OUR VISION
光を自在に操ることで、テラヘルツ波を自在に操る。
デバイスの物理限界に挑戦する最先端研究と、それを社会で使える技術へ発展させる社会実装研究。この二つを両輪として、フォトニクスとテラヘルツ技術を融合した次世代情報通信技術を開拓します。
研究の中心にあるのは、二つの光波を超高速フォトダイオード（UTC-PD）に入射し、その周波数差に相当するテラヘルツ波を発生させる「フォトミキシング」です。
現在は、テラヘルツ技術そのものの限界を切り拓く「最先端研究」と、その技術を通信・センシングへつなげる「社会実装研究」を二本柱として研究を進めています。
A. FRONTIER RESEARCH
テラヘルツ技術の限界を切り拓く
01 高出力フォトミキサ・アレー
High-Power Photomixer Arrays ― より大きなテラヘルツ出力へ ―
テラヘルツ波を実際の通信やセンシングに利用するための重要な課題が、フォトミキサの高出力化です。
私たちは、熱伝導性に優れたSiC基板を用いたUTC-PDと超高周波回路を一体化するとともに、複数のUTC-PDをアレー化し、それぞれから発生するテラヘルツ波をコヒーレントに合成する研究を進めています。
8個のUTC-PDとT分岐電力合成回路、アンテナを一体集積した8×1 UTC-PDアレーでは、単一UTC-PDと比較して300 GHzで約16 dBの出力増大を実現しました。
また、二つのUTC-PD/SiCフォトミキサモジュールをテラヘルツ導波路で合成する方式では、5.3 mW級の高出力化を実現しています。
出典：H. Ssali et al., “Generating Enhanced THz Power via an 8 × 1 UTC-PD Array Integrated with a T-Junction Combiner,” 2025 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), DOI: 10.1109/APMC65046.2025.11378753
02 光制御テラヘルツビーム
Photonic THz Beam Control ― 高速ビームステアリングからマルチビームへ ―
テラヘルツ波は直進性が強いため、通信相手や対象物の方向へ正確かつ高速に電波を向ける技術が重要です。
私たちは、電子的な移相器ではなく、光の波長と光ファイバの波長分散を利用してテラヘルツ波の位相を制御する独自のビーム制御技術を研究しています。
高速波長可変レーザと組み合わせることで、－27度と＋18度の間でナノ秒オーダの高速ビーム切替を実現しました。
さらにこの技術を発展させ、異なる光波長の組合せを用いることによって、一つのフォトミキサアレーから複数のテラヘルツビームを同時に形成するマルチビーム技術へ研究を展開しています。
出典：Y. Kamiura, M. Kawano, Y. Mikami, and K. Kato, “Photonic generation of terahertz multi-beams by photomixer arrays exploiting fiber chromatic dispersion,” Optics Letters, Vol. 51, No. 4, p. 937, 2026. DOI: 10.1364/OL.583514
B. SOCIAL IMPLEMENTATION
通信・センシングへの社会実装
03 大容量・セキュアテラヘルツ通信
High-Capacity & Secure THz Communications ― 光ファイバの大容量を無線空間へ ―
テラヘルツ波の非常に広い周波数帯域を利用することにより、次世代の超高速・大容量無線通信が期待できます。
私たちは、高出力SiC-UTC-PDと高周波モジュール技術を基盤として、QPSK、16QAM、32QAMなどの高次変調、複数周波数を同時に利用するFDM、Radio-over-Fiber、ビーム制御と通信の融合などを研究しています。
最近では、一つの高出力SiC-UTC-PDから257 GHzと277 GHzの二つの16QAM信号を同時に発生させ、合計40 Gbit/sを16 m級の距離で伝送しました。
さらに、光の高速波長制御を利用してテラヘルツ周波数をナノ秒スケールで切り替え、妨害や盗聴に強い周波数ホッピング通信へ研究を展開しています。
出典：Y. Kamiura et al., “A Single High-Power SiC-Based UTC-PD Enabling a 40-Gbit/s Two-Channel FDM-THz Link,” Optical Fiber Communication Conference (OFC 2026), 2026.
