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テラヘルツ級任意電磁波形生成の探索的研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K18730
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
研究機関九州大学

研究代表者

加藤 和利  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (10563827)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
キーワード光電変換デバイス / テラヘルツ波 / フォトミキシング / アレー集積 / THz級電磁波 / アレー光電変換 / THz繰り返しパルス / アンテナ集積フォトダイオード / テラヘルツ波発生 / 任意波形発生
研究開始時の研究の概要

THz級電磁波の新たな応用分野開拓の必須技術として、THz級の周波数成分を持つ任意電磁波形を生成する技術を創成することを目的とする。本研究は、光波形生成と、アレー状フォトダイオードでの光電変換という、それぞれ独創的研究として先導してきた技術を、帯域補完型アレーという新奇コンセプトのもとで融合し、さらに独創性の高い任意電磁波形生成に挑戦するものである。またこの成果を用いて、未知領域であるサブピコ秒領域での物質やデバイスの電磁波応答という新分野開拓に発展する可能性を秘めた探索研究である。

研究成果の概要

THz級の周波数成分を持つ任意電磁波形を生成する技術を創成した。具体的には、異なる中心利得周波数に設計したアンテナを接続した光電変換デバイスをアレー状に集積したチップを開発した。設計では各アンテナ形状を最適化した。試作ではアンテナへの接続に必須のマイクロストリップ線路とコプレーナ線路との接続において、2D-3D変換構造を考案、作製した。THz級電磁波の波形評価技術として、被測定THz波を分岐し、一方に遅延を加えて合波する方式のTHz波自己遅延干渉計を考案、構築した。
開発したデバイスを用いてTHz級繰り返し電磁パルス波を生成し、波形評価を基に1THz級無線通信への適用可能性を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の要素技術一つである光波形生成では、繰り返し300GHzの光パルス波生成および自己相関計による波形観測に成功している。もう一方の要素技術である光電変換では、アレー化した同じ特性を持つ複数のフォトダイオードにより100GHz~700GHzの電磁波生成と空間合波による強度増大を実現している。
本研究は、光波形生成と、アレー状フォトダイオードでの光電変換という、それぞれ独創的研究を、帯域補完型アレーという新奇コンセプトのもとで融合し任意電磁波形生成に挑戦するものである。またこの成果を用いて、未知領域であるサブピコ秒領域での物質やデバイスの電磁波応答という新分野開拓の可能性を秘めた探索研究である。

報告書

(3件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 12件)

  • [雑誌論文] 光フェーズドアレーを用いたテラヘルツ波の電子制御ビームステアリング2023

    • 著者名/発表者名
      近藤和哉, 土居諒, 車明, 三上裕也, 加藤和利
    • 巻
      J106-C
    • 号
      2
    • ページ
      86-87
    • DOI

      10.14923/transelej.2022JCL0007

    • ISSN
      1881-0217
    • 年月日
      2023-02-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generating and Enhancing THz Pulses Via an Antenna-Coupled Uni-Traveling-Carrier Photodiode Array2023

    • 著者名/発表者名
      Ming Che, Kazuya Kondo, Kazutoshi Kato
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology

      巻: May 3 号: 3 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1109/tthz.2023.3251736

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Arrayed Photomixers for THz Beam-Combining and Beam-Steering2022

    • 著者名/発表者名
      Che Ming、Kondo Kazuya、Kanaya Haruichi、Kato Kazutoshi
    • 雑誌名

      Journal of Lightwave Technology

      巻: 40 号: 20 ページ: 6657-6665

    • DOI

      10.1109/jlt.2022.3204113

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibration insensitive THz wave interferometry for characterizing optical phase shifter2021

    • 著者名/発表者名
      Ming Che, Ruo Yamamoto, Hiroshi Ito, Tadao Ishibashi, Kazutoshi Kato
    • 雑誌名

      OPTIK

      巻: 242 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1016/j.ijleo.2021.167203

