産総研、常温で微弱なテラヘルツ波パワーを測定できる高感度センサーを開発

産業技術総合研究所(産総研)は1月18日、常温で微弱なテラヘルツ波パワーを高感度で測定できるセンサーを開発したと発表した。

同成果は、産総研 物理計測標準研究部門 高周波標準研究グループ 飯田仁志 研究グループ長、木下基 主任研究員、レーザ放射標準研究グループ 雨宮邦招 主任研究員らの研究グループによるもの。

テラヘルツ波は、ミリ波と赤外線の間の周波数領域に位置する100GHz～10THzの周波数の電磁波であり、次世代の超高速無線通信や材料分析、空港でのセキュリティー検査など、生活の利便性向上や安心・安全確保のために、新たな産業への応用が期待されている。一方、テラヘルツ波を利用した装置を実際に設計・開発するには、送受信するテラヘルツ波パワーを正確に測定する必要があるが、これまで微弱なテラヘルツ波パワーを精度良く定量的に測定する技術はなかった。

今回、同研究グループは国家標準として産総研が確立してきたマイクロ波やミリ波などといった電磁波のパワーを精密に測定する技術を活用し、微弱なテラヘルツ波パワーを常温で正確に定量的測定する方法の開発に取り組んだ。

今回開発されたセンサーは、テラヘルツ波の吸収によって発生する熱を熱電変換素子により電気信号に変え、その信号をもとに発生した熱と同等の直流電力とし、それを精密に測定して、テラヘルツ波パワーを定量的に求めることができるもので、検出部には、熱伝導性が高く、テラヘルツ波を効率よく吸収できる吸収体を用いている。検出部の周囲には真空断熱材を利用した多層の断熱遮蔽を施し、外部からの熱擾乱の影響を極限まで抑えているため、液体ヘリウムによる極低温状態を必要としない。

同センサーを用いて、室温23℃の環境で微弱な1THzのテラヘルツ波の照射を300秒間隔でオン、オフして測定した結果、約30nWの微弱なテラヘルツ波パワーを測定できることがわかった。従来の測定法では、1μWまでしか測定できなかったため、今回開発されたセンサーはその30倍以上の感度を実現したことになる。

今後は、測定時間の短縮や測定できる周波数領域を1THzから拡張するよう改良するとともに、測定精度の向上などさらなる高度化を進めていくという。また、テラヘルツ波による材料分析などへの応用技術や、テラヘルツ分光装置の精度評価技術などについても研究する予定であるとしている。