(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波アンテナを備えるマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサにおいて、
前記テラヘルツ波アンテナは、マイクロ波の半波長程度の線路長を備えることでマイクロ波共振器の機能を兼ねることを特徴とするマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサ。
【請求項２】
前記テラヘルツ波アンテナは、前記線路長の略半分の部分を中心としてスパイラル型に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサ。
【請求項３】
前記テラヘルツ波アンテナは、一または二つのマイクロ波導波路に対して、あらかじめ定めた間隔を隔てて近接して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサ。
【請求項４】
テラヘルツ波が入射されたときにマイクロ波における共振周波数が変化するマイクロ波共振器と、
前記マイクロ波共振器に対してあらかじめ定めた間隔を隔てて近接して配置される一または二つのマイクロ波導波路とを有し、
前記マイクロ波共振器は、線路がスパイラル型でマイクロ波の半波長程度の線路長と、広帯域テラヘルツ波アンテナとして動作する線路の幅および線路間間隔とを備えることを特徴とするマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサを複数備え、
複数のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサは、共通するマイクロ波導波路に対して、あらかじめ定めた間隔を隔てて近接させてアレイ状に配置されていることを特徴とするテラヘルツ波検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサ（Microwave Kinetic Inductance Detector；以下、ＭＫＩＤという）に関し、特に、テラヘルツ（ＴＨｚ）波に対する高感度化、広帯域化を図ることが可能で、より小型化が図れるＭＫＩＤおよびそれを用いたテラヘルツ波検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＫＩＤは，超伝導マイクロ波共振器を基本構成要素とするテラヘルツ波検出器であり，テラヘルツ波の入射をマイクロ波共振器の共振周波数（例えば、数ＧＨｚ程度の共振周波数）が変化することによって感受するものであり、例えば、非特許文献１に記載されているものがある。また、このＭＫＩＤにおいて、テラヘルツ波の感度を向上させるために、マイクロ波共振器に加えてテラヘルツ波アンテナを接続させているものが、非特許文献２に記載されている。さらに、テラヘルツ波アンテナを小型化して広帯域化させるために、テラヘルツ波アンテナをスパイラル型にしたものが非特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Peter K. Day, Henry G. LeDuc, Benjamin A. Mazin, Anastasios Vayonakis & Jonas Zmuidzinas, “A broadband superconducting detector suitable for use in large arrays” NATURE，VOL 425，817-821，23 OCTOBER 2003
【非特許文献２】Andrey Baryshev, Jochem J. A. Baselmans, Angelo Freni, Senior Member, IEEE, Giampiero Gerini, Senior Member, IEEE, Henk Hoevers, Annalisa Iacono, Student Member, IEEE, and Andrea Neto, Senior Member, IEEE,” Progress in Antenna Coupled Kinetic Inductance Detectors” IEEE TRANSACTIONS ON TERAHERTZ SCIENCE AND TECHNOLOGY, VOL. 1, NO. 1, 112-123,SEPTEMBER 2011
