NTTと東北大、フォノニック結晶を用いて信号波形の圧縮に成功――超音波振動で信号増幅を実現

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フォノニック結晶導波路

NTTと東北大学は2018年4月6日、超音波振動の「流れ」を操ることができるフォノニック結晶を用いて波形圧縮による信号の増幅動作を実証したと発表した。

MEMS(マイクロ電気機械システム)は、数ミリメートルから数マクロメートルサイズの微小な立体機械構造を有するデバイスで、振動させると、超音波という高い周波数の振動を引き起こす。最新の移動体通信システムでは、この現象を利用した表面弾性波フィルタや発振素子などのMEMS振動子が、送受信した高周波信号の処理に応用されている。しかし、MEMSでは、超音波振動の進む速さや波長の制御が難しいという問題があった。

そこで研究グループは、MEMS振動子の作製技術をベースに、微小な振動を伝える路(導波路)に周期的な孔を有する薄膜構造から構成されたフォノニック結晶を作製した。このフォノニック結晶では、導波路端に設置した電極に電圧を加えるだけで、超音波振動を誘起可能。また、薄膜の周期孔の間隔を調整することで、振動の分散特性も制御できる。

そして実際、振動の伝搬を測定し、フォノニック結晶が有する群速度の周波数依存性、いわゆる分散を実験的に明らかにした。導波路端から周波数変調を加えた振動を入力することで、この分散による波形の拡大と圧縮にも成功した。

研究グループは同技術により、MEMSを用いた信号処理デバイスの小型化や高集積化に繋がることが期待されると説明。また、今後は、素子の非線形効果を取り入れた高度な波形制御の実証、さらには、素子の微細化を進め、ギガヘルツ(GHz)の高周波数の超音波振動で動作するフォノニック結晶素子の作製も進めるとしている。

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