JP5445894B2 - Terahertz band electromagnetic wave oscillator with directivity - Google Patents

Terahertz band electromagnetic wave oscillator with directivity Download PDF

Info

Publication number
JP5445894B2
JP5445894B2 JP2008066110A JP2008066110A JP5445894B2 JP 5445894 B2 JP5445894 B2 JP 5445894B2 JP 2008066110 A JP2008066110 A JP 2008066110A JP 2008066110 A JP2008066110 A JP 2008066110A JP 5445894 B2 JP5445894 B2 JP 5445894B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electromagnetic wave
rectangular planar
mesa structure
terahertz band
directivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008066110A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009224481A (en
Inventor
和男 門脇
一弘 掛谷
英俊 南
卓 山本
勇人 山口
Original Assignee
国立大学法人 筑波大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 国立大学法人 筑波大学 filed Critical 国立大学法人 筑波大学
Priority to JP2008066110A priority Critical patent/JP5445894B2/en
Publication of JP2009224481A publication Critical patent/JP2009224481A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5445894B2 publication Critical patent/JP5445894B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、高温超伝導体を用いてコヒーレントなテラヘルツ(1012Hz)帯域の電磁波発振器に関し、特に、高強度のテラヘルツ帯域の電磁波を発振する指向性を有する高強度出力のテラヘルツ帯域電磁波発振装置に関する。 The present invention relates to a coherent terahertz (10 12 Hz) band electromagnetic wave oscillator using a high-temperature superconductor, and in particular, a high-intensity output terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity for oscillating a high-intensity terahertz band electromagnetic wave. About.

テラヘルツ帯電磁波(例えば、0.1乃至数十THz、以下適宜「THz帯」という)は、現在利用されているギガヘルツ帯域の電磁波と比較して極めて高い透過性を有し、物体を精細に見ることができることから、近い将来、物理化学的な分光測定器、種々の分子、高分子、タンパク質などの同定、精緻なイメージング分野、医療及び診断装置、航空宇宙又は防衛分野、高速度通信等に幅広く利用される広範な応用分野を有する有望な周波数帯域である。この広範な応用性は、テラヘルツ帯電磁波の二つの特異的な性質から得られる。すなわち、広く様々な重要な化学的又は生物的物質の振動及び回転モードに対するテラヘルツ帯電磁波のスペクトラム特異性、及び、包装材料、衣類、プラスチック等を通過するテラヘルツ帯電磁波の浸透性である。   Terahertz electromagnetic waves (for example, 0.1 to several tens of THz, hereinafter referred to as “THZ band” where appropriate) have extremely high transparency compared to currently used electromagnetic waves in the gigahertz band, so that objects can be viewed in detail. In the near future, it will be widely used in physicochemical spectrometers, identification of various molecules, macromolecules, proteins, etc., sophisticated imaging fields, medical and diagnostic equipment, aerospace or defense fields, high-speed communications, etc. It is a promising frequency band with a wide range of applications to be used. This wide range of applicability comes from two unique properties of terahertz electromagnetic waves. That is, the spectrum specificity of terahertz electromagnetic waves for vibration and rotation modes of a wide variety of important chemical or biological substances, and the permeability of terahertz electromagnetic waves that pass through packaging materials, clothing, plastics, and the like.

このため、従来から、THz帯の電磁波発振器として、半導体に高出力のフェムト秒(1/1015)レベルのレーザ光を照射し、その強力な電場によって誘起される電流でパルス的な広帯域のTHz帯域波を発生させる光スイッチ法や、大電力レーザ光を非線形光学結晶に照射するパラメトリック法の他、自由電子レーザや放射光、フォトミキシングなど種々の方法が知られていた。 For this reason, conventionally, as a THz band electromagnetic wave oscillator, a high-power femtosecond (1/10 15 ) level laser beam is irradiated onto a semiconductor, and a pulse-like wideband THz is generated by a current induced by the strong electric field. In addition to an optical switch method for generating a band wave and a parametric method for irradiating a nonlinear optical crystal with a high-power laser beam, various methods such as a free electron laser, synchrotron radiation, and photomixing have been known.

また、他のTHz領域の電磁波発振器の公知技術の例として、BSCCO(ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物:BiSrCaCu、BiSrCaCu10)や、TBCCO(タリウム・バリウム・カルシウム・銅酸化物:TLBaCaCu10)等の超伝導単結晶からなる超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層された積層ジョセフソン接合を有する超伝導単結晶素子を利用したTHz帯発振器が提案されている(例えば、特許文献1又は特許文献2を参照)。
特開2006−210585号公報 特開2005−251863号公報
In addition, as examples of other known techniques for electromagnetic wave oscillators in the THz region, BSCCO (bismuth / strontium / calcium / copper oxide: Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 , Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 ), Laminate in which intrinsic Josephson junctions of a superconducting layer made of a superconducting single crystal such as TBCCO (thallium, barium, calcium, copper oxide: TL 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 ) and an insulating layer are laminated in series. A THz band oscillator using a superconducting single crystal element having a Josephson junction has been proposed (see, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 2006-210585 JP 2005-251863 A

しかしながら、これらの従来のTHz帯発振器は何れも、発振効率(入力エネルギーに対するTHz帯電磁波出力の比)が悪い(数%以下)にも拘らず、大掛かりな付帯装置を必要とするものであり、実用的ではなかった。   However, all of these conventional THz-band oscillators require a large-scale incidental device despite their low oscillation efficiency (ratio of THz-band electromagnetic wave output to input energy) (several percent or less). It was not practical.

すなわち、特許文献1又は特許文献2に記載されているように、従来のジョセフソン接合を利用したTHz帯域の電磁波発振装置提案は何れも、超伝導素子の狭い素子幅に強力な磁界を印加しなければならず、付帯装置として大掛かりな外部の磁場印加装置を設備する必要性があり、携帯不可能で且つ高強度のTHz帯域の電磁波を発振させ利用することは困難であった。   That is, as described in Patent Document 1 or Patent Document 2, any of the conventional THz band electromagnetic wave oscillation device proposals using Josephson junctions applies a strong magnetic field to a narrow element width of a superconducting element. Therefore, it is necessary to install a large external magnetic field application device as an accessory device, and it is difficult to oscillate and use an electromagnetic wave in a high intensity THz band that is not portable.

