た。しかし同図からは異なる黒体温度に対する明確なIF出力差を確認できなかった。これはGM冷凍機の機械的振動によるHEBMとLOとの結合効率の振動重畳が、一原因であると考えている。そこでまず、1.2 mV付近のバイアス電圧において、IF出力が最大となる直流電流をLO電力により決定する。次に、ボイスコイルを用いてこの直流電流を一定に保つことで、実質的なLO照射電力の安定化を行い、IF出力の信号源温度依存性の測定を試みた。図11（b）に1,100 K及び300Kの黒体輻射を10秒ごとにMIR-HEBMに照射した際のIF出力の変化を示す。LO照射電力の安定化の結果、わずかであるが信号源温度の差によるIF出力の変化を観測した。図11 （b）において、時間領域10～20秒間と20～30秒間でのIF出力電力比（Yファクタ）は約1.012であった。周波数の低いサブミリ波周波数領域では、黒体輻射にレイリー・ジーンズの式を用いることで、次式により測定したYファクタと二つの黒体温度（Thot, Tcold）から受信機雑音温度T R–Jを求めることができる。1 （2）しかし、今回の動作周波数は61THzと高く、零点振動の影響を無視できない。そこで単位周波数当たりの輻射電力としてプランクの放射式にCallen とWeltonの結果[10]を加えた次式を用いた。&ℎ2ℎℎ1ℎ2（3）ここでTは黒体温度、kBはボルツマン定数、hはプランク定数、fは輻射光の周波数である。次に雑音温度を（単位周波数当たりの雑音電力）/kBと仮定することで、以下の式から零点振動を考慮した雑音温度T C&Wを導出することができる。 &ℎℎ1ℎ2（4）上記雑音温度からYファクタ法による受信機雑音温度TRC&Wは次式で表される。&&&1 (5）Y=1.012及び（4）、（5）式から、今回のLO周波数61.3 THz、IF中心周波数1 GHzにおける受信機雑音温度を約17,000 K （DSB）と見積もった。現状では同周波数領域での受信機雑音温度評価の報告は極めて少ないが、東北大学のグループ[11]によりMCT フォトダイオーを用いた報告（3,000 K @ f = 29 THz）がなされている。今後、各素子パラメータの最適化と評価系の改良を行うことで、更なる低雑音化が可能と考えている。おわりにMIR-HEBMの設計を目的として、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評価を行った。得られた結果を電磁界シミュレータに導入することで、中赤外アンテナ・分布定数回路の精度の良い設計が可能となった。中赤外ツインスロットアンテナを備えたMIR-HEBMを設計・試作し、ミキサ特性を評価した。HEBMから観測された電圧パルス波形からHEBMのIF帯域幅を評価した結果、約0.9 GHzが得られた。またビームスプリッタを使用しない中赤外ミキサ雑音温度評価系を構築し、信号源温度の差によるIF出力差から61.3 THzにおけるミキサ雑音温度として約17,000 K （DSB）が得られた。 【参考文献【1D. Büchel, P. Pütz, K. Jacobs, M. Schultz, U. U. Graf, C. Risacher, H. Richter, O. Ricken, H. W. Hübers, R. Güsten, C. E. Honingh, and J. Stutzki, ”4.7-THz Superconducting Hot Electron Bolometer Wave-guide Mixer,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.5, no.2, pp.207–214, 2015.2Y. Irimajiri, A. Kawakami, I. Morohashi, M. Kumagai, N. Sekine, S. Nagano, S. Ochiai, S. Tanaka, Y. Hanado, Y. Uzawa, and I. Hosako, “Development of a Superconducting Low-Noise 3.1-THz Hot Elec-tron Bolometer Receiver,” IEEE Trans. THz Sci. Technol., vol.5, no.6, pp.1154–1159, 2015.3A. Kawakami, Y. Irimajiri, T. Yamashita, S. Ochiai, and Y. Uzawa, “Broad-ening the IF band of a THz hot electron bolometer mixer by using a magnetic thin film,” IEEE Trans. THz Sci. Technol., vol.8, no.6, pp.647–653, 2018.4J. Horikawa, A. Kawakami, M. Hyodo, S. Tanaka, M. Takeda, and H. Shimakage, “Evaluation of nano-slot antenna for mid-infrared detec-tors,” Infrared Phys. Technol., vol.67, pp.21–24, 2014.5J. Horikawa, A. Kawakami, M. Hyodo, S. Tanaka, M. Takeda, and H. Shimakage, “Study of Mid-Infrared Superconducting Detector with Phased Array Nano-Slot Antenna,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.25, artl. no.2301005, 2015.6R. E. Stephens and I. H. Malitson, “Index of Refraction of Magnesium Oxide,” J. Res. Natl. Bur. Stand. vol.49 pp.249–252, 1952.7D.C.Harris, et al., “Refractive index of infrared-transparent polycrystal-line alumina,” Optical Engineering, vol.56, no.7, 077103 2017.8Y. Irimajiri, A. Kawakami, I. Morohashi, M. Kumagai, N. Sekine, S. Na-gano, S. Ochiai, S. Tanaka, Y. Hanado, Y. Uzawa, and I. Hosako, “Development of a Superconducting Low-Noise 3.1-THz Hot Electron Bolometer Receiver,” IEEE Trans. THz Sci. Technol., vol.5, pp.1154–1159, 2015.9A. Kawakami, H. Shimakage, J. Horikawa, M. Hyodo, S. Saito, S. Tanaka, and Y. Uzawa, “Design and Fabrication for the Construction of MIR HEB Mixers,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol.27, artl. no.2300105, 2017.10A. R. Kerr, IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol.47, pp.325–329, 1999.11Sato, T.M., H. Fujiwara, Y.O. Takahashi, Y. Kasaba, V. Formisano, M. Giuranna, and D. Grassi, “Tidal variations in the Martian lower atmosphere inferred from Mars Express Planetary Fourier Spec-trometer temperature data,” Geophys. Res. Lett., vol.38, L24205, doi:10.1029/2011GL050348, 2011.434 情報通信研究機構研究報告 Vol.66 No.2 （2020）2 光制御・ナノICT基盤技術 —基盤から応用まで—
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