特開 2024-120724 テラヘルツ波伝送回路、テラヘルツ波デバイス、および誘電体の物性測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120724

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】テラヘルツ波伝送回路、テラヘルツ波デバイス、および誘電体の物性測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3581 20140101AFI20240829BHJP

   G01N 21/41 20060101ALI20240829BHJP

   G01N 21/3563 20140101ALI20240829BHJP

   G02B 6/122 20060101ALI20240829BHJP

   H04B 1/04 20060101ALN20240829BHJP

【ＦＩ】

G01N21/3581

G01N21/41 Z

G01N21/3563

G02B6/122

H04B1/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027731

(22)【出願日】2023-02-24

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２０年度国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ポスト５Ｇ情報通信システム基盤強化研究開発事業／先導研究（委託）／ミリ波・テラヘルツ帯向け高機能材料・測定の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】000002901

【氏名又は名称】株式会社ダイセル

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】冨士田 誠之

(72)【発明者】

【氏名】永妻 忠夫

(72)【発明者】

【氏名】ウェバー ジュリアン レオナルド

(72)【発明者】

【氏名】芳我 基治

【テーマコード（参考）】

2G059

2H147

5K060

【Ｆターム（参考）】

2G059AA02

2G059BB08

2G059EE01

2G059EE12

2G059GG09

2G059HH05

2G059MM01

2H147AB15

2H147AB21

2H147BB02

2H147BD02

2H147BD03

2H147BD16

2H147BE12

2H147BE15

2H147CD02

2H147EA09A

2H147EA10D

2H147EA12A

2H147EA13A

2H147EA16A

2H147EA17A

2H147EA19A

2H147EA22A

2H147GA19

2H147GA26

5K060EE05

5K060PP05

(57)【要約】

【課題】テラヘルツ波に対する誘電体の物性を適切に測定する。テラヘルツ帯の伝送に適した伝送回路を実現する。
【解決手段】テラヘルツ波伝送回路（２）は、テラヘルツ波が入力される、誘電体で形成された入力部（１１）と、入力部に接続され、誘電体で形成された伝送路（１２）と、伝送路に光学的に結合され、誘電体で形成された共振器構造（１３）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

テラヘルツ波が入力される、誘電体で形成された入力部と、
前記入力部に接続され、誘電体で形成された伝送路と、
前記伝送路に光学的に結合され、誘電体で形成された共振器構造と、を備える、テラヘルツ波伝送回路。

【請求項2】

前記共振器構造は、環状構造を有する、請求項１に記載のテラヘルツ波伝送回路。

【請求項3】

前記共振器構造は、ねじれ構造を有する、請求項１に記載のテラヘルツ波伝送回路。

【請求項4】

前記入力部、前記伝送路または前記共振器構造を支持する支持体を備える、請求項１に記載のテラヘルツ波伝送回路。

【請求項5】

前記支持体における前記入力部、前記伝送路または前記共振器構造との境界領域には、前記誘電体中における前記テラヘルツ波の波長未満のピッチで形成された複数の細孔が形成されている、請求項４に記載のテラヘルツ波伝送回路。

【請求項6】

前記伝送路に接続され、前記テラヘルツ波を出力する、誘電体で形成された出力部を備える、請求項１に記載のテラヘルツ波伝送回路。

【請求項7】

請求項３に記載のテラヘルツ波伝送回路を備え、
前記テラヘルツ波伝送回路は、前記伝送路に接続された、前記テラヘルツ波を出力する、誘電体で形成された出力部を備え、
前記入力部に、第１方向に偏波した前記テラヘルツ波を入力する第１導波部と、
前記出力部から、前記第１方向に偏波した前記テラヘルツ波を取り出す第２導波部と、をさらに備える、テラヘルツ波デバイス。

【請求項8】

請求項１から６のいずれか一項に記載のテラヘルツ波伝送回路に前記テラヘルツ波を入力する入力ステップと、
前記テラヘルツ波伝送回路からのテラヘルツ波の出力を測定する測定ステップと、
前記出力を用いて、前記誘電体の前記テラヘルツ波に対する物性を特定する特定ステップと、を含む、誘電体の物性測定方法。

【請求項9】

前記特定ステップでは、前記誘電体の前記テラヘルツ波に対する屈折率または誘電正接を特定する、請求項８に記載の誘電体の物性測定方法。

【請求項10】

テラヘルツ波が入力される、誘電体で形成された入力部と、
前記入力部に接続され、ねじれ構造を有する、誘電体で形成された伝送路と、
前記伝送路に接続され、前記テラヘルツ波を出力する、誘電体で形成された出力部と、
前記入力部に、第１方向に偏波した前記テラヘルツ波を入力する第１導波部と、
前記出力部から、前記第１方向とは異なる第２方向に偏波した前記テラヘルツ波を取り出す第２導波部と、を備える、テラヘルツ波デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はテラヘルツ波伝送回路、テラヘルツ波デバイス、および誘電体の物性測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１は、時間領域分光法と呼ばれる、テラヘルツ波に対する誘電体の物性の測定方法を開示している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Mira Naftaly et. al.，“Terahertz Time-Domain Spectroscopy for Material Characterization”，Proceedings of the IEEE，p.1658-1665，vol.95，No.8，August 2007

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、周波数によっては物性の高精度な評価が難しいという問題がある。

【0005】

また、信号の周波数がテラヘルツ帯まで高くなると、金属の伝送回路では、損失が大きくなる。

【0006】

本発明の一態様は、テラヘルツ波に対する誘電体の物性を適切に測定すること、および、テラヘルツ帯の信号の伝送に適した伝送回路を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の態様１に係るテラヘルツ波伝送回路は、テラヘルツ波が入力される、誘電体で形成された入力部と、前記入力部に接続され、誘電体で形成された伝送路と、前記伝送路に光学的に結合され、誘電体で形成された共振器構造と、を備える。

