////// 福井大学文京キャンパスマップ

アクセス

●バ
●電

ス …… JR福井駅前−（約10分）−福井大学前下車（市内バス乗り場）
車 …… JR福井駅−（約10分）−えちぜん鉄道で福大前西福井駅または田原町駅下車、または福井鉄道で田原町駅下車● タクシー …… JR福井駅−（約10分）−福井大学下車● 北陸自動車道 …… 福井IC又は福井北ICから西へ8km〒910-8507 福井市文京3-9-1
TEL. 0776-27-8680 FAX. 0776-27-8770
ホームページ http://ﬁr.u-fukui.ac.jp/

Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui

世界最高水準の遠赤外ジャイロトロン
赤外領域開発研究センターは、独自に開発した世界最高水準の遠赤外高出力光源「ジャイロトロン」を武器に、電波と光の中間に位置し、電磁波の「未踏領域」と言われている遠赤外（テラヘルツ）領域の総合的な開発・研究を行っています。

■ 遠赤外（テラヘルツ）領域の世界的拠点／センターは、国内外多数の研究機関と学術交流協定や共同研究覚書を締結し、グローバルな共同研究と学術交流を展開し、遠赤外（テラヘルツ）領域研究の世界的な拠点として注目されています。

////// センターの概要

赤外 可視

電波
周波数
10 3
[Hz]

10 6

10 9

10 12

10 15

波長が長く、およそ 1 mm から数 10 ミクロンの、電波と光の

周波数
[Hz]

10 10

10 11

10 12

10 13

中間に位置する電磁波領域を指します。遠赤外領域はテラヘ

波長
[mm]

3

0.3

0.03

本センターが研究している遠赤外領域とは、きわめて広範

x線

Ț線

10 18

////// センターにおける研究開発目標● 高出力遠赤外（テラヘルツ）光源「ジャイロトロン」のさらなる高性能化を目指す。

30

ルツ領域と呼ばれることもあります。テラヘルツは周波数の● 高効率伝送系・高感度検出器等、遠赤外（テラヘルツ）の基礎・基盤技術の研究開発を推進する。

■ 高周波ジャイロトロンの応用研究：

ミリ波

単位で、テラヘルツ波の周波数は、携帯電話等の通信に用いサブミリ波● パルス ESR、非線形テラヘルツ波分光などの先進・先導的な計測応用研究を実施する。

テラヘルツ波● ジャイロトロンによる高出力遠赤外光（テラヘルツ波）を物質の反応／プロセス制御、機能性材料開発等に利用するパワー応用

られている電磁波（ギガヘルツ）の 1000 倍にあたります。

研究を実施する。

電磁波の分類（周波数帯によって分類される）■ テラヘルツ波科学の推進：

透過特性の両方を持ち、21 世紀が必要とする画期的な新技術の宝庫です。

立松 芳典■ 電磁波の未踏領域を解消するために：な波長領域にわたる電磁波の内、可視光から見て赤外の次に遠赤外（テラヘルツ）領域の電磁波は、光の直進性と電波のセンター長

さらにレーザー光を利用した高いピーク強度のパルステラ● 新方式のテラヘルツ波発生・検出法、テラヘルツ分光法（ THz-TDS ）の開発により、生体分子や薬剤の計測・イメージング、テラヘルツ波環境計測や不規則凝縮相（溶液等）の超高速ダイナミクス等の研究を推進する。

この電磁波領域は有効な光源の欠如のため、長年電磁波のヘルツ波技術と分光技術を組み合わせたテラヘルツ科学の研

未踏領域と呼ばれてきました。このことは逆に、この分野が究も推進しています。これにより、センターは高出力遠赤外／■ 新学術分野の創成：

これから飛躍的に発展する可能性を秘めていることを意味し

テラヘルツ波分野の我が国有数の研究拠点となっています。

● 上記の先導的研究を通じ、基礎物理学、物質・材料科学、エネルギー科学、生命科学等の領域にまたがる高出力遠赤外光（テラます。センターでは、独自に開発した高出力遠赤外光源「ジャまた、センターは国内外の研究機関とグローバルなネット

イロトロン」をさらに高度化する研究開発とともに、高出力ワークを構築して、研究を推進しており、高出力遠赤外／テ

遠赤外光源を用いて初めて可能になる遠赤外領域の先進的・

ラヘルツ波分野における研究開発の世界的拠点としての役割

先導的研究を行っています。

が期待されています。

ヘルツ波）利用による新学術分野の創成を目指す。

////// 福井大学中期目標・中期計画におけるセンターの位置づけ
遠赤外領域の研究は、福井大学の重点研究分野として指定されており、第 4 期中期目標・中期計画にも挙げられています。

////// 年表／福井大学における高周波ジャイロトロン開発とセンターの沿革
研究開始
70 GHz、100 GHz の発振に成功（高周波ジャイロトロンとして世界的に注目される）
380 GHz（サブミリ波ジャイロトロンの実現）
636 GHz を達成（周波数を向上させていく）
工学部附属超伝導磁場応用実験施設を学内措置により設立
837 GHz を達成
889 GHz を達成（世界最高周波数記録を保持）
工学部附属超伝導磁場応用実験施設を発展的に解消し「遠赤外領域開発研究センター」を文部省令に基づく
学内共同教育研究施設として設立
2005 年……… 1013 GHz を達成（1 テラヘルツのブレークスルー）
2006 年……… 超低温物性実験施設を機能統合
2008 年……… テラヘルツ科学分野の組織強化
2011 年……… センターの公募型共同研究を開始
2013 年……… 「遠赤外領域」が工学系ミッション再定義により福井大学において強く推進すべき分野に指定される
2016 年……… 助教 1 名の増員による組織強化
改組による部門再編および国際研究部門の創設
2017 年……… 助教 1 名の増員による組織強化

