ジョセフソンプラズマ共鳴現象を用いたテラヘルツレーザー開発のための基礎研究

利用约瑟夫森等离子体共振现象开发太赫兹激光器的基础研究

• 批准号: 14655121
• 负责人: 村上 博成
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655121/
• 关键词: 酸化物高温超伝導体; テラヘルツ電磁波; フェムト秒レーザー; 超高速光応答; ジョセフソンプラズマ; キャリアダイナミクス; コヒーレンス波; ボルテックス

今年度は高強度なTHz電磁波放射源開発のため以下の研究を行った。(1)フォトミキシング技術の確立高温超伝導体のJPRを利用したコヒーレントなTHzレーザー光源の開発のため、フォトミキシング技術を確立した。現在は半導体の光スイッチを用いた基礎研究段階であるが、100GHz程度の電磁波放射およびジョセフソンアレイ素子を用いた検出に成功している。今後、この技術を高温超伝導体光スイッチへ応用していく。(2)高強度THz電磁波放射源開発のための基礎研究高温超伝導材料およびホールキャリア濃度の違いによる電磁波放射特性の違いについて検討するため、THz電磁波パルスの透過特性、遮蔽特性、放射特性について様々な試料について検討した。その結果、高温超伝導体では、キャリア濃度や材料の違いに依存して、高周波で応答できるキャリアの数が異なっており、一般に、アンダードープ領域になるつれ、またYBCO→TBCCO→BSCCOとなるにつれ高周波応答できるキャリアの数が極端に減少してくることが判明した。これは、試料の次元性に強く依存したもので、二次元性の非常に強いBSCCOでは、CuO_2面間の超伝導的結合が弱く、このためJPR周波数も100GHz程度と低くなること、また、この面間で高周波の超伝導キャリアが誘起できない結果をもたらしている。また、その結果として、非常に大きなTHz電磁波の透過率をもたらし、さちにフェムト秒レーザー照射によって発生するTHz電磁波の帯域も極端に狭くなることが判明した。また、このことがJPR周波数とカットオフ周波数の関係を与えていることも判明した。(3)磁気光学顕微鏡を用いた磁束量子状態の直接観察JPRによるTHz電磁波放射は、外部磁場を印加した状態でフェムト秒レーザーを照射することにより生じる。現在は永久磁石を用いて外部磁場を印加しているが、磁場印加用超伝導コイルを電磁波放射デバイスと同じ基板上に配置した一体型の素子を構築することにより、発信周波数の電気信号制御が可能なコンパクトな放射素子を構築することができる。この構築を目指して、実際のTHz電磁波放射デバイス中の磁束量子分布を直接観察可能な高感度、高分解能な磁気光学顕微鏡の構築を行った。現在までに、高温超伝導体中の磁束量子分布状態や、微細加工した高温超伝導ストリップラインに電流を流したときに発生する磁界の観測などに成功している。以上、今後継続し追求すべき課題もあるが、高効率なコヒーレントテラヘルツ放射源の開発に向けた基礎研究は、この2年間にわたる研究を通して大幅に進展しており、今後のさらなる発展が期待される。

