2017 Fiscal Year Annual Research Report

Wide frequency range electric field mesurement with pulse amplitude modulated scattering technique

Research Project

Project/Area Number	15K06124
Research Institution	Akita Industrial Technology Center
Principal Investigator	黒澤孝裕秋田県産業技術センター, 先端機能素子開発部, 主任研究員 (60370243)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords	電界計測 / 変調散乱 / 光変調 / 誘電体 / 半導体 / 高周波 / EMC
Outline of Annual Research Achievements	パルス光変調式誘電体散乱電界センサについて，完全非金属構成で高周波電界を計測できることを示すとともに，検出可能な電界の周波数や感度を評価した．アンドープヒ化ガリウム基板を半導体散乱体とし，近傍電界波源直上に設置した．この基板に対して遠方から光を照射して散乱体の導電率を変化させて散乱効率を制御することにより，変調散乱素子を実現した．光源には半導体パルスレーザー(波長1064nm，パルス幅0.8ns)を用いた．近傍波源に高周波(周波数3.8GHz)を給電したマイクロストリップラインを用い，遠方に設置したアンテナで散乱波強度を計測した．その結果，散乱波は光照射に伴って立ち上がった後，時定数12.7nsで指数関数的に減衰した．この時間変化は光照射に伴うキャリア密度の増加とその後のキャリア脱励起に伴う減衰に相当する．散乱波強度の波源への給電電力依存性を光パルスに同期した時間ゲート積分器(ゲート幅20ns)を用いて評価したところ，散乱波強度は給電電力の平方根に比例した．繰り返し測定時の信号強度とその標準偏差から，3.8GHzで-17dBmの通過電力を計測可能な感度を持つことを明らかとした．変調散乱波の減衰時定数を考慮すると，数十nsの時間分解能での電界計測が可能になることが期待される．次に，近傍電界波源に直流電圧を印加し，定常電界をパルス変調散乱波として検出することを試みた．電界波源それ自体を近傍界受信アンテナとして用い，パルス光照射に伴う波源の誘起電圧を計測したところ，電界強度10kV/mで散乱体のキャリア寿命に対応したパルスが検出された．一方で，受信アンテナを遠方に設置した場合，パルス変調散乱波は検出されなかった．このことから，定常電界から生成するパルス変調散乱波は高周波電界から生成する変調散乱波よりも大幅に小さな強度になることが明らかになった．