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セシウム原子を用いたマイクロ波およびテラヘルツ波の精密計測技術に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 18H01457
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21030:計測工学関連
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

木下 基  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究グループ長 (00415671)

研究分担者 東島 侑矢  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (20805147)
山本 真大  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 研究員 (20909874)
飯田 仁志  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40392584)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2018年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
キーワード計量標準 / マイクロ波 / ミリ波 / テラヘルツ波 / セシウム原子 / ラビ周波数 / 可視化 / 高周波電力 / セシウム / レーザー / 二重共鳴分光 / 減衰量 / アンテナ / リュードベリ状態 / 二重共鳴
研究成果の概要

セシウム原子との相互作用を利用した電磁波の量子センサに関する研究を行う。これまでの研究において、セシウム原子のラビ周波数を用いたマイクロ波強度測定を実現し、SIトレーサブルかつ高速で空間分解能も高い電磁波センサを開発してきた。本研究では、具体的には①ゼーマン効果を利用した被測定電磁波の任意周波数化およびミリ波・テラヘルツ波計測に向けた要素技術開発、②多重共鳴に伴うセシウム原子の蛍光を利用した電磁波の可視化技術の開発、③光学走査による自由空間や回路基板上における電磁波の局所的な測定方法の開発に注力する。本研究によって、電磁波強度の量子測定という新しい分野の開拓を目指す。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、マイクロ波を中心とした電磁波計測において従来なかった原子を用いた量子センサを開発する。これによって電磁波強度等の精密測定を実現し、高速・高品質な通信技術の発展を支援する。また、電磁波の可視化や局所的な電磁波強度の絶対値測定を実現することで、電子機器の設計開発や品質管理に貢献する。さらに、マイクロ波の新たな測定方法を利用した非破壊検査の進歩によって、建築物や構造物の欠陥、材料や製品の品質管理などへの応用が期待できる。

報告書

(6件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 8件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Rabi Oscillation of Cesium Atoms with Modulated Optical Pumping for Measuring Radio-Frequency Field Strength2023

    • 著者名/発表者名
      Moto Kinoshita, Yuya Tojima, Masahiro J. Yamamoto, and Hitoshi Iida
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoacoustic Substitution Method for Calibrating Subterahertz Attenuation in Free Space2021

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Iida and Moto Kinoshita
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

      巻: 70 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/tim.2021.3060577

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 2-D Polarimetry of Visualized Radio Frequency Waves Using Cesium Vapor Atoms2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kinoshita, Y. Tojima, H. Iida
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

      巻: 70, 1502407 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/tim.2021.3052543

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A feasibility study of a real‐time visualization method for electromagnetic fields2020

    • 著者名/発表者名
      Masanori Ishii, Moto Kinoshita
    • 雑誌名

      MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS

      巻: 63 号: 2 ページ: 399-403

    • DOI

      10.1002/mop.32608

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terahertz Spectrum Analyzer Based on Fourier Transform Interferometry2019

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Iida, Moto Kinoshita and Yuya Tojima
    • 雑誌名

      Journal of Infrared Millimeter and Terahertz Waves

      巻: 40 号: 9 ページ: 952-961

    • DOI

      10.1007/s10762-019-00620-1

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of radio-frequency waves via double resonance spectroscopy of cesium atoms2019

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita Moto、Ishii Masanori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: 5 ページ: 052004-052004

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab10aa

    • NAID

      210000155652

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Frequency Extension of Atomic Measurement of Microwave Strength Using Zeeman Effect2019

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita Moto、Tojima Yuya、Iida Hitoshi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement

      巻: 68 号: 6 ページ: 2274-2279

    • DOI

      10.1109/tim.2018.2886869

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Rabi oscillation observation for microwave field strength measurement at two-laser crossing point2022

    • 著者名/発表者名
      Moto Kinoshita, Yuya Tojima, and Hitoshi Iida
    • 学会等名
      Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Feasibility Study on Quantum Measurement of Radio-Frequency Attenuation based on Atomic Resonance2022

    • 著者名/発表者名
      Masahiro J. Yamamoto, Yuya Tojima, and Moto Kinoshita
    • 学会等名
      Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Real-Time Distribution Measurement of Microwave Magnetic Fields Emitted from Horn Antennas using Cesium Vapor Atoms2022

