生産と技術

第64巻 第４号（2012）

テラヘルツ電磁波の産業応用が見えてきた
斗 内 政 吉＊研究ノート

Terahertz Technology Opens Industrial Market
Key Words：Terahertz Industry

1．はじめにせて紹介させて頂く。

今、テラヘルツ電磁波が注目を集めている。いよいよ、産業応用への期待が高まってきたからである

2．テラヘルツ波が拓く新産業への期待

1-5) 。テラヘルツ電磁波とは、未開拓電磁波と呼ばテラヘルツ光科学は、様々な学問と技術の融合分れてきた領域で、主には、300GHz から 30THz 程度野であり、バイオ・医療・工業・宇宙・環境・安全の電磁波をさす。この未開拓領域の学際的研究は／安心・情報通信・基礎科学など広範な応用が期待

100 年に及ぶ歴史がある。その中で、1984 年にベルされている。この分野を支える基盤には、テラヘル研のオーストンらが、極短光パルス（フェムト秒レツ光源・検出・伝搬・制御・イメージング技術ならーザー）を用いたテラヘルツ電磁波の発生と検出をびにそれらを実現するための基礎科学、様々な物質実現したことが、新しい分野の扉を開いた。その後、のテラヘルツ帯物性やテラヘルツ波相互作用、テラ透視イメージングをはじめ、様々なブレークスルー

ヘルツ非線形科学や EMC ／標準のための科学技術がもたらされ、研究者人口が増え始めた。我が国でなどがある。

は約 10 年遅れて、90 年代後半からようやく追試研

テラヘルツ技術が必要とされる理由としては、1)究が広がりを見せた。欧米では、国プロが導入されTHz 分光・イメージングなどによる新しいセンシる中、我が国では 2004 年に漸く本格的な調査研究

ング技術の創製、2) 大容量情報通信を目指した技が実施された。そのとき、筆者は代表を務め、ヨー術革新基盤を提供、3) 新しいサイエンスの創成、ロッパのフレームワーク、米国の軍事・防衛予算に

4) 先進国としての社会貢献技術基盤の形成などが対応する視点として、情報通信・エレクトロニクス・あげられる。

センシング 3 分野の統合を提案する新しい分野形成

1) では、THz エネルギーが生体のゆらぎエから、日本独自の産業応用を核とした報告書を取りネルギーに近く、Ｘ線などに比べて安全という観まとめた。欧米では数百億円規模の投資が行われる点と、テラヘルツ帯において、様々な有機分子が識中、残念ながら、我が国の予算化には失敗してきた別可能な特徴的吸収を有する点などから、バイオ・が、そのような状況でも、日本の研究者は頑張って生体・非破壊検査への展開が期待されている。2)いる。本稿では、我々が示してきたテラヘルツ研究

では、極限デバイス・電子回路の開発には次世代電の展望、ならびに小生の研究室の成果の少しをあわ子材料のテラヘルツ波物性評価が不可欠であること、ならびに様々なデバイス開発に伴い、10Gbps を超＊Masayoshi TONOUCHI
1959年7月生
大阪大学大学院基礎工学研究科博士課程修了（1988年）
現在、大阪大学レーザーエネルギー学研
究センター 教授 博士（工学） テラヘ
ルツ波工学
TEL：06-6879-7981
FAX：06-6879-7984
E-mail：tonouchi@ile.osaka-u.ac.jp

える無線技術や 100GHz を超える周波数で動作可能な論理回路が実現されたことなどを受けて、次世代電子デバイスのテラヘルツ動作を目指した研究開発が加速している。3) では、フェムト秒レーザーの進展により、超高速現象の過渡的観測が可能となり、高輝度テラヘルツパルスの実現とあいまって、固体物理学における本質的電荷相互作用の解明など新しい物理現象を露わにできるようになってきた。 4)− 81 −

生産と技術第64巻第４号（2012）

図 1． テラヘルツ波が拓く新産業。

としては、まだ商業応用に割り当てられていない電検出器である。前者においては、フェムト秒レーザ磁波（275GHz から 3 THz）の利用にあたって、標ー波面を制御することで、高出力テラヘルツパルス準化、EMC（Electro-Magnetic Compatibility）などの高出力に成功している。また、固体素子では、テの検討が早急に必要であること、ならびに環境計測

ラヘルツ量子カスケードレーザーや共鳴トンネルダや電波天文での応用が期待されている。以上のようイオードを用いたテラヘルツ発振などが大きく進展な観点から、テラヘルツ研究は次世代基盤技術とししている。後者では、NEC が世界最高感度のテラて必要不可欠であり、取り組むべき重要研究開発分ヘルツカメラを、アドバンテストは、3D 透過イメ野である。