ḩ教育研究の質の向上に関する事項

1980 年代初期
1984 年………
1989 年………
1991 年………
1992 年………
1993 年………
1997 年………
1999 年………



３ 研究に関する目標を達成するための措置(8) 地域から地球規模に至る社会課題を解決し、より良い社会の実現に寄与するため、研究により得られた科学的理論や基礎的知見の現実社会での実践に向けた研究開発を進め、社会変革につながるイノベーションの創出を目指す。
(8)-1 コア技術である高出力遠赤外光源及び遠赤外領域計測技術の更なる先進化と分野融合型の共同研究開発を推進するため、社会問題解決につながる技術のイノベーションを目指し、第３期において実施した遠赤外領域の公募型国内共同研究を継続しつつ、新分野開
拓及び分野融合研究を行うとともに、遠赤外領域における国際連携研究ネットワークを拡大・強化する。
対応する中期計画
評価指標 (8)-1-A 遠赤外領域研究に関する国内・国際共同研究の新規実施件数：
第３期（206 件）より 10％以上増加（第４期の合計）////// 工学系ミッション再定義における位置づけ
本センターが「我が国有唯一で世界最高水準のジャイロトロン」により先端的な研究実績を上げている「遠赤外領域」は、福井大学の工学系（工学分野）のミッション再定義において強く推進すべき研究分野として指定されGyrotron FU I

ています。



Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui■ 客員研究部門 Visiting Professorʼs Division / Domestic visitor and research adviser////// 研究組織

国 内 招 聘/ リサーチアドバイザー● センター長（併）／立松 芳典（教授）● 副センター長（併）／藤井 裕（教授）● 高感度遠赤外分光技術の開発・高出力テラヘルツ波の応用● 新方式テラヘルツ波分光法の開発と応用////// 遠赤外領域開発研究センターの研究部門● 電磁波照射によるハイパーサーミア効果の研究■ 基幹研究部門 Core Research Division / Group for Development of fundamental far-infrared technologies

遠赤外基礎技術グループ

遠赤外領域の研究における国内の先端的研究者を、客員教授・准教授として招いています。

教授：立松 芳典

● 電磁波照射による生体・生体分子への影響評価

講師：福成 雅史

● 高出力遠赤外光源の開発■ 協力研究部門 Cooperative Research Division / Material physics in far-infrared region● ジャイロトロンの高効率化、高安定化、高周波数化研究

遠赤外応用▶▶▶ P5, 6

教授：光藤 誠太郎 教授：浅野 貴行● サブミリ波ジャイロトロンを用いた ESR と NMR の結合・相互作用の研究
立松 芳典

福成 雅史

● サブミリ波領域における ESR 分光測定

■ 基幹研究部門 Core Research Division / Group for Applications of terahertz technology to research for material science and sensing

遠赤外応用技術グループ

教授：谷 正彦

准教授：牧野 哲征■ 協力研究部門 Cooperative Research Division / THz spectroscopy and sensing / Millimeter wave communications / Optoelectronics

講師：古屋 岳分光計測/ テラヘルツ分光/ ミリ波通信

教授：栗原 一嘉 /教授：藤元 美俊

● 新規なテラヘルツ波発生・検出法の開発● プラズモニクスのテラヘルツ分光計測への応用研究● 広帯域テラヘルツ波を用いた光学・分光研究● 光励起した半導体におけるテラヘルツパルスの伝播に関する研究● 超短パルスレーザーを用いた創エネルギー材料の
動的光物性の解明● ミリ波帯高性能アンテナの研究

教授：山本 晃司 准教授：守安 毅 /● テラヘルツ分光による物質科学研究▶▶▶ P9, 10
谷 正彦

牧野 哲征

古屋 岳

■ 協力研究部門 Cooperative Research Division / Material evaluation in far-infrared region

遠赤外素材評価■ 基幹研究部門 Core Research Division / Group for Low-Temperature Quantum Physics

低温量子物性研究グループ

教授：藤井 裕

講師：石川 裕也

教授：本田 知巳

特命助教：仲川 晃平● 高品質セラミックスの機械的特性の評価● 高出力遠赤外光を用いて開発した新材料の表面機能評価● サブミリ波帯の電子スピン共鳴分光● ミリ波 ･ サブミリ波によるマテリアル・プロセッシング● 動的核スピン偏極（DNP）による高感度 NMR の開発と応用▶▶▶ P7, 8■ 協力研究部門 Cooperative Research Division / Biological application of far-infrared technologies
藤井 裕

石川 裕也

生物応用

教授：沖 昌也、小西 慶幸
准教授：鈴木 悠● 電磁波照射による天然・生体試料への影響評価■ 国際研究部門 International Research Division~

准教授：山口 裕資 准教授：Mary Clare Sison ESCANO 特命助教：໭ཎ ⱥ᫂
クロス・アポイントメント制度、及び招聘制度による海外の研究者（特命教授・准教授）数名

研究支援組織● Gyrotron FU CW シリーズを光源とする高出力テラヘルツ技術の開発● 派遣技術職員……………… 小林 英一、戸澤 理詞● 寒剤供給…………………… 寒剤供給セクション長：藤井 裕（教授、兼任）● 事務支援組織……………… 森戸 みゆき 、山田麻美（教務補佐員）
桒島 資子（事務補佐員）
福井大学研究・地域連携推進部研究推進課● 国内外研究機関との連携によるテラヘルツ新技術の開発と実用化

山口 裕資



~

Mary Clare Sison ESCANOResearch Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui////// 研究内容・研究成果⑷ 高出力パルスジャイロトロンの開発
ジャイロトロンを用いて、１億度にもなる核融合プラズマのイオン温度を計測することが1 ジャイロトロンの高度化研究できます。しかし、100 kW を超える高出力が必要です。
高出力パルスジャイロトロンの開発目標→ 300 〜 400 GHz の周波数が最適→ 300 kW の高出力が必要

ジャイロトロンは、数十 GHz から数百 GHz（遠赤外 /テラヘルツ）領域で動作する電磁波源です。この周波数帯において、ジャイロトロンを超える高出力の装置は他に無く、様々な研究分野での応用が期待されています。
ジャイロトロンは大型の真空管で、左の模式図に示す様に、超伝導マグネットに挿入されます（左図はモード変換器内蔵型の例）。
Z

