2018, Mar.
No.

360

CONTENTS
複合構造体を用いた新型テラヘルツ放射源の研究
ロボットフォトニクス産業の創出を目指して
李研究員が電気材料技術懇談会「優秀論文賞」を受賞
主な学会等報告予定

ISSN 0914-9805【表紙図】（左）シングル電子バンチ、（右）繰り返し電子バンチによる放射電磁波の空間分布

複合構造体を用いた新型テラヘルツ放射源の研究

レーザーエネルギー研究チーム

李大治イ）である。Lをスリットアレイの周期長、Wを溝幅、■はじめに電波と可視光・赤外光の間にあたる領域の電磁波はHを溝の深さ、ε を誘電率とし、構造体における伝搬

テラヘルツ波と呼ばれ、工業、医療、バイオ、セキュ電磁波の角周波数ωと 方向の波数成分

リティ、超高速信号処理などさまざまな分野への応用

す分散方程式を導出すると、式(1)のようになる2) 。

が期待されている。そのため近年のテラヘルツ波工学(1)の発展はめざましく、中でも応用に重要な役割を担うテラヘルツ光源の研究開発は積極的に展開されている。分子ガスレーザーや半導体レーザー、ジャイロトとの関係を表

ここで、、、、、、である。

ロン、後進波管、共鳴トンネルダイオードなど従来法

分散方程式(1)の解は構造体に存在可能な固有電磁によるテラヘルツ波帯の開拓が活発化しているほか、モードを表しており、構造体のスケールと誘電率があ新たなテラヘルツ放射物理の探索研究も精力的に進める条件を満足していれば、従来にはない新たな電磁られている 。これに関し、当研究所では最近、金属モードが生じる。例として、L=0.2 mm、W=0.1 mm、周期構造に誘電体を結合した複合構造体を用いた新しH=0.4 mm、ε =11.9と設定した場合の分散方程式の解いタイプの電磁放射現象を見いだした。この電磁放射を図2に示す。2種の電磁モードが得られ、それぞれ効果を十分に利用できれば、高効率で単一の周波数をmode1とmode2と 標 記 す る。mode1は 単 純 な 金 属 ス

持つコヒーレントなテラヘルツ光源の開発に期待でき

リットアレイにも存在する従来の電磁モードであり、る。本稿では、新型テラヘルツ放射の物理を紹介する

表面電磁波と呼ばれる。図中に示した光円錐の領域にとともに、コヒーレント光源への可能性を検討する。

は入っていないため、放射現象は起こさない。一方、■構造複合体の電磁放射

mode2は真空光円錐には入っていないが、誘電体の光

1)

複合放射構造体を図1に示す。誘電体基板の表面に円錐内には存在する。このことからmode2は、真空中金属スリットを周期的に配列する構造（スリットアレでは放射はないが、誘電体中では放射現象が起こると公益財団法人レーザー技術総合研究所

レーザー･クロス

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複合構造体を用いた新型テラヘルツ放射源の研究
いう、特異な電磁気学的特徴を持つことがわかる。
図1に示すように、特定の速度 を持つ電子バンチ（電子の集団）が構造体の表面を通過すると、mode2を誘起することが可能になる。図2に運動エネルギー 35keVの 電 子 速 度 を 表 す 線（beam line）を 示 す。こ の 線 はmode2の分散曲線と交差しており、電子がmode2と共鳴することを示している。電磁共鳴によりmode2が誘起され、誘電体中のある方向に放射される。

■シミュレーションによる検証
理論予測した新たな電磁モード、およびその放射を検証するためシミュレーションを行った。誘電体基板の表面に金属スリット20個を周期的に配列した構造を【図2】複合放射構造体の分散関係図

シミュレーションモデルとし、構造のスケール、誘電表紙図（右）に示す。誘電体中約34°の方向に、新型放率などのパラメータは前項で示した値を用いた。また、

射メカニズムによるコヒーレントな電磁波（周波数ガウシアン状の電子バンチは構造体の表面から10μm0.19THz）が現れている。この電磁放射自体は真空中に離れて通過するものとし、バンチ幅と電荷量はそれぞ放射されないが、その第三、第四高調波はコヒーレンれ0.2 ps、0.2 pCとした。二次元シミュレーションによト光として真空中に放射できることがわかった2)。こり得られた電磁放射の 方向の磁場成分H y の空間分布の結果は、複合構造体を用いることにより、多色のテを表紙図（左）に示す。真空側へ放射される従来のスミラヘルツ光を同時に得ることが可能であることを示しス・パーセル放射3)とは別に、誘電体内部方向への新ている。

