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2014 年度 実施状況報告書

周期的に固体プラズマを配置したサブミリ波帯サーキュレータに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 26400528
研究機関秋田大学

研究代表者

淀川 信一  秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90282160)

研究分担者 倉林 徹  秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90195537)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードサブミリ波 / 固体プラズマ / サーキュレータ / 非可逆素子 / 周期構造 / InSb / FDTD解析
研究実績の概要

本研究は,サブミリ波帯で動作するサーキュレータを実現することを目的としている.サブミリ波帯の非可逆素子の材料として固体プラズマを利用することに特徴を持つが,一方でプラズマによるサブミリ波の減衰が大きいことや,良好な循環特性が得られないことなどが予想される.そこで,固体プラズマを周期的に配置することでその特性をさらに改善することを目指す.
平成26年度は,単体の固体プラズマ材料のパラメータ,特にキャリア密度と印加磁界がサブミリ波の伝搬方向へ与える影響について詳細に検討した.固体プラズマ材料としてn-InSbを利用し,その円板を方形導波管中央に設置した構造から放射するサブミリ波を3次元FDTD(Finite-Difference Time-Domain)法により解析した.その結果, n-InSbの電子密度が1立方メートルあたり21乗程度で, 印加磁界が0.3 Tのとき,サブミリ波の進行方向が約30°変化することが示された.この特性は,未だ十分でなないが,サブミリ波帯で動作するサーキュレータへ応用が可能であることを示す.
次いで,単体の固体プラズマ薄板を利用した場合について実験を行った.その結果から,サブミリ波の電力分布に偏りが生じ,それはFDTD解析結果と同様な傾向であることがわかった.以上から,解析と実験の両面から,サブミリ波の伝搬方向が変化する,即ちサーキュレータへ応用し得る特性の一端が示された.
また,一方で伝搬方向に周期的にプラズマを配置した場合のサブミリ波透過量の周波数特性についてFDTD解析を行った.その結果から,単体のプラズマに比べ周期構造の場合は,周波数に対する透過量の変化が極めて大きくなることが分かった.この原因は現在検討中であるが,サーキュレータを周期構造プラズマで構成することでプラズマの効果が大きくなり特性が改善される可能性を示す.

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

単体の固体プラズマを利用した場合について,解析と実験の両面から検討し,サブミリ波の伝搬方向が変化するサーキュレータの基本となる動作が確認できた.また,FDTD解析プログラムを開発するにあたり,構造や境界条件の設定がパラメータを入力するのみで自動的に反映されるようにしたことで,今後の解析効率の向上も見込まれるため.

今後の研究の推進方策

次年度以降は,前年度に検討したプラズマのパラメータをもとに,様々な周期構造に固体プラズマを配置して解析を行い,その結果に基づき実験の準備を進める.当初は伝搬方向に対し垂直方向へのみ周期的な配置を試みる予定であるが,前年度の結果を踏まえ,伝搬方向にも周期構造を配置することでプラズマの効果がより顕著に現れる可能性についても検討する.
実験は比較的簡単な周期構造から始めるが,サブミリ波帯の実験試料の寸法は非常に小さいため,作製精度や構造の位置の僅かなずれが結果に大きく影響すると予想される.そこで,周波数が一桁低いミリ波帯で予備的な検討を並行して行う.この場合は発振器,検出器なども扱いやすいため,そこで得られた測定方法や試料作製に関する知識や技術をサブミリ波の実験へフィードバックする.

次年度使用額が生じた理由

年度末に計画した出張の旅費が,パック旅行を利用することで予定より節約できたため.

次年度使用額の使用計画

6万円程度を,消耗品,または旅費の補充などへ利用する.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] 固体プラズマ薄板を挿入した導波管の526 GHzサブミリ波偏向特性2014

    • 著者名/発表者名
      米田 皓大,淀川 信一,倉林 徹
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌C

      巻: J97-C ページ: 511-518

    • 査読あり
  • [学会発表] 周期的に固体プラズマ棒を装荷した導波管のサブミリ波伝搬特性2015

    • 著者名/発表者名
      淀川信一,マイヴァントゥェン,倉林徹
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 発表場所
      立命館大学(草津)
    • 年月日
      2015-03-10
  • [学会発表] 固体プラズマ円板を挿入した方形導波管のサブミリ波放射特性2015

    • 著者名/発表者名
      庄司壮一,淀川信一,倉林徹
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 発表場所
      立命館大学(草津)
    • 年月日
      2015-03-10
  • [学会発表] 金属周期構造体を利用した表面被覆物の高感度検出2015

    • 著者名/発表者名
      楊澄晨,鈴木進也,倉林徹,淀川信一,高坂諭
    • 学会等名
      平成26年度日本表面科学会東北・北海道支部学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌)
    • 年月日
      2015-03-09
  • [学会発表] Polarized terahertz spectroscopy of B form stearic acid2014

    • 著者名/発表者名
      Stevanus Arnold, Junya Asari, Shinichi Yodokawa, Toru Kurabayashi, Takenori Tanno
    • 学会等名
      1st Asian Conference on Oleo Science
    • 発表場所
      Sapporo
    • 年月日
      2014-09-08

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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