真空管下部の電子銃から放出された電子は、磁力線に沿って空胴電子ビームされます。共振器を出た電磁波は、モード変換器により空間分布を
真空窓

モード
変換器

整形され、真空窓からガウシアンビームとして放射されます。
マグネットが作る磁場の中で、電

ガウシアン
ビーム放射

Transverse Electric(TE) Mode

準光学鏡

電子ビーム
と電磁波の
結合係数
ブラソフ型
放射器

子は高速でサイクロトロン運動（回転運動）をします。ジャイロトロン発振
は、電子の回転運動のエネルギーを

R

RB

Z

電磁波のエネルギーに変換するサイクロトロン共鳴メーザー作用を利用

Wave

子を高速で回転運動させることがで
超伝導
マグネット

陽極

陰極

絶縁材

空胴
き、その回転周波数に対応して、発振
共振器

磁場
B
電子

R

ヒータ

240

0.6

160

0.4

80

0.2

0
12 T の超伝導マグネットに搭載された高出力パルスジャイロトロン。
大型ヘリカル装置 LHD（核融合科学研究所）への適用を目標に開発中

0.8

0

B

基本波発振で、実用化に必要な出力目標を達成しました。

ジャイロトロンの応用では、発振出力の長時間安定性

周波数の連続可変性も応用上重要です。後進波発振機構により、周波数を高くすることができます。

が必要です。センターでは、PID 制御法によるフィード

磁場強度の調整等で周波数を連続的に変えることができます。センセンターでは、幅広い研究分野に

バック操作によって、出力の変動幅 0.6% 以下の高安定

ターでは、異なる複数の周波数帯で発振周波数を連続的に調節する

遠赤外ジャイロトロンを応用するた化を実現しました。また、コンピュータ制御でジャイロ事のできる、多機能ジャイロトロンの開発に成功しました。

め、これまでの実績を基盤として高トロンを運転する装置を開発しています。
Frequency [GHz]ジャイロトロン管、マグネットおよび電源のコンパクト化

ン（Gyrotron FU CW G Series）の開発を開始しました。これによにより、ジャイロトロンのコンパクト化に成功しました。床り、ジャイロトロンを幅広く応用研究に用いることができるよ

面積：3 m2，高さ：1.5 m に設置可能です。

Frequency [GHz]⑶ コンパクトジャイロトロン
Gyrotron FU CW C Series

ガウスビームへの変換器を内蔵する連続動作ジャイロトロ

うになります。
FU CW GIFU CW CII

ジャイロトロン出力の長距離伝送実験の様子⑹ 周波数連続可変性の付与⑸ 発振出力の安定化

度化の研究を進めています。

⑵ モード変換器内蔵ジャイロトロン
FU CW G Series

0
20

5
10
15
Beam Current : I [ A ]したものです。強磁場を用いると、電

空胴共振器
電子銃

VB = 65 kV
Ș= 1.1
Ș= 1.2
Ș= 1.3
Ș= 1.4Power
Eﬃciency320

共振器へ入り、その運動エネルギーが電磁波のエネルギーに変換
Power [kW]

コレクタ

1

400

Eﬃciency⑴ ジャイロトロンの概要

ラックマウント
電源で運転可能89139

TE 1,2 mode

88
87

85

3
182

3.1

3.2

3.3

3.4

TE 3,3 mode

181.5

fc

7.1

7.3

fc

187

180.5
185
6.50 6.55 6.60 6.65 6.70 6.75
6.7

6.9

Magnetic Field Strength [T]

FU CW GIVFU CW CIIの設計手法により高性能電子銃を開発しました。
陰極（Cathode）

Cathode 点灯時

Cathode から放出されて磁力線に巻き付いて運動する電子の軌道

Radial Direction

FU CW CI5

5.2

TE 1,4 mode

189
181

5.1

ジャイロトロンの高度化には、電磁波を発生する基になる電子を放出する電子銃の高性能化が重要です。当センターでは、独自
運転パラメータの例● カソード電圧 20 kV● ビーム電流 300 mA

FU CW GIIIFU CW GV

191

5.0⑺ 高性能電子銃の開発
コンパクト超伝導
マグネット

Gyrotron FU CW GI からの放射ビームによる温度上昇の赤外線画像↓
ガウスビーム出力の実証

136
4.9
193

Gyrotron FU CW XA の発振周波数の変化

コンピュータ制御によるジャイロトロン運転装置

FU CW GII

Gyrotron FU CW GV

fc

137

86

Magnetic Field Strength [T]に利用

TE 1,3 mode

138

fc

1st Anode
Electron Beam

CathodeEqui-potential lines

2nd
GND
Anode

Magneticﬁeld strength

Axial Direction

6

Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui

2 高出力遠赤外領域の材料・物性研究

材
料
開
発

センターではジャイロトロンの開発と同時に、ジャイロトロンの特性を生かした応用研究に取り組んでいます。世界で初めてジャイロトロンを用いた電子スピン共鳴に成功し、物性研究を行うと共に、これらの新技術開発はジャイロトロンの高⑵ 強磁場磁気共鳴測定装置の開発と応用

物
性
研
究

物質の性質（特に磁気的性質）を、強磁場・超低温の極限環境において調べることで、物質を支配する物理的法則がわかります。
その際、高周波電磁波を用いた磁気共鳴法を用いることで、物質内部のミクロな観点からの情報をこれまで調べられなかった領域まで観測することができ、新しい発見が期待されます。

度化にフィードバックされ、さらに前述の色々な分野での応用研究につながっています。また、世界最高周波数（300 GHz）の電磁波による材料プロセッシング装置を独自に開発し、高周波電磁波による材料開発研究を進めるなど、高出力遠赤外領

mm-wave vector network
analyzer（ MVNA ）フーリエ変換 NMR
スペクトロメータ

ESR/NMR 二重共鳴法による測定例

域の新技術・新学術領域の開拓に取り組んでいます。

ESR
L-line⑴ ジャイロトロンを用いた材料プロセッシングの研究±

ESR
H-line∓2.45 GHz の電磁波による加熱は電子レンジとして一般にも普及している技術です。センターではジャイロトロンの高周波・高NMR出力の電磁波を用いることにより電子レンジの 100 倍に及ぶ高周波数の電磁波による加熱実験を行うことができます。電磁波にwithout RF pulses