一方、上述したように、超伝導単結晶からなる超伝導層と絶縁層との固有ジョセフソン接合が直列に積層された積層ジョセフソン接合を有する超伝導単結晶素子を利用してTHz帯域の電磁波を発振させること自体は広く知られていたが、超伝導固有ジョセフソン接合素子から放射される電磁波の放射特性は、全く知られていなかった。すなわち、金属導体により形成されるアンテナからの電磁波の放射特性については、従来から多くの研究例があり現在工学的に確立されているものの、高温超伝導体の固有ジョセフソン接合素子から放射される電磁波強度の空間分布は、従来のアンテナ理論により予想される電磁放射の指向性と異なるものであり、その特性については、今まで知られていなかったのである。   On the other hand, as described above, an electromagnetic wave in the THz band is obtained using a superconducting single crystal element having a laminated Josephson junction in which intrinsic Josephson junctions of a superconducting layer and an insulating layer made of a superconducting single crystal are laminated in series. Although the oscillation itself is widely known, the radiation characteristic of the electromagnetic wave radiated from the superconducting intrinsic Josephson junction element was not known at all. In other words, the radiation characteristics of electromagnetic waves from antennas formed of metal conductors are radiated from intrinsic Josephson junction elements of high-temperature superconductors, although there have been many research examples and engineering has been established. The spatial distribution of electromagnetic wave intensity is different from the directivity of electromagnetic radiation expected by the conventional antenna theory, and its characteristics have not been known so far.

高温超伝導体の固有ジョセフソン接合を利用したTHz帯域の電磁波の発振において、発振強度の向上は極めて重要である。従来は、所定形状の矩形平面上メサ構造から放射される電磁波の強度分布について、その電磁波発振のメカニズムから、矩形平面メサ構造の水平方向に最も強い電磁波が放射されるとの前提から、もっぱら水平方向に放射される電磁波を利用してきたのである。   In the oscillation of electromagnetic waves in the THz band using the intrinsic Josephson junction of a high-temperature superconductor, improvement of the oscillation intensity is extremely important. Conventionally, regarding the intensity distribution of electromagnetic waves radiated from a mesa structure on a rectangular plane with a predetermined shape, it is assumed that the strongest electromagnetic wave is radiated in the horizontal direction of the rectangular plane mesa structure from the mechanism of the electromagnetic wave oscillation. The electromagnetic waves radiated in the direction have been used.

しかし、本願の発明者は、実験的に、超伝導体BSCCO構造の単結晶の上に形成される矩形平面メサ構造の形状により、水平方向から所定角上方に傾いた方向に放射される電磁波が最も強い強度を有することを確認したのである。これは、従来技術において予想できなかった結果であり、この結果を利用すれば、特定方向により高強度のTHz帯域の電磁波を得る事ができるのである。   However, the inventors of the present application have experimentally determined that electromagnetic waves radiated in a direction tilted upward by a predetermined angle from the horizontal direction due to the shape of the rectangular planar mesa structure formed on the single crystal of the superconductor BSCCO structure. It was confirmed that it has the strongest strength. This is a result that could not be predicted in the prior art, and if this result is used, a high-intensity THz band electromagnetic wave can be obtained in a specific direction.

本発明は、このような従来のTHz帯電磁波発振装置の種々の課題に鑑みてなされたものであり、そして、特定方向により高強度のTHz帯域の電磁波を得るとの新たな実験的確認に基づいてなされたものであって、小型軽量、高効率で連続発振が可能であり且つコヒーレントで周波数可変なTHz領域帯の電磁波発振装置(デバイス)であって、指向性を有する高強度出力のTHz帯電磁波発振装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of various problems of such a conventional THz-band electromagnetic wave oscillation device, and is based on a new experimental confirmation that a high-intensity THz-band electromagnetic wave is obtained in a specific direction. A THz band electromagnetic wave oscillation device (device) having a small and light weight, capable of continuous oscillation with high efficiency, coherent and variable in frequency, and having high directivity and high intensity output. An object is to provide an electromagnetic wave oscillation device.

このため、本発明は、多重積層型固有ジョセフソン接合を有するBSCCO超伝導体の単結晶体であり、前記BSCCO超伝導体のc軸が高さ方向となるように形成されている矩形平面メサ構造を発振手段とし、前記矩形平面メサ構造より、前記矩形平面メサ構造の水平方向から上方に所定角傾いた方向に放射される電磁波を利用することを特徴とする指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置を提供するものである。ここで、前記所定角は、その中心角を60度とし、52.5乃至67.5度の範囲であることを特徴とするのである。 For this reason, the present invention is a single crystal body of a BSCCO superconductor having a multi-layered intrinsic Josephson junction, and a rectangular planar mesa formed so that the c-axis of the BSCCO superconductor is in the height direction. the structure and oscillating means, the more rectangular planar mesa structure, a terahertz band electromagnetic wave radiation having a directivity which is characterized by utilizing the electromagnetic waves emitted in a predetermined angle direction inclined from the horizontal direction above the rectangular planar mesa structure A device is provided. Here, the predetermined angle is characterized by having a central angle of 60 degrees and a range of 52.5 to 67.5 degrees.

ここで、前記矩形平面メサ構造は、外部からの磁界印加が不要な電磁空洞共振により励起されることを特徴とし、この電磁空洞共振は、ファブリ・ペロー空洞共振である。 Here, the rectangular planar mesa structure is characterized by being excited by an electromagnetic cavity resonance that does not require an external magnetic field application, and this electromagnetic cavity resonance is a Fabry-Perot cavity resonance.

そして、前記矩形平面メサ構造上には、Si半球レンズが配置されるのである。 Then, the said rectangular planar mesa structure, it is the Si hemispherical lens is placed.

ところで、本発明においては、前記矩形平面メサ構造に放射させる電磁波の周波数を、前記矩形平面メサ構造の幅の変更により変更することが出来る。 By the way, in the present invention, the frequency of the electromagnetic wave radiated to the rectangular planar mesa structure can be changed by changing the width of the rectangular planar mesa structure.

このように、本発明に係る指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置は、多重積層型固有ジョセフソン接合を有するBSCCO超伝導体の単結晶体であり、前記BSCCO超伝導体のc軸が高さ方向となるように形成されている矩形平面メサ構造を発振手段としているので、特別のアンテナ等の発振手段を設ける必要がない。そして、本電磁波発振装置では、超伝導素子の狭い素子幅に強力な磁界を印加するための磁場印加装置を設備する必要がないので、携帯可能で且つ高強度のテラヘルツ帯域の電磁波を発生させこれを利用することを実現したのである。 As described above, the directional terahertz band electromagnetic wave oscillation device according to the present invention is a single crystal body of a BSCCO superconductor having a multilayered intrinsic Josephson junction , and the c-axis of the BSCCO superconductor is high. Since the rectangular planar mesa structure formed in the direction is used as the oscillation means, it is not necessary to provide an oscillation means such as a special antenna. In the electromagnetic wave oscillation device, since it is not necessary to provide a magnetic field application device for applying a strong magnetic field to the narrow element width of the superconducting element, an electromagnetic wave in a portable and high intensity terahertz band is generated. It was realized to use.

