テラヘルツ級任意電磁波形生成の探索的研究

2022 年度 研究成果報告書

• 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
• 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

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。

自由記述の分野

光エレクトロニクス

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。