04 テラヘルツセンシング・ISAC
THz Sensing & Integrated Sensing and Communication ― 「通信する」と「測る」を一つに ―
テラヘルツ波の広い周波数帯域は、大容量通信だけでなく、高い距離分解能をもつレーダ・センシングにも利用できます。
私たちは高速波長可変レーザとフォトミキシングを組み合わせ、テラヘルツ波の周波数を高速に掃引するTHz-FMCWレーダを研究しています。
一台の波長可変レーザと光ファイバを用いた遅延自己多重方式により、鋸歯状波、三角波、dual-chirpなど複数のFMCW波形を生成し、1 cm以下の測距誤差を実現しました。
さらに、同じテラヘルツ信号で「通信」と「センシング」を同時に行うISAC（Integrated Sensing and Communication）へ研究を展開しています。
出典：Y. Wang et al., “Single-Laser Multi-Waveform THz-FMCW Signal Generation and Ranging via Photomixing in a Delayed Self-Multiplexing System,” Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 65, 10SP01, 2026.
NEXT CHALLENGES
次の挑戦 ― 1～3 THz・大規模2次元アレーへ
私たちはこれまで、300 GHz帯を中心にフォトミキサ、アレー、高周波回路、ビーム制御、通信・センシング技術を研究してきました。さらに、600 GHz帯でのビーム形成や、300 GHz帯での2×2フォトミキサ・アンテナアレーによる2次元ビームステアリング、ビームホッピング、360°ビームスキャニングへと研究を発展させています。
次の挑戦では、これらの成果を基盤として、①1～3 THzへの高周波化、②大規模2次元フォトミキサアレー、③高速2次元ビーム制御に挑戦します。
NEXT CHALLENGE 1 1～3 THzへの高周波化
300 GHz、600 GHzから、さらに高い周波数へ
300 GHz帯を中心に培ってきたフォトミキシング技術をさらに高速化し、1～3 THz領域で動作するフォトミキサの実現を目指します。フォトミキサそのものの高速化に加えて、THz領域で動作する回路・アンテナ・実装技術を追究し、フォトニックTHz技術をさらに高い周波数領域へ発展させます。
出典：Y. Kim, T. Kuboki, and K. Kato, “Demonstration of 600-GHz Wave Beam Forming by Arrayed Light Sources With Arrayed Photomixers,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 33, No. 24, pp. 1435–1438, 2021. DOI: 10.1109/LPT.2021.3124826
NEXT CHALLENGE 2 大規模2次元フォトミキサアレー
2×2から、さらに大規模なアレーへ
テラヘルツ波のさらなる高出力化と高指向性化を目指し、フォトミキサとアンテナを2次元に配置した大規模2次元アレーへ研究を発展させます。私たちはSiC基板上に4個のUTC-PDと2×2マイクロストリップパッチアンテナを集積した300 GHz帯2次元テラヘルツアレーを開発しました。現在の2×2アレーからさらに多数の素子を集積し、高出力化・高指向性化・高度な空間制御の同時実現を目指します。
出典：B. Li, H. Ssali, Y. Li, M. Che, S. Ye, Y. Mikami, and K. Kato, “Demonstration of 2D Optoelectronic THz-Wave Beam Steering,” Electronics, Vol. 14, Article 4980, 2025. DOI: 10.3390/electronics14244980
NEXT CHALLENGE 3 高速2次元ビーム制御
テラヘルツ波を2次元空間で自在に操る
私たちは、光フェーズドアレー（OPA）によって各UTC-PDに入射する光波の位相を制御し、2×2アレーによる300 GHz帯テラヘルツ波の2次元ビームステアリングを実証しました。極角25°を保ちながら方位角60°、180°、300°の異なる方向へビームを切り替える2次元ビームホッピングに加え、360°の連続的な2次元ビームスキャニングも実現しています。今後は高速な光位相制御技術を導入し、高速2次元ビームステアリング、マルチビーム、リアルタイムビーム追尾へと研究を発展させます。
出典：B. Li, H. Ssali, Y. Li, M. Che, S. Ye, Y. Mikami, and K. Kato, “Demonstration of 2D Optoelectronic THz-Wave Beam Steering,” Electronics, Vol. 14, Article 4980, 2025. DOI: 10.3390/electronics14244980
最終的に目指すもの
1–3 THz × Large-Scale 2D Array × High-Speed 2D Beam Control
より高い周波数へ。
より大きなアレーへ。
そして、より高速で自在なビーム制御へ。
1～3 THzで動作する大規模2次元フォトミキサアレーによって、高出力テラヘルツ波を高速かつ自在に空間制御する技術を目指します。