以下、本発明に係る指向性を有するテラヘルツ帯電磁波発振装置の詳細について説明するが、最初に、電磁空洞共振により励起される超伝導体BSCCO構造の単結晶体について詳しく説明する。   Hereinafter, the terahertz band electromagnetic wave oscillation device having directivity according to the present invention will be described in detail. First, a single crystal body having a superconductor BSCCO structure excited by electromagnetic cavity resonance will be described in detail.

超伝導ジョセフソン接合部は、電圧に比例する周波数を持つ高周波の電磁場を形成するという基本的性質を持つが、この性質は、コヒーレントで、変調可能な高周波発振装置の製造を可能とする。この魅力的な可能性は、過去においても、人工のジョセフソン接合部の大型アレイを製造することによって広範に探索されてきた。   The superconducting Josephson junction has the basic property of forming a high-frequency electromagnetic field having a frequency proportional to the voltage, but this property enables the production of a coherent and modulatable high-frequency oscillator. This attractive possibility has been extensively explored in the past by manufacturing large arrays of artificial Josephson junctions.

大きな問題は、アレイにおける全ての接合部を同期させ、同相で振動させることであるが、これは、例えば、それらを同じ電子共振回路に結合することによって実現することが可能である。BSCCO(ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物:BiSrCaCu、BiSrCaCu10)における固有のジョセフソン効果によって、積層体の形で、すなわち、単結晶として成形した所謂メサの形で、極めて多数の、緊密に詰められた同一接合部から成る一次元アレイを簡単に製造することが可能である。 A major problem is that all the junctions in the array are synchronized and oscillated in phase, but this can be achieved, for example, by coupling them to the same electronic resonant circuit. Due to the intrinsic Josephson effect in BSCCO (Bismuth / Strontium / Calcium / Copper Oxide: Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 , Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 ), in the form of a laminate, ie single crystal It is possible to easily produce a one-dimensional array consisting of a very large number of closely packed identical joints in the form of so-called mesas formed as:

上記の積層体における全ての接合部が、同じ周波数で、かつ、同相で振動するように強いた場合、合計電力が接合部の数の二乗の大きさで測られる、強力なコヒーレント電磁発射線が得られると考えられる。この同期は、接合部を、外部のマイクロ波空洞、または、メサ自身の共振モードに結びつけることによってさらに促進される。大面積メサ内部の電磁波は、ジョセフソン・プラスマモードとして伝播する。   If all the junctions in the above laminate are forced to vibrate at the same frequency and in phase, there will be a strong coherent electromagnetic emission line whose total power is measured by the square of the number of junctions. It is thought that it is obtained. This synchronization is further facilitated by coupling the junction to an external microwave cavity, or the mesa's own resonant mode. Electromagnetic waves inside large area mesas propagate as Josephson plasma mode.

このモードの面内速度は、面外波ベクトルに大きく依存し、最高速度は、同相モード(全ての接合部が同相で振動する)に一致し、最低速度は、隣接接合部が異相で振動する逆相モードに一致する。さらに全ての上記モードにおいて、メサの側面における多数の反射によって定在波パターン、及び、フィスケモードとして知られるファブリ・ペロー型空洞共振がもたらされる。   The in-plane velocity of this mode is highly dependent on the out-of-plane wave vector, the maximum velocity matches the in-phase mode (all joints vibrate in phase), and the minimum speed vibrates in the adjacent joints out of phase. It corresponds to the reverse phase mode. Furthermore, in all of the above modes, the multiple reflections at the mesa side result in standing wave patterns and Fabry-Perot cavity resonances known as Fiske modes.

同相モードを除く全てにおいて、同じ表面では、平均電場は互いに打ち消し合うので、同相モードのみが検知可能な外部電磁波発生を生む。フィスケ共振を励起するために、ジョセフソン渦の移動格子がしばしば用いられる。しかしながら、渦同士の誘導相互作用にとっては三角形の渦格子構造が好都合であるが、この構造では、非電磁波発生性の逆相モードがもっぱら励起される。十分に狭いメサにおける側面作用、すなわち、高度駆動における動的作用によれば、同相モードを励起することが可能な方形対称を持つ渦格子の安定化が可能であろうという提案が為されたが、この提案の証明はまだ報告されていない。   In all but the common mode, on the same surface, the average electric field cancels each other, so that only the common mode generates detectable external electromagnetic waves. A Josephson vortex moving grid is often used to excite the Fiske resonance. However, a triangular vortex lattice structure is advantageous for inductive interaction between vortices, but in this structure, a non-electromagnetic wave-generating reverse phase mode is exclusively excited. A proposal was made that the side effect in a sufficiently narrow mesa, that is, the dynamic action at high drive, would enable stabilization of a vortex lattice with square symmetry that can excite the common mode. No proof of this proposal has been reported yet.

本発明においては、ジョセフソン接合部に局在する交番電磁場を、コヒーレントな、偏向性高周波電磁波に効率的に変換することを可能とする手段を開示する。我々の対処法は、ファブリ・ペロー空洞モードに対する接合部における波の結合に基づく。これは、二つの作用を持つ。すなわち、
(a)多数のジョセフソン接合部が同期して同相モードで動作するようになり、これは、非相関性接合部に観察されるような一次的ではなく、接合部の数と共に二次的に増加する、利用可能な電磁波エネルギーをもたらす。
(b)共振時、エネルギーは、同期モードに効率的に吸収され、空洞の品質係数に等しい係数だけ、その強度を強化する。この空洞の品質係数は、大きくすることが可能であり、かつ、最終的に、空洞における損失によってのみ制限されるだけである。
In the present invention, a means is disclosed that makes it possible to efficiently convert an alternating electromagnetic field localized at the Josephson junction into a coherent, deflectable high frequency electromagnetic wave. Our approach is based on the coupling of waves at the junction to the Fabry-Perot cavity mode. This has two effects. That is,
(A) A large number of Josephson junctions will operate synchronously in common mode, which is not primary as observed in uncorrelated junctions, but secondary with the number of junctions Increases available electromagnetic energy.
(B) At resonance, energy is efficiently absorbed into the synchronous mode, enhancing its strength by a factor equal to the quality factor of the cavity. The quality factor of this cavity can be increased and is ultimately limited only by the loss in the cavity.

