2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of large-scale arrays of Terahertz-wave oscillators using intrinsic Josephson junctions
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17K06367
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
立木 隆 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (60531796)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 貴司 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (50531802)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 発振素子 / 銅酸化物超伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、銅酸化物超伝導体に内在する固有ジョセフソン接合を用いたテラヘルツ波発振素子のアレーによる高出力化を目的として、理論と実験の両面から単素子およびアレーの放射出力と放射パターン特性を検討した。
理論では、固有ジョセフソン接合のメサを３次元キャビティとみなし、このような接合系を連続体近似したモデルにより電磁界シミュレーションを行った。これより１２１モードで同発振素子のアレーを動作させた場合、素子数の増加に伴って、その数の自乗で放射電力が増加し、放射パターンが先鋭化することが示された。
また、実験では、同発振素子を取り付けた低温２軸回転ステージと低温シリコンボロメータ検出器からなる放射パターン測定系を構築し、測定系の角度ステップが0.14～0.29°、検出可能な電力密度が0.035 nW/mm^2であることを確認した。
最終年度では、上述の放射パターン測定系に取り付けた単素子をまず１２１モードで動作させることができた。しかしながら、放射出力が弱く放射パターンを測定できなかったため、同素子の直上にシリコン半球レンズを配置した。その集光効果により、基板面に対して垂直方向に半値幅15°の放射パターンを測定することができた。このパターンは、実験と同材料・同形状のレンズの集光効果を考慮した数値シミュレーション結果と酷似した。
今後の研究計画として、本研究で得られた理論的知見（すなわち１２１モード動作であればアレーの素子間距離等、設計自由度が増すこと）に基づいて同発振素子のアレーを製作する。そして、本研究で構築した低温発振素子用放射パターン測定系を用いてアレーの特性評価を行い、アレー化による放射パターンの先鋭化と出力向上を確認したいと考えている。さらに同測定系の低温シリコンボロメータを室温動作の酸化バナジウムボロメータに換えることによって、よりコンパクトで高感度な測定系に改良する予定である。
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