科学技術振興調整費
第Ⅰ期・第Ⅱ期成果報告書
中核的研究拠点(COE)育成
先端的光通信・計測に関する研究
研究期間:平成 11 年度~
平成 16 年 6 月
独立行政法人通信総合研究所
板部 敏和
先端的光通信・計測に関する研究
研究計画の概要
p.1
研究成果の概要
p.8
研究成果の詳細報告
「第 I 期」
1. 能動的光制御技術
1.1. 光源
p.18
1.2. 検出器
p.23
1.3. 伝搬
p.26
2. 高品質レーザー技術
p.30
3. 新光デバイス技術
p.33
4. 高速光通信技術
p.37
5. 高精度光計測技術
p.42
「第 II 期」
1. 光源技術
p.45
2. フォトニクス技術の研究
p.58
3. 光波面制御技術
p.72
4. 高速光通信技術
p.76
5. 高精度光計測技術の研究
p.91
先端的光通信・計測に関する研究
研究計画の概要
■ 研究の趣旨
21世紀の高度情報社会に備え、従来技術による伝送速度、計測精度を大きく超えた極限の光通信及び光計測を可能
にする光波および光子の能動的な制御を中心とした先端研究を積極的に行うため、「先端的光通信・計測に関する研
究(光COEプロジェクト)」をCOE化設定領域とし、次世代の光通信・計測のための基盤技術を確立を目標とした。
電磁波を用いた通信や計測は、情報伝達や地球環境のモニタ等人間社会の発展にとって不可欠なものであり、重要
な科学技術である。特に光は電波に比較して著しく波長が短い(周波数が高い)ので通信や計測に応用した場合、高
速や高精度が得られ、さらに将来への発展性が大であるので今後の技術開発が期待されている。
本研究は有線や無線(空間伝送)において必要となる光技術を主要ターゲットとして先端研究を行ってきたもので、有無線
で広く高速・高精度の光通信・計測の飛躍的発展を今後可能とするものである。
第I期(平成6~10年度)
第II期(平成11~15年度)
光源
光源技術
能動的光制御 検出器
フォトニックデバイス技術
伝搬
高品質レーザー
波面制御技術
新光デバイス
高速光通信技術
高速光通信
高精度光計測技術
高精度光計測
図1 第 I 期(平成6~10年度)と第 II 期(平成11~15年度)研究項目と I 期と II 期
研究項目の関連。能動的光制御は、調整費充当研究である。
■ 研究の概要
「先端的光通信・計測に関する研究」は、21世紀の高度情報通信社会に備え、従来技術による伝送速度、計測精度を大き
く越えた極限の光通信及び光計測を可能にする光子の能動的な制御を中心とした先端研究を積極的に行い、次世代の光通
信・計測のための基盤技術を確立することを目的としている。
第 I 期(平成 6~10 年度)においては、①能動的光制御の研究、②高品質レーザーの研究、③新光デバイスの研究、④
高速光通信の研究及び⑤高精度光計測の研究の5項目を研究の柱としている(図1参照)。そのうち①の研究が中核とな
る調整費充当研究であり、A.光源,B.検出器、C.伝搬、について光制御技術の研究を行った。その他の項目について
も、シンポジュム開催、研究発表旅費、招へい研究者の旅費については、振興調整費による支援が行われた。
1
先端的光通信・計測に関する研究
第 I 期の①~⑤の研究概要は次の通りであった。
① 能動的光制御の研究
A.光源技術
通信・計測技術の高度化を目指して、光制御技術を用いた新しい光源の研究を行う。具体的には高速光源、レーザースペ
クトル制御技術、量子状態制御技術等の研究を行った。
B.検出器技術
光通信・計測の基礎となる光検出器技術に関する研究を行った。このため検出器、増幅/読み出し回路および光学素子を
それぞれ発展させることにより、従来技術を越えるSNで光電子を検知できる、超低雑音の光検出を実現した。特に、光と電波
の間の未利用電磁波領域である遠赤外光超低雑音検出技術を開拓した。
C.伝搬技術
光が大気中を伝搬するとき、大気中の乱流によって伝搬する光の波面は乱され、光通信・計測では、遠方において受信さ
れる画像はぼけて画質が悪くなり、信号強度も大きく揺らぐ。この波面の乱れを能動的に補正する技術の研究を行った。
② 高品質レーザーの研究
各種の光通信・計測の向上に必要なレーザー技術の基礎研究を実施した。このため、特に原子、イオンの制御や、将来の
物質操作及び周波数標準の高度化に必要なレーザー分光に関する研究を行い、さらに波長変換技術を基にした短波長域
での高度なレーザー制御技術を開発した。
③ 新光デバイスの研究
将来の超高速光通信ネットワークシステムの実現に向けた最先端デバイス研究を行った。このためテラヘルツ領域の検出・
発振・信号処理に用いることのできる超高速の超伝導デバイスの研究と、光/ミリ波技術を融合する新しいシステムの実現に
必要な技術の研究を実施した。
④ 高速光通信の研究
小型・軽量の装置で高速大容量の通信が可能である光の特長を活かした空間光通信システムのための基礎技術開発を行
った。具体的には、宇宙光通信技術及び高速光変復調技術の研究を主として実施した。
⑤ 高精度光計測の研究
先端的な光計測技術の研究として、レーザーレーダー用の新しい光源である波長が1.5μmより長い目に安全なアイセー
フレーザーと衛星搭載レーザーの研究を行った。また、その応用としてレーザーレーダーによる地球観測を国際共同研究と
して実施した。
第II期(平成11~15年度)では中核研究をさらに発展させ、中核研究と従来の一般研究の連携を強化するため、テーマを見
直して研究テーマの整理を行い、中核研究3テーマ、一般研究2テーマ、計5テーマで研究を推進した(図1参照)。
各研究テーマ①~⑤の概要は次の通りである。
① 光源技術の研究
光源は、光通信・計測にとって最も重要となる部分である。このため、通信・計測のより高度化・精密化などの要望に応える
技術の高度化を目指し、最新の光技術技術を積極的に応用することで、従来技術では得られない新しい光源を開発した。具
体的には、超高速光源およびレーザスペクトル制御・原子制御とテラヘルツ帯の発振器の研究を行った。
② フォトニクス技術の研究
第I期で得られた遠赤外光検出器技術を発展させるとともに、フォトニックデバイスとして半導体量子井戸や量子ドット等の
赤外領域の光デバイスや量子状態制御等の研究開発を実施した。さらに、高効率の光回路や新しい光デバイス、光エレメン
トの研究を行った。
2
先端的光通信・計測に関する研究
③ 光波面制御技術の研究
非線形光学や特殊な波面制御技術を研究し、従来の補償光学に代わる新しい大気揺らぎの補正や伝達画像の歪補正方
法のを開発した。併せて、アナログ画像の伝送と記録・読み出し技術の開発の研究と長距離伝搬非回折ビームについて、そ
の応用を目標とした研究を行った。
④ 高速光通信の研究
小型・計量の装置で高速大容量の通信が可能であるという光の特長を活かした光通信システムのための基礎技術開発を
行った。具体的には、宇宙光通信等の空間光通信技術及び光ファイバーネットワークに適した高速変復調技術の研究を行い、
さらに光-電波融合通信システム、光ファイバー通信システムと柔軟に接続可能な空間光通信システムの研究を行い、システ
ム構築可能性を示した。
⑤ 高精度光計測の研究
先端的な光計測技術の研究として、波長が1.5μmより長いアイセーフ(目に安全な)レーザーレーダー(ライダー)の研究を行
った。さらに、アイセーフがより重要になる衛星搭載コヒーレントドップラーライダー等による宇宙からの高精度地球環境計測技術
開発を目指して、衛星搭載ライダーの研究を行った。また、ライダーによるエアロゾル観測を国際共同研究として実施した。
3
先端的光通信・計測に関する研究
■ 実施体制
第 I 期実施体制
研
1.
究
項
目
能動的光制御技術
(1)
光源
所属機関等
通信総合研究所
第一特別研究室)
◎有賀
通信総合研究所
第2特別研究室
○阪井清美
Oleg V. Misochiko
同
Michael Herrmann
同
朴
関西支所
コヒーレンス技術研究室
志聖
小野寺紀明
同
谷
同
兵頭政春
同
Abedin Kazi Sarwar
同
検出器
規
同
同
(2)
研究担当者
関西支所
電磁波分光研究室
正彦
渡部昌良
同
田中歌子
同
松原健祐
大阪大学大学院基礎工学科
占部伸二(教授)
通信総合研究所
○廣本宣久
光技術部
光エレクトロニクス研究室
(3)
伝搬
同
秋葉
同
奥村健市
同
渡部健一
同
藤原幹生
同
地球環境計測部
同
宇宙通信部
3.
高品質レーザー技術
新光デバイス技術
宇宙技術研究室
○板部敏和
有本好徳
同
Klaus Werner
同
早野
国立東京天文台
高見英樹
通信総合研究所
2.
光計測研究室
誠
第1特別研究室
吉門
裕
信
同
李
樹栄
同
王
慧田
同
張
家森
東洋大学工学部電気工学科
伊藤繁夫(教授)
通信総合研究所
関西支所
電磁波分光研究室
○渡辺昌良
同
今城秀司
同
早坂和弘
同
大向隆三
同
笠井克幸
大阪大学大学院基礎工学科
占部伸二(教授)
通信総合研究所
横須賀無線通信研究センター
○松井敏明
通信デバイス研究室
同
太田
同
広瀬信光
同
清川雅博
4
浩
先端的光通信・計測に関する研究
安田浩明
同
同
関西支所
超伝導研究室
○荒木賢一
光技術部
高速光通信技術
同
宇宙通信部
宇宙技術研究室
光通信技術研究室
北山研一
久利敏明
同
和田尚也
光技術部
光情報処理研究室
井筒雅之
同
李
同
佐々木雅英
同
川西哲也
同
Benjiamin Dingel
同
王
同
高精度光計測技術
光技術部
同
同
5.
有本好徳
豊嶋守生
同
同
鎮
内山哲治
同
4.
王
地球環境計測部
光計測研究室
可人
志良
○板部敏和
同
水谷耕平
同
青木哲郎
同
安井元昭
同
国森裕生
第6研究チーム
東北工業大学
通信工学科
浅井和弘(教授)
(注:◎は代表者、○はサブテーマ責任者)
第 II 期研究体制
代表者:平成11~13年度
有賀
規(通信総合研究所
平成14~15年度板部 敏和
研
1.
究
項
光源技術
上席研究員)
(通信総合研究所
目
基礎先端部門長)
担当機関等
通信総合研究所
基礎先端部門
研究担当者
○渡邊 昌良
関西先端研究センター研究主管
同
レーザー新機能G
同
大向 隆三
兵頭 政春
同
斎藤 伸吾
同
(平成12年度まで)
谷
同
(平成12年度まで)
小野寺紀明
同
基礎先端部門
王 鎮
正彦
関西先端研究センター
超伝導エレクトロニクスG
同
川上 彰
同
鵜澤 佳徳
大阪大学大学院基礎工学研究科
2.
フォトニクス技術
通信総合研究所
同
上席研究員
基礎先端部門
占部伸二(教授)
○井筒 雅之
廣本宣久
関西先端研究センター長
(H14年度まで)
5
先端的光通信・計測に関する研究
同
基礎先端部門
光情報技術G
川西 哲也
同
基礎先端部門
量子情報技術G
佐々木 雅英
同
藤原
同
今城 秀司
同
早坂 和弘
同
笠井 克幸
同
無線通信部門
ミリ波デバイスG
幹生
松井 敏明
同
篠原 啓介
同
東脇 正高
同
太田
同
基礎先端部門
浩
大谷 直毅
光エレクトロニクス G
3.
光波面制御技術
同
秋葉 誠
同
寳迫 巌
同
山本 直克
同
基礎先端部門 専攻研究員(平成14~15年度) ○有賀 規
(平成11~13年度
有賀
規(通信総合研究所
上席研究員)
同
基礎先端部門
同
同
同
光エレクトロニクスG
吉門
信
(平成13年度まで)
大屋
真
(平成14年度まで)
張
無線通信部門
高山 佳久
基礎先端部門
光宇宙通信G/
光エレクトロニクス G
国立天文台
4.
高速光通信技術
家森
高見英樹
通信総合研究所
無線通信部門
○有本 好徳
光宇宙通信 G
同
豊田 雅宏
同
同
Klaus Werner
情報通信部門
久保田文人
超高速フォトニックネットワーク G
同
梅野 健
同
和田 尚也
同
外林秀之
同
井上 潤
同
(平成14年度まで)
中條
同
基礎先端部門
光エレクトロニクスG
久利 敏明
同
無線通信部門
ミリ波デバイスG
李 可人
大阪大学大学院工学研究科
5.
高精度光計測の研究
通信総合研究所
電磁波計測部門
渉
北山研一
○水谷 耕平
ライダー G
同
安井 元昭
同
石井 昌憲
同
無線通信部門
光宇宙通信 G
東北工業大学環境情報学科
(注:○はサブテーマ責任)
6
国森 裕生
浅井和弘(教授)
先端的光通信・計測に関する研究
■ 機関評価委員会
氏
名
◎神谷 武志
所
属
大学評価・学位授与機構教授
稲場 文男
東北大学名誉教授
難波 進
長崎総合科学大学教授
大津 元一
東京工業大学教授
奥田 治之
群馬県立ぐんま天文台副台長
田幸 敏治
東京工業大学名誉教授
Wolfgang Renger
独国 DLR 大気物理学元部長
Paul.L. Richards
米国 カリフォルニア大学教授
飯塚 啓吾
カナダ トロント大学教授
Francois Roddier (第I期のみ)
米国ハワイ大学教授
◎ 機関評価委員長(第I期の機関評価委員長は、稲場文男東北大学名誉教授)
7
先端的光通信・計測に関する研究
研究成果の概要
■総 括
第 I 期(平成 6~10 年度)においては、①能動的光制御の研究、②高品質レーザーの研究、③新光デバイスの研究、④
高速光通信の研究及び⑤高精度光計測の研究の5項目を柱として研究を実施した(図1参照)。そのうち①の研究が中核
となる調整費充当研究であり、A.光源,B.検出器、C.伝搬、について能動的光制御技術の研究を行った。その他の項
目についても、研究活性化のためシンポジュム開催、研究発表旅費、招へい研究者の旅費については、振興調整費によ
る支援が行われた。第 II 期(平成 11~15 年度)では中核研究をさらに発展させ、中核研究と従来の一般研究の連携を強化
するため、テーマを見直して研究テーマの整理を行い、中核研究3テーマ、一般研究2テーマ、計5テーマで研究を推進し
(図 1 参照)、各課題に対して領域研究として第 I 期と同様に研究活性化のために、シンポジュム開催、研究発表旅費、招へ
い研究者の旅費については、振興調整費による支援が行われた。各研究項目ともに、COE の研究領域において研究論文
は増加し、多くの世界的な成果が上げられた。また、毎年開催の CPT シンポジュム (International Symposium on
Contemporary Photonic Techonolgy)や随時に国際シンポジュウムを開催することにより、COE 育成分野での研究者の国際
的交流も活発に実施された。
誌上論文の発表件数は、第 I 期の中間評価を行った 3 年目以降に著しい増加が認められ、その後は CRL 全体に対し
ても発表件数において大きな寄与をしてきている。これは、研究者としてポスドクの若手研究者や招聘研究者の受入による
研究の活性化が大きな役割を果たしたもので、COE 育成プロジェクトのマネージメントとして期待された開放性や流動性の
確保によるものであることを示している。特許出願については、第 II 期において光 COE プロジェクト関連では、年に 40 本
程度となり、第 I 期に比較して著しい増加となっている。これは、研究成果を論文のみでなく、産業化に努力すべきであると
いう、政府の施策方向に沿っているもと言えるが、その中で本 COE プロジェクトが一定の役割を果たしたことは、出願数の
推移からも見て取れる。
第 I 期、第 II 期とともに、光の基礎技術といえるところから光通信や光計測の有無線のシステム技術まで視野に入れて研究
開発を行い、光通信や光計測の光技術における COE 研究機関となることを目指したものであった。このような光技術 COE 育
成化の視野に立って、COE プロジェクト開始の時点では、あまり強くなかったデバイスに関係する基礎技術の研究支援を特
に強化するとともに、システム関係についてはこれまで培ってきた技術をさらに伸ばすような方向で研究を実施してきた。
この COE 育成プロジェクトで行ってきた光源技術から周波数の光標準技術研究やフォトニック技術の研究からの量子情
報通信技術研究などの研究が立ち上がってきたが、これは COE 育成プロジェクトでの研究が、所内での他の研究に繋がり、
発展したものである。また、COE 化育成プロジェクト「先端的光通信・計測に関する研究」の研究は、プロジェクトの研究課
題であるフォトニック技術や高速光通信技術の研究を通して、我が国の IT 社会建設を目指す e-Japan 計画に対しても大き
な寄与となった。
■ サブテーマ毎、個別課題毎の概要
本 COE 育成プロジェクトの最終の研究成果となる第 II 期における個別課題の概要について述べる。
光通信・計測の基本となる光源技術の研究では、通信の超高速化のための超高速光源の開発、原子制御のためのレー
ザースペクトル制御、未開拓のテラヘルツ帯電磁波の開発等を行なった。主要な研究成果としては、3台の位相同期半導
体レーザーのフーリエ合成による超高速光パルス列の発生、亜鉛イオンの捕獲とレーザー冷却による高分解能分光の成
功、テラヘルツ帯超伝導アレイ発振器の開発等があげられる。
第 I 期の光伝搬技術を発展させ、第 II 期において光波面制御技術として他の研究テーマを加えて広範な研究を行なっ
た。光の波面を制御することによって、大型望遠鏡で大気中を通して観測された画像のぼやけを少なくしたり、特殊な非回
折的な光ビームを生成したり、アナログ画像を大量に光学結晶に蓄積し且つ読み出したりするなど、従来技術では達成で
きない新しい情報通信や計測への応用を目的とした。主要な研究成果としては、大気ゆらぎを補正して極限の高分解能が
8
先端的光通信・計測に関する研究
得られる世界的にもユニークな位相スロット法の提案と実証、細いビーム幅を保ってあたかも回折をしないかのように長距
離を伝搬する LRNB(Long Range Nondiffracting Beam)の生成の成功、非線形光学のフォトリフラクティブ効果を用いた画像
の蓄積・読み出しの成功等があげられる。
第 I 期の中核研究のテーマであった光検出器技術をより広範囲に発展させ、フォトニクス技術の研究を行なった。具体的
には、赤外光のアレイ型検出器の開発及び極低雑音化、高速光通信等の基礎となる高速変調器等のフォトニクスデバイス
の開発、高速トランジスター等ミリ波・サブミリ波デバイスの開発である。主要な研究成果としては、半導体 GaAs の結合型電
界効果トランジスター(JFET)を用いた低周波ノイズ削減法にる光検出器の極低雑音化の成功、共振型変調器を用いた超
高速光変調器の開発、インジュウム・リンを用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT)を作成し遮断周波数が562GHzの世
界最高速値を達成したこと等があげられる。
中核研究を応用するシステム技術の一つとして、超高速光通信技術の研究を行なった。光通信では電波による通信に
比較して小型・軽量の装置で高速大容量の通信が可能であり、新しい高速変復調技術などにより、次世代の光通信システ
ムが可能となる。主要な研究成果としては、光符号分割多重(OCDM)方式によるテラビット級大容量伝送やミリ波帯光ファ
イバー無線(ROF)での高密度波長多重(DWDM)等の多重伝技術の開発、光パケットスイッチング(OPS)ネットワークでの
超高速の全光ラベル処理方式の提案)、宇宙光通信技術特にファイバーアンプを用いた送受信器の開発等があげられる。
中核研究を応用するもう一つのシステム技術として、高精度光計測技術の研究を行った。特に、ライダー(レーザーレー
ダーの別称)の研究として、地球大気微小成分や風速を地球規模で高精度に測定することを可能にする人工衛星搭載用
ライダーの実現を目指した技術開発を行った。主要な研究成果としては、目に安全なアイセーフライダーの開発として、2
μm帯波長固体レーザーの高出力化、風速測定用ドップラーライダーの衛星搭載システムの要素技術開発、国際共同研
究による地球大気エアロゾルの観測等があげられる。
■ 波及効果、発展方向、改善点等
本光 COE プロジェクトにおいて、通信総合研究所では国内外からポスドクとして若手研究者の採用を行ってきた。第 I
期では、COE 育成プロジェクトの科学技術振興調整費の支援によって、このようなポスドクの若手研究者の確保が行われ
てきたが、第 II 期に移行後は COE 化のため所においてポスドク若手研究者を採用できる予算の確保が行われた。第 II 期
移行後、通信総合研究所は平成 13 年度に独立行政法人となり、その後は専攻研究員の名称でポスドク若手研究者の採
用が行われている。これら通信総合研究所でのポスドク若手研究者の採用は、本 COE 化育成プロジェクトでのポスドク若
手研究者の採用がその実施が手本となっている。また、大学院からも多くの研修者も多く引き受けている。外部からの研究
者として、ポスドク若手研究者、大学院からの研修生さらには国内外から多数の研究者を受け入れた。研究所の開放性や
流動性の指標となるこれらの受入数は、光 COE プロジェクトが開始されて以来、CRLの他分野においても活発に行われる
ようになってきた。光 COE プロジェクはそのような開放性や流動性をCRLで活発化するための先駆的な役割を果たしたも
のといえる。最近の数年間では、若手研究者や研修生の受入では、全 CRL の大よそ 2 割であり、国内外研究者では大よ
そ全 CRL の1割となっている。
国内外との共同研究も活発に実施され、この数年 CRL において国外と 100 件程度、国内と 200 件程度の共同研究が実
施されており、その1割が光 COE プロジェクト関連である。
先端的光通信・計測分野において COE 化を図るために、第 I 期、第 II 期と引き続いて、研究基盤の整備が行われた。
主な研究基盤整備を以下に示している。これらの、基盤整備は、CRL での光技術分野での研究基盤のみではなく、産官
学連携のための基盤としても大きな役割を果たしている。
H7 年度
小金井本所にCOE研究用5実験室(先端光技術実験棟)の新設
H8 年度
関西先端研究センターに超伝導及びテラヘルツ光源実験用クリーンルーム棟(関西先端研究セン
ター第三研究棟)の新設
H9 年度
小金井本所第五号館に光通信技術研究拡充のための実験室新設
9
先端的光通信・計測に関する研究
H8-9 年度
小金井本所設置の大型望遠鏡の性能向上
H13 年度
関西先端研究センターに第四研究棟の新設とレーザー新機能グループ実験室が移動
H13-15 年度
フォトニック技術研究拠点として、光デバイス技術センターの新設とデバイス製造装置の整備
H15 年度
超伝導研究のため、i 線縮小露光器の整備
光 COE プロジェクト第 I 期においては、機関評価委員会が平成7年、8年、平成10年に開催され、平成 10 年の中間評
価で、第 II 期への移行が認められた。CRL においては、光 COE プロジェクトの外部評価の経験を生かして、平成8年、平
成11年に CRL 全体の外部評価を実施し、独立行政法人となった CRL の外部評価は平成 15 年に実施された。
平成 11 年度からの第 II 期光 COE プロジェクトでは、科学技術振興調整費に代って郵政省(当時)独自の予算で、研究
者やポスドク若手研究者等の非常勤職員手当を確保する必要があった。このため、CRL 及び当時の郵政省は予算獲得の
努力を行い、その結果過去5年間受けてきた科学技術振興調整費相当額の予算が、新規に認められた。この中で、ポスド
ク若手研究者を非常勤職員として採用する費用が認めらたことは特筆すべきことであった。
H13 年度の独立行政法人化によって、COE 化育成プロジェクトで実施されたポスドク若手研究者の採用、国際交流のため
の国内からの招へい、国内外での研究発表のための旅費については大きな改善が図られ、COE 化育成プロジェクトで望ま
れていた研究環境が凡そ達成される状況になっている。さらに、CRL では、派遣、業務委託による技術者の確保に努めてき
たが、平成 15 年度からは、非常勤職員として技術員の採用を行えるようになり、研究を支える技術者の充実が図られた。
光 COE の支援のために整備された施設に加えて、平成 13 年には、小金井に国際会議室や TV 会議室を有する研究本
館が竣工し、平成 15 年度からゲストルームを含む産学官研究交流施設の建設が開始される。また、関西先端研究センタ
ーでは H15 年度中にゲストルームの整備、H15 年度から空調設備の更新が開始された。
本光COEプロジェクトの遂行により、CRLでの研究マネージメントは、第II期半ば平成13 年度からの独立行政法人とな
ってからも、優秀な人材育成・確保、研究基盤整備、開放性・流動性の確保、評価機能の充実、研究運営の弾力化等の研
究マネージメントが良くなり、論文や特許による論文発信とともに、光通信・光計測分野でのCOEとなる道筋を作った。
10
先端的光通信・計測に関する研究
■ 所要経費
<第Ⅰ期>
研 究 項 目
担当機関
研究担当
等
者
通信総合
(単位:千円)
所要経費
6 年度
7 年度
8 年度
9 年度
10 年度
合計
94,400
62,100
65,200
58,600
62,000
342,300
80,700
61,800
60,700
46.900
54,800
305,000
132,800
140,100
94,200
79,100
68,300
514,500
42,300
87,500
143,300
174,900
174,100
622,000
350,100
351,600
363,500
359,500
359,000
1,783,700
有賀規
研究所
1. 能動的光制御技術
通信総合
有賀規
研究所
(1) 光源
通信総合
阪井清美
研究所
(2) 検出器
通信総合
廣本宣久
研究所
(3) 伝搬
通信総合
板部敏和
研究所
2. 高品質レーザー技術 通信総合
渡邊昌良
研究所
3. 新光デバイス技術
通信総合
松井敏明
研究所
4. 高速光通信技術
通信総合
荒木賢一
研究所
5. 高精度光計測技術
通信総合
板部敏和
研究所
6. その他
・
シンポジュウム開
催
・
試験研究旅費
・
招へい研究者旅
費
等
所 要 経 費 (合 計)
11
先端的光通信・計測に関する研究
<第Ⅱ期>
研 究 項 目
担当機関
研究担当
等
者
通信総合
板部敏和
(単位:千円)
所要経費
11 年度
12 年度
13 年度
14 年度
17 年度
40,000
38,700
39,600
40,000
40,700
40,000
38,700
39,600
40,000
40,700
合計
研究所
1. 光源技術
通信総合
渡邊昌良
研究所
2. フォトニックデバイス技術 通信総合
井筒雅之
研究所
3.光波面制御技術
通信総合
有賀規
研究所
4. 高速光通信技術
通信総合
有本好徳
研究所
5. 高精度光計測技術
通信総合
水谷耕平
研究所
6. その他
・
シンポジュウム開
催
・
試験研究旅費
・
招へい研究者旅
費
所 要 経 費
等
(合 計)
12
199,000
先端的光通信・計測に関する研究
■ 研究成果の発表状況
(1) 研究発表件数
原著論文による発表
左記以外の誌上発表
口頭発表
第Ⅰ期 77 件
第Ⅰ期 0 件
第Ⅰ期 299 件
第Ⅰ期 376 件
第Ⅱ期 89 件
第Ⅱ期 0 件
第Ⅱ期 936 件
第Ⅱ期 1025 件
第Ⅰ期 94 件
第Ⅰ期 0 件
第Ⅰ期 253 件
第Ⅰ期 347 件
第Ⅱ期 337 件
第Ⅱ期 0 件
第Ⅱ期 474 件
第Ⅱ期 811 件
第Ⅰ期 171 件
第Ⅰ期 0 件
第Ⅰ期 552 件
第Ⅰ期 723 件
第Ⅱ期 426 件
第Ⅱ期 0 件
第Ⅱ期 1410 件
第Ⅱ期 1836 件
国 内
国 際
合 計
合
計
(2) 特許等出願件数
第Ⅰ期
51 件 (うち国内 51 件、国外 0 件)
第Ⅱ期
211 件 (うち国内 184 件、国外 27 件)
合計
262 件 (うち国内 235 件、国外 27 件)
(3) 受賞等
第Ⅰ期
10 件 (うち国内 9 件、国外 1 件)
1. 能動的光制御技術
(1) 光源
1.
占部 伸二:「レーザ技術によるイオンの蓄積と冷却の研究」, 科学技術庁長官賞(研究功績者),1995.04.20
2.
阪井 清美:「テラヘルツ帯域における新しい広帯域の電磁波発信機の開発等、電気通信技術の発展に貢
献」, 郵政大臣表彰(業務優績), 1996.04.22
3.
鵜澤 佳徳:「Al/SiO/NbN ストリップ線路を用いた THz 帯準光学SISミキサー」, 応用物理学会講演奨励賞,
1998.05.15
(2) 検出器
4.
廣本 宣久:「衛星搭載圧縮型ゲルマ・ガリウム遠赤外線検出器アレイの研究」, 科学技術庁長官賞(研究功
績者), 1998.04.15
5.
廣本 宣久:「光技術による浮遊アスベスト計測装置の開発等電波利用技術の発展に寄与」, 郵政大臣表彰
(業務優績), 1998.04.20
4. 高速光通信技術
6.
北山 研一:「通信ソサイエティフォトニックプロセッシング研究会の企画運営に関する功労」, 電子情報通信
学会功労賞, 1996.09.19
7.