上記のような接合部を有するデバイスの基本的対称性の分析から、接合部に対して垂直に流れる均一な電流は、共振空洞モードを励起することができないことが示されている。従って、電磁波発生源としてジョセフソン接合部を使用することに関連する従来技術は、接合部に対して平行に印加される磁場における動作をもっぱら検討している。次に、所謂ジョセフソン渦が、超伝導層の間に進入して対称性を破壊し、フィスケ共振として知られる共振が励起される。   Analysis of the basic symmetry of a device with a junction as described above shows that a uniform current flowing perpendicular to the junction cannot excite the resonant cavity mode. Therefore, the prior art related to using a Josephson junction as an electromagnetic wave generation source exclusively considers operation in a magnetic field applied parallel to the junction. Next, so-called Josephson vortices enter between the superconducting layers, breaking the symmetry and exciting a resonance known as Fiske resonance.

本発明においては、電流と電磁波モードの間に非均一的結合を形成することによって、対称性を破り、ゼロ印加磁場における共振空洞モードの励起を可能とする。これは、例えば下記の方法によって実現が可能であるが、これに限定されない。
(a)BSCCOの組成の勾配は、メサの幅全体に渡って非均一臨界電流密度を誘発する。BSCCOの超伝導性(TC、JC)は、その酸素含量に大きく依存する。従って、酸素雰囲気における調節的焼入れを用いることによって、一方の側面近傍では、反対の側面近傍よりも高くなる臨界電流密度を確立する。
(b)例えば、矩形ではなく台形を持つ、メサの非対称断面は、複数の側面において、非対称電流及び非対称反射係数を誘発する。
(c)非対称臨界電流分布はまた、メサの一側に対し、電子またはプロトンビームを照射することによって、または、イオンを注入することによって意図的に超伝導性を抑圧して確立することも可能である。
In the present invention, by forming a non-uniform coupling between the current and the electromagnetic wave mode, the symmetry is broken and the resonant cavity mode can be excited in a zero applied magnetic field. This can be realized by, for example, the following method, but is not limited thereto.
(A) The BSCCO composition gradient induces a non-uniform critical current density across the width of the mesa. The superconductivity (TC, JC) of BSCCO is highly dependent on its oxygen content. Thus, by using controlled quenching in an oxygen atmosphere, a critical current density is established near one side that is higher than near the opposite side.
(B) For example, an asymmetric cross section of a mesa with a trapezoid rather than a rectangle induces an asymmetric current and an asymmetric reflection coefficient at multiple sides.
(C) An asymmetric critical current distribution can also be established by irradiating one side of the mesa with an electron or proton beam, or intentionally suppressing superconductivity by implanting ions. It is.

正確に同じ臨界電流変調を持つ同一層から構成される理想的メサの電磁波発生及び転送性質については、様々な変調プロフィールに関して評価することが可能である。   The electromagnetic wave generation and transfer properties of an ideal mesa composed of the same layer with exactly the same critical current modulation can be evaluated for various modulation profiles.

現在、上記したような多重積層型固有ジョセフソン接合を有する超伝導体BSCCO構造におけるメサ型の固有ジョセフソン接合からは、高強度の0.85THzまでの連続的で単色的なTHz放射線が抽出され得ることが判明している。ここで、本願の発明者は、発光超伝導体(LES)の発光特性が0.63THzにおいて推定合計パワーを5μWまで増大したのである。そして、Si半球レンズを一緒に使用することにより、分光器の後の検出器におけるパワーは、遠赤外スペクトル観測に対して一般的に使用される水銀ランプの23倍に達する先行例と比較して最終的に270倍だけ向上される。そして、20分間の発振駆動におけるパワー変動は4%未満であり、電磁波発振は非常に安定的である。   Currently, continuous mesochromatic THz radiation up to 0.85 THz with high intensity is extracted from the mesa-type intrinsic Josephson junction in the superconductor BSCCO structure having the multi-layered intrinsic Josephson junction as described above. It is known to get. Here, the inventor of the present application has increased the estimated total power to 5 μW when the emission characteristics of the light-emitting superconductor (LES) are 0.63 THz. And by using the Si hemisphere lens together, the power at the detector after the spectrometer is compared to the previous example, which reaches 23 times that of a mercury lamp commonly used for far-infrared spectrum observation. Finally, it is improved by 270 times. The power fluctuation in the oscillation drive for 20 minutes is less than 4%, and the electromagnetic wave oscillation is very stable.

本発明に係るTHz帯域の電磁波発振装置は、単純な構造、ゼロ磁界における単純なバイアス操作、および、室温と20Kとの間における多数回の加熱サイクルに対する耐久性の故に、これらの結果はLESが有望なTHz供給源であることを示している。   The THz band electromagnetic wave oscillation device according to the present invention has a simple structure, a simple bias operation in a zero magnetic field, and durability against a large number of heating cycles between room temperature and 20K. It shows a promising THz source.

薄寸の絶縁層により分離された超伝導電極間(ジョセフソン接合)に生ずるジョセフソン効果は、直流電圧を高周波電磁放射線へと変換する天然の変換器を構成し、1mVが0.483THzに対応する。そして、単一の接合からの発光は、非常に弱い。しかし、超伝導CuO層が絶縁的なBi−Sr−O絶縁層により分離される層状化高温超伝導体BSCCOにおいては、固有ジョセフソン接合の稠密充填は相互に結合することから、電磁波発振(以下。適宜「発光」という)の強度は、相当な大きさにすることが可能である。斯かるLESデバイスはアルゴンヌ国立研究所(ANL)にて、メサ型デバイスとして好首尾に実現された。 The Josephson effect that occurs between superconducting electrodes separated by a thin insulating layer (Josephson junction) constitutes a natural converter that converts DC voltage into high-frequency electromagnetic radiation, and 1 mV corresponds to 0.483 THz. To do. And the light emission from a single junction is very weak. However, in the layered high temperature superconductor BSCCO in which the superconducting CuO 2 layer is separated by the insulating Bi—Sr—O insulating layer, the dense filling of the intrinsic Josephson junction is coupled to each other, so that the electromagnetic wave oscillation ( The intensity of the following (hereinafter referred to as “light emission”) can be made considerably large. Such a LES device has been successfully implemented as a mesa device at Argonne National Laboratory (ANL).

図1は、本発明に係るSi半球レンズを備えたBSCCO発光超伝導体(LES)の概略図を示すものである。
図1においては、印加されたc軸電流(z方向)はメサの幅(y方向)において基本キャビティ・モード(安定した半波)を励起し、各側面からは高周波の電磁放射線が放出される。偏光および周波数は、マーチン・パプレット干渉計を採用したFT−IRにより分析され、且つ、放射線の分布および安定性は光学的チョッパとSi複合ボロメータ検出器とを採用した変調技術により測定された。
FIG. 1 is a schematic view of a BSCCO light emitting superconductor (LES) provided with a Si hemispherical lens according to the present invention.
In FIG. 1, the applied c-axis current (z direction) excites the fundamental cavity mode (stable half wave) in the mesa width (y direction), and high frequency electromagnetic radiation is emitted from each side. . Polarization and frequency were analyzed by FT-IR employing a Martin Papplet interferometer, and radiation distribution and stability were measured by a modulation technique employing an optical chopper and a Si composite bolometer detector.