たな電磁放射が見られる。スミス・パーセル放射は金■まとめ

属周期構造の回折効果に起因するもので、周波数が放当研究所では、新しいタイプの電磁波放射物理の探射角度に依存する広帯域の放射であるが、新たに見出索研究を進めている。本報告では、理論解析により複された電磁放射は、スミス・パーセル放射の数百倍に合放射構造体の電磁放射特性を予測したうえ、シミュ増強された放射強度を持つ指向性のよい単一波長の放レーションによる検証を行い、コヒーレントなテラヘ射である。放射周波数は0.19THz、放射角度は電子のルツ光発生の可能性を示した。この放射原理を十分に伝搬方向から約34 °であり、前項で示した理論値と一活用すれば、高性能の新型テラヘルツ光源の開発に期致することがわかった。

待できる。

■新しいテラヘルツ光源の開発へ■謝辞

コヒーレントなテラヘルツ放射は、放射周波数と同本研究の一部は、科学研究費補助金（JP16K04987）、じ繰り返し周波数を持つ周期的な電子バンチを構造複大阪大学レーザー科学研究所共同研究（2017B1-LI）、合体と相互作用させることにより得られる。周期的な遠赤外領域開発研究センター国内共同研究

電子バンチは、連続的な電子ビームを変調することに（H29FIRDM016B）の支援を受けて行われた。

より得ることが可能である4)。ここでは、0.19THzの繰

参考文献

り返し周波数を持つ電子バンチを前提としたシミュ

1) S. Liu, C. Zhang, M. Hu,

レーション2) D. Li, Y. Wang, M. Nakajima,

ヒーレント., 110, 151108 (2017).の特性について検討し【図1】複合放射構造体モデル
2104, 201104 (2014).

を行い、コな電磁放射た。結果を.,

3) K. Kan, A. Ogata,(2012).
4) Yifan Liang, Yingchao Du, Xiaolu Su,, 112, 053501 (2018).

, 88, 603

REPORT

ロボットフォトニクス産業の創出を目指して
主席研究員◆地域中核企業創出・支援事業

藤田雅之

前からはトンネル付帯物や高架橋、水中コンクリート

昨年5月、近畿経済産業局の「地域中核企業創出・支へと同技術を展開している。現状では検査箇所を作業

援事業」に申請した「ロボットビジョン用フォトニクス員が目視で設定しており、このヒトの眼（と脳）が担う産業（ロボットフォトニクス産業）の創出」が採択され部分を自動化できれば、自律型検査ロボットが実現すた。プロジェクトマネージャー 1名、コーディネーターることとなる。そこで新たに、ビル壁面を対象とした2名と共に4名の委員で構成されるロボットフォトニク

レーザー打音検査ロボットの実用化に向けた事業者

ス産業創出委員会を立ち上げ、日本フォトニクス協議ネットワークを構築する活動を進めている。

会関西支部（JPC関西）の全面的な協力を得て、ロボッ◆ロボットフォトニクス産業創出委員会トフォトニクス産業の創出を目指した事業を進めてい事業の運営方針を決めるのが有識者から構成されるる。事務局はレーザー総研・総務部が担当している。

ロボットフォトニクス産業創出委員会であり、事業の事業の目的は、ロボット技術やフォトニクス技術を進捗状況を評価すると共に今後の事業展開について議有する関西地区の事業者をネットワーク化し、両技術論を行っている。以下に今年度の活動概要を紹介する。

を融合させた新たな産業の創出を「関西連携モデル」とまず、ロボットフォトニクス産業創出の方向性を見して確立することである。将来的に、当該モデルでいだすために、社会インフラ老朽化の現状、ロボット培ったノウハウをさまざまな分野（例えば、農業、も産業の市場動向と将来予測、ロボットビジョンの市場のづくり、介護・福祉分野等）へ展開し、関西地区に動向と将来予測、国の各種施策に関する調査を行い報おけるロボットフォトニクス産業の創出につなげてい告書としてまとめた。