ジャイロトロンを用いた材料プロセッシング装置①

ジャイロトロンを用いた材料プロセッシング装置②

磁場域

定常磁場 18 テスラ
パルス磁場 40 テスラ
温度域 1.5 〜 300 K（液体ヘリウム）
0.1 K まで到達可能（希釈冷凍器）
周波数帯域
電子スピン共鳴（ESR）：最高 800 GHz（ MVNA）
核磁気共鳴（NMR）：5 〜 400 MHz（ 300 W パルス RF）

Intensity (arb. unit)

よる加熱は、従来の加熱と異なり、物質を構成する分子に、直接エネルギーを注入します。そのため、用いる電磁波の周波数や出力を上手く選ぶと、材料の機能が向上したり、新しい機能を付加することができます。

H-lineL-linewith RF pulses= 1.5 K
= 78.45 GHz
RF = 107.1 MHz
2.792

2.794

2.796

2.798

2.800

Applied ﬁeld (T)ESR によるシリコン中のリン原子の動的核偏極（DNP）効果の観測と NMR 遷移の誘起による核偏極のコントロール（Y. Fujii et al ., J. Phys.: Conf. Ser. 568 (ʼ14) 042005）⑶ 高周波電子スピンエコー測定装置の開発
電子は電気と磁気の性質を持っています。その磁気的性質はもっぱら磁石として利用されてきました。量子力学の発展にともな
い、新しく電子の持つミクロな磁気的性質（スピン）の量子論的性質を利用する、スピンエレクトロニクスや量子コンピューター
世界初の 300 GHz/2.3 kW 高出力電磁波照射装置

28 GHz/15 kW 高出力電磁波照射装置の実現が注目されています。ジャイロトロンの高周波・高出力の電磁波を数ナノ秒（ 10 億分の 1 秒）程度照射し測定することで、これらの実現に必要な電子スピンの動的な特性を知ると共に電子スピンを電磁波により制御することができるようになります。

60

Intensity (mV)

電磁波材料プロセッシングの特徴■ 焼結対象のセラミックス自身が発熱する● 高いエネルギーの利用効率（体積加熱方式）● 急速加熱（熱伝導を利用しない体積加熱）● 粉体の粒成長を抑えた加熱● 熱ひずみの少ない、試料の一様加熱（損傷が起こらない）● 精密な温度調整

20
10
0
320

340

360

380

400

420

光駆動半導体スイッチングデバイスによりコヒーレンシーを保ったま
ま 10 ns、20 ns に超短パルス化された 154 GHz ジャイロトロン出力

とらわれない反応プロセスが実現できる（選択加熱の効果）■ 特殊効果（非熱的効果や電磁波効果と呼ばれる）を利用し● 酸化の抑制30Time (ns)■ 電磁波吸収特性の異なる材料を用いることにより熱平衡に● 低温での緻密化の促進

40

‒10
300

● 超高温加熱が容易に実現た革新的材料開発が行える50

開発中の高周波電子スピンエコー測定装置

28 GHz、300 GHz の電磁波焼結実験を行い明らかになった高純度アルミナセラミックスの見かけの活性化エネルギーの周波数依存性● 難焼結材料の緻密化の促進

78Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui

THz-CARS⑵ テラヘルツ波の超集束効果研究

3 テラヘルツ波を用いた分光 ･ 応用研究

テ
ラ
ヘ
ル
ツ
時
間
領
域
分
光

自由空間を伝搬するテラヘルツ波は、回折限界によってサブミリメートル以下に集光することは困難なこと（集光限界）が知られています。しかし、写真のような金属テーパーと金属平行平板を合わせた金属導波路を用いることによって、簡単にテラヘルツ

遠赤外応用技術グループでは、テラヘルツ領域の分光研究とその応波を波長よりも小さい領域に集めることが可能となります。これをテラヘルツ波の超集束効果といいます。右図は導波路を透過用研究を行っています。

する前と透過後の THz 時間波形です。テラヘルツ波の超集束効果を達成することによって、薄膜や微量サイズの試料に対するテ● 新規なテラヘルツ波発生・検出法の開発

ラヘルツ波検査への応用へ展開することが可能となります。われわれは、超集束効果が起こる原因を調べる基礎研究から、テラヘ● 広帯域テラヘルツ波を用いた光学・分光研究

ルツ波による薄膜・微量検出の応用研究を行っています。

● 新規なラマン分光法によるテラヘルツ分光法の開発
テ ラ ヘ ル ツ 時 間 領 域 分 光 法（Terahertz-Time Domain Spectroscopy,
THz-TDS）では、フェムト秒の時間分解で広帯域テラヘルツ波の時間波形

Signal / a.u.

の測定を行い、0.1 〜 5 THz のスペクトルを測定することができます。このような実験を行うために、フェムト秒パルスレーザーや光伝導スイッ
チ素子（THz 波の発生および検出のための素子）を用いています。

テラヘルツ時間領域分光装置

ཧ↷Ἴ
㏱㐣Ἴ

0

Power / a.u.

Output Signal / a.u.