    • 著者名/発表者名
      Yuya Tojima, Moto Kinoshita, and Masahiro J. Yamamoto
    • 学会等名
      Conference on Precision Electromagnetic Measurements (CPEM2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ミリ波・テラヘルツ波パワーの計量・計測技術2022

    • 著者名/発表者名
      木下 基
    • 学会等名
      学振182委員会第49回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 原子のラビ周波数に基づく高周波減衰量の量子計測2022

    • 著者名/発表者名
      山本 真大
    • 学会等名
      2022年度NMIJ成果発表会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] セシウム原子の蛍光による電磁波の二次元偏波分離イメージング2022

    • 著者名/発表者名
      木下 基、東島 侑矢
    • 学会等名
      NMIJ成果発表会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] セシウム原子気体を用いた電磁波の二次元偏波分離イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      木下 基、東島 侑矢、飯田仁志
    • 学会等名
      電気学会・計測研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] テラヘルツ波空間ビームの高信頼定量計測技術の開発2021

    • 著者名/発表者名
      飯田 仁志, 木下 基
    • 学会等名
      2020年度NMIJ成果発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] セシウム原子の蛍光を利用したマイクロ波の二次元可視化イメージング2021

    • 著者名/発表者名
      木下 基, 東島 侑矢, 飯田 仁志
    • 学会等名
      2020年度NMIJ成果発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 原子の共鳴現象を用いたパッチアンテナの放射磁界分布リアルタイムイメージング2021

    • 著者名/発表者名
      東島 侑矢
    • 学会等名
      2020年度NMIJ成果発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] セシウム蒸気セルを用いたパッチアンテナからの放射磁界分布のリアルタイムイメージング2021

    • 著者名/発表者名
      東島 侑矢, 木下 基, 飯田 仁志
    • 学会等名
      2021年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Measurement of Terahertz Attenuation using a Photo-Acoustic Substitution Method2020

    • 著者名/発表者名
      H. Iida, M. Kinoshita
    • 学会等名
      Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-Dimensional Visualization of Radio-Frequency Waves using Cesium Vapor Atoms2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kinoshita, Y. Tojima, H. Iida
    • 学会等名
      Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Two-Dimensional Visualization of Radio-Frequency Waves using Cesium Vapor Atoms2020

    • 著者名/発表者名
      Moto Kinoshita, Yuya Tojima, Hitoshi Iida
    • 学会等名
      Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of Terahertz Attenuation using a Photo-Acoustic Substitution Method2020

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Iida, Moto Kinoshita
    • 学会等名
      Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 二重共鳴分光のマイクロ波リアルタイムイメージングとしての応用2019

    • 著者名/発表者名
      木下基、東島侑矢、飯田仁志
    • 学会等名
      日本物理学会2019年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] セシウム原子による電磁波計測の任意周波数化に向けた研究2018

    • 著者名/発表者名
      木下 基、東島 侑矢、飯田 仁志
    • 学会等名
      2018年度計量標準総合センター成果発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] リュードベリ原子を使ったテラヘルツ計測技術の開発2018

    • 著者名/発表者名
      木下 基
    • 学会等名
      産総研・NEDO合同フォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Feasibility Study for Atomic Measurement of Microwave Strength at Arbitrary Frequencies within the Full X-Band2018

    • 著者名/発表者名
      Moto Kinoshita
    • 学会等名
      2018 CONFERENCE ON PRECISION ELECTROMAGNETIC MEASUREMENTS
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子効果を使った電磁波の可視化に関する検討2018

    • 著者名/発表者名
      木下 基
    • 学会等名
      テクノブリッジフェア2018 in つくば
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 任意の振動方向のマイクロ波をイメージングする技術を開発

    • URL

      https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2021/pr20210121/pr20210121.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 電磁波測定装置2018

    • 発明者名
      木下 基、石居 正典、飯田 仁志、東島 侑矢
    • 権利者名
      国立研究開発法人産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 取得年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 電磁波測定装置2018

    • 発明者名
      木下 基、石居 正典、飯田 仁志、東島 侑矢
    • 権利者名
      産業技術総合研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-184784
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2024-01-30  

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