【0008】

上記の構成によれば、共振器構造を備えるため、透過率の周波数変化に共振特性が現れる。そのため、誘電体の材料および構造に依存するＦＳＲまたはＱ値をシミュレーション結果と比較することで、材料に依存する屈折率または誘電正接等を得ることができる。それゆえ、テラヘルツ波に対する誘電体の物性を適切に特定することができる。また、テラヘルツ波伝送回路を、テラヘルツ帯の信号の伝送に適した伝送回路として用いることができる。

【0009】

本発明の態様２に係るテラヘルツ波伝送回路は、上記態様１において、前記共振器構造は、環状構造を有する構成であってもよい。

【0010】

上記の構成によれば、透過率の周波数変化に環状構造の長さに応じた共振特性が現れる。

【0011】

本発明の態様３に係るテラヘルツ波伝送回路は、上記態様１において、前記共振器構造は、ねじれ構造を有する構成であってもよい。

【0012】

本発明の態様４に係るテラヘルツ波伝送回路は、上記態様１から３において、前記入力部、前記伝送路または前記共振器構造を支持する支持体を備える構成であってもよい。

【0013】

本発明の態様５に係るテラヘルツ波伝送回路は、上記態様４において、前記支持体における前記入力部、前記伝送路または前記共振器構造との境界領域には、前記誘電体中における前記テラヘルツ波の波長未満のピッチで形成された複数の細孔が形成されている構成であってもよい。

【0014】

上記の構成によれば、伝送路等から支持体にテラヘルツ波が漏れることを低減することができる。

【0015】

本発明の態様６に係るテラヘルツ波伝送回路は、上記態様１から５において、前記伝送路に接続され、前記テラヘルツ波を出力する、誘電体で形成された出力部を備える構成であってもよい。

【0016】

本発明の態様７に係るテラヘルツ波デバイスは、上記態様３のテラヘルツ波伝送回路を備え、前記テラヘルツ波伝送回路は、前記伝送路に接続された、前記テラヘルツ波を出力する、誘電体で形成された出力部を備え、前記入力部に、第１方向に偏波した前記テラヘルツ波を入力する第１導波部と、前記出力部から、前記第１方向に偏波した前記テラヘルツ波を取り出す第２導波部と、をさらに備える構成であってもよい。

【0017】

本発明の態様８に係る誘電体の物性測定方法は、上記態様１から６のテラヘルツ波伝送回路に前記テラヘルツ波を入力する入力ステップと、前記テラヘルツ波伝送回路からのテラヘルツ波の出力を測定する測定ステップと、前記出力を用いて、前記誘電体の前記テラヘルツ波に対する物性を特定する特定ステップと、を含む。

【0018】

本発明の態様９に係る誘電体の物性測定方法は、上記態様８において、前記特定ステップでは、前記誘電体の前記テラヘルツ波に対する屈折率または誘電正接を特定する構成であってもよい。

【0019】

本発明の態様１０に係るテラヘルツ波デバイスは、テラヘルツ波が入力される、誘電体で形成された入力部と、前記入力部に接続され、ねじれ構造を有する、誘電体で形成された伝送路と、前記伝送路に接続され、前記テラヘルツ波を出力する、誘電体で形成された出力部と、前記入力部に、第１方向に偏波した前記テラヘルツ波を入力する第１導波部と、前記出力部から、前記第１方向とは異なる第２方向に偏波した前記テラヘルツ波を取り出す第２導波部と、を備える。

【0020】

上記の構成によれば、テラヘルツ波の偏波方向を回転させる回路を実現することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明の一態様によれば、テラヘルツ波に対する誘電体の物性を適切に特定することができる。また、テラヘルツ波伝送回路を、テラヘルツ帯の信号の伝送に適した伝送回路として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】一実施形態のテラヘルツ波デバイスの構成を示す平面図である。

【図2】入力部の周辺を拡大して示す斜視図である。

【図3】テラヘルツ波伝送回路の透過率の測定のフローを示す図である。

【図4】テラヘルツ波伝送回路の屈折率および誘電正接の測定のフローを示す図である。

【図5】テラヘルツ波伝送回路の透過率の周波数変化の一例を示す図である。

【図6】テラヘルツ波伝送回路の透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。

【図7】図６に示す電磁界シミュレーション結果から得られた、屈折率とＦＳＲとの対応関係を示す図である。

【図8】テラヘルツ波伝送回路の透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。

【図9】図８に示す電磁界シミュレーション結果から得られた、誘電正接tanδとＱ値との対応関係を示す図である。

【図10】変形例のテラヘルツ波伝送回路の構成を示す平面図である。

【図11】変形例のテラヘルツ波伝送回路の構成を示す平面図である。

【図12】変形例のテラヘルツ波伝送回路の構成を示す平面図である。

【図13】変形例のテラヘルツ波伝送回路の構成を示す平面図である。

【図14】変形例のテラヘルツ波伝送回路の構成を示す平面図である。

【図15】変形例のテラヘルツ波伝送回路の構成を示す平面図である。

【図16】テラヘルツ波伝送回路の反射率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果の例を示す図である。

【図17】一実施形態のテラヘルツ波デバイスの構成を示す斜視図である。

【図18】テラヘルツ波伝送回路の透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。

【図19】一実施形態のテラヘルツ波デバイスの構成を示す斜視図である。

【図20】テラヘルツ波デバイスにおけるテラヘルツ波伝送回路の透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。

