は じ め に当研究所は 1987 年の創立以来 30 年に亘り、レーザーおよびその関連産業の振興を図り、我が国の学術の進展と科学技術の発展に貢献することを目的として、レーザーとその応用に関する研究開発、調査、情報の収集・提供、人材の養成などの事業を鋭意推進してまいりました。この間、関係省庁、企業、大学等研究機関の皆様方から多大なご指導、ご支援を賜りましたこと厚く御礼申し上げます。
現在、世界は大変革の時代を迎えており、国内外の政治面からも、また地球規模の気候変動の面からも将来の不確定性が増した状況にあります。また通信インフラの発展・普及
により、情報は瞬く間に世界を駆け巡り、人々の生活や社会に影響を及ぼすようになって参りました。平成 28 年 1 月に閣議決定された第 5 期科学技術基本計画では、このような激変する環境の下でも対応できる柔軟な研究・研究体制が大学や諸研究機関に求められており、オープンイノベーションあるいは産学連携の重要性が強調されています。
我々は産学連携のために創立され、爾来、基礎研究の結果を産業界に役立てることを使命とし、レーザーの高性能化研究や、電力・原子力、環境・宇宙、物質・材料、生命科
学、建築・土木などの幅広い分野におけるレーザー応用研究を行って参りました。これらの分野の何れもがレーザー技術の極めて重要な要素であることは論を待ちませんが、さらに、これらの分野を越え、時に国境を越え、研究成果の共有・相互利用を促進できるような仕組みとして部門横断的に人と人とが繋がるチーム制を取っており、まさにオープンイ
ノベーションを組織のＤＮＡとして取り込んで発展して参りました。昨 2 月、惜しまれながら亡くなられた研究所創始者の山中千代衛先生の慧眼に今更ながらに驚く次第であります。ここに謹んでご冥福をお祈り申し上げます。
我々はこれからもオープンなディスカッション環境で研究を進めると共に様々な組織とのダイナミックな共同研究を通じて新たな知識や価値を創出し、広く社会に貢献していく
所存でございます。そのため、未来に果敢に挑戦し、牽引的役割を果たすべく全力で研究活動を行うと同時に、公益財団法人として、セミナーやシンポジウムの開催、広報誌の発行などの事業を通じ、その成果を広く情報発信することに努めております。
このたび、ここに平成 28 年度の研究成果と事業活動をまとめて、研究所年報第 29 巻を発行することができました。何卒ご高覧の上、ご助言、ご指導くださいますようお願い申し上げます。
平成 29 年 7 月
公益財団法人 レーザー技術総合研究所
理事長

大 石 富 彦ILT2017 年報（Annual Progress Report 2016-2017）
目 次
は

じ

め

に

研 究 報 告 書
レーザーエネルギー研究チーム
テラヘルツ波によるポリマー碍子内部欠陥診断

レーザープロセス研究チーム
シミュレーションで見るレーザーとプラズマの相互作用
常温駆動全反射アクティブミラー型 Yb:YAG レーザーの発振特性
Polarization and Reflection Characteristics of an Axicon Lens
海中メタンガスラマンライダーの開発

レーザー計測研究チーム

1

5
9
14
20

レーザーによるインフラ構造物の健全性評価

24

Development of laser-based system for remote inspection of unstable structures like highway bridges

25

レーザーを用いた構造物内部欠陥検出技術の高速化

29

レーザーバイオ化学研究チーム
液中レーザーアブレーションによるナノ粒子作製：レーザー還元金属ナノ粒子の生成メカニズム

理論・シミュレーションチーム
レーザー核融合炉チェンバー内のプルーム同士の衝突の 3 次元シミュレーション
プラズマ物理からみた地震前電離層電子密度変化の研究

レーザー技術開発室
355nm 用光学素子のレーザー損傷耐性データベース

35

39
42

48

発表論文リスト
事 業 報 告 書
組
織図
構 成 員 一 覧評議員
理 事 ･ 監 事
賛 助 会 員

53

お

94

わ

り

に

69
85
86
91
92
93

研 究 報 告 書

テラヘルツ波によるポリマー碍子内部欠陥診断
レーザーエネルギー研究チーム
李1

大治、本越伸二 1
レーザー技術開発室

１．はじめにラヘルツ波発生には、低周波域に対応する光伝導アンテ

テラヘルツ波は、周波数 0.1～10 THz、波長 3 mm～30ナを採用した。チタンサファイアレーザー（波長 800 nm、µm 程度の、電波と可視光・赤外光の間に当たる領域の電磁波である。電波に比べて周波数が高く、プラスチッ
クや紙等に対する透過特性に優れており、電子部品、医薬品、文化財などの非破壊検査装置として実用化が進んでいる 1-4)。電力設備診断においても、ケーブル絶縁層
や遮熱コーティング層の欠陥、塗装下の鋼材発錆検出への応用など、先行研究が行われている 5,6)。
我々は、電力設備として利用が広がるポリマー碍管内
部欠陥の検出することを目的として、模擬欠陥を用いた基礎実験とシステムの検討を行ってきた。平成 27 年度
までに、テラヘルツ波発生・検出およびその応用技術に
図 1 THz 発生・計測装置概念図

ついて調査を行い、種々の絶縁材料に対してテラヘルツ
波透過特性の評価、隙間などの欠陥、異物の検出について模擬試料を用いて計測を行った。

100 fs、80 MHz）の出力を半透過鏡(Splitter 1)により励

ポリマー碍管は、環状の FRP 樹脂の周囲にシリコー

起光 40 mW とプローブ光 40 mW に分けた。励起光はンゴムが被覆された構造をもつ。外観検査ではシリコー

集光レンズ(Lens 1)によりテラヘルツ波発生用光伝導

ンゴム表面の汚れや亀裂のみしか確認できない。電気絶アンテナ(Emitter)に集光した。20 V（Rep. 99 kHz）のバ

縁特性の保持などの確認には碍管内部、特に FRP 樹脂とイアス電圧を発生用光伝導アンテナに印加することにシリコーンゴムの接合部の状態を観察することが重要

より、テラヘルツ帯に及ぶパルス状の広帯域な電磁波をである。シリコーンゴムは周波数が 1 THz を越えると吸発生させた。放射されたテラヘルツ波は、放物面鏡収率が増加するため、低周波域の THz 波の利用が有効(Parabolic mirror 1) により平行波に変換され空間を伝搬である。

する。その後テラヘルツ帯の半透過鏡(Splitter 2)で反射

平成 28 年度は、低周波数領域に特化した光伝導アンされ、テラヘルツ波集光レンズ(Lens 2、
焦点距離30 mm)

テナを採用した実験装置を構築し、実際のポリマー碍管

により集光してサンプル表面に垂直に入射させた。サンの内部診断を実験的に検証した。

プル表面及び内部欠陥から反射されたテラヘルツ波は入射光と逆方向に進み、レンズ(Lens 2)、半透過鏡(Splitter2)を通って放物面鏡(Parabolic mirror 2)により集光され、

２．テラヘルツ発生・計測装置
図 1 に示すようなフェムト秒レーザーをベースにし検出用光伝導アンテナ(Detector)に入射される。一方、半たテラヘルツ波発生・検出実験装置 7,8)を構築した。テ

透過鏡(Splitter 1)によって分けられたプローブレーザー

─1─光は、時間遅延光路(Delay)を通過した後、検出用光伝導

ーンは OHP シートに金属インク(アルミニウム)で印刷

アンテナ(Detector)に集光される。サンプルで反射したテしたもので、線の太さと間隔がそれぞれ 2 mm の同心円

ラヘルツ波とプローブレーザー光が検出用光伝導アンテナ上で時間的に一致した時に、微弱電流が発生する。
プローブレーザー光の遅延時間に対する微弱電流値の変化を測定することにより、反射されたテラヘルツ波電場の時間波形が測定できる。得られた微弱電流は、ロックインアンプにより増幅された後にパソコンへ転送され、独自に開発したデータ収集・処理・制御用ソフトにより、テラヘルツ波電場の時間波形を自動的に計算する。
その波形をフーリエ変換することにより周波数スペク
トルを同時に得ることができる。更に、サンプル移動ス
図 3 発生したテラヘルツ波の電場波形

