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センター(研究拠点)紹介

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先端光波制御研究センター
Advanced light wave control research center

センター長 : 神成文彦 (理工学部教授)
活動拠点キャンパス : 矢上

センター概要

慶應義塾では、文科省予算のもと先端光量子科学アライアンス(先端光波制御活用技術)として、東大、理研、電通大、東工大と連携拠点を構成し、(ⅰ)フォトンリング施設の研究開発協力および利用研究の推進と(ⅱ)高強度レーザー実現に向けた材料科学の項目を主に分担するとともに、本研究プロジェクト開始からの継続的研究課題推進と合わせて研究を実施する。
具体的な課題として、
「①時間空間制御プラズモン反応場形成のための超広帯域ベクトル整形レーザーパルスの開発」
「②ナノスケール結晶構造ダイナミクスの解明とナノイメージング計測への応用」
「③周波数コム光源と光波制御技術の融合研究」
「④青色半導体レーザー励起Pr:ZBLANファイバーレーザーとそのモード同期発振」
「⑤フェムト秒光波制御技術の開発」
「⑥トロイド光共振器における四光波混合を利用したモードロック光源の開発」
「⑦テラヘルツ電磁波の精密偏光計測およびその活用技術の開発」
「⑧ダイヤモンド中窒素空孔中心の作製とナノ光源及びナノセンサーへの応用」
の8つを扱う。

キーワード・主な研究テーマ

超高速光科学  レーザー工学  近接場光学  ナノ反応場科学

2017年度事業計画

■前年度より継続する活動内容について、継続する背景・根拠と目標

 2017年度も文科省からの当該プロジェクト予算が交付される予定であり,2016年度の(1)~(8)の研究テーマについて,新しい光源技術の開発とその応用を目的とした研究を継続して進める。いずれのテーマも2017年度末での完成を目標に進めている研究である。
また,引き続きセミナー,シンポジウムを主催し,光科学技術の発信と人材育成に務める。 

■2017年度の新規活動目標と内容、実施の背景

 文科省からの予算のもとセンターを設置して研究を継続してきた10年目に対応する。2012年より連携拠点としての研究目標が以下のようにあらたに設定されたのを受けて,この内容に即した研究内容の見直しを行い,とくに光源開発に研究資源を集中する。
A) 周波数の完全制御による国際周波数標準の実現と普及に向けた基盤技術開拓
B) 超短パルス光の完全制御による、X線~テラヘルツ域コヒーレント光源の開発と利用
C) 高帯域光増幅の完全制御による、超高強度光の生成と利用
 この研究内容に即して、最終年度は以下のテーマを実施する。
(1)相変化材料による局所的演算・記憶要素の空間相関形成とコンピューティング機能の発現
(2)新しい広帯域かつ狭線幅な赤外分光法
(3)微小光共振器を用いた省エネルギー光周波数コム光源開発
(4)フォトニック結晶工学のシリコンフォトニクスとの融合
(5)周波数コムのモード間量子相関制御による大規模クラスター状態の生成
(6)超高速バーストイメージング法による非反復現象のイメージング
(7)可視域ダブルクラッド型ファイバーレーザおよび可視域用酸化物レーザー媒質の開発
(8)テラヘルツ電磁波の精密偏光計測およびその活用技術の開発
(9)ダイヤモンド中窒素空孔中心の作製とナノ光源及びナノセンサーへの応用
 尚,拠点形成予算に加えて,これまでの光波制御研究の成果を,深紫外域レーザの革新的技術として育成し,また,ナノフォトニクスを物質系の複雑系物理に展開する研究、および量子シミュレータを光学的に実現する研究を構築するための議論を進めており、随時、予算獲得の活動を行う。

 

2016年度事業報告

■当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度

(1)数10nmの空間において金ナノ構造の3次非線形光学効果を用いた4波混合によるイメージング、グラフェン材料の振動モード選択コヒーレント反ストークスラマン散乱、および400nm,800nmの2波長表面プラズモンポラリトンパルスのナノ集光を新規に実現した。
(2)光学的損失の少ないSiCと相変化材料を組み合わせたフォノンポラリトンスイッチング素子による非ノイマン型コンピューティング実現するため、スイッチングコントラストの増大と隣接粒子間相互作用の増強を共鳴効果を利用して実現した。
(3) 光源の線幅を3kHzに狭めた周波数コムを用いたサブドップラー分解能分光を行い、メタンのシュタルク効果を高精度で計測することに成功した。
(4) 高出力青色半導体レーザーを励起に利用するために熱特性に優れたPr3+, Mg2+:SrAl12O19結晶の成長を行い、発光特性を計測した。また、この2軸性結晶をセラミックス材料として作製するための強磁場印加装置を開発した。また、受動Qスイッチ用の過飽和吸収体としてMoS22次元ナノ材料に注目し、作製方法と吸収飽和特性を調べた。
(5)400-1000 nm超広帯域白色光を用い、1パルスで25フレームのピコ秒域での超高速イメージング計測ができる装置を用い、1ピコ秒以内で相変化するGST材料の過渡特性を実際に計測することに成功した。
(6) シリコンチップ上に集積した微小なパッシブなシリカ製共振器に,連続光を入射させるのみで,1.6 THzの繰り返しを持つ光パルスに変換する素子を用い、共振器内3次高調波発生、誘導ブリリュアン発振などの非線形効果を実現した。さらに、結合モード理論を用いた非線形光学効果と横モードの関係を解析した。
(7)テラヘルツ偏光イメージング技術を活用することにより、ポリマー試料透過時の偏光回転と試料内歪み、結晶配向に関する計測が可能になることを明らかにした。
(8)生成位置や配向の制御されたダイヤモンドNV中心の電子スピン状態を用いた高感度交流磁場センシングにおいて、磁場計測感度について調べた。

■公刊論文数(件数と主たる公刊誌名)、学会発表件数(国内・国際)、イベントなど社会貢献の実績(年月日、場所)

公刊論文数 12件
 Appl. Phys. Express, Applied Physics Letters, Optics Express, Aplied Optics,  Sci. Report,等 
学会発表件数(国内 30件,国際 21件)
センター主催セミナーおよびシンポジウム(1件)
 第33回先端光量子科学アライアンスセミナー「光周波数コムの技術の新展開」 2017年3月3日 慶應義塾大学来往舎

■センター活動を通じて特に成果を挙げた事柄

当該センターは文科省の光拠点形成プロジェクトにおいて,慶應義塾大学が連携拠点として参加するための組織としての意味を有しており,所員間での共同研究による研究プロジェクトの推進のみならず,シンポジウムを主催し光科学技術を発信するための事業を推進することで貢献できた。また、次期の研究費獲得に向けて申請における連携も行った。

所員

所員(兼担)
神成文彦 理工学部 電子工学科  教授 
岡浩太郎 理工学部 生命情報学科 教授
斎木敏治 理工学部 電子工学科  教授 
佐々田博之 理工学部 物理学科  教授 
チッテリオ,ダニエル 理工学部 応用化学科 教授
渡邉紳一 理工学部 物理学科 准教授
田邉孝純 理工学部 電子工学科  准教授 
早瀬潤子 理工学部 物情工学科  准教授 

所員
下井利修 先導研究センター 共同研究員

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