【図21】テラヘルツ波伝送回路の透過率の周波数変化の測定結果の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本明細書において、テラヘルツ波とは、テラヘルツ帯の周波数を有する電磁波を意味する。一例として、テラヘルツ帯の周波数は、０．１ＴＨｚ以上、１０ＴＨｚ以下であってよい。典型的なテラヘルツ帯の周波数は、例えば、０．１ＴＨｚ以上、１ＴＨｚ以下であってもよく、さらに典型的には、０．１ＴＨｚ以上、０．４ＴＨｚ以下であってもよい。

【0024】

テラヘルツ帯の信号の伝送には、金属の伝送回路よりも、誘電体の伝送回路の方が、損失が小さく有利である。しかしながら、テラヘルツ波に対する誘電体の物性を適切に測定できる方法は従来になかった。従来の測定方法では、例えば、薄膜の誘電体では、測定精度が低かったり、特定周波数では測定精度が低かったりした。以下では、テラヘルツ波に対する誘電体の物性を適切に測定することができる方法、および、テラヘルツ帯の伝送に適した伝送回路について説明する。

【0025】

〔実施形態１〕
（テラヘルツ波デバイスの構成）
図１は、本実施形態のテラヘルツ波デバイス１の構成を示す平面図である。図２は、入力部１１の周辺を拡大して示す斜視図である。図１の下部に、支持体１５の一部を拡大して示す。テラヘルツ波デバイス１は、テラヘルツ波伝送回路２、第１導波部１７、および第２導波部１８を備える。テラヘルツ波伝送回路２は、入力部１１、伝送路１２、共振器構造１３、出力部１４、および支持体１５を備える。テラヘルツ波伝送回路２（入力部１１、伝送路１２、共振器構造１３、出力部１４、および支持体１５）は、一体の誘電体で形成されている。テラヘルツ波伝送回路２は、Ｚ軸において一定の厚さを有し、誘電体の平板を加工するまたは型を用いて樹脂成型することで得られる。

【0026】

本実施形態では、伝送路１２および共振器構造１３を形成する誘電体のテラヘルツ波に対する物性（特に屈折率または誘電正接）を測定する。本実施形態では、誘電体としてポリオクテニレン５０ｗ％およびＢＶＰＥ（ビス（ビニルフェニル）エタン）５０ｗ％の樹脂を用いるが、誘電体はこれに限定されない。

【0027】

誘電体の例として、ガラスエポキシ樹脂、ガラスポリフェニレンエーテル樹脂、セラミックフィラー樹脂、フッ素系樹脂、ポリオクテニレン、シルセスキオキサン、ジメチルポリフェニレンスルフィド、ビニルフェニルエタン、脂環式エポキシ、酢酸セルロース、ポリウレタン、ＣＯＣ（シクロオレフィン共重合体）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＧＦ－ＰＥＴ（ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＭＭＩ（ポリメタクリルイミド）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＳＡＮ（スチレンアクリロニトリル）、ＰＰ（ポリプロピレン）または、それらのハイブリッド樹脂、あるいは、それらのうちの少なくとも１つと他の有機材料とを含むハイブリッド樹脂等が挙げられる。誘電体の例として、アルミナ、窒化ケイ素、または窒化アルミニウム等のセラミックスあるいは低温同時焼成セラミックスが挙げられる。誘電体の例として、シリコン、ゲルマニウム、インジウムリン、ガリウムヒ素、アルミニウムヒ素、ガリウムリン、窒化ガリウム等の半導体、または、それらのうちの複数の構成元素を含む化合物半導体、あるいは、シリコンカーバイド、またはダイヤモンド等が挙げられる。このように、絶縁体だけでなく、半導体を誘電体として用いてもよい。

【0028】

入力部１１は、テラヘルツ波が入力される部分である。入力部１１は、Ｙ軸における幅が先端に行くほど小さくなるテーパ形状を有している。入力部１１がテーパ形状を有することで、インピーダンスが整合し、反射を減らし入力時のテラヘルツ波の損失を小さくすることができる。入力部１１のテーパ形状のＸ方向における長さは、テラヘルツ波の波長以上であることが好ましい。ただし、入力部１１の構造は、これに限らず、任意の形状であってよい。例えば、入力部１１の端面は、入力されるテラヘルツ波の進行方向に垂直な平面であってもよい。

【0029】

伝送路１２は、テラヘルツ波を伝送する部分である。伝送路１２の一端は、入力部１１に接続されている。伝送路１２は、Ｘ軸に沿って直線状に延びている。

【0030】

共振器構造１３は、所定の周波数のテラヘルツ波が共振する共振器として働く部分である。共振器構造１３は、結合部１９において、伝送路１２と光学的に結合されている。光学的に結合しているとは、伝送路１２を伝送されてきたテラヘルツ波の一部が、結合部１９において、共振器構造１３に伝搬することを意味する。同様に、共振器構造１３の中のテラヘルツ波の一部は、伝送路１２に伝搬する。ここでは、共振器構造１３は、結合部１９において、伝送路１２と機械的に接続されている。ただしこれに限らず、共振器構造１３と伝送路１２との間に、テラヘルツ波の波長未満の隙間があってもよく、この場合でも、テラヘルツ波の一部は、両者の間を伝搬する。伝搬を考慮して、共振器構造１３と伝送路１２とが結合している結合部１９は、誘電体中におけるテラヘルツ波の波長の２倍以上の長さ（Ｘ軸に沿った長さ）を有することが好ましい。