テージ（x:10 mm、y:10 mm）とデータ収集を同期することにより、サンプルからのテラヘルツ反射波の空間イメである。サンプル位置に置かれたテストパターンを XYージを取得できる。図 2 に実験装置の光学配置写真を示

二次元（走査間隔 0.2 mm）に移動し、反射テラヘルツ

す。

波振幅の空間分布を得た。各点の振幅データから周波数成分 0.1 THz、0.15 THz、0.2 THz を抽出した結果をそれぞれ図 4(b)、(c)、(d)に示す。図中の黒と白は、それぞれテストパターンの金属部、透明部に対応している。
図 4(c)に示した 0.15THz の走査図では金属部と透明部の明暗が明らかに識別できた。0.1 THz と 0.2 THz の場合はコントラストが低下しており、金属部と透明部の図 2 実験装置
サンプルの位置に金属平板を置いたときの反射テラ
ヘルツ波の時間波形を図 3 に示す。比較のために、従来使用していた高周波数帯を含む広い周波数帯域用光伝導アンテナからのテラヘルツ波時間波形（青線）を重ねて表示した。図の 10 ps の時間位置にある信号の半値全幅は、従来のアンテナでの 0.7 ps に対し、低

図 4 空間分解能測定 (a) 同心円テストパターン

周波数域アンテナでは 3.6 ps に広がっており、低周波数帯で強いテラヘルツ波が発生できていることを(b) 周波数 0.1 THz、(c)周波数 0.15 THz、(d)示している。

周波数 0.2 THz

図 4(a)に示す光学機器の解像度評価用テストパター

識別がしにくくなっている。この結果より、装置の空間ンを使い、本装置の空間分解能を評価した。テストパタ

分解能は 2 mm 程度と言える。理論的に、電磁波の収─2─

束スポット径は最小1波長程度である。
周波数0.15

４．ポリマー碍管の内部診断

THz の波長は 2 mm であるから、空間分解能の評
価結果は妥当と言える。

実際のポリマー碍管から図 6 に示すように一部を切り出し、テラヘルツ波による内部診断を行った。切り出したポリマー碍管サンプルは、シリコーンゴムと FRP

３．模擬欠陥測定
シリコーンゴムと FRP 樹脂で作成した模擬サンプルを用いて反射テラヘルツ波信号の評価を行った。図 5(a)に製作した模擬サンプルの構造を示す。直径 10 mm の

図 6 ポリマー碍子サンプル製作 (a)ポリマー碍
管 (b) ナイフで切り込みにより空気層欠陥作成
樹脂境界面に沿って、ナイフ（厚さ 0.5 mm）で切り込
みを入れ、剥離欠陥を製作した。シリコーンゴムが収縮するため、切り込みによる欠陥部は、10 mm×10 mm×0.1
mm 以下と考えられる。サンプルの正常部と欠陥部、そして欠陥部に水を浸透させた場合について、反射テラヘ

図 5 剥離欠陥模擬サンプル実験 (a)サンプル構造

ルツ波時間波形を計測した。測定結果を図 7 に示す。図(b)広周波数帯テラヘルツ波 (c)低周波数テラの黒線、赤線、青線は、それぞれ正常部、欠陥部、水をヘルツ波
穴を空けたアルミニウム平板（厚さ約 1 mm）の前面に
シリコーンゴム板（厚さ約 4 mm）を密着し、後面を FRP

浸透した欠陥部の結果である。正常部の場合（黒線）、
表面反射から約 55ps 遅れてシリコーンゴム／FRP 樹脂

樹脂で封じ、剥離欠陥を模擬した。シリコーンゴム側からテラヘルツ波を照射し、反射テラヘルツ波強度を計測した。図 5(b)、(c)に、それぞれ広周波数帯域アンテナ、
低周波数帯域アンテナの場合の結果を示す。反射信号は、シリコーンゴム表面、ゴム裏面、FRP 樹脂表面の順番に検出される。図より新しく構築した低周波数域実験装置
では、
FRP 表面からの反射信号が強くなっていることが判る。これはシリコーンゴムの吸収が少ない低周波数域
で強いテラヘルツ波を発生できたためである。また、シリコーンゴム裏面からの反射信号の時間が広周波数帯

図 7 ポリマー碍管の内部診断結果。
黒線：正常部、域の場合に比べて遅れている。これは低周波数域に対す

赤線：模擬剥離欠陥部、青線：水を含んだ欠るシリコーンゴムの屈折率が高くなり、同じ厚さでも往陥部

復の時間を要するようになったためである。

境界の反射信号が検出された。欠陥部の場合（赤線）、シリコーンゴム／FRP 樹脂境界面からの反射信号は、
僅
─3─

かな空気層（隙間）の存在により境界反射率が増大し、な曲率を持っているため、走査位置により表面反射信号

正常部の約 2 倍大きくなっている。
本来、剥離欠陥では、および内部反射信号の時間が変化している。測定箇所

シリコーンゴム裏面／空気、空気／FRP 樹脂の 2 つのX=0 mm では、時間約 70 ps の位置に欠陥が存在し、X境界で反射が起こっているが、低周波数域テラヘルツ波を移動し約5 mmの位置より欠陥部の信号強度が弱くなの時間信号幅が広いため２つの信号は分離できず、隙間り、その後一定の信号強度、つまりシリコーンゴムとの間隔を測定することはできない。しかしながら、反射

FRP 樹脂が密着した境界面の反射信号になっている。
こ

信号の大きな変化から、ポリマー碍管内部の剥離欠陥ののように、照射箇所を掃引し測定することにより、剥離識別は可能であると言える。また欠陥に水を浸透させた

した範囲を診断することが可能である。

場合（青色）では、水が無い場合（赤色）に比べて、僅
かに反射信号が小さくなっている。低周波数域では水の５．まとめ

吸収は小さく、また剥離隙間が狭いため、一様に水で満低周波数領域に特化したテラヘルツ波反射測定装置

たされず、水の有無による違いは小さくなったと考えらを構築し、実際のポリマー碍管サンプルの内部を診断し、れる。

剥離欠陥検出が可能であることを実証した。今後、装置内部に空気層を存在する欠陥のサンプルを円周方向に一次元走査してテラヘルツ反射波を計測した。走査はの小型化を図るとともに、測定精度、再現性を評価する必要がある。

図 8(a)中の赤線のように、幅 14 mm、測定間隔 0.2 mmで行った。計測したデータから、周波数 0.15 THz の成謝辞
本研究は、関西電力からの受託研究により実施された。

分を抽出して画像を作り、図 8(b)に示す。碍子が緩やか

テラヘルツ波装置の構築および測定結果の解析では大阪大学レーザー科学研究所の中嶋誠准教授、高野恵介助
教、加藤康作研究員に多大な御指導を頂いた。この場を借りて感謝したい。

参考文献
1) テラヘルツテクノロジーフォーラム編：テラヘルツ技術総
覧,NGT，東京，2007.
2) 西澤潤一編著：テラヘルツ波の基礎と応用,工業調査会，東京，2005．
3) R. Kubler, etal.: Appl. Phys. Lett. 85, 3360 (2004).
4) Y. Hirota, etal.: Opt. Express 14, 4486 (2006)
5) 福地哲生他.: 電気学会論文誌 A, 132, 166, 20126) 布施一則他.: 電気学会論文誌 B, 134, 745, 2014

図 8 ポリマー碍管サンプル一次元走査時実験(a) 走査配置図 (b) 周波数 0.15 THz での

7) N. Fuse, etal.: IEEE Trans THz Sci & Tech, 2, 242, 20128) D. Li, etal.: Int. J. Magnetics Electromagnetism 2, 006 (2016)

