| 研究課題/領域番号 |
22K04217
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
猪瀬 裕太 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 特任助教(常勤) (90634501)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 共鳴トンネルダイオード / テラヘルツ / 発振器 / モード同期 / 周波数コム / 自己注入 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
テラヘルツ帯の電磁波は、イメージングなどの応用性があるため、近年盛んに研究されている。一方、さらに高度な応用技術の社会実装には、小型で高いエネルギー変換効率を有する周波数コム光源の実現が望まれる。
周波数コムとは、共振器や周期的変調などの機構によって実現される光源である。そのような機構下では等間隔で離散的な周波数モードが形成され、周波数間隔が安定な状態はモード同期、絶対値も安定だと周波数コムと呼ばれる。
本研究では、小型の半導体テラヘルツ光源である共鳴トンネルダイオード発振器を用いて、周波数コムを実現させることを目的とする。また、周波数コムを形成する各モードの位相制御を目指す。
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| 研究実績の概要 |
当該年度に実施した研究は、具体的には（１）共鳴トンネルダイオード発振器への自己注入系における変数依存性の解明、（２）共鳴トンネルダイオード発振器をシリコン導波路に結合させた系の検討、の２つである。各項目における具体的な研究実績は、以下に示す通りである。
（１）研究代表者がモード同期を得るために提案した系は、共鳴トンネルダイオード発振器から自由空間にテラヘルツ波を放射し、それを反射させて発振器に戻すものであった。これまでの研究から、発振スペクトルの多モード化には、２つ以上の異なる距離の反射による自己注入が必要であることが分かっている。当該年度は、その２つの距離および自己注入の大きさに関する変数依存性について詳細な検討を行った。その結果、それらの変数を調整することによって、各モードを狭線化させる条件が存在することを確認した。
（２）アンテナを通して自由空間にテラヘルツ波を放射する自己注入の実験においては、スペクトルの線幅は自由発振状態よりも小さくなるが、（１）において計算から予見されるほどの狭線化は得られていない。その原因として、自由空間で反射したテラヘルツ波が発振器に入射する際の結合効率が低いことが挙げられる。これは、アンテナの結合面積に対して入射ビーム面積がかなり大きくなってしまうことが原因である。それによって、自己注入の大きさが制限されてしまい、さらなる狭線化が妨げられることが判明した。そこで自由空間に代わる系として、共鳴トンネルダイオード発振器をシリコン導波路に結合させた系について検討を行った。このシリコン導波路系の場合には、自由空間系の場合に比べて、非常に大きな結合効率が得られることが計算および実験から確認された。この結合効率の改善によって、各モードの狭線化が期待できる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
本研究課題の初年度である２０２２年度に研究代表者が所属機関を移動したため、使用するサンプルや実験装置、そして計算機やソフトウェアなど、研究環境が大きく変わることとなった。そのため、本研究課題の初年度は基礎的な部分からの研究体制立ち上げが必要となり、研究計画を大きく変更する必要性が生じた。以上の理由から、研究の進捗状況としては遅れているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
２０２４年度は、自己注入によって生じるモード同期現象における狭線化を中心として研究を推進する。２０２３年度に実施した研究から、自由空間において反射したテラヘルツ波を共鳴トンネルダイオード発振器へ戻す系では、結合効率が低いことよって各モードの狭線化が妨げられてしまうことが判明した。そこで、以下に示す２つのアプローチによって狭線化を目指すことにする。
（Ａ）自由空間系においては、発振器が有するアンテナへのテラヘルツ波の結合効率の低さが線幅を律速することが分かったため、発振器へのバイアス電圧変調の導入について検討を行う。これは、自己注入によって多モード発振している縦モードに対して、バイアス電圧の変調によってさらに制御信号を追加することで、発振スペクトルにおける各モードの狭線化を促進するというものである。
（Ｂ）自己注入の大きさが制限されてしまう自由空間に代わる系として、発振器をシリコン導波路に結合させた系を利用することにする。このシリコン導波路系では、発振器との結合効率が高いことが分かっているため、導波路上にテラヘルツ波を反射させる構造を導入することによって、高効率な自己注入状態の実現とそれによる各モードの狭線化が期待される。
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