JP2829378B2 - 超伝導体電磁波発生方法及び装置 - Google Patents
超伝導体電磁波発生方法及び装置Info
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- JP2829378B2 JP2829378B2 JP7233417A JP23341795A JP2829378B2 JP 2829378 B2 JP2829378 B2 JP 2829378B2 JP 7233417 A JP7233417 A JP 7233417A JP 23341795 A JP23341795 A JP 23341795A JP 2829378 B2 JP2829378 B2 JP 2829378B2
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導状態におい
て、光誘起により電磁波を発生する超伝導体電磁波発生
方法及びその装置に関する。
て、光誘起により電磁波を発生する超伝導体電磁波発生
方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、超伝導体を用いた電磁波発生装置
として、ジョセフソンアレイ型発振器や磁束フロー型発
振器等が存在している。
として、ジョセフソンアレイ型発振器や磁束フロー型発
振器等が存在している。
【0003】この内、ジョセフソンアレイ型発振器の例
としては、S.Hanらによる論文(Applied Physics
Letters 64(1994)1424.)の中で500個のジョセフソン
接合をアレイ化することにより、約500GHzの電磁
波が発生できることが報告されている。
としては、S.Hanらによる論文(Applied Physics
Letters 64(1994)1424.)の中で500個のジョセフソン
接合をアレイ化することにより、約500GHzの電磁
波が発生できることが報告されている。
【0004】一方、磁束フロー型発振器の例としては、
第2回ヨーロッパ応用超伝導会議(EUCAS‘95)
において磁束フロー型ジョセフソン接合を用いて約1T
Hzの電磁波が発生可能であることが報告されている。
第2回ヨーロッパ応用超伝導会議(EUCAS‘95)
において磁束フロー型ジョセフソン接合を用いて約1T
Hzの電磁波が発生可能であることが報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では原理的に発生電磁波の周波数上限は約1THz
であり、これを改善することは困難であった。
方法では原理的に発生電磁波の周波数上限は約1THz
であり、これを改善することは困難であった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる従来技
術の課題を解決したものであり、超伝導状態にある超伝
導体素子の両電極にバイアス電圧を印加すると共に、超
伝導体素子に光パルスを照射し、該光パルスにより誘起
された電磁波を電磁波放射手段により超伝導体素子の外
部に放射するものである。
術の課題を解決したものであり、超伝導状態にある超伝
導体素子の両電極にバイアス電圧を印加すると共に、超
伝導体素子に光パルスを照射し、該光パルスにより誘起
された電磁波を電磁波放射手段により超伝導体素子の外
部に放射するものである。
【0007】本発明は、また、超伝導状態にある超伝導
体素子の両電極にバイアス電圧を印加するバイアス電源
手段と、超伝導体素子に光パルスを照射する光パルス照
射手段と、上記光パルスにより誘起された電磁波を超伝
導体素子の外部に放射する電磁波放射手段とを備えた超
伝導電磁波発生装置を得るものである。
体素子の両電極にバイアス電圧を印加するバイアス電源
手段と、超伝導体素子に光パルスを照射する光パルス照
射手段と、上記光パルスにより誘起された電磁波を超伝
導体素子の外部に放射する電磁波放射手段とを備えた超
伝導電磁波発生装置を得るものである。
【0008】また、上記電磁波放射手段は、超伝導体素
子にアンテナ構造を保有させることにより形成されるも
のである。
子にアンテナ構造を保有させることにより形成されるも
のである。
【0009】更に、上記超伝導体素子は、酸化物超伝導
材料によって構成されているものである。
材料によって構成されているものである。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る超伝導体電磁
波発生方法及び装置の実施例を詳細に説明する。まず、
本発明における超伝導体電磁波発生方法の原理について
説明する。超伝導状態にある超伝導体に光パルスを照射
すると、光パルスのエネルギーによる電子遷移によっ
て、その部分の超伝導電流を担うクーパー対が瞬時に破
壊される。この時、超伝導体に電流が流れていれば、瞬
時に電流は分断されてその部分において分極を生じ、分