荒木 賢一:「Microstrip antenna with solar cells for microsatellites」, THE ELECTRONICS LETTERS
PREMIUM 賞, 1996.09.30
8.
久保田 文人:「研究会等の企画運営関する献身的活動、学術交流活性化への寄与」, 電子情報通信学会
功労賞, 1997.09.04
9.
梅野 健:「楕円曲線とカオスモンテカルロ計算」, 電気学会論文発表賞, 1998.09.03
10.
久利 敏明:「60GHz 帯外部変調による光ミリ波ダウンリンクシステム」/「60GHz 帯パイロット光を用いた光ファ
イバ・ミリ波アップリンクシステム」, 電子情報通信学会学術奨励賞, 1999.03.26
13
先端的光通信・計測に関する研究
第Ⅱ期
32 件 (うち国内 26 件、国外 6 件)
1. 光源技術
11.
鵜澤 佳徳: 「 超伝導エレク トロニクス分野における研究成果」, 日本学術振興 会 第 146 委員 会賞,
1999.04.27
12.
王 鎮:「超電導高機能素子開発に係る研究業績」, 郵政大臣表彰(業務優績), 2000.04.20
2. フォトニクス技術
13.
川西 哲也:「光・電波散乱に関する研究業績及び URSI-GA99 での発表内容評価」, URSI Young Scientist
Award, 1999.08.13
14.
秋葉 誠:「信号電流検出装置」, 科学技術庁長官賞(注目発明), 2000.04.17
15.
川西 哲也:「同軸周期構造光導波路の解析」及び「往復動作逓倍光変調」, 電子情報通信学会学術奨励
賞, 2001.03.27
16.
川西 哲也:「非接触面粗さ評価方法および非接触面粗さ評価装置」, 第 60 回注目発明, 2001.04.16
17.
井筒 雅之:「往復動作逓倍光変調による高調波の発生」, エレクトロニクスレター論文賞, 2001.09.19
18.
川西 哲也:「往復動作逓倍光変調による高調波の発生」, エレクトロニクスレター論文賞, 2001.09.19
19.
佐々木 雅英:「往復動作逓倍光変調による高調波の発生」, エレクトロニクスレター論文賞, 2001.09.19
20.
笠井 克幸:「セミモノリシック型光パラメトリック発振器によるブライトスクイーズド光と量子相関光子対ビームの
発生」, レーザー学会レーザー研究論文賞(オリジナル部門), 2002.05.31
21.
井筒 雅之:「集積光回路・デバイス、導波型光変調デバイスに関する研究」, 電子情報通信学会フェロー称
号, 2002.09.11
22.
篠原 啓介:「超高速 472GHz 格子整合系 InP-HEMT-ゲートリセス構造最適化による速度オーバーシュート
効果-」, 講演奨励賞, 2002.0924
23.
井筒 雅之:「集積光エレクトロニクスと広帯域光変調デバイス研究に対する寄与」, IEEE Fellow 賞,
2004.01.01
3. 光波面制御技術
24.
有賀 規:「レーザー光学技術の研究開発等における貢献」, 前島賞, 2001.03.13
4. 高速光通信技術
25.
外林 秀之:「スペクトルスライス Supercontinuum 時間拡散 BPSK パルス符号を用いた 10Gb/s 光符号/波長
多重多元接続」, 電子情報通信学会学術奨励賞, 2000.03.29
26.
和田 尚也:「光源とファイバ格子を用いた時間拡散/波長ホップ OCDM」, 電子情報通信学会学術奨励賞,
2000.03.29
27.
久利 敏明:「光・ミリ波生成伝送方式及び装置」, 科学技術庁長官賞(注目発明), 2000.04.17
28.
梅野 健:「カオスモンテカルカオスCDMA」, 応用物理学会講演奨励賞, 2000.05.12
29.
外林 秀之:「超高速光信号処理技術を用いた次世代フォトニックネットワーク基盤技術に関する研究」, 光科
学技術研究振興財団研究者表彰, 2001.03.07
30.
外林 秀之:「非接触面粗さ評価方法および非接触面粗さ評価装置」, 第 60 回注目発明, 2001.04.16
31.
梅野 健:「「ビデオフィードバックによるダイナミックカオスの発生装置」が優秀作品と選定された」, 第6回サ
イエンス展示・実験ショーアイデアコンテスト佳作, 2002.04.21
32.
井上 潤:「80-Gbits/s Carrier-Suppressed RZ Signal Transmission Over 208km Standard Fiber Using an
Optical Phase Conjugation」, OECC2002 Best Paper Award 賞, 2002.07.09
33.
外林 秀之:「80-Gbits/s Carrier-Suppressed RZ Signal Transmission Over 208km Standard Fiber Using an
Optical Phase Conjugation」, OECC2002 Best Paper Award 賞, 2002.07.09
34.
中條 渉:「80-Gbits/s Carrier-Suppressed RZ Signal Transmission Over 208km Standard Fiber Using an
Optical Phase Conjugation」, OECC2002 Best Paper Award 賞, 2002.07.09
14
先端的光通信・計測に関する研究
35.
梅野 健:「特許第 3314181 号-擬似乱数列の出力装置、送信装置、受信装置、通信システム、フィルタ装置、
擬似雑音系列の出力方法、送信方法、受信方法、フィルタ方法ならびに情報記録媒体の新規性及び有効
性」, 第 18 回テレコムシステム技術賞, 2003.03.17
36.
外林 秀之:「電気通信においての工学的技術的観点からの研究の振興と促進に寄与」, 第 18 回テレコムシ
ステム技術賞, 2003.03.17
37.
中條 渉:「電気通信においての工学的技術的観点からの研究の振興と促進に寄与」, 第 18 回テレコムシス
テム技術賞, 2003.03.17
38.
外林 秀之:「1.6-b/s/Hz 6.4-Tb/s QPSK-OCDM/WDM(4 OCDM*40W*40Gb/s) transmission experiment
using optical hard thresholding」, 光学論文賞, 2003.03.28
39.
梅野 健:「CRL 特許 3030341 号をライセンスして生まれた技術・製品であるデータベース暗号化技術「イーサ
イファーゲート」」, 第 15 回中小企業優秀新技術 新製品賞, 2003.04.09
40.
梅野 健:「スケーラブルなカオス暗号とハードウェア実装評価」, 第5回LSI IPデザインアワードIP賞,
2003.06.10
41.
外林 秀之:「移動体衛星通信システムの研究開発と実用化」, SCI2003 Best Paper Award, 2003.09.09
42.
久利 敏明:「光ファイバ無線高密度波長多重伝送におけるフォトニックダウンコンバージョン法」, 研究奨励
賞, 2003.12.16
(4) 主な原著論文による発表の内訳
第Ⅰ期
1.
H. Shibai, M. Yui, H. Matsuhara, N. Hiromoto, T. Nakagawa and H. Okuda:「Far-Infrared Line Mapper
(FILM) on the Infrared Telescope in Space」, Astrophys. J., Vol.428, pp. 377-383 (1994)
2.
K. Mizutani, T. Maihara, H. Matuhara, T. Nakagawa, H. Shibai, H. Okuda, Y. Kobayashi, N. Hiromoto, T.
Nishimura, and F. J. Low:「[CII] 158 Micron and [OI] 63 Micron Observations of the Galactic Center Region」,
Astrophys. J., Supple., Vol. 91, pp. 613-624 (1994)
3.
K. Mizutani, T. Maihara, H. Matuhara, T. Nakagawa, H. Shibai, H. Okuda, Y. Kobayashi, N. Hiromoto, T.
Nishimura and F. J. Low :「[CII] 158 Micron and [OI] 63 Micron Observations of the Galactic Center Region」,
Astrophys. J. Suppl., Vol.91, pp.613-624 (1994)
4.
M. Hangyo, S. Tomozawa, Y. Murakami, M. Tonouchi, M. Tani, Z. Wang, K. Sakai and S. Nakashima:
「Terahertz Radiation from Superconducting Yba2Cu3O7-d Thin Films Excited by Femtosecond Optical
Pulses」, Appli. Phys. Lett., Vol. 69, No. 14, pp. 2122-2124 (1996)
5.
S. Matsuura, M. Tani and K. Sakai: 「Generation of Coherent Terahertz Radiation by Photomixing in Dipole
Photoconductive Antennas」, Appl. Phys. Lett., Vol. 70, No. 5, pp. 559-561 (1997)
第Ⅱ期
1.
G. R. Guthohrlein, M. Keller, K. Hayasaka, W. Lange, H. Walther:「A single ion as a nanoscopic probe of an
optical field」, NATURE, Vol. 414, pp. 49-51 (2001)
2.
Siyouan Han, Yang
Yu, Xi
Chu, Shin-I
Chu, Z. Wang: 「 Time-Resolved Measurement of
Dissipation-Induced Decoherence in a Josephson Junction」, SCIENCE, Vol. 293, pp. 1457-1459 (2001)
3.
Yang Yu, Siyuan Han, Xi Chu, Shih-I Chu, Z. Wang:「Coherent Temporal Oscillations of Macroscopic
Quantum States in a Josephson Junction」, SCIENCE, Vol. 296, No. 5569, pp. 889-892 (2002)
4.
T. Kawanishi:「Brewster’s scattering angle in scattered waves from slightly rough metal surfaces」, PHYSICAL
REVIEW LETTERS, Vol. 84, No. 13, pp. 2845-2848 (2000)
5.
H.Kamioka, S. Saito, M.Isobe, Y.Ueda, T.Suemoto:「Coherent Magnetic Oscillation in the Spin Ladder System
α´-NaV2O5」, PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 88, No. 12, p. 127201 (2002)
15
先端的光通信・計測に関する研究
6.
Fujiwara, M. Takeoka, J. Mizuno, M. Sasaki:「Exceeding classical capacity limit in quantum optical channel」,
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 90, 16, p. 167906 (2003)
7.
Y. Mitsumori, J. A. Vaccaro, S. M. Barnett, E. Andersson, K. Hasegawa, M. Takeoka, M. Sasaki:
「Experimental demonstration of quantum source coding」, PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 91, No. 21, p.
217902 (2003)
8.
Z. Wang, H. Terai, A. Kawakami, Y. Uzawa:「Interface and tunneling barrier heights of NbN/AlN/NbN tunnel
junctions」, APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 75, No. 7, pp. 701-703 (1999)
16
先端的光通信・計測に関する研究
(5)主要雑誌への研究成果発表
第I期
Impact
Factor
能動的
光制御
技術
光源
能動的
光制御
技術
検出器
能動的
光制御
技術
伝搬
高品質
レーザー
技術
新光
デバイス
技術
高速
光通信
技術
高速
光通信
技術
合計
ASTROPHYSICAL JOURNAL
6.187
0
1
0
0
0
0
0
1
ASTROPHYSICAL JOURNAL
SUPPLEMENT SERIES
4.749
0
1
0
0
0
0
1
2
APPLIED PHYSICS LETTERS
4.207
5
1
2
0
6
0
0
14
OPTICS LETTERS
3.511
1
0
3
2
0
0
1
7
PHYSICAL REVIEW B
3.327
1
0
0
0
0
0
0
1
PHYSICAL REVIEW A
2.986
0
0
0
2
0
0
0
2
PUBLICATIONS OF THE
ASTRONOMICAL SOCIETY OF
THE PACIFIC
2.83
0
0
1
0
0
0
0
1
EUROPHYSICS LETTERS
2.36
1
0
0
0
0
0
0
1
IEEE JOURNAL ON SELECTED
AREAS IN COMMUNICATIONS
2.316
0
0
0
0
1
0
0
1
Journal
第 II 期
Journal
Impact
Factor
光源技術
フォトニクス 光波面
高速
技術
制御技術 光通信技術
高精度
光計測
の研究
1
合計
NATURE
30.432
1
SCIENCE
26.682
2
PHYSICAL REVIEW LETTERS
7.323
1
ASTROPHYSICAL JOURNAL
6.187
APPLIED PHYSICS LETTERS
4.207
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS
3.781
OPTICS LETTERS
3.511
6
3
PHYSICAL REVIEW B
3.327
3
2
5
PHYSICAL REVIEW A
2.986
10
10
IEEE JOURNAL OF QUANTUM
ELECTRONICS
2.466
1
IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS
2.44
3
ATMOSPHERIC ENVIRONMENT
2.352
PHYSICAL REVIEW B
2.342
2
OPTICS EXPRESS
2.331
1
2
3
4
1
7
4
1
2
14
1
5
1
1
14
2
4
3
1
17
1
1
2
2
3
先端的光通信・計測に関する研究
「第 I 期」
1. 能動的光制御技術
1.1. 光源
通信総合研究所 第 2 特別研究室
○阪井 清美、Oleg V. Misochiko、Michael Herrmann、朴 志聖
通信総合研究所関西支所コヒーレンス技術研究室
小野寺 紀明、谷 正彦、兵頭 政春、Abedin Kazi Sarwar
通信総合研究所関西支所電磁波分光研究室
渡部 昌良、田中 歌子、松原 健祐
大阪大学大学院基礎工学科
占部 伸二
■要 約
通信・計測技術の高度化を目指して、光制御技術を用いた新しい光源の研究を行う。具体的には高速光源、レーザース
ペクトル制御技術、量子状態制御技術等の研究を行った。
■目 的
高速光源として500フェムト秒以下のパルス幅を持ち、最高1THzの超高速繰り返し周波数で動作する1.5μm帯パルス光
源を目指した。並行して、未開拓の電磁波領域であるテラヘルツ帯の光源(波長100μm帯、パルス及びCW)を開発する。
レーザースペクトル制御技術としては、半導体レーザーのスペクトル狭窄化と超安定発振を実現し、更に全固体化による紫
外域波長可変安定光源を目指して研究を行った。量子状態制御の研究では、将来の量子通信の可能性探求を行った。
■ 研究方法
高速光源の研究では、半導体レーザーや光ファイバー等の非線形性を使った、小型で安定な超高速繰り返しのフェムト
秒光パルス光源の開発を行った。更に、最新のレーザー技術、半導体技術、超伝導技術を駆使して、未開拓の周波数領
域であるテラヘルツ帯の発振器、受信器の開発研究を行った。レーザースペクトル制御の研究では、半導体レーザーを狭
スペクトル且つ超高安定で発振させる技術を開発し、併せて非線形結晶を用いた、高効率多段波長変換技術による深紫
外領域の全固体化光源を実現するための研究を行った。量子状態制御の研究では、スクイーズド光等従来のレーザーより
低雑音の光源の研究を実施した。
■ 研究成果
高速光源の中で超高繰り返し超短パルス光発生の研究では、2台のモード同期半導体レーザーからのモード同期光パ
ルス列の合成により、数 THz から数十 THz の非常に深い変調度を有するビート信号の発生に成功した。その後、3台の連
18
先端的光通信・計測に関する研究
続発振の半導体レーザーによる光パルスのフーリエ合成に成功し、257GHz の光パルスの発生と観測に成功した。更に新
しい構造のファイバーレーザーから 64GHz の高安定なモード同期光パルスの発生にも成功した。またテラヘルツ電磁波発
生の研究では、前半に超高速半導体デバイスや高温超伝導デバイスとフェムト秒レーザーの組み合わせで、パルスの広
帯域白色コヒーレント光源の発生、超高速半導体デバイスと半導体レーザーの組み合わせで、フォトミキシング型の連続テ
ラヘルツ波の発生実験を行い、このテラヘルツ波をコヒーレントフォノン分光等の新しい分光や、イメージングへ応用した。
レーザースペクトル制御の研究では、非線形結晶と外部共振器を用い、基本光源から2段階で第2高調波を効率良く発生
させるための基礎実験を行った。半導体レーザー(858nm)の第2高調波(429nm)の発生及び、色素レーザーを用いた
429nm から深紫外光 214.5nm の発生に成功し、多段波長変換の見通しを得た。全固体化、高出力化、高効率波長変換の
研究を推進し、半導体レーザー(858nm)の2段階の第2高調波発生によって深紫外光の 214nm を発生させると共に、固体
レーザー(532nm)の第2高調波(266nm)と半導体レーザー(850nm)の和周波混合により、深紫外光の 202nm を発生させた。
量子状態制御の研究では、スクイーズド光発生により、量子雑音を制御し 2~3mW の出力を得ることに成功し、新たにセミ
モノリシック型の光パラメトリック発振器を開発し、イメージング量が 48%に達するブライトスクイーズド光の発生と、量子相関
を有する双子の光子対の発生に成功した。
■考 察
高速光源の研究では、高繰り返し光源で 257GHz の光パルスは世界最高値を達成した。また 64GHz も、単一ファイバー
レーザーとしては、世界最高値を達成したことになる。これらによりサブテラヘルツからテラヘルツ繰り返しのパルス光源実
現の見通しが得られた。パルス白色光源では約 6THz までの広帯域パルス光源が、連続コヒーレント光源では 4THz までの
周波数可変な光源が得られるようになった。応用研究では、木の葉や、粉体中に混入した異物のイメージング、高温超伝
導電流の可視化、固体中 LO フォノンや気体の高分解能分光測定を行った。 レーザースペクトル制御の研究では、
214nm 光の出力が 0.64mW、202nm 光の出力が 0.36mW 得られ、全固体化した安定な光源が得られるようになった。
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
M. Tani, K. Sakai, H. Abe, S. Nakashima, H. Harima, M. Hangyo, Y. Tokuda, K. Kanamoto, Y. Abe and N.
Tsukada:「Spectroscopic Characterization of Low-Temperature Grown GaAs Epitaxial Films」, Jpn. J. Appl.
Phys. Part 1, Vol.33, No. 9A, pp.4807-4811 (1994).
2.
M. Tonouchi, M. Tani, Z. Wang, K. Sakai, S. Tomozawa, M. Hangyou, Y. Murakami, and S.
Nakashima:
「Ultrashort Electromagnetic Pulse Radiation from YBCO Thin Films Excited by Femtosecond Optical Pulse」,
Jpn.J.Appl.Phys. Vol.35, Part I, No.5A, pp.2624-2632 (1996).
3.
M. Tani, M. Tonouchi, Z. Wang, K. Sakai, M. Hangyo, S. Tomozawa and Y. Murakami: 「 Enhanced
Sub-Picosecond Electromagnetic Radiation from YBCO Thin-Film Bow-Tie Antennas Excited with
Femtosecond Laser Pulses」, Jpn. J. of Appl. Phys., Vol. 35, Part 2, No. 9B, pp. L1184-L1187 (1996).
4.
M. Tonouchi, M. Tani, Z. Wang, K. Sakai, N. Wada and M. Hangyo:「Terahertz Emission Study of Femtosecond
Time-Transient Nonequilibrium State in Optically Excited Yba2Cu3 O7-d Thin Films」, Jpn. J. of Appl. Phys.,
Vol. 35, Part 2, No. 12A, pp. L1578-L1581 (1996).
5.
H. Abe, H. Harima, S. Nakashima, M. Tani, K. Sakai, Y. Tokuda, K. Kanamoto and Y. Abe:「Characterization
of Crystallinity in Low-Temperature-Grown GaAs Layers by Raman
Scattering and Time-Resolved
Photoreflectance Measurements」, Jpn. J. of Appl. Phys., Vol. 35, Part1, No. 12A, pp. 5955-5963 (1996).
6.
M. Tani, M. Tonouchi, M. Hangyo, Z. Wang, N. Onodera and K. Sakai: 「 Emission Properties of
19
先端的光通信・計測に関する研究
Yba2Cu3O7-d-Film Photoswitches as THz Radiation Sources」, Jpn. J. Appl. Phys. Part I, SSPM '96,
Special
Issue, No. 3B, pp. 1984-1989 (1997).
7.
M. Tani, K. Sakai and H. Mimura:「Ultrafast Photoconductive Detectors Based on Semi-Insulating GaAs and
InP」, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 36, Part 2, No. 9A/B, pp. 1175-1178 (1997).
8.
R. Fukasawa, K. Sakai and S. Perkowitz:「Far-Infrared Reflectance Study of Coupled Longitudinal-Optical
Phonon-Hole Plasmon Modes and Transport Properties in Heavily Doped -Type GaAs」, Jpn. J. Appl. Phys.,
Vol. 36, Part 1, No. 9A, pp. 5543-5548 (1997).
9.
M. Hangyo, N. Wada, M. Tonouchi, M. Tani and K. Sakai:「Ultrafast Optical Response and Terahertz Radiation
from High-Tc Superconductor」, IEICE Trans. Electron Vol. E80-C, No. 10, pp. 1282-1290
10.
(1997).
S. Shikii, N. Tanichi, T. Nagashima, M. Tonouchi, M. Hangyo, M. Tani and K. Sakai:「Enhanced THz Radiation
from YBCO using a-Axis Oriented Thin Films Excited by Ultrashort Optical Pulses」,
IEICE Trans. Electron,
Vol. E80-C, No. 10, pp. 1297-1303 (1997).
11.
K.S. Abedin, N. Onodera and M. Hyodo:「Windely Chirped High-Repetition-Rate Continuous Wave FM Laser
Oscillation in Erbium Fiber Ring Laser」, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, Vol.37, No.6A, pp.649-652 (1998).
12.
N. Onodera, K.S. Abedin and M. Hyodo:「Optical pulse generation from a frequency modulated Er-doped fiber
laser by frequency filtering」, Jpn. J. Appl. Phys., Part2 Vol.37, No.9A/B, ppL1046-L1048 (1998).
13.
阪 井 清 , 谷 正 彦 , 松 浦 周 二 : 「 テ ラ ヘ ル ツ 電 磁 波 の 発 生 と そ の 応 用 」 、 レ ー ザ ー 研 究 、 Vol.26 No.7
pp.515-521 (1998).
14.
萩行正憲, 斗内政吉, 谷 正彦, 阪井清美:「高温超伝導からの THz 電磁波発生」,レーザー研究, Vol.26,
No.7, pp.536-540 (1998).
15.
N. Onodera, K. S. Abedin and M. Hyodo:「Optical Pulse Generation from a Frequency Modulated Er-doped
Fiber Laser by Frequency Filtering」, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, Vol. 37, No. 9AB, pp. L1046-1048 (1998).
国外誌
1.
N. Onodera:「THz Beat frequency Generation by Modelocked Semiconductor Lasers」, Electron Lett., Vol. 32,
No. 11, pp. 1013-1015 (1996).
2.
N. Onodera:「Optical Beat Frequency Generation up to 40.6THz by Mode-Locked Semiconductor Lasers」,
Electronics Lett., Vol. 32, No. 18, pp. 1727-1729, (1996)
3.
M. Hangyo, S. Tomozawa, Y. Murakami, M. Tonouchi, M. Tani, Z. Wang, K. Sakai and S. Nakashima:
「Terahertz Radiation from Superconducting Yba2Cu3O7-d Thin Films Excited by Femtosecond Optical
Pulses」, Appli. Phys. Lett., Vol. 69, No. 14, pp. 2122-2124 (1996).
4.
S. Matsuura, M. Tani and K. Sakai:「Generation of Coherent Terahertz Radiation by Photomixing in Dipole
Photoconductive Antennas」, Appl. Phys. Lett., Vol. 70, No. 5, pp. 559-561 (1997).
5.
N. Onodera, Supermode Beat Suppression in Harmonically Mode-Locked Erbium-doped Fibre Ring Lasers with
Composite Cavity Structures」, Electronics Letters, Vol. 33, No. 11, pp. 962-963(1997).
6.
M. Hangyo, S. Tomozawa, Y. Murakami, M. Tonouchi, M. Tani, Z. Wang and K. Sakai:「Ultrafast Photoexcited
Quasiparticle Dynamics in YBCO Films Observed by THz Emission」, IEEE Trans. Applied Superconductivity,
Vol. 7, No. 2 pp. 2909-2912 (1997).
7.
M. Tonouchi, M. Tani, Z. Wang, K. Sakai, M. Hangyo, N. Wada and Y. Murakami:「Enhanced THz Radiation
from YBCO Thin Film Bow Tie Antennas with yper-Hemispherical MgO Lens」, IEEE Trans. Applied
Superconductivity Vol. 7, No. 2 pp. 2913-2916 (1997).
8.
M. Tani, S. Matsuura and K. Sakai:「Emission Characteristics of Photoconductive Antennas Based on
Low-temperature-grown GaAs and Semi-insulating GaAs」, Appl. Opt., Vol. 36, pp. 7853-7859 (1997).
20
先端的光通信・計測に関する研究
9.
M. Tonouchi, N. Wada, M. Hangyo, M. Tani and K. Sakai: 「 Control of Magnetic Flux in a
YBa2Cu3O7-d Thin Film Loop Using Femtosecond Laser Pulses」, Appl. Phys. Lett., Vol. 71, No. 16, pp.
2364-2366 (1977).
10.
T. Hidaka, M. Tani, S. Matsuura and K. Sakai:「CW terahertz wave generation by photomixing using a
two-longitudinal-mode laser diode」, Electron. Lett., Vol. 33, No. 24, pp. 2039-2040 (1997).
11.
M. Tani, R. Fukasawa, H. Abe, S. Matsuura, K. Sakai and S. Nakashima:「Terahertz Radiation from Coherent
Phonons Excited in Semiconductors」, J. Appl. Phys., Vol. 83, No. 5, pp. 2473-2477 (1998).
12.
S. Matsuura, M. Tani, H. Abe, K. Sakai, H. Ozeki and S. Saito:「High resolution terahertz spectroscopy by a
compact radiation source based on photomixing with diode lasers in a photoconductive antenna」, J. Mol.
Spectrosc., Vol. 187, pp. 97-101 (1998).
13.
K. S. Abedin, N. Onodera and M. Hyodo:「Order of Magnitude Repetition Rate Multiplication in FM
Mode-locked Fibre Laser by Higher-Order FM Sideband Generation and Filtering」, Electronics Letters, Vol.
34, No. 13, pp. 1321-1322 (1998).
14.
H. Hase, K. Mizoguchi, H. Harima, S. Nakashima and K. Sakai:「Dynamics of Coherent Phonons in Bismuth
Generated by Ultrashort Laser Pulses」, Phys. Rev. B, Vol. 58, No. 9, pp. 5448-5452 (1998).
15.
K. S. Abedin, N. Onodera and M. Hyodo:「Repetition-Rate Multiplication in Actively Mode-Locked Fiber
Lasers by Higher-Order FM Mode Locking Using a High-Finesse Fabry-Perot Filter」, Appl. Phys. Lett., Vol.
73, No. 10, pp. 1311-1313 (1998).
16.
K. S. Abedin, N. Onodera and M. Hyodo:「High-Repetition-Rate FM Oscillation in an Erbium Fiber Ring Laser
and its Application for Picosecond Pulse Generation by External Chirp Compensation 」 , Optics
Communications, Vol. 158, No. 1-6, pp. 77-83 (1998).
17.
S. Shikii, T. Kondo, M. Yamashita, M. Tonouchi, M. Hangyo, M. Tani and K. Sakai:「Observation of
Supercurrent distribution in YBa2Cu3O7-d Thin film Using THz Radiation Excited with Femtosecond Laser
Pulses」, Appl. Phys. Lett., Vol. 74, pp. 1317-1319 (1999).
18.
M. Hyodo, N. Onodera and K. S. Abedin:「Fourier Synthesis of 9.6GHz Optical-Pulse Trains by Phase Locking
of Three Continuous-Wave Semiconductor Lasers」, Optics Letters, Vol. 24, No. 5, pp.303-305 (1999).
19.
O. V. Misochko, M. Tani, K. Sakai, K. Kisoda and S. Nakashima:「Phonons in V2O3 Above and Below Mott
Transition: A comparison of Time and Frequency Domain Spectroscopy Results」, Physica B, Vol. 263/264, No.
1, pp. 57-59 (1999).
口頭発表
招待講演
国内
1.
谷正彦:「超高速光スイッチ素子を用いた時間領域テラヘルツ電磁波分光」 ダイナミック分光計測セミナー
(1997).
国際会議
1.
K. Sakai and M. Tani:「Terahertz Electromagnetic Pulse Emission from Photoconductive Antennas and
High-Tc Superconducting」, 20th Int'l Conf. Infrared and Millimeter Waves(1995).
応募・主催講演等
国内 63 件(詳細省略)
国際会議 48 件(詳細省略)
21
先端的光通信・計測に関する研究
特許等出願等
1.
1995:「超伝導体電磁波発生装置」,阪井清美,特願 233417 号
2.
1997:「超伝導光メモリー装置」,阪井清美,谷 正彦,萩行正憲,斗内政吉,特願 175233 号
3.
1998:「光パルス発生器」,兵頭正春,特願 322302 号
4.
1999:「ファブリーベローフィルタを用いたファイバレーザーの新しい再生帰還法」,カジ・サルワル・アベディン,特願
40338 号
受賞等
1.
阪井 清美:「テラヘルツ帯域における新しい広帯域の電磁波発信機の開発等、電気通信技術の発展に貢
献」,郵政大臣表彰(業務優績), 1996.04.22
2.
占部 伸二:「レーザ技術によるイオンの蓄積と冷却の研究」,科学技術庁長官賞(研究功績者),1995.04.20
3.
鵜澤 佳徳:「Al/SiO/NbN ストリップ線路を用いた THz 帯準光学SISミキサー」, 応用物理学会講演奨励
賞,(1998).
