2018 Fiscal Year Research-status Report
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17K06442
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
高橋 浩 上智大学, 理工学部, 教授 (40500468)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / 導波路 / 電磁波 / 周波数フィルタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２年目である本年度は、初年度に設計・作製したテラヘルツ帯において動作するアレイ導波路回折格子（以下、AWG）型周波数フィルタの詳細評価と特性改善に向けた課題の抽出を行った。作製したサンプルの回路サイズ（基板寸法）は10cm×10cmである。通常の光集積回路におけるAWG型フィルタは透過型であるが、今回は反射型を採用した。AWGの中間点でテラヘルツ波を戻し前半と後半を半分の回路で共有することで上記基板に収容が可能となった。AWGは1THzを中心に0.1THz間隔の5波（すなわち0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 THz）を分波するよう設計した。
評価には時間領域分光法（TDS）を使用し光源からの短パルステラヘルツ波をサンプルに入力し同一ポートからの出力波をフーリエ解析して0.3THz～2THzの範囲におけるAWG伝達関数スペクトルを評価した。複数の選択周波数の間隔は設計値0.1THz からずれていた。反射型のため入出力が同一ポートであることを考慮した理論計算をしたところ、選択波長は実験と一致していることが確認できたので、異ポートであれば0.1THz間隔であることを確認した。なお、損失は15～23dB程度、後述の特殊例を除くとクロストーク抑圧比は20dB程度あり、作製したサンプルが設計通りに動作したことを確認した。この成果を2018年9月の電子情報通信学会ソサイエティ大会において発表した。
なお、中央の第3ポートのみ非選択周波数の出力が高い現象（クロストーク劣化）が見られた。いくつかの仮定に基づき検討した結果、導波路群とスラブの境界において、導波路を隔てる金属壁からの反射が原因であることを明らかにした。その対策を検討した結果、導波路構造の改良案を考案したので、次年度はこの点も検討項目に追加する。
また、3年目に計画している差周波によるテラヘルツ波生成に関する新しい方法の検証検討に向けて、光学系の基礎検討と光源の準備を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の計画では、以下の３点を主たる検討項目としていた。それぞれについて、進捗を説明する。
(1)結合および分岐部分で発生する散乱の抑制： 新しい構造の提案を目標に電磁界解析を実施することとしていた。いくつかある散乱要因の中で、今年度の実験検討でスラブと導波路の境界にある金属壁による反射散乱の悪影響が顕著であったためその対策を検討した。その結果、導波路間の金属壁に厚み方向のテーパ形状を持たせる構造を提案することができた。よく用いられる２次元解析では厚み方向の変化を表現することができないので、3次元解析が必要であり計算を実施できなかったが、新しい構造の提案ができたので、計画通りに進んだと考える。
(2) および(3)曲線部分の伝搬損失の低減検討：今回の試作したAWGにおいて、伝搬損失は理論値とさほど変わりない値であり、当初想像していた過剰な損失は認められなかった。そのため、検討を急ぐ必要性が消失した。
一方、次年度に検討を予定していた新しい光回路を用いたテラヘルツ波生成法について、実験の準備と（設計論的な）予備検討を実施した。
以上を総合すると概ね順調であったと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度と2年度目の検討結果を踏まえ、AWG型周波数フィルタの反射低減テーパ構造について、３次元電磁界解析による理論的検討と、試作サンプル設計・作製・評価の実験検証を行い、その提案構造による反射低減効果を検証する。また、その他のいくつかの設計改良も行い、同デバイスの特性向上を進める。また、新しい光回路を用いたテラヘルツ波生成法の検討を当初計画通りに実施する。
なお、最終年度であるため、今までの学会発表には含めなかった細かな理論検討などを体系化したり、今後の展望を含めた解説的な発表を行うことで、テラヘルツ波集積回路の有用性・応用可能性や将来性をアピールし、本研究が多くの研究者にも波及するように努める。
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| Causes of Carryover |
初年度に検討を延長した評価系準備のための機器を、最終年度に計画している新たな光回路の検討で必要な機器と合わせて購入することにしたため。研究計画の方針変更ではなく順序の変更であるため、最終年度に予定通り予算執行する予定である。
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Research Products
(1 results)