極と同時にそれに対応した電磁波が超伝導体中で誘起さ
れる。
波発生方法及び装置の実施例を詳細に説明する。まず、
本発明における超伝導体電磁波発生方法の原理について
説明する。超伝導状態にある超伝導体に光パルスを照射
すると、光パルスのエネルギーによる電子遷移によっ
て、その部分の超伝導電流を担うクーパー対が瞬時に破
壊される。この時、超伝導体に電流が流れていれば、瞬
時に電流は分断されてその部分において分極を生じ、分
極と同時にそれに対応した電磁波が超伝導体中で誘起さ
れる。
【0011】その電磁波の周波数上限は分極量の時間に
対する2回微分により制限され、最大誘起電磁波周波数
は約10THzと見積もることができる。この電磁波
は、光パルス照射時に誘起されるが、光パルス幅を短く
し、且つくり返し照射することによって、効率良く電磁
波を誘起することができる。
対する2回微分により制限され、最大誘起電磁波周波数
は約10THzと見積もることができる。この電磁波
は、光パルス照射時に誘起されるが、光パルス幅を短く
し、且つくり返し照射することによって、効率良く電磁
波を誘起することができる。
【0012】ただし、光パルスの総エネルギー量が大き
くなりすぎて、超伝導状態を維持できなくなると、当然
であるが電磁波を誘起することができなくなるので、で
きる限り、臨界温度の高い超伝導物質を用いる必要があ
る。これには、臨界温度の低い従来の金属系超伝導物質
は適切ではなく、臨界温度が50Kを越える酸化物超伝
導材料を用いることが適切といえる。また、酸化物超伝
導材料よりも臨界温度の高い超伝導材料であればなお有
効であるといえる。
くなりすぎて、超伝導状態を維持できなくなると、当然
であるが電磁波を誘起することができなくなるので、で
きる限り、臨界温度の高い超伝導物質を用いる必要があ
る。これには、臨界温度の低い従来の金属系超伝導物質
は適切ではなく、臨界温度が50Kを越える酸化物超伝
導材料を用いることが適切といえる。また、酸化物超伝
導材料よりも臨界温度の高い超伝導材料であればなお有
効であるといえる。
【0013】更に、誘起された電磁波は超伝導体にアン
テナ構造を保有させることにより、超伝導体の外部に取
り出すことができるが、外部に取り出させる電磁波はア
ンテナ構造に依存し、現在の微細加工技術を用いること
により、5THz以上に到達させることができる。
テナ構造を保有させることにより、超伝導体の外部に取
り出すことができるが、外部に取り出させる電磁波はア
ンテナ構造に依存し、現在の微細加工技術を用いること
により、5THz以上に到達させることができる。
【0014】このように、光誘起を用いた超伝導体電磁
波発生方法を用いた超伝導体電磁波発生装置を構成する
ことにより、従来にはない超高周波の電磁波を発生させ
ることが可能となる。
波発生方法を用いた超伝導体電磁波発生装置を構成する
ことにより、従来にはない超高周波の電磁波を発生させ
ることが可能となる。
【0015】図1は本発明の実施例を示す超伝電導体磁
波発生装置の構成例である。すなわち、後述するレーザ
ー装置である光パルス光源1から出力されたレーザー光
の光パルス2を、バイアス電源5にて電流バイアスされ
た超伝導薄膜4からなる超伝導体電磁波発生素子3に照
射することにより、電磁波を発生し、且つ超伝導体素子
3にアンテナ構造を保有させることにより、電磁波7を
放射するものである。尚、図中、6はアンテナ部であ
り、この形状を変えることによって、アンテナ構造が変
わり、例えば、ダイポール型のアンテナ構造やボウタイ
型のアンテナ構造とすることができる。
波発生装置の構成例である。すなわち、後述するレーザ
ー装置である光パルス光源1から出力されたレーザー光
の光パルス2を、バイアス電源5にて電流バイアスされ
た超伝導薄膜4からなる超伝導体電磁波発生素子3に照
射することにより、電磁波を発生し、且つ超伝導体素子
3にアンテナ構造を保有させることにより、電磁波7を
放射するものである。尚、図中、6はアンテナ部であ
り、この形状を変えることによって、アンテナ構造が変
わり、例えば、ダイポール型のアンテナ構造やボウタイ
型のアンテナ構造とすることができる。
【0016】ここで誘起用光源としては、例えば、アル
ゴンイオンレーザー誘起のモード同期チタンサファイア
レーザーにより発生される波長794nmでパルス周期
が約0.122μS、パルス巾が約80fSで出力33
mWのレーザー光を用いることができる。
ゴンイオンレーザー誘起のモード同期チタンサファイア
レーザーにより発生される波長794nmでパルス周期
が約0.122μS、パルス巾が約80fSで出力33
mWのレーザー光を用いることができる。
【0017】図2には、アンテナ構造を有した超伝導体
電磁波発生素子3の構造例を示している。アンテナ構造
としてはダイポール型アンテナ(図2(a))、あるい
