンテナへ供給する方法(フォトニックローカル)を提案している。今年度における研究の成果を挙げる。
(1)100GHzフォトニックローカルを作成し、出力2.2mWを得た。これは同一方式による世界最高出力である。またその出力は75GHz〜110GHzにおいて出力変動幅3dB以内であった。
(2)超伝導受信機を使用し、ガンダイオードとフォトニックローカル発生信号の比較を行った。この比較のおいて雑音温度27Kでガンダイオード、フォトニックローカル両者に性能差は確認されなかった。
(3)フォトニックローカルは80Kに冷却して使用される。従って、作成したフォトニックローカルの冷却を行った。一ヒートサイクルにおいてその性能劣化は認められなかった。今後、冷却時の100GHz信号発生を試みる。
(4)米国天文台(NRAO)において、ラザフォードアップルトン研究所が作成したフォトニックローカルとの性能比較を超伝導受信幾を用いて行った。受信機雑音温度約200Kの範囲で両者のフォトニックローカルに性能差は確認されなかった。NRAOにおける実験で、レーザーの持つ雑音が大きくフォトニックローカル性能に影響する事を確認した。
(5)現在、電気通信大学、NTT未来ネット研究所でレーザーフェーズロックを推進中である。
(6)UTC-PDの周波数応答を知るためにログペリアンテナにUTC-PDを装荷し出力性能を評価した。1THz近傍までフォトダイオードが応答している事を確認した。
(7)100GHzフォトニックローカルの試験結果を踏まえ、350GHzフォトニックローカルの設計試作を行っており、完成次第性能評価を行う。

Research Products

• [Publications] 上田暁俊, 石黒正人: "アンデス巨大電波望遠鏡ALMAと光技術"光学. 30・8. 499-503 (2001)
• [Publications] A.Ueda, T.Noguchi et al.: "Development of Photonic Local Oscillator on W-band Waveguide"AP-RASC01, conference digest. 386 (2001)
• [Publications] T.Ishibashi, S.Kodama et al.: "Ultrahigh speed applications of Uni-Traveling-Carrier Photodiodes"Proc.8^<th> International Workshop on Femtosecond Technology. 54-57 (2001)
• [Publications] Y.Sekimoto, T.Sakai, et al.: "A 350GHz SIS Receiver on the Nobeyama 10m Submillimeter Telescope"PASJ. 53. 951-958 (2001)
• [Publications] T.Noguchi, A.Ueda, et al.: "Millimeter Wave Generation Using A Uni-Traveling-Carrier Photodiode"Proc.12^<th> Int.Symp.Space Terahertz Technology. 73-80 (2001)
• [Publications] T.Noguchi, H.Maezawa, et al.: "Nb-Based SIS Mixer in the 800GHz Band"IEEE Trans.Appl.Supercond. 11. 167-170 (2001)