【0031】

共振器構造１３は、環状構造を有する。ここでは、共振器構造１３は、一対の半円と一対の平行な線分とが互いに接続された形状を有する。共振器構造１３の環の長さによって、共振する周波数が決定される。

【0032】

出力部１４は、テラヘルツ波を出力する部分である。出力部１４は、伝送路１２の他端に接続されている。出力部１４は、Ｙ軸における幅が先端に行くほど小さくなるテーパ形状を有している。出力部１４のテーパ形状のＸ方向における長さは、テラヘルツ波の波長以上であることが好ましい。ただし、出力部１４の構造は、これに限らず、任意の形状であってよい。例えば、出力部１４の端面は、入力されるテラヘルツ波の進行方向に垂直な平面であってもよい。

【0033】

支持体１５は、入力部１１、伝送路１２、共振器構造１３、または出力部１４を支持する。ここでは、支持体１５は、矩形の枠である。支持体１５は、伝送路１２の両端に接続されている。また、支持体１５は、共振器構造１３の一部に接続されている。支持体１５における、少なくとも入力部１１、伝送路１２、共振器構造１３、または出力部１４との境界領域には、複数の細孔１６が形成されている。境界領域において複数の細孔１６は、誘電体中におけるテラヘルツ波の波長未満のピッチ、より好ましくは該波長の１／４未満のピッチで配置されている。複数の細孔１６は、三角格子状、正方格子状、または不規則に配列してもよい。複数の細孔１６の形状も円形に限らず、任意の形状であってよい。境界領域に複数の細孔１６が形成されていることにより、入力部１１、伝送路１２、共振器構造１３、または出力部１４から支持体１５へのテラヘルツ波の漏れを低減することができる。ここでは、支持体１５の全体に、複数の細孔１６が形成されている。テラヘルツ波伝送回路２の位置を固定するために、支持体１５を他の任意の部品で機械的に固定することができる。他の部品が支持体１５に接触しても、支持体１５にはテラヘルツ波がほとんど漏れないため、テラヘルツ波の伝送に影響しない。

【0034】

第１導波部１７は、テラヘルツ波伝送回路２の外部の回路（外部の電子デバイスまたは外部空間）から入力部１１に、テラヘルツ波を入力する。第１導波部１７は、例えば、導体で形成されている。ここでは、第１導波部１７は、金属製の矩形の中空導波管である。入力部１１の一部は、第１導波部１７の中に配置されている。第１導波部１７は、入力部１１に接触していない。

【0035】

第２導波部１８は、出力部１４から出力されたテラヘルツ波を受け取り、テラヘルツ波伝送回路２の外部の回路にテラヘルツ波を伝送する。第２導波部１８は、例えば、導体で形成されている。ここでは、第２導波部１８は、金属製の矩形の中空導波管である。出力部１４の一部は、第２導波部１８の中に配置されている。第２導波部１８は、出力部１４に接触していない。

【0036】

なお、第１導波部１７および第２導波部１８は、それぞれ入力部１１および出力部１４に接触してもよい。例えば、支持体１５を省略し、第１導波部１７および第２導波部１８によって、入力部１１および出力部１４を支持してもよい。

【0037】

（物性測定方法）
本実施形態の物性測定方法では、テラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化を測定する。透過率の周波数変化から、テラヘルツ波伝送回路２を構成する誘電体の物性として、屈折率および誘電正接を特定する。

【0038】

図３は、テラヘルツ波伝送回路２の透過率の測定のフローを示す図である。テラヘルツ波伝送回路２の透過率は、（テラヘルツ波伝送回路２からの出力／テラヘルツ波伝送回路２への入力）である。

【0039】

まず、テラヘルツ波伝送回路２に入力するテラヘルツ波の周波数を、所定の周波数範囲で変更／決定する（Ｓ１１）。決定された周波数のテラヘルツ波を、第１導波部１７からテラヘルツ波伝送回路２に入力する（Ｓ１２）。テラヘルツ波伝送回路２から第２導波部１８へ出力されるテラヘルツ波の強度を測定する（Ｓ１３）。

【0040】

所定の周波数範囲について、測定が完了していなければ（Ｓ１４でＮｏ）、Ｓ１１に戻り、テラヘルツ波の周波数を変更して測定を続ける。

【0041】

所定の周波数範囲について、測定が完了していれば（Ｓ１４でＹｅｓ）、所定の周波数範囲におけるテラヘルツ波伝送回路２への入力の強度を特定する（Ｓ１５）。例えば、テラヘルツ波デバイス１からテラヘルツ波伝送回路２を取り除き、第１導波部１７と第２導波部１８とを互いに直接接続した状態で、第２導波部１８からのテラヘルツ波の出力の強度を測定する。この状態で測定されたテラヘルツ波の出力の強度を、テラヘルツ波伝送回路２へ入力されたテラヘルツ波の強度と見なせる。各周波数についてテラヘルツ波伝送回路２への入力の強度を特定する。

【0042】

各周波数におけるテラヘルツ波伝送回路２への入力の強度と、テラヘルツ波伝送回路２からの出力の強度とを用いて、各周波数におけるテラヘルツ波伝送回路２の透過率を特定する（Ｓ１６）。なお、他の方法を用いて、第１導波部１７からテラヘルツ波伝送回路２に入力されたテラヘルツ波の強度を特定してもよい。テラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化を用いて、テラヘルツ波伝送回路２を構成する誘電体の物性（屈折率または誘電正接）を特定する。

【0043】

図４は、テラヘルツ波伝送回路２の屈折率および誘電正接の測定のフローを示す図である。測定されたテラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化（測定結果）から、物性を測定したい対象周波数におけるＦＳＲ（共振周波数間隔）を特定する（Ｓ２１）。

