成果報告書詳細
管理番号20120000000879
タイトル平成21年度~平成23年度成果報告書 ナノテク・先端部材実用化研究開発/ナノ構造テラヘルツデバイスによる透過型物体計測技術の研究開発
公開日2012/8/2
報告書年度2009 - 2011
委託先名日本電信電話株式会社 日産自動車株式会社
プロジェクト番号P05023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約日本電信電話株式会社担当
H21年度に帯域600GHzを目指した高速デバイス用エピ構造およびデバイスプロセスの基本検討を開始した。結晶成長および各種プロセスの改良を検討して、高速デバイス作成の基本的な検討を終えた。一方、140GHz帯イメージング装置実現へ向けてまず従来からNTTにて所有するデバイスを用いたMMIC設計を行った。平行して検討を進めたテーパースロットアンテナとMMICの接続試験および受信感度評価を行い必要十分な性能を確認した。H22年度には前年度の検討結果を使いながら実際に高速デバイスを製造し帯域500GHzを超える段階に到達した。一方、140GHz帯装置は4つの受信回路を一つにまとめた受信MMICとアンテナアレーを試作してそれらを接続しサブアッセンブリとして完成した。また誘電体レンズを用いた準光学系によるイメージング装置を試作し4チャネル同時受信に成功した。H23年度にはさらにデバイス改良を複数回に渡り進めて、最終的に帯域600GHzのデバイスを完成した。一方、140GHz帯イメージング装置については前年度のサブアッセンブリを拡張して8チャネルによる同時受信機を試作し、動作を確認した。また220GHz帯イメージング装置へ向けた回路設計を行い、同年度に開発した高速デバイスを用いれば220GHz帯低雑音アンプの設計も十分可能であることを証明し、220GHz帯イメージング装置への確実な足がかりを築いた。
日産自動車株式会社担当(名古屋大学への再委託分を含む)
本項目では熱処理によりナノレベルで結晶成長制御を施した世界トップレベルの高出力レーザー照射耐性を持つ有機非線形光学結晶作製法を開発し、テラヘルツ波発生の高出力化検討を行った。試作結晶をフェムト秒レーザーで励起し、汎用光伝導アンテナのテラヘルツ出力と比べて約500倍を実測で観測できた。またテラヘルツ波光源による透過型の物体計測技術開発へのシステム開発と試作をおこなった。実応用例として、雨・雪等も含めた全天候環境で、埋設物を探知する環境を模擬し、テラヘルツトモグラフィー法を採用し試作評価を実施した。その結果アスファルトと白線から反射波パルスが確認され、全天候模擬環境で識別原理の検証が行えた。また、ミリ波放射システム及び赤外カメラを導入し実応用シーンでの計測データ収集を実施した。試作にあたっては本研究開発の最終目標のうち、検知角度分解能やS/N等の計測性能要件を重視し、実用化方策の検討に資するデータ収集を行った。名古屋大学とも共同実験を行った。電磁波の反射・透過・輻射の性質に基づく物体検知に関する物性識別指標の項目軸の設計評価を実施した。想定商品像の一つの移動体用センサを例に、幅広いアプリケーションに対応可能な計測対象について、各方式で取得可能な主要なパルス波形及びパルス強度、送受信電波強度、偏波、計測対象との位置関係から物体分類に関する基礎データ収集結果の解析を実施した。透過性の特徴による積層構造を分離し検出が求められる応用事例のひとつとして、寒冷地での雪や氷に埋設された物体を区別して判別するためのデータベースを構築した。実用化の一例として、寒冷地において移動体センサに必要な平面と立体の分離に関するデータベース化を行った。前項で作成したアルリズムおよびシステム化の設計を実施した。物体計測アルゴリズム演算部をハード及びソフトウエアを融合して設計するとともに、物体計測データベースと照合して特長を抽出する物体計測部を構築、その機能検証を台上で実施しリアルタイムで演算可能な性能を確認した。
英文要約(1)-1,2,3
In 2009, we started the development of electron devices having cut-off frequency of 600-GHz and more. The fundamental study for suitable epitaxial wafer and device process has been achieved. On one hand, a microwave monolithic integrated circuit (MMIC) for 140-GHz imaging system was developed using conventional InP-HEMT we have already in our group. A tapered-slot antenna was also developed for 140-GHz imaging system. The MMIC and antenna were assembled and measurement was performed. In result, we confirmed their potential for 140-GHz operation of the millimeter-wave imaging system.
In 2010, the InP-HEMT with cut-off frequency of over 500 GHz was developed. Then, four-channel 140-GHz receiver MMIC and tapered-slot antenna was designed and fabricated. The MMIC and antenna were assembled together, and we confirmed full function of four-channel receiver system using dielectric quasi-optical lens.
In 2011, the InP-HEMTs device process was improved more and more. Finally, we obtained current gain cut-off frequency of over 600 GHz after three trials. For 140-GHz imaging system, eight-channel receiver test-bed was developed, and simultaneous operation of all receiver channels was achieved. Finally, the low noise amplifier for 220-GHz imaging system was designed using high performance InP-HEMT developed in this year. In result, we confirmed enough gain and noise figure performance. We believe that this device open the way for 220-GHz imaging system in near future.
(2)-1,2
(3)-1,2,3,4
In our research group, we work in the two research theme. Firstly, we developed the new fabrication technology of an organic non-linear optical crystal for reducing cracks of a crystal by introducing thermal processing. The laser damage threshold, which is a key performance index, obtained 1.5GW/cm^2, and the THz-emitting power was also measured and the power was approximately 500times larger than a conventional LT-GaAs emitter.
Secondly, we work in an application based signal processing technology by using a terahertz-wave imaging and emitter which we developed in this project. The algorithm of clustering a surface type of each multi-layer object is developed. In our experiment, the proposed algorithm can identify several surface types of object even in a preliminary test condition such as foggy, snowy, icy and rainy condition.
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