10
0.17 ps

-10

-2

10

0

5
10
Time / ps

15

30

40

108
>105

-6

10

20

20

Delay time / ps-410

ノイズレベル

10-5

10

超集束によって透過したテラヘルツ波

-8

-10

0

金属導波路

⑶ 新規なテラヘルツ帯ラマン分光法の開発 ― 時間領域コヒーレントラマン分光法の開発
テラヘルツ帯の分子振動を調べる新規手法として、時間領域で信号検出を行う「時間領域コヒーレントラマン分光法」の開発を

0

50 100 150 200-1Wavenumber / cm⑴ 新規なテラヘルツ波発生・検出法の開発

250進めています。従来の方法ではテラヘルツ帯の差周波数を持つ、2 台の周波数制御された励起レーザーが必要でしたが、新しく開発した手法では、パルスレーザーの周波数分散をうまく制御することで 1 台のレーザーで励起可能で、数 10 GHz の低振動数領域まで観測することが可能です。

THz 波

0.20

― チェレンコフ位相整合を用いたテラヘルツ波の電気光学検出法

0.15という方法を用いた電気光学（EO）サンプリング（注）検出法を開発しました。この方法ではテラヘルツ波とプローブ光が

プロー

ブ光

交差する角度を調整することで、どのような波長のプローブ光も利用できるという利点があります。さらに従来のように偏光変化を検出するのではなく、強度変化のみを検出するヘテロダイン EO サンプリング法の研究も行っています。

（×10-4 )6

注：電気光学サンプリングとは、電場により特定の結晶（非線形光学結晶）の屈折率が非等方的に変化することを利用して、電磁波の波形をパルスレーザーを用いて時間分解検出する計測手法です。

4

LiNbO3 結晶
Heterodyne EOS @780 nm
Heterodyne EOS @1.55 µm
Ordinary EOS @780 nm

ǼI / I

2
0

0.10
0.05
0.00
-0.05
-0.10

四塩化炭素の体積モル濃度(mol/ml)-0.15

0.0103(CCl4)0(C6H12)

-0.20

-2

-30

-4
-6

ラマン強度 (arb. unit)

新規なテラヘルツ波の検出法としてチェレンコフ位相整合

-20

-10

0

10

20

30

時間 (ps)-505Time (ps)1015

時間領域コヒーレントラマン分光法を用いた四塩化炭素のラマンスペクトル例

Si プリズム結合 LiNbO3 結晶（上図）を用いた THz 波のチェレンコフ位相整合＆ヘテロダイン EO サンプ
リング検出波形

910

Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui////// 国内共同研究（公募型）

国
内
共
同
研
究

////// 国内共同研究の成果トピック

センターはすでに、国際コンソーシアムを主宰する中核としての役割を担うなど、高出力遠赤外 / テラヘルツ波技術の開発を推進する世界的な拠点の一つとして機能しています（→ 13 ページ）
。国内諸機関との連携についても、センターは、開発した高性能

国内の研究機関との共同研究により、生命科学・物質科学・基礎物理学等、幅広い分野の画期的科学技術開発に取り組んでいます。

遠赤外ジャイロトロンの幅広い研究課題への応用やテラヘルツ波科学の推進のために、一層の組織強化を図っています。これは、コミュニティ研究者の要望に応えることでもあります。
この状況を踏まえ、センターは、高出力遠赤外領域研究における国内共同研究拠点としての機能強化に向けて、学内措置により、公募による国内共同研究を平成 23 年度から開始しています。この共同研究制度は、従来個人レベルで行われてきた共同研究を強化するとともに、センター自体の研究活力の向上にも寄与しています。これは、センターが目指す遠赤外光・テラヘルツ波光⑴ DNP-NMR 分光による蛋白質分子の解析 ― NMR 分光の高性能化（大阪大学蛋白質研究所、Warwick 大学（英国）との共同研究）● ジャイロトロンからの高出力遠赤外光を試料に照射して電子の高磁化を原子核に移すこと（ DNP、動的核偏極）により、NMR 分光の感度が飛躍的に向上します（DNP-NMR 分光）。この手法は、蛋白質分子等、複雑分子の構造解析への応用が期待されています。

源の開発・学術応用において新分野の創成につながると期待されます。

● ジャイロトロンを用いた Warwick 大学の実験では、ジャイロトロン出力の照射により NMR 分光の感度が約 60 倍向上しました。
● 大阪大学蛋白質研究所の 600 MHz-NMR 装置では、395 GHz 帯のジャイロトロンを用いることにより、46 倍の感度向上を達成■実施体制概要

しました。

国内共同研究を公正かつ円滑に実施するため、センター運営委員会のもとに、センター外の研究者を含む委員により構成される共同研究委員会が設置されています。この共同研究委員会が共同研究の公募や審査、成果報告会の開催などを担います。
このような共同研究の情報は研究者コミュニティ等にも広く開示されており、新たな共同研究の応募を喚起しています。積極

Equilibrium

Positive
Enhancement

No
Enhancement

Negative
Enhancement

的な共同研究のご提案をお待ちしています。詳しくはセンターホームページ内の国内共同研究のページをご覧ください。

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センター長
遠赤外領域開発センター
運営委員会
予算
配分
報告

共同研究実施要請
共同研究委員の推薦
委員長の指名

テラヘルツ光照射による NMR 感度の向上の原理
高出力遠赤外光が、図中の赤色矢印や青色矢印で示す変化を起こします。

共同研究情報共同研究委員会

コミュニティ
共同研究者

公募・評価

個人レベル
研究機関レベル

応募・報告

共同研究課題の
企画・立案
公募・審査

委員長
（学外者）
委員 10 名程度
（学外者数 ≧ 学内者数）

成果の評価・報告・公表
国内共同研究（公募型）の実施体制概要

大阪大学蛋白質研究所における DNP-NMR 測定例（左：通常の NMR、右：DNP-NMR）⑵ ポジトロニウムの超微細構造の直接計測 ― 素粒子物理学の課題解明（東京大学素粒子物理国際研究センターとの共同研究）● ジャイロトロンからの高出力遠赤外光は、素粒子物理学の研究にも応用されています。
● 高出力遠赤外光を照射しながら、エネルギー準位の遷移に伴って発生するガンマ線を計測することにより、ポジトロニウムのエネルギー準位差を直接測定する実験に世界で初めて成功しました。

o-Ps■共同研究実施の推移
公募型国内共同研究は、平成 23 年度に採択課題 20 件でスタートしました。その後、採択数は増加し、共同研究の規模は年々拡大する傾向にあります。この共同研究には、約 50 の機関に所属する研究者約 80 人が参加し、年間のセンター来訪延べ人数は数百人・日に達しています。

