2017, Apr.
No.

349

CONTENTS
水中レーザーリモートセンシングに向けたラマンライダーの開発
第6回 遠赤外技術に関する国際ワークショップ報告（IW-FIRT 2017）
レーザー技術総合研究所創立30周年
主な学会等報告予定

ISSN 0914-9805【表紙図】
水中ガスのラマンスペクトル水中レーザーリモートセンシングに向けた
ラマンライダーの開発
レーザープロセス研究チーム◆レーザーを用いた水中リモートセンシング

染川智弘

む火山性ガスの湧出がある。本手法による水中ガス漏

日本の領海・排他的経済水域は国土面積に比べて12えいモニタリングの実地模擬試験を竹富島海底温泉に倍程度と広く、海底鉱物資源・メタンハイドレート掘て実施するために、水中メタンガスラマンライダーの削、CO2を海底地層に圧入して大規模削減を目指す開発を開始した。本稿では水溶存メタンガスのラマンCCS（Carbon dioxide Capture and Storage）等 の 有 効

分光測定の結果を報告する。

な海底利用が計画されている。海底開発では資源探査◆水中メタンガスのラマン分光

手法の開発だけでなく海洋生態系・環境への影響評価

図1にラマン分光実験の配置図を示す。これまでのが必要とされており、広大な海底を効率よくモニタリ

CO2ガスの計測では水の透過率が比較的高い波長532ングするために、水中のガスからのラマン信号を利用nmのレーザーを用いていたが、メタンガスのラマンして位置情報を得る水中ガスラマンライダーの研究開信号は約629 nmに観測されることになり、ラマン散乱発を行っている。

光の水による減衰が大きくなる。そこで、メタンガス

これまではCO2ガスを用いてラマンライダーの基礎計測では波長355 nmのレーザーを利用した。高圧チャ研究を実施してきたが、CO2ガスでは実際に海中でのンバーには蒸留水を180 ml程度入れ、CO2、CH4ガスをモニタリング試験を行うための最適な観測サイトが日1 MPa以下で溶存させてラマンスペクトルを取得し本にはない。一方、八重山諸島にある竹富島には水深た。測定は電子冷却CCDカメラを利用し、露光時間90が20 mと比較的浅い箇所からメタンガスを70%程度含ms、3000回積算のスペクトルを評価した。分光システ

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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ムの波長分解能は0.19 nmである。

タンガス気泡と共存する観測系では観測が可能ではな

表紙図に1 MPa程度の圧力でのCO2ガス、水溶存CO2ガス、メタンガス、水溶存メタンガスのラマンスペク

いかと考えられる。

◆今後の展開トルを示す。CO2ガス、メタンガスのそれぞれの拡大

これまでの研究成果を基に、現場で使用できる船舶

図は図2(a)、(b)に示してある。3405 cm に見られる大設置型の水中ガスラマンライダーを作製している。こきな信号が水の伸縮モードの信号であり、1635 cm にの装置を用いて本年度に海上観測を予定しており、本見られる信号が水の変角モードのラマン信号である。

手法の海中モニタリングへの適用可能性を検討する予

1289、1390 cm に見られる信号がCO2ガスのラマンス定である。

-1-1-1ペクトルであり、水に溶存させると、それぞれ1280、1384 cm-1にシフトしている。また、2897 cm-1に見られる信号がメタンガスのラマンスペクトルであり、水に溶存させることで2892 cm-1にシフトしている。
メタンガスのラマン信号はCO2ガスと比較して約14倍程度大きいが、メタンガスは水に対する溶解度が非常に小さいために、水に溶存したメタンガスのラマン信号は非常に微弱となる。また、水溶存メタンガスのラマン信号は信号強度の大きな水の伸縮モードの裾部分に観測されるために、信号の分離が難しいことがわかる。水溶存メタンのラマン信号は非常に微弱であり、測定は難しい可能性があるが、気泡として湧出する竹富島の海底温泉のように、ラマン信号強度が大きなメ【図1】ラマン分光配置図【図2】水溶存CO2 (a)、メタン(b)のラマンスペクトル