ところで、図1に示すBSCCO発光超伝導体においては、同相で発振すべく500個より多い接合が作成され、100μm〜40μmに亙るメサ幅に反比例して0.36乃至0.85THzの発光周波数にて、0.5μWまでの連続波のコヒーレントな放射線パワーを生成することが可能である。発光は、50Kの温度まで持続する。そして、この発光は、磁界の印加を必要としない。
本願の発明者は、ANLのメサデバイスと同一の方法であって、しかし独自に調製された60μmの幅、400μmの長さ及び約1.9μmの高さを備えたメサの形態のBSCCO発光超伝導体(LES)の発光特性を得た。
By the way, in the BSCCO light emitting superconductor shown in FIG. 1, more than 500 junctions are created to oscillate in the same phase, and the emission frequency is 0.36 to 0.85 THz in inverse proportion to the mesa width ranging from 100 μm to 40 μm. Thus, it is possible to generate continuous wave coherent radiation power up to 0.5 μW. Luminescence lasts up to a temperature of 50K. This light emission does not require application of a magnetic field.
The inventor of the present application is the same method as the ANL mesa device, but with a BSCCO emission superstructure in the form of a mesa with a uniquely prepared 60 μm width, 400 μm length and about 1.9 μm height. The emission characteristics of the conductor (LES) were obtained.

上記メサおよび電気接点は、劈開BSCCO単結晶上に、一連の熱蒸着、フォトリソグラフおよびArイオン食刻段階により作製される。走査型電子顕微鏡(SEM)により観察すると、メサは、Arイオン食刻プロセスにより頂部幅における50μmおよび底部における64μmの台形状を有することが示される。そして、印加されるc軸電流(z方向)はメサの幅(y方向)において基本キャビティ・モード(安定した半波)を励起し、図1に示すように、高周波の電磁放射線が放出される。上記メサの側面からの発光は、ケイ素半球レンズを通し又はそれ無しで収集される。発光に対する電流−電圧特性およびバイアス条件は、他の箇所で詳細に記述される。   The mesa and electrical contacts are made on a cleaved BSCCO single crystal by a series of thermal evaporation, photolithography and Ar ion etching steps. Observation with a scanning electron microscope (SEM) shows that the mesa has a trapezoidal shape of 50 μm at the top width and 64 μm at the bottom by the Ar ion etching process. The applied c-axis current (z direction) excites the fundamental cavity mode (stable half-wave) in the mesa width (y direction), and high frequency electromagnetic radiation is emitted as shown in FIG. . Light emission from the side of the mesa is collected with or without a silicon hemisphere lens. Current-voltage characteristics and bias conditions for light emission are described in detail elsewhere.

図2は、マーチン・パプレット(Martin-Puplett)干渉計と、入口および出口にワイヤ格子を用いた改変型のマイケルソン干渉計と、ビームスプリッタ(FARIS−1分光器、JASCO社)とを採用してFT−IRにより分析された発光のスペクトル特性を示している。周波数値は基本キャビティ共振f=c/2nwと概略的に一致し、式中、wはメサの幅、n≒3.5はBSCCOのc軸の遠赤外屈折率、そして、cは光速度を意味する。 FIG. 2 employs a Martin-Puplett interferometer, a modified Michelson interferometer using wire gratings at the entrance and exit, and a beam splitter (FARIS-1 spectrometer, JASCO). The spectral characteristics of the luminescence analyzed by FT-IR are shown. The frequency value roughly matches the fundamental cavity resonance f = c / 2nw, where w is the width of the mesa, n≈3.5 is the far-infrared refractive index of the BSCCO c-axis , and c is the speed of light. Means.

図2は、本発明に係る指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置のスペクトル特性を示すものである。
ここで、図2(a)においては、LESからの発光は、1200Kにおける水銀ランプおよび黒体からの放射線と比較され、全てはTGS焦電センサにより検出される。0.63THzにおけるピーク強度は、赤外スペクトル観測に対して一般的に使用される水銀ランプからの放射線の23倍だけ強い。周波数は殆ど、関係f=c/2nwでメサの幅wにより決定され、式中、n≒3.5はサンプルの屈折率であり、cは、光の速度である。観察された〜10GHz(FWHM)の線幅は機器の分解能により制限される。
また、図2(b)においては、BSCCO結晶の層へのマーチン・パプレット干渉計に対する入口および出口におけるワイヤ格子の直交設定および平行設定にて測定されたスペクトルを示す。発光ピークの比率として定義されるLESからの発光の偏光比は50であるが、機器からの熱放射による3THz付近の広幅ピークは1.2の比率のみを有する。
FIG. 2 shows the spectral characteristics of the terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity according to the present invention.
Here, in FIG. 2 (a), the light emission from LES is compared with the radiation from the mercury lamp and black body at 1200K, and all are detected by the TGS pyroelectric sensor. The peak intensity at 0.63 THz is 23 times stronger than the radiation from mercury lamps commonly used for infrared spectrum observation. The frequency is mostly determined by the mesa width w with the relationship f = c / 2nw, where n≈3.5 is the refractive index of the sample and c is the speed of light. The observed 10 GHz (FWHM) line width is limited by the resolution of the instrument.
Also, FIG. 2 (b) shows the spectra measured at the orthogonal and parallel settings of the wire grating at the entrance and exit to the Martin Papplet interferometer to the BSCCO crystal layer. The polarization ratio of the emission from LES, defined as the ratio of the emission peak, is 50, but the broad peak near 3 THz due to thermal radiation from the instrument has only a ratio of 1.2.

