Research on Real-time Imaging of Electromagnetic Waves Using Atomic Resonance

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15007
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21030:Measurement engineering-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Tojima Yuya 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, 研究員 (20805147)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: マイクロ波 / パッチアレーアンテナ / イメージング / 二重共鳴 / セシウム原子 / 磁界分布

Outline of Final Research Achievements

In this study, two-dimensional real-time imaging of magnetic field strength using a large-area cesium gas cell was demonstrated. The magnetic field was emitted from a patch array antenna and the exposure time for the real-time imaging was 0.01 s. In particular, the real time imaging of the sweep of the radiated magnetic field by changing the phase difference between the elements of the patch array antenna using a variable phase shifter was successfully achieved for the first time. This success was achieved by improving the stability of imaging by creating a sheet-like pumping laser with uniform intensity using an optical system combining a galvano mirror and cylindrical lens.

Free Research Field

計測工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多数の無線通信端末が普及する現代では、電磁波強度分布を正しく測定することは無線通信網の設計、ビームセンシング技術、不要放射評価において重要となる。従来、電磁界強度分布の測定にはアンテナやファイバー結合した小型センサを走査する必要があった。この手法では短時間の分布変動を広範囲でモニターすることは困難であった。本研究は、セシウム原子と電磁波の相互作用による蛍光に着目し、セシウム原子をセンサとしてアンテナから放射した磁界強度分布を10 cm四方の平面内でリアルタイムにイメージング可能であることを実証した。これにより、次世代無線通信の実現に期待されている電磁波の空間強度分布の評価技術の確立に貢献する。