はボウタイ型アンテナ(図2(b))等を用いることが
できる。ここで、アンテナの長さや大きさをかえること
により、取り出す電磁波の特性が制御できる。
電磁波発生素子3の構造例を示している。アンテナ構造
としてはダイポール型アンテナ(図2(a))、あるい
はボウタイ型アンテナ(図2(b))等を用いることが
できる。ここで、アンテナの長さや大きさをかえること
により、取り出す電磁波の特性が制御できる。
【0018】次に、電磁波放射の実施例を図3に示す。
図3に示されている特性曲線は超伝導材料として下記の
化学式1の物質を用い、ダイポール型アンテナを有する
電磁波発生素子を用いた場合の放射電磁波のスペクトル
である。ピーク位置周波数が約2THz、最大周波数が
5THzに及ぶ電磁波が放射されていることが示されて
いる。
図3に示されている特性曲線は超伝導材料として下記の
化学式1の物質を用い、ダイポール型アンテナを有する
電磁波発生素子を用いた場合の放射電磁波のスペクトル
である。ピーク位置周波数が約2THz、最大周波数が
5THzに及ぶ電磁波が放射されていることが示されて
いる。
【0019】
【化1】化学式1 YBa2Cu3O7-X
【0020】尚、上記した実施例においては、化学式1
の物質をMgO基板上にRFマグネトロンスパッタ法で
厚さ100nmの超伝導薄膜4からなるH型をした回路
を形成することにより、超伝導体電磁波発生素子3を構
成している。
の物質をMgO基板上にRFマグネトロンスパッタ法で
厚さ100nmの超伝導薄膜4からなるH型をした回路
を形成することにより、超伝導体電磁波発生素子3を構
成している。
【0021】発生する電磁波のスペクトルはアンテナ長
に依存するが、図4にアンテナの構造をダイポール型ア
ンテナとし、アンテナ長を30μm、20μm、10μ
m、及び5μmと変えたときの電磁波スペクトルの特性
曲線の変化を示す(8〜11)。この図から、アンテナ
長を短くすることにより放射電磁波の強度は小さくなる
が最大周波数が増加していることがわかる。
に依存するが、図4にアンテナの構造をダイポール型ア
ンテナとし、アンテナ長を30μm、20μm、10μ
m、及び5μmと変えたときの電磁波スペクトルの特性
曲線の変化を示す(8〜11)。この図から、アンテナ
長を短くすることにより放射電磁波の強度は小さくなる
が最大周波数が増加していることがわかる。
【0022】一方、アンテナとしてボウタイ型アンテナ
を用いた場合は、特性曲線は図5に示すように、ダイポ
ール型アンテナに比べて最大周波数は減少するが、放射
電磁波強度を増大させることができる(12、13)。
また、図6にその時に放射される電力とバイアス電流の
相関特性曲線を示す(12′、13′)。この時、最大
で約1μWの電力が放射されており、アンテナの設計に
より各種電磁波の放射を任意に設定できることが実現で
きる。
を用いた場合は、特性曲線は図5に示すように、ダイポ
ール型アンテナに比べて最大周波数は減少するが、放射
電磁波強度を増大させることができる(12、13)。
また、図6にその時に放射される電力とバイアス電流の
相関特性曲線を示す(12′、13′)。この時、最大
で約1μWの電力が放射されており、アンテナの設計に
より各種電磁波の放射を任意に設定できることが実現で
きる。
【0023】以上、本発明を実施例に基づいて説明した
が、本発明は上記した実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限り、
どのようにでも実施できる。
が、本発明は上記した実施例に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限り、
どのようにでも実施できる。
【0024】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明による超伝導
体電磁波発生方法及び装置によって、今までに容易に発
生することができなかった超高周波の電磁波を、簡単な
構成で、しかも実用的な放射電力を有して出力すること
ができる。また、超伝導体の素材や形状等を任意に選択
して、用途に応じた超高周波の電磁波を発生させること
ができる等、本発明特有の効果を奏する。
体電磁波発生方法及び装置によって、今までに容易に発
生することができなかった超高周波の電磁波を、簡単な
構成で、しかも実用的な放射電力を有して出力すること
ができる。また、超伝導体の素材や形状等を任意に選択
して、用途に応じた超高周波の電磁波を発生させること
ができる等、本発明特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】超伝導体電磁波発生装置の概略図である。
【図2】(a)はダイポール型アンテナを装備し、
(b)はボウタイ型アンテナを装備した電磁波発生素子
を示す平面図である。
(b)はボウタイ型アンテナを装備した電磁波発生素子