走査図

─4─

シミュレーションで見るレーザーとプラズマの相互作用
レーザープロセス研究チーム 1、理論・シミュレーション研究チーム 2
藤田雅之 1、砂原淳2

２．プラズマによるレーザー光の吸収 2)

１．はじめにレーザー核融合の研究においては、数値計算（シミュ

物質にレーザー光が照射され、温度が上がっていくと、レーション）が大きな役割を果たしてきた。燃料ターゲ

固体→液体→気体→プラズマへと状態が変化していく。

ットにレーザー光が集光照射され、表面からプラズマがプラズマは電離気体と呼ばれ、イオンと電子で構成され噴き出し、その反作用でターゲットが圧縮され内部の燃る。プラズマが発生すると、高周波の電磁波であるレー料が高温・高密度になって核融合反応が起きる 1)。レー

ザーは、重いイオンとは相互作用せずに電子にそのエネ

ザーがどのようにプラズマに吸収され、流体としてのプ

ルギーが吸収される。即ち、プラズマが発生するとレー

ラズマがどのように振る舞うのか、即ちレーザーとプラ

ザーには電子の雲しか見えなくなる。

ズマの相互作用がシミュレーションによって解析され図 1 にプラズマ中でのレーザー光吸収の概要を示す。

てきた。そこには、電子の熱輸送や輻射によるエネルギ

レーザー照射により固体表面で発生したプラズマは膨ー伝搬など最新の研究成果が盛り込まれている。

張し指数関数的な電子密度分布を形成する。レーザー光

核融合ドライバーとして用いられる主力のレーザーは低密度側から入射され逆制動輻射によって吸収されはナノ秒のパルスレーザーであり、産業界では微細加工

るが、臨界密度に近づくと共鳴吸収が支配的となり、反用にナノ秒レーザーが用いられている。レーザー核融合射される。（逆制動輻射とは、イオンのクーロン場中でとレーザー加工では集光強度が若干違うものの、支配す

電子が光を吸収して加速される現象であり、シンクロト

る主な物理過程（レーザーとプラズマの相互作用）は共ロン放射で電子が光を放出する現象の逆過程である。）

通である。ここでは、核融合やレーザープラズマの解析

プラズマ中の電子は密度に依存した固有の振動周波数のために開発されたシミュレーションコードを用いて

ωp をもつ。ωp はプラズマ周波数と呼ばれ

e 2 ne 
0 m

レーザー加工の波長依存性に関して調べた結果を報告

2
p

する。
ただし、
実験との詳細な比較を行っていないため、あくまで定性的な評価である。

(1)で与えられる。ここで、m, e は電子の質量、素電荷、neはプラズマの電子密度、ε0 は真空の誘電率である。
角周波数ωのレーザー光に対するプラズマの屈折率
ni は

(2)
で与えられる。ωp>ωでは屈折率が虚数になり光が伝搬できなくなる。ωp= ωとなる電子密度は臨界密度（critical density）と呼ばれ

 m 2n ec  0 2 0e

図 1 プラズマ中でのレーザー光吸収

─5─

(3)

で与えられる。臨界密度付近ではプラズマの振動周波数とレーザーの周波数が一致し、共鳴的に電子プラズマ波を励起して吸収がおきる。これが共鳴吸収である。
臨界密度はレーザー波長の二乗に逆比例する。例えば、
波長 10.6 m の CO2 レーザーの臨界密度は 1019 cm-3 であるが、波長 1.06 m の YAG レーザーでは 1021 cm-3、
波長 0.25  m では 1.8×1022 cm-3 となる。臨界密度が高ければ高いほど逆制動輻射によって大半のレーザー光が吸収され共鳴吸収は無視できるようになる。

３．波長依存性
臨界密度がレーザー波長の二乗に逆比例することは、
プラズマ中へ侵入できる深さが異なることを意味する。
図 2 に波長によって異なる領域でレーザー光が吸収される様子を示す。波長が長いとレーザー光はプラズマの外側（低密度側）で吸収され、アブレーションが起きる
固体密度領域と吸収領域の距離が遠くなる。この間は電子の熱伝導や輻射によってエネルギーが運ばれる。加工にとってのメリットはレーザー光強度分布がその間で熱拡散により緩和されることになるが、デメリットとしては加工スポットがレーザースポットよりも大きくなり加工精度が低下することにつながる。

図 2 波長によって異なる領域でレーザー光が吸収される様子。(a) 長波長の場合は低密度側で、(b)短波長の場合は高密度領域でレーザー光は吸収される。

← 図 3 厚さ 10 m の CH ターゲットへ、上段：KrF レーザー（波長 0.25 m）、中段：YAG レーザー（波長 1.06m）、下段：CO2 レーザー（波長 10.6 m）を集光強度
1010 W/cm2 で照射した際に発生するプラズマの電子密度分布の時間発展。レーザーの集光径は 10 m（ガウシ─6─アン分布）、パルス幅は 5 ns（フラットトップ）。

開発されたシミュレーションコードを用いてレーザー

図 3 に厚さ 10 m の CH ターゲットへ、上段：KrF レ

加工の波長依存性に関して調べた結果を紹介した。波長ーザー（波長 0.25 m）、中段：YAG レーザー（波長 1.06の違いは臨界密度の違いになり、レーザー光が吸収されm）、下段：CO2 レーザー（波長 10.6 m）を集光強度る領域が長波長ほどターゲットから離れていく。それに1010 W/cm2 で照射した際に発生するプラズマの電子密合わせて、長波長ほど横方向の電子の熱エネルギー輸送

度分布の時間発展を示す。レーザーの集光径は 10 mが増えていくことが可視化されたと言える。

（ガウシアン分布）、パルス幅は 5 ns（フラットトップ）

本報告がレーザー加工現象の理解の一助になれば幸
いである。

である。
上段：KrF レーザーの場合は、臨界密度が固体密度に近く、固体表面あるいは穴の底に近いところでレーザー

謝辞

光が吸収され、4 ns 後には 10 m のターゲットを貫通しシミュレーション結果の解釈に関して阪大レーザーている。プラズマは穴から吹き出すように膨張している。

研の長友先生にご助言をいただきました。ここに感謝の

中段：YAG レーザーの場合は、KrF レーザーの場合意を表します。尚、本シミュレーションコードを開発しよりも臨界密度が低く、臨界密度プラズマはターゲット

た砂原研究員は、米国 Purdue 大学へ転籍しました。益々の初期表面位置近くに存在している。レーザー光が吸収のご活躍をお祈りいたします。

され、プラズマは半円状に外へ向かって膨張している。
下段：CO2 レーザーの場合は、臨界密度がさらに低くなり、臨界密度プラズマはターゲット表面より 10〜20

参考文献
1) J. J. Duderstadt, G.A. Moses : “Inertial Confinement Fusion”, Johnm 外側にある（図中矢印で示している）。波長が長くなるにつれ、臨界密度プラズマはターゲットから遠ざかWiley & Sons, Inc., 1982, ISBN 0-471-09050-6.
2) 藤田 雅之：
「レーザー加工の物理 3 〜光パルス幅と加工〜〔解説）」, 光学, 36, pp.459-465, (2007).

り、電子による熱エネルギー輸送は横方向（あるいは半径方向）に広がる。CO2 レーザーの場合は初期の集光ス

3) M. Fujita, H. Ohkawa, T. Somekawa, M. Otsuka, Y. Maeda, T.

ポットよりも広い領域からプラズマが平面状に膨張しMatsutani, N. Miyanaga, “Wavelength and pulsewidthている。図から詳細には読み取りにくいが、加工痕の大dependences of laser processing of CFRP”, Physics Procedia, 83,

きさも波長が長くなるにつれ、大きくなっている。

pp.1031-1036 (16-SEP-2016).