22
先端的光通信・計測に関する研究
「第 I 期」
1. 能動的光制御技術
1.2. 検出器
通信総合研究所 光技術部 光エレクトロニクス研究室
○廣本 宣久、秋葉 誠、奥村 健市、渡部 健一、藤原 幹生
■要 約
光通信・計測の基礎となる光検出器技術に関する研究を行った。このため検出器、増幅/読み出し回路および光学素
子をそれぞれ発展させることにより、従来技術を越える SN で光電子を検知できる、超低雑音の光検出を実現を目指した。
特に、光と電波の間にある未利用の電磁波領域である遠赤外光超低雑音検出技術を開拓した。
■目 的
超低雑音の光検出技術を実現するための重要な要素技術である数 10-100 nV/Hz1 / 2 程度の超低雑音の極低温 FET
技術、反射率 0.1%以下の無反射コートなどの赤外検出用新光学素子技術および、100 素子程度以上の高感度アレイ型
赤外光検出器技術の確立を目指した。
■ 研究方法
極低温低雑音 FET の研究では、極低温で動作する低雑音増幅/読み出し回路を開発するため、極低温低雑音 FET(電界
効果トランジスタ)など、従来の限界を越える電子素子の研究開発を実施した。赤外光検出用新光学素子の研究では、遠赤外
領域の受信技術開発に必須のコート膜、光学フィルターなどの新しい光学素子技術を研究開発を行った。アレイ型検出技術の
研究では、宇宙観測、地球環境のリモートセンシング、物質、生物計測に使われる赤外イメージングや、空間多重赤外通信用
受信器などを実現するため、赤外光検出器アレイ化に必要な基礎技術を研究し、高感度アレイ型遠赤外検出器を開発した。
■ 研究成果
極低温低雑音 FET の研究では、材料・プロセスにおいて最先端にある GaAs 系のヘテロ接合型 FET および pn 接合型
FET に関して、極低温低雑音 FET 実現のための技術的課題を明らかにするため、極低温での特性評価を行った。この結
果をもとに、GaAs-pn 接合型 FET について、ゲート構造と雑音特性との関係を明らかにし、最適構造を決定するため、30
種類のゲートサイズの異なる FET の試作を行った。試作した GaAs-pn 接合型 FET の極低温での性能評価を行い、10- 1 8
A 以下の小さなゲートリーク電流を実現するとともに、雑音のゲート・サイズ依存性を明確にし、数 100nV/Hz1 / 2 (1Hz、
4.2K)の雑音を実現した。この FET を用いて同相雑音を補償するデュアル FET および検出器読み出し回路 IC の試作に
成功した。GaAs 系のヘテロ接合型 FET においては、従来のものがゲートリーク電流に起因して低周波雑音が大きくなって
いることを明らかにし、ゲートリーク電流を抑えた素子によって 100nV/Hz1 / 2 (1Hz、4.2K)の低周波雑音を実現した。赤外
光検出用新光学素子の研究では、前半に半導体等の結晶基板の上に、結晶あるいは非晶質の薄板を光学接着剤で貼着
し、厚みを制御して研磨する方法を考案し、遠赤外用光学コート膜を形成する技術の開発を行った。この技術を用いて、
Ge および GaAs 半導体表面における反射率 0.1%以下の無反射コート膜の製作に成功した。後半において極低温での性
能評価を行い、極低温においてこの遠赤外無反射コート膜が使用可能であるとともに、より高い透過率(両面 AR Ge 1mm
厚板で 98.7%@波長 172μm)が得られることを明らかにした。アレイ型検出器技術の研究では、前半、赤外光検出器アレ
23
先端的光通信・計測に関する研究
イ開発の要素技術の1つである透明電極を持つ Ge:Ga 検出器の試作、性能評価を行い、透明電極の製作プロセスを確立
した。また、もう1つの要素技術である素子分離について、エッチング法を試みることにより、16 素子 Ge:Ga 遠赤外光検出器
一次元アレイの試作を行った。後半、遠赤外二次元アレイ型検出器の目標として、1つのウェーハの上に形成した遠赤外
検出器アレイと極低温読み出し回路 IC を直接ハイブリッド接合したものを世界に向けて提案するとともに、実際にインジウ
ムバンプを用いた直接ハイブリッド型遠赤外検出器アレイの試作に成功した。
■考 察
極低温低雑音 FET の研究では、極低温での特性評価の研究を通じ、GaAs 系のヘテロ接合型 FET に関して、ゲートリ
ーク電流を抑えることにより、100nV/Hz1 / 2 の低周波雑音を実現できることを明らかにした。また GaAs 系 pn 接合型 FET
について、ゲート構造と雑音特性との関係を明確にするためのサンプルを試作し、その性能評価をもとに、非常に低いゲ
ートリーク電流と数 100nV/Hz1 / 2 の雑音を実現し、更にこれを用いて IC の試作に成功した。これらの研究は、ほぼ目標を
達成したといえるとともに、更に進んで実用化レベルに達したと言える。赤外光検出用新光学素子の研究では、光学コート
膜を製作する新しい技術を考案し、重要な遠赤外光材料である Ge および GaAs 半導体表面に、反射率 0.1%以下の無反
射コートを製作する技術を達成した。また、極低温において、応用が可能なばかりでなく、更に高い性能を持つことを示し
たことは、予想以上の成果を上げたといえる。アレイ型検出器技術の研究では、研究開発に必要な透明電極や素子分離
などの技術を確立し、1つのウェハー上に遠赤外検出器アレイを形成する技術を確立した。また、直接ハイブリッド型遠赤
外検出器アレイの提案、実現したことは、目標を達成するとともに、更に進んで遠赤外二次元イメージングのための標準ツ
ールのあるべき形を示したと言える。
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
N. Hiromoto, H. Takami, T. Aoki, H. Kataza, T. Yamashita and S. Sato:「Near infrared camera with a HgCdTe
128*128 array at the CRL 1.5m Telescope」, Publ. Astron. Soc. Japan, Vol.47, pp93-104(1995).
2.
N. Hiromoto, M. Fujiwara, H. Shibai and H. Okuda: 「 Ge:Ga Far-Infrared Photoconductors for
SpaceApplications」, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.35, No.3, pp.1676-1680 (1996).
3.
N. Hiromoto and M. Fujiwara:「Hole Mobility in Ge:Ga Far-Infrared Photoconductive Semiconductors at Low
Temperatures」, Jpn. J. Appl., Phys., Vol.35, No.9, pp.4685-4688 (1996).
4.
N. Hiromoto and M. Fujiwara:「Ge:Ga Far-Infrared photoconductors for Space Applications」, Jpn. J. Appl.
Phys., Vol. 35, pp. 1676-1680 (1996).
5.
K. Okumura, N. Hiromoto, H. Okuda, H. Shibai, T. Nakagawa, S. Makiuchi, H. Matsuhara:「155 Micron
Continuum Emission from the Galactic Plane near 1=50 degrees observed by IRTS」, Publ.
the Astron. Soc.
Japan, Vol. 48, pp. L123-L126 (1996).
6.
H. Shibai, H. Okuda, T. Nakagawa, S. Makiuchi, H. Matsuhara, N. Hiromoto, K. Okumura:「[CII] Diffuse
Emission Observed by IRTS」, Publ. Astron. Soc. Japan Vol. 48, pp. L127-L131 (1996).
7.
M. Fujiwara and N. Hiromoto:「Ge:Ga far infrared photoconductor with low Ga concentration of 1×1014cm-
3」, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 36. pp. 4262-4266 (1997).
8.
M. Fujiwara and N. Hiromoto:「Characteristics of a lowly doped Ge:Ga far-infrared photodetector (Japanese)」,
J. IEICE, Vol. J81-CII, No. 4, pp. 239-246 (1998).
9.
廣本宣久:「テラヘルツ波 p 型 Ge レーザー」,レーザー研究、Vol.26, No.7 pp.541-545 (1998).
10.
廣本宣久:「高速赤外空間通信技術の展望」,光学 Vol.27, No.8, pp.423-429 (1998).
24
先端的光通信・計測に関する研究
国外誌
1.
H. Shibai, M. Yui, H. Matsuhara, N. Hiromoto, T. Nakagawa and H. Okuda:「Far-Infrared Line Mapper
(FILM) on the Infrared Telescope in Space」, Astrophys. J., Vol.428, pp. 377-383 (1994).
2.
M. Mizutani, T. Maihara, H. Matuhara, T. Nakagawa, H. Shibai, H. Okuda, Y. Kobayashi, N. Hiromoto,
T. Nishimura, and F. J. Low:「[CII] 158 Micron and [OI] 63 Micron Observations of the Galactic
Center Region」, Astrophys. J., Supple., Vol. 91, pp. 613-624 (1994).
3.
M. Akiba:「1/f dielectric polarization noise in silicon p-n junctions」, Appl. Phys. Lett., Vol. 71, pp.
3236-3238 (1997).
4.
N. Hiromoto, K. Hashiguchi, S. Ito, and T. Itabe:「Asbestos real-time monitor in an atmospheric
environment」, Appl. Opt., Vol. 36, pp. 9475-9480 (1997).
5.
K. Kawase and N. Hiromoto:「Terahertz-wave antireflection coating on Ge and GaAs using fused
quartz」, Appl. Opt., Vol. 37, pp. 1862-1866 (1998).
口頭発表
招待講演
国際会議
1.
M. Fujiwara, N. Hiromoto and K. Araki:「Performance of Ge:Ga Far Infrared Photoconductors with Ga
14
-3
Concentration of1×10 cm
」, 19th Int'l Conf. Infrared and Millimeter Waves, M7.1 (Sendai, Japan, 1994).
応募・主催講演等
国内 55 件(詳細省略)
国際会議 32 件(詳細省略)
特許等出願等
1.
1996:「光学用薄膜の製造方法」,廣本宣久,川瀬晃道,特願 83145 号
2.
1997:「浮遊粒子測定装置」,廣本宣久,特願 073454 号
3.
1997:「信号電流検出回路」,秋葉 誠,特願 178134 号
受賞等
1.
廣本 宣久:「衛星搭載圧縮型ゲルマ・ガリウム遠赤外線検出器アレイの研究」,科学技術庁長官賞(研究功績
者), 1998.04.15
2.
廣本 宣久:「光技術による浮遊アスベスト計測装置の開発等電波利用技術の発展に寄与」,郵政大臣表彰(業
務優績), 1998.04.20
25
先端的光通信・計測に関する研究
「第 I 期」
1. 能動的光制御技術
1.3. 伝搬
通信総合研究所 地球環境計測部 光計測研究室
○板部 敏和
通信総合研究所 宇宙通信部 宇宙技術研究室
有本 好徳、Klaus Werner、早野 裕
国立東京天文台
高見 英樹
通信総合研究所 第1特別研究室
吉門 信、李 樹栄、王 慧田、張 家森
通信総合研究所 光技術部 光情報処理研究室
井筒 雅之、李 可人、佐々木 雅英、川西 哲也、Benjiamin Dingel、王 志良
東洋大学工学部電気工学科
伊藤 繁夫
■要 約
光が大気中を伝搬するとき、大気中の乱流によって伝搬する光の波面は乱されるため、光通信・計測では遠方において受信
される画像はぼけて画質が悪くなり、信号強度も大きく揺らぐ。この波面の乱れを能動的に補正する技術の研究を実施した。
■目 的
大気伝搬路の波面の揺らぎは(1)補償光学技術や(2)非線形光学技術の能動的な手法により取り除くことができるため、
先ずこれらの技術の基礎研究を行った。さらにこれらの技術を用いて大気揺らぎによる光の波面の補正を行って空間光通
信や宇宙観測等において極限の光伝搬を目標とした。
■ 研究方法
補償光学技術では、衛星地上間のレーザー光通信用として超高速通信を可能とする補償光学技術の研究を行った。併
せて天体観測用として望遠鏡の空間分解能を限界値に近い分解能にあげるための研究を国立天文台と協力して実施した。
非線形光学技術の研究では、先ず、位相共役波の発生や高効率化等の基礎研究を行い、次に大気の揺らぎによる光波
面の乱れを自動補正できる画像の直接(変調なし)伝送技術の開発を行った。
26
先端的光通信・計測に関する研究
■ 研究成果
光通信用補償光学技術では、CRLの1.5m望遠鏡に設置された波面センサー(Shack-Hartmann 型、16×16 素子)を
用いて季節毎の大気揺らぎの測定を行い、大気揺らぎのコヒーレント長、周波数の解析を行い、光通信用としての波面制
御装置(バイモルフ型13素子)の整備を行った。天体観測用補償光学技術では、補償光学系の波面センサー(曲率セン
サー型)の試作を行い、その大型望遠鏡への取り付け、さらに波面制御系(バイモルフ型、36素子)との連結、動作試験を
行った。位相共役光の研究では、位相共役波発生装置を用いて相互励起による新しい位相共役波の発生法を提案し、こ
の方法での位相共役波の発生にも成功した。光通信用補償光学技術では、1.5m望遠鏡と開発した波面センサーで得ら
れた大気ゆらぎのデータをパラメータとし、補償光学装置を装備した地上-衛星間レーザー通信回線のシミュレーションを
行い、10dB近くSN比が改善されることが明らかになった。天体観測用補償光学技術では、開発した補償光学装置を1.5
m望遠鏡に組み合わせて、恒星による実験を行い、大気ゆらぎ補正に成功した。その後、人工星生成実験装置を整備し、
種々のテストを行った。非線形光学技術の研究では、非線形光学効果の1つであるフォトリフラクティブ効果を用いて、イン
コヒーレント-コヒーレント光変換に成功した。次に、この技術を用いて、ファニングビーム及び4波混合の2方式で、大気ゆ
らぎの補正をして画像を伝送する室内実験に成功した。また、長距離にわたって細いビーム幅を保ってあたかも、回折しな
いかのよう伝搬する新しい光ビームLRNB(Long Range Nondiffracting
Beam、長距離伝搬非回折ビーム)を発見し、基
礎的な伝搬実験を行った。
■考 察
光通信用補償光学システムでは、そのシステム試作、開発のためのCRL構内での揺らぎの観測を行い、当初の計画通
りに補償光学システムの試作を確認し、CRLの 1.5m望遠鏡で試験を行い、地上-衛星回線のシミュレーションも行い、計
画された開発レベルにほぼ達した。天体観測用の補償光学技術も、大型望遠鏡の試験用の補償光学システムを国立天文
台と協力して開発し、恒星による実験等によりその試験を行っており計画は予定通り進んだと言える。非線形光学の研究で
は、インコヒーレント-コヒーレント光変換成功後続いて、フォトリフラクティブ効果を用いた2方式で、大気ゆらぎを補正する
画像伝送の室内実験に成功した。
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
吉 門 信 , 有 賀 規 : 「 赤 外 線 干 渉 計 に よ る 能 動 的 イ メ ー ジ ン グ の 検 討 」 , レ ー ザ ー 研 究 , Vol.22, No.7,
pp.528-535 (1994).
2.
Y. Arimoto, H. Takami, N. Hiromoto, M. Sawada and T. Aruga:「Optical Tracking of Geostationary
Satellite
and Space Debris」, J. CRL, Vol. 41, No. 3, pp.195-207 (1994).
3.
高見英樹:「アダプティブ光学による光ビーム制御の現状」,精密工学会誌, Vol.60, No.8, pp.1091-1096 (1994).
4.
T. Aruga:「Introduction of the COE Project : Research on Advanced Technologies in Optical Communication
and Sensing」, J. CRL, Vol.42, No.3, pp.271-278 (1995).
5.
H. Wang, N. Yoshikawa, S. Yoshikado and T. Aruga:「Investigation on formation of mutually pumped phase
conjugation with a new configuration using BaTiO3 : Ce crystal」, Rev. Laser Eng., vol.24, No.8, pp.898-905
(1996).
6.
T. Aruga:「Adaptive optics application to optical communication and sensing」, J. IEICE, Vol. 80, No. 12, pp.
1237-1241 (1997).
7.
M. Ootsubo, H. Takami and M. Iye:「Holographic atmospheric turbulence simulator for testing adaptive optics
systems」, Publ. Astron. Soc. Pac., Vol. 109, pp. 1057-1061 (1997).
27
先端的光通信・計測に関する研究
8.
H. Wang, S. Yoshikado, and T. Aruga: 「 Fidelity of output images in one-way image transmission
through a distorting medium using phase conjugation」, Rev. Laser Eng., Vol. 26, pp. 179-181 (1998).
9.
T. Aruga, Y. Hirano, N. Takeuchi, and N. Kawashima:「Laser equipments for space use」, Rev. Laser Eng., Vol.
26, pp. 104-111 (1998).
10.
H. Wang:「Optical Phase Conjugation and Image Reconstruction」, Rev. Laser Eng., Vol. 27, No. 2, pp.89-94
(1999).
11.
有賀規:「補償光学・位相共役小特集合によせて」, レーザー研究、Vol.2, pp.76-77 (1998).
12.
Y. Ito, H. Takami, N. Takato and M. Tamura:「Computer simulations of stellar-coronagraph observations」,
Pub. Ast. Soc. Jpn., Vol. 50, pp. 55-65 (1998).
13.
H. Takami:「Adaptive optics system: compensate atmospheric turbulence」, Mon. Astron. Rep., Vol. 91, No. 10,
pp. 466-473 (1998).
国外誌
1.
A. Hasegawa, T. Kuroda, H. Inoue, Y. Mitsumori, F. Minami and K. Era:「Transient optical reflectivity in
layered semiconductors」, Journal of Luminescence, Vol.58, pp.2344-236 (1994).
2.
H. G. Shiraz, Y. H. Heng and T. Aruga:「Effect of Phase Noise on the Performance of 10-Gbits/s Coherent
Optical Synchronous Receivers」, Microwave and Optical Tech. lett., Vol.11, No.1, pp.14-17 (1995).
3.
H. Ghafouri-Shiraz, P. W. Tan and T. Aruga:「Analysis of a Semi-Linear Tapered-Waveguide Laser Diode
Amplifier」, Microwave and Optical Technology Lett., Vol.12, No.2, pp.53-56 (1996).
4.
H. Ghafouri-Shiraz and T. Aruga:「Improvement of Coupling Efficiency Between a 0.82μm Wavelength Laser
Diode and a VAD Single-mode Fibre by Conical Microlenses」, Optics & Laser Technology, Vol.28, No.5,
pp.367-371 (1996).
5.
H. Wang, N. Yoshikawa, S. Yoshikado and T. Aruga:「Mutually Pumped Phase Conjugator with Rainbow
Configuration in BaTiO3:Ce Crystal Using Nanosecond Pulse」, Opt. Lett., Vol. 21, No. 8, pp. 561-563
(1996).
6.
H. Ghafouri-Shiraz, P. W. Tan and T. Aruga:「Analysis of a Semi-Linear Tapered-Waveguide LaserDiode
Amplifier」, Microwave and Optical Tech. Lett., Vol. 12, No. 2, pp. 53-56(1996).
7.
H. Wang, T. Aruga, and P. Ye:「Theory and properties of quasi-waveguide modes」, Appl. Phys. Lett., Vol. 69,
pp. 611-613 (1996).
8.
H. Wang, N. Yoshikawa, S. Yoshikado and T. Aruga: 「 Investigation on formation of mutually
pumped phase conjugation with a new configuration using BaTiO3 : Ce crystal」, Rev. Laser Eng., vol. 24, No.
8, pp. 898-905 (1996).
9.
A. Hasegawa, Y. Mitsumori and F. Minami:「Polarization Dependence of 3-pulse Four Wave Mixing at the
Exciton Resonance-Quantum Beat and Polarization Interference-」, Prog. Crystal & Ch. Mat., Vol. 33, pp.
93-96 (1996).
10.
H. Wang, S. Yoshikado, and T. Aruga:「Mutual selection equilibrium theory for rainbow-shaped mutually
pumped phase conjugation」, Opt. Commun., Vol. 139, pp. 132-138 (1997).
11.
J. Zhang, H. Wang, S. Yoshikado, and T. Aruga: 「 Incoherent-to-coherent conversion by using the
photorefractive fanning effect」, Opt. Lett., Vol. 22, pp. 1612-1614 (1997).
12.
H. Wang, J. Zhang, S. Yoshikado, and T. Aruga:「A selection equilibrium theory for stimulated photorefractive
backscattering and four-wave mixing' self-pumped phase conjugation」, Appl. Phys. B, Vol. 66, pp. 207-211
(1998).
13.
T. Aruga:「Generation of long-range nondiffracting narrow light beams」, Appl. Opt., Vol. 36, pp. 3762-3768 (1997).
28
先端的光通信・計測に関する研究
14.
H. G. Shiraz, P. Wei, and T. Aruga:「Picosecond pulse amplification in tapered-waveguide laser diode
amplifiers」, IEEE J. Qunt. Electr., Vol. 3, pp. 210-217 (1997).
15.
H. Suto and H. Takami:「Waveguide image slicer」, Applied Optics, Vol. 36, pp. 4582-4586 (1997).
16.
J. Zhang, H. Wang, S. Yoshikado, and T. Aruga:「One-way image transmission through a thick dynamic
distorter without a reference beam」, Appl. Phys. Lett., Vol. 72, pp. 630-632 (1998).
17.
Y. E. Yenice, B. G. Evans, and T. Aruga:「Experimental evidence for negative exponential distribution of
intensity in a ground-to-satellite optical links」, Electr. Lett., Vol. 34, pp.1512-1513 (1998).
18.
S. Yoshikado and T. Aruga:「Feasibility study of synthetic aperture infrared laser radar techniques for
imaging of static and moving objects」, Appl. Opt., Vol. 37, pp.5631-5639 (1998).
19.
J. Zhang, H. Wang, S. Yoshikado, and T. Aruga:「Image transmission through a thick dynamic distorter using
the photorefractive fanning effect」, Opt. Lett., Vol. 23, pp. 585-587 (1998).
20.
H. Wang, S. Yoshikado, M. Takabe and T. Aruga:「Diffraction properties of image-bearing beam from a fixed
index grating in a photorefractive medium」, Opt. Commun., Vol. 156, pp. 188-198 (1998).
21.
J. Zhang, H. Wang, S. Yoshikado, and T. Aruga:「High-resolution incoherent-to-coherent conversion by use
of the photorefractive fanning effect」, Appl. Opt., Vol. 38, pp. 995-1000 (1999).
口頭発表
招待講演
国内
1.
有賀 規:「空間光通信システムについて」,周波数資源開発シンポジウム '93
2.
有賀 規:「空間光通信の動向:宇宙光通信への発展」,(オプトエレクトロニクス研究会(山形県),1997.03.14
3.
有賀 規:「空間光伝送技術の動向」,第177回光産業マンスリーセミナー,1998.02.24
応募・主催講演等
国内 32 件(詳細省略)
国際会議 36 件(詳細省略)
特許等出願等
1.
1996:「非回析光ビーム発生方法及び装置」,有賀 規,特願 23379 号
2.
1997:「焦点無調整光学系」,有賀 規,特願 104374 号
3.
1997:「望遠鏡システム」,有賀 規,特願 175248 号
29
先端的光通信・計測に関する研究
「第 I 期」
2. 高品質レーザー技術
通信総合研究所 関西支所電磁波分光研究室
○渡邊 昌良、今城 秀司、早坂 和弘、大向 隆三、笠井 克幸
大阪大学大学院基礎工学科
占部 伸二
■要 約
各種の光通信・計測の向上に必要なレーザー技術の基礎研究を行った。このため、特に原子、イオンの制御や、将来の
物質操作及び周波数標準の高度化に必要なレーザー分光に関する研究を行い、さらに波長変換技術を基にした短波長
域での高度なレーザー制御技術を開発した。
■目 的
レーザー分光の研究では、レーザー技術の基礎研究を進め、周波数標準では現在の精度限界を一桁以上越す精度向
上を目指した。さらに、光の力を応用した運動制御や同位体分離等による原子ビームの制御の基礎技術確立と、多段波長
変換技術を発展させ、短波長域でのコンパクトなCWレーザー光源の実現を目的とした。
■ 研究方法
レーザー分光の研究では、光源技術を背景としたレーザー分光あるいは光の散乱力による捕獲イオンのレーザー冷却、
原子ビームの速度制御等の研究開発を積極的に進めた。特に捕獲イオンの分光計測は将来の周波数標準技術としても
興味深いため、新たな方式の提案などを行い独自の研究を行った。波長変換の研究では、非線形光学結晶を用いた短波
長光源開発を行った。このため和周波混合による真空紫外光、半導体レーザーの二倍波発生による紫外光、チタンサファ
イアレーザーの波長変換による紫外波長可変光源等を外部共振器の使用で高効率に実現し、短波長コヒーレント光源技
術の新たな可能性を示した。
■ 研究成果
レーザー分光の研究では、光の散乱力による原子・イオンの速度制御やレーザー冷却を行い、高分解能スペクトル計測を
行った。特に Cd イオンのマイクロ波遷移計測で 7 桁精度を向上させた。さらに、レーザー冷却に初めて成功し、イオントラッ
プによる高精度計測では、レーザー冷却過程の基礎特性の把握や計測技術の開発を行った。一方、原子の制御技術として、
Yb 原子ビームの単一速度化を実現し、さらに磁気光学ガイドによる原子の空間的制御を行い、Rb 原子で偏向及び集束の技
術を開発した。波長変換の研究では、モード同期チタンサファイアレーザーの非線形光学結晶による第二高調波発生を行い、
外部共振器を用いた方法により変換効率75%でマルチモード紫外光を得た。また、半導体レーザーを基本波光源とする多
段波長変換の基礎特性を測定した。固体レーザーの波長変換により発生した高出力な紫外コヒーレント光を用いて、非線形
結晶中で赤外コヒーレント光と和周波数混合法による波長変換を行い、深紫外コヒーレント光の発生を実現した。
30
先端的光通信・計測に関する研究
■考 察
レーザー分光の研究では、イオントラップを用いて Cd イオンスペクトルの高精度計測を達成するとともに、レーザー冷却
も実現し、周波数標準の精度向上の目標に向けた成果が得られた。また、光による原子の制御では、原子の速度制御技
術や非接触で空間的にガイドする技術など光による物質操作で必要となる重要な要素技術が開発された。これらはレーザ
ー応用の新しい可能性を示したものであると言える。波長変換では、高効率波長変換による高出力紫外コヒーレント光発
生技術を開発し、深紫外域コヒーレント光発生を実現し、これまで得られなかった短波長領域コヒーレント光利用の可能性
を拓いたと言える。
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
渡辺昌良, 占部伸二:「外部共振器によるモード同期レーザの高効率波長変換とその応用」, 応用物理学会
誌, Vol.64, No.9, pp.920-924 (1995).
2.
渡辺昌良, 占部伸二:「レーザー研究」, 通信総合研究所季報, Vo.41, No.4, pp.391-393 (1995).
3.
占部伸二、「イオントラップとレーザー冷却」、電気学会誌,Vol.115, No.6, pp.356-360 (1995).
4.
M. Watanabe, R. Ohmukai, U. Tanaka, K. Hayasaka, H. Imajo, and S. Urabe:「Deflection of
a
Velocity
Compressed Yb Atomic Beam by a Multi-Mode Spectral Laser:「 Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 36, pp. 7189-7193
(1997).
5.
渡辺昌良, 大向隆三, 田中歌子, 早坂和弘, 今城秀司, 松原健祐, 占部伸二:「コヒーレント光源と原子・イオ
ンのレーザー冷却・制御への応用」, 通信総合研究所季報, Vol.43, No.4, pp.599-610 (1997).
6.
K. Matsubara, U. Tanaka, H. Imajo, M. Watanabe and S. Urabe:「Sub-milliwatt continuous-wave
coherent
light generation near 214.5 nm by two-stage frequency doubling of a diode laser」, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37,
pp. 4838-4839 (1998).
国外誌
1.
M. Watanabe, R. Ohmukai, K. Hayasaka, H. Imajo and S. Urabe:「High-power second Harmonic generation
with picosecond and hundreds-of-picosecond pulses of a CW mode-locked Ti:sapphire laser」, Opt. Lett.,
Vol.19, No.9, pp.637-639 (1994).
2.
H. Imajo, K. Hayasaka, R. Ohmukai, M. Watanabe and S. Urabe:「Observation of laser-cooled Be+-ion clouds
in a Penning trap」, Appl. Phys. B, Vol.61, pp.285-289 (1995).
3.
U. Tanaka,
H. Imajo,
K. Hayasaka,
R. Ohmukai,
M. Watanabe, S. Urabe:「Precise Determination of the
Ground-State Hyperfine Splitting of Trapped 113Cd+ Ions:「 Phys. Rev. A., Vol. 53, pp. 3982-3985 (1996).
4.
M. Watanabe, R. Ohmukai, U. Tanaka, K. Hayasaka, H. Imajo, and S. Urabe:「Velocity control of an Yb beam
by a frequency-doubled mode-locked laser」, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 13, pp. 2377-2381 (1996).
5.
K. Kasai and C. Fabre:「Squeezing of the Pump Beam in Optical Parametric Interaction」, J. Nonlinear Optical
Physics and Materials, Vol. 5, No. 4, pp. 921-927 (1996).
6.
K. Kasai, G. Jiangrui and C. Fabre:「Observation of Squeezing Using Cascaded Nonlinearity」, Europhysics
Letters, Vol. 40, No. 1, pp. 25-30 (1997).
7.
H. Imajo, K. Hayasaka, R. Ohmukai, U. Tanaka, M. Watanabe, and S. Urabe:「Spatial Separation of Ion Clouds
between Sympathetically Laser-cooled Cd+-ion Isotopes in a Penning Trap.」, Phys. Rev. A, Vol. 55, pp.
1276-1280 (1997).
8.