くことを考えている。

また、企業ネットワーク構築のために、ロボット◆ロボットの眼に着目

フォトニクスの技術ニーズやシーズに関する基調講

少子高齢化社会においては、ヒトの作業を替わりに演、該当する具体的事例などを紹介する講演会やセミこなす自律型ロボットが重要となる。ヒトは外界からナーを開催した。10月24日に講演会「ロボットフォトの情報の90％以上を眼から得ているといわれており、ニクス産業の創出を目指して」を開催し（参加者86名）、ヒトに置き換わる自律型ロボットの眼となるロボット

2月1日には特別セミナー「ロボットフォトニクス産業ビジョンはキーテクノロジーのひとつである。一方で、創出への期待」を開催し（参加者85名）、参加者アンケー

フォトニクスは光センシング、カメラなどの画像デバイスだけでなく検出用の照明も含めビジョンの中核を担う。関西はフォトニクス技術が強く、ロボットの眼に着目した新たなビジネスとしてロボットフォトニクスを位置付けている。

◆まずはレーザー打音によるインフラ点検ロボット事業を進めるにあたり、ロボットフォトニクスの具体例としてインフラ点検ロボットを取り上げることにした。レーザー技術総合研究所は15年前からJR西日本と連携して新幹線トンネルのレーザー打音検査技術を開発してきており、実用化の域に達している。5年程【写真】セミナー会場風景
3

用的なロボットフォトニクスシステムを産学共創の下トの結果を事業活動にフィードバックしている。
前記活動と並行してコーディネーターを中心に、市場調査やアンケートにより抽出された中核企業候補をで構築していくことを目指している。

◆今後の展開訪問して、製品開発状況の確認等のヒアリングを実施

次年度に向けて、大阪のアイローボネットワークした。事業化検討に必要な方策に関して協議等を行い（i-RooBo Network Forum）との連携や2025年開催に向つつ、関西地区事業者のネットワーク化を進めている。

けて誘致活動が進められている大阪万博への協力を視

また、ビル壁面検査現場の見学やビル壁面タイル模擬野に入れた活動計画を策定しているところである。
4月からはレーザー学会において、ロボットフォトサンプルを用いた室内実験を実施している。

◆ロボットフォトニクス共創プラットフォーム

ニクス技術専門委員会がスタートする。ロボットフォ

一方で、大阪大学において「ロボットフォトニクストニクス共創プラットフォームも本格的に稼働し始め共創プラットフォーム」が立ち上がった。レーザー打る。ロボットフォトニクス産業の創出に向けた産学官音の可能性を実感してもらうために、打音用レーザーの協力体制が整いつつある。

やレーザー干渉計などの実験装置一式を産学共同研究のために準備中である。現場のニーズを取り入れた実TOPICS李研究員が電気材料技術懇談会「優秀論文賞」を受賞
レーザーエネルギー研究チーム李大治研究員が、平成29年度電気材料技術懇談会表彰において優秀論文賞を受賞し、1月19日に中央電気倶楽部で表彰式が行われました。「電気材料技術懇談会」は、電気材料全般に関する技術の向上を目指し、関西を中心とする大学・企業などの電気材料技術に関わる研究者・技術者が集まり、研究発表や意見交換を行う場であり、前身を含め50年以上の歴史があります。本表彰は、懇談会例会での発表や、電気材料技術雑誌への投稿論文の中から特に優秀なものを選定し、表彰する制度です。今回
は当研究所が関西電力（株）からの受託により行った研究「テラヘルツ波による電力設備の劣化・欠陥検出」（Laser Cross No.350, 1027. May他を参照）が高く評価されての受賞となりました。今後も同研究員の活躍にご期待いただきたく思います。
【写真】表彰式にて（左から李研究員、吉野勝美電気材料技術懇談会会長）主な学会報告
4月23日（月）〜 27日（金） The 7th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS 18) （パシフィコ横浜）
ハイク コスロービアン 「Polarization and laser properties of resonators with corner-cube andaxicon retro-reﬂectors」
Laser Cross No.360 2018, Mar.

http://www.ilt.or.jp

発行／公益財団法人レーザー技術総合研究所 編集者代表／谷口誠治 〒550 - 0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センタービル4F TEL(06)6443-6311 FAX(06)6443-6313

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