【非特許文献３】E. R. Brown, A. W. M. Lee, B. S. Navi, and J. E. Bjarnason,” CHARACTERIZATION OF A PLANAR SELF-COMPLEMENTARY SQUARESPIRAL ANTENNA IN THE THz REGION”, MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 48, 524-529,No. 3, March 2006,
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献２に記載されている従来のＭＫＩＤ３０は、図８に示すように、Ｓｉ（シリコン）基板３３上に、超伝導体のＡｌ（アルミニウム）により形成された数ＧＨｚの周波数で共振するマイクロ波共振器３２の共振周波数が変化することによりマイクロ導波管３４に接続された端子１、２を介してテラヘルツ波の入射を感受している。非特許文献２においてはマイクロ波共振器３２に加えて、テラヘルツ（ＴＨｚ）波を高感度で検出するためのテラヘルツ波アンテナ３１を接続させている。このため、非特許文献３に記載されているように、テラヘルツ波アンテナの小型化を図っても、マイクロ波共振器は、マイクロ波の波長（例えば３ＧＨｚのとき１００ｍｍ）が、テラヘルツ波の波長（例えば３ＴＨｚのとき１００μｍ）に比べて長いので、その小型化を図るには制約がある。また、広帯域でかつ高感度化を図るためには、マイクロ波共振器３２とテラヘルツ波アンテナ３１とを設けなければならず、ＭＫＩＤ全体として小型化を図ることが難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、広帯域のテラヘルツ波が高感度で検出でき、より小型化が可能なマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサおよびテラヘルツ波検出システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサは、テラヘルツ波アンテナを備えるマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサにおいて、前記テラヘルツ波アンテナは、マイクロ波の半波長程度の線路長を備えることでマイクロ波共振器の機能を兼ねることを特徴とする。
この特徴によれば、テラヘルツ波アンテナが、マイクロ波の半波長程度の線路長を備えることでマイクロ波共振器の機能を兼ねることができるため、テラヘルツ波アンテナとマイクロ波共振器とを別々に構成する必要がなくなるため、より小型化が可能となる。また、マイクロ波共振器の機能を兼ねるように構成したテラヘルツ波アンテナでも、そのまま広帯域のテラヘルツ波が高感度で検知できる。
【０００７】
本発明のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサは、前記テラヘルツ波アンテナは、前記線路長の略半分の部分を中心としてスパイラル型に形成されていることを特徴とする。
この特徴によれば、マイクロ波共振器の機能を兼ねたテラヘルツ波アンテナが、線路長の半分の部分を中心としてスパイラル型に形成されているため、線路長の半分から折り返されて巻かれた状態になり、より小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサは、前記テラヘルツ波アンテナは、一または二つのマイクロ波導波路に対して、あらかじめ定めた間隔を隔てて近接して配置されていることを特徴とする。
この特徴によれば、テラヘルツ波アンテナが、一または二つのマイクロ波導波路に対して、あらかじめ定めた間隔を隔てて近接して配置されることでマイクロ波結合し、マイクロ波導波路に接続される端子を介して、マイクロ波の共振を検出することができる。例えば、テラヘルツ波アンテナが一つのマイクロ波導波路に近接して配置される場合には、マイクロ波導波路の両側にそれぞれ端子を接続させることで、吸収型のＭＫＩＤを構成することができる。また、テラヘルツ波アンテナが対向する二つのマイクロ波導波路に近接して配置される場合には、二つマイクロ波導波路のそれぞれに、端子を接続させることで、透過型のＭＫＩＤを構成することができる。
