生 産システム科 学 科︱

博士（理学）

Susumu Shinohara
研究
Keyword

非線形ダイナミクス、カオス、微小共振器、レーザー

プロフィール1999 年 早稲田大学大学院理工学研究科 物理学及応用物理学専攻 博士後期課程修了
1999 年 早稲田大学 理工学部 応用物理学科 助手
2002 年 立命館大学 理工学部 物理科学科 助手
2003 年 国際電気通信基礎技術研究所 研究員
2009 年 マックスプランク複雑系物理研究所 ゲストサイエンティスト
2012 年 NTT コミュニケーション科学基礎研究所 リサーチスペシャリスト
2016 年 早稲田大学理工学術院 客員教授
2019 年 テレコグニックス 上級研究員
2022 年 公立小松大学 生産システム科学部 生産システム科学科 教授
研究分野
非線形科学 / 数理物理・物性基礎 / 光工学
所属学協会
日本物理学会物理学

専門分野・研究分野

シーズ・地域連携テーマ例■

非線形科学
非線形性に起因する多様なダイナミクスを、理論・実験の両面から研究するのが非線形科学です。普遍的な数理的メカニズムに焦点を当てることが多く、分野横断的な性格を持ちます。
カオスは、非線形ダイナミクスの代表例です。決定論的な時間発展ルールに従いながら、確率的現象と見紛うほど乱雑に変化する挙動のことを（決定論的）カオスと言います。カオスの発生は、時間発展ルールが完全分かったとしても、遠い未来の予測は難しいという、予測の原理的困難さをもたらします。また、一見デタラメに見える現象のなかには、決定論で説明できるものがあることを示唆します。
私はこれまで、光デバイスにおけるカオスに着目して研究してきました。
研究内容

カオス理論の 2 次元微小共振器研究への応用
Facul t y of Pr od u ct io n S ystems E ngi neering an d S cien ces Dep artmen t of P rod uc ti on Sys te ms En g inee rin g and Sc ienc es

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カ オ ス 理 論 を 光 デ バイ ス 研 究 に応用

生 産 シス テ ム 科 学 部︱

篠原 晋 教授

半導体レーザー等で用いられる光の共振器は、従来、1 次元的構造でしたが、微細加工技術を用いて、2 次元的な共振器が作製されるようになりました。典型的な形状は、円盤型です。このような 2 次元共振器は、光を強く閉じ込めることが可能なほか、多様な空間パターンのモードを持つことから、新たな物理現象の発見や、新規光デバイスの実現を目指して研究が行われています。
2 次元共振器では、形状を非対称にすると、一般に、光線軌道がカオス的挙動を示します（図（a））。波動的な共振器モードの強度パターン（図（b））や、実験で観測される光の放射パターン（図（c））には、光線カオスが刻印されています。すなわち、図（b）に示した例では、共振器の左右の端から、上下（± 90度）方向に強い放射が見られますが、その機構は、図（a）に示した光線カオスのダイナミクスによって説明出来ます。

図 .（a）2 次元共振器内の光線軌道（光線カオス）。
（b）共振器モードの光強度分布（数値計算）。
共振器
外では log 表示にして放射を強調している。
（c）放射の遠視野パターン。光線シミュレーションの結果は、実際の素子の観測データの特徴を良く再現する。

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非線形現象の解析
光共振器モードの解析

論文“Nonlinear laser dynamics of a non-orthogonal chiralpair”, M. Matogawa et al., Applied Physics Letters,
Vol.123, 231104 (6 pages), 2023年12月.
■ “Universal single-mode lasing in fully chaotic billiardlasers”, M. You et al., Entropy, Vol.24, 1648 (17 pages),2022年11月.
■ “ Self-adjustment of a nonlinear lasing mode to apumped area in a two-dimensional microcavity ” ,Y. Kawashima, S. Shinohara, S. Sunada, and T.
Harayama, Photonics Research, Vol.5, B47-B53, 2017年11月.
■ “ Single-mode lasing theory of fully-chaotic twodimensional microcavity lasers under continuouswave operation with large pumping power ” , T.
Harayama, S. Sunada, and S. Shinohara, Photonics
Research, Vol.5, B39-B46, 2017年11月.
■ “Chaotic laser based physical random bit streaming
system with a computer application interface ” , S.
Shinohara, K. Arai, P. Davis, S. Sunada, and T.
Harayama, Optics Express, Vol.25, 6461-6474, 2017年3月.
■ “Long-path formation in a deformed microdisk laser",
S. Shinohara, T. Fukushima, S. Sunada, T. Harayama,and K. Arai, Physical Review A, Vol.94, 013831 (7pages), 2016年7月.
■ “ Signature of wave chaos in emission spectra ofmicrocavity lasers ” , S. Sunada, S. Shinohara, T.
Fukushima and T. Harayama, Physical Review Letters,
Vol.116, 203903 (5 pages), 2016年5月.
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講演・口頭発表等“Chaotic laser based physical random bit generation:system implementation and device miniaturization”,
S. Shinohara, DGIST Workshop on Asymmetric
Microcavities, 2017年8月.
■ “ Compact chaotic laser with a two-dimensional
external cavity for delayed optical feedback ” , S.
Shinohara, The 4th International Workshop on
Microcavities and Their Applications, 2015年12月.
■ “ Sub-mm sized chaotic laser device with a twod i m e n s i o n a l e x t e r n a l c a v i t y ”, S . S h i n o h a r a ,International Workshop on Ray & Wave Mechanics in
2D Microcavity and Related Systems, 2015年7月.
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