カーボンナノチューブによるX線ファイバにおけるナノメートル電磁波伝送の基礎的研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655142
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 後藤 信夫 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (60170461)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 園田 潤 仙台電波工業高等専門学校, 助手 (30290696) ; 高橋 港一 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (10335101)
• Keywords: X線ファイバ / カーボンナノチューブ / フォトニック結晶導波路 / ナノメートル電磁波 / バンドギャップ

Research Abstract

カーボンナノチューブによるX線ファイバにおけるナノメートル電磁波の伝送の基礎研究として、理論的検討および実験準備を行い、以下の良好な成果が得られた。
1.カーボンおよびモリブデン原子から構成されるフォトニック結晶の理論的検討
カーボン原子およびモリブデン原子からなる結晶においてナノメートル電磁波に対する導波路構成材料としての反射特性を評価するため、フォトニック結晶としての特性および波数ベクトルの向きに依存した周波数分散特性を2次元周期構造における平面波展開法を用いることにより理論的に明らかにした。その結果、局所的ではあるが反射特性が得られるバンドギャップが存在することを明らかにし、ナノメートル電磁波の導波路構成の可能性を示した。バンドギャップ幅はナノメートル電磁波のTE波およびTM波によって異なるが、その帯域幅はTHzのオーダーになることを示した。フォトニック結晶モデルに用いたカーボンおよびモリブデン原子の屈折率として、実験的に報告されている値を用いて評価した。
2.カーボンナノチューブ中のX線導波特性の理論的検討
カーボンナノチューブの解析モデルとしてカーボン原子が周期的に選んだ導波路構成において、有限差分時間領域(FDTD)法によりナノメートル電磁波の伝搬シミュレーションを行い、導波X線伝搬の様子を明らかにした。通常のナノチューブ構成のみではナノメートル電磁波の導波路閉じ込め効果は大きくないことがわかった。シミュレーションモデルに用いたカーボン原子の屈折率として、実験的に報告されている値を用いて評価した。
3.単層カーボンナノチューブ合成装置の作成準備
単層カーボンナノチューブをレーザ蒸発法により合成するための装置作成の準備として、セラミック電気管状炉、管状炉対応温度コントローラ、ディジタルマノメータ、石英管、油回転ポンプ、ピラニー真空計、スピードコントロールルータの準備を行い、また、合成炉に必要なチャンバー及びレーザ源について検討を行った。
カーボンナノチューブのナノメートル電磁波の導波特性については、さらに理論的に検討を行っていく必要があるが、この成果をもとに、導波路実現の研究展開が可能となった。
なお、研究組織に以下の変更があった。
代表者:宮崎保光(工学部・教授;平成15年2月まで)、後藤信夫(平成15年2月から)
分担者:後藤信夫(平成15年2月まで)、増田忠弘(工学部・助手;平成14年9月まで)、佐々木秀記(工学部・教務職員;平成14年11月まで)

Research Products

• [Publications] N.Goto, Y.Miyazaki, K.Takahashi: "Dynamic Characteristics Analysis of Wavelength-Division-Multiplexing Guided-Wave Separation Switch Using Acoustooptic Effect"Jpn.J.Appl.Phys.. (to bi published). (2003)
• [Publications] G.Rodriguez, Y.Miyazaki: "Progressive Analysis of Electromagnetic Field by Parallel FDTD Algorithm for Big Urban Area 2-D Simulations"電気学会論文誌A. 122巻12号. 1031-1037 (2002)
• [Publications] Y.Miyazaki: "Electromagnetic Analysis of Near Fields in Tapered Dielectric Waveguides by Spectral Functions"PIERS 2003 (Progress In Electromagnetics Research Symposium), Singapore. 3P1.6 (2003)
• [Publications] Y.Miyazaki, T.Waga: "Photonic Band Characteristics in X-ray Waveguide Medium Consisting of Atomic Structures"PIERS 2003 (Progress In Electromagnetics Research Symposium), Singapore. 3P1.8 (2003)
• [Publications] Y.Miyazaki, N.Goto, K.Takei, K.Takahashi: "Dynamic Switching Characteristics of Waveguide Type Acoust-Optic Separator Using SAW for WDM System"Proc. of 2002 Asian-Pacific Microwave Conference (APMC2002), Kyoto. WEOF-80 (2002)
• [Publications] Y.Miyazaki, K.Takei: "Pulse Amplification Characteristics of Er-Yb Codoped Garnet Crystal Waveguide-Type Optical Amplifiers"Proc. of 2002 Asian-Pacific Microwave Conference (APMC2002), Kyoto. THOF-76 (2002)
• [Publications] Y.Miyazaki, N.Goto: "Tunable Matrix Switches and Routers Consisting of Waveguide-Type Acousto-Optic Separators with SAW for WDM Systems"Proc. of 2002 IEEE Ultrasonics Symp., Munich, Germany. 3G-5 (2003)
• [Publications] Y.Miyazaki, G.Rodriguez: "A New FDTD Parallel Algorithm for Wave Propagation and Absorption on Big Urban Areas"EMC2002, Beijing. 2PA02 (2002)
• [Publications] Y.Miyazaki: "Radio Wave Absorption Analysis of Coated Elliptic Cylinders with Lossy Magnetic Ferrite Films using Conformal Mapping Method"EMD2002, Beijing. (2002)
• [Publications] I.Murata, Y.Miyazaki: "Broadband Characteristics Design of Semi-Circle Type Bow-tie Antenna with Hole Slots Using FDTD Analysis"Proc. of International Symposium on Antennas and Propagation (ISAPi-02). 259-262 (2002)
• [Publications] T.Masuda, Y.Miyazaki: "Electromagnetic Scattering and Absorption of Conducting Elliptic Cylinder Coated with Lossy Ferrite Absorber"Proc. of International Symposium on Antennas and Propagation (ISAPi-02). 217-220 (2002)
• [Publications] G.Rodriguez, Y.Miyazaki: "Parallel Algorithm for Analysis of Electromagnetic Propagation in Big Urban Area and Impulse Response"Proc. of International Symposium on Antennas and Propagation (ISAPi-02). 536-539 (2002)
• [Publications] Y.Miyazaki, T.Takei: "Dynamic Characteristics of Integrated Optical Amplifiers Using Er-Yb Codoped Garnet Crystal Wabeguide"PIERS 2002 (Progress In Electromagnetics Research Symposium), Cambridge, Massachusetts. 506 (2002)
• [Publications] Y.Miyazaki, K.Takahashi: "Statistical Analysis of Target Detection for Subsurface Radar Sensing of Buried Objects in Random Media"PIERS 2002 (Progress In Electromagnetics Research Symposium), Cambridge, Massachusetts. 381 (2002)
• [Publications] Y.Miyazaki: "Mathematical Analysis of Electromagnetic Radiation and Leaky Fields from Tapered Optical Waveguides Using Conformal Mapping Method"PIERS 2002 (Progress In Electromagnetics Research Symposium), Cambridge, Massachusetts. 367
• [Publications] 宮崎保光: "電子情報通信のテクニカル・レビュー(光ファイバ通信の歩み)"風媒社. 44 (2003)