【０００９】
本発明のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサは、テラヘルツ波が入射されたときにマイクロ波における共振周波数が変化するマイクロ波共振器と、前記マイクロ波共振器に対してあらかじめ定めた間隔を隔てて近接して配置される一または二つのマイクロ波導波路とを有し、前記マイクロ波共振器は、線路がスパイラル型でマイクロ波の半波長程度の線路長と、広帯域テラヘルツ波アンテナとして動作する線路の幅および線路間間隔とを備えることを特徴とする。
この特徴によれば、マイクロ波共振器は、線路がスパイラル型でマイクロ波の半波長程度の線路長と、広帯域テラヘルツ波アンテナとして動作する線路の幅および線路間間隔とを備えることで、マイクロ波共振器が広帯域テラヘルツ波アンテナの機能を兼ねることができるため、テラヘルツ波アンテナとマイクロ波共振器とを別々に構成する必要がなくなるため、より小型化が可能となる。また、このように構成したテラヘルツ波アンテナでも、そのまま広帯域のテラヘルツ波が高感度で検知できる。
【００１０】
本発明のテラヘルツ波検出システムは、上記マイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサを複数備え、複数のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサは、共通するマイクロ波導波路に対して、あらかじめ定めた間隔を隔てて近接させてアレイ状に配置されていることを特徴とする。
この特徴によれば、マイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサが小型なので、これらを共通するマイクロ波導波路にあらかじめ定めた間隔を隔てて近接させてアレイ状に配置したテラヘルツ波検出システムも小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）、（ｂ）実施例におけるＭＫＩＤの構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）実施例におけるＭＫＩＤの等価回路である。
【図３】実施例におけるＭＫＩＤのマイクロ波伝達特性を示す図である。
【図４】実施例におけるＭＫＩＤのマイクロ波伝達特性の測定マイクロ波電力依存度を示す図である。
【図５】１００倍寸法モデルによるリターンロス周波数依存性を示す図である。
【図６】実施例におけるＭＫＩＤのリターンロス周波数依存性の電磁界解析を示す図である。
【図７】実施例におけるＭＫＩＤの作成工程を示す説明図である。
【図８】従来技術におけるＭＫＩＤの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサ（Microwave Kinetic Inductance Detector；以下、ＭＫＩＤという）を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例】
【００１３】
実施例に係るにつき、図１から図７を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、実施例におけるＭＫＩＤの構成図を示し、図２（ａ）、（ｂ）は、実施例におけるＭＫＩＤの電気的等価回路を示している。特に、図１（ａ）、図２（ａ）は、吸収型のＭＫＩＤの構成図とその等価回路を示し、図１（ｂ）、図２（ｂ）は、透過型のＭＫＩＤの構成図とその等価回路を示している。
【００１４】
本発明は、テラヘルツ波の光子の入射があるとその光子エネルギーによりインダクタンスが変化する超伝導材料を利用したマイクロ波共振器を備えるＭＫＩＤであって、マイクロ波共振器は、線路が超伝導材料によりスパイラル型に形成され、マイクロ波の半波長程度の線路長と、広帯域テラヘルツ波アンテナとして動作する線路の幅および線路間間隔とを備える。本実施例においては、図１に示すように、マイクロ波共振器であって広帯域テラヘルツ波アンテナとして機能するための超伝導スパイラル５を備える。この超伝導スパイラル５の線路長の全長を、非特許文献３のようにテラヘルツ波の波長に基づかず、マイクロ波の１／２波長（半波長）程度のあらかじめ定めた長さにするという構成で、マイクロ波に固有の共振周波数を持つ共振器としても動作することを後述する実験により確認し、しかもテラヘルツ波アンテナの性能を全く阻害しないで、広帯域のテラヘルツ波が高感度で検出できることを後述する実験により確認している。このような構成により、スパイラル型の広帯域なテラヘルツ波アンテナが、マイクロ波の１／２波長（半波長）程度の線路長を備えることでマイクロ波共振器の機能を兼ねるように構成することができ、テラヘルツ波の入射を、マイクロ波共振器の共振周波数が変化することによって感受し、広帯域のテラヘルツ波が高感度で検出できるようにしている。
