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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

Research Project

Project/Area Number 18J21073
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionTohoku University
Research Fellow 細谷 友崇  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
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)
Keywordsテラヘルツ / プラズモン / 光無線融合 / 注入同期
Outline of Annual Research Achievements

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 (DGG-HEMT)に対して差周波THz帯シングルフォトミキシングを動作せしめ、注入同期発振を援用してTHz放射強度増大を試みた。放射はフーリエ赤外分光計 (FTIR)を用いて測定した。その結果、ゲート電圧が変化することによって、異なる照射差周波数にて放射増強していることがわかった。この傾向をプラズモン不安定性の動作機構に照らして解析した結果、ゲートバイアスに依存して異なるプラズモン不安定性が発生していることがわかった。よって、デバイスのゲートバイアスによって異なる放射機構が発生し、放射機構に対応した特定の周波数近傍において共振的なTHz波放射が起きることが示された。その他、パルスTHz光源を用いてのダブルミキシング実験も行った。DGG-HEMTの裏面より二光波混合赤外レーザー光を照射し、デバイス表面より疑似CW THzパルス波を照射した。この結果、期待していた下方変換周波数近傍である5.5 GHzに信号強度のピークを確認した。使用したデバイスの電流利得遮断周波数を大きく超えたTHz波帯域でのダブルミキシングであることから、従来の電子走行に基づいた原理でのミキシングではなく、プラズモンの効果によるミキシングと考えられる。
以上より、本研究においては、THz波帯域でのプラズモニックなフォトミキシング動作に特化したデバイス構造を提案し、実際にそのような動作を行えることを示した。従来の電子走行に基づいた動作速度をはるかに上回る高速性能を示し、また、プラズモン不安定性によるアクティブ性能も示すことができた。これら性能は、6Gや7Gなどの次世代高速無線通信システムに十分適応可能だと思われる。これらを以て、THz帯アクティブプラズモニックフォトミキシングデバイス実現の見通しを得ることができた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(14 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Terahertz emission in an InGaAs-based dual-grating-gate high-electron-mobility transistor plasmonic photomixer2021

    • Author(s)
      Hosotani Tomotaka、Satou Akira、Otsuji Taiichi
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: -

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abf02a

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Unitraveling-Carrier-Photodiode-Integrated High-Electron-Mobility Transistor for Photonic Double-Mixing2021

    • Author(s)
      Satou Akira、Omori Yuya、Nishimura Kazuki、Hosotani Tomotaka、Iwatsuki Katsumi、Suemitsu Tetsuya、Otsuji Taiichi
    • Journal Title

      Journal of Lightwave Technology

      Volume: - Pages: 1-1

    • DOI

      10.1109/jlt.2021.3060795

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] InGaAs 系 DGG-HEMT 中でのフォトミキシングによるテラヘルツ放射2021

    • Author(s)
      細谷友崇, 佐藤昭, 尾辻泰一
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Bias voltage dependency of plasmonic instability and terahertz radiation in a dual-grating-gate high-electron-mobility transistor2021

    • Author(s)
      Tomotaka Hosotani, Akira Satou, Taiichi Otsuji
    • Organizer
      CLEO: Int. Conf. on Lasers and Electro-Optics 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 二重回折格子状ゲートHEMTにおけるプラズモン不安定性動作機構のゲートバイアス依存性2020

    • Author(s)
      細谷友崇, 佐藤昭, 尾辻泰一
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Terahertz Emission with Plasmonic Photomixer in an InGaAs-Based Dual-Grating-Gate HighElectron-Mobility Transistor2020

    • Author(s)
      Tomotaka Hosotani, Akira Satou, Taiichi Otsuji
    • Organizer
      2020 MRS Fall Meet.
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Terahertz Emission in an Asymmetric Dual-Grating-Gate High-Electron Mobility Transistor Plasmonic Photomixer under dc Current Flow2020

    • Author(s)
      Tomotaka Hosotani, Akira Satou, Taiichi Otsuji
    • Organizer
      IRMMW-THz: 45th Int. Conf. Infrared, Millim. Terahertz Waves
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 格子ゲート構造プラズモニックTHz検出素子におけるゲート電極からの光電圧出力に関する検討2020

    • Author(s)
      根来拓海, 齋藤琢, 鈴木雅也, 細谷友崇, 末光哲也, 瀧田佑馬, 伊藤弘昌, 南出泰亜, 尾辻泰一, 佐藤昭
    • Organizer
      第67回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 光吸収層面積縮小による UTC-PD 集積 HEMT の光ダブルミキシング効率向上2020

    • Author(s)
      西村和樹, 大森雄也, 細谷友崇, 岩月勝美, 末光哲也, 尾辻泰一, 佐藤昭
    • Organizer
      第67回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Terahertz Emission from an Asymmetric Dual-Grating-Gate InGaAs High-Electron-Mobility Transistor Stimulated by Plasmonic Boom Instability2019

    • Author(s)
      T. Hosotani, T. Watanabe, A. Satou and T. Otsuji
    • Organizer
      IRMMW-THz 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Coupling of 2D plasmons in grating-gate plasmonic THz detector To THz wave with lateral polarization2018

    • Author(s)
      M. Suzuki, T. Hosotani, T. Otsuji, T. Suemitsu, Y. Takida, H. Ito, H. Minamide, and A. Satou
    • Organizer
      43rd IRMMW-THz 2018 Dig.
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Introduction of 2D diffraction grating into grating-gate plasmonic THz detector for controlling its polarization characteristics2018

    • Author(s)
      M. Suzuki, T. Hosotani, T. Otsuji, T. Suemitsu, Y. Takida, H. Ito, H. Minamide, and A. Satou
    • Organizer
      26th AWAD 2018 Dig.
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] InP-HEMTを用いたASK/BPSK光データ信号のミリ波帯IFデータ信号へのキャリア周波数下方変換2018

    • Author(s)
      大森雄也,細谷友崇,末光哲也,尾辻泰一,岩月勝美,日隈薫,市川潤一郎,坂本高秀,山本直克,佐藤昭
    • Organizer
      2018年電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 非対称二重格子ゲートHEMTの赤外光吸収特性とプラズモニックTHzフォトミキシング特性2018

    • Author(s)
      鈴木雅也, 細谷友崇, 尾辻泰一, 佐藤昭
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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