フォトミキシング励起によるテラヘルツ帯チューナブル局部発振デバイスの開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555107
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 斗内 政吉 大阪大学, 超伝導フォトニクス研究センター, 教授 (40207593)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川山 巌 大阪大学, 超伝導フォトニクス研究センター, 助手 (10332264) ; 村上 博成 大阪大学, 超伝導フォトニクス研究センター, 助教授 (30219901)
• Keywords: フォトミキシング / フェムト秒レーザー / テラヘルツ電磁波 / 電荷ダイナミックス / 高温超伝導体 / 光マイクロ波変換 / 波長検出 / 半導体

Research Abstract

本研究では、新しい発想に基づいた、高制御性・高安定性を有する周波数可変発振素子・光マイクロ波変換素子を開発し、その有用性を示すことを目的とする。本年度の成果は、以下のとおりである。
1.フォトミキシング材料として期待される低温成長(LT)GaAsについて、ポンププローブテラヘルツ電磁波励起法を用いて、高電界下における光励起電荷の動的振る舞いを詳細に検討した.この時、LT-GaAsの成長温度依存性を評価し、低温ほど緩和が早いが、飽和強度が小さくなることが判明した。
2.Tl_2Ba_2CaCu_2O_<8+X>薄膜からのテラヘルツ電磁波放射を観測し、光励起ジョセフソンプラズマ放射が薄膜中の酸素濃度に大きく依存していることを見出した。
3.波長1.55μmのレーザーダイオードをファイバーでカップリングさせたフォトミキシング実験システムを構築し、フォトミキシング実験を行うと共に、励起された電磁波を、高温超伝導体ジョセフソン接合を用いて検出を試みた。その結果、レーザー波長の制御により5-20GHzの電磁波励起と観測し成功した。このシステムの新しい応用として、高精度の波長計測システムを提案し、現状で波長検出制度±3.5pmのリアルタイム計測を達成し、また、将来的には100fm程度の精度で計測可能であることを明らかにした。
4.新しいテラヘルツ波放射材料開発を目標として、Mn酸化物など強相関電子系薄膜を用いた実験を行った、その結果、Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3薄膜は100kV/cm以上の印加電界耐圧がある優れたテラヘルツ電磁波励起材料であることが判明した。

Research Products

• [Publications] H.Murakami: "Electric field pulse radiation properties of a Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> bowtie-antenna devices by optical pulse illumination"Japanese Journal of Applied Physics. 41・4A. 1992-1997 (2002)
• [Publications] 斗内政吉: "強相関電子系材料からのテラヘルツ電磁波放射と関連物性"レーザー研究. 30・7. 370-375 (2002)
• [Publications] 斗内政吉: "高温超伝導体の極短光パルス応答と磁束量子制御"電子情報通信学会論文誌. J85-C・5. 323-322 (2002)
• [Publications] Y.Tominari: "Resonant Terahertz Radiation from Tl_2Ba_2CaCu_2O_<8+δ> Thin Films by Ultrafast Optical Pulse Excitation"Applied Physics Letter. 80・17. 3147-3149 (2002)
• [Publications] M.Tonouchi: "Pump and Probe Terahertz Generation Study of Ultrafast Carrier Dynamics in Low-Temperature Grown GaAs"Japanese Journal of Applied Physics. 41・6B. L706-L709 (2002)
• [Publications] T.Kiwa: "Terahertz Emission Properties of Josephson Junction under Small Magnetic Field"Singapore Journal of Physics. 18・1. 161-164 (2002)
• [Publications] M.Tonouchi: "Laser Power Dependence of Optical Magnetic Flux Generation in YBCO Thin Film Loops"Singapore Journal of Physics. 18・1. 153-159 (2002)
• [Publications] H.Murakami: "Ultrafast Phase-Coherence in Normal State of UnderdopedBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+d> Thin Film"Journal of Superconductivity. 15・5. 354-350 (2002)
• [Publications] K.Kotani: "Dielectric response of c-oriented SrBi2Ta2O9 thin films observed with interdigital electrodes"Japanese Journal of Applied Physics. 41・11B. 6790-6792 (2002)
• [Publications] I.Kawayama: "Time-domain terahertz spectroscopy of SrBi2Ta2O9 thin films on MgO substrates"Japanese Journal of Applied Physics. 41・11B. 6803-6805 (2002)
• [Publications] 紀和利彦: "高温超伝導体ジョセフソン接合を用いたフォトミキシング光-マイクロ波変換システム"低温工学. 38・1. 9-14 (2003)
• [Publications] M.Misra: "Analysis of a flip-chip bonded tunable high-temperature superconducting coplanar waveguide resonator using the conformal mapping technique"Superconductor Science and Technology. 16. 492-497 (2003)
• [Publications] H.Murakami: "Relaxation dynamics of optically excited quasi-particles in BSCCO"Physica C 378-381. 378-381. 320-323 (2002)
• [Publications] M.Misra: "Electrically tunable compact high-Tc superconducting coplanar waveguide resonator"Proceedings of Asia-Pacific Microwave Conference-2002. Vol.1. 215-217 (2002)
• [Publications] Y.Tominari: "THz radiation properties of Tl_2Ba_2CaCu_2O_<8+d> thin films excited by femtosecond laser pulses"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. (2003)
• [Publications] M.Tonouchi: "Nova Science,-Studies of High Temperature Superconductors No.42, Vortex Physics-ed. A. V. Narlikar"Optical Vortex Generation in High Tc Superconductor. 399 (2002)