【００１５】
図１（ａ）において、吸収型のＭＫＩＤ１００ａは、超伝導材料により線路がスパイラル型に形成されている超伝導スパイラル５と、超伝導スパイラル５の一辺にあらかじめ定めた間隔を隔てて近接して配置される一つの超伝導マイクロ波導波路３と、超伝導スパイラル５を取り囲むように線路が形成された囲み部８と、超伝導マイクロ波導波路３の外側に近接して配置される線路１１とを備えるようなパターンとして構成されている。
【００１６】
本実施例においては、超伝導スパイラル５は、共振周波数が約３．３ＧＨｚとなるように、その半波長程度の線路長に設定されており、この線路長の略半分の部分を中心として巻いたように矩形状のスパイラル型に形成され、その矩形状の最外周の一辺の縦幅６と横幅７とは、およそ０．５ｍｍ程度の長さを有し、設定された線路長に従いターン数が設定されている。線路長は、設定した共振周波数の半波長以下としておくことが望ましい。また、広帯域テラヘルツ波アンテナとして動作するような線路の幅および線路間間隔とを備え、本実施例においては、２ＴＨｚ程度までのテラヘルツ波の受信感度を備えるように、線路の幅と線路間間隔とがほぼ同じ１０〜１５μｍ程度に設定している。また、超伝導スパイラル５の矩形状の最外周の一辺と囲み部８の細線との間隔、また、囲み部８の細線と超伝導マイクロ波導波路３との間隔についても１０〜１５μｍ程度にあらかじめ設定している。また、囲み部８の細線の線路幅も１０〜１５μｍ程度にあらかじめ設定し、超伝導マイクロ波導波路３の線路幅は、５０〜６０μｍ程度にあらかじめ設定している。
【００１７】
また、超伝導マイクロ波導波路３は、超伝導材料により線路が形成されて超伝導スパイラル５の最外周の一辺に近接して配置されることで、マイクロ波結合部４が形成される。超伝導マイクロ波導波路３の両側にそれぞれ端子１、２を接続させることで、図２（ａ）に示すような吸収型のＭＫＩＤを構成している。図２（ａ）の等価回路においては、端子１、２が接続された超伝導マイクロ波導波路３にマイクロ波結合部４を介してＬＣ直列共振回路１２と等価な超伝導スパイラル５が結合される。共振周波数ｆ０は、ｆ０＝１／（２π√ＬＣ）で示され、超伝導スパイラル５にテラヘルツ波の光子の入射があるとその光子エネルギーによりインダクタンスＬが変化し、共振周波数ｆ０が変化する。
【００１８】
また、図１（ａ）に示すように囲み部８と線路１１とを設けて、これらをそれぞれ接地しておくことでグランド線を構成し、囲み部８の面積を調整することでノイズ等による影響をより防ぐことができる。本実施例においては、囲み部８の内周の一辺の縦幅９をおよそ０．６ｍｍ程度とし、横幅７を０．７ｍｍ程度に設定している。
【００１９】
このような構成で、本実施例におけるＭＫＩＤは、テラヘルツ波の入射によって超伝導スパイラル５の超伝導インダクタンスが増加することで、マイクロ波の共振周波数が低下するため、端子１、２においてその共振周波数を検出することでテラヘルツ波の入射を検知することができる。
【００２０】
また、図２（ｂ）に示すような透過型のＭＫＩＤを構成する場合には、図１（ｂ）に示すようなパターンの構成にする。
【００２１】
図１（ｂ）において、吸収型のＭＫＩＤ１００ｂは、超伝導材料により線路がスパイラル型に形成されている超伝導スパイラル５と、超伝導スパイラル５の一辺に近接して配置される二つの超伝導マイクロ波導波路３ａ、３ｂと、超伝導スパイラル５を取り囲むように線路が形成された囲み部８ａと、超伝導マイクロ波導波路３の外側に近接して配置される線路１１ａ、１１ｂとを備えるようなパターンとして構成されている。
【００２２】