図 4 に図 3 と同じ計算で、電子密度 ne (cm-3)、電子温4) 藤田雅之、染川智弘、宮永憲明、「微細加工 こんなレーザ

度 Te (eV)、レーザー吸収 SL (W/cm3) の時間発展の比較が今後求められる」、第 87 回レーザ加工学会講演論文集,を示す。電子密度分布は図 3 と同じである。電子温度、

2017 年4 月 5 日, pp.117-120 (2017).

レーザー吸収は空間の半分を表示している。電子温度のスケールは各波長で異なる。図 3 における電子密度の時間発展の解釈を電子温度とレーザー吸収分布で補足した形となっている。レーザー吸収分布の波長依存性を見ると、長波長ほど固体表面から離れたところでレーザー

次頁 図 4 図 3 と同じ計算で、電子密度 ne (cm-3)、電吸収が起きていることが明瞭に示されている。

子温度 Te (eV)、レーザー吸収 SL (W/cm3) の時間発展を比較。電子密度分布は図 3 と同じ、電子温度、レーザー

５．まとめ

吸収は空間の半分を表示。電子温度のスケールは各波長レーザー核融合やレーザープラズマの解析のために

で異なる。

─7─

─8─

常温駆動全反射アクティブミラー型 Yb:YAG レーザーの発振特性レーザーバイオ化学研究チーム 1、レーザープロセス研究チーム 2、
レーザーエネルギー研究チーム 3、レーザー技術開発室 4
谷口誠治 1、ハイク コスロービアン 2、李 大治 3、本越伸二 4、藤田雅之 2、井澤靖和
１.はじめに高出力固体レーザー開発における最重要課題の一つ
は、レーザー媒質の発熱対策である。Yb:YAG 固体レー
ザー材料は、励起量子効率が大きく熱損失が小さい、蛍光寿命が長いためエネルギー蓄積能力が高い、等の特長を持つため多く研究されてきたが、高出力化の際にはや
図 1 Yb:YAG TRAM の外観

はり発熱による出力やレーザー品質の低下、媒質の劣化などが懸念される。発熱制御の手法として第一に挙げられるのは媒質自体の発熱の抑制であり、その一つにゼロの約 10 倍の除熱能力を持つ液体窒素衝突噴流方式によフォノンライン（969nm）励起がある。Yb:YAG は 940nm

る冷却法が用いられ、TRAM を 3 つ組み合わせた形状

付近と 969nm 付近に吸収帯のピークを持ち、969nm のの ZiZa-AM（ZigZag Active-Mirror） を用いた増幅試験

吸収はゼロフォノンラインによる吸収に相当する。通常が行われた結果、CW 増幅出力 1.2kW、30 分の安定出力はスペクトル幅が広い 940nm 帯を励起に用いるが、近が達成された 2)。この結果は、TRAM レーザーにおいて年の LD 技術の進展により、室温領域においてはバンド

衝突噴流冷却法が有効に働くことを示している。TRAM

幅が狭い（~2.8nm）ゼロフォノンラインの励起も可能とは底面に熱伝達率が低い全反射膜コーティングをするなってきている。励起波長と発振波長（1030nm）のエネ

必要がなく、また強固なコンポジット構造を持つためルギー差が小さくなるため、969nm 励起を用いた場合、Thin disk 型のような伝導冷却を必要とせず、より除熱効

940nm 励起に比べ発熱損失を約 32%抑制できる。この果の高い直接的な噴流冷却が可能となる。

ため海外では、高出力レーザーの開発にこの波長が用いこれらの結果から我々は、ゼロフォノン励起による発られる事例が報告されているが、国内ではいまだ報告例

熱抑制と、液体窒素よりも除熱能力が大きい水を冷媒には少ない。第二は、冷却法の開発による除熱性能の向上

用いた衝突噴流冷却法を組み合わせることにより、よりである。当研究所では、三菱重工業株式会社の委託によコンパクトな冷却装置を持つ常温駆動の高出力

り、全反射型アクティブミラー方式（Total-Reflection

Yb:YAG レーザーの開発が可能ではないかと考え、研究

Active-Mirror : TRAM、図 1）を用いた低温冷却（クライを開始した。本稿では、レーザー開発の初期段階としてオジェニック）Yb:YAG レーザーの開発を進めてきた。

常温領域における水冷 Yb:YAG TRAM のレーザー発振

低温で優れた動作特性を示す Yb:YAG と TRAM 方式

特性と、動作温度の効果について検討した結果を報告すを組み合わせることで、より高出力、高品質のレーザーる。

出力が期待される。しかし一方で、液体窒素自体は気化熱が小さいため除熱能力が大きくなく、プール冷却条件

２. 940nm 励起による発振出力の温度特性において高励起を行った際、液体窒素の突沸（膜沸騰）

水冷による TRAM のレーザー発振特性と動作温度のにより励起部の温度が急速に上昇する現象が起こるこ効果について検討するため、波長 940nm の低出力励とがわかった 1)。この課題の解決のため、プール冷却

起光源及び水冷装置を用いてレーザーシステム
─9─

を構築し、レーザー発振試験を実施した。図 2 に

水冷装置

プール冷却時の実験配置図を、図 3 に装置写真を
出力結合
ミラー

示す。プール冷却では、冷却装置内に蒸留水を満たし、TRAM の裏面を水と接触させて冷却を行う。

TRAM

ダイクロイック
ミラー

発振
出力

実験には、Yb:YAG 層の厚さ 0.6mm、Yb ドープ濃励起

度 9.6at%の TRAM を使用した。TRAM の両側に
ダイクロイックミラー（DM 0°）、反射率 85%の

図 3 実験装置の写真

結合出力ミラー（OC）をそれぞれ配置して共振器を作成した。励起には波長約 940nm、500W 出力

開始直後がピークで、その後は時間の経過ととものレーザーダイオード（D4F4L22、DILAS 社）をに TRAM の温度上昇が起こり、出力は低下してい用いた（ビーム径〜2.3mmφ）。発振レーザー光

く。同様に水温を 43℃(±2℃)、63℃(±2℃)、81℃

はダイクロイックミラー(DM45°)で反射してパワ(±1℃)に変更して発振試験を行った結果、入力がーメーターで計測、あるいは応答速度の速いフォ

同じ場合でも水温が高くなるとピーク値は低下

トダイオードによりパワーメーター受光面の散した。これらの結果から、各温度、各入力での発乱光を計測して出力の時間変化を観測した。動作

振出力は励起開始直後のピーク値であるとし、出温度特性の計測では、サーモースタットを用いて力値を算出した。結果を図 5 に示す。縦軸は発振

温度調整を行い、23℃から 81℃まで水温を約 20℃

出力、横軸は TRAM に吸収された励起パワー（吸ずつ変化させた。水温計測用の熱電対は、水温と収パワー）である。動作温度が上昇すると発振にTRAM の冷却面の温度が一致するよう、TRAM の必要な吸収パワー（発振閾値）は増加するが、吸ごく近傍に配置した。

収パワーに対する出力効率（スロープ効率）は大

図 4 に、発振出力の時間変化をフォトダイオー

きくは変化していないようにみえる。実験で得らドにより計測した結果を示す。水温は 23℃(±2℃)

れた発振出力の温度特性について評価を行うたである。入力は 157W から 417W まで変化させた。

め、温度(T)に依存する因子の温度変化を導入した

入力の増加に伴い出力も増大するが、出力は励起発振出力式(1)を用い、計算値と実験値の比較を行
った。







































 






��

��

図 2 940nm 励起レーザー発振特性試験実験配置（プール冷却）。LD：ダイオードレーザー、
DM：ダイクロイックミラー、OC：結合出力
ミラー、L：レンズ、PM：パワーメーター、
AP：アパーチャー、PD：フォトダイオード、

