非線形線路を用いたテラヘルツ帯パルス光源の研究開発

利用非线性线的太赫兹波段脉冲光源的研发

基本信息

批准号：
18860015
负责人：
楢原浩一
金额：
$ 1.74万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は共鳴トンネルダイオード(Resonant Tunneling Diode, RTD)を周期装荷した伝送線路における非定常的波動伝播において、パルス幅が極端に圧縮される現象の発見に端を発している。この2年においては、研究成果は、J. Appl. Phys.をはじめとする学術誌に採録され、RTDの研究者から打診を受けるなど,研究活動の広がりを予感させる段階にまで至ってきた。この過程では、極短電気パルス生成に加えて、興味深い波動の往復伝播を新たに見出すに至った。RTD線路にステップ状電気パルスが入力されると、RTDのピーク電圧を境にして、指数関数および正弦関数モードの波動がそれぞれ誘起される。RTDのコンダクタンスと配線抵抗によって前進パルス・エッジは減衰し、パルス振幅に依存して定まる距離を伝播すると消失する。この点において、新たにすべての電圧領域で指数関数モードが誘起される。この新しく生じた伝播モードは電圧レベルの大きい領域に向かってしか伝播しないという性質をもつため、パルス・エッジは逆進をはじめる。すなわち、RTD線路にステップ状パルスが入力されると、線路途上でパルス・エッジが折り返して入力端に回帰するという現象が生ずる。入力端での反射制御を適正に行うと、この往復伝播は定常的に生ずることになり、従来類例のない発振機構を提供することができる。波動伝播によるため、動作帯域が広範にわたるという性質、そして発振周波数がパルス振幅に強く依存するという性質は、RTDの高速性とあいまって、ミリ波帯あるいはテラヘルツ帯にまでいたる超広帯域電圧制御発振器という無類の高機能回路の実現への道を新たに切り開くこととなった。研究期間内には、数理的検証の実際的応用を念頭において,具体的な線路構造を与えての検証を進めている。このためにFDTD法に能動・非線形素子を導入する新しい手法を考案した。通常、能動・非線形素子の表現にはニュートン法を代表とする求解ルーチンを時間発展させるごとに使用する必要があり、計算時間のボトルネックになっていた。区分的線形関数で素子の電流-電圧特性を近似する手法を開発し、精度よく短時間に解析が進むように改善された。これを用いて、RTD線路のFDTD解析によって極短パルス生成ならびに往復伝播のそれぞれを表現することに成功した。

这项研究是发现一种现象，其中脉冲宽度在带有谐振隧道二极管（共振隧道二极管，RTD）的传输轨道上极度压缩。在过去的两年中，该研究的结果已在包括J. Appl在内的学术杂志中记录。在此过程中，除了产生极短的电脉冲外，还发现了有趣的波浪的新回合。当在RTD轨道上输入类似阶跃的电脉冲时，指数函数和鼻窦功能模式的波是由RTD的峰值电压诱导的。由于RTD的导电和接线电阻，高级脉冲边缘被衰减，并且当脉冲振幅指定的距离取决于振幅时，就会消失。在这方面，在所有新电压区域都诱导了指数函数模式。脉冲边缘开始逆转，因为这种新生成的繁殖模式具有仅在电压水平较大的区域传播的特性。换句话说，当在RTD轨道上输入一个类似阶梯的脉冲时，脉冲边缘返回到轨道上的输入边缘并返回输入边缘。如果正确执行输入边缘处的反射控制，则将定期进行此弹路传输，并可以提供常规的振荡机制。由于振动的传播，操作带的性质被广泛增加，并且振荡频率强烈依赖于脉冲振幅的特性称为超宽带电压控制振荡器，该振荡器与RTD或RTD高速相结合甚至是实现无与伦比的高性能电路的道路也是新开放的。在研究期间，我们正在考虑数学验证的实际应用。因此，我们设计了一种新方法，以在FDTD方法中引入主动和非线性元素。通常，每次以牛顿定律代表的牛顿法律，都需要使用活性和非线元素的表达，并且是计算时间的瓶颈。通过除法线性函数开发了大约元件电流特性的方法，并在短时间内准确改进了分析。使用此功能，RTD轨道的FDTD分析成功地表达了每种短脉冲和圆形trip传播。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Pulse compression by quasi-steady propagation along switch lines

通过沿开关线的准稳态传播进行脉冲压缩

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Jpn. J. Appl. Phys. vol. 45, no. 7
影响因子：
0
作者：
K.Inafune;E.Sano;E.Sano;K.Narahara;K.Inafune;K.Narahara
通讯作者：
K.Narahara

Quasi-solitons in two-dimensional composite right- and left-handed transmission lines

二维复合右手和左手传输线中的准孤子

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics 46
影响因子：
0
作者：
中野香織;橋本剛;安藤邦廣;橋本剛;楢原浩一;楢原浩一;中川俊;楢原浩一;楢原浩一;楢原浩一
通讯作者：
楢原浩一

Characterization of voltage-controlled oscillator using RTD transmission lines

使用 RTD 传输线表征压控振荡器

DOI：
发表时间：
期刊：
International Journal of High Speed Electronics and Systems 印刷中
影响因子：
0
作者：
中野香織;橋本剛;安藤邦廣;橋本剛;楢原浩一;楢原浩一;中川俊;楢原浩一;楢原浩一;楢原浩一;楢原浩一;楢原浩一;楢原浩一;楢原浩一;高橋辰典;楢原浩一
通讯作者：
楢原浩一

Full-Wave Analysis of Quasi-Steady Propagation along Transmission Lines Periodically Loaded with Resonant Tunneling Diodes