Generation and control of frequency comb in resonant tunneling diode oscillator

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研究代表者が所属機関を移動したため、実験と計算を実施する環境が大きく変わることとなった。そのため、２０２２年度はこの研究課題に関する基礎的な部分からの研究を実施した。当該年度に実施した研究は、具体的には（１）印加するバイアス電圧に対して共鳴トンネルダイオード発振器の発振周波数が変化する要因の解明、（２）共鳴トンネルダイオード発振器への自己注入による発振周波数ジャンプの測定および等価回路による再現、の２つである。各項目における具体的な研究実績は、以下に示す通りである。（１）共鳴トンネルダイオード発振器は、印加するバイアス電圧に対して発振周波数が変化する。その物理的起源については、共鳴トンネルダイオードを構成する半導体層構造が有するキャパシタンス成分がバイアスに対して変化するためであると考えられていた。しかしながら、等価回路モデルを使用した数値計算によって、共鳴トンネルダイオードが示す電流‐電圧特性の非線形性が主たる周波数変化の物理的起源となっていることを明らかにした。本研究の目的であるモード同期・周波数コムでは、発振周波数の多モード化と安定化が必要となるが、その周波数の決定要因を明らかにできた意義は大きい。（２）共鳴トンネルダイオード発振器からの放射テラヘルツ波を反射させて発振器に戻した場合、すなわち自己注入系において、発振器への印加バイアスや反射体までの距離を掃引することで周波数が不連続に跳躍する振る舞いを確認した。これは、反射体との間で形成された縦モードへの引き込み効果として説明される現象であり、本研究の目的である発振周波数の多モード化に必要な条件の１つであると考えられるものである。また、等価回路モデルを用いた計算によって、実験で得られた周波数特性を定量的に再現することに成功し、これが縦モードへの引き込みに起因していることを計算によるアプローチからも確認した。