巨大利得を有する光無線融合アクティブプラズモニックフォトミキシングデバイスの創出

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二重回折格子状ゲート構造を有する高電子移動度トランジスタ (DGG-HEMT)に対して差周波THz帯シングルフォトミキシングを動作せしめ、注入同期発振を援用してTHz放射強度増大を試みた。放射はフーリエ赤外分光計 (FTIR)を用いて測定した。その結果、ゲート電圧が変化することによって、異なる照射差周波数にて放射増強していることがわかった。この傾向をプラズモン不安定性の動作機構に照らして解析した結果、ゲートバイアスに依存して異なるプラズモン不安定性が発生していることがわかった。よって、デバイスのゲートバイアスによって異なる放射機構が発生し、放射機構に対応した特定の周波数近傍において共振的なTHz波放射が起きることが示された。その他、パルスTHz光源を用いてのダブルミキシング実験も行った。DGG-HEMTの裏面より二光波混合赤外レーザー光を照射し、デバイス表面より疑似CW THzパルス波を照射した。この結果、期待していた下方変換周波数近傍である5.5 GHzに信号強度のピークを確認した。使用したデバイスの電流利得遮断周波数を大きく超えたTHz波帯域でのダブルミキシングであることから、従来の電子走行に基づいた原理でのミキシングではなく、プラズモンの効果によるミキシングと考えられる。以上より、本研究においては、THz波帯域でのプラズモニックなフォトミキシング動作に特化したデバイス構造を提案し、実際にそのような動作を行えることを示した。従来の電子走行に基づいた動作速度をはるかに上回る高速性能を示し、また、プラズモン不安定性によるアクティブ性能も示すことができた。これら性能は、6Gや7Gなどの次世代高速無線通信システムに十分適応可能だと思われる。これらを以て、THz帯アクティブプラズモニックフォトミキシングデバイス実現の見通しを得ることができた。