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NTT持株会社ニュースリリース

用語解説

※1 テラヘルツ波
 103を「キロ(k)」と呼ぶのと同様に、109を「ギガ(G)」、1012を「テラ(T)」と呼ぶ。「ヘルツ(Hz)」は交流電気信号や電磁波が、0.5秒間に何回極性(プラスとマイナス)を変えるかを示す、周波数と呼ばれる物理量の単位。つまり、0.5テラヘルツ(1THz=1,000GHz)は、1秒間に1×1012回極性を変える電磁波の周波数である。周波数範囲が0.1〜10THzの電磁波を総称して、テラヘルツ波と呼ぶ。
 周波数軸上で見た場合、テラヘルツ波よりも低い周波数に電波があり、高い周波数に光がある(図1参照)。つまりテラヘルツ波は、光と電波の中間の周波数を持つ電磁波ということになる。そのためテラヘルツ波は電波と同様の物質透過能力と光同様の空間分解能を併せ持つことになる。一方で、テラヘルツ波はガス分子の回転/振動運動と共鳴するため、ガスはその種類に応じて、それぞれに固有の周波数のテラヘルツ波を吸収する。
 しかし、これまでこのテラヘルツ波を産業的に利用した例はほとんどなかった。これは、テラヘルツ波を発生・検出する技術が十分に発達していなかったためである。

図1 テラヘルツ波図1 テラヘルツ波

※2 遠隔分光センシングシステム(図2参照)
 離れたところから対象物の吸収スペクトルを測定し、目標とする物質の有無を明らかにするシステム。遠隔での測定を可能とする広帯域の高出力送信器・高感度受信器、吸収スペクトルから目標とする物質の有無を判定するためのスペクトル解析技術が、その実現には必要となる。

図2 遠隔分光センシングシステム図2 遠隔分光センシングシステム

※3 シアン化水素ガス
 炭素原子に水素原子と窒素原子が一個ずつ結合した化合物。分子式はHCN。猛毒である。沸点は26℃であるが、室温でも飽和蒸気圧が高く揮発しやすいため、常温でもガス状で存在し、吸い込んだ人を死に至らしめる。火災によってアクリルやウレタン、ナイロンなどが燃焼する時に発生して中毒を引き起こすことがある。
※4 高出力・広帯域テラヘルツ波発生器
 波長の異なる2つの光を光電変換素子に与えると、その周波数差に一致する電磁波を得ることができる。光の波長を適切に選択し、周波数差をテラヘルツ帯にすることで、光信号からテラヘルツ波を得ることができる。光デバイスは、電子デバイスと比較すると、桁違いに広い動作帯域を有しているため、光の領域での信号処理を工夫することで、発生するテラヘルツ波の周波数を広い範囲にわたって正確にコントロールすることができる。本研究では、このような方式を用いてテラヘルツ波を発生させている。具体的には、1台の波長可変光源と2台の波長固定光源からの光信号の組み合わせを工夫することにより、センシングに用いる送信用テラヘルツ波と受信器を励起する局部発振信号用のテラヘルツ波を同時に発生させている(図3参照)。この2つのテラヘルツ波の周波数差は、テラヘルツ波の周波数がいかなる値になっても、一定で不変である。これにより、送信用テラヘルツ波の周波数を高速に掃引した際にも、テラヘルツ波を安定に受信することが可能となった。
 また、光電変換素子には、NTTが開発した単一走行キャリア・フォトダイオード(UTC-PD、図4参照)を用いた。大容量光通信システム用に開発され、超高速・高飽和出力という特徴を持ったこの素子の動作帯域をテラヘルツ帯に改良することにより、他に類を見ない高出力・広帯域のテラヘルツ波発生器を実現した。

図3 (a)光信号発生部のブロック図と(b)光信号の波長配置とテラヘルツ波の周波数配置図3 (a)光信号発生部のブロック図と(b)光信号の波長配置とテラヘルツ波の周波数配置

図4 単一走行キャリア・フォトダイオード(UTC-PD) 図4 単一走行キャリア・フォトダイオード(UTC-PD)

※5 低雑音・広帯域ミキサ
 2つの異なる周波数の電磁波を入力し、その差や和の周波数の出力信号を高効率に出力するデバイスがミキサである。高い周波数を検出する受信器では、主に差の周波数を取り出すミキサが使われ、受信信号に混合される信号を局部発振信号と呼ぶ。通常広い周波数で動作するミキサを実現することは困難であるが、産総研は、複数の超伝導接合からなる低雑音ミキサと受信アンテナ、整合回路の集積により低雑音ミキサの広帯域化に成功した(図5参照)。

図5 低雑音・広帯域ミキサ 図5 低雑音・広帯域ミキサ

※6 スペクトル解析技術
 複数の物質からなる混合物の吸収スペクトルは、もとの物質の吸収スペクトルを重ね合わせたものとなる。測定により得られたスペクトルを数学的手法により、もとの物質の吸収スペクトルに分解し、混合物の組成を明らかにすることをスペクトル解析技術と呼ぶ。
※7 スペクトルのデータベース
 物質を透過や反射する、または吸収される電磁波の強度の周波数依存性は、その物質ごとに異なっている。スペクトル解析(※6)を行う際に参照可能な数値化されたデータ集として各物質の特性を集めたものをスペクトルのデータベースと呼ぶ。
※8 東京理科大学 総合研究機構 火災科学研究センター
 火災科学に関する研究・教育活動を行っている組織。同分野に特化した研究組織や大型実験施設を持つのは国内の大学では同センターのみ。これまでに火災安全に関する多くの研究成果と人材を輩出してきた成果が認められ、様々な拠点(グローバルCOE、共同利用・共同研究拠点)として活動を行っている。

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