図１（ｂ）における、超伝導スパイラル５は、図１（ａ）において説明した超伝導スパイラル５と同様に構成され、共振周波数が約３．３ＧＨｚとなるようにその半波長程度の線路長に設定されており、この線路長の略半分の部分を中心として巻いたように矩形状のスパイラル型に形成され、その矩形状の最外周の一辺の縦幅６と横幅７とは、およそ０．５ｍｍ程度の長さを有し、設定された線路長に従いターン数が設定されている。また、広帯域テラヘルツ波アンテナとして動作するような線路の幅および線路間間隔とを備え、本実施例においては、２ＴＨｚ程度までのテラヘルツ波の受信感度を備えるように、線路の幅と線路間間隔とがほぼ同じ１０〜１５μｍ程度にあらかじめ設定している。また、超伝導スパイラル５の矩形状の最外周の一辺と囲み部８の細線との間隔、また、囲み部８の細線と超伝導マイクロ波導波路３ａまたは３ｂとの間隔についても１０〜１５μｍ程度にあらかじめ設定している。また、囲み部８の細線の線路幅も１０〜１５μｍ程度にあらかじめ設定し、超伝導マイクロ波導波路３の線路幅は、５０〜６０μｍ程度にあらかじめ設定している。
【００２３】
また、超伝導マイクロ波導波路３ａ、３ｂは、超伝導材料により線路が形成されて超伝導スパイラル５の最外周の一辺にあらかじめ定めた間隔を隔てて近接して配置されることで、マイクロ波結合部４が形成される。超伝導マイクロ波導波路３ａ、３ｂのそれぞれに端子１、２を接続させることで、図２（ｂ）に示すような透過型のＭＫＩＤを構成している。図２（ｂ）の等価回路においては、端子１が接続された超伝導マイクロ波導波路３ａにマイクロ波結合部４ａを介してＬＣ直列共振回路１２と等価な超伝導スパイラル５が結合されることで透過型のマイクロ波共振器を構成している。共振周波数ｆ０は、ｆ０＝１／（２π√ＬＣ）で示され、超伝導スパイラル５にテラヘルツ波の光子の入射があるとその光子エネルギーによりインダクタンスＬが変化し、共振周波数ｆ０が変化する。
【００２４】
また、図１（ｂ）に示すように囲み部８ａと線路１１ａ、１１ｂと設けて、これらをそれぞれ接地しておくことでグランド線を構成し、囲み部８ａの面積を調整することでノイズ等による影響をより防ぐことができる。本実施例においては、囲み部８ａの内周の一辺の縦幅９ａをおよそ０．５２ｍｍ程度とし、横幅７を０．７ｍｍ程度に設定している。
【００２５】
このような構成で、本実施例におけるＭＫＩＤは、テラヘルツ波の入射によって超伝導スパイラル５の超伝導インダクタンスが増加することで、マイクロ波の共振周波数が低下するため、端子１、２においてその共振周波数を検出することでテラヘルツ波の入射を検知することができる。
【００２６】
つぎに、本実施例におけるＭＫＩＤの作成方法について図７を参照して説明する。図７に、実施例におけるＭＫＩＤの作成工程を示している。
【００２７】
基本的には、公知のさまざまな超伝導薄膜のパターン成型技術を用いることにより上述したパターンのＭＫＩＤを作成することができるが、その一例として、本実施例では、真空蒸着装置による直流（ＤＣ）スパッタリング法により、基板２５上に、超伝導薄膜２４を形成し、上述した図１（ａ）、（ｂ）に示すようなパターンからなるフォトマスク２８でマスキングしてフォトリソグラフィ処理を施すことでＭＫＩＤを作成する場合について説明する。
【００２８】
図７（ａ）において、まず、真空蒸着装置２０内の試料置台にサファイアなどの基板２５を配置し、排気口２６より真空となるように排気し、Ａｒ（アルゴン）などの不活性ガス２１と窒素ガス２２とを導入しながら、高電圧を印加していく。この高電圧によりグロー放電の発生に伴って不活性ガス２１と窒素ガス２２とがプラズマ化し、正に帯電したイオンが陰極のニオブなどの金属でできたターゲット２３に衝突して、ターゲット２３の表面の原子などをはじき飛ばし、これが基板２５上に堆積することで、図７（ｂ）に示すような窒化ニオブ（ＮｂＮ）薄膜２７ａが成膜される。つぎに、その窒化ニオブ（ＮｂＮ）薄膜２７ａの表面のほこりなどを除去した後に、図７（ｃ）に示すように、感光レジストを均一に塗布し、感光レジストを塗布した窒化ニオブ（ＮｂＮ）薄膜２７ｂを作成する。薄膜の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍぐらいにすることができる。つぎに、あらかじめ作成しておいた上述した図１（ａ）または（ｂ）に示すようなパターンからなるフォトマスク２８（図７（ｄ））を、図７（ｅ）に示すように、感光レジストを塗布した窒化ニオブ（ＮｂＮ）薄膜２７ｂに密着させて紫外線で露光し、図７（ｆ）に示すように、現像液に浸してレジスト現像処理を行ってパターンを現像し、フォトマスク２８を取り除くエッチング処理を行い（図７（ｇ））、レジスト剥離処理を施す（図７（ｈ））。
