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2017 年度 実施状況報告書

固有ジョセフソン接合を用いたテラヘルツ波発振素子の大規模アレーの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K06367
研究機関防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

研究代表者

立木 隆  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (60531796)

研究分担者 内田 貴司  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 教授 (50531802)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードテラヘルツ波 / 発振素子 / 銅酸化物超伝導体
研究実績の概要

本研究は、銅酸化物高温超伝導体に内在する固有ジョセフソン接合を用いたテラヘルツ波発振素子のアレー化による出力特性の改善を目的として、mWオーダーの最高発振出力と高い垂直指向性を有する発振素子アレーの開発を目指している。当該年度では「放射指向性測定系の構築」と「多素子アレーの理論的検討」を進めた。
放射指向性測定系の構築・・・本研究の提案当初、放射指向性測定系の回転機構として被測定発振素子を固定し、その周囲の半球面上に配置された非冷却型検出素子を回転させる機構を考えていた。その後、微弱な信号まで検出できるように高感度な冷却型検出素子に変更する必要性を考慮し、回転機構の変更を検討した。その結果、検出素子を固定し、中心に置かれた発振素子を2軸回転したほうが、冷凍機チャンバーの限られた空間内に両素子を有効に配置できることがわかった。
多素子アレーの理論的検討・・・素子間の電磁的な結合により各発振素子に流れる超伝導電流が変調を受けると仮定したモデルを構築し、素子の発振モード毎に放射出力と放射パターンのアレー数依存性を計算した。これにより、基本モードでは、アレー数が4以上で放射出力が飽和傾向を示したのに対して、高次の121モードでは、従来の超放射理論と同様に、アレー数の自乗に比例して放射出力が増加した。また、放射パターンは、基本モードではアレー間隔とアレー数に応じて様々なサイドローブをもつブロードなパターンとなる傾向を示したが、121モードでは常に垂直指向性をもつビームとなり、アレー数の増加とともにパターンが先鋭化することが分かった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究実績の概要に挙げた「多素子アレーの理論的検討」はおおむね順調に進展しているものの、「放射指向性測定系の構築」では、回転機構の変更を現在検討していることと測定系内の冷凍機チャンバーにリークが生じていたため、多少の遅れを生じている。なお、チャンバーのリークについては原因を特定し、既に修理が完了している。

今後の研究の推進方策

前年に引き続き、放射指向性測定系の構築を行う。とりわけ、どの様な回転機構を採用するかを早急に決める。回転機構以外の冷凍機や制御系は既存のものを流用できるため、回転機構を完成させ次第、測定系の動作確認を行う予定である。
これまでの理論的検討によりアレー間隔と発振特性の関係についての知見が得られたため、それに基づいてアレーの設計を行う。また、アレー間の位相同期を行うための結合回路も設計し、プロトタイプの試作を行う。

次年度使用額が生じた理由

放射指向性測定系の回転機構のための自動ステージの購入を次年度に先送りにしたこと、旅費を計上していた国際会議の出席を取りやめたこと、および想定していた修理が安価で済んだことにより、当該年度の支出額が予定を下回り、次年度使用額が生じた。
これらの使用計画として、回転機構用の自動ステージおよび真空部品や成膜材料の購入、さらに国内で開催される研究会と国際会議の参加費と旅費に使用する予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Characteristics of thin-film spiral antenna-coupled Bi microbolometer fabricated on Si3N4/SiO2 membrane2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Uchida,Akihito Matsushita,Takashi Tachiki
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 13 ページ: 876~881

    • DOI

      10.1002/tee.22641

    • 査読あり
  • [学会発表] MOD法により作製したTi-doped V2O5薄膜の減圧焼成2018

    • 著者名/発表者名
      ヴァン・ニュ・ハイ,前田 幸平,河原 正美,佐村 剛,立木 隆,内田 貴司
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] MOD法によりSi3N4/SiO2メンブレン上に製作したVOxマイクロボロメータのDC感度測定2018

    • 著者名/発表者名
      前田 幸平,ヴァン・ニュ・ハイ,西岡 國生,松谷 晃宏,立木 隆,内田 貴司
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] MOD法によるVOxナノワイヤの製作2018

    • 著者名/発表者名
      内田 貴司,河原 正美,ヴァン・ニュ・ハイ,前田 幸平,立木 隆
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 固有ジョセフソン接合を用いたテラヘルツ波発振素子のアレー化に向けた検討2018

    • 著者名/発表者名
      立木 隆,内田 貴司
    • 学会等名
      電子情報通信学会超伝導エレクトロニクス研究会
  • [学会発表] MOD法によるTiドープしたV2O5薄膜の作製2017

    • 著者名/発表者名
      ヴァン・ニュ・ハイ,前田 幸平,河原 正美,佐村 剛,立木 隆,内田 貴司
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] MOD法により製作したTi-doped V2O5薄膜におけるTiの固溶限界2017

    • 著者名/発表者名
      ヴァン・ニュ・ハイ,前田 幸平,河原 正美,佐村 剛,立木 隆,内田 貴司
    • 学会等名
      第27回日本赤外線学会研究発表会
  • [学会発表] Deep-RIEとXeF2気相エッチングによるSi3N4/SiO2メンブレン上へのVOxマイクロブリッジの製作2017

    • 著者名/発表者名
      前田 幸平,ヴァン・ニュ・ハイ,西岡 國生,松谷 晃宏,立木 隆,内田 貴司
    • 学会等名
      第27回日本赤外線学会研究発表会

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公開日: 2018-12-17  

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