図 4 プール温度 23℃(±2℃)での各入力に対する

TC：K 熱電対

発振出力(フォトダイオード電圧値)の時間
変化
─ 10 ─り、出力式(1)により実験値が再現されることがわかった。

図5

動作温度 (●) 23℃、(▲) 43℃、(▼)63℃、 (■) 81℃における発振出力

Pout T   AI outout  T 
 slopeg0 

図 6 動作温度(●) 23℃、(▲) 43℃、(▼)63℃V  fl T   fu T   emi T   f T  


h p



 g0 T   gth  fl (T )  fu (T )  emi (T ) f (T ) Pabs (T )  f (T )
h p

V

l

(1)

(■) 81℃での出力強度と、各温度での出力
強度の計算値（実線）emi(T )N 0３. ゼロフォノンライン励起における出力予測1
 2Ls  K 
2lKslope Q
K  Lsgth 

940nm 励起での発振実験の分析に用いた出力式をゼロフォノンライン（969nm）励起に適用すPabs  Pin 1 exp  N 0 abs T  l 

るため、出力の計算に用いるパラメータの中で、励起波長に依存するもの（励起光光子エネルギー

ここで、Pout :出力（=AIout、A：ビーム面積、Iout：出力密（hνp）、吸収断面積（σabs）、励起量子効率（ηQ）） の度）、ηslope：スロープ効率、g0：小信号利得、gth：発振閾

数値補正を行った。σabs は温度にも依存するため、969nm

値での小信号利得、fl：レーザー上準位占有率、fu：レー

における Yb:YAG の温度依存性の実測値 3)から近似式

ザー下準位占有率、σemi：レーザー発振波長（1030nm）を作成し、式(1)に取り入れた。この式を用いて 969nmでの誘導放出断面積、τf：蛍光寿命、hνp : 励起光光子エ励起での出力予測を行うともに、動作温度の効果

ネルギー、Pabst :励起光吸収パワー、V :励起体積、l:励起

ついて検討した。図 7 は、動作温度がそれぞれ 23℃、

光路長、ηQ :励起量子効率、Ls:共振器の光学損失、 K :出

63℃、100℃、150℃における 969nm 励起（図中赤力結合ミラーの透過率、σabs ：吸収断面積である。温線）、940nm 励起（図中点線）での出力を比較し度依存因子のうち、σemi(T)、σabs i(T)、τf (T)については、たものである。励起ビーム径は 2.3mmφ、Yb:YA

Yb:YAG の温度依存性の実測値 3-5) から近似式を作成し、G 層の厚み 0.6mm、ドープ濃度 9.6at%、出力ミラ式(1)に導入した。

ーの反射率は 85%とした。動作温度を 23℃から

図 6 に結果を示す。ただし、縦軸は発振出力を150℃まで上昇させても、同じ温度で比較した場強度（Iout）に変換したもの、横軸は吸収パワーを合には 969nm 励起の方が発振閾値はより低く、ス

TRAM 励起面（面積 2A）での吸収強度に変換した

ロープ効率はより大きくなるという結果が得らものである。計算に必要な光学パラメータは実験れた。さらに、ゼロフォノンライン励起では媒質条件から求め、Ls =0.108 を用いた。図中実線は計算の発熱が抑制されることから、吸収パワーが同じ値であり、出力式(1)の温度のみを変化させたものであ場合 940nm 励起に比べ出力特性はさらに向上する。実験値と計算値は温度効果を含めてほぼ一致しておるものと考えられる。

─ 11 ─

その温度差は徐々に縮小することがわかった。これらの結果から、除熱性能がより高い衝突噴流冷却方式を用いることにより、TRAM 励起面の温度上昇を抑制し、出力の増加および安定化を行うことが可能であることが明らかとなった。

図7

動作温度 23℃、63℃、100℃、150℃における（赤線）969nm 励起、（点線）940nm
励起での出力強度（計算値）の比較

４. 水衝突噴流冷却試験
水衝突噴流冷却時の発振特性について、噴流管を用い

図 8 940nm 励起レーザー発振特性試験実験配置

た予備実験を行った。実験配置を図 8 に示す。冷却装置（衝突噴流冷却時）。

の背後から噴流管を挿入し、循環ポンプにより水を噴出させて TRAM の底面を直接冷却する手法である。噴流管の先に取り付けたノズルの直径は 3mm、流量は 3.8(±0.1) L/min.で、TRAM 底面での水の衝突領域の中心部に LD の励起領域が入るようにノズルの位置を調整した。水温は 23℃（室温）である。他の条件はプール冷却試験（図 2）と同一とし、発振試験を行った。結果を図9 に示す。各入力（Input）における励起開始直後のフォトダイオード電圧値はプール冷却時（図 4）とほぼ同一であるが、励起時間の経過による出力低下は抑制されて

図 9 衝突噴流冷却（水温 23℃(±2℃)）での入力いる。励起開始から 3 秒後以降の出力は安定化し、励起に対する出力（フォトダイオード電圧値）

時間の経過による変化はほぼみられなかった。またレーの時間変化

ザー出力が安定した後での出力のパワーメーター計測
値とフォトダイオード電圧の値は線形関係にあり（図10）、これによりフォトダイオードの電圧値から出力を算出することが可能である。噴流冷却時に安定出力が得られるのは、プール冷却時よりも TRAM の温度上昇が抑制されるためであると考えられる。励起開始から約 5
秒後のYb蛍光スペクトルを観測して励起領域の中心部の温度を算出 6)した。その結果、入力が同じ場合、噴流図 10 衝突噴流冷却時のパワーメーター計測値

冷却時の TRAM の励起部の温度はプール冷却時の温度とフォトダイオード電圧の一定値（励起開に比べ 60〜40℃程度低下しており、入力の増加により

始から 3 秒後以降）の関係

─ 12 ─

Yb:YAG セラミックレーザ」）の支援を受けて

５. まとめと今後
本研究では、ゼロフォノンライン励起による常温動作実施した。

高出力 Yb:YAG レーザーの開発を目標に、その初期段階として940nm 励起による室温動作時のTRAM レーザ

参考文献

ー発振出力およびその動作温度特性（室温〜80℃）を計

1)

T. Sakurai, H. Chosrowjan, H. Furuse, S. Taniguchi, T.

測した。計測データは温度効果を考慮した発振出力

Kitamura, M. Fujita, S. Ishi, Y. Izawa, Applied Optics,

式により分析するとともにゼロフォノンライン

55, 1351-1355, 2016.

励起時の出力予測を行い、この波長での励起が発2)K. Hamamoto, T. Morioka, S. Nishikata, N. Inoue, J.

熱の抑制だけでなく出力に対しても有利に働く

Nakatani, S. Taniguchi, H. Chosrowjan, Y. Izawa, in

可能性があることを示した。また、除熱能力が高“Advanced Solid State Lasers (ASSL ’15)” Technical

い水衝突噴流冷却を用いた予備的な試験を行い、Digest, paper-ATu2A.41, 2015.

プール冷却時と比べて TRAM 励起面の温度が低3)J. Koerner, C. Vorholt, H. Liebetrau, M. Kahle, D.

下することにより、発振出力の増加および安定化

Kloepfel, R. Seifert, J. Hein, M. C. Kaluza, J. Opt. Soc.

が起こることを確認した。今後は、969nmLD を用

Am. B, 29, 2493-2502, 2012.

いたゼロフォノンライン励起レーザー発振試験

4)

Opt. Soc. Am. B, 20, 1975-1979, 2003.

や、高出力化に向けたスケーリングおよびレーザーシステム設計、衝突噴流冷却方式の改良など、

J. Dong, M. Bass, Y. Mao, P. Deng, F. Gan, J.

5)

D. S. Sumida, T. Y. Fan, OSA proceedings on

kW 級の高出力レーザーの開発に向けた具体的な

Advanced Solid-State Lasers, 1994, 20, 100-102,

取り組みを進めて行く予定である。

1994.
6)

H. Furuse, J. Kawanaka, N. Miyanaga, H. Chosrowjan,

謝辞

M. Fujita, K. Takeshita, Y. Izawa, Optics Express, 20,

本研究の一部は安全保障研究推進制度（研究課21739-21748, 2012.

