サブミリ波におけるヘテロダイン受信機の開発と星間水蒸気探査

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光と電波との境界領域サブミリ波帯には、原子、分子の豊富なスペクトル線やダストの熱放射は存在し、その観測は星間物質の研究上きわめて重要である。本研究は、目標を500GHz近辺におき、その領域における電波天文学用の受信機を開発することを具体的な目標としている。[A]サブミリ波SIS受信機サブミリ波SIS受信機の開発は、SIS接合、ミキサ-回路、受信機構成のいずれについても大きく進歩した。微小SIS接合の品質向上技術を確実なものとし、さらに、同調回路内蔵型の接合作成にも成功した。ミキサ-回路では電磁界の有限要素法を駆使した設計法を開発し、固定同調型のSISミキサ-回路設計を実現した。受信機光学系で独自の準光学的回路によるシングル・サイド化SISミキサ-を考案した。冷却系では将来宇宙用にも使用できる超小型4K冷凍機を開発した。[B]超伝導発振器(FFO)FFOについては通産省電子技術総合研究所の協力を得て単結晶NbN接合をスロット・アンテナと結合したデバイスを製作し、400GHzから最高840GHzまでの周波数での発振を確認した。超伝導ストリップ線路と発振器の結合には磁気結合方式を提案した。数値シミュレーションにより、この方式では効率が良く、広帯域の結合が可能であることを実証した。これをNbN/Pb-Inジョセフソン素子を用いた実験により確認した。[C]多素子デバイス準光学的構造を有する多素子発振器の為の結合と可変の出力鏡としてメッシュと誘電体板よりなる構造を提案し理論的解析及び実験によりその有用性を確認した。三端子素子を用いた準光学的多素子発振器により24GHzの発振またガンダイオードを用いた多素子発振器により90GHzの発振を得た。これらはトップデータである。また、昨年設計を完了した共鳴トンネル素子を製作し、ミリ波帯での発振を確認した。