半導体中の光励起プラズマを利用した周波数アップコンバータの研究

本年度は、光励起半導体プラズマを用いたドップラーシフト型周波数変換法を検証するため、その理論および実験準備を引き続き進めた。1 理論解析を通して次の知見を得た。(1)光遅延回路は、装量製作および遅延時間調整の容易さから、長さの異なる光ファイバーをアレイ状に配列した回路が、最初の実験的検証に適している。(2)周波数変換された高い周波数成分の波に対する伝搬損失を減らし、その検出を容易にするためには、プレーナー型の高周波線路ではなく、シリコン半導体が装荷されたリッジ導波管が周波数変換用伝送線路として優れている。2 周波数変換回路の設計を終了した。(1)入力周波数を10GHzから20GHz、周波数増倍率5、出力周波数50GHzから100GHzと設定して回路設計を行い、リッジ導波管の入出力回路を含めた各寸法を、高周波シミュレータを用いて設計した。(2)シリコンをリッジ導波管に装着する方法について検討した結果、予想以上にシリコン部での高周波損失が大きい事が分かった。そこで、光ファィバーに直結したシリコンチップをアレイ化して、リッジ導波管に装荷する方式を用いる事とし、チップ寸法(125μm×250μm)、装着周期3mmを、周波数変換に関するシミュレーションを通して決定した。3 高速検出回路の設計と製作を終了した。出力取り出し部について検討し、高い振幅を持つ入力周波数球分を十分に除去し、周波数増倍された比較的低い振幅を持ち短パルス化された出力波を検出するため、周波数変換器出力部に入力周波数より高いガットオフ特性を持つ矩形導波管を接続して用いる高速ショットキ・ダイオード検出回路を製作した。これにより、パルス幅20psecのミリ波出力信号を検出可能となった。4 設計した変換回路は、現在製作中である。変換器の製作が完了しだい、その特性評価を行い、最初の周波数変換実験を行う予定である。