2016 Fiscal Year Annual Research Report
Submillimeter-wave circulator utilizing periodically loaded solid-state plasma
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26400528
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
淀川 信一 秋田大学, 理工学研究科, 助教 (90282160)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
倉林 徹 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (90195537)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 固体プラズマ / サブミリ波 / サーキュレータ / 非可逆素子 / 周期構造 / InSb / FDTD解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，固体プラズマを利用したサブミリ波帯で動作するサーキュレータを実現することを目的としている．
前年度までに，固体プラズマ材料のパラメータであるキャリア密度や寸法について詳細に検討し，サブミリ波の電磁波の進行方向が制御可能なことが示された．そこで，本年度は固体プラズマ材料として使用するn-InSbを適切なパラメータに設定し，3開口Y型サーキュレータとして動作させることを目指し，3次元FDTD(Finite-Difference Time-Domain)解析により検討した．その結果，Y型サーキュレータの中央部に電子密度1×10＾21，厚さ10 μm，直径285μmのn-InSb円板を挿入した構造で，9 ｄB程度のアイソレーションが得られるサーキュレータとして動作する特性が得られた．ここで，サーキュレータの中央接合部の円筒空洞の直径が増加することによる高次モードの影響や，その円筒空洞の寸法によりプラズマのパラメータが大きく影響することなど，様々な新たな知見が得られた．また円形薄板以外のプラズマの形状として，三角形のプラズマ薄板でも同様にサーキュレータの特性が得られることが示された．そこで，Y型サーキュレータの円筒空洞の接合部に三角形状のn-InSb薄板を挿入した構造でサーキュレータを試作しミリ波帯で実験を行った．その結果，磁界を印加することで非可逆性が生じ，サーキュレータの基本的な特性が得られることが示された．
一方で，伝搬方向に対し平行方向に周期的にプラズマを配置した場合，サブミリ波伝搬の周波数特性が大きく変化することがFDTD解析で示された．それにより，周期構造のプラズマを付加することで，周波数特性を可変とする，すなわち広帯域で動作するサーキュレータとして動作する可能性が示された．
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