電波と光の融合による新機能の創成
3THzを自在に行き来する研究スタイル
人類が電磁波を使い始めて約100年、現在は電波(携帯電話)と光(光ファイバーネットワーク)の時代を迎えています。3THz(テラヘルツ)という境界で接する電波と光。本研究室では、電波ではミリ波やテラヘルツ波といった非常に高い周波数の領域、光でいうと近赤外や可視領域において、電波(エレクトロニクス)と光の技術をうまく融合しながら、それぞれの最先端の領域を切り拓く研究を進めています。
- 永妻 忠夫 教授
- 研究分野:電波(エレクトロニクス)から光まで
未来社会を明るく照らす、電波と光の融合による新技術
まずは電波側からのアプローチについて。現在、電磁波で最後に残った未開拓領域といわれているのは、ミリ波とテラヘルツ波ですが、本研究室では電波側から高周波化を進めて、ミリ波領域の研究を進めています。簡単にいうと、光の技術を使って、電波を高周波化するわけです。ミリ波は衣類を透過できる光ですので、人間自身が光源になった危険物センサーをつくることができますし、壁紙の奥のひび割れも検知可能です。後者の場合、光がフォトダイオードで変換されてアンテナから電波として出ていき、反射してきた電波をフォトニック結晶で光に変換して検知するわけです。
これとは逆に、エレクトロニクス技術を使って光を操る研究も進めています。
分かりやすい例のひとつが、魔法のランプ。本来、白熱電球は100%近い効率でエネルギーを電磁波に変換できるのですが、残念ながらその多くが眼に見えない赤外線領域のものであり、熱として失われています。そこで、我々はフィラメント表面に微細構造を施し、発生する電磁波(光)の波長をコントロールできないかと考えました。この手法で波長を制御できれば、可視領域の光だけを出すエコ電球や赤色電球などが実現できます。まだ原理検証の段階ですが、将来の「魔法のランプ」に繋がる研究です。
3次元ディスプレイの研究も本研究室独自の2つの手法で進めています。ひとつは蛍光体である希土類錯体を含む透明薄板にレーザをあてながら回転させる手法で、透明な空間にリアルな3次元ビジュアルを描き出します(下写真参照)。原理としては大変単純なものですが、特別なメガネを着ける必要がなく、大型化・フルカラー化も可能です。ところで、この研究はいかにも光分野のようにみえますが、回転の制御等、実はエレクトロニクスの技術が効いている研究です。もうひとつは光線再生法を用いた手法で、薄いフィルム上に立体画像を浮かび上がらせることが可能です。
- 高原 淳一 准教授
- 久武 信太郎 助教
- 透明発光体積表示型3次元ディスプレイ
やるべきことは山のように残っています
これ以外にも、回折限界を超える特殊な光である低次元光波や、光の時間領域高速性・空間的機能性・空間的並列性を自在に融合することを目的とした時空融合型超高速光制御デバイス等の研究も進めています。これらは、今の世の中に全く無い新機能の創成を目指す本研究室独自の挑戦的研究です。
レーザの出現により光は電気と結びつき、エキサイティングな学問領域が広がってきました。次々に新しい現象も見つかっています。我々はこれからも未知なるものに対する好奇心や探究心を大切にして、電波と光の融合により新たな研究領域を開拓していきたいと考えています。
目の前にはやるべきことが山のように残っています。
サイエンスやテクノロジーといったものは、もともと個人の興味や好奇心からはじまったものです。
結果的にそれが人類社会の発展に貢献してきたんですね。
(永妻教授)
- 左から久武助教、永妻教授、高原准教授