題名「ゼロフォノンライン励起新型高出力

─ 13 ─

Polarization and Reflection Characteristics of an Axicon Lens
Laser Process Research TeamHaik Chosrowjan and Seiji Taniguchi
1．Introduction

Detailed knowledge of intensity distributions of p- and s-

The theory of laser resonator has been studied for many

polarization components in retro-reflected beam is essential for

years1). Resonator stability conditions and different cavity

designing and building resonators with retro-reflective

geometries tailored for different active media and operation

components.

regimes have been analyzed as well2). Noteworthy, most laser

retro-reflected beams are also essential for modeling laser

cavities are designed and constructed by combination of planemode formation inside the resonator. So, we have studied

and spherical mirrors. However, for some niche applications

experimentally the basic polarization and reflection properties

requiring specific laser modes and polarization conditions suchof corner-cube and axicon retro-reflectors. Namely,as Laguerre-Gaussian modes and radial/tangential polarization,

experimental results of near- and far-field intensity

respectively, or for reduction of thermally induced wave-front

distributions for depolarized, p- and s- polarized outputs ofdistortions in solid-state lasers, non-standard resonators havethese elements are presented and analyzed. We havebeen used, too. For instance, corner-cubes and metallic

performed also case-calculations for several polarization states

W-shaped axicons (also called Waxicons) have been used asbased on Fresnel equations and compared them with thereflectors in solid-state3) and gas4) lasers, respectively.

experiments. In this report, however, due to space limitations

Moreover,polarization

properties

ofCorner-cube retro-reflectors (CCR) and axicon lenses

we present and discuss mainly results for an axicon lens,(AL) are optical components with interesting reflective andbecause various CCR properties have been theoreticallypolarization characteristics. One of their properties is that theaddressed in numerous previous publications.6)

collimated radiation incident on both elements (arbitrary
Output Coupler

direction for CCR and normal incident for the axicon with 90
degrees apex angle) is reflected back in the direction that iscounter-parallel to the incident beam. Another common(a)1

Total Reflection
Mirrorproperty of both elements is that the reflected beam has

2
Laser Medium

coherent properties, which could be used for passive
intra-resonator coherent beam combining (CBC). This process
is schematically shown in Fig. 1 and briefly described in its

Output Coupler(b)1

Corner‐Cubeor Axicon 90o

caption. Finally, by rotation of the CCR one could compensate

2
Laser Medium

the beam astigmatism induced by thermal load in the laser
active medium. For these reasons CCRs are already used as

Fig. 1 Comparison between (a) Fabri-Perot and (b) retro-

total-reflecting mirrors in laser resonators5). Recently we havesuggested that axicons with 90 degrees apex angle can be also
used for such purpose. Moreover, using axicons as totalreflector based resonators. For large excitation spots
and multi-mode operation, in case (a) the areas in the
beam profile like 1 and 2 are not phase-locked, while incase (b) the areas 1 and 2 are phase-locked because ofreflection mirrors, it seems to be possible generating beams

mutual injection in the resonator. As a result,with radial- or tangential polarizations.

intra-resonator passive CBC may occur.
─ 14 ─

2．Total internal reflection based CCRs and ALs
CCRs and ALs are often fabricated using fused silica ordegrees while in the case of CCR, � for each of the 3various glass materials. For achieving retro-reflection of anreflection faces is exactly � � ���������√�� � 54.7356

optical beam, one can coat the reflective surfaces with different

Eqs. (1) and (2), at each reflection will produce phase shifts ofmetallic or dielectric substrates or simply use them withwell-polished but uncoated surfaces. In the later case the total

�� = 123.78 and �� = 78.986 degrees for p- and s- polarizedinternal reflection (TIR) phenomenon, characterized by criticalsilica, n = 1.45, according to Eqs. (1) and (2), at each reflection

incidence angle �� � ��������� ��� �, where �� � �� , isused for the incidence beam retro-reflection. For high-power

will produce phase shifts of �� = 49.8 and �� = 24.9

degrees for p- and s- polarized lights, respectively. Interestingly,

laser beam applications retro-reflectors with coated surfaces

it was previously shown that for the 45 degrees incidence

are not appropriate because of anticipated thermal degradationand damage of the coated surfaces. Hence, we studied

angle, the equality �� � ��� called also the Abelès condition,

polarization and reflection properties of a CCR (N-BK7 glass,presented in the next section, makes obtained calculationn = 1.5071 at 1030 nm, �� � 41.57 degrees) and an AL withformulas describing reflected beam’s polarized E-field�� � 43.6 degrees) based on the TIR phenomenon (Fig. 2).

Finally, it is important to note that in both CCR and AL

Briefly, reflection of p- and s- polarized light at the interface

based on TIR, the optical lengths travelled by rays at normal

between two homogeneous and isotropic media is governed

incidence are equal and do not contribute to the phase shifts

by well-known Fresnel equations.7) When both media are

between p- and s- polarized electric fields. The phase shifts

transparent, the phase shifts that accompany partial external or

originate only exclusively from the TIR phenomenon.

90 degrees apex angle (fused silica, n = 1.45 at 1030 nm,

degrees. CCR made by N-BK7 glass, n = 1.5071, according tolights, respectively. On the other hand, AL made by fusedis always fulfilled independent of N.8) This relation, as

components much simpler.

internal reflections assume the values of  or 0. However,under TIR conditions at angles of incidence � above thecritical angle �� , the phase shifts are nontrivial and given by
the following equations:7)

���� �� ��� � �√�� ���� � � ������

(1)���� �� ��� � √�� ���� � � ���������

(2)

Here �� and �� are the phase shifts of p- and s- polarizedwaves, respectively, � is the incidence angle and � �Fig. 2 (a) Photographs of the CCR and 90 degrees apex angle

the incidence and refraction (evanescent) media, respectively.

retro-reflectors in XY plane showing also the azimuth

As it is shown in Fig. 2(c), the light rays enter both theangle  and rotation angle  for AL and CC,�� ��� � � is the high-to-low ratio of the refractive indices of

CCR and AL perpendicularly to the anti-reflection coated basesurface i.e. at 0 degree to the surface normal. Hence, the TIR
angle � for each 2 reflections in AL for axial rays is 45

─ 15 ─

AL; (b) Cross-sections of the AL (right) and CC (left)

respectively; (middle) incidence Gaussian-beamcross-section perpendicular to the propagation direction
Z and two reflection points A and B in the AL for agiven ray; (c) Same as (b) in 3 dimensions.

3．Intensity- and phase difference distributions

In an analogous manner one can determine the reflected

We have performed several case-calculations for an axicon

beam’s polarization-selective intensity and phase difference

lens with 90 degrees apex angle, but present results of only two

distributions versus the azimuth angle  for radial polarizedof them (p- and radial polarized cases) in this report due to theincidence beam. Eqs. (6), (7) and (8) express the E-field
෩ ࢏࢔
෩ ࢏࢔
components ࡱ࢖ and ࡱ࢙ of the radial polarized incidence

space limitations. Consider p- (X direction) polarized plane
wave with Gaussian intensity distribution propagating in the Z
direction toward an AL (Fig. 2 (c)). It reflects from the ALwith no losses due to TIR and propagates backward in - Z
direction. We want to determine the reflected beam’s
polarization-selective

intensity

and

phase

difference

distributions versus the azimuth angle . Eqs. (3), (4) and (5)express the E-fields of the incidence p- polarized wave (ࡱ࢏࢔࢖ )࢕࢛࢚and reflected wave’s p- ( ࡱ࢕࢛࢚࢖ ) and s- ( ࡱ࢙ ) polarizedcomponents, respectively.