U. Tanaka, H. Imajo, K. Hayasaka, R. Ohmukai, M. Watanabe, S. Urabe:「Laser Microwave Double-Resonance
31
先端的光通信・計測に関する研究
Experiment on Trapped 113Cd+ ions」, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 46, pp. 137-140 (1997).
9.
U. Tanaka, H. Imajo, K. Hayasaka, R. Ohmukai, M. Watanabe, S. Urabe:「Laser cooling and isotope separation
of Cd+ ions confined in a linear Paul trap」, Opt. Lett., Vol. 22, pp. 1353- 1355 (1997).
10.
R. Ohmukai, H. Imajo, K. Hayasaka, U. Tanaka, M. Watanabe, and S. Urabe: 「 Isotope-selected
measurements of the velocity-controlled Yb atomic beam」, Appl. Phys. B, Vol. 64, pp. 547-551 (1997).
11.
S. Urabe, M. Watanabe, H. Imajo, K. Hayasaka, U. Tanaka, and R. Ohmukai:「Observation of Doppler
side-bands of a laser-cooled Ca+ ion by using a low-temperature-operated laser diode」, Appl. Phys., Vol. B 67,
pp. 223- 227 (1998).
12.
K. Matsubara, U. Tanaka, H. Imajo, K. Hayasaka, R. Ohmukai, M. Watanabe and S. Urabe:「An All-solid-state
tunable 214.5-nm continuous-wave light source by using two-stage frequency doubling of a diode laser」, Appl.
Phys. B, Vol. 67, pp. 1-4 (1998).
口頭発表
招待講演
国内
1.
占部 伸二:「単一イオンを用いた高分解能分光実験」, 日本化学会第69春季年会,(1995)
2.
渡辺 昌良:「モード同期レーザーの高効率波長変換と原子ビーム制御への応用」, レーザー学会学術講演
会 第 16 回年次大会, (1999).
3.
松原 健祐:「深紫外域全固体波長可変コヒーレント連続光源」, 1999 年電子情報通信学会総合大会,(1999).
国際会議
1.
K. Kasai: 「 Continuous-wave Squeezed-light Generation Using a Triply Resonant Optical
Parametric
Oscillator」, International Workshop on Quantum Communications and Measurement (Invited lecture) (UK)
(Quantum Communications and Measurement, Plenum Press, pp.479-486 (1995)) (1994).
2.
S. Urabe:「Spectroscopic Experiments on Laser-Cooled trapped Ions」, 5th ISSP International Symposium
"FRONTIER SIN LASER PHYSICS AND SPECTRSCOPY", (1995).
3.
K. Kasai:「Observation of quantum noise reduction using cascading nonlinearities」, CLEO/EQEC (英),
(1996).
4.
S. Urabe:「Laser Cooling of Trapped Ions and its Applications」, International Conference on Quantum
Communication and Measurement,(1996).
5.
S. Urabe, M. Watanabe, S. Imajo, K. Hayasaka, U. Tanaka and R.Ohmukai:「Spectroscopic experiments on
laser-cooled Ca+ ions with small of traps」, 5th International Conference on Atomic Physics Zeeman-Effect
Centenary (1996).
6.
S. Urabe:「Laser cooling of trapped ion and its applications」, Third International Conference on Quantum
Communications 8 Measurement (1996).
応募・主催講演等
国内 33 件(詳細省略)
国際会議 23 件(詳細省略)
32
先端的光通信・計測に関する研究
「第 I 期」
3. 新光デバイス技術
通信総合研究所 横須賀無線通信研究センター 通信デバイス研究室
○松井 敏明、太田 浩、広瀬 信光、清川 雅博、安田 浩明
通信総合研究所 関西支所 超伝導研究室
王 鎮、内山 哲治
■要 約
将来の超高速光通信ネットワークシステムの実現に向けた先端デバイス研究を行った。このためテラヘルツ領域の検出・
発振・信号処理に用いることのできる超高速の超伝導デバイスの研究と、光/ミリ波技術を融合する新しいシステムの実現
に必要な技術の研究を行った。
■目 的
超伝導デバイスの研究では、SNS素子を中心とする研究を行った。微小なキャパシタンス特性を持つ超伝導SNS弱結
合素子は、光通信のための超高速デバイスとして最も有望視されていた。最新の薄膜微細加工技術を用い超伝導SNS弱
結合素子を試作開発し、ミキサーとしての基礎実験を行い超伝導デバイスとしての基礎物理を理論的に解明するほか、超
低雑音サブミリ波ミキサーとして応用するために必要な基礎技術を確立した。光/ミリ波融合の研究では、光ファイバーリン
クとミリ波システムを融合させるインターフェース技術として半導体デバイスを用いた光/ミリ波変換技術研究を行った。速
度として、100Mbps 以上の高速信号の変換を目指した。
■ 研究方法
超伝導デバイスの研究では、二つの超伝導電極を極微小な導体ブリッジで接合した超伝導SNS素子を実現するために電
子ビーム描画装置を用いた極微細加工技術の研究を行い、極微小SNS弱結合の試作とそれらを用いたサブミリ波ミキサー
実験を行った。併せて超伝導の量子井戸素子としての新しい側面を持つSNS弱結合の理論的研究を進め、負性抵抗を利
用した超低雑音サブミリ波ミキサーへの応用及び、超低電力消費特性を持つ磁束転送型論理回路の超高速信号処理システ
ムへの応用の基礎を確立した。光/ミリ波融合の研究では、光ASK信号をミリ波FSKに変換する技術を開発した。
■ 研究成果
超伝導デバイスの研究では、超伝導電極を微小導体ブリッジで接合した超伝導SNS量子井戸素子を実現し、理論的実
験的研究を行った。それらのSNS素子は、サブミリ波ミキサーや脳科学研究のための多チャンネルSQUIDシステム、さら
に磁束転送型論理回路を実現するための性能の指標となる高いImRj積を持つ高電流密度のヒステリシスの無い接合であ
る。極微小サイズのSNS弱結合中の電流輸送は二つのSN界面間のアンドリーフ反射と、弱結合部の微細構造から生じる
量子化状態に関連しており、単純化した水素原子モデルにより理解できること、また、エネルギーギャップの整数分の1の
バイアス電圧付近に観測される鋭い負性抵抗構造が超伝導エネルギーギャップとの共鳴現象によっており状態密度の不
連続性と密接に関連付けられること、二つのSN界面で挟まれた極微小なN領域における電子と正孔による量子化された
33
先端的光通信・計測に関する研究
軌道とその干渉に基づく電子波のデバイスとしての現象であることを解明した。後半においては、メゾスコピック SNS 接合に
おける電子-正孔による電流輸送に関して、エネルギー量子化と、断熱不変量であることの厳密な理論的証明に成功した。
また、力学モデル(ビリヤードモデル)を用いてメゾスコピック SNS 接合の電流輸送現象を、一般的に導出することに成功し
た。さらに、SNS ミキサー研究では、低電圧領域における電圧増加に伴う多重アンドリーフ反射に依る電子対電流の急速な
減少に基づく負性抵抗領域が、高感度なミキサーとして利用できる可能性を見出した。高温超伝導磁気シールド装置と、
SNS 電子波素子を用いた 64chSQUID 脳磁界計測システムを開発し、世界水準を超える高性能が達成され、結果として
SNS 電子波素子の優れた性能が実証された。
従来型 Nb 薄膜 SIS ミキサーのエネルギーギャップ近傍での性能劣化を克服し、THz 帯での高感度検出器を実証するた
め、エネルギーギャップの大きな大きな NbN 薄膜 SIS ミキサーの開発を進めた。その結果、NbN の SIS ミキサーを用いて
THz 帯の高感度ミキサーを実証した。
光/ミリ波融合の研究では、新開発のビーム出力型のミリ波発振器に、ファイバー中の光により伝送されたASK信号を
結合し、ミリ波ビームとして直接キャリア変換する方法を実現した(50MHz まで実証)。新たに、平面対称パッチを用いた放
射型発振装置を開発し、さらに広帯域な変調に対応するための技術開発を行った。また、民間企業の研究所と共同で、
GaAs 系 HEMT 及び InP 系 HEMT の開発を進めた。
■考 察
超伝導 SNS 素子の理論分野の動きが極めて急速に展開したが、その中で理論及び実験の両面を握る唯一の研究機関
として大きな進歩が達成でき、最先端に位置する事ができた。SNS 電子波素子を用いた磁束量子論理回路によるテラビット
級の信号処理デバイス、超低雑音サブミリ波ミキサー実現の高い可能性が得られた。SNS デバイスを用いた 64chSQUID 脳
磁界計測システムは、卓越した高感度特性を示し、テレグラフ雑音フリーな SNS 電子波素子の優れた低雑音特性と、実用
デバイスとしての有効性が実験的に証明された。従来から新しいデバイスの概念として知られてはいたが、実現していなか
った電子の波動性に基づく「電子波素子」を独自の方法により世界で最初に実現し、「電子波素子」は、電子-正孔の関
与する系で現実に可能となることを含め、超伝導接合素子全般に関わる新理論構築と SNS 電子波素子の特性解明を行っ
た他、高温超伝導磁気シールド技術の開発と共に SQUID 脳磁界計測システムを開発し、SNS 電子波素子の優れた低雑音
特性を実証した意義は大きい。
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
H. Ohta, T. Mastui, Y. Uchikado, K. Shinoda and Y. Yamada:「Low-noise SQUID of clean-limit short weak
links」, RIKEN Review, No.9 pp.45-46 (1995).
2.
W. Chujo, H. Shimakage, Z. Wang and B. Komiyama:「High Tc Super conducting Active Slot Antenna with a
YBCO Step-Edge Josephson Junction Array」, IEICE Trans. on Electronics, Vol. E78-C, pp.1007-1011
(1995).
3.
広瀬信光, 清川雅博, 松井敏明:「ミリ波サブミリ波帯デバイス技術の研究開発計画と実験施設の概要」, 通信
総合研究所季報, Vol.41, No.3, pp.231-237 (1995).
4.
Y. Uzawa, A. Kawakami, Z. Wang and T. Noguchi:「Quasi-Optical SIS Mixers with Nb/AlOx/Nb Tunnel
Junctions in the 270 GHz Band」, IEICE Trans. Electronics, Vol. E79-C, No. 9, pp. 1237-1241 (1996).
5.
Z. Wang, Y. Uzawa and A. Kawakami:「NbN/AIN/NbN tunnel junctions applied as terahertz SIS mixers」, IEICE
Trans. on Electronics, Vol. E80-C No. 10 pp. 1258-1264 (1997).
6.
A. Yoshida, T. Amido, S. Nishioka, Y. Kanda, A. Shimakage and Z.Wang:「Evaluation of microwave complex
34
先端的光通信・計測に関する研究
conductivities of YBa2Cu30x thin films JIEICE Transactios on Electronics」, Vol.E81-C, No.10, pp.1565-1572
(1998).
7.
A. Kawakami, and Z. Wang:「650-GHz and1-THz Josephson Array Oscillators using Shunted Tunnel Junctions
with a Small Parasitic Inductance」, IEICE Transactions on Electronics, Vol. E81-C, No. 10, pp.1595-1600
(1998).
国外誌
1.
Z. Wang, A. Kawakami, Y. Uzawa and B. Komiyama:「High Critical current dencity NbB/AlN/NbN tunnel
junction fabricated on ambient temperature MgO substrate 」 , Appl. Phys. Lett., Vol.64, No.15,
pp.2034-2036 (1994).
2.
M. Kiyokawa and T. Matsui:「A New Quasi-Optical Oscillator With Gaussian Output Beam」, IEEE Microwave
and Guided Wave Lett.,Vol.4, No.5, pp.129-131 (1994).
3.
Y. Uzawa, Z. Wang, A. Kawakami and B. Komiyama:「Submillimeter Wave Responses in NbN/AlN/NbN Tunnel
Junction」, Appl. Phys. Lett., Vol.66, pp.1992-1994 (1995).
4.
H. Shimakage, Y. Uzawa, Z. Wang, A. Kawakami, W. Chujo and B. Komiyama:「Millimeter and Submillimeter
Wave Responses of YBa2Cu3O7 Step-Edge Josephson Junctions」, IEEE Trans. on Applied Superconductivity,
Vol.5, pp.2801-2804 (1995).
5.
T. Matsui and H. Ohta:「Mixer of Short Weak Link Using a Resonance Effect due to Multiple Andreev
Reflections at Subgap Voltages」, IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol.5, pp.3300-3303 (1995).
6.
H. Ohta, T. Matsui, K. Shinada, Y. Yamada, T. Munaka and Y. Fujiyama:「Reduction of Telegraph Noise
Super-conducting Short Weak Links」, IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol.5, pp.3098-3101
(1995).
7.
Z. Wang, A. Kawakami, Y. Uzawa and B. Komiyama:「NbN/ AlN/NbN tunnel Junctions fabricated at ambient
substrate temperature」, IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol.5, pp.2322-2325 (1995).
8.
Z. Wang, A. Kawakami, Y. Uzawa and B. Komiyama:「Superconducting Properties and crystal structure of
single-crystal NbN thin films deposited at ambient substrate temperature」, J. Appl. Phys. Vol. 79,
No. 10, pp.
7837-7842 (1996).
9.
Y. Uzawa, Z. Wang, and A. Kawakami:「Quasi-Optical Submillimeter-Wave Mixers with NbN/AlN/NbN Tunnel
Junctions」, Appl. Phys. Letters, Vol. 69, No. 35, pp. 2435-2437 (1996).
10.
Z. Wang, A. Kawakami and Y. Uzawa:「NbN/AlN/NbN Tunnel Junctions with high current density up to 54
KA/cm2」, Appl. Phys. Letters, Vol. 70, No. 1, pp. 114-116 (1997).
11.
H. Ohta and T. Matsui:「Nanometer SNS Junctions as Quantum-Well Devices」, IEEE Trans. on Applied
Superconductivity, Vol. 7, No. 2, pp. 2814-2817 (1997).
12.
T. Matsui and H. Ohta:「Observed Photon-Assisted Process in Mesoscopic SNS Mixers」, IEEE Trans. on
Applied Superconductivity, Vol. 7, No. 2, pp. 2578-2581 (1997).
13.
Y. Uzawa, Z. Wang, A. Kawakami and T. Noguchi:「Terahertz responses in NbN/A1N/NbN tunnel junctions」,
Physica C, Vol. 282-287 pp. 2549-2550 (1997).
14.
Z. Wang, A. Kawakami and Y. Uzawa:「Epitaxal growth and crystal structures of NbN/AIN/NbN trilayers
fabricated at ambient substrate temperature」, Physica C, Vol.282-287, pp. 2465-2466 (1997).
15.
M. Abou-Khalil, T. Matsui, Z. Bougrioua, R. Maciejko and K. Wu:「Scattering rates due to lineal dislocations in
heterostructures for the Monte Carlo charge transport simulation」, Appl. Phys. Lett.,
Vol. 73, No. 1, pp.
70-72 (1998).
16.
Y. Uzawa, Z. Wang, and A. Kawakami:「Terahertz NbN/AlN/NbN Mixers with Al/SiO/NbN Microstrip Tuning
35
先端的光通信・計測に関する研究
Circuits」, Appl. Phys. Lett., Vol. 73, No. 5, pp. 680-682 (1998).
17.
Y. Anda, T. Matsuno, M. Tanabe, T. Uda, M. Yanagihara, K. Nishii, K. Inoue, N. Hirose and T. Matsui:「Novel
fabrication technique for 0.1μm T-shaped gate with i-line negative resist and poly (methy lmetacrylate)」, J.
Vacuum Science and Technology B, Vol. 17, pp. 320-322 (1999).
18.
R. Sauleau, Ph. Coquet, J. P. Daniel, T. Matsui, N. Hirose:「Study of Fabry-Perot Cavities with Metal Mesh
Mirrors using Equivalent Circuit Models Comparison with Experimental Results in the 60 GHz Band」, Int. J.
Infrared and Millimeter Waves, Vol. 19, No. 12. pp. 1693-1710 (1998).
口頭発表
招待講演
国際会議
1.
Z. Wang: 「 NbN/AIN/NbN tunnel junctions for submillimeter wave SIS mixers 」 , 5th International
workshop of High Tc Superconductivity Electronic Devices, (1997).
応募・主催講演等
国内 17 件(詳細省略)
国際会議 33 件(詳細省略)
特許等出願等
1.
平成 6:「ガクシアンビーム型アンテナ装置」,松井敏明,清川雅博,特願 12179 号
2.
平成 6:「ビーム出力型マイクロ波ミリ波発信装置」,松井敏明,清川雅博,特願 39184 号
3.
1996:「準光学共振器を用いたミリ波サブミリ波用」,松井敏明,特願 30047 号
4.
1997:「マイクロ波ミリ波放射型発振装置」,松井敏明,村田正望,特願 220579 号
5.
1997:「ゲート電極の形成方法および半導体の製造方法」,(廣瀬信光,松井敏明)柳原 学(松下),田邉 充(松
下),特願 246840 号
6.
1998:「半導体装置及び半導体装置の製造方法」,広瀬信光,松井敏明,特願 232481 号
7.
1999:「ゲート電極形成方法」,広瀬信光,松井敏明,松下電器,特願 013882 号
8.
1999:「平面放射型発振装置」,松井敏明,村田正望,特願 059070 号
36
先端的光通信・計測に関する研究
「第 I 期」
4. 高速光通信技術
通信総合研究所 光技術部
○荒木
賢一
通信総合研究所
有本
好徳、豊嶋
宇宙通信部
守生
通信総合研究所
北山
宇宙技術研究室
研一、久利
光技術部
光通信技術研究室
敏明、和田
尚也
■要 約
小型・軽量の装置で高速大容量の通信が可能である光の特長を活かした空間光通信システムのための基礎技術開発
を行った。具体的には、宇宙光通信技術及び高速光変復調技術の研究を実施した。
■目 的
先端的な通信方式、デバイス等を組み込んだ空間光通信に関する実験システムを構築し、実験を通じて基礎技術の実
証及び評価と、将来の 10Gbps光ファイバ通信システムと柔軟に接続可能な空間光通信システムの構築を目指した。
■ 研究方法
宇宙光通信の研究では、技術試験衛星Ⅵ型(1994年打ち上げ)と地上局との間の光通信実験を実施し基盤技術を確立
させるとともに、2000年頃打ち上げ予定の光衛星間通信実験衛星(OICETS)との光通信実験実施に向けた研究開発を
行った。また、宇宙機間、月面基地等を光で結ぶ宇宙光通信網の構築に向けた基礎技術の研究を進める。高速変復調の
研究では、空間光通信に適した変復調方式、それを実現する回路、デバイス等について研究開発を行った。
■ 研究成果
宇宙光通信の研究では、技術試験衛星Ⅵ型と通信総研光地上局との間で光通信実験を実施し、搭載装置の宇宙での
動作特性、光伝搬データなどシステム設計に役立つデータが取得された。さらに、宇宙開発事業団及び米国NASAの支
援にもとづき、米国ジェット推進研究所との間で技術試験衛星Ⅵ型を用いた国際共同光通信実験が成功裏に実施された。
さらに、光地上局とOICETS衛星とのインタフェース調整を進める一方、国際宇宙ステーション日本実験棟(JEM)の曝露
部初期利用テーマとして、当所提案の超高速光通信実験が宇宙開発委員会(1997年4月)によって選定され、搭載系及
び地上系の開発を開始した。
高速光変復調の研究では、宇宙光通信用の10Gbps光通信システムの評価に必要な基本デバイス、コンポーネントの
仕様検討を試作・実験を踏まえて行った。また、光ネットワークの高速・高機能化の観点から、光符号分割多重技術、光・ミ
リ波広帯域無線アクセス用変調器等の新技術の研究を推進させた。
37
先端的光通信・計測に関する研究
■考 察
宇宙光通信の研究としての技術試験衛星Ⅵ型を用いた地上―衛星間光通信実験では、光ビーム制御技術などの宇宙
光通信に必要な基礎技術を実証することができた。実験成果を基に、さらに発展的なシステム実証実験を行う計画が行わ
れることとなった。具体的には、OICETS衛星との地上衛星間光通信実験、国際宇宙ステーションJEM曝露部搭載装置を
用いた地上-衛星間実験等である。高速変復調の研究では、着実に成果を発信してきており、基本デバイス、コンポーネン
トの検討を継続させるとともに、光ファイバ幹線系に適用しうる光多重化技術、アクセス系のミリ波帯電波による超高速変調
技術、さらに先端的な光集積回路についても研究を進めていく。
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
有賀 規, 荒木賢一:「宇宙光通信」, 電子情報通信学会誌, Vol.77, No.6, pp.632-635 (1994).
2.
荒木賢一, 鹿谷元一, 豊田雅宏, 有本好徳, 有賀規, 鈴木良昭, 「光通信基礎 実験装置の開発」, 通信総
合研究所季報, Vol.40, No.2, pp.153-179 (1994).
3.
有本好徳, 荒木賢一:「光通信実験地上施設の概要」, 通信総合研究所季報, Vol.40, No.2, pp.251-254
(1994).
4.
豊田雅宏, 荒木賢一, 有賀規, 「光通信実験地上施設送受信系」, 通信総合研究所季報, Vol.40, No.2,
pp.255-262 (1994).
5.
豊田雅宏, 武藤英明, 高部政雄, 荒木賢一, 有本好徳, 有賀 規:「静止衛星への狭ビームレーザー伝送」,
レーザー研究, Vol.23, No.6, pp.402-410 (1995).
6.
Y. Suzuki, H. Wakana, Y. Arimoto, M. Tanaka, Y. Matsumoto, N. Kadowaki and H. Okzawa:「ETS-VI
satellite communications experiment - Preliminary results of CRL's experiment」, J. CRL, Vol.42, No.2,
pp.139-150 (1995).
7.
鹿谷元一, 浜本直和, 荒木賢一:「ETS-VI 光通信実験のダウンリンク信号解析」, 電子情報通信学会論文集,
B-II, Vol.J79-B-II, No. 6, pp.343-345 (1996).
8.
豊嶋守生, 豊田雅宏, 深澤孝之, 鹿谷元一, 高橋鉄雄, 荒木賢一, 有本好徳:「衛星間光通信装置を用いた
短期衛星姿勢変動及び振動環境の軌道上測定」,通信総合研究所季報, Vol.43 No.3 pp.539-545 (1997).
9.
豊嶋守生, 豊田雅宏, 深澤孝之, 鹿谷元一, 高橋鉄雄, 荒木賢一, 有本好徳:「光通信実験 光リンクによる
搭載機器データ取得」, 通信総合研究所季報, Vol.43, No.3, pp.525-531 (1997).
10.
荒木賢一, 有本好徳:「光通信実験 光通信実験の概要」, 通信総合研究所季報, Vol.43, No. 3, pp.493-520
(1997).
11.
豊嶋守生, 豊田雅宏, 深澤孝之, 鹿谷元一, 高橋鉄雄, 荒木賢一, 有本好徳:「地球背景光測定」, 通信総
合研究所季報, Vol. 43, No. 3, pp.533-538 (1997).
12.
鹿谷元一:「光通信実験 ダウンリンク信号オフライン解析」, 通信総合研究所季報, Vol. 43, No. 3,
pp.521-524 (1997).
13.
M. Izutsu and S. Wang:「Propagation Losses of Guided Waves in Matellized Sidewall Waveguides」,
Jpn. J.
Appl. Phy. (JJAP) Vol.68, pp.3643-3646 (1998).
14.
御出来一秀, 柏瀬俊夫, 有本好徳, 荒木賢一:「衛星間光通信用振動アイソレータの性能評価」:日本航空宇
宙学会論文集, 第47巻, 第542号, pp.122-129, (1999).
15.
K. Kodeki, T. Kashiwase Y. Arimoto and K. Araki:「Performance assessment of a vibration isolator for
inter-satellite laser communications」, J. Jpn. Soc. for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 47, No. 542, pp.
122-129 (1999).
38
先端的光通信・計測に関する研究
国外誌
1.
K. Werner, M. Ide, S. Morokawa, M. Tuchiya and T. Kamiya:「Angle-independent beam steering using a liquid
crystal grating with multiresistive electrodes:「 Optics Communications,Vol. 138, pp. 151-157 (1997).
2.
K. Kitayama:「Carrier sense using subcarrier-multiplexed signaling for optical frequency division multiple
access」, IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 15, No. 5, pp. 758-765 (1997).
3.
K. Kitayama:「Highly stabilized millimeter-waves generation by using fiber-optic frequency-tunable generator」,
EEE J. Lightwave Technol., Vol. 15, No. 5, pp. 883-893 (1997).
4.
N. Wada and K. Kitayama: 「 Fundamental Properties of 10Gbit/s Coherent Optical Code Division
Multiplexing : Experiment:「 Optical Review, Vol. 5, No. 1, pp. 31-38 (1998).
5.
M. Toyoshima and K. Araki:「Far-field pattern measurement of an onboard laser transmitter using a
space-to-ground optical link」, Appl. Opt., Vol. 37, No. 10, pp. 1720-1730 (1998).
6.
Y. E. Yenice, B. G. Evans and T. Aruga:「Experimental evidence for negative exponential distribution of
intensity in a ground to satellite optical link」, Electronics Letters, Vol. 34, pp. 1512-1513 (1998).
7.
K. Werner, Y. Arimoto, and K. Kodate:「High-performance Talbot array illuminators」, Appl. Opt., Vol. 37, No.
20, pp. 4357-4365(1998).
8.
I. Andonovic, H. Sotobayashi, N. Wada and K. Kitayama:「Experimental demonstration of the decoding of
hybrid phase and frequency codes using a pseudo-local oscillator for optical code division multiplexing」, IEEE
Photonic. Technol. Lett., Vol. 10, No. 6, pp. 887-890 (1998).
9.
K. Kitayama:「Highly Spectral Efficient OFDM/PDM Wireless Networks by using Optical SSB Modulation」,
IEEE J. Lightwave Technol., Vol. 16, pp. 969-976 (1998).
10.
K. Kitayama:「Code division multiplexing lightwave networks based upon optical code
conversion」,
IEEE
Selected Areas in Commun., Vol. 16, pp. 1309-1319 (1998).
口頭発表
招待講演
国内
1.
荒木 賢一:「光無線通信技術の現状と未来」,‘95 テレコム・ジャパン情報通信フォーラム, (1995).
2.
北山研一:「Optical code division multiplexing : Its application to future optical networks」, 集積光技術研究
会 (1998).
国際会議
1.
K. Araki and Y. Suzuki:「Inter-Satellite link by lightwave」, International Topical Meeting on Microwave
Photonics
2.
(1996).
K. Kitayama, M. Nakamura, Y. Igasaki and K. Kaneda:「Image-fiber-optic space-CDMA for parallel image
transmission: Experiment」, 1996 International Topical Meeting on OPTICAL COMPUTING (OC '96), OWD4
(Sendai, April) (1996).
3.
K. Kitayama:「Millimeter wavephotonics and the application to fiber-optic wireless networks」,OFSET '97,
(China), (1997).
4.
Y. Arimotomo:「High speed free-space laser communication」, Int. Conf. Performance and Management of
Complex Communication Networks '97, (1997).
5.
K. Kitayama:「Architechtual considerations of radio- on-fiber millimeter-wave wireless access system」,(ISSSE
'98, Italy), 1998.02.04
6.
北山 研一:「Image fiber-optic 2-D parallel optical interconnects based on space-CDMA」,(Photonic WEST
39
先端的光通信・計測に関する研究
'99, USA), (1999).
7.
北山研一 「Optical DSB signal based mm-wave fiber-radio system using external modulation technique:
Ultimate performance and cost」 CPT1999 (1999).
応募・主催講演等
国内 68 件(詳細省略)
国際会議 49 件(詳細省略)
特許等出願等
1.
1995:「光バルススペクトル拡散符号分割多重伝送」,黄 巍,北山研一,特願 182760 号
2.
1995:「マイクロ波信号発生方式及び装置」,北山研一,特願 278423 号
3.
1995:「光多重通信方式及び装置」,北山研一,特願 278453 号
4.
1995:「光符号多重クロスコネクトスイッチ」,北山研一,特願 294875 号
5.
1995:「狭ビームレーザー送信装置」,豊田雅博,荒木賢一,特願 351880 号
6.
1996:「電磁波発生方法及び装置」,北山研一,特願 157552 号
7.
1996:「光符号変換方式とクロスコネクト方式及び装置」,北山研一,特願 175552 号
8.
1996:「光ホモダイン検波通信方式及び装置とこれを用いた光符合分割多重伝送方法及び装置」, 黄 巍,北
山研一,特願 175552 号
9.
1996:「光信号伝送方式」,豊田雅博,荒木賢一,特願 204275 号
10.
1996:「偏光回転を用いた光検出方式」,豊田雅博,特願 226022 号
11.
1996:「光波面傾き検出方法」,豊田雅博,特願 227647 号
12.
1996:「光パルス列生成方式及び装置」,淡路祥成,北山研一,特願 257691 号
13.
1996:「光・ミリ波生成伝送方式及び装置」,久利敏明,北山研一,特願 294475 号
14.
1996:「光符号分割多重伝送アクセス方式及び装置」,北山研一,久利敏明,黄巍,和田尚也,特願 330343 号
15.
1997:「光符号分割多重通信ネットワーク構成方法」,北山研一,特願 296314 号
16.
1997:「光検出器を用いた物体の運動測定法」,有賀 規,特願 344399 号
17.
1997:「イメージファイバ増幅装置」,北山研一,特願 367953 号
18.