REPORT

第6回遠赤外技術に関する国際ワークショップ報告（IW-FIRT 2017）

レーザーエネルギー研究チーム

2李大治■遠赤外およびテラヘルツ技術に関する国際会議

究センター）に参加した。本会議は、遠赤外およびテ

2017年3月7日〜9日、福井大学にて開催された第6回

ラヘルツ技術、中でも高出力放射源の開発とその応用

遠 赤 外 技 術 に 関 す る 国 際 ワ ー ク シ ョ ッ プ（The 6thに関する議論を行うことを目的に1999年から定期的にInternational Workshop on Far-Infrared Technologies開催されているが、今回は第2回高出力テラヘルツ科2017（IW-FIRT 2017）、主催：福井大学遠赤外領域研

学および技術の進展に関する国際シンポジウム（The2nd International Symposium on Development of

トナーと協力して電子サイクロトロン共鳴加熱のためHigh Power Terahertz Science and Technologyのジャイロトロンの開発を進めている。この目的を達（DHP-TST 2017））とのジョイントミーティングとなっ成するためには、動作周波数200GHz以上、1MW以上た。この背景には、近年急速な進展をみせるテラヘルの出力と全ジャイロトロン効率60%以上が必要とされツ放射源の開発と、この領域における国際的な連携がるが、これらの要求は現状における技術的な限界と進んでいる（International Consortium for Development

いってよく、挑戦的な研究課題である。現在同軸キャof High-power THz Science and Technology

ビティおよび従来の中空キャビティ技術による検討が（http://fir.u-fukui.ac.jp/Website̲Consortium/））ことが進められているが、その一方で、実験的検証を行うたある。本会議の主なトピックは、遠赤外領域におけるめ彼ら独自のKITモジュール（中心周波数約240GHz、高出力放射源開発、高出力テラヘルツ波および遠赤外長パルス（100ms 〜 1s））を用いた調査を準備中とのこ

線の応用技術等であり、会議当日にはロシア、アメリとである。マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究者

カ、ドイツ、韓国、ウクライナ、日本から研究者が集い、らは、サブテラヘルツのジャイロトロン装置に関する60件あまりの研究報告が行われた。

最近の結果を報告した。彼らが開発しているCWジャ■テラヘルツジャイロトロン

イ ロ ト ロ ン は、第 2 サ イ ク ロ ト ロ ン 高 調 波（周 波 数高出力テラヘルツ放射源を実現するための有望なア527GHz）、12kVの加速電圧および150mAのビーム電プローチとしてジャイロトロンが積極的に研究されて流で動作するよう設計されている。以前の報告ではおり、放射周波数や出力の改善が急速に進んでいる。

TE12,2モードで動作する方式を用いていたが、この方式

ジャイロトロンとは、磁場に沿って回転する電子の運では近傍の基本TE42モードとの厳しい競合が起こると動エネルギーを利用してミリ波〜テラヘルツ波を発生いう問題が生じるため、TE11,2モードで動作するようさせる大型電子管の名称である。ジャイロトロンにはジャイロトロン管を再設計したとのことである。また超伝導磁石や使用済み電子ビームのエネルギーを消滅

彼らは、140GHzのジャイロトロン増幅器を改良してさせる大型集電器などの部品が必要であるため、古典高利得化を行い、50Wの高出力放射源を用いて24dBの的なマイクロ波管と比較するとより大型の装置となる飽和利得と900Wの出力を達成した。

が、自由電子レーザーのような電子加速器を用いた装■テラヘルツ自由電子レーザー

置と比べればはるかにコンパクトな装置が作製できカリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）（米）る。近年の高出力ジャイロトロン技術開発の進展は、から、テラヘルツ自由電子レーザー（FEL）施設の紹介

