巨大利得を有する光無線融合アクティブプラズモニックフォトミキシングデバイスの創出
| Project/Area Number |
18J21073
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Electron device/Electronic equipment
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| Research Institution | Tohoku University |
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| Research Fellow |
細谷 友崇 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | プラズモン / テラヘルツ / 光無線融合 / 注入同期 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、光通信と無線通信との完全な融合を実現しうるキャリア変換デバイスの創出にある。そのために、プラズモン特有の”非線形性”と“不安定性”に立脚した巨大利得を有する新たな光無線周波数変換機構を導入し、光信号と無線信号との周波数変換を能動的に実現し得る新規なプラズモニックフォトミキサの創出に挑んでいる。
本年度においては、計画書にて提示したプラズモン不安定性に基づいた利得を有するフォトミキサ実現にさらに挑むため、昨年度と同様に、非対称二重回折格子状ゲート構造を有する高電子移動度トランジスタ(ADGG-HEMT, Asymmetric Dual-Grating-Gate High Electron Mobility Transistor)のプラズモニック不安定性の実証実験に挑んだ。ADGG-HEMT中にて、理論的に新たに示唆されているプラズモニックブーム型の不安定性を有しているかの実験検証を行った。この実験結果より、ADGG-HEMT中でのプラズモニックブーム型不安定性は、微弱ながらもブロードに利得を有していることがわかった。よって、ここにレーザーを用いて外部よりテラヘルツ差周波を注入してやれば、より強力でコヒーレントなテラヘルツ発振が期待できると考え、外部レーザー照射実験系の構築に取り組んだ。こちらの実験系構築は完了し、実験を行ったところ、熱放射によるスペクトルが顕著に確認できたため、さらなる熱放射低減策の必要性がわかった。
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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
ADGG-HEMTについて、プラズモニックブーム型不安定性の発現が期待できるバイアス電圧を印加し、 ADGG-HEMTからの放射をフーリエ変換赤外分光計（ FTIR, Fourier Transform Infra-Red spectrometer）と 4.2K動作Siボロメータ検出器による測定系を用いて観測した。また、今年度において特筆すべきは、こちらのFTIR測定において、デバイス裏面に赤外線レーザーを照射しながらの測定ができる点である。テラヘルツ帯域にてブロードに利得が発生するようバイアス電圧を印加し、さらに、テラヘルツ波帯の赤外線レーザー差周波をデバイス裏面に照射した。そして、このデバイスからの放射をFTIRにて測定した。
実験結果においては、照射レーザー差周波を変化しても、それに追従するようなスペクトルピークの移動が確認できなかったことから、狙っていた注入同期現象は起きていないと考えられる。ただ、レーザー差周波3THzのもののみ、スペクトルピークに若干の減りが見られた。これは、プラズモン共振器の反共振効果による可能性がある。こちらは、来年度に追実験をし、より確度を高めた実証を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
先程述べたとおり、FTIR測定においては熱によるスペクトルの擾乱が顕著に出てしまう。よって、熱放射をより低減してのFTIR測定に望む。また、プラズモン共振器の反共振効果の発生を確認するため、同じく追実験をし、より確度を高めた実証を行う。
また、FTIRに頼らないミキシング効果実証実験として、フォトミキシング実験を新たに予定している。FTIRでの実験と同じく、デバイス裏面よりレーザー差周波を照射する。一方、デバイス表面からは強力なテラヘルツパルスを照射する。ADGG-HEMTがテラヘルツパルスに対して応答を示すことはすでに実証されている。ここで、例えばテラヘルツパルスを0.8THz、レーザー差周波を0.81THzとすると、10GHzにダウンコンバートされた信号がADGG-HEMTより出力されると考えた。この信号をオシロスコープで観測する。FTIRが周波数軸での観測であれば、こちらは時間軸での観測と言える。現在、この実験系の構築を行っている。令和2年度はこの実験も行い、未だ実証実験がなされていないプラズモニックブーム型不安定性によるテラヘルツ波帯フォトミキシングの実証に向けて研究を行っていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
