超伝導技術によるテラヘルツ波スペクトルアナライザの実現

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テラヘルツ波帯には様々な物質に固有の輝線・吸収線が集まっているだけでなく、ある程度の透過性も有するため非破壊による薬物検査や、星間物質観測など幅広い分野で利用されている。テラヘルツ波分光を高い周波数分解能で行うために、中間周波数に一度変換するヘテロダイン方式が主であるが、一度により広い帯域のスペクトルを得るために、超伝導伝送線路への電流印可によって、線路内を伝搬する電磁波の位相速度を制御し干渉を起こすことで、オンチップでのテラヘルツ波分光計を提案している。本年度もテラヘルツ波帯での回路製作技術確立の遅れから、マイクロ波帯において実験を行った。特にデータ処理プログラムの開発によって、周波数分解能を高める方法を模索した。実験には膜厚は50 nmの窒化チタン膜を利用してマイクロ波伝送線路を作製し、0.5 K程度に冷却した。マイクロ波で干渉信号を得るために、まずマイクロ波を室温回路で２つに分波し、片方の信号を超伝導デバイスへ、もう一方を室温ケーブルに通した。超伝導デバイスに1-100 Hzの電流を印加することで、マイクロ波の位相変調を起こした。最後に超伝導デバイスを通った信号と室温ケーブルを通った信号をIQミキサによって合成し、デジタイザで信号を取得した。マイクロ波の信号を4999、 5000、 5001MHzに変えて実験し、それらのデータを機械学習させて周波数カタログを作成した。このカタログと未知の周波数信号を比較することで、目標の周波数分解能である10000を超える性能を得られることが示唆された。