【0044】

一方、既知の電磁界シミュレーションを用いて、コンピュータによって、テラヘルツ波伝送回路２の誘電体の屈折率を複数変化させたときの、テラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化を求める（Ｓ２２）。なお、この電磁界シミュレーションにおいて、誘電正接は仮の値に設定して計算を行ってよい。誘電正接が変化してもＦＳＲにはほとんど影響しない。透過率の周波数変化のシミュレーション結果から、屈折率と、対象周波数におけるＦＳＲとの対応関係を得ることができる（Ｓ２３）。屈折率と、対象周波数におけるＦＳＲとの対応関係は、例えば、テーブルで表されてもよいし、シミュレーション結果を近似した曲線または曲線を表す数式で表されてもよい。ＦＳＲは、誘電体の屈折率と反比例の関係にある。

【0045】

屈折率と、対象周波数におけるＦＳＲとの対応関係に基づいて、測定結果から得られた対象周波数におけるＦＳＲに対応する屈折率を特定する（Ｓ２４）。このようにして、テラヘルツ波伝送回路２を構成する誘電体の、対象周波数のテラヘルツ波に対する屈折率を測定することができる。

【0046】

また、測定されたテラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化（測定結果）から、対象周波数におけるＱ値（quality factor）を特定する（Ｓ２５）。

【0047】

一方、既知の電磁界シミュレーションを用いて、コンピュータによって、テラヘルツ波伝送回路２の誘電体の誘電正接を複数変化させたときの、テラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化を求める（Ｓ２６）。なお、この電磁界シミュレーションにおいて、誘電体の屈折率としては、先に特定された誘電体の屈折率を用いる。透過率の周波数変化のシミュレーション結果から、誘電正接と、対象周波数におけるＱ値との対応関係を得ることができる（Ｓ２７）。誘電正接と、対象周波数におけるＱ値との対応関係は、例えば、テーブルで表されてもよいし、シミュレーション結果を近似した曲線または曲線を表す数式で表されてもよい。Ｑ値は、誘電体の誘電正接と反比例の関係にある。

【0048】

誘電正接と、対象周波数におけるＱ値との対応関係に基づいて、測定結果から得られた対象周波数におけるＱ値に対応する誘電正接を特定する（Ｓ２８）。これにより、テラヘルツ波伝送回路２を構成する誘電体の、対象周波数のテラヘルツ波に対する誘電正接を測定することができる。

【0049】

図５は、テラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化の一例を示す図である。縦軸は、透過率［ｄＢ］である。テラヘルツ波伝送回路２からの出力がテラヘルツ波伝送回路２への入力と同じとき、透過率は０ｄＢである。横軸は、テラヘルツ波の周波数［ＧＨｚ］である。

【0050】

テラヘルツ波伝送回路２は共振器構造１３を備えるため、透過率には共振器構造１３に応じた共振特性が見られる。共振器構造１３で共振する周波数のテラヘルツ波は、共振器構造１３に閉じ込められている間に減衰するため、透過率に下向きの共振ピークが複数表れる。対象周波数を挟んで互いに隣接する２つの共振ピークの間隔が、該対象周波数でのＦＳＲであると見なせる。

【0051】

共振のＱ値は、対象周波数付近の下向きの共振ピークから読み取ることができる。透過率をＴ（ｆ）［ｄＢ］、周波数をｆとしたとき、１つの共振ピークについて以下が成り立つ。
Ｔ（ｆ）＝Ｔ_０＋Ａ・ｌｏｇ_１０｛Δｆ／（４（ｆ－ｆｒ）^２＋Δｆ^２）｝
Ｑ＝ｆｒ／Δｆ
ここで、ＱはＱ値、ｆｒは共振周波数、Δｆは半値全幅、Ｔ_０は透過率のオフセットである。透過率の周波数変化の測定値の共振ピークに、ローレンツ型関数であるＴ（ｆ）をフィッティングすることで、ｆｒおよびΔｆを特定する。ｆｒおよびΔｆからＱを特定する。

【0052】

図６は、テラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。図６においては、テラヘルツ波伝送回路２の誘電体の屈折率ｎを複数変化させた電磁界シミュレーション結果を重ねて描いている。縦軸は、透過率［ｄＢ］である。横軸は、テラヘルツ波の周波数［ＧＨｚ］である。図からも分かるとおり、屈折率ｎが大きくなるほど、ＦＳＲは小さくなっていく。ここから、屈折率ｎとＦＳＲとの対応関係を得ることができる。

【0053】

図７は、図６に示す電磁界シミュレーション結果から得られた、屈折率とＦＳＲとの対応関係を示す図である。縦軸は、ＦＳＲの逆数［１／ＧＨｚ］である。横軸は、屈折率ｎである。ＦＳＲと屈折率とは反比例の関係にある。それゆえ、ＦＳＲの逆数と屈折率とは線形の関係にある。図における直線は、複数の電磁界シミュレーション結果から得られた点を近似する直線である。このＦＳＲと屈折率との対応関係を用いて、測定値から読み取ったＦＳＲから、テラヘルツ波伝送回路２を構成する誘電体の屈折率を特定することができる。特定された屈折率は、テラヘルツ波伝送回路２の形状に依存しない、誘電体自体の物性である。

