High-efficient generation of high-power terahertz wave by controlling multimode spoof-plasmon

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15191
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: Annaka Yuta 新潟大学, 工学部, 教室系技術職員 (20835699)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 大強度テラヘルツ波 / 疑似プラズモン / 金属周期構造 / 電子ビーム

Outline of Final Research Achievements

We studied surface wave oscillator (SWO), an intense terahertz wave source based on an interaction between an electron beam and spoof plasmon. We analyze SWO at sub-terahertz frequency of 100 GHz using numerical calculation code. A corrugated waveguide with the diameter of 20 mm and electron beam source are fabricated based on the result of the numerical analysis. An experiment of 100 GHz SWO is conducted with the corrugated waveguide, and 2-kW radiation of sub-terahertz wave is obtained. SWO achieves the maximum energy-conversion efficiency of 8%.

Free Research Field

プラズマ理工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

テラヘルツ波は通信技術や医療など様々な分野に応用できる電磁波であるが、その光源の開発は途上である。大強度のテラヘルツ波光源の一種である表面波発振器は常温で動作でき、また比較的弱い磁場で作動するため装置構成を小さくできるという利点がある。しかし動作効率が他のテラヘルツ波源と比べて小さいという欠点があった。本研究では、サブテラヘルツ周波数にあたる100GHz帯で表面波発振器の効率を大きく改善した。この成果により大強度で小型かつ常温動作できるテラヘルツ波源の実現に近づいた。