を示す平面図である。
【図3】電磁波放射スペクトルの例である。
【図4】電磁波スペクトルのダイポールアンテナ長依存
性を示す図である。
性を示す図である。
【図5】電磁波スペクトルのアンテナ形状依存性を示す
図である。
図である。
【図6】放射電磁波電力の電流バイアス依存性とアンテ
ナ形状依存性を示す図である。
ナ形状依存性を示す図である。
1 光パルス光源 2 光パルス 3 超伝導体電磁波発生素子 4 超伝導薄膜 5 バイアス電源 6 アンテナ部 7 放射電磁波 8 ダイポールアンテナ長30μmの放射電磁波のス
ペクトル 9 ダイポールアンテナ長20μmの放射電磁波のス
ペクトル 10 ダイポールアンテナ長10μmの放射電磁波の
スペクトル 11 ダイポールアンテナ長5μmの放射電磁波のス
ペクトル 12 ダイポール型アンテナの放射電磁波のスペクト
ル 12′ ダイポール型アンテナの放射電力とバイアス電
流の相関特性曲線 13 ボウタイ型アンテナの放射電磁波のスペクトル 13′ ボウタイ型アンテナの放射電力とバイアス電流
の相関特性曲線
ペクトル 9 ダイポールアンテナ長20μmの放射電磁波のス
ペクトル 10 ダイポールアンテナ長10μmの放射電磁波の
スペクトル 11 ダイポールアンテナ長5μmの放射電磁波のス
ペクトル 12 ダイポール型アンテナの放射電磁波のスペクト
ル 12′ ダイポール型アンテナの放射電力とバイアス電
流の相関特性曲線 13 ボウタイ型アンテナの放射電磁波のスペクトル 13′ ボウタイ型アンテナの放射電力とバイアス電流
の相関特性曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 信一 大阪府吹田市佐竹台3丁目13番7号 (72)発明者 村上 吉繁 大阪府茨木市山手台6丁目14番12号 審査官 彦田 克文 (56)参考文献 特開 平3−46520(JP,A) 特開 昭59−88884(JP,A) 特開 平5−259522(JP,A) ”Demonstration of Josephson effect submillimeter wave sources with incr eased power”,S.Han s etal.,Appl.Phys. Lett.,vol.64,no.11,p age1424−1426,1994 ”Distributed Jose phson junction arr ays as local oscil lators”,B.Bi eta l.,IEEE Trans.app l.Supercond.,vol. 3,no.1,pt4,page2303− 2306,1993 Refractory submil limeter Josephson effect sources”,K. Wan etal,IEEE Tran s.Magn.,vol27,no.2, pt.4,page3339−3342,1991 Origin of the fas t photoresponse of epitaxial YBa2Cu 307−δ thin films”,F. A.Hegmann etal,Phy s.Rev.B,vol.48,no. 21,page16023−16039,1993 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03B 15/00 H01L 39/02 - 39/22 ZAA H01Q 1/00
Claims (6)
- 【請求項1】超伝導状態にある超伝導体素子の両電極に
バイアス電圧を印加すると共に、超伝導体素子に光パル
スを照射し、該光パルスにより誘起された電磁波を電磁
波放射手段により超伝導体素子の外部に放射することを
特徴とする超伝導電磁波発生方法。 - 【請求項2】上記電磁波放射手段は、超伝導体素子にア
ンテナ構造を保有させることにより形成されることを特
徴とする請求項1に記載の超伝導電磁波発生方法。 - 【請求項3】上記超伝導体素子は、酸化物超伝導材料に
よって構成されていることを特徴とする請求項1乃至請
求項2の何れかに記載の超伝導電磁波発生方法。 - 【請求項4】超伝導状態にある超伝導体素子の両電極に
バイアス電圧を印加するバイアス電源手段と、超伝導体
素子に光パルスを照射する光パルス照射手段と、上記光
パルスにより誘起された電磁波を超伝導体素子の外部に
放射する電磁波放射手段とを備えたことを特徴とする超
伝導電磁波発生装置。 - 【請求項5】上記電磁波放射手段は、超伝導体素子にア
ンテナ構造を保有させることにより形成されることを特
徴とする請求項4に記載の超伝導電磁波発生装置。 - 【請求項6】上記超伝導体素子は、酸化物超伝導材料に
よって構成されていることを特徴とする請求項4乃至請
