天文観測用周波数可変遠赤外・サブミリ波ヘテロダイン局部発振器の開発

天文观测变频远红外/亚毫米波外差本振的研制

• 批准号: 12740124
• 负责人: 松浦 周二
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Institute of Space and Astronautical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740124/
• 关键词: 天文学; 赤外線; サブミリ波; ヘテロダイン受信機; レーザー; 差周波発生; 低音成長ガリウム砒素; 周波数可変光源; テラヘルツ; ローカルオシレータ; 低温成長ガリウムヒ素

近年、遠赤外・サブミリ波領域での天体観測が天文学において非常に重要であることがわかってきた。本研究は、この波長域ではこれまでになかった周波数可変コヒーレント光源を開発し、これを局所発信器とする天文観測用ヘテロダイン受信機の構築を目指すものである。遠赤外・サブミリ波の発生には、光伝導素子を用いたレーザー差周波発生法を用いた。これは、サブピコ秒の光応答を示す低温成長ガリウム砒素の光伝導素子に、2つの違った波長をもつレーザー光を照射すると、差周波数(うなり)の光振動電流が発生するため、これをアンテナに結合させて電磁波として空間に取り出すというものである。必要となる開発要素は、2波長発振レーザーと超高速光伝導素子である。開発実績は以下のとおり。1.2波長発振レーザーの開発(1)波長850nm帯の半導体レーザーを導入し、2波長混合光学系を構築した。(2)波長可変性と光パワーを測定し、差周波発生に充分な性能を持つことを確認した。2.超高速光伝導素子の開発(1)無波長依存型アンテナと共振型アンテナを持つ低温成長ガリウム砒素デバイスを考案・作成した。(2)光感度や波長感度特性などを測定し、差周波発生に充分な性能を持つことを確認した。3.サブミリ波発生実験上記の2波長レーザーとデバイスを用いてサブミリ波の差周波発生実験を行った。4Kボロメータを用いて出力を測定した結果、周波数400GHzにおいて約20nWの出力を得ることができた。上記の出力は目標値の数10分の1程度のレベルであるが、光学系の調整が充分でないことやデバイスの光応答が期待したよりも遅いことが原因と見られる。今後、光学系効率の向上を図るとともにデバイス形状を最適化することにより出力の向上が期待できる。また、現行のものよりも1桁程度の出力向上が見込まれる新案のデバイス製作と評価を行う予定である。

In recent years, astronomical observations have been very important in the field of remote sensing. This study is aimed at the construction of a signal receiver for astronomical measurement in the wavelength domain, where the frequency of the signal can be varied from one source to another. In addition, the optical waveguide is used to generate different frequency waves. The optical response of the laser shows that the low temperature growth of the laser diode, the wavelength of the laser diode, the irradiation of the laser diode, the generation of the optical vibration current of the laser diode, the combination of the laser diode and the electromagnetic wave, and the extraction of the laser diode. The necessary development elements are 2-wavelength optical waveguides. The following is a summary of the results. 1.2 Development of Wavelength Oscillation (1) Introduction of Semiconductor Wavelength in 850nm Band, Construction of 2 Wavelength Hybrid Optical System (2)Wavelength variability is determined by wavelength variability. 2. Development of Ultra-High Speed Photoconductor (1) Wavelength Independent Photoconductor and Resonant Photoconductor (2)Light sensitivity and wavelength sensitivity characteristics are measured, and sufficient performance is confirmed. 3. The transmission of differential wave is recorded on the second wavelength. 4K output measurement results, frequency 400GHz output measurement results Note that the output value of the target is 10 minutes and the adjustment of the optical system is sufficient. In the future, the optical system efficiency will be optimized. For example, the current level of production and evaluation of new projects is determined.

项目成果

Shuji Matsuura: "Photomixer as a self-oscillating mixer"Proceedings of the Twelfth International Symposium on Space Terahertz Technology (JPL Publication 01-18). 234-243 (2001)

Shuji Matsuura：“作为自振荡混频器的光混频器”第十二届太空太赫兹技术国际研讨会论文集（JPL 出版物 01-18）。

S.Matsuura: "A Photonic Local Oscillator Source for Far-IR and Sub-mm Heterodyne Receivers"ISAS Report SP No.14. 337-344 (2000)

S.Matsuura：“用于远红外和亚毫米外差接收器的光子本地振荡器源”ISAS 报告 SP No.14。

P.Chen: "Submillimeter-Wave Measurements and Analysis of the Ground and Y_2=1 States of Water"Astrophysical Journal, Supplement series. 128. 371-385 (2000)

P.Chen：“地面和Y_2=1水态的亚毫米波测量和分析”天体物理学杂志，增刊系列。

R.A.Wyss: "Embedded coplanar strips traveling-wave photomixers"Proceedings of the Twelfth International Symposium on Space Terahertz Technology (JPL Publication 01-18). 91 (2001)

R.A.Wyss：“嵌入式共面带行波光混频器”第十二届空间太赫兹技术国际研讨会论文集（JPL 出版物 01-18）。

C.Kadow: "Self-assembled ErAs islands in GaAs for optical-heterodyne THZ generation"Applied Physics Letters. 76. 3510-3512 (2000)

C.Kadow：“GaAs 中的自组装 ErAs 岛，用于光学外差太赫兹生成”《应用物理快报》。