【0054】

図８は、テラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。図８においては、テラヘルツ波伝送回路２の誘電体の誘電正接tanδを複数変化させた電磁界シミュレーション結果を重ねて描いている。縦軸は、透過率［ｄＢ］である。横軸は、テラヘルツ波の周波数［ＧＨｚ］である。図からも分かるとおり、誘電正接tanδが小さくなるほど、共振ピークはより鋭くなっている。すなわち、誘電正接tanδが小さくなるほど、Ｑ値は大きくなっていく。ここから、誘電正接tanδとＱ値との対応関係を得ることができる。

【0055】

図９は、図８に示す電磁界シミュレーション結果から得られた、誘電正接tanδとＱ値との対応関係を示す図である。縦軸は、Ｑ値の逆数である。横軸は、誘電正接tanδである。Ｑ値の逆数と誘電正接tanδとは線形の関係にある。図における直線は、複数の電磁界シミュレーション結果から得られた点を近似する直線である。このＱ値と誘電正接tanδとの対応関係を用いて、測定値から読み取ったＱ値から、テラヘルツ波伝送回路２を構成する誘電体の誘電正接tanδを特定することができる。特定された誘電正接tanδは、テラヘルツ波伝送回路２の形状に依存しない、誘電体自体の物性である。

【0056】

このようにして、共振器構造１３を備えるテラヘルツ波伝送回路２を用いて、テラヘルツ波伝送回路２の形状に依存しない、材料としての誘電体の物性（屈折率または誘電正接）を測定することができる。また、テラヘルツ波伝送回路２自体を、テラヘルツ波を伝送するための回路として用いることができる。テラヘルツ波伝送回路２の透過率には、共振器構造１３に応じた下向きの共振ピークが現れる。それゆえ、テラヘルツ波伝送回路２を、特定範囲の周波数のテラヘルツ波を透過または遮蔽するフィルタ回路として用いることができる。

【0057】

なお、テラヘルツ波伝送回路２の作製に用いた樹脂を、誘電体の物性測定のためではなくプリント配線板用の樹脂として用いる場合、誘電体は、はんだリフローにおける耐熱性の観点から、熱硬化性を有する樹脂を含むことが好ましい。誘電正接が比較的低い樹脂として、例えば、ポリオクテニレン、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＳ、またはＰＰ等を挙げることができる。誘電正接が比較的低い樹脂に、他の有機材料等（例えば熱硬化性または耐熱性を有する樹脂）を加えることで、熱硬化性を有し、かつ、誘電正接が比較的低い樹脂を得ることができる。ポリオクテニレンおよびＢＶＰＥを含む樹脂は、熱硬化性を有し、かつ、誘電正接が比較的低い樹脂の一例である。このような樹脂を、テラヘルツ帯の信号を伝送するプリント配線板に好適に用いることができる。

【0058】

なお、上記では、テラヘルツ波伝送回路２の透過率を測定することで、誘電体の物性を特定する形態について説明した。これに限らず、テラヘルツ波伝送回路２の反射率を測定することで、誘電体の物性を特定してもよい。例えば、テラヘルツ波デバイス１から第２導波部１８を取り除いたものを用いる。上記と同様に、入力部１１にテラヘルツ波を入力すると、伝送路１２の他端（出力部１４）で反射が起こり、入力部１１からテラヘルツ波が出力される。この場合、入力部１１が入出力部として機能する。第１導波部１７側で入力と出力とを分離し、テラヘルツ波の出力の強度を測定することができる。このテラヘルツ波の出力の強度をテラヘルツ波の入力の強度で除した値が、テラヘルツ波伝送回路２の反射率である。テラヘルツ波伝送回路２の反射率にも、透過率と同様の、共振器構造１３に応じた共振特性が表れる。すなわち、上述の方法と同様にして、テラヘルツ波伝送回路２の反射率の周波数変化から、ＦＳＲまたはＱ値を特定し、シミュレーション結果と比較することにより誘電体の屈折率または誘電正接を特定することができる。

【0059】

（変形例）
本発明の他の変形例について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、既に説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

【0060】

図１０は、変形例のテラヘルツ波伝送回路２ａの構成を示す平面図である。テラヘルツ波伝送回路２ａは、入力部１１、伝送路１２、共振器構造１３、出力部１４、および支持体１５ａを備える。テラヘルツ波伝送回路２ａは、一体の誘電体で形成されている。ここでは支持体１５ａは、Ｕ字形状である。支持体１５ａは、伝送路１２に接続されているが、共振器構造１３には接続されていない。支持体１５ａにおける伝送路１２との境界領域には、複数の細孔１６が形成されている。支持体１５ａにおける境界領域以外の領域には、細孔１６は形成されていなくてもよい。

【0061】

図１１は、変形例のテラヘルツ波伝送回路２ｂの構成を示す平面図である。テラヘルツ波伝送回路２ｂは、入力部１１ｂ、伝送路１２、第１共振器構造１３ｂａ、第２共振器構造１３ｂｂ、および出力部１４ｂを備える。入力部１１ｂおよび出力部１４ｂは、テーパ形状ではなく、直方体であってもよい。伝送路１２に、環状の第１共振器構造１３ｂａが接続されている。環状の第１共振器構造１３ｂａの、伝送路１２とは反対側に、線状の第２共振器構造１３ｂｂが接続されている。第２共振器構造１３ｂｂの一端および他端ではテラヘルツ波が反射する。そのため、第２共振器構造１３ｂｂの長さに応じた共振が生じる。なお、第２共振器構造１３ｂｂの一端を出力部として機能させてもよい。第２導波部を第２共振器構造１３ｂｂの一端に設けて、第２共振器構造１３ｂｂからテラヘルツ波を出力させてもよい。この場合、出力部１４ｂには、第２導波部を設けてもよいし、設けなくてもよい。第２共振器構造１３ｂｂの一端または両端をテーパ形状にしてもよい。