1997:「光同期信号抽出法及び装置」,黄 巍,北山研一,特願 48510 号
19.
1997:「導波路型変調器及光変調方法」,井筒雅之,下津臣一,及川 哲,特願 51795 号
20.
1997:「導波路型変調器及光変調方法」,井筒雅之,下津臣一,及川 哲,特願 51796 号
21.
1998:「光制御フェイズドアレイアンテナ」, B・ディンゲル,特願 287685 号
22.
1998:「可変光遅延線アレイ」,B・ディンゲル,井筒雅之,特願 289937 号
23.
1998:「光ファイバ分散測定方法」,外林秀之,北山研一,特願 301631 号
24.
1998:「光カオス乱数発生装置」,梅野 健,北山研一,特願 321943 号
25.
1998:「光導波路とその製造方法、およびこの光導波路を用いた光デバイス」,井筒雅之,特願 345701 号
26.
1998:「スキュー測定方法」,中村守里也,大坪俊通,北山研一,特願 375116 号
27.
1998:「光・電波周波数混合方法及び装置」,北山研一,特願 95462 号
28.
1998:「副搬送波光伝送方法」,北山研一,特願 108621 号
29.
1999:「光符号分割多重通信方式」,北山研一,和田尚也,特願 40460 号
30.
1999:「ミリ波無線・光ファイバ伝送方式及び装置」,久利敏明,北山研一,沖電気,特願 86650 号
31.
1999:「光ファイバ無線送受信方式及び装置」,北山研一,アンドレアアス・シュトアー,特願 93254 号
32.
1999:「波長変換装置」,川西徹夜,デバシス・ドーン,井筒雅之,特願 97960 号
33.
1999:「波長変換装置」,川西哲也,井筒雅之,特願 107005 号
40
先端的光通信・計測に関する研究
受賞等
1.
北山 研一:「通信ソサイエティフォトニックプロセッシング研究会の企画運営に関する功労」,電子情報通信学
会功労賞, 1996.09.19
2.
荒 木 賢 一 : 「 Microstrip antenna with solar cells for microsatellites 」 ,THE ELECTRONICS LETTERS
PREMIUM 賞, 1996.09.30
3.
久保田 文人:「研究会等の企画運営関する献身的活動、学術交流活性化への寄与」, 電子情報通信学会功
労賞,1997.09.04
4.
梅野 健:「楕円曲線とカオスモンテカルロ計算」,電気学会論文発表賞,1998.09.03
5.
久利 敏明:「60GHz 帯外部変調による光ミリ波ダウンリンクシステム」/「60GHz 帯パイロット光を用いた光ファイ
バ・ミリ波アップリンクシステム」,電子情報通信学会学術奨励賞, 1999.03.26
41
先端的光通信・計測に関する研究
「第 I 期」
5. 高精度光計測技術
通信総合研究所 地球環境計測部 光計測研究室
○板部 敏和、水谷 耕平、青木 哲郎、安井 元昭
通信総合研究所 第6研究チーム
国森 裕生
東北工業大学 通信工学科
浅井 和弘
■要 約
先端的な光計測技術の研究として、レーザーレーダー用の新しい光源である波長が1.5μmより長い目に安全なアイセーフレ
ーザーと衛星搭載レーザーの研究を行った。また、応用としてレーザーレーダーによる地球観測を国際共同研究として行った。
■目 的
アイセーフ波長域レーザーを用いた衛星搭載レーザーレーダー及び同波長域の衛星測距技術の確立を目指した。レ
ーザーレーダーによる地球観測は継続的な観測データの取得も目標とした。
■ 研究方法
アイセーフレーザーの研究では、2μmの波長域で半導体レーザー励起の Tm:YAG、Tm,Ho:YAG 及び Tm:YLF レーザ
等の開発を行った。また、1.5μm波長帯の光を Nd:YAG レーザーの誘導ラマン散乱光や光パラメトリック発振(OPO)の2
つの方法で発生させる技術の研究を行い、この波長帯での衛星レーザー測距技術を確立した。衛星搭載レーザーレーダ
ーの研究では、大気の風を衛星から測定するための2μm波長帯でのコヒーレントレーザーレーダーの基礎技術の開発を
行うため、先ず航空機搭載コヒーレントレーザーレーダーの開発を行った。本研究の2μm波長帯でのアイセーフレーザー
の開発は、衛星搭載レーザーレーダーのパルス光源の研究を目指すものであった。レーザーレーダーによる地球観測の
国際共同研究では、カナダ、中国、タイ等との共同観測を継続的に実施する方法を確立した。
■ 研究成果
アイセーフレーザーの研究では、2μmのコヒーレントライダーの局部発振用基準発振器となるCW発振レーザーの開発
を行うとともに、2μmCWレーザーを用いてのヘテロダイン受信の基礎実験を行った。また、アイセーフレーザー測距では、
波長1.5μmの Nd:YAG レーザーの誘導ラマン散乱光を光源として測地衛星の測距に成功した。衛星搭載レーザーレー
ダーの研究では、将来衛星搭載用とするため航空機搭載用レーザーレーダー用2μmのパルスレーザーの設計検討を行
った。その後、アイセーフレーザーの研究では、ダブルパス励起方式による2μmCW発振高効率 Tm:YAG レーザーを開
発すると共に、2μmコヒーレントドップラーライダーを用いて大気風測定実験を行い、大気風測定誤差の評価を行った。ま
た、アイセーフレーザー測距のためにアイセーフレーザーを用いる航空機検知システムを開発し、衛星レーザー測距装置
42
先端的光通信・計測に関する研究
に組み込んで観測を行った。
衛星搭載レーザーレーダーの研究では、大気風を宇宙から測定する衛星搭載コヒーレントドップラーレーザーレーダー
の予備実験及びアルゴリズム開発等のため航空機搭載のコヒーレントレーザーレーダーが必要であり、航空機搭載レーザ
ーレーダーの送受信光学部を開発した。また、衛星搭載コヒーレントドップラーレーザーレーダーの宇宙実証実験を宇宙ス
テーションJEM曝露部において行うためのJEM曝露部搭載コヒーレントドップラーレーザーレーダーのシステム検討を行っ
た。また、レーザーレーダーによる地球観測の国際共同研究では、カナダ、中国、タイでのエアロゾル観測を継続すると共
に、後半ではインドネシア、アラスカ、インドに新たにレーザーレーダーを設置した。
■考 察
アイセーフレーザーの研究では、単一縦モードで連続発振する2μmの Tm:YAG レーザーを開発し、さらにダブルパス
励起方式を提案、試作し、より高効率の Tm:YAG レーザーを開発した。これによって衛星搭載の高効率アイセーフレーザ
ー開発へと進んでいく見通しが得られ、目標は概ね達成された。アイセーフレーザー測距では、1.5μm誘導ラマン散乱
光を用いた測距ならびに後半でのOPOによる1.5μmレーザーでの航空機検知システムを開発し、実用化を行い、目標
は達成されたと言える。アイセーフ波長域レーザーを用いる衛星搭載レーザーレーダーの研究は航空機搭載のレーザー
レーダーの開発に着手すると共に宇宙ステーション搭載のコヒーレントドップラーレーザーレーダーのシステム検討を開始
し、概ね目標どおり研究を遂行した。レーザーレーダーによる地球観測の国際共同研究は、観測の継続と共に後半で新た
に3箇所レーザーレーダーの設置が行われ、目標は十分達成されたと言える。
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
大坪俊通, 国森裕生, B.S.Engerkemier, 高橋富士信:「Error control of Nemerical Integration in SLR Analysis
Software CONCERTO」, 測地学会誌, Vol.40, No.4, pp.347-355 (1994).
2.
青木哲郎, 高部政雄, 水谷耕平, 板部敏和:「レーザー測距計を用いた火山地形変形検出方法の開発」, 日
本リモートセンシング学会誌, Vol. 15, No.5, pp.432-437 (1995).
3.
T. Mori, T. Itabe, H. Masuko, K. Igarashi:「International Joint Project for Observation of the Earth's
Environment at Alaska」, J. CRL, Vol.42, No.3, pp255-263 (1995)
4.
吉野泰造, 国森裕生, 高橋富士信:「KSP計画におけるSLR」, 通信総合研究所季報, Vol.42, No.1,
pp.139-143 (1996).
5.
雨谷 純, 国森裕生:「KSP計画におけるSLRシステム タイミング系」, 通信総合研究所季報, Vol.42, No.1,
pp167-170 (1996).
6.
吉野泰造, 高橋富士信, 高橋幸雄, 今江理人, 栗原則幸, 国森裕生:「KSP計画の今後」, 通信総合研究所
季報, Vol.42, No.1, pp.211-213 (1996).
7.
H. Kunimori, T. Otsubo, J. Amagai, Y. Suzuki and B. Engelkemier: 「 Timing stability of Synchronous
LaserRanging System」, J. CRL, Vol. 43, No. 1, pp. 5-12 (1996).
8.
H. Kunimori, T. Otsubo and T. Gotoh:「Range bias correction of Tokyo SLR station (1990-1995)」, J. CRL,
Vol. 43, No. 1, pp. 13-22 (1996).
9.
A. Sato, K. Sousumi, K. Asai and T. Itabe: 「 Characteristics for Normal Mode and Q-switched
Operations of Flashlamp-pumped Cr,Tm, (Ho):YAG Lasers」, レーザー研究, Vol. 25, No. 1, pp. 45-49
(1997).
10.
安井元昭, 水谷耕平, 板部敏和, 高部政雄, 周 紀侠, 凌 裕泉, 劉 立超:「中国蘭州における大気中微粒
43
先端的光通信・計測に関する研究
子のライダー観測」, 日本砂漠学会(学会誌:砂漠 研究), Vol.8 No.2 pp.177-180 (1998).
11.
佐藤 篤、浅井和弘、板部敏和、「ダブルパスポンピングによる半導体レーザ励起型準位 TmYAG レーザの高
率化、電子情報通信学会論文誌、 Vol. J81-C-1, No. 11, pp. 634-641 (1998).
国外誌
1.
T. Shibata, T. Itabe, K. Mizutani and K. Asai:「Pinatubo volcanic aerosols observed by lidar at Wakkanai,
Japan」, Geophys. Res. Lett., Vol.21, No.3, pp.197-200 (1994).
2.
H. Kunimori, T. Otsubo, B. Engelkemier, T. Yoshino and B. Green:「Timing Precision of Active Q-Switch for
the Synchronous satellite Laser Ranging」, IEEE Trans. Instrumentation and Mesurement, Vol.44, No.3,
pp.832-835 (1994).
3.
S. Ishi, T. Shibata, K. Mizutani and T. Itabe:「Optical fiber coupled multitelescope lidar system: Application for
a Rayleigh lidar」, Rev. Sci. Instrum., Vol. 67, pp. 3270-3273 (1996).
4.
T. Shibata, T. Itabe, K. Mizutani, O. Uchino, T. Nagai and T. Fujimoto:「Arctic Tropospheric Aerosols and
Clouds in the Polar Night Season Observed by a Lidar at Eureka, Canada」, J. Geomag. Geoelectr., Vol. 48, pp.
1169-1177 (1996).
5.
I. Procjazka, H. Hamal, B. Greene and H. Kunimori:「Large aperture germanium detector package for
picosecond photon counting in the 0.5-1.6-um range」, Opt. Lett., Vol. 21, Nov. 17, pp.1315-1377 (1996).
6.
T. Aoki, M. Takabe, K. Mizutani and T. Itabe:「Laser-ranging scanning system to observe topographical
deformation of volcanoes」, Appl. Opt., Vol. 36, pp. 1239-1244 (1997).
7.
T. Nagai, O. Uchino, T. Itabe, T. Shibata, K. Mizutani and T. Fujimoto:「Polar stratospheric clouds observed at
Eureka (80N,86W) in the Canadian Arctic during the 1994/1995 winter」, Geophys. Res. Lett., Vol. 24, pp.
2243-2246 (1997).
8.
A. Sato, K. Asai and T. Itabe:「Double-pass pumped Tm:YAG laser with simple cavity configuration」, Appl.
Opt. Vol. 37, pp. 6395-6400 (1998).
9.
N. Sugimoto, N. Koga, I. Matsui, Y. Sasano, A. Minato, K. Ozawa, Y. Saito, A. Nomura, T. Aoki, T. Itabe, H.
Kunimori, I. Murata and H. Fukunishi: 「 Earth-Satellite-Earth laser long-path absorption using the
Retroreflector in Space (RIS) on the Advanced Earth Observing Satellite (ADEOS)」, J. Opt. A, Pure Appl. Opt.
Vol. 1, pp. 201-209 (1999).
口頭発表
招待講演
国際会議
1.
K. Asai、T. Itabe :「Ground-based and Spacoborne Lidar Activities in Japan」, 9 th the Coherent Laser Rader
Conference (1997).
応募・主催講演等
国内 22 件(詳細省略)
国際会議 15 件(詳細省略)
44
先端的光通信・計測に関する研究
「第 II 期」
1. 光源技術
通信総合研究所 基礎先端部門関西先端研究センター レーザー新機能グループ
〇渡辺 昌良、大向 隆三、兵頭 政春、斉藤 伸吾、谷 正彦、小野寺 紀明
通信総合研究所 基礎先端部門関西先端研究センター 超伝導エレクトロニクスグループ
王 鎮、川上 彰、鵜沢 佳徳
大阪大学基礎工学科
占部 伸二
■ 要約
光通信・計測の基本となる光源技術の研究を行った。具体的には、通信の超高速化のための超高速光源の開発、原子
制御のためのレーザースペクトル制御、未開拓のテラヘルツ帯電磁波の開発等を行った。
主要な研究成果としては、3 台の位相同期半導体レーザーのフーリエ合成による超高速光パルス列の発生1)、亜鉛イオ
ンの捕獲とレーザー冷却による高分解能分光の成功2)、テラヘルツ帯超伝導アレイ発振器の開発 3)等があげられる。
■ 目的
光源は、光通信・計測にとって基本となる最も重要な部分である。通信や計測の高速化高精度化等の要望に応えるため
の技術開発を行い、最新の光技術を積極的に活用することで、従来技術では得られない新しい光源を開発を目指した。こ
のため、超高速光源の開発、レーザースペクトル制御・原子制御、テラヘルツ帯の発信器の開発等の研究を行った。
■ 研究方法
1) 超高速光源の開発
複数のコヒーレント光源のフーリエ合成によって、通常の技術では得られない超高速(高速繰り返し)の光パルスを発生
させることが可能である。本研究では、3 台の半導体レーザーに位相同期をかけ、4 波混合により 3 台のレーザーからの光
を合成させ、超高速光パルス列を得た。
2) レーザースペクトル制御
レーザー光のスペクトルを制御することによって、原子やイオンの制御が可能である。本研究では、前期に開発した全固
体深紫外光源(波長:202nm)を用いて、捕獲した亜鉛イオンをレーザー冷却して同位体スペクトルを得るなどの高分解能
分光に成功した。
3) テラヘルツ帯発振器の開発
未開拓の電磁波であるテラヘルツ波(光と電波の境界の電磁波)の発振器の開発を行った。フェムト秒レーザーパルス
の超伝導素子への照射による広帯域テラヘルツ波の発生と並行して、NbN を用いた超伝導 SIS によるテラヘルツ発振器を
開発した。
45
先端的光通信・計測に関する研究
■ 研究成果
1) 超高速光源の開発
超高速光源の研究として、3 個の半導体レーザーのフーリエ合成に挑戦した。その結果、前期の終わりに 257GHzの光
パルス列を発生することに成功した。後期では、この技術をさらに高度化させ、約1桁高速の 1.8THz の光パルス列を発生
できた(図-1 参照)。
2) レーザースペクトル制御
前期に開発した全固体深紫外レーザー(波長:202nm)を光源として、捕獲した亜鉛イオンのレーザー冷却を行い、高分
解能分光として亜鉛イオンの同位体スペクトルを得ることに成功した(図-2 参照)。また、イッテルビウム原子による原子リソ
グラフィーにも成功した。
3) テラヘルツ帯発振器の開発
超伝導素子にフェムト秒レーザー光(パルス幅~15fs)を照射し、60THzの広帯域テラヘルツ波の発生に成功した。並行
して進めた超伝導 SIS 素子の研究では、テラヘルツ帯アレイ発振器を開発し、1THzの動作を確認した。
図-1 フーリエ合成による超高速光パルス発生
3 台の半導体レーザーのフーリエ合成により
1.8THz の光パルスが発生した。
図-2 レーザー冷却による高分解能分光
捕獲した亜鉛イオンのレーザー冷却により
同位体スペクトルを得た。(光源波長:202nm)
■考 察
超高速光パルスの研究では、3台の半導体レーザーのフーリエ合成により、1.8THzという(世界最速の)パルス列を発生
させることができた。第2高調波発生の代りに 4 波混合を用いたことや、位相同期として FM サイドバンドヘテロダイン法を利
用したこと等が効を奏した。
原子やイオンの制御のためのレーザースペクトル制御技術の開発として、亜鉛イオンのレーザー冷却により高分解能分
光に成功した。亜鉛イオンは当所が所管している周波数標準に利用でき、高精度化への利用が期待できる。
テラヘルツ帯の電磁波の研究では、60THzの広帯域のテラヘルツ波発生に成功した。また、超伝導 SIS 素子を用いて
1THz が可能な超伝導アレイ発振器が開発できた。未開拓の電磁波帯であるテラヘルツ波の研究で種々の世界トップレベ
ルの成果が得られたことは意義があると考える。
■ 引用文献
1.
M. Hyodo , N. Onodera and K. S. Abedin:「Fourier synthesis of 1.8THz optical-pulse trains by phase –locking of three
independent semiconductor lasers」, Optics Letters, Vol. 26, pp.340-342(2001).
2.
M. Matsubara, U. Tanaka, H. Imajo, S. Urabe and M. Watanabe, Applied Physics B, Vol. 76, pp. 209-213 (2003).
3.
A. Kawakami , Z. Wang and S. Miki:「Low-loss epitaxial NbN/MgO/NbN trilayers for THz applications」, IEEE Tans.
Appl. Supercond., Vol. 11, pp.80-83(2001).
46
先端的光通信・計測に関する研究
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
Z. Wang, Y. Uzawa, A. Kawakami:「Development of Low-Noise Terahertz SIS Mixers with High Current
Density NbN/AlN/NbN Tunnel Junctions」, IEICE TRANSACTIONS ON ELECTRONICS, Vol. E83-C, No.1,
pp.27-33 (1999)
2.
P. Gu, Fan Chang, M. Tani, K. Sakai, Ci-Ling Pan:「Generation of Coherent cw-Terahertz Radiation Using a
Tunable Dual-Wavelength External Cavity Laser Diode」, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REV, Vol. 38, No. 11A, pp. L1246-1248 (1999)
3.
H. Terai, Z. Wang:「All-NbN single flux quantum circuits based on NbN/AlN/NbN tunnel junctions」, IEICE
TRANSACTIONS ON ELECTRONICS, No.1, pp.69-74 (1999)
4.
大向 隆三, 占部 伸二, 渡辺 昌良:「原子リソグラフィーに向けた原子ビームのガイドおよびチャンネリング」,
レーザー学会誌「レーザー研究」, Vol. 28, No.3, pp. 166-170 (2000)
5.
朴 志聖, M. Tani, K. Sakai:「Carrier Dynamics and THz Radiation in Photoconductive Antenna」, JAPANESE
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REV, Vol. 39, pp. 96-100
(2000)
6.
Missotchko, K. Sakai, S. Nakajima:「Phase-dependant noise in femtosecond pump-probe experiments on Bi and
GaAs」, PHYSICAL REVIEW B-CONDENSED MATTER, Vol. 61, No. 17, pp. 225-228 (2000)
7.
寺井 弘高, 王 鎮:「NbN 単一磁束量子(SFQ)回路の作製と 10K における動作特性特性), 電子情報通信学
会論文誌 C, Vol. J83-C, 5, pp. 430-434 (2000)
8.
K. Hayasaka, S. Urabe, M. Watanabe:「Laser Cooling of Ca+ with an External-Cavity Ultraviolet Diode LAser」,
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2 LETTERS, Vol. 39, No. 7A, pp. L687-L689 (2000)
9.
Abedin Kazi Sarwar, M. Hyodo, N. Onodera:「154GHz polarization-maintaining dispersion-managed actively
modelocked fibre ring laser」, ELECTRONICS LETTERS, Vol. 36, No. 14, pp. 1185-1186 (2000)
10.
三木 茂人, 鵜澤 佳徳, 川上 彰, 王 鎮:「NbN ホットエレクトロンボロメータの作製と IF 帯域幅の評価」, 電子
情報通信学会論文誌 C, Vol. J83-C, No. 9, pp. 867-873 (2000)
11.
笠井 克幸, 小野寺 紀明, J.Gao, C.Fabre:「セミモノリシック型光パラメトリック発振器によるブライトスクィーズド
光と量子相関光子対ビームの発生」, レーザー研究, Vol. 28, No. 10, pp. 690-694 (2000)
12.
Michael Herrmann, M. Tani, K. Sakai:「Display Modes in Time-Resolved Terahertz Imaging」, JAPANESE
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REV, Vol. 39, No. 11, pp.
6254-6258 (2000)
13.
齊藤 敦, 濱崎 勝義, 川上 彰, 王 鎮, 田中 未知, 田原 修一:「Nb/Al+AlOx、constrictions/Nb デバイスの
1/fノイズ特性」, 電子情報通信学会論文誌 C, Vol. J84-C, No. 3, pp. 213-218 (2001)
14.
川上 彰, 三木 茂人, 王 鎮:「DC 反応性スパッタ法によるエピタキシャル NbN/MgO/NbN 多層膜の作製」,
電子情報通信学会論文誌 C, Vol. J84-C, No. 4, pp. 300-307 (2001)
15.
Y. Kai, K. Toyoda, M. Watanabe, S. Urabe:「Motional resonances of sympathetically cooled 44Ca+,Zn+, or
Ga+ ions in a linear Paul trap」, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1, 出版元:応用物理学
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16.
M. Hyodo, Abedin Kazi Sarwar, N. Onodera, Gupta Kamal, M. Watanabe:「Fourier Synthesis of Stable Ultrafast
Optical-Pulse Trains Using Three Lasers and an SOA 」, IEICE TRANSACTIONS ON ELECTRONICS, Vol.
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17.
Saito, A. Kawakami, H. Shimakage, Z. Wang:「As-Grown Deposition of Superconducting MgB2 Thin Films by
Multiple-Target Sputtering System」, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 41, No. 2A, pp.
47
先端的光通信・計測に関する研究
L217-L219 (2002)
18.
S.Tomimoto, S. Saito, T.Suemoto, J.Takeda, S.Kurita:「Ultrafast Dynamics of Lattice Relaxzation of Excitons in
Quasi-One-Dimensional Halogen-Bridged Platinum Complexes」, PHYSICAL REVIEW B, Vol. 66, No. 5,
pp.155122 (2002)
19.
Y. Uzawa,
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Using Distributed Tunnel Junctions 」, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 42, No. 1, pp.
91-95 (2002)
20.
宇佐美 護, 岩本 敏志, 赤堀 洋道, 津村 直希, 深澤 亮一, 阪井 清美:「テラヘルツパルス分光法による
半導体エピタキシャル膜評価」, 日本分析化学会, Vol. 52, 6, pp. 445-460 (2002)
21.
H. Yamamoto, K. Toyoda, K. Matsubara, M. Watanabe, S. Urabe:「Development of a Tunable 209-nm
Continuous-wave Light Source Using Two-stage Frequency Doubling of a Ti: sapphire Laser」, JAPANESE
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 41, No. 6A, pp. 3710-3713 (2003)
22.
K. Toyoda, Y. Kawasaki, T. Ikeda, M. Watanabe, S. Urabe:「Stabilization of a 729-nm laser diode for
high-resolution spectroscopy of calcium ions」, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 42, No. 3, pp.
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23.
三木 茂人, A. Kawakami, Y. Uzawa, Z. Wang:「Improvement of Phonon Diffusion Efficiency in Phonon-Cooled
NbN Hot Electron Bolometer Mixers」, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 42, No. 6A, pp.
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石田 弘樹, 齊藤 敦, 川上 彰, 王 鎮, 濱崎 勝義:「エピタキシャル NbN/MgO or AlN/NbN トンネル接合の
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27.
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28.
Part 2, Vol. 42, 12A, pp. L1442-L1445 (2003)
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2.
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3.
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anomalies in high-Tc superconductors : A Raman intensity study」, PHYSICAL REVIEW B-CONDENSED
48
先端的光通信・計測に関する研究
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5.
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Superconductor-constrictions-Superconductor
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IEEE
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APPLIED
SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 9, No. 2, pp. 4257-4260 (1999)
9.
K. Yoshida, S. Nishioka, H. Morita, Y. Kanda, H. Shimakage, Z. Wang:「Evaluation of Microwave Complex
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11.
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15.
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16.
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17.
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18.
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19.
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20.
O.V. Missotchko, K. Kisoda, K. Sakai, S. Nakajima:「Peculiar noise properties of phonons generated by
49
先端的光通信・計測に関する研究
femtosecond laser pulses in antimony」, APPLIED PHYSICS LETTERS, Vol. 76, No. 8, pp. 961- 963 (2000)
21.
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22.
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50
先端的光通信・計測に関する研究
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LiNbO3 Optical Modulator with High Tc Superconducting Transmission Line」, IEEE TRANSACTIONS ON
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109. K. Takahashi, K. Sato, Tutomu Yotsuya, S. Okayasu, K. Hojo, M. Katagiri, A. Saito, A. Kawakami, H.
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110. H. Terai, S. Yorozu, A. Fujimaki, N. Yoshikawa, Z. Wang: 「 A new design approach based on a
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of millimetre-wave signals」, Electronics Letters (Institution of Electrical Engineers), Vol. 39, No. 24, pp.
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112. M. Hyodo, Abedin Kazi Sarwar, N. Onodera, M. Watanabe:「Harmonic synchronization of Fourier-synthesized
optical pulses to an external optical clock」, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 16, No. 1, pp. 281-283
(2004)
113. U. Tanaka, S. Urabe, M. Watanabe:「Lase cooling of Cd+ ions using a microwave transition as a repumping
process」, Applied Physics B, Vol. 78, No. 1, pp. 43-47 (2004)
口頭発表
招待講演
1.
谷 正彦,阪井 清美:「テラヘルツ電磁波パルスを用いた広帯域時間領域分光法(招待講演) 」,第 1 回分子分
光研究会 (2001)
応募・主催講演等
国内 291件(詳細省略)
国際会議 108 件(詳細省略)
特許等出願等
国内
1.
1999.08.31:「サブテラヘルツ電磁波を用いた粉粒体中異物検査装置およびその検査方法」, 阪井 清美, ミ
ハエル ヘルマン, 谷 正彦, 特願平 11-244160
2.
2000.06.08:「超電導体多層構造体およびその製造方法ならびに超電導体装置」, 川上 彰, 三木 茂人, 王
鎮, 特願 2000-172320
3.
2000.08.25:「微細パターンの形成方法」, 大向 隆三, 特願 2000-256315
4.
2000.12.27:「原子ビーム制御装置および制御方法」, 大向 隆三, 渡辺 昌良, 特願 2000-398289
5.
2001.02.27:「電磁波検出装置および検出方法」, 河野 俊介, 谷 正彦, 阪井 清美, 特願 2001-051715
6.
2001.07.31:「ジョセフソン接合及びその作製方法」, 寺井 弘高, 王 鎮, 特願 2001-230798
7.
2001.09.06:「テラヘルツ光等の検出方法及び装置、並びに、これを用いたテラヘルツ光装置及びイメージ化
装置」, 谷 正彦, ミハエル ヘルマン, 阪井 清美, 栃木ニコン, 特願 2001-269621
8.
2001.10.02:「光パルスレーザ装置」, カマル カント グプタ, 小野寺 紀明,
55
, 特願 2001-306952
先端的光通信・計測に関する研究
9.
2001.11.22:「超伝導材料の製造方法」, 島影 尚, 斎藤 敦, 川上 彰, 王 鎮, 特願 2001-356802
10.
2001.11.22:「超伝導材料の製造方法」, 島影 尚, 斎藤 敦, 川上 彰, 王 鎮, 特願 2001-356803
11.
2001.12.28:「光学的ミリ波あるいはサブミリ波の発生装置」, 兵頭 政春, 特願 2001-400095
12.
2002.01.25:「トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路」, 鵜澤 佳徳, 王 鎮, 特願
2002-017223
13.
2002.03.25:「トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路」, 鵜澤 佳徳, 王 鎮, 特願
2002-084084
14.
2002.05.20:「単一磁束量子回路用スイッチ及びそれに用いるパケット構造」, 寺井 弘高, 王 鎮, (日本電気,
特願 2802-145360
15.
2002.07.31:「テラヘルツ電磁波による粉体物性測定装置および方法」, ミハエル ヘルマン, 阪井 清美, 谷
正彦, 特願 2002-223884
16.
2002.07.31:「超伝導多層構造体とその製造法及び装置」, 川上 彰, 王 鎮, 特願 2002-223556
17.
2002.07.31:「大規模単一磁束量子回路」, 寺井 弘高, 王 鎮, 名古屋大学大学院, 横浜大学大学院, 特願
2002-223557
18.
2002.09.06:「テラヘルツ電磁波による物体の画像表示装置および方法」, ミハエル ヘルマン, 阪井 清美,
谷 正彦, 特願 2002-260817
19.
2002.09.12:「光デバイス」, 飯田 勝, 渡辺 昌良, 谷 正彦, 阪井 清美, 近藤 裕孝, 武田 三男, 特願
2002-267084
20.
2002.10.30:「超伝導多層構造体とその製造法及び装置」, 川上 彰, 王 鎮, 特願 2002-316236
21.
2002.11.18:「発信装置」, 飯田 勝, 谷 正彦, 武田 三男, 特願 2002-333112
22.
2003.02.13:「電気光学効果を利用した原子リソグラフィー装置、及び原子構造物の製造方法」, 大向 隆三,
渡辺 昌良, 特願 2003-035356
23.
2003.03.20: 「 ホ ッ ト エ レ ク ト ロ ン ボ ロ メ ー タ 素 子 」 , 三 木 茂 人 , 川 上 彰 , 鵜 澤 佳 徳 , 王 鎮 , 特 願
2003-078581
24.
2003.06.19:「光波形測定装置とその測定方法、および複素屈折率測定装置とその測定方法、およびそのプロ
グラムを記録したコンピュータプログラム記録媒体」, 芦田 昌明, 齋藤 伸吾, 飯田 勝, 特願 2003-175266
25.
2003.07.03:「2つの連続波レーザ光間の差周波数を安定化させた光信号発生装置」, 兵頭 政春, 特願
2003-270747
26.
2003.07.04:「単一磁束量子論理回路」, 寺井 弘高, 王 鎮, 特願 2003-191832
27.
2003.11.12:「フッ素ラジカルによる薄膜加工方法及び装置並びにその超伝導構造体」, 川上 彰, 特願
2003-382662
28.
2003.11.21:「位相雑音耐性の高い受信装置用の最適検波器」, 川上 彰, 特願 2003-393153
29.
2004.02.27:「トンネル接合素子を用いた同調回路」, 鵜澤 佳徳, 武田 正典, 川上 彰, 王 鎮, 特願
2004-052971
30.
2004.02.27:「トンネル接合素子を用いた同調回路の設計装置及び方法」, 鵜澤 佳徳, 武田 正典, 川上 彰,
王 鎮, 特願 2004-052974
国外
1.
2001.8.27:「微細パターンの形成方法」, 大向 隆三, 特願 09/938,499
2.
2001.12.14:「「原子ビーム制御装置および制御方法」」, 大向 隆三, 渡辺 昌良, 特願 10/014,344
3.
2002.5.20:「光パルスレーザー装置
4.
2002.9.6:「超伝導材料の製造方法」, 齊藤 敦, 川上 彰, 島影 尚, 王 鎮, 特願 10/235,788
5.
2002.9.9:「超伝導材料の製造方法」, 齊藤 敦, 川上 彰, 島影 尚, 王 鎮, 特願 10/237,125
」, カマル カント グプタ, 小野寺 紀明, 特願 10/147,986
56
先端的光通信・計測に関する研究
6.
2003.1.23:「トンネル接合素子を用いた同調回路および超伝導集積回路」, 鵜澤 佳徳, 王 鎮, 特願
10/348,987
7.
2003.3.24:「ニオブ系薄膜の加工方法および超伝導集積回路の製造方法」, 中塚 尚志, 寺井 弘高, 王 鎮,
特願 10/394,026
8.
2004.2.12:「電気光学効果を利用した原子リソグラフィー装置、及び原子構造物の製造方法」, 大向 隆三, 渡
辺 昌良, 特願中
受賞等
1.
鵜澤 佳徳:「超伝導エレクトロニクス分野における研究成果」, 日本学術振興会第 146 委員会賞,1999.04.27
2.
王 鎮:「超電導高機能素子開発に係る研究業績」,郵政大臣表彰(業務優績),2000.04.20
57
先端的光通信・計測に関する研究
「第 II 期」
2. フォトニクス技術の研究
通信総合研究所 基礎先端部門 基礎先端部門光情報技術グループ
〇井筒 雅之、川西 哲也
通信総合研究所 基礎先端部門 量子情報技術グループ
佐々木 雅英、藤原 幹生、今城 秀司、早坂 和弘、笠井 克幸
通信総合研究所 無線通信部門 ミリ波デバイスグループ
松井 敏明、篠原 啓介、東脇 正高、太田 浩
通信総合研究所 基礎先端部門 光エレクトロニクスグループ
大谷 直毅、廣本 宣久、秋葉 誠、寶迫 巌、山本 直克
■要 約
第 I 期の中核研究のテーマであった光検出器技術をより広範囲に発展させ、フォトニクス技術の研究を行った。具体的
には、赤外光のアレイ型検出器の開発及び極低雑音化、高速光通信等の基礎となる高速変調器等のフォトニクスデバイス
の開発、高速トランジスターやミリ波・サブミリ波デバイスの開発等の研究を進めた。
主要な研究成果としては、半導体 GaAs の結合型電界効果トランジスター(JFET)を用いた低周波ノイズ削減法にる光検
出器の極低雑音化の成功1)、共振型変調器を用いた超高速光変調器の開発2)、インジュウム・リンを用いた高電子移動度
トランジスタ(HEMT)を作成し遮断周波数が 562GHzの世界最高速値を達成した3)等があげられる。
■目 的
第 I 期で得られた遠赤外光検出器技術を発展させるとともに、フォトニクスデバイスの開発として半導体量子井戸や量子
ドットなどの赤外領域光デバイスや量子状態制御などの研究を行い、高効率の光回路や新しい光デバイス、光エレメントの
研究を目的とした。
■ 研究方法
1) 赤外検出器技術の開発
赤外光領域でも検出器として未開拓の遠赤外光検出器の開発を前期に継続して行った。特に、画像として検出可能な
アレイ型検出器の開発を進めると同時に、微弱光を検出するための極低雑音化技術を開発した。
2)フォトニクスデバイスの研究
変調器の開発として、光源の直接変調よりも高速が得られる外部変調方式の研究を行い、高効率を目標に従来の進行
波型変調器に代る共振器型変調器を開発した。並行して、43Ca+ イオンを用いてイオン内の2つのエネルギー準位を量子
ビットに割り当てる量子情報処理技術の開発等も行った。
58
先端的光通信・計測に関する研究
3)ミリ波・サブミリ波デバイスの研究
超高速光通信の実現のためにはサブミリ波帯のトランジスタ開発が重要であり、InP 半導体基板上に結晶成長した
InGaAs と InAlAs の多層薄膜構造からなり T 型ゲート電極を有する HEMT を作成し、高速化した。併せて、第 I 期試作し
た低雑音の超伝導 SNS 素子を用いた SQUID(超伝導量子干渉計)脳磁界計測装置の実用化へ向けた開発を進めた。
■ 研究成果
1) 赤外検出器技術の開発
第 I 期に試作した Ge:Ga 遠赤外光検出器を高性能化し、次期赤外線天文衛星 ASTRO-F 搭載予定となった(図-1参照)。
並行して行った検出器の雑音を低下させる研究では、半導体 GaAs の結合型電界効果トランジスター(JFET)を用い、低周
波ノイズ削減法により極低雑音化に成功した。
2) フォトニクスデバイスの研究
超高速光変調器の研究として共振型光変調器を開発し、電極上に振幅の大きい電圧定在波を発生させて変調効率を
向上させ、40GHzでの動作を実現した(図-2 参照)。さらに、量子情報処理の研究として、43Ca+ イオンを蓄積するリング型
イオントラップを開発して特性評価を行い、量子通信・情報処理の基礎となる量子制御の見通しを得た。
3) ミリ波・サブミリ波デバイスの研究
InP 半導体基板上に結晶成長した InGaAs と InAlAs の多層薄膜構造からなる T 型ゲート電極を有する HEMT を作成
し、遮断周波数 562GHzを実現した。併せて、ポータブル型 SQUID 脳磁界計測装置を開発した。
図-2 開発した高速光変調器の構造例
不型電極の共振型変調器により高効率の
高速変調を可能にしている。
図-1 開発したアレイ型赤外光検出器
次期赤外線天文観測衛星に搭載予定。
■考 察
赤外光検出器の開発では、第 I 期に試作した Ge:Ga 遠赤外光検出器を高性能化し、モノリシック 2 次元アレイが実現で
き、次期赤外線天文衛星 ASTRO-F 搭載予定となったことは大きな成果であった。並行して検出器の雑音を低下させる研
究を行い、半導体 GaAs-JFET を用いた低周波ノイズ削減法等によって極低雑音化が進んだことも微弱光の検出にとって
明るい材料である。
フォトニクスデバイスの研究では、先ず、超高速光変調器として共振型光変調器を開発して高効率化を図り、40GHz の
高速で動作ができるようになった。43Ca+ イオンを蓄積するリング型イオントラップを開発して特性評価を行ったが、量子通
信・情報処理の基礎となる量子制御の見通しを得た。さらに、テラヘルツ帯光学薄膜の開発、アンチモン系半導体量子ドッ
トレーザーの開発等、種々のフォトニクスデバイスの進展があった。
59
先端的光通信・計測に関する研究
ミリ波・サブミリ波デバイスの研究では、前期試作した超伝導 SIS 素子を用いた SQUID 脳磁界測定装置は評価委員会で
も高い評価を得たが、後期にポータブル化されるなど実用化されつつある。InP 半導体の HEMT を作成して遮断周波数
562GHzを得たが、これは世界最速のトランジスターの実現であり、世界トップレベルの成果が得られた。
■ 引用文献
1.
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2.
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3.
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■ 成果の発表
原著論文による発表
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Mimura,
T.
Matsui,
S.
Hiyamizu:DC
and
60
RF
Performance
of
50-nm-Gate
Pseudomorphic
先端的光通信・計測に関する研究
In0.7Ga0.3As/In0.52A10.48As High Electron Mobility Transistors Grown on (411) A-Oriented InP Substrates
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30.
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誌「レーザー研究」, Vol. 30, No. 10, pp. 576-580 (2003)
32.
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33.
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30.
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31.
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34.
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37.
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K. Kubota, P.O.Vaccaro, N. Ohtani, Y. Hirose, M. Hosoda, T. Aida:「Photoluminescence of GaAs/AlGaAs
micro-tubes containing uniaxially strained quantum wells」, PHYSICA E, Vol. 13, pp. 313-316 (2002)
41.
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M. Takeoka, M. Ban, M. Sasaki:「Quantum channel of continuous variable teleportation and nonclassicality of
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43.
K. Hayasaka:「Frequency stabilization of an extended-cavity violet diode laser by resonant optical feedback」,
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44.
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64
先端的光通信・計測に関する研究
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46.
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48.
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49.
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modulator with lightwave reflection and double-stub structure」, ELECTRONICS LETTERS, Vol. 38, No. 20,
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50.
Y. Yamashita, A. Endoh, K. Shinohara, K. Hikosaka, T. Matsui, S. Hiyamizu, T. Mimura:「Pseudomorphic
In0.52Al0.48As/In0.7Ga0.3As HEMTs with an ultrahigh fT of 562 GHz」 , IEEE ELECTRON DEVICE
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Far-Infrared Balloon-Borne experiment」, ADVANCES IN SPACE RESEARCH, Vol. 30, No. 5, pp. 1289-1295
(2002)
54.
T. Ando, H. Taniyama, N. Ohtani, M. Hosoda, M. Nakayama:「Numerically stable and flexible method for
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QUANTUM ELECTRONICS, Vol. 38, No. 10, pp. 1372-1383 (2002)
55.
K. Shinohara, Y. Yamashita, A. Endoh, K. Hikosaka, T. Matsui, T. Mimura, S. Hiyamizu:「Simple and
high-precision asymmetric gate-recess process for ultrafast InP-based high electron mobility transistors」,
JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B, Vol. 20, No. 5, pp. 2096-2100 (2002)
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plasma-assisted MBE」, PHYSICA STATUS SOLIDI, Vol. 0, No. 1, pp. 360-363 (2002)
57.
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TRANSACTIONS ON ELECTRONICS, Vol. E85-C, No. 12, pp. 2065-2070 (2002)
58.
T. Oikawa, T. Kawanishi, K. Hikuma, Y. Matsuo, M. Izutsu:「Double-stub structure for resonant-type optical
modulators using 20μm-thick electrode」, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 15, No. 2, pp.
221-223 (2003)
59.
Matthias Keller, B.Lange, K. Hayasaka, W.Lange, H.Walther:「Deterministic cavity quantum electrodynamics
with trapped ions」, JOURNAL OF PHYSICS B, Vol. 36, No. 3, pp. 613-622 (2003)
60.
D. Fujishima, F. Kamishige, M. Takeoka, M. Sasaki:「Generation of entanglement between frequency bands by
nonlinear fiber propagation and spectral pulse shaping」, OPTICS LETTERS, Vol. 28, No. 4, pp. 275-277
(2003)
65
先端的光通信・計測に関する研究
61.
Ronan Sauleau, Philippe Coquet, Daniel Thouroude, Jean-Pierre Daniel, T. Matsui:「Radiation Characteristics
and Performances of Millimeter Wave Horn Fed Gaussian Beam Antennas 」, IEEE TRANSACTIONS ON
ANTENNAS AND PROPAGATION, Vol. 51, No. 3, pp. 378-387 (2003)
62.
Matthias Keller, B.Lange, K. Hayasaka, W.Lange, H.Walther:「Deterministic coupling of single ions to an
optical cavity」, APPLIED PHYSICS B, Vol. 76, No. 2, pp. 125-128 (2003)
63.
Anthony CHEFLES, M. Sasaki:「Retrodiction of generalized measurement outcomes」, PHYSICAL REVIEW A,
Vol. 67, 32112, pp. 1-12 (2003)
64.
N. Ohtani, K. Kubota, P.Vaccaro, T. Aida, M. Hosoda:「Photoluminescence property of uniaxially strained
GaAs/AlGaAs quantum wells contained in a micro-tube」, PHYSICA E-LOW-DIMENSIONAL SYSTEMS &
NANOSTRUCTURES, Vol. 17, pp. 391-392 (2003)
65.
M. Sasaki, A. Carlini:「Quantum learning and universal quantum matching」, Quantum Communication,
Measurement and Computing 2002, pp. 315-318 (2003)
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M. Matsuoka, T. Hirano:「Quantum Key distribution with a single photon from squeezed coherent state」,
PHYSICAL REVIEW A, Vol. 67, pp. 42307-1 - 7 (2003)
67.
M. Fujiwara, T. Hirao, M. Kawada, H. Shibai, S. Matsuura, H. Kaneda, Mikhail Patrashin, T. Nakagawa:
「Development of a gallium-doped germanium far-infrared photoconductor direct hybrid two-dimensional
array」, APPLIED OPTICS, Vol. 42, No. 12, pp. 2166-2173 (2003)
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M. Fujiwara, M. Takeoka, J. Mizuno, M. Sasaki:「Exceeding classical capacity limit in quantum optical channel」,
PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 90, No. 16, p. 167906-1 - 4 (2003)
69.
T. Oikawa, T. Kawanishi, M. Izutsu: 「 Measurement of Chirp Parameters and Halfwave Voltages of
Mach-Zehnder-Type Optical Modulators by Using a Small Signal Operation 」 , IEEE PHOTONICS
TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 15, No. 5, pp. 682-684 (2003)
70.
M. Takeoka, M. Sasaki, M. Ban:「Continuous Variable Teleportation as a Quantum Channel」, OPTICS AND
SPECTROSCOPY, Vol. 94, No. 5, pp. 734-742 (2003)
71.
M. Higashiwaki, T. Matsui: 「 Epitaxial growth of high-quality InN films on sapphire substrates by
plasma-assisted molecular-beam epitaxy」, JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, Vol. 252, pp. 128-135 (2003)
72.
T. Matsui, H. Oota:「Accurate Joephson Voltage-Frequency Relation in a Granular Array of Mesoscopic SNS
Weak-Links」, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 13, No. 2, pp. 150-154
(2003)
73.
Makoto Takayasu, T. Matsui, Joseph V. Minervini:「Negative-Resistance Voltage-Current Characteristics of
Superconductor Contact Junctions for Macro-Scale Applications」, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED
SUPERCONDUCTIVITY, Vol. 13, No. 2, pp. 1648-1651 (2003)
74.
M. Takeoka, M. Ban, M. Sasaki:「Practical scheme for the optimal measuremnet in quantum interferometric
devices」, PHYSICS LETTERS A, Vol. 313, pp. 16-20 (2003)
75.
M. Akiba, M. Fujiwara:「Ultralow-noise near-infrared detection system with a Si p-i-n photodiode」, OPTICS
LETTERS, Vol. 28, No. 12, pp. 1010-1012 (2003)
76.
I.
Hosako: 「 Antireflection
coating
formed
by
plasma-enhanced
chemical
vapor
deposition
for
terahertz-frequency germanium optics」, APPLIED OPTICS, Vol. 42, No. 19, pp. 4045-4048 (2003)
77.
M. Takeoka, M. Ban, M. Sasaki:「Unambiguous quantum-state filtering」, PHYSICAL REVIEW A, Vol. 68, No.
1, pp. 12307-1 - 7 (2003)
78.
K. Ohiwa, Y. Moriya, Y. Mitsumori, T. Slupinski, H. Munakata:「Manifestation of local magnetic domain
reversal by spin polarized carrier injection in (Ga, Mn)As thin films」, JOURNAL OF SUPERCONDUCTIVITY,
Vol. 16, No. 2, pp. 439-442 (2003)
66
先端的光通信・計測に関する研究
79.
K. Akahane, N. Yamamoto, N. Ohtani, I. Okada, M. Kawabe:「Role of Al in spacer layer on the formation of
stacked InAs quantum dot structures on InP(311)B」, JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, Vol. 256, pp. 7-11
(2003)
80.
M. Hosoda, Y.Kishimoto, M. Sato, N.Nashima, K. Kubota, S.Saravanan, P.O.Vaccaro, T.Aida, N. Ohtani:
「Quantum-well microtube constructed from a freestanding thin quantum-well layer」, APPLIED PHYSICS
LETTERS, Vol. 83, No. 5, pp. 1017-1019 (2003)
81.
Christopher A. Fuchs, M. Sasaki:「Squeezing Quantum Information through a Classical Channel: Measuring the
“ Quantumness ” of a Set of Quantum States 」 , JOURNAL OF QUANTUM INFORMATION AND
COMPUTATION, Vol. 3, No. 5, pp. 377-404 (2003)
82.
Ronan Sauleau, Phillippe Coquet, T. Matsui:「Near-Field Coupling Between A Printed Antenna and a
Fabry-Perot Resonator: Experimental Study of the Radiation Properties at Millmeter Wave Frequencies」,
MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 38, No. 6, pp. 438-443 (2003)
83.
T. Ando, H. Taniyama, N. Ohtani, M. Nakayama, M. Hosoda:「Self-consistent calculation of subband
occupation and electron-hole plasma effects: Variational approach to quantum well states with Hartree and
exchange-correlation interactions」, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 94, No. 7, pp. 4489-4501 (2003)
84.
A. Endoh, Y. Yamashita, K. Ikeda, M. Higashiwaki, K. Hikosaka, T. Matsui, S. Hiyamizu, T. Mimura:
「Fabrication of sub-50-nm-gate i-AlGaN/GaN HEMTS on sapphire」, phisica status solidi, Vol. 0, No. 7,
pp.2368-2371 (2003)
85.
M. Higashiwaki, T. Inushima, T. Matsui:「Control of electron density in InN by Si doping and optical properties
of Si-doped InN」, PHYSICA STATUS SOLIDI B-BASIC RESEARCH, Vol. 240, No. 2, pp.417-420 (2003)
86.
T. Inushima, M. Higashiwaki, T. Matsui, T. Takenobu, M. Honkawa:「Electronic structure of InN observed by
Shubnikov-de Haas measurements」, physica status solidi, Vol. 0, No.7, pp.2822-2825 (2003)
87.
Y. Mitsumori, J. A. Vaccaro, S. M. Barnett, E. Andersson, A. Hasegawa, M. Takeoka, M. Sasaki:
「Experimental demonstration of quantum source coding」, PHYSICAL REVIEW LETTERS, Vol. 91, No. 21, p.
217902-1 - 4 (2003)
88.
T. Inushima, M. Higashiwaki, T. Matsui:「Optical Properties of Si-doped InN grown on sapphire (0001)」,
Physical Review B, Vol. 68, pp. 235204-1 - 7 (2003)
89.
A. Carlini, M. Sasaki:「Geometrical conditions for completely positive trace-preserving maps and their
application to a quantum repeater and a state-dependent quantum cloning machine」, PHYSICAL REVIEW A
68, Vol. 68, pp. 42327-1 - 10 (2003)
90.
Yun Zhang, K. Kasai, K. Hayasaka:「Quantum channel using photon number correlated twin beams」, OPTICS
EXPRESS, Vol. 11, No. 26, pp. 3592-3597 (2003)
口頭発表
招待講演
国内
1.
久利 敏明:「Radio-on-fiber network techniques (Invited)」, 2001 Asia-Pacific Radio Science Conference
(AP-RASC’01) (2001)
2.
久利 敏明, 北山 研一:「広帯域光ファイバ無線アクセス:無線基地局の簡易化(招待講演)」, レーザー学会
学術講演会第 22 回年次大会 (2002)
3.
久 利 敏 明 , 北 山 研 一 : 「 Photonic downconversion technique without remotely red local light for
millimeter-wave-band radio-on-fiber systems (Invited)」, 電子情報通信学会 第 2 回マイクロ波フォトニクス研
究会(第 3 回日韓合同マイクロ波・ミリ波フォトニクスワークショップ:JKJWS3) (2002)
67
先端的光通信・計測に関する研究
国際会議
1.
李 可人:「Microwave and Millimeter-wave Optical Modulation、Photodetection and Integration with an
Antenna for Radio on Fiber System [Invited]」, 2000 SPIE’s International Symposium on Optical Science、
Engineering、and Instrumentation on Teraherrtz and Gigahertz Electronics and Photonics (2000)
2.
中村 守里也, 北山 研一, 社本 尚樹, 金田 恵司:「Two-dimensional erbium-doped image fiber amplifier
(招待講演)」, The 5th World Multi-Conference on Systemics,Cybernetics and Informatics (SCI2001) (2001)
応募・主催講演等
国内 353 件(詳細省略)
国際会議 146 件(詳細省略)
特許等出願等
国内
1.
1999.06.18:「非接触表面粗さ評価方法および非接触表面粗さ評価装置」, 川西 哲也, 特願平 11-209653
2.
1999.07.30:「光パラメトリック発振器」, 笠井 克幸, ピエール エ マリー キュリー大学, 特願平 11-217573
3.
1999.08.11:「フォトニックバンドギャップ構造を用いた光変調器及び光変調方法」, 川西 哲也, 特願平
11-227509
4.
1999.08.11:「アンテナ装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願平 11-227510
5.
1999.09.14:「ミリメートル波発振装置」, 寶迫 巌, 特願平 11-260607
6.
1999.09.27:「多段ハーメチックシール」, 藤原 幹生, 特願平 11-271613
7.
1999.11.12:「評価面の粗さ測定方法および評価面の粗さ測定装置」, 川西 哲也, 特願平 11-322433
8.
2000.01.17:「同軸周期構造光導波路およびそれを用いた光フィルタ」, 川西 哲也, 特願 2000-008335
9.
2000.05.16:「不純物をドープした耐放射線赤外線検出器及び赤外線信号検出方法」, パトラシン, 藤原 幹生,
廣本 宣久, 特願 2000-142608
10.
2000.06.22:「逓倍光変調装置」, 川西 哲也, 特願 2000-188507
11.
2000.06.23:「逓倍変調による光周波数変換装置」, 川西 哲也, 特願 2000-190215
12.
2000.07.18:「光通信システムおよび光通信方法」, 笠井 克幸, 特願 2000-216809
13.
2000.08.11:「光発振方法および発振装置」, 笠井 克幸, 特願 2000-244553
14.
2000.08.29:「共振型変調器の光変調方法及び共振型光変調器」, 井筒 雅之, 川西 哲也, 通信・放送機構,
住友大阪セメント, 特願 2000-259408
15.
2000.09.27:「物理量計測装置および物理量計測方法」, 笠井 克幸, 特願 2000-294833
16.
2000.11.10:「集積型光周波数変換装置」, 川西 哲也, 特願 2000-342916
17.
2000.11.10:「集積型光逓倍変調装置」, 川西 哲也, 特願 2000-342917
18.
2001.02.19:「光変調器の特性評価方法、およびそれを用いた高周波発振装置の制御方法」, 川西 哲也, 特
願 2001-041191
19.
2001.03.02:「単一側波帯信号光の生成方法およびその回路」, 井筒 雅之, 日本電気, 住友大阪セメント, 特
願 2001-057788
20.
2001.03.09:「非対称電極を用いた共振型光変調器」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 住友大阪セメント, 特願
2001-067383
21.
2001.03.09:「共振型光変調器」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 住友大阪セメント, 特願 2001-067384
22.
2001.03.19:「光周波数変換装置」, 川西 哲也, 特願 2001-078068
23.
2001.09.10:「テラヘルツ電磁波時間分解分光装置」, 寶迫 巌, 谷 正彦, 廣本 宣久, 渡辺 昌良, 阪井 清
美, 特願
68
先端的光通信・計測に関する研究
24.
2001.11.02:「光変調器の特性測定方法及び装置 」, 井筒 雅之, 川西 哲也, 住友大阪セメント・通信放送機
構, 特願 2001-337450
25.
2001.11.07:「テンプレート・マッチング方法」, 佐々木 雅英, アルベルト カルリーニ, リチャード ジョザ, ブリ
ストル大学, 特願 2001-342543
26.
2001.11.08:「冷却式読み出し回路の低周波ノイズ削減方法」, 藤原 幹生, 秋葉 誠, 特願 2001-342633
27.
2001.12.25:「窒化インジウム系化合物半導体の積層方法」, 東脇 正高, 特願 2001-391754
28.
2001.12.28:「光変調装置およびそれを用いた光信号と電波信号との変換装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 住
友大阪セメント, 特願 2001-400078
29.
2002.01.15:「編込み型熱電変換パネル」, 山本 直克, 東京電機大学, 特願 2002-005519
30.
2002.01.17:「可変光遅延装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2002-008670
31.
2002.02.14:「シリコン系光デバイス」, 山本 直克, 特願 2002-036145
32.
2002.02.21:「非対称電極を用いた共振型半導体光変調器」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2002-044811
33.
2002.03.18:「光スイッチングデバイス」, 山本 直克, 特願 2002-073453
34.
2002.03.26:「光検出装置」, 秋葉 誠, 特願 2002-085102
35.
2002.04.04:「回線切替装置および回線切替方法」, 秋葉 誠, 浜松ホトニクス, 特願 2002-102547
36.
2002.04.04:「送信機および送信方法、受信機および受信方法並びに光無線通信装置および光無線通信方
法」, 秋葉 誠, 浜松ホトニクス, 特願 2002-102548
37.
2002.05.14:「光空間伝搬特性の評価方法」, 中村 守里也, 秋葉 誠, 久利 敏明, 大谷 直毅, 特願
2002-138615
38.
2002.07.12:「光空間伝搬特性の評価装置」, 中村 守里也, 大谷 直毅, 特願 2002-204100
39.
2002.07.17:「電界効果トランジスタのゲート電極とその作製方法」, 篠原 啓介, 特願 2002-208561
40.
2002.07.23:「2つの受信装置を有する量子状態転送システム」, Yun Zhang, 笠井 克幸, 特願 2002-213977
41.
2002.08.19:「低雑音光周波数変換装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2002-238481
42.
2002.08.22:「低雑音光周波数変換装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2002-242361
43.
2002.09.06:「量子通信路符号化・複号化器」, 佐々木 雅英, 藤原 幹生, 武岡 正裕, 水野 潤, 特願
2002-261713
44.
2002.09.17:「単結晶窒化インジウム膜の取得方法」, 東脇 正高, 特願 2002-269967
45.
2002.09.20:「テラヘルツ帯光学素子用の薄膜形成方法」, 寶迫 巌, 特願 2002-275211
46.
2002.09.24:「光共振装置および発振光の光ファイバへの入力方法」, 笠井 克幸, 特願 2002-276862
47.
2002.11.25:「階段状多層薄膜の作成方法」, 篠原 啓介, 特願 2002-341048
48.
2002.11.26:「3次元電界分布測定方法および3次元電界分布測定装置」, 川西 哲也, 松尾 善郎, 井筒 雅
之, 特願 2002-342398
49.
2003.02.04:「光検出装置」, 秋葉 誠, 特願 2003-026561
50.
2003.03.18:「電界効果トランジスタ及びその製造方法」, 篠原 啓介, 富士通, 特願 2003-074272
51.
2003.03.24:「量子干渉計測システム」, 武岡 正裕, 佐々木 雅英, 日立製作所, 特願 2003-079916
52.
2003.04.16:「光送信装置および光送信方法」, 秋葉 誠, 浜松ホトニクス, 特願 2003-110950
53.
2003.04.23:「光送信装置、光送信方法および光通信システム」, 秋葉 誠, 浜松ホトニクス, 特願 2003-118229
54.
2003.05.06:「量子ドット発光素子」, 赤羽 浩一, 山本 直克, 大谷 直毅, 特願 2003-128269
55.
2003.05.20:「往復逓倍光変調器」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2003-142342
56.
2003.07.09:「中空実装型微弱光検出器」, 藤原 幹生, 佐々木 雅英, 秋葉 誠, 特願 2003-272451
57.
2003.07.09:「微弱光検出器の製造方法」, 藤原 幹生, 佐々木 雅英, 秋葉 誠, 特願 2003-272456
58.
2003.07.09:「電荷リセット手段つき微弱光検出器」, 藤原 幹生, 佐々木 雅英, 秋葉 誠, 特願 2003-272470
59.
2003.07.09:「紫外線透過基板を用いた微弱光検出器」, 藤原 幹生, 佐々木 雅英, 秋葉 誠, 特願 2003-272480
69
先端的光通信・計測に関する研究
60.
2003.07.11:「アンチモン系量子ドットの形成方法」, 山本 直克, 赤羽浩一, 大谷 直毅, 特願 2003-273429
61.
2003.07.18:「2つの受信装置への量子切り替え転送システム」, Yun Zhang, 笠井 克幸, 特願 2003-276725
62.
2003.07.30:「血糖値変化予測方法」, 山本 直克, (東京電機大学, 特願 2003-283133
63.
2003.08.29:「多波長光源」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 住友大阪セメント, 特願 2003-306201
64.
2003.09.08:「Si 基板上への化合物半導体薄膜形成方法」, 赤羽 浩一, 山本 直克, 牛頭 信一郎, 大谷直
毅, 特願 2003-314912
65.
2003.09.12:「低格子不整合における量子ドットの形成方法および量子ドット半導体素子」, 山本 直克, 赤羽
浩一, 牛頭 信一郎, 大谷直毅, 特願 2003-322038
66.
2003.10.02:「偶数個の非線形結晶を用いた緑色コヒーレント光の発生装置」, 笠井 克幸, 特願 2003-344407
67.
2003.10.10:「光周波数シフトキーイング変調器」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2003-352565
68.
2004.01.23:「光FSK変調器を用いたUWB信号の発生装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2004-016362
69.
2004.02.16:「光波長多重FSK変調方法」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 2004-039059
70.
2004.02.19:「共振電極構造を有する光変調器を用いた光電気発振器」, 坂本 高秀, 川西 哲也, 井筒 雅
之, 特願 2004-042955
71.
2004.02.20: 「 短光 パ ル ス 発 生 器 」 , 川 西 哲也 , 井 筒 雅之 , 慶 應 義 塾大 学 , 東 京農工 大 学, 特 願
2004-044317
国際
1.
2000.7.31:「光パラメトリック発振器」, 笠井 克幸, 特願 09/629,887
2.
2001.3.29:「逓倍光変調装置」, 川西 哲也, 特願 2,342,525
3.
2001.3.22:「周波数逓倍素子特性評価方法及び周波数逓倍素子特性評価装置」, 清川 雅博, 松井 敏明,
特願 09/813,995
4.
2001.3.30:「逓倍光変調装置」, 川西 哲也, 特願 09/820,664
5.
2001.6.22:「逓倍変調による光周波数変換装置」,川西 哲也,特願 09/886,251
6.
2001.9.28:「電池電源装置」, 横倉 三郎, 鷹野 致和, 松井 敏明, 特願 09/964,457
7.
2002.3.1:「単一側波帯信号光の生成方法およびその回路」, 井筒 雅之, 住友大阪セメント, 日本電気, 特願
10/084,968
8.
2002.3.8:「対称あるいは非対称電極を用いた共振型光変調器」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 久保寺 憲一, 特
願 10/092,628
9.
2002.3.19:「光周波数変換装置」, 川西 哲也, 特願 10/099,957
10.
2002.3.29:「道路交通監視システム」, 松井 敏明, 木梨電機製作所, 特願 10/108,469
11.
2002.9.6:「冷却式読み出し回路の低周波ノイズ削減方法」, 藤原 幹生, 秋葉 誠, 特願 10/235,581
12.
2002.12.27:「光変調装置及びそれを用いた光信号と電波信号との変調装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 住友
大阪セメント, 特願 10/329,537
13.
2003.1.17:「可変光遅延装置」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 10/345,971
14.
2003.1.17:「2 つの受信装置を有する量子状態転送システム」, Yun ZHANG, 笠井 克幸, 特願 10/345,959
15.
2003.1.23: 「 変 調 さ れ た 光 の 信 号 処 理 方 法 お よ び そ の 装 置 」 , 久 利 敏 明 , 大 阪 大 学 大 学 院 , 特 願
10/348,770
16.
2003.2.21:「非対称電極を用いた共振型半導体光変調器」, 川西 哲也, 井筒 雅之, 特願 10/369,546
17.
2003.3.24:「光検出装置」, 秋葉 誠, 特願 10/394,247
18.
2003.5.13:「 光空 間伝 搬特 性の評 価方法」, 中村 守里也, 秋葉 誠, 久利 敏明, 大谷 直毅, 特願
03252964.6
19.
2003.11.21:「 3次元電界分布測定方法およびその測定装置」, 川西 哲也, 松尾 善郎, 井筒 雅之, 特願
03026724.9
70
先端的光通信・計測に関する研究
受賞等
1.
川西 哲也:「光・電波散乱に関する研究業績及び URSI-GA99 での発表内容評価」,URSI Young Scientist
Award,1999.08.13
2.
秋葉 誠:「信号電流検出装置」,科学技術庁長官賞(注目発明),2000.04.17
3.
川西 哲也:「同軸周期構造光導波路の解析」及び「往復動作逓倍光変調」,電子情報通信学会学術奨励
賞,2001.03.27
4.
川西 哲也:「非接触面粗さ評価方法および非接触面粗さ評価装置」,第 60 回注目発明,2001.04.16
5.
井筒 雅之:「往復動作逓倍光変調による高調波の発生」,エレクトロニクスレター論文賞,2001.09.19
6.
川西 哲也:「往復動作逓倍光変調による高調波の発生」,エレクトロニクスレター論文賞,2001.09.19
7.
佐々木 雅英:「往復動作逓倍光変調による高調波の発生」,エレクトロニクスレター論文賞,2001.09.19
8.
笠井 克幸:「セミモノリシック型光パラメトリック発振器によるブライトスクイーズド光と量子相関光子対ビームの発生」,レーザ
ー学会レーザー研究論文賞(オリジナル部門),2002.05.31
9.
井筒 雅之:「集積光回路・デバイス、導波型光変調デバイスに関する研究」,電子情報通信学会フェロー称
号,2002.09.11
10.
篠原 啓介:「超高速 472GHz 格子整合系 InP-HEMT-ゲートリセス構造最適化による速度オーバーシュート効果-」,
講演奨励賞,2002.0924
11.
井筒 雅之:「集積光エレクトロニクスと広帯域光変調デバイス研究に対する寄与」,IEEE Fellow 賞,2004.01.01
71
先端的光通信・計測に関する研究
「第 II 期」
3. 光波面制御技術
通信総合研究所 基礎先端部門 光エレクトロニクスグループ
〇有賀 規, 吉門 信, 大屋 真, 張 家森, 高山 佳久
■要 約
光伝搬技術を発展させ、光波面制御技術の研究を行った。光の波面を制御することによって、大型望遠鏡で大気中を
通して観測された画像のぼやけを少なくしたり、特殊な非回折的な光ビームを生成したり、アナログ画像を大量に光学結晶
に蓄積し且つ読み出したりする等、従来技術では達成できない新しい情報通信や計測への応用を目的とした。
主要な研究成果としては、大気ゆらぎを補正して極限の高分解能が得られる世界的にもユニークな位相スロット法の提
案と実証1)、細いビーム幅を保ってあたかも回折をしないかのように長距離を伝搬する LRNB(Long Range Nondiffracting
Beam)の生成の成功2)、非線形光学のフォロリフラクティブ効果を用いた画像の蓄積・読み出しの成功3)等があげられる。
■目 的
特殊な伝搬光波面制御技術や非線形光学を用いた波面制御技術を研究し、従来の補償光学に代る新しい大気のゆら
ぎ補正や伝達画像の歪み補正方法を実現する。併せて、新しい光ビーム LRNB の生成や非線形光学を用いたアナログ画
像の伝送と記録・読み出し技術の開発を目的とした。
■ 研究方法
1) 大気ゆらぎ補正極限分解イメージング
地球の成層圏の大気をレーザー光ビームで照射し、人工的な点光源(人工星)を生成し、これを参照光として用いて大
気ゆらぎを補正する技術を開発した。並行して、大気ゆらぎのためにランダムに変動している位相を、“位相スロット”という
特殊な技法を用いて正しい位相をもとめて大気ゆらぎを補正する方法を提案、口径 1.5mの大型望遠鏡の画像で位相スロ
ット法を実証するための画像解析を行った。
2) 長距離伝搬非回折光ビーム(LRNB)の生成
LRNB の簡単な生成方法としては、当所での本光ビームの発見以来提案されている方法:送信望遠鏡にガリレオ望遠鏡
を用いて接眼レンズに適度な球面収差を与えるという技法を用いた。光学系の規模を変え、口径 10cm、2.5cm、20cm で
の望遠鏡での計算機シミュレーション及び実験を行った。
3) フォトリフラクティブ効果を用いたアナログ画像の蓄積・読み出し
大量のアナログ画像を蓄積し、読み出す技術にフォトリフラクティブ効果を用いた。本方法はホログラムと類似の光学技
術であるが、特に、光学系を小型にするためファイバーバンドルをも用いることを提案して実験に成功した。
72
先端的光通信・計測に関する研究
■ 研究成果
1) 大気ゆらぎ補正極限分解イメージング
成層圏に人工星を生成し、これを参照光として用いて、大気ゆらぎを補正することに成功した。並行して、当所の口径
1.5mの望遠鏡設置の赤外カメラで取得した画像を用い、上述のような位相スロット法により正しい位相を求めて大気ゆらぎ
を補正して極限に近い分解能で画像を再生することに成功した(図-1 参照)。
2) LRNB の生成
長距離伝搬非回折光ビーム(LRNB)の生成について計算機シミュレーション及び実際の実験を行った。口径 10cm、2.5
cm、20cm、の光学系で試行し、いずれの場合も LRNB の生成に成功した。(図-2 参照)
3) フォトリフラクティブ効果を用いたアナログ画像の蓄積・読み出し
非線形光学効果の 1 つであるフォトリフラクティブ効果にファイバーバンドルを用いてアナログ画像を蓄積・読み出しする
技術を開発し、本方法による多重化の有効性を実証した。
2.5cm
図-1 位相スロット法に画像再生例
大気ゆらぎによるぼやけが補正され、分離された
2 重星の画像が再生されている。
図-2 LRNBの生成例
口径 2.5cmの光学系での LRNB
(距離 100mでの写真:中央の輝点が LRNB)
■考 察
大気ゆらぎを補正して極限分解能の画像を再生する研究では、位相スロット法という独自のアイデアを提案し、実証すること
ができた。この方法での成果は米国光学会誌 Applied Optics の表紙に図が掲載され、世界的にも認められる結果となった。
長距離をあたかも回折をしないかのように伝搬する LRNB は COE プロジェクトの第 I 期の終了時に当所で発見された。その
後、種々の光学系で生成が実証され、評価委員会でも高い評価を得た。
フォトリフラクティブ効果を用いて画像を蓄積・読み出しする技術については、ファイバーバンドルを用いるという小型化に有
利な技法を提案し、有効性が実証できた。大量のアナログ画像蓄積が期待できるので、今後実用化を目指した研究を行う。
■ 引用文献
1.
T. Aruga and Y. Kohyama :「Recovery of blurred images obtained through turbulent media」, Applied Optics, Vol. 42,
pp.190-203 (2003).
2.
T. Aruga, S. W. Li., S. Yoshikado, M. Takabe and R. Li:「Nondiffracting narrow light beam with small atmospheric
turbulence-influenced propagation」, Applied Optics, Vol. 38, pp. 3352-3156 (1999).
3.
J. Zhang, S . Yoshikado and T. Aruga:「Specular reflection enhancement and reduction from the surface of a
photorefractive crystal in the presence of a pump beam」, Applied Physics Letters, Vol. 78, pp.3986-3988 (2001)
73
先端的光通信・計測に関する研究
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
岡田 基, 岡本 淳, 高山 佳久, 佐藤 邦宏:「ホトリフラクティブ 4 波混合におけり位相共役反射率の消去光に
よる双安定制御」, 電子情報通信学会論文誌 C-I, No. 8, pp. 477-483 (1999)
2.
A. Okamaot, H. Matsuoka, M. Saito, Y. Takayama, M. Takamura:「Concept of Photorefractive Connection
Module by Photorefractive Four-Wave Mixing with Extraordinary Writing Beams and an Ordinary Reading
Beam」, OPTICAL REVIEW, Vol. 6, No. 3, pp. 189-195 (1999)
3.
吉門 信, 大屋 真, Shuwing Li, 有賀 規:「Nd:YAG パルス・レーザーと 1.5m望遠鏡を用いた人工星生成」,
レーザー研究, Vol. 28, No. 12, pp. 819-823 (2000)
4.
高山 佳久, 岡本 淳, 荒木 賢一:「光学的インバースフィルタへのフォトリクラクティブ4波混合の適用」, 電子
情報通信学会論文誌 C, Vol. J84-C, No. 3, pp. 222-223 (2001)
5.
K. Wernar, K. Oka, M. Fujino, K. Kodate: 「 Analysis of Near-Field Intensity Distributions of
High-Compression Talbot Array Illuminators Using Rigorous Diffraction Theory」, OPTICAL REVIEW, Vol. 8,
No. 4, pp. 271-275 (2001)
6.
Y. Takayama, K. Wernar:「Refractive behavior of 2D square lattice photonic crystals determined by reducing
the symmetry of the unit cell」, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 41, No. 11A, pp.
6375-6379 (2002)
7.
Y. Takayama, K. Wernar:「Blur reduction in the focal plane of optical receivers by exploiting the negative
refractive behavior of photonic crystals」, OPTICAL REVIEW, Vol. 10, No. 4, pp. 295-300 (2003)
国外誌
1.
Ruiming Li, M. Takabe, T. Aruga:「A new data acquisition system for measuring the movement of atmospheric
speckle patterns」, REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, Vol. 70, No. 4, pp. 2136-2139 (1999)
2.
T. Aruga, Ruiming Li:「Super high resolution for long range imaging」, APPLIED OPTICS, Vol. 38, No. 13, pp.
2795-2799 (1999)
3.
T. Aruga, Ruiming Li, M. Yoshikado, M. Takabe, Shuwing Li:「Nondiffracting narrow light beam with small
atmospheric turbulence-influenced propagation」, APPLIED OPTICS, Vol. 38, No. 15, pp. 3152-3156 (1999)
4.
Shuwing Li, T. Aruga:「Focus adjustment-free imaging over a long range」, OPTICS COMMUNICATIONS, Vol.
165, pp. 171-176 (1999)
5.
Benjamin B/Dingel, T. Aruga:「Properties of a Novel Noncascaded Type, Easy-to-Design, Ripple-Free Optical
Bandpass Filter」, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 17, No. 8, pp. 1461-1469 (1999)
6.
J. Zhang, H. Wnag, M. Yoshikado, T. Aruga:「Photorefractive two-wave mixing in the presence of an
incoherent beam」, APPLIED PHYSICS B-LASERS AND OPTICS, Vol. 70, pp. 243-247 (2000)
7.
M. Yoshikado, T. Aruga:「Short-range verification experiment of a trial 1-D SAILR operated in 10μm band」,
APPLIED OPTICS, Vol. 39, No. 9, pp. 1421-1425 (2000)
8.
J. Zhang, H. Wnag, M. Yoshikado, T. Aruga:「High-resolution photorefractive incoherent-to-coherent optical
converter」, OPTICS COMMUNICATIONS, Vol. 182, pp. 237-241 (2000)
9.
T. Yoshida, J. Okamoto, Y. Takayama, K. Sato:「Operable condition of the beam-fanning novelty filter for
c-axis and incident angle」, APPLIED OPTICS, Vol. 39, No. 32, pp. 5940-5948 (2000)
10.
M. Ohya, T. Aruga, T. Aruga:「Exclusively binarized correlation-calculation method for measuring random
pattern movement」, OPTICS COMMUNICATIONS, Vol. 185, pp. 239-248 (2000)
11.
S. Honma, J. Okamoto, Y. Takayama:「Photorefractive duplex two-wave mixing and all-optical deflection
74
先端的光通信・計測に関する研究
switch」, JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B, Vol. 18, No. 7,pp.
12.
974-981 (2001)
Y. Orihara, K. Wernar, M. Fujino, K. Kodate:「Optimization and Application of Hybrid-level Binary Zone
Plates」, APPLIED OPTICS, Vol. 40, No. 32, pp. 5877-5885 (2001)
13.
Y. Takayama, K. Wernar:「Reinterpretation of the auxiliary differential equation method for FDTD」, IEEE
MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, Vol. 12, No. 3, pp. 102-104 (2002)
14.
K. Wernar:「Development of LC optics for free-space laser communications」, AEU-INTERNATIONAL
JOURNAL OF ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS, Vol. 56, No. 4, pp. 243-253 (2002)
15.
Y. Takayama, S. Honma, J. Okamoto:「Optical inverse filter for holographic filtering by photorefractive
four-wave mixing with incoherent erasure」, NONLINEAR OPTICS, Vol. 29, pp. 157-166 (2002)
16.
Y. Takayama, K. Wernar:「Application of negative refractive behavior to field-of-view expansion in optical
receivers」, JOURNAL OF OPTICS A-PURE AND APPLIED OPTICS, Vol. 5, pp. S305-S309 (2003)
17.
Y. Takayama, J. Okamoto:「Optical manipulation of multiple stable states in photorefractive four-wave mixing」,
Journal of Modern Optics, Vol. 51, No. 2, pp. 197-208 (2004)
口頭発表
応募・主催講演等
国内 22 件(詳細省略)
国際会議 40 件(詳細省略)
特許等出願等
国内
1.
2000.05.25:「歪画像補正方法および歪画像補正装置」, 高山 佳久, 特願 2000-154244
2.
2001.03.30:「光通信装置」, 高山 佳久, 特願 2001-100326
3.
2001.08.31:「光学的像回転装置」, 高山 佳久, 小川 康雄, クラウス ヴェルナー, 特願 2001-263988
4.
2001.12.07:「光伝搬角度縮小装置」, 高山 佳久, クラウス ヴェルナー, 特願 2001-374122
5.
2002.10.08:「光結合装置」, 高山 佳久, クラウス ヴェルナー, 特願 2002-295072
6.
2003.02.04:「ホログラム記録装置」, 高山 佳久, 日本女子大学, 特願 2003-027245
7.
2003.03.10:「光スイッチ装置および光伝搬経路接続切り替え装置」, 高山 佳久, 北海道大学大学院, 特願
2003-062748
受賞等
1.
有賀 規:「レーザー光学技術の研究開発等における貢献」,前島賞,2001.03.13
75
先端的光通信・計測に関する研究
「第 II 期」
4. 高速光通信技術
通信総合研究所 無線通信部門 宇宙光通信グループ
〇有本 好徳、豊田 雅宏、Klaus Werner
通信総合研究所 情報通信 高速フォトニックネットワークグループ
久保田 文人、梅野 健、和田 尚也、外林 秀之、井上 潤、中條 渉、久利 敏明
通信総合研究所 無線通信部門 ミリ波デバイスグループ
李 可人
大阪大学大学院工学研究科
北山 研一
■要 約
中核研究を応用するシステム技術の一つとして、超高速光通信技術の研究を実施した。光通信では電波による通信に
比較して小型・軽量の装置で高速大容量の通信が可能であり、新しい高速変復調技術などにより、次世代の光通信システ
ムが可能となる。主要な研究成果としては、光符号分割多重(OCDM)方式によるテラビット級大容量伝送1)やミリ波帯光フ
ァイバー無線(ROF)での高密度波長多重(DWDM)2)、等の多重伝技術の開発、光パケットスイッチング(OPS)ネットワーク
での超高速の全光ラベル処理方式の提案と実証3)、宇宙光通信技術特にファイバーアンプを用いた送受信器の開発等が
あげられる。
■目 的
小型・軽量の装置で高速大容量の通信が可能という光の特徴を活かした光通信システムのための技術開発を目的とした。
光ファイバーネットワークシステムや宇宙光通信等の空間光通信技術に適した高速変復調技術等の超高速化技術の研究、
さらには光ファイバー通信システムと柔軟に接続可能な光-電波融合通信システムの構築の基礎技術確立を目指した。
■ 研究方法
1) 多重伝送技術の開発
高速大容量の通信を可能にするための多重伝送技術の開発を行った。従来の時分割多重(TDM)や波長分割多重
(WDM)に代る新しい技術として、光符号を用いる OCDM 方式による大容量伝送を提案し実験を行った。さらに、DWDM
-ROF ではダウンコンバージョン法を採用し(60G の信号を 2.6G の中間周波数に変換)、高密度多重伝送実験を行った。
2) 高速光ネットワーク技術の開発
高速化のためのラベル処理とスイッチング技術を開発した。パケットヘッダーとして、200Gchip/s で 8 チップの 2 値位相
変調(BPSK)光符号ラベルを使用し、パケットヘッダーのラベル分析を従来の電子処理に代えて全て光で行う全光ラベル
処理方式を提案し、実験した。光符号ラベルの使用の他に、多波長ラベルを使用する方式についても実験を行った。
76
先端的光通信・計測に関する研究
3) 宇宙光通信技術の開発
宇宙光通信技術として、衛星搭載用装置の高度化を目標とした技術開発を行った。特に、従来の搭載用光通信装置の
光源に用いるレーザーの高出力化と検出器の高感度化のために、Er 添加光ファイバー増幅器(EDFA)を扱い、EDFA を
用いた宇宙光通信送受信機の開発を中心に研究を行った。
■ 研究成果
1) 多重伝送技術の開発
高速大容量光通信技術の開発として、多重伝送技術の開発を行った。光符号分割多重(OCDM)方式の光通信研究を
進め、テラビット級(1.5T ビットを達成)の大容量多重伝送実験に世界で初めて成功した(図 1 参照)。また、高密度波長多
重(DWDM)の研究も行い、ミリ波帯光ファイバー無線(ROF)にダウンコンバージョン法を採用する技術開発を行った。伝送
実験の結果、距離 25km伝送の見通しを得た。
2) 高速光ネットワーク技術の開発
高速ネットワーク技術開発の一つとして、パケットヘッダーのラベル分析を従来の電子処理に代えて全て光で行う全光ラ
ベル処理方式を提案し(図-2 参照)、実験を行い成功した。光パケットスイッチング(OPS)のプロトタイプを開発し、40
Gbit/s の高速フォトニックパケットスイッチングを実証した。
3) 宇宙光通信技術の開発
衛星搭載用光通信装置の光源用レーザーの高出力化、検出器の高感度化のためにの研究を進めた結果、Er 添加光フ
ァイバー増幅器(EDFA)を用いた宇宙光通信送受信機の開発では、光源として 400 mW、電力効率8%が得られ、1W 級の
光源の見通しが得られた。また、検出では、54phoptons/bit の高感度(ショットノイズ限界に近い)が達成できた。
Tunable tap
All optical En/decoder
IN
3-dB
coupler
Heater
Delay Tunable tap
t
PLC
Phase
shifter
PLC
3-dB
coupler
Heater
Phase shifter
Combiner
PLC
OUT
Heater
t
図-1
光符号分割多重(OCDM)の概念
従来の時分割多重(TDM)、波長分割多重(WDM)
に代って光符号を用いる。
図-2
全光ラベル処理方式
高速光ネットワークの光パケットスイッチング
として提案。
■考 察
空間光通信では、第 I 期に、ETS-6 衛星を用いて世界初の宇宙光通信に成功し大きな成果を収めた。第 II 期は、宇宙
光通信用搭載装置の高性能化の研究を行い、光源の高出力化などは進んだが、ロケットの失敗などにより我が国の宇宙
開発が遅れ、継続した衛星実験は実現されていない。しかし、一方で、下記のように高速光通信技術を大きく進展させるこ
とができた。
光符号分割多重(OCDM)方式の光通信研究を進め、テラビット級(1.5T ビットを達成)の大容量多重伝送実験に世界で
77
先端的光通信・計測に関する研究
初めて成功したことことは大きな成果であった。高密度波長多重(DWDM)の研究で、ミリ波帯光ファイバー無線(ROF)にダ
ウンコンバージョン法を採用したが、これは当所独自のアイデアであり、これらの研究によって多重伝送技術の開発が大き
く進展したと言える。
パケットヘッダーのラベル分析を従来の電子処理に代えて全て光で行う全光ラベル処理方式を提案し実験に成功し、さ
らに、光パケットスイッチング(OPS)のプロトタイプを開発し、40Gbit/s の高速フォトニックパケットスイッチングを実証できた。
これらの成果は、光ネットワークの高速化への応用が期待できる。
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74.
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No. 20, pp. 1758-1790 (2002)
75.
H. Sotobayashi, W. Chujo, A. Konishi, K. Koseki:「Wavelength-band generation and transmission of 3.24
Tbit/s (81 WDM x 40 Gbit/s) carrier-suppressed return-to zero format by useof a single supercontinuum
source for frequency standardization 」, JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA B, Vol. 19,
No. 11, pp. 2803-2809 (2002)
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先端的光通信・計測に関する研究
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81.
Abedin Kazi
Sarwar,
J.T.Gopinath, E.P.Ippen, C.E.Kerbage, R.S.Windeler, B.J.Eggleton:「Efficient highly
nondegenerate four-wave mixing with tapered microstructure fiber」, Trends in Optics and Photonics(Tops)
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OCDM-to-WDM and WDM-to-OCDM at 40 Gbit/s (4 x 10 Gbit/s) 」, JOURNAL OF LIGHTWAVE
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H. Toda, T. Yamashita, T. Kuri, K. Kitayama:「Demultiplexing using an arrayed-waveguide grating for
frequency-interleaved DWDM millimeter-wave radio-on-fiber systems 」 , JOURNAL OF LIGHTWAVE
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radio-on-fiber systems (invited)」, IEEE Journal of Light Wave Technology, Vol. 21, No. 12, pp. 3167-3179
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symmetric Mach-Zehnder switch in electrooptic feedback loop 」 , IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY
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先端的光通信・計測に関する研究
LETTERS, Vol. 15, No. 7, pp. 1008-1010 (2003)
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M. Tanaka, T. Kondo, A. Sekiya, A. Fujimaki, H. Hayakawa, F. Matsuzaki, N. Yoshikawa, H. Terai, S. Yorozu:
「Component test toward single-flux-quantum processors」, PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS
APPLICATIONS, Vol. 392-396, pp. 1490-1494 (2003)
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S. Yorozu, Y. Kameda, Y. Hashimoto, H. Terai, A. Fujimaki, N. Yoshikawa:「Single flux quantum circuit
technology innovation for backbone router applications」, PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS
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Y. Hashimoto, S. Yorozu, H. Terai, A. Fujimaki:「Measurement of crosstalk between crossing superconductor
microstrip lines」, PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS, Vol. 329-396, pp.
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Abedin Kazi Sarwar, F. Kubota:「Widely-tunable femtosecond soliton pulse generation at a 10-GHz repetition
rate by use of the soliton self-frequency shift in photonic crystal fiber」, OPTICS LETTERS, Vol. 28, No. 19,
pp. 1760-1762 (2003)
99.
Abedin Kazi Sarwar, F. Kubota:「Soliton self-frequency shift and compression of pulses at 10 GHz repetition
rate in photonic crystal fiber」, OSA proceedings volume TOPS 92, * Optical Amplifiers and Their Applications
2003, Vol. 92, pp. 170-173 (2003)
100. K. Kawasaki, K. Yoda, N. Yoshikawa, A. Fujimaki, H. Terai, S. Yorozu:「Design and implementation of a
high-speed bit-serial SFQ adder based on athe binary decision diagram」, Superconductor Science and
Technology, Vol. 16, No. 12, pp. 1497-1502 (2003)
101. T. Hanai, T. Matsumoto, S. Yorozu, Y. Kameda, H. Terai, N. Yoshikawa, A. Fujimaki, H. Hayakawa:「Design of
the speedup buffer for the single-flux-quantum network switch」, Superconductor Science and Technology, Vol.
16, No. 12, pp. 1452-1455 (2003)
102. M. Tanaka, F. Matsuzaki, T. Kondo, N. Nakajima, H. Yamanashi, H. Terai, S. Yorozu, N. Yoshikawa, A.
Fujimaki:「Prototypic design of the signal-flux-quantum microprocessor, CORE1」, Superconductor Science
and Technology, Vol. 16, No. 12, pp. 1460-1463 (2003)
103. K. Fujiwara, H. Yamashiro, N. Yoshikawa, A. Fujimaki, H. Terai, S. Yorozu:「Design and high-speed test of
(4x8)-bit single-flux-quantum shift register files」, Superconductor Science and Technology, Vol. 16, No. 12,
pp. 1456-1459 (2003)
104. Juliet T. Gopinath, H. Sotobayashi, Erich P. Ippen:「Broadband Amplification of Picosecond Pulses in a 23 cm
Length of Bi2O3-based Erbium-doped Fiber」, Optical Society of America Trends in Optics and Photonics, Vul.
92, pp. 50-53 (2003)
105. Abedin Kazi Sarwar, F. Kubota:「Measurement of Chromatic Dispersion in Optical Fibre Using a Common Path
Polarization Interferometer」, IEE Proceedings- Circuits,
devices and systems, Vol. 150, No. 6, pp. 486-489
(2003)
106. Abedin Kazi Sarwar, F. Kubota:「A 10-GHz, 1-ps regeneratively modelocked fibre laser incorporating highly
nonlinear and dispersive photonic crystal fibre for intracavity nonlinear pulse compression 」, IEE Electronics
Letters, Vol. 40, No. 1, pp. 58-59 (2004)
口頭発表
招待講演
国内
85
先端的光通信・計測に関する研究
1.
クラウス ヴェルナー,井出 昌史:「液晶光学デバイスの研究開発および自由空間光通信への応用 (招待講
演)」,液晶フォトニクス・光デバイス研究フォーラム講演会 (2001)
2.
外林 秀之,中條 渉,北山 研一:「高周波数利用効率マルチテラビット OCDM/WDM 伝送(招待講演)」,レーザ
ー学会学術講演会第 22 回年次大会 (2002)
3.
和田 尚也,原井 洋明,久保田 文人:「光ラベル処理を用いたフォトニックパケットスイッチング(招待講演)」,電
子情報通信学会 フォトニックスイッチングワークショップ (2002)
4.
和田 尚也,原井 洋明,久保田 文人:「光ラベル処理を用いたフォトニックパケットスイッチングネットワーク(招
待講演)」,応用物理学会 量子エレクトロニクス研究会 (2002)
国際会議
1.
和田 尚也:「Optical Internet Technology in Future (Invited Paper)」, Optical Internet Workshop (2000)
2.
外林 秀之, 中條 渉, 北山 研一:「Optical Code Division Multiplexing (OCDM) and Its Application for
Peta-bit/s Photonic Network (Invited) 」, 1st Symposium on Photonics Networking and Computing(PNC 2002)
(2002)
3.
外林 秀之:「OCDM techniques for improved spectral efficiency (Invited)」, Optical Amplifiers and Their
Applications (2002)
4.
和田 尚也, 原井 洋明:「Photonic packet routing based on multi-wavelength label switch using multi-section
fiber Bragg gratings (Invited Paper)」, SPIE International Symposium ITCOM (2002)
5.
外林 秀之:「OCDM Techniques for Improved Spectral Efficiency(Invited)」, The 15th Annual Meeting of the
IEEE Lasers and Electro-Optics Society(LEOS2002) (2002)
6.
外林 秀之:「OCDM Techniques for Improved Spectral Efficiency(Invited)」, The 15th Annual Meeting of the
IEEE Lasers and Electro-Optics Society(LEOS2002) (2002)
7.
和田 尚也, 久保田 文人:「Photonic label processing technologies and its application to optical packet
switching networks (Invited paper)」, Optics in Engineering (OIE 2003) (2003)
8.
和田 尚也, 原井 洋明, 久保田 文人:「Photonic Packet Switching Based on Optical Label Processing
(Invited Paper)」, The 8th OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2003) (2003)
応募・主催講演等
国内 219 件(詳細省略)
国際会議 158 件(詳細省略)
特許等出願等
国内
1.
1999.04.28:「確率過程の出力装置、出力方法、および、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願平 11-122361
2.
1999.05.31:「疑似雑音系列の出力システム、出力装置、出力方法、および、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願
平 11-152063
3.
1999.06.07:「光パルス列変換方法」, 外林 秀之, 特願平 11-196411
4.
1999.06.10:「イメージファイバ光増幅装置およびイメージファイバ光増幅方法」, 中村 守里也, 北山 研一,
特願平 11-200774
5.
1999.06.22:「光・電気相互変換素子、光信号送受信装置及び光信号送受信システム」, 久利 敏明, 沖電気工
業, 特願平 11-175423
6.
1999.06.30:「光信号変調装置、および、光信号変調方法」, 梅野 健, 淡路 祥成, 外林 秀之, 特願平
11-186586
86
先端的光通信・計測に関する研究
7.
1999.07.15:「波面誤差検出装置及び波面誤差検出方法」, 有本 好徳, クラウス クディエルカ, 三菱電機,
特願平 11-201850
8.
1999.08.19:「疑似雑音系列の出力装置、送信装置、受信装置、通信システム、疑似雑音系列の出力方法、送
信方法、受信方法、および、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願平 11-232312
9.
1999.08.25:「多波長位相変調光パルス列生成装置およびその生成方法」, 外林 秀之, 北山 研一, 特願平
11-238578
10.
1999.09.29:「ミリ波無線双方向伝送方法およびミリ波無線双方向伝送装置」, 久利 敏明, 特願平 11-276707
11.
1999.10.19:「公開鍵暗号システム、暗号化装置、復号化装置、暗号化方法、復号化方法、および、情報記録媒
体」, 梅野 健, 特願平 11-296447
12.
1999.11.01:「光信号増幅器、光信号増幅方法、および、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願平 11-310814
13.
1999.11.11:「光カオス乱数発生装置」, 梅野 健, 北山 研一, 特願平 11-321759
14.
1999.11.24:「光分岐方法」, 豊嶋 守生, 荒木 賢一, 特願平 11-333411
15.
1999.12.07:「光相関器」, 豊嶋 守生, 荒木 賢一, 特願平 11-347377
16.
1999.12.15:「フォトニックネットワークのパケットルーティング方法およびフォトニックネットワーク用パケットルー
タ」, 和田 尚也, 北山 研一, 特願平 11-355967
17.
1999.12.21:「ベクトル列の出力装置、出力方法、および、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願平 11-362203
18.
1999.12.27:「多重積分の計算装置、計算方法、および、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願平 11-370277
19.
2000.01.21:「光信号演算回路、および、光信号演算方法」, 梅野 健, 特願 2000-012930
20.
2000.01.25:「イメージファイバスキュー低減方法」, 中村 守里也, 特願 2000-015177
21.
2000.01.25:「イメージファイバ余長処理方法および余長処理用ボビン」, 中村 守里也, 特願 2000-015178
22.
2000.04.07:「疑似乱数列の出力装置、送信装置、受信装置、通信システム、フィルタ装置、疑似乱数列の出
力方法、送信方法、受信方法、フィルタ方法、ならびに、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願 2000-107047
23.
2000.05.25:「光位相変復調通信システム、送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、ならびに、情報記録
媒体」, 淡路 祥成, 中條 渉, 久利 敏明, 帝京科学大, 特願 2000-154176
24.
2000.06.08:「移動体レーザ通信用の光学捕捉方法および光学追尾方法」, 豊田 雅宏, 特願 2000-172318
25.
2000.06.16:「光符号変換方法」, 外林 秀之, 北山 研一, 特願 2000-180821
26.
2000.06.22:「光搬送波を用いた高周波信号伝送方法および高周波信号伝送装置」, 久利 敏明, 中條 渉,
北山 研一, 特願 2000-188363
27.
2000.08.23:「アライメント方法」, 中村 守里也, 北山 研一, 特願 2000-252294
28.
2000.08.25:「二次元並列光インターコネクトのアライメント方法および二次元並列光インターコネクト」, 中村
守里也, 北山 研一, 特願 2000-254742
29.
2000.08.30:「画像多重伝送方法およびその装置」, Joewono Widjaja, 和田 尚也, 中村 守里也, 中條 渉,
特願 2000-261633
30.
2000.09.01:「光分散測定装置およびそれを用いた測定方法」, K.S.アベディン, 特願 2000-265529
31.
2000.09.06:「多波長ラベルを用いた光パケットルーティング方法とその装置、および多波長ラベルを用いた光
パケットネットワーク」, 和田 尚也, 原井 洋明, 中條 渉, 久保田 文人, 特願 2000-270841
32.
2000.09.11:「モード同期レーザ装置」, K.S.アベディン, 特願 2000-275718
33.
2001.03.01:「光符号化装置および光符号分割多重装置、ならびに光復号装置および光多重分離装置」, 和
田 尚也, 中條 渉, 冨山 吉広, 沖電気工業, 特願 2001-056119
34.
2001.03.15:「偏波モード分散等化方法」, 外林 秀之, 中條 渉, 小関 健, 特願 2001-074280
35.
2001.04.06:「光パケット通信におけるアドレス処理方法および装置」, 和田 尚也, ユオノ ウイジャヤ, 中條
渉, 特願 2001-108393
36.
2001.05.10:「空間光通信用レーザ指向方法」, 豊田 雅宏, 特願 2001-140348
87
先端的光通信・計測に関する研究
37.
2001.06.21:「鍵共有システム、公開鍵暗号システム、署名システム、鍵共有装置、暗号化装置、複合化装置、
署名装置、認証装置、鍵共有方法、暗号化方法、複合化方法、署名方法、認証方法、プログラム、ならびに、
情報記録媒体」, 梅野 健, 特願 2001-188446
38.
2001.07.09:「光遅延多重回路」, 外林 秀之, 中條 渉, 日立電線, 特願 2001-208300
39.
2001.08.02:「リングレーザを用いた四光波混合装置」, 井上 潤, 外林 秀之, 中條 渉, 特願 2001-235117
40.
2001.08.30:「変換装置、暗号化復号化システム、多段変換装置、変換方法、多段変換方法、プログラム、なら
びに、情報記録媒体」, 梅野 健, 特願 2001-261698
41.
2001.09.05:「光パルス幅伸長装置」, 朴 己煥, 中條 渉, 特願 2001-268395
42.
2001.10.05:「光学素子解析用吸収層作成方法、光学素子解析方法、光学素子解析用吸収層作成プログラム
および光学素子解析プログラム」, クラウス ヴェルナー, 日本女子大学, 特願 2001-309657
43.
2001.10.30:「光パルス雑音除去装置」, 外林 秀之, 中條 渉, 特願 2001-332167
44.
2001.11.05: 「 光 波 干 渉 装 置 、 光 波 干 渉 方 法 、 な ら び に 、 プ ロ グ ラ ム 」 , 淡 路 祥 成 , 中 條 渉 , 特 願
2001-339689
45.
2001.11.06:「バーグラフ点灯回路」, 井上 潤, 特願 2001-340173
46.
2001.12.06:「光信号監視装置」, 外林 秀之, 中條 渉, 上智大学, 特願 2001-372166
47.
2001.12.11:「光信号発生装置および方法、送信装置および送信方法、受信装置および受信方法、並びに送
受信装置および送受信方法」, 梅野 健, 中條 渉, 特願 2001-377132
48.
2002.01.21:「電波発生装置」, 朴 己煥, 中條 渉, 住友大阪セメント, 特願 2002-010946
49.
2002.03.29:「光カオスエンコーダ、ルーティング方法およびフォトニックルータ」, 梅野 健, 中條 渉, 特願
2002-094666
50.
2002.03.29:「乱数列生成装置、乱数列生成方法、ならびに、プログラム」, 梅野 健, 特願 2002-098081
51.
2002.03.30:「数値積分装置、数値積分方法、ならびに、プログラム」, 梅野 健, 特願 2002-132090
52.
2002.04.23:「変調された光の信号処理方法およびその装置」, 久利 敏明, 大阪大学, 特願 2002-120467
53.
2002.04.26:「光分散等化方法及び光分散等化器」, 外林 秀之, 中條 渉, (上智大学, 特願 2002-126398
54.
2002.05.14:「光空間伝搬特性の評価方法」, 中村 守里也, 秋葉 誠, 久利 敏明, 大谷 直毅, 特願
2002-138615
55.
2002.07.09:「電子価格表サーバ、システムおよびプログラム」, 梅野 健, パテネット, 特願 2002-200180
56.
2002.08.06:「干渉型レーダーイメージング法並びにそのための相関器及び干渉型レーダーイメージング装置」,
木内 等, 雨谷 純, 有本 好徳, 特願 2002-229148
57.
2002.08.22:「分散媒質の電磁界の見積もり方法」, クラウス ヴェルナー, 特願 2002-242447
58.
2002.08.22:「変調された光信号の多重伝送方法およびその装置」, 久利 敏明, 大阪大学大学院, 特願
2002-242516
59.
2002.10.02:「乱数列生成装置、乱数列生成方法、ならびに、プログラム」, 梅野 健, 特願 2002-289825
60.
2002.11.06:「空間光通信システム」, 豊田 雅宏, 特願 2002-322002
61.
2003.01.31:「周波数シフトフリー位相共役器及びそれを用いた通信システム」, 井上 潤, 外林 秀之, 淡路
祥成, 特願 2003-023218
62.
2003.02.07:「周波数分割多重光信号受信における信号処理方法およびその装置」, 久利 敏明, 特願
2003-031302
63.
2003.03.11:「高非線形耐力光時分割多重伝送システム」, 井上 潤, 外林 秀之, 久保田 文人, 河口 仁司,
特願 2003-064523
64.
2003.03.12:「光パケットスイッチング方法及び光パケットスイッチング装置」, 朴 己煥, 特願 2003-066560
65.
2003.03.19:「乱数列生成装置、暗号化復号化装置、乱数列生成方法、暗号化復号化方法、ならびに、プログ
ラム」, 梅野 健, 特願 2003-075438
88
先端的光通信・計測に関する研究
66.
2003.03.20:「波長可変の光パルス発生装置」, カジ サルワル アベディン, 特願 2003-078862
67.
2003.03.25:「周期的多波長光発生装置」, カジ サルワル アベディン, 中條 渉, 特願 2003-083524
68.
2003.03.28: 「 送 信 装 置 、 受 信 装 置 、 送 信 方 法 、 受 信 方 法 、 な ら び に 、 プ ロ グ ラ ム 」 , 梅 野 健 , 特 願
2003-090436
69.
2003.06.13:「通信装置および通信方法」, 梅野 健, 長谷川 晃朗, 科学振興事業団, 特願 2003-170005
70.
2003.06.20:「パルス生成器、パルス生成方法、通信装置および通信方法」, 梅野 健, 特願 2003-177198
71.
2003.08.20:「空間レーザ通信用捕捉追尾装置」, 豊田 雅宏, 特願 2003-295766
72.
2003.09.30:「乱数発生装置、乱数発生方法およびプログラム」, 梅野 健, 長谷川 晃朗, 特願 2003-340820
73.
2003.09.30: 「 送 信 装 置 、 受 信 装 置 、 送 信 方 法 お よ び プ ロ グ ラ ム 」 , 梅 野 健 , 長 谷 川 晃 朗 , 特 願
2003-340821
74.
2004.02.23:「広帯域、高速光分散測定装置」, アベディン カジ サルワル, 特願 2004-046418
75.
2004.02.24:「光パルス増幅装置」, アベディン カジ サルワル, 特願 2004-047986
76.
2004.02.24:「サンプリング光発生装置とそれを用いた光サンプリング装置」, アベディン カジ サルワル, 特願
2004-047988
受賞等
1.
外林 秀之:「スペクトルスライス Supercontinuum 時間拡散 BPSK パルス符号を用いた 10Gb/s 光符号/波長多
重多元接続」,電子情報通信学会学術奨励賞,2000.03.29
2.
和田 尚也:「光源とファイバ格子を用いた時間拡散/波長ホップ OCDM」,電子情報通信学会学術奨励
賞,2000.03.29
3.
久利 敏明:「光・ミリ波生成伝送方式及び装置」,科学技術庁長官賞(注目発明),2000.04.17
4.
梅野 健:「カオスモンテカルカオスCDMA」,応用物理学会講演奨励賞,2000.05.12
5.
外林 秀之:「超高速光信号処理技術を用いた次世代フォトニックネットワーク基盤技術に関する研究」,光科
学技術研究振興財団研究者表彰,2001.03.07
6.
外林 秀之:「非接触面粗さ評価方法および非接触面粗さ評価装置」,第 60 回注目発明,2001.04.16
7.
梅野 健:「「ビデオフィードバックによるダイナミックカオスの発生装置」が優秀作品と選定された」,第6回サイ
エンス展示・実験ショーアイデアコンテスト佳作,2002.04.21
8.
井上 潤:「80-Gbits/s Carrier-Suppressed RZ Signal Transmission Over 208km Standard
Fiber Using an Optical Phase Conjugation」,OECC2002 Best Paper Award 賞,2002.07.09
9.
外林 秀之:「80-Gbits/s Carrier-Suppressed RZ Signal Transmission Over 208km Standar
d Fiber Using an Optical Phase Conjugation」,OECC2002 Best Paper Award 賞,2002.07.09
10.
中條 渉:「80-Gbits/s Carrier-Suppressed RZ Signal Transmission Over 208km Standard
Fiber Using an Optical Phase Conjugation」,OECC2002 Best Paper Award 賞,2002.07.09
11.
梅野 健:「特許第 3314181 号-擬似乱数列の出力装置、送信装置、受信装置、通信システム、フィルタ装置、
擬似雑音系列の出力方法、送信方法、受信方法、フィルタ方法ならびに情報記録媒体の新規性及び有効性」,
第 18 回テレコムシステム技術賞,2003.03.17
12.
外林 秀之:「電気通信においての工学的技術的観点からの研究の振興と促進に寄与」,第 18 回テレコムシステム
技術賞,2003.03.17
13.
中條 渉:「電気通信においての工学的技術的観点からの研究の振興と促進に寄与」,第 18 回テレコムシステム技
術賞,2003.03.17
14.
外林 秀之:「1.6-b/s/Hz 6.4-Tb/s QPSK-OCDM/WDM(4 OCDM*40W*40Gb/s)transmission experiment
using optical hard thresholding」,光学論文賞,2003.03.28
15.
梅野 健:「CRL 特許 3030341 号をライセンスして生まれた技術・製品であるデータベース暗号化技術「イーサイフ
89
先端的光通信・計測に関する研究
ァーゲート」」,第 15 回中小企業優秀新技術 新製品賞,2003.04.09
16.
梅 野 健 : 「ス ケー ラ ブ ル な カ オス 暗号 と ハード ウェ ア 実 装評価 」, 第 5回L S I I P デザイ ンア ワ ードI P
賞,2003.06.10
17.
外林 秀之:「移動体衛星通信システムの研究開発と実用化」,SCI2003 Best Paper Award,2003.09.09
18.
久利 敏明:「光ファイバ無線高密度波長多重伝送におけるフォトニックダウンコンバージョン法」,研究奨励
賞,2003.12.16
90
先端的光通信・計測に関する研究
「第 II 期」
5. 高精度光計測技術の研究
通信総合研究所 電磁波計測部門 ライダーグループ
〇水谷 耕平、安井 元昭、石井 昌憲
通信総合研究所 無線通信部門 宇宙光通信グループ
国森 裕生
東北工業大学環境情報学科
浅井 和弘
■要 約
中核研究を応用するシステム技術の一つとして、高精度光計測技術の研究を行った。特に、ライダー(レーザーレーダ
ーの別称)の研究として、地球大気微小成分や風速を地球規模で高精度に測定することを可能にする人工衛星搭載用ラ
イダーの実現を目指した技術開発を行った。主要な研究成果としては、目に安全なアイセーフライダーの開発として、2μ
m帯波長固体レーザーの高出力化1)、風速測定用ドップラーライダーの衛星搭載システムの開発2)、国際共同研究による
地球大気エアロゾルの観測3)等があげられる。
■目 的
先端的な光計測技術の研究として、波長が 1.5μmより長いアイセーフライダーの研究を目的とした。目の安全性がより
重要になる衛星搭載ライダーの研究を行い、衛星搭載コヒーレントドップラーライダー等による宇宙からのグローバルな高
精度地球環境計測を目指した。さらに、ライダーによるエアロゾル観測を国際共同研究として行った。
■ 研究方法
1) アイセーフレーザーの高出力化
目に安全なアイセーフレーザーとして波長が 2μmの固体レーザーを扱い、そのような宇宙搭載用として高出力
Tm,Ho:YLF レーザーの開発を実施した。端面励起と側面励起方式の共振器を開発し、出力の増幅を行い、波長の狭帯域
化も行った。
2) 衛星搭載ドップラーライダーの開発
宇宙からグローバルに風速を測定できる衛星搭載ドップラーライダーの開発を行った。水平距離分解能 100km、風速観
測精度 2-3m/sec、を目標に衛星搭載システムの検討及び衛星搭載を目指した航空機搭載装置による実験を行った。
3) ライダーによるグローバル地球環境観測
エアロゾル等の分布を地球規模で観測できるよう、北極、中国、アジア地区、等に複数の地上ライダー局を整備し、実験
を実施した。
91
先端的光通信・計測に関する研究
■ 研究成果
1) アイセーフレーザーの高出力化
YLF に Tm と Ho をドープした波長 2μm帯の固体レーザー、Tm,Ho:YLF レーザーの高出力化を実現した。通常の発振
では 6 mJ の状態を端面励起アンプによって 100mJ に、側面励起で 60mJ を 400mJ に、と増幅に成功した。(図-1 参照)
2) 衛星搭載ドップラーライダーの開発
ISS(国際宇宙ステーション)等宇宙からの風速の観測を目標とした、衛星搭載ドップラーライダーシステム設計を行った。
そのようなシステムにおいて、地上及び航空機搭載実験により、Tm,Ho:YLF レーザーを光源に用いて、2-3m/sec の精度
での風速測定の見通しを得た。(図-2 参照)
3) ライダーによるグローバル地球環境観測
アラスカでのエアロゾルを観測するための多波長ライダーの設置、中国での黄砂ダストの観測用ライダーの設置により、
地球規模での地球環境観測を国際共同で行った。
CDL 04:45UT
ISO1
Laser Input
CDL 04:48UT
CDL 04:45UT
10
10
9
9
8
8
7
7
CDL 04:48UT
HWP1
M1
Altitude (km)
L1(f=-200mm)
L2
(f=250mm)
Output
POL1
Altitude (km)
M2
6
5
4
3
6
5
4
3
FR1
HWP2
2
Vacuum Chamber
M3
Lens Duct
図-1 アイセーフレーザーの高出力化の例
Laser Crystal
LD
Tm,Ho:YLF
レーザーの出力を増幅した。
PR1
1
0
2
1
図-2 ドップラーライダー実験例
0
航空機搭載装置により対流圏の風速を測定した。
0
Window
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50
Horizontal Velocity (m/sec)
0
45
90 135 180 225 270 315 360
Wind Direction (degree)
M4
■考 察
衛星搭載ドップラーライダーの光源となるアイセーフレーザーとして、波長 2μm帯の Tm,Ho:YLF レーザーの開発を行
ってきたが、特に増幅技術の開発により、10Hz の繰り返しで出力約 500mJ が実現され、宇宙ドップラーライダーへの利用
の見通しが得られた。
衛星搭載ドップラーライダーの開発では、宇宙用システムの検討及び航空機搭載装置による地上実験と航空機実験を
行ってきた。上記の光源の開発と実際のドップラーライダーの実験により、目標とする 2-3m/sec の精度で宇宙から風速が
測定できる見通しが得られたことは大きな成果であった。
大気中エアロゾルの観測など地球環境の高精度観測を目標として、ライダー装置をアラスカ、中国、アジア地区(タイな
ど)に設置して観測を行った。国際共同観測ができたが、この実績によって将来のよりグローバルな観測への発展が期待
できる。
■ 引用文献
1.
H. Fukuoka, M. Kodaya, K. Asaba, K. Asai, K. Mizutani and T. Itabe:「Injection seeded Tm, Ho:YLF laser」, SPIE,
Vol. 4153, pp. 455-462 (2000).
2.
石井昌憲、水谷耕平、篠野雅彦、板部敏和、浅井和弘、:「衛星搭載を目的としたインコヒーレントドップラーライダー
の風速誤差の検討」,日本リモートセンシング学会誌、Vol. 22, pp. 423-432(2003).
3.
K. Mizutani , T. Itabe, M. Yasui, T. Aoki ,Y. Murayama and R. L. Collins:「Raileigh and Rayleigh doppler lidars for
92
先端的光通信・計測に関する研究
observation of the arctic middle atmosphere 」 , IEICE Transactions on Communications, Vol. E83-B, pp.
2004-2009(2000).
■ 成果の発表
原著論文による発表
国内誌(国内英文誌を含む)
1.
K. Mizutani, T. Itabe, M. Yasui, T. Aoki, Y. Murayama, R.L.Collins:「Rayleigh and Rayleigh Doppler Lidars for
the Observations of the Arctic Middle Atmosphere」, IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS,
E83-B, No. 9, pp. 2004-2009 (2000)
2.
Y. Murayama, K. Igarashi, D.Rice, B.Watkins, R.Collins, K. Mizutani, Y. Saito, S. Kainuma:「Medium
Frequency Radars in Japan and Alaska for Upper Atmoshere Observations」, IEICE TRANSACTIONS ON
COMMUNICATIONS, E83-B, No. 9, pp. 1996-2003 (2000)
3.
M. Yasui, K. Tsuchiya, K. Kai, T. Uehara, T. Ootomo, T. Nagai, K. Mizutani, J. Miyamoto, A. Ito, Masahisa
NAKAZATO, Akinori ICHIKI:「Observational and Analytical Studies on the Mechanism of the Long-Range
Transport of Aeolian Dust」, JOURNAL OF ARID LAND STUDIES, Vol. 10, No. 3, pp. 238-245 (2000)
4.
M. Ishii, T. Shibata, T. Sakai, M. Kido, K. Hara, K. Osada, Y. Iwasaka, T. Nagai, T. Fujimoto:「The source、
size and chemical composition of the winter arctic tropospheric aerosol layer observed by lidar at Eureka、
Canada」, JOURNAL OF THE METEOROLOGICAL SOCIETY OF JAPAN, Vol. 79, No. 1, pp. 61-78 (2001)
5.
石井 昌憲, 水谷 耕平, 篠野 雅彦, 板部 敏和, 浅井 和弘:「衛星搭載を目的としたインコヒーレントドップラ
ーライダーの風速誤差の検討」, 日本リモートセンシング学会誌, Vol. 22, No. 4, pp. 423-432 (2003)
国外誌
1.
M. Ishii, T. Shibata, T. Nagai, K. Mizutani, T. Itabe, M. Hirota, T. Fujimoto, O. Uchino:「Arctic haze and
clouds observed by lidar during four winter season of 1993-1997, at Eureka, Canada」, ATMOSPHERIC
ENVIRONMENT, Vol. 33, No. 16, pp. 2459-2470 (1999)
2.
H. Kunimori, B. Greene, K. Hamal, I. Prochazka:「Centimeter Precision Eye Safe Satellite Laser Ranging using
Raman Shifted Nd:YAG Laser and Germanium Photon Counter」, JOURNAL OF OPTICS-NOUVELLE REVUE
D OPTIQUE, Vol. 2, pp. 1-4 (2000)
3.
Y.B.Kumar, V.S.Kumar, P.B.Rao, M.Krishnaiah, K. Mizutani, T. Aoki, M. Yasui, T. Itabe:「Middle atmospheric
temperature measurements using a ground based lidar from low latitide」, INDIAN JOURNAL OF RADIO &
SPACE PHYSICS, Vol. 29, pp. 249-257 (2000)
4.
K.Raghunath, Y.B.Kumar, V.S.Kumar, P.B.Rao, K. Mizutani, T. Aoki, M. Yasui, T. Itabe:「Indo-Japanese lidar
observations of aerosols over a tropical latitude」, INDIAN JOURNAL OF RADIO & SPACE PHYSICS, Vol. 29,
pp. 239-244 (2000)
5.
M. Nakamura, T. Ohkubo, K. Kitayama:「Skew characteristics of image fiber for high-speed 2-D parallel optical
data link」, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 18, No. 9, pp. 1214-1219 (2000)
6.
V.Siva Kumar, Y.B.Kumar, K.Raghunath, P.B.Rao, M.Krishnaiah, K. Mizutani, T. Aoki, M. Yasui, T. Itabe,
「 Lidar measurements of mesospheric temperature inversion at a low latitude」, ANNALES GEOPHYSICAE,
Vol. 19, No. 8, pp. 1039-1044 (2001)
7.
M.Takami, T.Usuda, H.Sugai, H.Suto, Tae-Soo Pyo, N.Tateyama, T. Aoki, K. Mizutani, M.Tanaka:「[FeII]
1.257micron and He I 1.083 micron Emission in the Central Region of the Orion Nebula: HII Region,
Flows,
Jets, and Proplyds」, ASTROPHYSICAL JOURNAL, Vol. 566, pp. 910-924 (2002)
93
HH
先端的光通信・計測に関する研究
8.
H.Suto, C.Koike, H.Sogawa, A.Tsuchiyama, H.Chihara, K. Mizutani:「Infrared spectra of fayalite crystal」,
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, Vol. 389, pp. 568-571 (2002)
9.
T. Yoshino, H. Kunimori, F. Katsuo, J. Amagai, H. Kiuchi, T. Ohkubo, T. Kondo, Y. Koyama:「2000 年夏季用
“基石”網絡観測到東京地区的地殻変形」, CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS, Vol. 45, Supplement, pp.
151-156 (2002)
10.
R.L.Collins, M.C.Kelley, M.J.Nicolls, C.Ramos, T.Hou, T.E.Stern, K. Mizutani, T. Itabe:「Simultaneous lidar
observations of a noctilucent cloud and an internal wave in the polar mesosphere 」 , JOURNAL OF
GEOPHYSICAL RESEARCH, Vol. 108, No. D8, 8435, PMR2-1 - PMR2-7 (2003)
11.
H. Okamoto, S. Iwasaka, M. Yasui, H. Horie, H. Kuroiwa, H. Kumagai:「An algorithm for retrieval of cloud
microphysics using 95-GHz cloud radar and lidar」, JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, Vol. 108, No.
D7, 4226 , pp. AAC 9-1 - 21 (2003)
口頭発表
応募・主催講演等
国内 43 件(詳細省略)
国際会議 12 件(詳細省略)
94
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科学技術振興調整費 第Ⅰ期・第Ⅱ期成果報告書