まえがき超伝導ホットエレクトロンボロメータミキサ（HEBM）は、二つの近接した二つの金属電極を極薄（膜厚数nm）の超伝導ストリップで接続した構造で、超伝導ストリップの臨界温度（TC）付近での大きな抵抗変化を利用したボロメータである。2テラヘルツ（THz）を超える周波数領域における極低雑音ミキサ素子として、広く研究開発が進められている[1][2]。NICTにおいても、テラヘルツ周波数領域における通信基盤技術の確立や、地球環境計測等リモートセンシング技術などへの応用を目指した研究開発を進めており、NICTが独自提案している磁性体を用いたHEBM構造（Ni-HEBM）は、現在、2 THz帯において低雑音・広IF帯域幅の世界トップレベルの受信機性能を達成している[3]。一方でHEBMの動作上限周波数は、その構造・寸法にのみ制限を受けると考えられ、適切な素子設計と更なる微細化により、数十THzに相当する中赤外光（MIR）領域まで実現可能である。そこで我々は、MIR領域における基盤技術の獲得を目的として、MIR-HEBMの研究を実施している。従来の中赤外光検出器の多くは、入射光子をいかに効率よく収集するかという、いわゆる光の粒子性に基づいた素子設計がなされてきた。しかし、本研究ではTHz帯HEBMと同様に、中赤外光を電磁波としてアンテナで受信し、その給電点にインピーダンス整合し1中赤外領域における地球環境計測、情報通信、セキュリティ応用などを目指して、ナノアンテナを用いた中赤外超伝導ホットエレクトロンボロメータミキサ（MIR-HEBM）の開発を行っている。中赤外アンテナ・分布定数回路の設計精度を高めるため、フーリエ分光光度計を用いて、中赤外領域での極低温下における金薄膜の複素表面インピーダンスを評価した。得られた結果を電磁界シミュレータに導入し、中赤外ツインスロットアンテナを備えたMIR-HEBMを設計した。試作したMIR-HEBMに、適切な強度の中赤外光を照射することで、電圧状態にラッチすることなく電圧パルスを観測することができ、このパルスの半値全幅から、ミキサ中間周波数（IF）帯域幅は約0.9 GHzと見積もられた。またビームスプリッタを使用しないMIR-HEBM雑音温度評価系を構築し、信号源温度の差によるIF出力の変化を観測した結果、61.3 THzにおける受信機雑音温度として約17,000 K （DSB）を得た。We have been developing a mid-infrared superconducting hot electron bolometer mixer (MIR-HEBM) using nano-antennas for global environment measurement, information and communication technology, security application etc. in the mid-infrared region. The complex surface impedance of gold thin film at cryogenic temperatures was evaluated using Fourier transform infrared spectros-copy to improve the design accuracy of MIR-HEBM. By introducing the obtained physical parameters of gold thin film into the electromagnetic wave simulator, we have designed the MIR-HEBMs with a twin-slot antenna. By irradiating a MIR light with an appropriate intensity to the fabricated MIR-HEBM, voltage pulses were observed without latching into the voltage state. The intermediate fre-quency (IF) bandwidth was estimated to be about 0.9 GHz from the full width at half maximum of the observed pulse waveform. For evaluating the mixer noise temperature, a measurement setup without a beam splitter was constructed. The change in the IF output due to the difference in signal source temperature was observed, and the noise temperature of about 17,000 K (DSB) was ob-tained at 61.3 THz.2-3 中赤外超伝導ホットエレクトロンボロメータミキサの研究2-3Study on Mid Infrared Superconducting Hot Electron Bolometer Mixer川上 彰 堀川隼世 島影 尚 田中秀吉 鵜澤佳徳KAWAKAMI Akira, HORIKAWA Junsei, SHIMAKAGE Hisashi, TANAKA Shukichi, and UZAWA Yoshinori272 光制御・ナノICT基盤技術 —基盤から応用まで—
元のページ ../index.html#31