203 GHz

Stimulated
Emission(M1)
p-Ps

2Ț
decay

エネルギー準位間遷移とガンマ線発生のイメージ■共同研究の実績
毎年、学術雑誌論文および国際会議論文の発表がそれぞれ数件以上、国際会議発表と国内学会発表は各々数十件を越えており、
高出力遠赤外領域における研究アクティビティの向上に寄与しています。
また、共同研究の分野は、生命科学や物質科学へのジャイロトロンの応用を目指した DNP-NMR 分光法、ジャイロトロンを用いたポジトロニウムの超微細構造準位間の誘導遷移の実証といった基礎物理学の領域、エネルギー科学の領域に関わる核融合プラズマ計測法、新素材開発からテラヘルツ波科学の展開のための要素技術開発、磁気共鳴法による物性研究など広範囲にわたっています。
遷移確率の周波数依存性
エネルギー準位差に対応した特定の周波数で遷移確率が増大することが初めて直接的に測定されました。
計測装置図

11

12

Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui

国
際
共
同
研
究

////// 国際的な研究推進////// 国際共同研究の成果トピック● センターは、海外および国内の機関との間に 10 件程度の学術交流協定および 10 件程度の共同研究覚書を締結し、共同研究を展開しています。

⑴ テラヘルツ波を用いた半導体ナノ構造の研究 ― 半導体ナノ構造からのテラヘルツ波放射● センターは、10 年間にわたり推進してきた国際コンソーシアムを見直し、2015 年度に新たな枠組みのもとに「高出力テラヘルツ
領域開発研究推進のための国際コンソーシアム」を立ち上げ、10 機関程度の海外機関・数機関程度の国内機関が連携しています。
センターはコンソーシアムの中心的役割（facilitator）を担っています。

● ナノワイヤなどの半導体ナノ構造にフェムト秒レーザーを照射するとテラヘルツ波が構造に依存して放射されます。そのメカニ● 招へい教授の制度により、常時 1 名の外国人研究者を招聘し、国際交流を展開しています。

（国立フィリピン大学物理学研究所との共同研究）
ズムはまだ十分解明されていませんが、この現象を利用して、ナノ構造の評価やナノ構造を利用した高効率なテラヘルツ波発生素子の実現が期待されます。

■これまで学術交流協定および共同研究覚書を交わした実績のある研究機関
国立物質物理学研究所（ルーマニア）Ṽ テラヘルツ波科学技術に関する共同研究

ウクライナ国立科学アカデミー
Usikov 高周波物理・電子工学研究所（ウクライナ）Ṽ ミリ波遠赤外領域で動作する発振器の開発と応用

ロシア科学アカデミー
応用物理学研究所（ロシア）Ṽ 高周波ジャイロ装置の開発と応用

シュツットガルト大学
プラズマ研究所（ドイツ）Ṽ 高周波ジャイロ装置の開発と応用に関する共同研究

開発と応用

国立フィリピン大学
物理学研究所（フィリピン）Ṽ テラヘルツ波科学技術に関する共同研究

ブルガリア科学アカデミー
電子工学研究所（ブルガリア）Ṽ 高周波ジャイロ装置の開発と応用Ṽ テラヘルツ波科学技術

Ṽ 高周波ジャイロ装置の上海師範大学理学部（中国）
Ṽ テラヘルツ波科学技術に関する共同研究

カールスルーエ研究センター
高出力パルスマイクロ波研究所（ドイツ）Ṽ 高周波ジャイロ装置の開発と応用

ベトナム科学技術アカデミー
物理学研究所（ベトナム）

中国電子科技大学
プラズマ研究所（中国）De La Salle 大理学部
（フィリピン）Ṽ テラヘルツ波科学技術に関する共同研究

工業技術研究院（台湾）
Ṽ テラヘルツ波
科学技術に関する共同研究台湾國立清華大學
光電研究中心（台湾）
Ṽ 高周波ジャイロ装置の開発と応用

ディポネゴロ大学
理数学部物理学科（インドネシア）Ṽ 遠赤外・テラヘルツ
技術に関する共同
研究ハルオレオ大学（インドネシア）Ṽ 遠赤外・テラヘルツ
技術に関する共同研究Si 基板上に成長させた GaAs-AlGaAs のコアシェル構造ナノワイヤの走査型電子顕微鏡写真

上向き、下向き磁場を印加したとき、および磁場を印加しないときの GaAs-AlGaAs のコアシェル構造ナノワイヤと半絶縁性 GaAs（参照用）からのテラヘルツ放射波形（左）そのパワースペクトル（右）※ Appl. Phys. Lett. 102（2013）063101 より抜粋

⑵ 量子コンピュータ候補デバイスであるシリコン半導体に関する基礎研究― 超低温・強磁場中の磁気共鳴法（フィンランド（Turku 大学）および韓国（KAIST, KBSI）との共同研究）● 量子コンピュータ（ QC ）の有力な候補デバイスであるリンを希薄にドープした純良なシリコン結晶（ Si:P ）について、QC 実現に必要とされる極限条件（0.2 K までの超低温域かつ 4.6 テスラの強磁場中）での磁気共鳴測定による研究を行いました。
i I=1/2、天然存在比 4.7% ）の結晶学的な位置によって微細に分解されることを実験● 通常 1 本の ESR 共鳴線が、シリコン同位体 29S（的に示し、29Si への個別アクセスの可能性を示唆しました。
● さらに、29Si-31P 核スピンペアの禁制遷移の励起により、固体効果（solid-eﬀect）動的核偏極（DNP）を引き起こし、ペアのスピン状態を制御できることを初めて示しました。

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招へい教授の Santos 教授（フィリピンのデ・ラ・サル大学より）ウクライナ科学アカデミー Usikov 高周波物理・電子工学研究所における共同研究

