光励起型高速スイッチングを用いたフーリエ変換ミリ波・サブミリ波分光装置の開発

• Project/Area Number: 12740315
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 溝口 麻雄 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (20322092)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2001: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2000: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: サブミリ波パルス制御 / フーリエ変換ミリ波・サブミリ波分光装置 / サブミリ波共振器 / 光励起型高速スイッチング

Research Abstract

ミリ波・サブミリ波領域での高感度・高分解能分光法を得るために、フーリエ変換ミリ波・サブミリ波分光装置の開発に着手した。この分光法は、微弱なフォノンバンドや分子錯体のvdW振動バンドの観測に対して新たな高感度計測手法を提案するものである。
本研究のメイン部であるミリ波・サブミリ波帯の連続光源のパルス化には成功した。光励起によるキャリア注入型の半導体基板にはシリコン基板を用いた。これにNd:YAGレーザーの二倍波による光学的遅延システムを用いることで100ns〜50μsのサブミリ波パルスを生成することに成功した。
一方、分光装置の中心部であるサブミリ波帯の高いQ値をもつ共振器を製作するために、石英基板にアルミニウムのグリッド構造を持つミラーを製作した。その共振器の特性から、従来型の計測装置がもつ感度の100倍程度の向上が期待された。しかし、製作した共振器が高いQ値を持つため、サブミリ波光源・逆進行波管の持つFMノイズによる影響が大きく現れ、実際には10倍程度の感度向上しか得られなかった。これは周波数と共振器長を同期掃引することで、FMノイズの影響を最小化することで100倍程度の感度向上をすることから検証された。
現在、フーリエ変換ミリ波・サブミリ波分光装置の信号であるFID信号の観測を試みているが、未だに観測されていない。光源に対して帰還回路を用いた周波数安定化を行なっているにもかかわらず、FMノイズの影響が現れており、微弱なFID信号の検出を困難にしていると考えられ、さらなる改良を考案中している。