平面光波回路を用いた複数のミリ波・テラヘルツ波の一括生成法の研究

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04109
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: 高橋 浩 上智大学, 理工学部, 教授 (40500468)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 平面光波回路 / ミリ波 / テラヘルツ波 / 光コム

Outline of Annual Research Achievements

本研究では無線通信、イメージング及び有機物同定などで利用されている電波（マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波など）の元となる非常に周波数の高い正弦波電気信号（以後本報告書では高周波と呼ぶ）の新しい発生方法の確立を目指している。高周波の発生は従来からさまざまな手法があるが、特に次世代のモバイルネットワーク（6Gなど）では単に周波数が高いだけでなく、「周波数の絶対値の誤差が少ない」、「複数のアンテナ間で位相同期が取れている必要がある」、「出力が高い」など、複数の要求事項を同時に満足するのは難しい。本研究では、櫛歯状のスペクトルを有するレーザー光（以下周波数コムと呼ぶ）を平面光波回路に通したのちに広帯域フォトダイオードで光電変換することで上記の高周波を得る方法を提案している。
本年度は、2022年度（本研究の初年度）に行った平面光波回路の基本構成と理論的検討に基づき、回路の具体的な設計を行った。所定の最大基板寸法（回路サイズ上限）に回路を収納するための設計作業（光導波路配線）が非常に難しく平面光波回路の作製を開始できなかったが、複雑な回路の簡略化を実現するための多くの知見（要改良点など）が得られた。
なお特性評価に必要な準備としては、光電変換器、高周波増幅器、オシロスコープ等を組み合わせた高周波実験系の構築を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本提案研究の最重要部分である平面光波回路の設計が当初予想よりも複雑で計画より遅れている状況にある。その他の実施項目である、理論検討、評価系構築等についてはおおむね完了している。2024年度に挽回する計画である。

Strategy for Future Research Activity

2024年度の前半は平面光波回路の設計に集中し遅れを取り戻すとともに、当初計画で予定されていた評価を迅速に進めるため予備実験的なことも実施して、平面光波回路の作製が完了次第ただちに評価できるよう準備を万全とする。また、今までに行った理論計算・シミュレーション結果を整理して理論検討データを万全に準備し、実験結果が得られ次第迅速に成果発表できるように備える。
また、本技術の適用先を将来のモバイルネットワークだけでなくさまざまな分野に広げられることを示すため、光通信・モバイル通信以外の分野における諸問題を調査し、本技術の適用先について幅広く検討する。

Causes of Carryover

研究費の大半を占めていた平面光波回路の作製費用は、作製に着手できなかったため、支払いが生じなかった。また、平面光波回路の作製費用が昨今の物価上昇のため当初計画の価格を上回る可能性が出てきたため、そのほかの少額実験機器の購入を控え全額を最終年度の平面光波回路の作製費に充当することにした。これにより、本研究の中心であり必須の平面光波回路の作製・実現に全力を尽くすこととした。支出が遅れたが基本的な研究計画に変更はない。