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国際コンソーシアムの WEB ページ

http://ﬁr.u-fukui.ac.jp/Website̲Consortium/index.html

13㻲㼡㼞㼠㼔㼑㼞 㼟㼜㼘㼕㼠㼠㼕㼚㼓関連論文

J. Järvinen et al .: Phys. Rev. B 90 (2014) 214401
J. Järvinen et al .: Phys. Rev. B 92 (2015) 121202(R)14

Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui////// センターの基盤装置

基
盤
装
置

////// トピックス
モード変換器内蔵
多周波数発振ジャイロトロン
FU CW GV

遠赤外分子レーザー装置

J バットン賞の受賞

日本赤外線学会 業績賞の受賞

故 出原敏孝 元教授は、41th International Conference on

超低温物性実験施設

斉藤輝雄 元教授は、日本赤Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves（IRMMW-THz 2016）

外線学会、第2回（平成29年

において Kenneth J. Button Prize を受賞しました。 同賞は、度）業績賞を受賞しました。

「遠赤外、ミリ波、テラヘルツ波学会」の国際組織委員会が同賞は、赤外線分野の研究開

毎年一人に贈るもので、日本人の受賞は 4 人目です。

発を通して科学技術、産業、

高出力のテラヘルツ電磁波源であるジャイロトロンの開発

ならびに社会生活の発展に貢と、その分光計測への応用に対する傑出した貢献が認められ，献した者へ贈られます。「遠同賞の受賞に至りました。

赤外領域高出力光源の開発および応用研究」に対する貢献

3F

6F

WC

3F

WC

EV

609

EV

EV

608

研究室1

2F

601

EV

管理室

602 603 604 605 606 607

EV

2F

5F

WC

工作室

WC

203

505
西

EV

505
東

504

多目的
実験室2

多目的
実験室3

503
201

501

202

502

1F
1F

4F

WC

102

EV

WC

101

EV

406
西

406
東

EV

寒剤供給
補助室

405

多目的
実験室1

寒剤供給室

401

ロビー

た。

多目的研究室研究室2301が認められ、受賞に至りましWC

402 403404

高圧圧縮機室

遠赤外技術に関する国際ワークショップおよびテラヘルツジャイロトロンの開発応用に関する国際シンポジウムの開催
隔年にて、遠赤外技術に関する国際ワークショップ International Workshop on Far Infrared Technologies（IW-FIRT）
およびテラヘルツジャイロトロンの開発応用に関する国際シンポジウ
ム International Symposium on Development of High Power Terahertz
Science and Technology（DHP-TST）を開催しています。国内外から 100 名を超える参加者を得て、ワークショップでは口頭講演およびポスター発表 にて
遠赤外技術に関する最新の研究成果が報告されるとともに、活発な討論が展開されます。国際シンポジウムでは、国際コンソーシアム参加機関に限らず、サブテラヘルツからテラヘルツ帯の光源開発および応用に関して活発な議論が行われます。

西日本パルス強磁場研究拠点 KOFUC ネットワーク
西日本における強磁場研究拠点強化に向けて、大阪大学大学院理学研究科附属先端強磁場科学研究センター、神戸大学分子フォトサイエンスセンター、大阪府立大学研究推進機構強磁場環境利用研究センターとの間で相互に連携・協力に関する協定を結びました。4 大学の地名と University の Centerがネットワークを形成することから、「KOFUC ネットワーク」と名付けました。この協定の下、パルス
THz-TDS 装置

28 GHz セラミック焼結装置

THz ESR 装置

強磁場等を用いた研究協力・共同研究を行うとともに、強磁場科学分野の人材育成を図ります。これにより日本の強磁場物性研究ネットワーク「強磁場コラボラトリー」計画の推進に寄与します。

○

ジャイロトロン FU CW GI○● ジャイロトロンセラミックス焼結装置（ 28 GHz （） 101 室）○ジャイロトロン FU CW GIII−

文部科学省エントランスにおける文部科学行政に関する展示と情報発信
平成 28 年 9 月 1 日から 10 月 24 日まで、福井大学と東京大学の共同研究の成果が展示されました。
「たたみ一畳分の装置で迫る素粒子物理学（福井大学・東京大学）」
福井大学遠赤外領域開発研究センターと東京大学理学系研究科は、福井大学が開発した高出力テラヘルツ波光源「ジャイロトロン」と東京大学の「電磁波共振器とポジトロニウムの発生装置」を組み合わせた装置を用いて、「ポジトロニウム」と呼ジャイロトロンセラミックス焼結装置（24 GHz）○● ジャイロトロン FU CW GV（203 室）○● テラヘルツ時間領域分光装置（ THz-TDS （） 405 室）○ジャイロトロン FU CW GVIB○

フェムト秒レーザー再生増幅器○

ジャイロトロン FU CW GVII○

原子間力顕微鏡（AFM）○

ジャイロトロン FU CW X−

キャビティーダンパー○

ジャイロトロン FU CW VIIB−

光パラメトリック型 フェムト秒パルス波長変換器○

ジャイロトロン FU CW CI−

自己モード同期○

ジャイロトロン FU CW CII○● テラヘルツ ESR 装置（下の 2 つを組み合わせて使用（）超低温施設）○パルスジャイロトロン○

18 T 超伝導マグネット（温度可変インサートまたは希釈冷凍機を付けて使用）○● 遠赤外分子レーザー装置（203 室）○

テラヘルツ・ベクトルネットワークアナライザー○

BWO 光源システム

○

電波暗室

○

ミリ波オロトロン発振器−

サブミリ波帯プラズマ散乱装置●印：写真付きで紹介した装置

差の直接測定に世界で初めて成功しました。
素 粒 子 物 理 の 実 験 に は、欧 州 合 同 原 子 核 研 究 機 関（CERN）のような大型加速器が用いられることが通例ですが、今回の研究は、たたみ一畳分のコンパクトな装置で実現しました。その大きさは、山手線一周分に相当する全
長 27 キロの CERN の加速器に対し、約 3,500 万分の 1 サイ

（文部科学広報 No.202 平成 28 年 9 月号 P25「情報ひろば」より）
http://www.mext.go.jp/joho-hiroba/○印：国内共同研究で利用可能な装置−印：その他の基盤的装置



