2020 Fiscal Year Research-status Report
リアルタイムドリフト補償によるテラヘルツ絶対電力の超高感度測定法の開発
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19K04418
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
飯田 仁志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (40392584)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / カロリーメータ / 絶対パワー / ドリフト補償 / 減衰量 / 校正技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微弱なテラヘルツ波パワーを精度よく測定するにあたり、大きな課題となっているセンサのドリフト抑制手法について検討を重ねた。令和2年度はセンサの補償素子の特性ばらつきに起因するドリフト制御に関し以下の成果を得た。
本研究では、周囲温度の変動によるドリフトを抑制するため、同等の性能を有する隣接した二つのパワー検出素子のうち、一つをパワー測定用に、もう一つを温度補償用に用いている。昨年度の成果より、ドリフトの低減にはこれら二つの素子特性のわずかな差異を補償するように制御を行うことが有効であることが分かった。そこで、利得可変差動帰還回路を設計し、本センサに適用した。本センサは入射されたテラヘルツ波のパワーを、ヒータによる熱を介して直流の電力に置換するカロリーメータ方式を採用している。その際、測定するパワーレベルに応じて動作点が異なるが、ドリフトレートは動作点によって変化することが分かった。特に、装置立ち上げ時の平衡動作においてヒータがオーバードライブされることがドリフト増大の大きな原因であることが分かった。そこで、ヒータ制御にリミッタを設けて過加熱を防止するとともに、帰還回路の利得を微調整することで、ドリフトを改善した。本研究で取り扱う微弱パワーの制御には、減衰器を正確に値付けすることが不可欠である。その手法として、光音響置換法による新たな減衰量校正法を提案した。光音響変換器を用いてテラヘルツ波の減衰量を低周波の減衰量に置換し、分圧比を精密に定めることができる誘導分圧器を参照標準として利用することで、精密なテラヘルツ減衰量の校正を可能とした。その成果として、0.11 THzの空間ビームに対して、金属薄膜減衰器の減衰量を20 dBの範囲において0.46 dB以下の不確かさで校正できることを示した。次年度にはより簡便に利用できる微弱パワーセンサの構造を検討し、測定時間の高速化を目指す。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ドリフトの発生原因を把握し、特に大きな原因となっていた直流置換制御部の新規設計と改善評価を行うことでドリフト低減を達成した。また、微弱パワーの定量評価に不可欠な減衰量の独自校正方法を提案することができた。リアルタイムドリフト補償という点ではまだ改善の余地が残される結果ではあるが、これまであまり報告例がない空間ビームのテラヘルツ波に対する減衰量精密校正技術を実証したことは大きな進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度はこれまでの実証結果に基づき、引き続きリアルタイムドリフト補償に関する検討を進める。本研究で開発したセンサは、テラヘルツ波の絶対パワー測定という点で有利であるが、制御がやや複雑であり、測定時間が長いことも課題である。そこで、より簡便に利用できる仲介用センサの開発にも取り組み、測定時間の高速化や測定感度の改善を進めるとともに、不確かさの評価法確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
（理由）国際会議参加がオンライン会議となり参加費が減額されたため
（使用計画）次年度の計画では、試作のための部品費や成果発表のための旅費を計上しているが、次年度使用額はその一部として使用予定である。
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