高出力テラヘルツ技術や高度分光技術、プラズマ科学および材料加工などの分野における数多くの新規応用への道を開いた。
ロ シ ア 科 学 ア カ デ ミ ー（IAPRAS）応 用 物 理 学 研 究 所 で はCW
ジャイロトロンの開発が進められて お り、最 近 の 実 験 で は0.26〜0.52THzの周波数範囲で最大1kWの出力が得られている。また彼ら
はパルス磁場を用いることで周波数 0.7 THzで100 kW 出力を、1THz
では1kW の出力を達成した。カー
ルスルーエ工科大学（KIT）（独）からは高出力ジャイロトロンに関する研究結果が報告された。彼らはEURO核 融 合 プ ロ グ ラ ム（EUROfusion）の支援を受け、欧州のパー【写真】ポスター発表時の様子
3があった。彼らは6MeVの高品質電子ビームを生成すことで生体分子個々の共鳴スペクトル（共鳴指紋）を観るFELを2系統有している。うち1系統は周波数0.12〜測することが可能である。これに関し、ソウル大学か0.89THzで 最 大 出 力15kW、も う1系 統 は0.89THz〜

らがんDNAのテラヘルツ分光研究についての報告が4.76THzの周波数範囲をカバーし、最大出力は6kWであった。彼らは改良されたテラヘルツ時間領域分光法ある。これほど大規模なテラヘルツFELを有する施設（THz-TDS）を用い、がんDNAのメチル化の共鳴指紋は世界的にも珍しいが、さらに彼らは周波数を10 THzの観測に成功した。ヌクレオシドの一種であるメチルまで拡張した第3のFELを開発中とのことである。彼

化シチジンのテラヘルツ特性は、DNAメチル化の共鳴らはこれらのFELを用いてパルス電子の常磁性共鳴実指紋を観察する手掛かりであった。彼らは凍結技術を験を行っている。

用いて5つのがん細胞株のDNAの分子共鳴を追跡し、■テラヘルツ技術を用いたがん診断

がんDNAの共鳴指紋がテラヘルツ領域に存在すること

がんは、DNAの化学的、構造的変化をともなう遺伝を示すとともに、高度なTHz-TDSを用いればその観測的または後成的疾患と定義される。このことからがんが可能であることを実証した。この結果はDNAメチルの治療のためには、DNAの突然変異（がん化）を検出す

化の共鳴指紋が分子レベルでの早期がん診断やがんのる た め の ゲ ノ ム 解 析 等、DNAが 持 つ「配 列」の 特 性バイオマーカーに応用できることを示しており、テラ（DNA配列のヌクレオチド順序など）を観測することがヘルツ分光法のさらなる進歩を含め将来的な応用が期重要となるが、従来の光学技術では物質の重なり合っ待される。

た合成信号を測定するため、それらに関する情報を得ることは難しい。一方、DNAなど生体分子はテラヘルツ領域に振動を持つことから、テラヘルツ波を用いる

INFORMATION

レーザー技術総合研究所創立30周年
当研究所は、レーザー技術とその応用に関する研究開発を行う全国的・国際的機関として産業界および学界、ならびに当時の三省庁（科学技術庁・文部省・通商産業省）の協力により1987年に設立され、本年10月31日に創立30周年を迎えます。これもひとえに皆様のご支援、ご協力の賜物と心から感謝しております。
「21世紀は光の時代」といわれたように、この30年のレーザー技術の進展には目覚ましいものがあり、レーザー応用に関しても光通信／計測、レーザー加工、医療等様々な分野への利用が急速に進み、その市場規模も拡大の一途をたどっています。当研究所は、時代に先駆けてレーザー技術の発展ならびに産業界への応用を目指して活動を続けて参りました。今後も我々の研究成果を皆様に利用して頂くとともに、わが国の光・レーザー産業の発展に貢献できるような新しい仕組みを考えて参る所存です。
創立30周年にあたり、改めてレーザー技術の現状を見据え、新たな飛躍への契機とすべく記念誌の発行など記念行事の実施を計画しております。皆様方には、今後もなお一層のご支援、ご鞭撻を賜りますようお願い申し上げます。

主な学会報告6月25日（日）〜 30日（金） 28th International Laser Rader Conference（ILRC28）（ブカレスト）染川 智弘「RAMAN SPECTROSCOPY MEASUREMENT OF CH4 GAS AND CH4 DISSOLVED
IN WATER FOR LASER REMOTE SENSING IN WATER」
6月26日（月）〜 29日（木） LiM2017（ミュンヘン国際見本市会場）
藤田 雅之「Femtosecond-Laser-Induced Surface Texturing of Al-Si Alloy for Lower Friction
Surface」
Laser Cross No.349 2017, Apr.

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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