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optically controlled THz power tuning based on interference at transmission line2021

    • 著者名/発表者名
      Ming Che, Haruichi Kanaya, Kazutoshi Kato
    • 雑誌名

      OPTICS EXPRESS

      巻: Vol. 29, No. 13 号: 13 ページ: 20034-20044

    • DOI

      10.1364/oe.423308

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photonics-Assisted Terahertz-Wave Beam Steering and Its Application in Secured Wireless Communication2021

    • 著者名/発表者名
      Kazutoshi Kato
    • 雑誌名

      Photonics

      巻: 2022, 9, 9 号: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.3390/photonics9010009

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Passive WR3 combiner with a reflector-integrated horn for 50 dB gain2023

    • 著者名/発表者名
      Ming Che, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      Photonics West2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel Phase Stabilization Technique at Photomixing-BasedTerahertz Wave Phase Modulation System2022

    • 著者名/発表者名
      Amalina Athira Ibrahim, Takashi Shiramizu, Hanwei Chen, Yuya Mikami, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      27th Microoptics Conference (MOC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] THz-Wave Beam Steering with 4-Channel Optical Phased Array2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Kondo, Ming Che, Ryo Doi, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      27th Microoptics Conference (MOC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] First Demonstration of 405-nm Two-Tone Lightwave from GaN Laser for High Power Terahertz Wave Generation2022

    • 著者名/発表者名
      Qingjie Song, Yuya Mikam, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      27th Microoptics Conference (MOC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of Secure Wireless Transmission at 500 Mbit/s Based on 300-GHz Waves from Separated Transmitters2022

    • 著者名/発表者名
      Hanwei Chen, Yusuke Kawai, Takuya Yano, Yuya Mikami, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      27th Microoptics Conference (MOC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of Novel THz Wave Generation Based on a Fast Wavelength Switching Laser2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Shiramizu, Naoya Seiki, Ryo Matsumoto, Naoto Masutomi, Yuya Mikami,Yuta Ueda, Wataru Kobayashi, and Fumito Nakajima, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      27th Microoptics Conference (MOC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pilot-Lightwave-based Terahertz Wave Phase Stabilization2022

    • 著者名/発表者名
      Amalina Athira Ibrahim, Takashi Shiramizu, Shenghong Ye, Yuya Mikami, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      28th International Semiconductor Laser Conference (ISLC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of 500 Mbit/s Data Transmission Utilizing Secure Terahertz Communication Enabled by Phased Array UTC-PDs2022

    • 著者名/発表者名
      Hanwei Chen, Yusuke Kawai, Takuya Yano, Ssali Hussein, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      Asia-Pacific Microwave Conference (APMC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] THz-wave intensity modulation by combining a high-speed wavelength-tunable laser and photomixing technique2022

    • 著者名/発表者名
      Naoya Seiki, Takashi Shiramizu, Ryo Matsumoto, Naoto Masutomi, Yuya Mikami, Yuta Ueda, Fumito Nakajima, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      Asia-Pacific Microwave Conference (APMC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Terahertz-Wave Phase Modulation Enabled by Optical Interferometric Phase Stabilization2022

    • 著者名/発表者名
      Amalina Athira Ibrahim, Hanwei Chen, Takashi Shiramizu, Yuya Mikami, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      Asia-Pacific Microwave Conference (APMC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of 405-nm Two-Tone Lightwave for Terahertz-wave Generation at InGaN Photodiode2022

    • 著者名/発表者名
      Qingjie Song, Yuya Mikami, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      Asia-Pacific Microwave Conference (APMC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance Analysis of a Wilkinson Power Combiner-Fed Patch Antenna for 300-GHz Arrayed Photomixers2022

    • 著者名/発表者名
      Hussein Ssali, Ming Che, Kazutoshi Kato
    • 学会等名
      10th International Japan-Africa Conference on Electronics, Communications, and Computations (JAC-ECC 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-07-13   更新日: 2024-01-30  

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