2013 Fiscal Year Research-status Report
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25420428
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
飯田 仁志 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (40392584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木下 基 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (00415671)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 絶対電力 / カロリメータ / テラヘルツ時間領域分光 |
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| Research Abstract |
本研究はテラヘルツ帯の絶対電力を定めるための高精度センサ素子の開発を目的としている。平成25年度は当該センサ素子の要素技術となるテラヘルツ吸収体とその吸収熱の検出方法についての検討を行い以下の成果を得た。
吸収体については時間領域分光による材料評価を進めた結果、熱線吸収ガラスがテラヘルツ領域において比較的良好な吸収特性を有することを明らかにした。絶対電力を定めるには、材料によって周波数特性が異なる吸収率を正しく評価することが重要である。実験の結果、1テラヘルツ以下の周波数領域では熱線吸収ガラスの吸収効率が悪くなるため絶対電力の測定において精度に大きく影響することが分かったが、吸収体の厚さを適切に選択することによって測定周波数帯域を拡張可能であることを示した。
吸収熱の検出方法については、室温において高感度な検出を行うことを目標とし、等温制御型カロリメータの実験装置を構築し基礎検討を行った。本実験装置ではテラヘルツ入射電力による吸収体での吸収熱を、ペルチェ素子を用いた熱電変換により直流の電力に置換して測定を行う方法を採用した。吸収体と温度基準との温度差を検出するペルチェ素子の出力は増幅されたのちに吸収体に設置された直流ヒータを帰還制御する。このとき入射波によってヒータの直流駆動電力が変化するのでそれを測定することで入射波の絶対電力を定めることができる。まず、基本となる直流応答特性の評価を行い動作条件の最適化を進めた。テラヘルツ検出の実験では熱放射や環境温度の変化などの様々な外乱が無視できないことが明らかとなった。これらの影響についてはより定量的な解析が必要ではあるが、1テラヘルツにおいてサブマイクロワットレベルの検出に成功した。次年度にはこれらを踏まえて当該センサの改良を進めるとともに測定精度に密接に関連する吸収体の熱変換過程を解明する。
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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
平成25年度は主にテラヘルツ吸収体の調査と微弱熱エネルギーの検出を実現することを目標としていた。テラヘルツ帯においては、マイクロ波・ミリ波帯やレーザ領域に比べて良好な吸収体が得られないため絶対電力測定のための適切な吸収体を実現することが困難な課題であったが、本研究によって熱線吸収ガラスのテラヘルツ吸収特性を明らかにすることでセンサ素子としての適応性を示すことができた。
さらに、熱電変換によるセンサ素子を開発することに成功した。室温での熱電変換による絶対電力測定では高感度を維持することは困難が予測されたが、ノイズ対策などの課題は残るもののサブマイクロワットレベルのテラヘルツ検出を確認することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は平成25年度に得られた成果を元にセンサ素子の改良を進めるとともに絶対電力を定めるうえで精度に密接に関わる吸収体の熱変換過程の解明を進める。
センサ素子の改良については、吸収効率の向上のための吸収体パラメータの最適化を進めるとともにノイズ対策を検討して検出感度の改善に関する実験を行う。
本研究によるセンサは入射したテラヘルツ波の吸収熱を熱電変換することによって絶対電力を定めるので、その熱変換過程を定量的に解明することが重要である。そこで、熱伝導シミュレーションによってテラヘルツ波の吸収過程と熱伝導メカニズムを明らかにして熱変換効率や不確かさ要因の把握を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
センサ素子の試作に変更が生じたため。
次年度の計画では、センサ素子改良のための物品費、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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Research Products
(5 results)