図2(a)に示すように、LESからSi半球レンズを通した発光は、1200Kにおける水銀ランプおよび黒体からの放射線と比較され、全てはTGS焦電センサにより検出される。各光源は、FARIS−1分光器に対する標準的なものである。上記焦電センサの感度は、T=4.2Kで動作するSi複合ボロメータより1/100〜1/1000だけ悪いものの、該センサは室温で動作して低コストなので各用途に対して好適である。そして、0.63THzにおけるピーク強度は、遠赤外スペクトル観測に対して一般的に使用される水銀ランプからの放射線の23倍だけ強い。観測された10GHz(FWHM)の線幅は、FT−IR分光器の分解能7.5GHzにより相当に制限されることから、実際の強度比率は相当に大きいと判断される。   As shown in FIG. 2 (a), the light emitted from the LES through the Si hemispherical lens is compared to the radiation from a mercury lamp and black body at 1200K, all detected by a TGS pyroelectric sensor. Each light source is standard for a FARIS-1 spectrometer. Although the sensitivity of the pyroelectric sensor is 1/100 to 1/1000 worse than the Si composite bolometer operating at T = 4.2K, it is suitable for each application because it operates at room temperature and is low cost. . The peak intensity at 0.63 THz is 23 times stronger than the radiation from mercury lamps commonly used for far-infrared spectrum observation. Since the observed 10 GHz (FWHM) line width is considerably limited by the resolution of 7.5 GHz of the FT-IR spectrometer, the actual intensity ratio is judged to be considerably large.

電界ベクトルがワイヤに平行であるときに、金属ワイヤ格子は電磁波に対する偏光フィルタとして作用し、遮断周波数未満の電磁波は格子にて遮断されるが、電磁波は、直交形態に対しては上記格子を通過する。   When the electric field vector is parallel to the wire, the metal wire grid acts as a polarizing filter for electromagnetic waves, and electromagnetic waves below the cutoff frequency are blocked by the grid, but electromagnetic waves pass through the grid for orthogonal configurations. To do.

図2(b)は、BSCCO結晶の層へのマーチン・パプレット干渉計に対する入口および出口におけるワイヤ格子の直交設定および平行設定にて測定されたスペクトルを示す。Si半球レンズ無しで、52.5°<θ<67.5°および−7.5°<ψ<7.5°(図1参照)に向けて発せられた光は凹状ミラーにより収集されてSi複合ボロメータにより検出される。   FIG. 2 (b) shows the spectra measured at the orthogonal and parallel settings of the wire grating at the entrance and exit for a Martin Papplet interferometer to a layer of BSCCO crystals. Without the Si hemispherical lens, the light emitted toward 52.5 ° <θ <67.5 ° and −7.5 ° <ψ <7.5 ° (see FIG. 1) is collected by the concave mirror and is Detected by a composite bolometer.

発光ピークの比率として定義されるLESからの発光の偏光比は50であるが、機器からの熱放射とFT−IRのスペクトル感度との積として観察される3THz付近の広幅ピークは〜1.2の比率を有する。LESからの発光でありその電界ベクトルがBSCCO結晶の層に直交するという発光は、高度に偏光される。
LESからの発光の分布特性および時的安定性は、70Hz変調を行う光学的チョッパ、Si複合ボロメータ検出器およびロックイン増幅器を採用する変調技術により測定された。
The polarization ratio of emission from LES, defined as the ratio of the emission peak, is 50, but the broad peak near 3 THz observed as the product of thermal radiation from the instrument and the spectral sensitivity of FT-IR is ~ 1.2. Have a ratio of Light emission from LES whose electric field vector is orthogonal to the layer of BSCCO crystal is highly polarized.
The distribution characteristics and temporal stability of the emission from the LES were measured by a modulation technique employing an optical chopper that performs 70 Hz modulation, a Si composite bolometer detector, and a lock-in amplifier.

図3は、Si半球レンズ無しのBSCCO発光超伝導体(LES)からの発光の分布特性を示すものである。ここで、角度θおよびψは図1に定義される。図3(a)は、4.3°の角度分解能によるψ=0°における発光強度のθ依存性を示し、図(b)は、θ=0°におけるψ依存性を示す。即ち、図3の(a)及び(b)は、夫々、Si半球レンズなしでの、ψ=0°における発光強度のθ依存性、および、θ=0°におけるψ依存性を示すものである。   FIG. 3 shows the distribution characteristics of light emission from a BSCCO light emitting superconductor (LES) without a Si hemisphere lens. Here, the angles θ and ψ are defined in FIG. 3A shows the θ dependency of the emission intensity at ψ = 0 ° with an angular resolution of 4.3 °, and FIG. 3B shows the ψ dependency at θ = 0 °. That is, FIGS. 3A and 3B show the θ dependency of the emission intensity at ψ = 0 ° and the ψ dependency at θ = 0 °, respectively, without the Si hemisphere lens. .

上記LESと、12.7mmの有効口径の検出器との間の距離は170mmであり、4.3°の角度分解能に帰着した。発光の波長は470μmであり1.3μmのメサ高より相当に長いことから、発光は回折により高θへと顕著に拡開する。回折による細かい構造も見られる。メサは400μmの長さを有することから、発光の分散はψ方向において少なくなる。Si複合ボロメータ検出器の感度による放射分布から、全放射パワーは、5μW以下であり、入力電力の0.03%であることが理解できる。   The distance between the LES and a detector with an effective aperture of 12.7 mm was 170 mm, resulting in an angular resolution of 4.3 °. Since the wavelength of light emission is 470 μm, which is considerably longer than the mesa height of 1.3 μm, the light emission is remarkably expanded to a high θ by diffraction. A fine structure due to diffraction is also seen. Since the mesa has a length of 400 μm, the dispersion of light emission is reduced in the ψ direction. From the radiation distribution due to the sensitivity of the Si composite bolometer detector, it can be understood that the total radiation power is 5 μW or less, which is 0.03% of the input power.

図4は、本発明に係る指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置の発光時間安定性を示すものである。図4に示すように、LESに対するバイアスを投入かつ停止すると、検出された信号は〜20%変化する。更なる80%のオフセットは、機器からの熱放射により生ずる。20分の動作において、0.3秒の平均時間によるパワー変動は4%未満と見られる。即ち、図4は、LESからの発光の安定性を示すものであり、その場合にLESはバイアスをシフトすることにより、“ON”にて投入され且つ“OFF”にて停止されている。20分の動作において、0.3秒の平均時間によるパワー変動は4%未満である。Si半球レンズによってさえも、検出された信号の80%は、検出器の前面に挿入された3THz長波通過フィルタを備えた周囲機器からの熱放射である。但し種々の用途に対しては、LESの単色性が優れていることから、狭帯域通過フィルタのみの同時的使用が必要とされるであろう。   FIG. 4 shows the light emission time stability of the terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity according to the present invention. As shown in FIG. 4, when the bias to LES is turned on and off, the detected signal changes by ˜20%. An additional 80% offset is caused by thermal radiation from the instrument. In 20 minutes of operation, the power variation with an average time of 0.3 seconds appears to be less than 4%. That is, FIG. 4 shows the stability of light emission from the LES. In this case, the LES is turned on by “ON” and stopped by “OFF” by shifting the bias. In 20 minutes of operation, the power variation with an average time of 0.3 seconds is less than 4%. Even with the Si hemisphere lens, 80% of the detected signal is thermal radiation from ambient equipment with a 3 THz long wave pass filter inserted in front of the detector. However, for various applications, the monochromaticity of LES is excellent, and so the simultaneous use of only a narrow band pass filter will be required.