クな実験装置を御紹介します。

Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui////// 共用利用

共
用
利
用
／
研
究
成
果
の
公
開
発
信
等

////// 教

育教■ ふくい産学官共同研究拠点

遠赤センターで学ぶには？

ふくい産学官共同研究拠点（ふくいグリーンイノベーションセンター）は、低炭素社会やエネルギー源の多様化の実現と地域産業の持続的な発展を結びつけるため、産学官の力を合わせて福井が有するユニークな技術を活かした共同研究を行っていくことを目的としております。次世代の技術開発シーズを創出・育成し、技術移転を進めることで地域にスマートエネルギー
デバイス産業の集積地を形成することを目指します。

センターでは工学部、工学研究科と連携し、学部の 4年生および大学院生を受け入れ、卒業研究、博士前期課
程（修士課程）および博士後期課程（博士課程）の研究指導を行っています。センターにおいて卒業研究、修士お■ センターにおける共用利用設備

よび博士課程の課題研究を行うためには、以下の学科まジャイロトロン(周波数 160 GHz 〜 460 GHz, 出力10 W 〜 1kW)
極低温ミリ波電子スピン共鳴(ESR)測定装置(CW法)
極低温ミリ波電子スピン共鳴(ESR)測定装置(パルス法)
28 GHz 焼結炉（Gycom GS-PM28-5）
テラヘルツ分光器（Aispec J-Spec 2001）
ミリ波ベクトルネットワークアナライザ （AB Millimetre ABmm-0818）
電波暗室
テラヘルツ波キャリア寿命測定システム（スペクトラフィジックス Spitﬁre, TOPAS）

たは専攻に在籍し、4 年生、および博士前後期課程に進級・進学時に遠赤センターの教員が属する研究グループに配属されることが必要です。
● 工学部（2016 年 4 月に改組・再編されました。）
2015 年度以前≀⌮ᕤᏛ⛉㟁Ẽ࣭㟁ᏊᕤᏛ⛉2020 年 度 以 降ᛂ⏝≀⌮Ꮫ⛉
㟁Ẽ㟁Ꮚ᝟ሗᕤᏛ⛉▱㆑♫఍ᇶ♏ᕤᏛᑓᨷࠉ㟁☢ᕤᏛࢥ࣮ࢫ㸪㟁Ꮚ≀ᛶࢥ࣮ࢫ● 工学研究科博士後期課程（2018 年 4 月に改組・再編されました。）
2017 年 度 以前⥲ྜ๰ᡂᕤᏛᑓᨷࠉ≀⌮ᕤᏛㅮᗙ⥲ྜ๰ᡂᕤᏛᑓᨷࠉ㟁Ꮚࢩࢫࢸ࣒ㅮᗙ

工学部および工学研究科 Web ページ

2018 年 度 以 降→ http://www.eng.u-fukui.ac.jp/（＊を@に変更してください）● 工学研究科博士前期課程（2020 年 4 月に改組・再編されました。）
2019 年 度 以前≀⌮ᕤᏛᑓᨷ
㟁Ẽ࣭㟁ᏊᕤᏛᑓᨷ

2016 年度以降■ 拠点地用申込先
福井大学連携本部Ⅱ号棟３階
ふくい産学官共同研究拠点管理室
TEL：0776-27-9795
e-mail：kyoten＊hisac.u-fukui.ac.jp

育⥲ྜ๰ᡂᕤᏛᑓᨷࠉ≀⌮ᕤᏛศ㔝⥲ྜ๰ᡂᕤᏛᑓᨷࠉ㟁Ꮚࢩࢫࢸ࣒ศ㔝

各学科、専攻の入試情報については福井大学の入試情報 Web ページ（http://www.u-fukui.ac.jp/˜nyushi/admission̲sect/eng/index.html）をご参照いただくか、
学務部入試課（TEL：0776-27-9927 平日 8：30 〜 17：15）にお問い合わせください。

////// センターの研究成果と情報発信● 研究成果の発信・公開

活躍する学生たち

センターにおける研究成果は、一般の学術誌、学会等において発表されるもののほか、年度ごと発刊される研究成果報告書「遠赤外領域研究」とセンター英語論文集「Annual Report」においても公開しています。また、一般学術誌に掲載される前の研究成果をいち早く公開するために、論文の速報版として「遠赤センターレポート（FIR Center Report）」も発刊しています。

センターで研究する学生は国内、海外で開催される学会・研究会等で研究成果を発表したり、海外へ短期留学したりして活躍しています。
● 学会賞の受賞等

FIR Center Report

NovemberFIR UF-133

THE PROJECT OF A CW 3RD HARMONICGYROTRON WITH AN OPERATING FREQUENCY OF
1.185 THZ FOR DNP/NMR SPECTROSCOPY

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2018

Annual Report 20XX
April 20XX

M.Yu. Glyavin, V.N. Manuilov, A.I. Tsvetkov, I.V. Bandurkin, A.E.
Fedotov, I.V. Zotova, R.M. Rozental, S. Mitsudo, and T. Idehara

2014 年度

March 20XX

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2015 年度
Research Center for Development of
Far-Infrared Region
University of Fukui

2016 年度

Bunkyo 3-9-1, Fukui-shi 910-8507, Japan● 短期海外留学した学生の感想
約 2 週間フィリピン大学に滞在し、実験を行いました。私たちが持ち込んだ実験装置はフィリピン● 公開セミナー

大学の学生にとってどれも初めて見るものばかりで、とても興味をもっていました。フィリピン大の学生は学ぼうとする意欲がとても高く、私も負けていられないと感じました。短期海外留学という他センターではおよそ月 1 回の割合で遠赤外、テラヘルツ領域の研究で著名な研究者を招き、公開セミナー（参加費無料、事前登の研究室では経験できないことをさせていただきました。

録不要）を開催しています。開催スケジュール、その他の詳細についてはセンターの Web ページ（http://ﬁr.u-fukui.ac.jp/）に掲載
しています。

17

短期海外留学時の様子

18