【００２９】
以上、説明したような処理により、窒化ニオブ（ＮｂＮ）薄膜によるスパイラル型のＭＫＩＤ２９を作成することができる。
【００３０】
上述した作成方法においては、ターゲット２３にニオブ（Ｎｂ）を用いているが、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などの他の金属を用いて超伝導薄膜を形成するようにしてもよいし、基板についても公知の他の基板を用いてもよい。また、テラヘルツ波の光子の入射によりインダクタンスや抵抗の大きさが変化するような材料のものであれば、超伝導材料以外の材料によりパターンを形成してもよい。
【００３１】
上述した作成方法で形成した本実施例における図１（ａ）に示すパターンの吸収型のＭＫＩＤについて、その性能を評価する実験を行い、その結果を図３〜図６を参照して説明する。
【００３２】
図３は、本実施例における図１（ａ）に示すパターンの吸収型のＭＫＩＤのマイクロ波伝達特性を示す図であり、図４は、実施例における図１（ａ）に示すパターンの吸収型のＭＫＩＤのマイクロ波伝達特性の測定マイクロ波電力依存度を示す図である。
【００３３】
図３は、０．３Ｋの温度において、図１（ａ）に示すパターンの吸収型のＭＫＩＤの２端子間にマイクロ波を入力させて周波数を変更していった場合の伝達特性を示し、実線部分が実測値を示し、一点鎖線部分は多項式近似曲線を示している。図３に示されるように、テラヘルツ波の感度を決定する特性要素の一つである固有マイクロ波共振周波数（約３．３ＧＨｚ）において、高い共振性能指数Ｑ（Quality Factor）を示しており、本実施例における吸収型のＭＫＩＤが高感度であることがわかる。図３においては、約３．３ＧＨｚのときに、出力が−７ｄＢ落ちており、共振性能指数Ｑ値がおよそ２０万となることがわかり、高感度の共振回路を形成していることがわかる。
【００３４】
また、図４は、０．３Ｋの温度において、マイクロ波伝達特性の測定電力依存性を示している。印加した電力が−７０ｄＢｍ（０．１ｎＷ）の場合と、−６０ｄＢｍ（１ｎＷ）の場合（図３に示すマイクロ波伝達特性と同様）とを比較すると、マイクロ波共振周波数とそのマイクロ波共振周波数における透過率とが異なる値を示している。電力を−７０ｄＢｍ（０．１ｎＷ）から−６０ｄＢｍ（１ｎＷ）に増大させた場合、超伝導スパイラル５に吸収される電力差（熱エネルギー差）により超伝導インダクタンスが増加して共振周波数が低下したことを示している。この特徴は、テラヘルツ波の光子が入射した場合に、超伝導インダクタンスが増加して共振周波数が低下した場合と等価と考えられる。従って、本実施例における吸収型のＭＫＩＤがマイクロ波共振器として動作していることがわかる。
【００３５】
図５は、ＭＫＩＤのスパイラル寸法を、上述した図１（ａ）に示す寸法の１００倍に拡大した銅箔スパイラルアンテナを作成し、その銅箔スパイラルアンテナを用いてリターンロス周波数依存性を測定した結果を示している。スパイラル寸法を拡大したことによってアンテナの周波数領域が１００分の１に低下するが、そのリターンロスは、上述した実施例における寸法のＭＫＩＤにおけるリターンロスと等価とみることができる。図５に示す測定値より、１ＧＨｚから測定可能周波数の上限２０ＧＨｚの広い帯域にわたってリターンロスが低いことが確認された。従って、上述した実施例における寸法のＭＫＩＤにおいては、アンテナの周波数領域がその１００倍の、０．１ＴＨｚから２ＴＨｚ以上の広帯域領域にわたってアンテナとして動作することがわかる。
【００３６】
また、図６は、上述した図１（ａ）に示すＭＫＩＤにおけるリターンロス周波数依存性のシミュレーションによる３次元電磁界解析結果を示している。図６に示したように、解析した結果も０．１ＴＨｚから２ＴＨｚ以上の広帯域領域にわたってアンテナとして動作することを示している。
【００３７】