ࡱ࢏࢔࢖ ൌ ࡱ૙ ࢉ࢕࢙ሺ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅ ࣐ሻ

(3)

(4)

෩ ࢏࢔
ࡱ
࢖ ൌ ࡱ૙ ‫࢙࢕ࢉ כ ࢻ࢙࢕ࢉ כ‬ሺ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅ ࣐ሻ

6(a)

෩ ࢏࢔
ࡱ
࢙ ൌ ࡱ૙ ‫࢙࢕ࢉ כ ࢻ࢔࢏࢙ כ‬ሺ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅ ࣐ሻ

6(b)

෩ ࢕࢛࢚
ࡱ
࢖ ൌ െࡱ૙ ࢉ࢕࢙ࢻ ‫࢙࢕ࢉ כ‬ሺെ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅ ࣐ ൅ ૝ࢾ࢙ ሻ

(7)

෩ ࢕࢛࢚
ࡱ
ൌ െࡱ૙ ࢙࢏࢔ࢻ ‫࢙࢕ࢉ כ‬ሺെ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅ ࣐ ൅ ૝ࢾ࢙ ሻ࢙(8)From Eqs. (7) and (8) one can easily determine the spatialintensity distributions of p- and s- polarized components of theand s- polarized components reflected from the AL for radialpolarized incidence beam with Gaussian intensity distribution
profile are presented in the Fig. 3 (b).

ࡱ࢕࢛࢚ൌ െࡱ૙ ࢙࢏࢔ሺ૛ࢻሻ ‫࢙࢕ࢉ כ‬ሺࢾ࢙ ሻ ‫࢙࢕ࢉ כ‬ሺെ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅࢙൅࣐ ൅ ૜ࢾ࢙ ሻ

polarized components, respectively.

reflected beam. Calculated intensity distribution profiles of p-૛ࡱ࢕࢛࢚࢖ ൌ െࡱ૙ ࢉ࢕࢙ ࢻ ‫࢙࢕ࢉ כ‬ሺെ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅ ࣐ ൅ ૝ࢾ࢙ ሻ ൅൅ࡱ૙ ࢙࢏࢔૛ ࢻ ‫࢙࢕ࢉ כ‬ሺെ࢑ࢠ െ ࣓࢚ ൅ ࣐ ൅ ૛ࢾ࢙ ሻ

෩ ࢕࢛࢚
෩ ࢕࢛࢚
wave and from AL reflected wave’s p- (ࡱ࢖ ) and s- (ࡱ࢙ )

(5)

(a)

Here ࡱ૙ is the E-field amplitude, ࢑ is the wavenumber, ࣓

50

is the angular frequency, ࣐ is the initial phase, ࢾ࢙ is thephase shift of the s- polarized wave, and ࢻ is the azimuth

0.5

angle. Eqs. (4) and (5) were derived by considering (i) two(b)consequent TIRs on the tangential surfaces at the points A and
B in the AL (Fig. 2), (ii) by performing Euclidean
rotation/reflection transformations of the Cartesian coordinate
system and (iii) by using the Abelès condition ࢾ࢖ ൌ ૛ࢾ࢙

Fig. 3 (a) p- polarized incidence beam intensity distribution

briefly mentioned in the previous section. From Eqs. (4) and(5) one can easily determine the spatial intensity distributionsof p- and s- polarized components of the reflected beam.
Calculated intensity distribution profiles of p- and s- polarized

profile (left) and intensity distribution profiles of its ppolarization (middle) and s- polarization (left)
components reflected from the AL; (b) Radialpolarized incidence beam intensity distribution profile(left) and intensity distribution profiles of its p-components reflected from the AL for p- polarized incident

polarized (middle) and s- polarized (left) components

beam with Gaussian intensity distribution profile are presented

reflected from the AL. Red arrows indicate thein the Fig. 3 (a).

polarization directions in each case.
─ 16 ─

In Fig. 4 (a) and (b) calculated p- and s- components

resonator and no polarization selection is possible. Thisintensity distribution profiles and s-p phase differences versus

conclusion is also valid for ALs with polarization maintaining

the azimuth angle in the ≤≤/2 interval for p- and radial(s = 0) metal coated reflection surfaces. Indeed, from Eqs. (3)polarized incidence beams, respectively, are presented. Note

– (5) it follows that when s = 0, the linear polarization acrossthat due to the axial symmetry of the AL, the rays entering, forthe beam is not invariant and the beam tends to become ainstance, the upper right quarter exit the AL from the lower leftradial polarized one after many roundtrips.
On the other hand, from the phase relation shown in Fig.

quarter, and so on.

4(b) (red) it is clearly seen that in AL resonator a radialpolarized beam after retro-reflection from the AL keeps its
polarization invariant (phase difference between p- and scomponents is zero) after a round trip. In other words, theeigenmode of the resonator with AL has radial polarizedcomponent. This conclusion is also valid for ALs withpolarization maintaining (s = 0) metal coated reflection
surfaces, following from the Eqs. (6) – (8); a radial polarized
beam is invariant after retro-reflection from the polarization
maintaining metal coated AL.
4．Experimental results and discussion
The experimental setup used in this study is schematicallyillustrated in Fig. 5. The p- polarized, TEM00 mode, 5 mm indiameter laser beam passes a beam splitter (BS) with 10%
Fig. 4 Amplitudes of the AL reflected beam’s p- and sintensity components (black) and phase differences-p (red) dependences on the azimuth angle in the≤≤/2 interval: (a) The incidence beam is p-transmission, then a polarization beam splitter (PBS) unit andreflects from a retro-reflector element (CCR or axicon). The spolarized component of the reflected beam is diverted by the
PBS and monitored by the CCD2 camera, while the p-polarized plane wave with Gaussian intensity

polarized component passes the PBS without losses and 90%

distribution profile; (b) The incidence beam is a radialof it is diverted by the BS to the CCD1 camera.

polarized beam with Gaussian intensity distribution
profile (see also Fig. 3). For both cases the incidenceand emerging ray polarizations at (x, y) and (-x, -y)right panels of the corresponding figures.

seen that in AL resonator a linearly polarized beam after

PBS

p-

Incident beam
(p-polarized,
Ø ~ 5mm)

From the phase relation shown in Fig. 4(a) (red) it is clearly

elliptically polarized locally) and cannot be invariant (keep its

BS(10/90)p-

points, respectively, are schematically shown on the

retro-reflection from the AL will be depolarized (become

CCR
or
AxiconDumper

CCD 1

s-

CCD 2

Fig. 5 Schematic view of the experimental setup forpolarization) after a round trip. In other words, there will bealways both p- and s- polarized beam components in the─ 17 ─

investigating polarization properties of retro-reflective
elements (top view)For depolarized monitoring, the PBS unit is removed from

Otherwise, comparison of the Fig. 6(a) with Fig. 3(a) reveals

the beam path and the retro-reflected beam intensitythat the calculations match quite well with the experiments,

distribution is monitored by the CCD1 camera. By inserting or

hence the general conclusions of the previous section are

removing appropriate lenses in front of the CCD1 and CCD2

relevant.

cameras, far-field (FF) and near-field (NF) intensity
distribution profiles could be monitored.
Some selected experimental results for AL and CCR arepresented in Fig. 6(a) and (b) – (e), respectively. In Fig. 6(a), a
singularity observed in the center of the images is due to thediffraction on the apex tip of the axicon lens not taken into consideration in the calculations presented in the previous section.

