地球大気OH・酸素原子リモート計測のためのテラヘルツ波ヘテロダインセンサーの開発

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19310009
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 前澤 裕之 Nagoya University, 太陽地球環境研究所, 助教 (00377780)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山本 智 東京大学, 理学系研究科, 教授 (80182624) ; 鵜澤 佳徳 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (00359093) ; 長濱 智生 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 准教授 (70377779) ; 入交 芳久 独立行政法人情報通信研究機構, 第3研究部門, 主任研究員 (60358992)
• Keywords: 地球観測 / リモートセンシング / テラヘルツ / 赤外材料・素子 / 量子エレクトロニクス / 環境変動 / 先端機能デバイス / 地球変動予測 / 超伝導材料・素子

Research Abstract

本研究は、大気中の未計測ガス種のOHラジカルなど、1.8-2.0THz帯に放射スペクトルをもつ原子・分子のリモートセンシングを見据え、THz波ヘテロダイン超伝導ホットエレクトロンボロメータミクサー素子(HEBM)を実用化し、THz帯の高周波分解能・高感度リモート計測システムを開発することを目指している。H.19年度はHEBMを搭載できる冷却受信機システムの設計・製作、HEBM素子の周波数応答評価システム(FTS)の構築、HEBM素子の改良を行った。具体的に以下に示す。
1)シールド・グランドレベル・耐真空に配慮したクライオスタット・システム、HEBMを4Kに冷却し、かつビームをHEBMに伝送するための冷却光学系の設計・製作(Al製)を行った。またHEBMにバイアスを印加するためのフィードバック回路を改良し、安定なバイアス源を設計・製作した。さらに、HEBMからの差周波のビート出力を増幅処理する中間周波系の設計・製作を行った。
2)局部発振波(LO)と信号(RF)を結合させるためのTHz帯ワイヤーグリッドの製作を行った。
3)従来の潮解性のあるMgOレンズ/基板を用いたプロセスから、Siレンズ/基板を用いたプロセスに改良を行った。ICPによるエッチングプロセスを導入することで、HEBM素子の高周波化と耐久性、歩留まりの向上に成功した。
4)HEBM素子のツインスロットアンテナ部の周波数特性(200GHz、600GHz,1.5THz、1.9THz)を測定するため、国立天文台のフーリエ分光装置のバイアス回路(DC出力で応答成分を取り出す必要があるため、フィードバック回路の無い構成にする必要有り)・He冷却デュワーの改良、システムの安定化とノイズの軽減を行った。これによりHEBMを損傷させることなくFTSシステムに搭載し、周波数特性の測定を行える環境を整備した。

Research Products

• [Journal Article] Ground-based millimeter-wave observations of water vapor emission (183GHz)at Atacama, Chile (2008)
  • Author(s): Kuwahara, T., A. Mizuno, T. Nagahama, H. Maezawa, A. Morihira, N. Toriyama, S. Murayama, M. Matsuura, T. Sugimoto, S. Asayama, N. Mizuno, T. Onishi, Y. Fukui
  • Journal Title: Advanced. Space Research (掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Continuous measurements of the stratospheric and mesospheric ozone by using ground-based millimeter-wave radiometers (2007)
  • Author(s): Nagahama, T., A. Mizuno, H. Maezawa, H. Nakane, Y. Fujinuma, A. Morihira, H. Ogawa, Y. Fukui
  • Journal Title: Proceedings of the International Conference on Submillimeter Science and Technology Pages: 20-23
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 準光学型ホットエレクトロンボロメータの開発 (2008)
  • Author(s): 山倉鉄矢、中井直正(、瀬田益道、前澤裕之、芝祥一、新保謙、山本智
  • Organizer: 日本天文学会2008年春季年会
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター
  • Year and Date: 20080324-20080327
• [Presentation] NbTiN HEBミクサ性能の動作温度依存性の評価 (2008)
  • Author(s): 新保謙, 芝祥一、蒋玲、前澤裕之, P.G.Ananthasubramanian, 山本智
  • Organizer: 2008年春季第55回応用物理学会
  • Place of Presentation: 日本大学
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] 南米チリ・アタカマ高地における中間圏微量分子の連続観測 (2007)
  • Author(s): 長濱智生、水野亮、前澤裕之、鳥山哲司、児島屋康介、桑原利尚、土岐一貴、寺田良平、森平淳志
  • Organizer: 第13回大気化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 20071127-20071129
• [Presentation] Ground-based Millimeter-wave Measurements of Vertical Distribution of H2180 in Upper Statosphere and Mesosphere over Atacama, Chile (2007)
  • Author(s): A. Mizuno, T. Nagahama, H. Maezawa, T. Toriyama, T. Sugimoto, M. Matsuura
  • Organizer: 4th Annual Meeting of the Asia Oceania Geosciences Society(AOGS2007)
  • Place of Presentation: タイ・バンコク
  • Year and Date: 20070730-20070804
• [Presentation] A New Development Uncooled 22GHz Band Spectroscopic Radiometer Observations of Stratospheric Water Vapor (2007)
  • Author(s): Kuwahara. T., Mizuno. A., Nagahama. T., Maezawa. H., Toriyama. N., Sugimoto. Y., Matsuura. M.
  • Organizer: 4th Annual Meeting of the Asia Oceania Geosciences Society(AOGS2007)
  • Place of Presentation: タイ・バンコク
  • Year and Date: 20070730-20070804
• [Presentation] Ground-based millimeter-wave measurements of stratospheric H2180 in asubtropical region in the southern hemisphere, Atacama highland in Chile (2007)
  • Author(s): T. Nagahama, A. Mizuno, H. Maezawa, T. Toriyama, T. Sugimoto, M. Matsuura
  • Organizer: 4th Annual Meeting of the Asia Oceania Geosciences Society(AOGS2007)
  • Place of Presentation: タイ・バンコク
  • Year and Date: 20070730-20070804
• [Presentation] Ground-based millimeter-wave measurements of stratospheric H218O in asubtropical region in the southern hemisphere, Atacama highland in Chile (2007)
  • Author(s): Mizuno. A., Sugimoto. Y., Nagahama. T., Maezawa. H., Kuwahara. T., Matsuura. M., Toriyama. N., Fukui. Y., Mizuno. N., Onishi. T., Nakane. H., Morihira. A.
  • Organizer: IAGA simposia at the IUGG general Assembly
  • Place of Presentation: イタリア・ペルージャ大学
  • Year and Date: 20070702-20070713
• [Presentation] チリ・アタカマ高地における成層圏・中間圏H_2^<18>Oの時間変動観測 (2007)
  • Author(s): 水野亮、杉本朋世、長浜智生、前澤裕之、桑原利尚、松浦真人、村山智史、水野範和、福井康雄、中根英昭、笠井康子、森平淳志
  • Organizer: 気象学会2007年度春季大会
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター
  • Year and Date: 20070513-20070516
• [Presentation] NbTiN薄膜を用いた格子冷却型HEBミクサの製作と評価 (2007)
  • Author(s): 新保謙, 芝祥一, 坂井南美, 前澤裕之, 山本智
  • Organizer: 2007年秋季第68回応用物理学会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学
  • Year and Date: 2007-09-05
• [Presentation] Nbを用いたHEBミクサ素子の開発と性能評価 (2007)
  • Author(s): 芝祥一, 新保謙, 前澤裕之, 山本智
  • Organizer: 2007年秋季第68回応用物理学会
  • Place of Presentation: 北海道工業大学
  • Year and Date: 2007-09-05