本実施例におけるＭＫＩＤを複数備えて、共通するマイクロ波導波路に対して、あらかじめ定めた間隔を隔てて近接させてアレイ状に２次元に配置させることでテラヘルツ波検出システムを構成でき、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような画素単位で面状の検出が可能になる。特に、本実施例におけるＭＫＩＤは小型化を図れるので、アレイ状に配置させても省スペースで構成することができ、大規模なアレイを構成することが可能となる。
【００３８】
本実施例におけるＭＫＩＤは、様々な分野で利用することができる。例えば、天文学の分野におけるテラヘルツ波の検出のみならず、テラヘルツ波による透過イメージングやテラヘルツ分光による医療分野、物性研究への応用などで利用することができる。
【００３９】
以上、本実施例によれば、ＭＫＩＤの超伝導スパイラル５の線路長を、マイクロ波の半波長程度の線路長とすることで、マイクロ波共振器の機能とテラヘルツ波アンテナとを兼ねることができるため、テラヘルツ波アンテナとマイクロ波共振器とを別々に構成する必要がなくなるため、より簡単な構成で、省スペースを図ることができ、より小型化が可能となる。また、マイクロ波共振器の機能を兼ねるように構成したテラヘルツ波アンテナでも、そのまま広帯域のテラヘルツ波が高感度で検知できる。
【００４０】
上述した実施例においては、超伝導スパイラル５のパターンを、矩形状のスパイラル構成としていたが、多角形、円形等の形状のスパイラル構成にしてもよい。また、線路長の半分の部分を中心としてスパイラル型に形成されているため、線路長の半分から折り返されて巻かれた状態になり、より小型化を図ることができる。なお、線路の一端を中心として、他端を外側にして巻いた形状のスパイラル型アンテナの場合には、マイクロ波共振器の機能を兼ねることができない構成であることを確認している。
【００４１】
また、上述した実施例における超伝導スパイラル５の寸法は、一例を示したものであり、テラヘルツ波アンテナの機能を有していれば、線路幅、線路間間隔、また、矩形状の最外周の一辺の縦幅６と横幅７等の寸法は適宜選択することができる。さらに、超伝導スパイラル５と、超伝導マイクロ波導波路３との間隔についてもマイクロ波結合に最適な間隔とすることができる。
【００４２】
以上、本発明のマイクロ波動力学インダクタンス検知型テラヘルツ波センサについて実施例に基づいて説明したが、本発明は、この実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変形を施したものも本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１００ａ          吸収型ＭＫＩＤ
１００ｂ          透過型ＭＫＩＤ
１、２            端子
３                超伝導マイクロ波導波路
４                マイクロ波結合部
５                超伝導スパイラル
６                超伝導スパイラルの縦幅
７                超伝導スパイラルの横幅
８                囲み部
９                囲み部の内周の縦幅
１０              囲み部の内周の横幅
１１              線路
１２              ＬＣ直列共振回路
２０              真空蒸着装置
２１              アルゴンガス
２２              窒素ガス
２３              ニオブターゲット
２４              窒化ニオブ薄膜
２５              サファイア基板
２６              真空排気口
２７ａ〜２７ｄ    窒化ニオブ薄膜
２８              フォトマスク
２９              ＮｂＮスパイラル型ＭＫＩＤ
３０              従来型ＭＫＩＤ
３１              テラヘルツ波アンテナ
３２              マイクロ波共振器
３３              基板
３４              コプレーナ導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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