This year, the development of <s:1> high-intensity なTHz electromagnetic wave radiation sources is ため. The following <s:1> research を lines った. (1) フ ォ ト ミ キ シ ン グ の establish high temperature super conductor 伝 の JPR を using し た コ ヒ ー レ ン ト な THz レ ー ザ ー light の open 発 の た め, フ ォ ト ミ キ シ ン グ technology を establish し た. Now は の semiconductor light ス イ ッ チ を with い た basic research Duan Jie で あ る が, degree of 100 GHZ の electromagnetic radiation お よ び ジ ョ セ フ ソ ン ア レ イ element child を with い た 検 に successful し て い る. In the future, <s:1> <s:1> technology を high-temperature super伝 conductor light ス ス ッチへ応 will be used for <s:1> て く く く く. High intensity THz electromagnetic wave source (2) open 発 の た め の basic research in high temperature and ultra 伝 guide material お よ び ホ ー ル キ ャ リ ア concentration の violations い に よ る electromagnetic radiation characteristic の violations い に つ い て beg す 検 る た め, THz wave パ ル ス の through feature, shelter characteristics, emission characteristic に つ い て others 々 な sample に つ い て beg し 検 た. そ の results, high temperature and ultra 伝 conductor で は, キ ャ リ ア concentration の や material breach い に dependent し て, high frequency で 応 answer で き る キ ャ リ ア の number が different な っ て お り, general に, ア ン ダ ー ド ー プ field に な る つ れ, ま た YBCO - TBCCO - BSCCO と な る に つ れ high frequency 応 answer で き る キ ャ リ ア の number が extreme に reduce し て Youdaoplaceholder0 くる とが judge d 'arte た. こ れ は, try の dimensional strong sexual に く dependent し た も の で, secondary yuan の very strong に い BSCCO で は, between CuO_2 の 伝 guide the combination of weak が く, こ の た め JPR cycle for も low degree of 100 GHZ と く な る こ と, ま た, こ の で between high frequency の super 伝 guide キ ャ リ ア が induced で き な い results を も た ら し て い る . ま た, そ の results と し て, very big に き な THz wave の transmittance を も た ら し, さ ち に フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー irradiation に よ っ て 発 raw す る THz wave の 帯 domain も extreme に narrow く な る こ と が.at し た. ま た, こ の こ と が JPR cycle for と カ ッ ト オ フ cycle for の を masato department with え て い る こ と も.at し た. (3) magnetic 気 optical 顕 micromirror を with い た magnetic quantum state beam の 観 directly examine JPR に よ る THz electromagnetic radiation は, external magnetic field を Inca し た state で フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー を irradiation す る こ と に よ り raw じ る. Are now used in permanent magnet を は い て external magnetic field を Inca し て い る が, magnetic field the Inca used 伝 guide コ イ ル を electromagnetic radiation デ バ イ ス と with じ substrate に configuration し た の element child を build a size す る こ と に よ り, 発 letter cycle for の electric 気 signal suppression が may な コ ン パ ク ト な radioactive element child を build す る こ と が で き る. こ の build を refers し て, be interstate の THz electromagnetic radiation デ バ イ ス の in magnetic quantum beam distribution を 観 examine may directly な Gao Gan degrees, high decomposition can な magnetic 気 optical 顕 micromirror の line build を っ た. Now ま で に, high temperature and super conductor 伝 の や, magnetic quantum beam distribution in micro machining し た high temperature super 伝 guide ス ト リ ッ プ ラ イ ン に electric current to flow を し た と き に 発 raw す る magnetic boundary の 観 measuring な ど に successful し て い る. Above, the future 継 続 し pursuit す べ き subject も あ る が, high rate of unseen な コ ヒ ー レ ン ト テ ラ ヘ ル ツ source の open 発 に to け た は basic research, こ の 2 years に わ た る research を tong し て sharply に progress し て お り, future の さ ら な る 発 exhibition が expect さ れ る.

项目成果

T.Kiwa, H.Murakami, M.Tonouchi: "Generation of sub-THz Wave Using Semiconductor Photomixer"Supercond.Sci.Technol.. 16. 1540-1543 (2003)

T.Kiwa、H.Murakami、M.Tonouchi：“使用半导体光电混频器生成亚太赫兹波”Supercond.Sci.Technol.. 16. 1540-1543 (2003)

T.Kiwa, T.Yoshimura, H.Murakami, M.Tonouchi: "Terahertz emission properties of Josephson junction under small magnetic field"Singapore Journal of Physics. Vol.18,No.1. 161-164 (2002)

T.Kiwa、T.Yoshimura、H.Murakami、M.Tonouchi：“小磁场下约瑟夫森结的太赫兹发射特性”新加坡物理学杂志。

H.Wald, P.Seidel, H.Schneidewind, Y.Tominari, H.Murakami, M.Tonouchi: "Laser induced picosecond electrical pulse emission from Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_8 thin film devices"Physica C. 378-381. 372-376 (2002)

H.Wald、P.Seidel、H.Schneidewind、Y.Tominari、H.Murakami、M.Tonouchi：“Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_8 薄膜器件的激光诱导皮秒电脉冲发射”Physica C. 378-381。

K.Ueno, H.Murakami, I.Kawayama, M.Tonouchi, N.Chikumoto: "Magneto-optical Imaging of Magnetic Field Distribution Pattern in High-Tc Superconductor Circuits"Physica C. 印刷中(to be published). (2004)

K.Ueno、H.Murakami、I.Kawayama、M.Tonouchi、N.Chikumoto：“高温超导电路中磁场分布模式的磁光成像”Physica C. 即将出版（2004 年）。

Y.Tominari, T.Kiwa, H.Murakami, M.Tonouchi, H.Wald, P.Seidel, H.Schneidewind: "Photo-excited THz Radiation Property of Tl-2212 Thin Films under Magnetic Field"IEEE Transaction on Applied Superconductivity. Vol.13, No.2. 3730-3733 (2003)

Y.Tominari、T.Kiwa、H.Murakami、M.Tonouchi、H.Wald、P.Seidel、H.Schneidewind：“磁场下 Tl-2212 薄膜的光激发太赫兹辐射特性”IEEE 应用超导学报