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電子デバイスを用いた広帯域テラヘルツパルス発生技術の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 23K23257
補助金の研究課題番号 22H01989 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分30020:光工学および光量子科学関連
研究機関兵庫県立大学 (2023-2024)
京都大学 (2022)

研究代表者

有川 敬  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (70598490)

研究分担者 片山 郁文  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (80432532)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
キーワードテラヘルツ / 共鳴トンネルダイオード / シングルショット / モード同期
研究開始時の研究の概要

電波と光の境界領域であるテラヘルツ周波数帯の電磁波は、この30年間の発展により新しい学問領域や応用展開を切り開きつつある。これまでこの分野を牽引してきたのは、フォトニクス技術によるテラヘルツ帯全域をカバーする広帯域なパルス光源であった。しかしこの方式は高性能である一方、高価で専門知識が必要な大型システムであるため、特に応用面で広く普及することはなかった。本研究では、小型で簡便な電子デバイス、すなわちエレクトロニクス技術による広帯域テラヘルツパルス発生技術の研究を行う。具体的には、共鳴トンネルダイオードを用いた発振器にレーザー技術の概念を導入し、従来技術の限界を超えた広帯域パルス光源を実現する。

研究実績の概要

2023年度は以下の課題に取り組んだ。

・キャビティ構造の最適化による広帯域化: キャビティによるフィードバック効率を高め、広帯域発振を実現するために導波管型のキャビティを採用した。その結果、これまでの自由空間キャビティ方式の10倍程度の広帯域発振が実現した。これは、アンテナを介した自由空間の電磁波によるフィードバックではなく、導波管内での電磁波モードを利用したことで、フィードバック効率が大きく改善しているためと考えられる。
・モード同期メカニズムの理解とその活用による広帯域化、及び短パルス生成方法の探索: モード間の位相を固定するメカニズムを理解するために、2モード注入実験を行った。その結果、共鳴トンネルダイオードからは注入光には存在しない新たなモードが発生することがわかった。強度依存性からこの過程は四光波混合として解釈できることがわかった。これは、モード間位相を同期する働きがあるため、短パルス発生が可能であることを示唆している。
・シングルショット計測技術の高感度化: 計測システムの高感度化を行なった。また、計測時間幅の拡大を行なった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定していた上記の課題について、着実に進展が見られたため。

今後の研究の推進方策

これまでの知見を総動員することで共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器のパルス発振を実現し、出力電場計測を行う。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Passive mode-locking and terahertz frequency comb generation in resonant-tunneling-diode oscillator2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Hiraoka, Yuta Inose, Takashi Arikawa, Hiroshi Ito & Koichiro Tanaka
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 3740-3740

    • DOI

      10.1038/s41467-022-31071-3

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] モード同期共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器2023

    • 著者名/発表者名
      有川敬
    • 学会等名
      電子情報通信学会 レーザ・量子エレクトロニクス研究会 5月研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Singleshot detection of terahertz waveforms generated from an impact avalanche and transit time (IMPATT) diode2023

    • 著者名/発表者名
      Ikufumi Katayama, Koya Takahashi, Takashi Arikawa, Ryo Tamaki, Jun Takeda
    • 学会等名
      TUMRS-International Conference on Advanced Materials & 17th International Conference on Materials for Advanced Technologie:
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measuring terahertz electric-field waveforms of continuous wave terahertz sources using single-shot terahertz time-domain spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Koya Takahashi, Takashi Arikawa, Ryo Tamaki, Ikufumi Katayama
    • 学会等名
      The 12th Asia-Pacifi Laser Symposium (APLS 2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear Optical Response In Resonant Tunneling Diode Terahertz Oscillators2023

    • 著者名/発表者名
      Seiga Yamasaki, Takashi Arikawa, Koichiro Tanaka
    • 学会等名
      Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 共鳴トンネルダイオード発振器の自励発振領域外における過渡発振現象2023

    • 著者名/発表者名
      小塙 朋樹,有川 敬,鈴木 左文,田中耕一郎
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 光フィードバック系における 共鳴トンネルダイオードの発振周波数2023

    • 著者名/発表者名
      池邉 凌, 有川 敬, 田中耕一郎
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] モード同期共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器2023

    • 著者名/発表者名
      有川敬
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会 第44回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Passive Mode-Locking in Resonant-Tunneling-Diode Terahertz Oscillator2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoki Hiraoka, Yuta Inose, Takashi Arikawa, Hiroshi Ito, Koichiro Tanaka
    • 学会等名
      Optical Terahertz Science and Technology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Frequency-Mixing Process in Resonant Tunneling Diode Terahertz Oscillator2022

    • 著者名/発表者名
      R. Shimanoe, T. Arikawa, Y. Inose, and K. Tanaka
    • 学会等名
      Optical Terahertz Science and Technology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical Control of Mode-Locked Resonant Tunneling Diode Terahertz Oscillators2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Arikawa, Yusuke Daikoku, Tomoki Hiraoka, Yuta Inose, and Koichiro Tanaka
    • 学会等名
      International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] モード同期共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器の周波数制御2022

    • 著者名/発表者名
      有川 敬,大穀 裕介,平岡 友基,猪瀬 裕太,田中 耕一郎
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器における周波数混合特性の評価2022

    • 著者名/発表者名
      山﨑 星雅,有川 敬,田中耕一郎
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] シングルショットテラヘルツ時間領域分光法を用いた連続波テラヘルツ光源の電場波形計測2022

    • 著者名/発表者名
      髙橋洸矢 ,有川敬 ,笠井達基 ,玉置亮 ,片山郁文
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 偏光変調ホモダイン検波法を用いた高感度狭線幅テラヘルツ偏光分解測定系の構築2022

    • 著者名/発表者名
      江口航平,有川敬, 田中耕一郎
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 共鳴トンネルダイオードテラヘルツ発振器における非線形光学応答2022

    • 著者名/発表者名
      山﨑 星雅,有川 敬,田中耕一郎
    • 学会等名
      第70回応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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