ージングシステムの販売を開始した。
応用面では、既に 125GHz（10Gbps）無線システ

図 1 に、期待される応用分野と項目を示した。大ムが完成し、北京オリンピックでの非圧縮放送に使きく分けると、センシングと情報通信に分かれる。

われ、最近では、大阪大学永妻教授らのグループが情報通信分野では、放送、イベント、エンターテイ

300GHz を超える無線技術の開発に成功している。

メント現場などにおける非圧縮ハイビジョン伝送やセンシングでは、情報通信研究機構の福永博士らが、大容量ストレージ間の極短距離無線など大きなマー絵画分析への応用分野を開拓し、ルーブルを始め、ケットが期待される。センシングでは、工業製品・多くの国際的美術館がテラヘルツイメージングシス

食料品の非破壊検査やセキュリティー応用などが、テムを導入している。また、理研・名古屋大学らは、短期のターゲットとなり、長期的には、バイオ・医郵便物中の禁止薬物非破壊検査システムを開発し、療などにおける検査・分析・ガン診断など、大型マ実用化へと進んでいる。ドイツでは、フランフォーーケットへの展開が期待されている。一方で、マーファー研究所による産業開拓が精力的に進められ、ケットは小さいが、基礎・分析科学分野では、必要

米国では、DARPA がテラヘルツエレクトロニクス不可欠な新技術で、着実に成長する。

への巨額の投資を始めていることでもテラヘルツ分

このような応用を目指して、様々なアプローチが野の進展がうかがえる。

なされている。その中で最近の進展を紹介しよう。
まず、基盤技術で重要な項目は、テラヘルツ光源と以上のような、応用展望と技術開発の現状と課題
は、文献 [5] にまとめられている。

− 82 −

生産と技術3．研究紹介

第64巻第４号（2012）

良質の有機結晶は、大阪大学森研究室で育成された

我々は、テラヘルツ波工学に関して、新奇材料・ものを用いている。そのイメージングシステムを用デバイスから応用システムの開発まで広く取り組ん

いて、可視化した、一本の髪の毛のテラヘルツイメでいる。ここでは、その一例を紹介する。我々としージング像を図 3(a) に示す。きれいにイメージンて、特に特徴があるのは、レーザー走査型のテラヘグできていることがわかる。また、そのテラヘルツルツイメージングシステムを開発している点にある。

分光も可能である。小生の黒髪と白髪を比較したス

フェムト秒レーザー照射することで、局所的にテラペクトルを図 3(b) に示す。両者が異なることが見ヘルツ波を発生させることを利用したもので、強誘て取れる。このように、髪の毛一本のイメージング電体のドメインや太陽電池の局所的瞬時発生状態のと分光が出来る技術は他には無い。その他、様々な可視化から、複雑化した LSI の不良箇所特定技術応応用が期待される。

用など、様々な応用を独自に提案し、世界に先駆け(a)て実践している。図 2 に多結晶太陽電池からのテラヘルツ放射イメージを示す。結晶によって発電状態が異なることが見て取れる 6)。

(b)

図 3．髪の毛のテラヘルツ透過イメージと透過スペクトル。

図 2．多結晶太陽電池の顕微鏡写真とテラヘルツ放射イメージ。

4．まとめ
産業応用が期待されるテラヘルツ電磁波分野の概また、有機結晶 DAST からのテラヘルツ波発生要を紹介した。まだ、これからの分野であるが、バを利用したイメージングシステムも開発している 7)。

イオ・医療・工業・宇宙・環境・安全／安心・情報− 83 −

生産と技術第64巻第４号（2012）

通信・基礎科学など広範な応用が切り拓かれつつあ参考文献

り、極めて重要な分野である。

1) 斗内政吉

テラヘルツ技術 、（オーム社、2006最後に。小生は、10 年前頃から、我が国の新規年 5 月）

テラヘルツ分野の立ち上げに勢力を注いできた。そ2) M.Tonouchi,の経験から我が国では、ボトムアップの研究分野の立ち上げが極めて困難であることを思い知らされた。

Nature Photonics 1 (2007) 97-105.
3) 斗内政吉： テラヘルツ波技術が拓く新産業 ,科学技術基本法の制定以来、予算は急激に増大した。
しかし、その増大は、バブル以前の国土開発に見た

光学 38 (2009) 64-71.
4) 斗内政吉： テラヘルツ波科学技術の最前線 ,既得権の発生に似た現象を生み出し、新規分野への展開をいっそう厳しくしてしまった。我が国の科学

真空 53 (2010) 296-300.
5) 斗内政吉監修： テラヘルツ波新産業 、（シーエ

技術振興には科学技術政策の抜本的改革（現状政策のスクラップ）が不可欠である。日が沈む前に、そCutting-edge terahertz technology ,ムシー、2011 年 1 月）
6) 中西英俊、斗内政吉： テラヘルツ波利用によの本質に気がついて欲しいものである。

り太陽電池の発電状態を可視化 、OHM
99(2012)2-3.
7) 芹田和則、斗内政吉： レーザー走査型 2 次元面テラヘルツ波放射イメージングシステム 、
レーザー研究 40 (2012)496-501.

− 84 −