発光周波数fは、バイアスにより連続的に調節され得るとしても殆どはキャビティ共振を例証するメサの幅により決定されるが、観察された調整可能なレンジはサンプルに依存する。共振を励起するために、ジョセフソン・プラズマ周波数f=Vjct/Φは共振周波数と整合すべきであり、式中、Φは、磁束量子であり且つVjctは、接合毎の電圧である。調整可能範囲は、この条件により制限される。 Although the emission frequency f is mostly determined by the width of the mesas that exemplify cavity resonance, even if it can be continuously adjusted by bias, the adjustable range observed depends on the sample. In order to excite the resonance, the Josephson plasma frequency f = V jct / Φ 0 should match the resonance frequency, where Φ 0 is the flux quantum and V jct is the voltage per junction. is there. The adjustable range is limited by this condition.

図5は、バイアス電圧による周波数変調(別の60μmのメサ・サンプル)を示す。ここで、発光周波数fは殆どメサの幅により決定されるが、バイアスによっても連続的に調節され得る。この場合、Δf/f=5.7%である。観察された〜10GHz(FWHM)の線幅は、FT−IR分光器の分解能7.5GHzにより相当に制限される。即ち、図5は、バイアス電圧による周波数変調の現時点において最良の例(別の60μmのメサ・サンプル)を示している。この場合、調整可能範囲Δfは、fの5.7%である。観察された〜10GHz(FWHM)の線幅は、FT−IR分光器の分解能7.5GHzにより相当に制限される。   FIG. 5 shows frequency modulation (another 60 μm mesa sample) with bias voltage. Here, the emission frequency f is almost determined by the width of the mesa, but can also be continuously adjusted by the bias. In this case, Δf / f = 5.7%. The observed linewidth of 10 GHz (FWHM) is considerably limited by the 7.5 GHz resolution of the FT-IR spectrometer. That is, FIG. 5 shows the current best example of frequency modulation with a bias voltage (another 60 μm mesa sample). In this case, the adjustable range Δf is 5.7% of f. The observed linewidth of 10 GHz (FWHM) is considerably limited by the 7.5 GHz resolution of the FT-IR spectrometer.

これまで、THz放射線の供給源として、半導体ダイオード技術、非線形光学機器、ジャイアントパルス電流切換え、量子カスケード・レーザ、および量子ドットなどを開発すべく多大な努力が為されてきた。現在、量子カスケード・レーザの最低の発光周波数は、〜0.5mWの連続波発光パワーにより略々1.6THzである。此処で記述されるLESは、これもまたコンパクトな固体供給源が最も不足している範囲である0.5THz〜1.5THzの周波数範囲において極めて優れている。ここに示した結果は、LESは商的用途の幾つかに対する要件を既に満足していることを示す。今後、材料およびメサ構造、アレイ形成および焦点調整技術などの最適化により、周波数、強度、周波数純度などにおける性能は相当に向上される余地を有する。   To date, great efforts have been made to develop semiconductor diode technology, nonlinear optics, giant pulse current switching, quantum cascade lasers, quantum dots, and the like as sources of THz radiation. Currently, the lowest emission frequency of a quantum cascade laser is approximately 1.6 THz with a continuous wave emission power of .about.0.5 mW. The LES described here is very good in the frequency range of 0.5 THz to 1.5 THz, which is also the range where compact solid sources are most scarce. The results presented here show that LES already meets the requirements for some of the commercial applications. In the future, performance in terms of frequency, intensity, frequency purity, etc. will be significantly improved by optimizing materials and mesa structures, array formation and focus adjustment techniques.

以上詳しく説明したように、本発明に係る指向性を有するテラヘルツ帯域の電磁波発振装置は、多重積層型固有ジョセフソン接合を有するBSCCO超伝導体の単結晶体であり、前記BSCCO超伝導体のc軸が高さ方向となるように形成されている矩形平面メサ構造を発振手段とし、前記矩形平面メサ構造より、前記矩形平面メサ構造の水平方向から上方に所定角傾いた方向に放射される電磁波を利用する。ここで、この所定角は、その中心角を60度とし、52.5乃至67.5度の範囲である。 As described above in detail, the directional terahertz-band electromagnetic wave oscillation device according to the present invention is a single crystal of a BSCCO superconductor having a multi-layered intrinsic Josephson junction , and c of the BSCCO superconductor. An electromagnetic wave radiated in a direction inclined at a predetermined angle upward from the horizontal direction of the rectangular planar mesa structure from the rectangular planar mesa structure using a rectangular planar mesa structure formed such that the axis is in the height direction. Is used. Here, the predetermined angle is in the range of 52.5 to 67.5 degrees with the central angle being 60 degrees.

本発明は、指向性を有するテラヘルツ帯電磁波発振装置に関するものであり、物理化学的な分光測定器、種々の分子、高分子、タンパク質などの同定、精緻なイメージング分野、医療及び診断装置、航空宇宙又は防衛分野、高速度通信等に幅広く利用される広範な応用分野において産業上の利用可能性を有する。   The present invention relates to a terahertz electromagnetic wave oscillation device having directivity, and includes a physicochemical spectrometer, identification of various molecules, polymers, proteins, and the like, elaborate imaging fields, medical and diagnostic devices, aerospace Or, it has industrial applicability in a wide range of application fields widely used in the defense field, high-speed communication, and the like.

本発明に係るSi半球レンズを備えたBSCCO発光超伝導体(LES)の概略図を示す。1 shows a schematic diagram of a BSCCO light emitting superconductor (LES) with a Si hemispherical lens according to the present invention. 本発明に係る指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置のスペクトル特性を示す。The spectral characteristic of the terahertz band electromagnetic wave oscillation apparatus which has the directivity based on this invention is shown. Si半球レンズ無しのBSCCO発光超伝導体(LES)からの発光の分布特性を示す。The distribution characteristic of light emission from a BSCCO light emitting superconductor (LES) without a Si hemispherical lens is shown. 本発明に係る指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置の発光時間安定性を示す。1 shows the light emission time stability of a terahertz band electromagnetic wave oscillation device having directivity according to the present invention. バイアス電圧による周波数変調(別の60μmのメサ・サンプル)を示す。Fig. 5 shows frequency modulation with another bias voltage (another 60 m mesa sample).