求項5の何れかに記載の超伝導電磁波発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7233417A JP2829378B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 超伝導体電磁波発生方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7233417A JP2829378B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 超伝導体電磁波発生方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0955626A JPH0955626A (ja) | 1997-02-25 |
JP2829378B2 true JP2829378B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=16954743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7233417A Expired - Lifetime JP2829378B2 (ja) | 1995-08-17 | 1995-08-17 | 超伝導体電磁波発生方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2829378B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7123207B2 (en) | 2003-09-09 | 2006-10-17 | National Institute Of Information And Communications Technology | Ultra wideband bow-tie printed antenna |
US7193576B2 (en) | 2004-02-19 | 2007-03-20 | National Institute Of Information And Communications Technology | Ultra wideband bow-tie slot antenna |
-
1995
- 1995-08-17 JP JP7233417A patent/JP2829378B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
"Demonstration of Josephson effect submillimeter wave sources with increased power",S.Hans etal.,Appl.Phys.Lett.,vol.64,no.11,page1424−1426,1994 |
"Distributed Josephson junction arrays as local oscillators",B.Bi etal.,IEEE Trans.appl.Supercond.,vol.3,no.1,pt4,page2303−2306,1993 |
Origin of the fast photoresponse of epitaxial YBa2Cu307−δ thin films",F.A.Hegmann etal,Phys.Rev.B,vol.48,no.21,page16023−16039,1993 |
Refractory submillimeter Josephson effect sources",K.Wan etal,IEEE Trans.Magn.,vol27,no.2,pt.4,page3339−3342,1991 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7123207B2 (en) | 2003-09-09 | 2006-10-17 | National Institute Of Information And Communications Technology | Ultra wideband bow-tie printed antenna |
US7193576B2 (en) | 2004-02-19 | 2007-03-20 | National Institute Of Information And Communications Technology | Ultra wideband bow-tie slot antenna |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0955626A (ja) | 1997-02-25 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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