【0062】

図１２は、変形例のテラヘルツ波伝送回路２ｃの構成を示す平面図である。テラヘルツ波伝送回路２ｃは、入力部１１ｂ、伝送路１２、共振器構造１３ｃ、および出力部１４ｂを備える。共振器構造１３ｃは、円環形状である。共振器構造１３ｃは、伝送路１２と接触していなくてもよい。共振器構造１３ｃと伝送路１２との間隔は、テラヘルツ波の波長未満であることが好ましい。

【0063】

図１３は、変形例のテラヘルツ波伝送回路２ｄの構成を示す平面図である。テラヘルツ波伝送回路２ｄは、入力部１１ｂ、伝送路１２、共振器構造１３ｃ、共振器構造１３ｄ、および出力部１４ｂを備える。２つの共振器構造１３ｃ、１３ｄは、同じ円環形状である。一方の共振器構造１３ｃは、伝送路１２のＹ軸正方向側に位置し、他方の共振器構造１３ｄは、伝送路１２のＹ軸負方向側に位置する。このように、複数の共振器構造１３ｃ、１３ｄが、伝送路１２に対して設けられてもよい。他方の共振器構造１３ｄは、一方の共振器構造１３ｃとは異なる形状（異なる共振周波数を有する形状）であってもよい。

【0064】

図１４は、変形例のテラヘルツ波伝送回路２ｅの構成を示す平面図である。テラヘルツ波伝送回路２ｅは、入力部１１ｂ、伝送路１２、共振器構造１３ｃ、共振器構造１３ｄ、および出力部１４ｂを備える。環状の共振器構造１３ｃの、伝送路１２とは反対側に、共振器構造１３ｄが接続されている。複数の共振器構造１３ｃおよび共振器構造１３ｄが設けられることにより、共振する周波数の種類が増加し、フィルタリングできる周波数の範囲が増加する。

【0065】

図１５は、変形例のテラヘルツ波伝送回路２ｆの構成を示す平面図である。テラヘルツ波伝送回路２ｆは、入力部１１ｂ、伝送路１２ｆ、共振器構造１３ｆ、および出力部１４ｂを備える。伝送路１２ｆは、曲線形状である。伝送路１２ｆは、Ｙ軸負方向側に突出するように曲がっている半円形状部分を有する。伝送路１２ｆの半円形状部分の内側（凹形状側）には、円環形状の共振器構造１３ｆが配置されている。共振器構造１３ｆは、伝送路１２ｆと接触していてもよいし、接触していなくてもよい。

【0066】

共振器構造は、環形状に限らない。伝送路から分岐するように延びる線状（直線状または曲線状）の分岐路も、共振器構造として機能する。また、共振器構造は、線状でなくても、面状の構造であってもよい。例えば、上述した環状の共振器構造の内側が中実の構造であってもよい。

【0067】

図１６は、テラヘルツ波伝送回路２ｃの反射率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果の例を示す図である。縦軸は、反射率［ｄＢ］である。横軸は、テラヘルツ波の周波数［ＧＨｚ］である。図１２における入力部１１ｂからテラヘルツ波を入力し、テラヘルツ波伝送回路２ｃの内部で反射して入力部１１ｂから出力されるテラヘルツ波を出力とした。このように、反射率の周波数変化にも共振特性が見られる。透過率の場合と同様に、反射率を測定し、反射率の測定値からＦＳＲまたはＱ値を特定し、シミュレーション結果と比較することにより誘電体の屈折率または誘電正接を特定することができる。

【0068】

〔実施形態２〕
図１７は、本実施形態のテラヘルツ波デバイス１ｇの構成を示す斜視図である。テラヘルツ波デバイス１ｇは、テラヘルツ波伝送回路２ｇ、第１導波部１７、および第２導波部１８を備える。テラヘルツ波伝送回路２ｇは、入力部１１、第１伝送路１２ｇａ、第２伝送路１２ｇｂ、共振器構造１３ｇ、出力部１４、第１支持体１５ｇａ、および第２支持体１５ｇｂを備える。テラヘルツ波伝送回路２ｇは、一体の誘電体で形成されている。テラヘルツ波伝送回路２ｇは、一定の厚さを有する誘電体の平板で構成されている。

【0069】

共振器構造１３ｇは、２つの線状の伝送路１２ｇの間に配置されている。共振器構造１３ｇは、ねじれ構造を有する。ねじれ構造は、例えば平板がねじれた形状である。ここでは、共振器構造１３ｇは、９０°ねじれた形状であるが、これに限らない。ねじれは、０°より大きければよく、３０°以上でもよく、９０°以上でもよく、１８０°以上であってもよい。ねじれは、１周以上回転したスパイラル形状であってもよい。共振器構造１３ｇがねじれた形状を有することにより、共振器構造１３ｇは、一方向の偏波の所定の周波数のテラヘルツ波が共振する共振器として働く。

【0070】

第１伝送路１２ｇａと、第２伝送路１２ｇｂとは、線状の平板形状の伝送路である。第１伝送路１２ｇａの平面と、第２伝送路１２ｇｂの平面とは、互いにねじれた関係にあり、ここでは９０°ねじれた位置関係にある。

【0071】

第１支持体１５ｇａは、第１伝送路１２ｇａに接続されており、第１伝送路１２ｇａを支持する。第２支持体１５ｇｂは、第２伝送路１２ｇｂに接続されており、第２伝送路１２ｇｂを支持する。例えば、誘電体の平板をねじった状態で第１支持体１５ｇａおよび第２支持体１５ｇｂを保持することにより、共振器構造１３ｇがねじれた状態を維持することができる。

