[論文レビュー] A Dynamically Reconfigurable Terahertz Array Antenna for Near-field Imaging Applications

Kathirvel Nallappan, Jingwen Li+5 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2017

Terahertz technology and applications参考文献 7被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、100 µmの電極ギャップを有するGaAs上にフォトリフューザブルな8素子テラヘルツ（THz）アレイアンテナを実装し、波長未満の分解能を実現する高速な近場イメージングを可能にする。光学プローブビームをアレイ全体にスキャンし、ロックインアンプを用いることで、2次元の振幅、位相、周波数情報を同時に取得する。これにより、リアルタイムで高分解能なTHzイメージングが実現された。

ABSTRACT

A proof of concept for high speed near-field imaging with sub-wavelength resolution using SLM is presented. An 8 channel THz detector array antenna with an electrode gap of 100 um and length of 5 mm is fabricated using the commercially available GaAs semiconductor substrate. Each array antenna can be excited simultaneously by spatially reconfiguring the optical probe beam and the THz electric field can be recorded using 8 channel lock-in amplifiers. By scanning the probe beam along the length of the array antenna, a 2D image can be obtained with amplitude, phase and frequency information.

研究の動機と目的

• 高速かつ波長未満の分解能を有する近場イメージングを実現する再構成可能なTHzアレイアンテナの開発。
• THzイメージングにおいて、振幅、位相、周波数情報の同時取得を実現すること。
• 光学ビームを用いたTHzプローブの動的空間スキャンにより、リアルタイムイメージングを実現すること。
• 8チャンネル検出を備えた商業用GaAs基板を用いたプロトタイプシステムの実証。
• 動的再構成を用いることで、従来のTHzイメージングシステムの速度および分解能の制限を克服すること。

提案手法

• 100 µmの電極ギャップを有する5 mmの長さを有するGaAs半導体基板上に8チャンネルTHz検出アレイアンテナをフォトリフューザブルに製造した。
• 光学プローブビームをアレイに沿って空間的にスキャンし、異なるアンテナ素子を動的に励起した。
• 8チャンネルのロックインアンプを用いて、位相および振幅検出のためのTHz電界応答を記録した。
• プローブビームをアレイ全体にスキャンすることで2次元画像を取得し、周波数情報も保持した。
• 光学ビームの空間的再構成により、機械的移動を伴わず、センシングポイントを動的に制御可能となった。
• 複数の検出ポイントに1本の光学ビームを用いることで、高速なデータ取得が可能となった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダイナミックに再構成可能なTHzアレイアンテナは、近場イメージングにおいて波長未満の分解能を達成できるか？
• RQ2 1本の光学プローブビームを用いて、複数のTHzアンテナ素子をスキャン・励起し、リアルタイムイメージングに効果的に応用できるか？
• RQ3 提案されたシステムの実現可能な空間分解能およびイメージング速度はどの程度か？
• RQ4 この構成を用いることで、THz信号から振幅、位相、周波数情報を同時に抽出できるか？
• RQ5 100 µmの電極ギャップを有するGaAsベースのアレイは、高分解能イメージングをどの程度サポートできるか？

主な発見

• 本システムは、ダイナミックに再構成可能なTHzアレイアンテナを用いて、波長未満の分解能を実現する高速な近場イメージングを成功裏に実証した。
• 8チャンネルのロックインアンプ構成により、アレイ全体で振幅、位相、周波数データの同時取得が可能となった。
• 光学プローブビームの空間スキャンにより、機械的移動を伴わず2次元画像再構成が実現した。
• 100 µmの電極ギャップを有する製造済みアレイは、近場イメージング用途に十分な空間分解能を達成した。
• 動的光学ビーム再構成により、プロトタイプシステムはリアルタイムイメージング能力を実現した。
• THz光源または検出器の機械的スキャンを排除することで、高速なデータ取得が可能となった。