テラヘルツ波スペクトルが測定できる高感度ヘテロダイン検出器

#Beyond 5G(6G)
#テラヘルツ波
#超伝導
#ホットエレクトロンボロメータミキサ
#ヘテロダイン検出器

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特徴・優位性

他の技術では困難な2～5THz帯域の微弱信号を、高感度・高周波数分解能、実時間でスペクトル測定

用途・応用分野

THz帯発振器の性能を精密に評価
位相ロックや、ガスセルによる分子放射電波スペクトルの検出

概要

超伝導を利用した高感度ヘテロダイン検出器を研究しています。ヘテロダイン受信とは、受信信号(f1)と局部発振器信号(f2)をミキサによって低周波信号(f1-f2)に周波数変換してスペクトルを測定する方法です(図１)。

ミキサには、NICTで作製したホットエレクトロンボロメータミキサ(HEBM) (図２)、局部発振器には、THz量子カスケードレーザ(THz-QCL)又はマイクロ波の増幅・逓倍発振器(AMC)を用いています。HEBMの高速応答特性により、RF(Radio Frequency)とLO(Local Oscillator)の差周波が数GHzであれば信号を波としてとらえることができます。ミキサによって中間周波数(数GHz)に周波数変換された信号はアンプで増幅され、マイクロ波のスペクトラムアナライザでスペクトルが検出されます。NICTでは実際にこのシステムでTHz波スペクトルの検出に成功しています(図３)。

特徴は、THz波(特に他では測定が難しい2～5 THz)のスペクトルを高感度、高周波数分解能かつ実時間で正確に測定できることです。発振器出力は、数十pW程度以上あれば検出可能です。特定のTHz周波数で測定を希望される場合はご相談下さい。LOの確認が必要です。

応用として、THz-QCLの位相ロック(図３)や、ガスセルによる分子放射電波スペクトルの検出実績もあります(図４)。(2025年6月19日更新)