【0072】

第１導波部１７は、第１方向に偏波したテラヘルツ波を入力部１１に入力する。ここでは、第１方向は、Ｙ軸に平行な方向である。第１方向は、第１伝送路１２ｇａの幅方向である。第１伝送路１２ｇａの幅方向とは、第１伝送路１２ｇａを構成する平板の面内方向のうち、テラヘルツ波の進行方向に垂直な方向である。第１導波部１７は、内部の空洞の断面形状が長方形である中空導波管である。内部の空洞の第１方向（Ｙ軸方向）における長さは、第１方向に垂直な第２方向（Ｚ軸方向）における長さより短い。

【0073】

第２導波部１８は、出力部１４から第１方向に偏波したテラヘルツ波を取り出す。第２導波部１８は、内部の空洞の断面形状が長方形である中空導波管である。内部の空洞の第１方向における長さは、第２方向における長さより短い。第１方向は、第２伝送路１２ｇｂの厚さ方向である。第２伝送路１２ｇｂの厚さ方向とは、第２伝送路１２ｇｂを構成する平板の平面に垂直な方向である。第２導波部１８は、内部の空洞の断面形状が短い方向（短辺に沿った方向）のテラヘルツ波を出力部１４から取り出す。

【0074】

図１８は、テラヘルツ波伝送回路２ｇの透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。図１８においては、テラヘルツ波伝送回路２の誘電体の屈折率ｎを複数変化させた電磁界シミュレーション結果を重ねて描いている。縦軸は、透過率［ｄＢ］である。横軸は、テラヘルツ波の周波数［ＧＨｚ］である。テラヘルツ波伝送回路２と同様に、テラヘルツ波伝送回路２ｇでも、透過率の周波数変化に共振特性が表れる。そのため、同様にして、テラヘルツ波伝送回路２ｇを用いて誘電体の物性を測定することができる。また、テラヘルツ波伝送回路２ｇを偏波したテラヘルツ波のフィルタ回路として用いることもできる。

【0075】

〔実施形態３〕
図１９は、本実施形態のテラヘルツ波デバイス１ｈの構成を示す斜視図である。テラヘルツ波デバイス１ｈは、テラヘルツ波伝送回路２ｇ、第１導波部１７、および第２導波部１８を備える。テラヘルツ波デバイス１ｈは、上述のテラヘルツ波デバイス１ｇとは、第２導波部１８が設けられる角度が異なる。

【0076】

第２導波部１８の内部の空洞の第１方向における長さは、第２方向における長さより長い。そのため、第２導波部１８は、出力部１４から第１方向とは異なる第２方向に偏波したテラヘルツ波を取り出す。第２導波部１８の内部の空洞の断面形状が短い方向は、第２伝送路１２ｇｂの幅方向に沿っている。

【0077】

第１伝送路１２ｇａ、第２伝送路１２ｇｂ、および共振器構造１３ｇの構造は、上述のテラヘルツ波伝送回路２ｇのものと同じである。しかしながら、第１方向に偏波したテラヘルツ波を入力部１１に入力し、第２方向に偏波したテラヘルツ波を出力部１４から取り出す場合、ねじれ構造を有する共振器構造１３ｇは、テラヘルツ波の偏波方向を回転させる伝送路（偏波回転部）として働く。テラヘルツ波デバイス１ｈにおいてねじれの角度および第２導波部１８の角度を共に変更すれば、テラヘルツ波の偏波方向を任意の角度回転させることができる。このように、テラヘルツ波デバイス１ｈは、テラヘルツ波の偏波方向を回転させる素子として利用することができる。

【0078】

図２０は、テラヘルツ波デバイス１ｈにおけるテラヘルツ波伝送回路２ｇの透過率の周波数変化の電磁界シミュレーション結果を示す図である。出力部１４から共振器構造１３ｇのねじれに応じた回転方向の偏波を取り出す場合、透過率の周波数変化にはほとんど共振特性は見られず、幅広い周波数において高い透過率の特性が得られる。

【0079】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【実施例0080】

図２１は、図１に示すテラヘルツ波伝送回路２の透過率の周波数変化の測定結果の例を示す図である。縦軸は、透過率［ｄＢ］である。横軸は、テラヘルツ波の周波数［ＧＨｚ］である。誘電体としてポリオクテニレン５０ｗ％およびＢＶＰＥ（ビス（ビニルフェニル）エタン）５０ｗ％の樹脂を用いた。実際の透過率の測定値にも共振特性が見られた。測定結果から読み取ったある周波数（２９９ＧＨｚ）におけるＦＳＲは６．６６６ＧＨｚであった。別途シミュレーションで得られた屈折率とＦＳＲとの対応関係から、誘電体の屈折率は１．５４０と特定できた。また、測定結果から読み取った上記周波数におけるＱ値は１５６であった。別途シミュレーションで得られたＱ値と誘電正接との対応関係から、誘電体の誘電正接は０．００５６６と特定できた。

【符号の説明】

【0081】

１、１ｇ、１ｈ テラヘルツ波デバイス
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ テラヘルツ波伝送回路
１１、１１ｂ 入力部
１２、１２ｆ、１２ｇ 伝送路
１２ｇａ 第１伝送路
１２ｇｂ 第２伝送路
１３、１３ｃ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｇ 共振器構造
１３ｂａ 第１共振器構造
１３ｂｂ 第２共振器構造
１４、１４ｂ 出力部
１５、１５ａ 支持体
１５ｇａ 第１支持体
１５ｇｂ 第２支持体
１６ 細孔
１７ 第１導波部
１８ 第２導波部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】