Claims (8)

多重積層型固有ジョセフソン接合を有するBSCCO超伝導体の単結晶体であり、前記BSCCO超伝導体のc軸が高さ方向となるように形成されている矩形平面メサ構造を発振手段とし、前記矩形平面メサ構造より、前記矩形平面メサ構造の水平方向から上方に所定角傾いた方向に放射される電磁波を利用することを特徴とする指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。   A single crystal body of a BSCCO superconductor having a multi-layered intrinsic Josephson junction, and a rectangular planar mesa structure formed so that the c-axis of the BSCCO superconductor is in the height direction is used as the oscillation means, A terahertz band electromagnetic wave oscillating device having directivity using electromagnetic waves radiated in a direction inclined at a predetermined angle upward from a horizontal direction of the rectangular planar mesa structure from a rectangular planar mesa structure. 前記所定角は、その中心角を60度とし、52.5乃至67.5度の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。   2. The terahertz electromagnetic wave oscillation device with directivity according to claim 1, wherein the predetermined angle is in a range of 52.5 to 67.5 degrees with a central angle of 60 degrees. 前記矩形平面メサ構造上には、Si半球レンズが配置されることを特徴とする請求項2に記載の指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。   3. The terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity according to claim 2, wherein an Si hemispherical lens is disposed on the rectangular planar mesa structure. 前記矩形平面メサ構造は、外部からの磁界印加が不要な電磁空洞共振により励起されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかの項に記載の指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。   4. The terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity according to claim 1, wherein the rectangular planar mesa structure is excited by electromagnetic cavity resonance that does not require application of a magnetic field from the outside. 5. 前記電磁空洞共振は、ファブリ・ペロー空洞共振である請求項4に記載の指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。   5. The terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity according to claim 4, wherein the electromagnetic cavity resonance is a Fabry-Perot cavity resonance. 前記矩形平面メサ構造の幅が、前記矩形平面メサ構造に放射させる電磁波の周波数に基づき定められている
ことを特徴とする請求項5に記載の指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。
6. The terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity according to claim 5, wherein a width of the rectangular planar mesa structure is determined based on a frequency of an electromagnetic wave radiated to the rectangular planar mesa structure.
前記矩形平面メサ構造の幅が、40μm以上且つ100μm以下である
ことを特徴とする請求項5に記載の指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。
6. The terahertz band electromagnetic wave oscillator having directivity according to claim 5, wherein the rectangular planar mesa structure has a width of 40 μm or more and 100 μm or less.
前記矩形平面メサ構造に印加するバイアス電圧を変化させることにより発振周波数を連続的に調整できる請求項5に記載の指向性を有するテラヘルツ帯域電磁波発振装置。   The terahertz band electromagnetic wave oscillation device having directivity according to claim 5, wherein the oscillation frequency can be continuously adjusted by changing a bias voltage applied to the rectangular planar mesa structure.
JP2008066110A 2008-03-14 2008-03-14 Terahertz band electromagnetic wave oscillator with directivity Expired - Fee Related JP5445894B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008066110A JP5445894B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Terahertz band electromagnetic wave oscillator with directivity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008066110A JP5445894B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Terahertz band electromagnetic wave oscillator with directivity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009224481A JP2009224481A (en) 2009-10-01
JP5445894B2 true JP5445894B2 (en) 2014-03-19

Family

ID=41240971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008066110A Expired - Fee Related JP5445894B2 (en) 2008-03-14 2008-03-14 Terahertz band electromagnetic wave oscillator with directivity

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5445894B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100702555B1 (en) * 1999-03-30 2007-04-04 제이에스알 가부시끼가이샤 Process for the Formation of Silicon Oxide Films

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000353836A (en) * 1999-06-10 2000-12-19 Japan Science & Technology Corp Superconducting coherent electromagnetic wave oscillation device and its manufacture
JP4558350B2 (en) * 2004-03-02 2010-10-06 財団法人高度情報科学技術研究機構 Continuous terahertz electromagnetic wave generating apparatus and method
JP5229859B2 (en) * 2007-08-06 2013-07-03 国立大学法人 筑波大学 Terahertz band electromagnetic wave oscillation device and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100702555B1 (en) * 1999-03-30 2007-04-04 제이에스알 가부시끼가이샤 Process for the Formation of Silicon Oxide Films

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009224481A (en) 2009-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kashiwagi et al. High temperature superconductor terahertz emitters: Fundamental physics and its applications
Ohtake et al. Saturation of THz-radiation power from femtosecond-laser-irradiated InAs in a high magnetic field
Gregory et al. Optimization of photomixers and antennas for continuous-wave terahertz emission
US7715892B2 (en) Tunable, superconducting, surface-emitting teraherz source
Kashiwagi et al. Efficient fabrication of intrinsic-Josephson-junction terahertz oscillators with greatly reduced self-heating effects
Tani et al. Generation of coherent terahertz radiation by photomixing of dual-mode lasers
Hornstein et al. Continuous-wave operation of a 460-GHz second harmonic gyrotron oscillator
Kleiner et al. Terahertz emission from Bi2Sr2CaCu2O8+ x intrinsic Josephson junction stacks
US8633472B2 (en) Tunable terahertz radiation source
JP5229859B2 (en) Terahertz band electromagnetic wave oscillation device and manufacturing method thereof
Delfanazari et al. Terahertz oscillating devices based upon the intrinsic Josephson junctions in a high temperature superconductor
Lukowski et al. Widely tunable high-power two-color VECSELs for new wavelength generation
US8026487B2 (en) Superconducting source for tunable coherent terahertz radiation
Minami et al. Terahertz Radiation Emitted from Intrinsic Josephson Junctions in High-T c Superconductor Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+ δ
JP2006210585A (en) New type terahertz oscillator using laminated josephson junction
JP5445894B2 (en) Terahertz band electromagnetic wave oscillator with directivity
JP6366430B2 (en) Terahertz band electromagnetic wave oscillator and terahertz band electromagnetic wave oscillator
US20180175273A1 (en) Terahertz-band electromagnetic wave oscillation element and terahertzband electromagnetic wave oscillation device
Asai et al. Emission of circularly polarized terahertz wave from inhomogeneous intrinsic Josephson junctions
JP3243510B2 (en) Field effect terahertz electromagnetic wave generator
JP5229876B2 (en) Terahertz band electromagnetic wave oscillator using higher harmonics
Divin et al. Terahertz spectroscopy based on high-T c Josephson junctions
Yang et al. Coupled-ridge waveguide quantum cascade laser array lasing at λ~ 5 µm
JP2021177531A (en) High-temperature superconducting terahertz light source
Brown et al. Terahertz photomixing in low-temperature-grown GaAs

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110309

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110412

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130304

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130507

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20130507

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130507

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130903

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131212

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees