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研究の概要

光・量子デバイスとは?
何をやっている研究室か?
光・量子デバイス研究室の30年

光・量子デバイスとは?

光・量子デバイスの代表はいわゆるレーザーと言われるデバイスです。 つまり、光・量子デバイス研究室はおもにレーザーに関する研究を行なっています。 レーザーと言う、ものを切ったり、スクリーンに映し出されるレーザーディスプレイ などを思い浮かべますが、実際にはさまざまな分野でレーザーは使われてきています。 当研究室では蛯ノ、レーザー中でもゥ由にそのスペクトルを変えることができる可変波長 レーザーに関する研究をおこなっています。同桙ノそれらのレーザーをつかった分光学的応用についても研究を行なっています。

何をやっている研究室か?


可変波長固体レーザー--新世代の可変波長レーザー

私達の研究室は,可変波長レーザーに関しては 日本で一番の老舗です.最も有用性の高い色素レーザーについては,既に30年近い研究業績がありますが,最近Ti:サファイア,Cr:LiSAFなどの新しい固体レーザー,非線形光学効果を利用する光パラメリック発振器(OPO)が出現し,世代の交代期にはいってきています.


紫外線レーザーと光プロセシング--レーザーで新しい材料を創成

高出力の紫外線エキシマーレーザーの開発は,それまで熱加工が中心であったレーザープロセスに,光プロセシングによる化学反応制御という新技術を生み出しました.これは,マイクロエレクトロニクスの分野に新しい可能性をもたらしつつあります.私達は紫外線レーザーの開発を進めるとともに,PLD法に着目して,高性能の高温超伝導膜・機能性光学薄膜の作製を行なっています.


レーザー分光法の工業的応用--レーザーで原子分子の世界を探る

可変波長レーザーの最も重要な応用はレーザー分光法です.可変波長レーザーを用いると,従来よりはるかに高い感度と分解能で原子分子のスペクトルを観測することができます. レーザー分光法は,基礎的な物理・化学の分野に 革命をもたらしましたが,その技術の工業的な面への応用はまだ不十分です. 私達この手法の分光分析.プロセス計測・プラズマ計測・燃焼計測・分光顕微鏡への応用を多角的に推進し,原子分子レベルでの機構解明を行なっています.


集積型可変波長レーザー--固体化,更にIC化へ

真空管がトランジスターへ,さらに集積回路(IC)ヘと進化したように,レーザーも固体化が進んだあとは,IC化ヘ向かうでしょう.半導体レーザーを利用する光エレクトロニクスの分野では,すでに光素子のIC化が進められつつあります。私達は,可変波長レーザーも最終的には,IC化が必須であるとの観点から,21世紀をにらみつつ,新しい発想のもとにその集積化をめざしています.

レーダーレーザー--グローバルな環境モニタリング

私達が開発したエキシマーレーダーレーザーは,今世界中で成層圏オゾンのモニタリングに活躍しています.さらに私達は,新しく開発されつつある高出力の赤外域可変波長レーザーを用いて,地球温暖化.オゾン層破壊・酸性雨等のグローバルな大気環境問題に関連する大気中微量分子を,総合的に計測するレーダーレーザー を開発しようとしています.これらの技術はまた,工場内のガス漏れなどローカル な環境計測へも応用できます.

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研究室の30年

  1. 新しいレーザー色素を発見  1967ー74
    IBM社で世界最初の色素レーザーが発振して約1年後,日本で最初の色素レーザーを動作させただけでなく,数種類もの新しい高性能レーザー色素を開発しました.
  2. モード同期色素レーザーでピコ秒光パルスを発生 1972−75
    今日,超短光パルステクノロジーは,最も先進的な技術となっております.そのさきがけとなるモード同期色素レーザーの実験を日本で最初に行ないました.
  3. インジェクション・シーディングの実験 1974ー79
    Injection Seedingによるレーザーのスペクトルの純化は最近多くの製品に採用されていますが,このこの手法の有効性に早くから注目し,色素レーザーへの適用を日本で最初に行ないました.
  4. 高効率XeClエキシマーレーザーを開発 1976ー80
    1970年代後半に展開されたエキシマーレーザー開発競争に参加.特にXeClレーザーでは,世界にさきがけて高効率化の達成に成功しました.
  5. オゾン層観測用レーダーレーザーを開発 1978ー90
    1978年,開発されたばかりのエキシマーレーザーを世界で最初にレーダーレーザーに用いて,成層圏オゾンの観測に成功.この方法は現在世界中でオゾン層モニタリングに採用されています.(九大理学部地球物理研究室との共同研究)
  6. エキシマーレーザーで超高出力パルス光を発生 1980ー1985
    色素レーザーで発生したピコ秒パルスをエキシマーレーザーで増加し,0.7GW のパルス光を発生.これは,現在世界中の大研究所が競って開発中のフェムト秒超高出力パルス光発生装置の先駆的実験となりました.
  7. RAFSレーザー分光法の提唱 1983ー90
    色素レーザーの波長を高速スキャンして,瞬時にスペクトル・プロファイルを観測できるユニークなRAFS(Rapid Freqency Scan)レーザー分光法を考案し,プラズマ計測等に適用しました.(九大総理工プラズマ研究室との共同研究.)
  8. 可変波長極端紫外レーザー光の発生 1983ー94
    気体媒質の非線形性を利用して活用して、可視・紫外部の可変波長レーザー光の同調域を短波長へ拡張する研究を種々なってきましたが,1993年に波長66nmという世界記録を達成.(九大総理工プラズマ研究室との共同研究)
  9. 全自動広域帯可変波長色素レーザーを開発 1990ー93
    色素セル瞬時交換とマイコン制御を活用して,220〜740nmの波長域をいっきに連続掃引ができるレーザーをはじめて実現.(三菱重工(株)との共同研究)
  10. 光プロセス2D分光計測装置を開発 1992ー
    光プロセス,特にアブレーションによる成膜プロセスの分光計測装置を開発て,成膜機構を解明.CCDカメラを使った2D観測装置では原子・分子の分布までくっきり画像化できます.


キーワード解説

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可変波長レーザー
普通のレーザーは,エネルギー準位間の誘導遷移を利用するので,発振波長が固定されている.有機色素や固体結晶の中にはバンド状の発光スペクトルを持つものがあり,その場合フィードバックを制御して, 発振波長を連続的に同調できるものを可変波長レーザーという.
エキシマーレーザー
普通分子を作らない希ガス原子などが励起状態で形成する分子をエキシマーという.エキシマーが分解する際の発光を利用したのがエキシマーレーザーで,希ガスとハロゲンの化合物であるKrF,XeCl,ArFなどが紫外部で高効率の発振をする.
レーザー分光法
レーザーは分光用光源として理想的な特性を持っており,特に可変波長レーザー光を原子分子に照射して吸収蛍光・イオン化等の分光的応答を検討すると,従来になく高感度で高分解能のスペクトル計測ができ,原子分子の挙動を精密に観測できる.
光プロセシング
CO2レーザーやNd:YAGレーザーのように従来の高出力レーザーは,赤外域にあるため,切断や溶接,アニーリングの様な熱的加工が中心であった.それに対して,紫外線のエキシマーレーザーを用いると化学的に分子造を変えることができ,新しい材料の創成が期待できる.半導体工業における,リソグラフィー・生膜・ドーピング・エッチング等ヘの応用が研究されている.


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