平面光波回路を用いた複数のミリ波・テラヘルツ波の一括生成法の研究

• 研究課題/領域番号: 22K04109
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21020:通信工学関連
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 高橋 浩 上智大学, 理工学部, 教授 (40500468)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 平面光波回路 / ミリ波 / テラヘルツ波 / 光コム

研究開始時の研究の概要

将来の高速無線通信に使用される周波数の高い電波（ミリ波やテラヘルツ波）を、一括で多数生成可能とする平面光波回路の実現を目指す。この技術を、電波の放射方向を制御できるアレイアンテナ（複数の小さなアンテナから構成されるアンテナ）に利用すると、一括で多数生成という特徴を生かして送信システム構成を小型で低コストにできる可能性がある。
その結果、6G（第6世代モバイルネットワーク）システムなどの将来の無線技術に大きく貢献できる。また、テラヘルツ波の一括生成の技術は空港の保安検査などで使用される透過イメージングシステムの高性能化などにも適用可能であり、さまざまな応用が期待される。

研究実績の概要

本研究では無線通信、イメージング及び有機物同定などで利用されている電波（マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波など）の元となる非常に周波数の高い正弦波電気信号（以後本報告書では高周波と呼ぶ）の新しい発生方法の確立を目指している。高周波の発生は従来からさまざまな手法があるが、特に次世代のモバイルネットワーク（6Gなど）では単に周波数が高いだけでなく、「周波数の絶対値の誤差が少ない」、「複数のアンテナ間で位相同期が取れている必要がある」、「出力が高い」など、複数の要求事項を同時に満足するのは難しい。本研究では、櫛歯状のスペクトルを有するレーザー光（以下周波数コムと呼ぶ）を平面光波回路に通したのちに広帯域フォトダイオードで光電変換することで上記の高周波を得る方法を提案している。
本年度は、2022年度（本研究の初年度）に行った平面光波回路の基本構成と理論的検討に基づき、回路の具体的な設計を行った。所定の最大基板寸法（回路サイズ上限）に回路を収納するための設計作業（光導波路配線）が非常に難しく平面光波回路の作製を開始できなかったが、複雑な回路の簡略化を実現するための多くの知見（要改良点など）が得られた。
なお特性評価に必要な準備としては、光電変換器、高周波増幅器、オシロスコープ等を組み合わせた高周波実験系の構築を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本提案研究の最重要部分である平面光波回路の設計が当初予想よりも複雑で計画より遅れている状況にある。その他の実施項目である、理論検討、評価系構築等についてはおおむね完了している。2024年度に挽回する計画である。

今後の研究の推進方策

2024年度の前半は平面光波回路の設計に集中し遅れを取り戻すとともに、当初計画で予定されていた評価を迅速に進めるため予備実験的なことも実施して、平面光波回路の作製が完了次第ただちに評価できるよう準備を万全とする。また、今までに行った理論計算・シミュレーション結果を整理して理論検討データを万全に準備し、実験結果が得られ次第迅速に成果発表できるように備える。
また、本技術の適用先を将来のモバイルネットワークだけでなくさまざまな分野に広げられることを示すため、光通信・モバイル通信以外の分野における諸問題を調査し、本技術の適用先について幅広く検討する。