Although in this report it was mainly dealt with the axicon
lens, we present also some experimental results on CCR due tothe fact that numerous theoretical works on CCR exist, but noexperimental visualization of the polarized retro-reflected
beam’s intensity distribution profiles are present in theliterature. Fig. 6(b) – (e) show the depolarized- , p- and spolarized intensity distribution profiles of p-polarized
normal-incident beam’s reflection from the CCR, positioned at
different orientation angles . As in the case of the AL, a(a)singularity observed in the center of the images is due to thediffraction on the apex tip of the CCR. One can also see 6

 = 0O

reflective segments separated by 6 corners of the CCR (3 real(b)and 3 imaginary) due to the 6 fold symmetry of the CCR.
Furthermore, it is clearly seen that in the depolarized

 = 20O

monitoring (first column) the retro-reflected beam is almost(c)round shaped, while in p- (second column) and s- (thirdcolumn) monitoring the beam shape and intensity distributionchanges in correlation with the CCR orientation angle . Note

 = 40O

that for the retro-reflected beam’s s- component monitoring,(d)the gain of the CCD2 (Fig. 5) was increased 5-fold. Finally, in
an ideal polarization maintaining CCR for p- polarized

 = 60O

incidence beam no s- component would be present in the
retro-reflected beam.

(e)

5．Conclusions
Fig. 6 (a) Intensity distribution profiles of p- polarized
incidence beam reflected from the AL: depolarized(left), p- polarized component (middle) and s-

Polarization properties of corner-cube (CCR, N-BK7 glass,n = 1.5071 at 1030 nm) and axicon (fused silica, n = 1.45 at
1030 nm) retro-reflectors based on total internal reflection

polarized component (right) monitoring, respectively;(TIR) phenomenon have been studied experimentally and(b) – (e) Intensity distribution profiles of p-polarizedtheoretically for the aim to use them as novel total reflection

incidence beam reflected from the CC retro-reflector

elements in laser resonators. Near field and far field intensity

positioned at different orientation angles : depolarized(left), p- polarized component (middle), and spolarized component (right) monitoring, respectively.

distribution profiles reflected from the CCR at different
orientation angles and axicon lens with 90o apex angle for─ 18 ─

depolarized, s- and p- polarized beams have been measured.

References

Phase and intensity relations for several cases (liner, radial

1)

polarizations) have been calculated and compared with the

H. Kogelnik, and T. Li: Proceedings of the IEEE, 54 (10), 1312
– 1329, 1966.

experiment. In retro-reflected beams the intensity distributions

2)

A. G. Fox, and T. Li: Bell. Syst. Tech. J. 40, 453 – 488, 1961.

generally are inhomogeneous and differ for different

3)

J. Wu, Y.-L. Ju, T.-Yu. Dai, W. Liu, B.-Q. Yao, and Y.-Z. Wang:

polarization

components.

Taking

into

consideration

depolarization properties of retro-reflectors based on TIR

Chin. Phys. Lett., 32 (7), 074207: 1 – 3, 2015.
4)phenomenon is essential in resonator designs with CCR or AL
elements. Presently efforts are made to demonstrate and study

B. Singh, V. V. Subramanyam, S. L. Daultabad, and A.
Chakraborty: Rev. of Sci. Instr., 81, 073110; 1 – 4, 2010.

5)

V. K. Orlov, Ya. Z. Virnik, S. P. Vorotilin, V. B. Gerasimov, Yu.

cryogenic Yb:YAG TRAM laser radiation characteristics

A. Kalinin, and A. Ya. Sagalovich: Sov. J. Quantum Electron., 8,

based on resonators with retro-reflective elements.

799 – 800, 1978.
6)

Acknowledgment

W. He, Y. Fu, Y. Zheng, L. Zhang, J. Wang, Z. Liu, and J.
Zheng: Applied Optics, 52 (19), 4527 – 4535, 2013.

This work was partially supported by JSPS KAKENHI

7)

Grant Number JP16K04986.

M. Born and E. Wolf: Principles of Optics, 7th Edition,
Cambridge University Press, Cambridge, UK, pp. 952, 1999.

8)

F. Abelès: C. R. Hebd. Seances Acad. Sci., 230, 1942 – 1943,
1950.

─ 19 ─

海中メタンガスラマンライダーの開発
レーザープロセス研究チーム
染川智弘、北村俊幸、藤田雅之
１．はじめにを妨害することが考えられる。そこで、竹富島海底温泉

日本の領海・排他的経済水域は国土面積に比べて12倍の海面の海水を採取し、蛍光の有無を評価した。

程度と広く、海底鉱物資源・メタンハイドレート掘削、

図 1(a)に実験配置図を示す。
波長 355 nm、
出力 50 mJ、

CO2 を海底地層に圧入して大規模削減を目指す

繰り返し 10 Hz のレーザーを光路長 2 cm の石英セルにCCS(Carbon dioxide Capture and Storage)等の有効な海底

入れた海水に照射し、後方から散乱光を取得した。積算

利用が計画されている。海底開発では資源探査手法の開回数 1000 回のラマンスペクトルを 5 回計測して評価し発だけでなく、海底開発による海洋生態系・環境への影ている。散乱光はレンズでコリメートされた後、波長響評価が必要とされている。現状の採水測定では評価頻355 nm のエッジフィルターを通過し、大きな迷光成分

度・エリアに限度があり、海中での短時間・広範囲なモとなるレイリー光はカットされ、バンドルファイバーでニタリング手法の開発が必要である。そこで、海底を効分光器に導かれる。分光器の焦点距離は 30 cm であり、率よくモニタリングするために、水中ガスラマンライダ

1800 g/mm の回折格子を用いることで、波長分解能はーによる海中モニタリング技術を開発している。これま0.19 nm である。波長 355 nm に対して、1200～3700 cm-

でに水に溶存しているCO2 ガスのラマン信号を用いて、

1

20 m 先に設置した水と炭酸水の識別に成功し、水溶存

cm-1 の CO2 や、2892 cm-1 のメタン、1635, 3405 cm-1 の水ガスのラマンライダーによって海中のガスモニタリンのラマン信号の同時評価が実施できる。スペクトル測定

グが実施できる可能性を示した 1)。また、水に溶存してには電子冷却 CCD カメラを利用した。

いる CO2 ガス濃度の定量評価にも成功し 2)、気泡・海水(a)の影響評価も行ったの範囲のラマンスペクトルの取得が可能であり、1384

Spectrometer+CCD。本手法は CO2 ガス以外への応3,4)用も可能であり、波長 355 nm のレーザーを利用した水Spectral resolution：0.19 nm
Average: 1000

15°

中メタンガスのラマン法による評価も行っている 5)。
水中ガスラマンライダーによる海中モニタリングの355 nm, 50 mJ, 10ns

可能性を評価するために、竹富島海底温泉での海上観測

Surelite 3ω 0.5W, 10Hz

λ/2

Polarizer

を検討している。石垣島を中心とした八重山諸島にある竹富島の近海には水深が 20 m と比較的浅い箇所からメ(b)Intensity (count arb. unit)

タンガスを 70%程度含む火山性ガスの湧出があり、竹富島海底温泉と呼ばれている。本報告では竹富島海底温泉の海水がラマン手法へ与える影響評価と 6)、現在開発を行っている海上ラマンライダーについて報告する。

1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1200

２．竹富島海底温泉の海水のラマン分光測定
本手法では、波長 355 nm のレーザーを海中に照射す

Sea Water(Taketomi Submarine Hot Spring)
Water
1600

2000

2400
2800
Raman shift (cm‐1)

3200

3600

図 1 (a)実験配置図、(b)竹富島海底温泉の海水と水のるために、海水中に含まれる有機物等からの蛍光が測定

─ 20 ─

ラマンスペクトル図 1(b)に竹富島海底温泉の海水と水にレーザーを照射した際に得られたラマンスペクトルを示す。両サンプ
ルともに、1635, 3405 cm-1 の水のラマン信号が見られているが、海水から蛍光成分等は検出されていないことがわかる。したがって、竹富島海底温泉では波長 355 nmのレーザーを海水に照射しても、ラマンライダー測定を阻害する蛍光は検出されず、測定実施が可能であることが示唆された。
図 2 (a)観測船、(b)海上ラマンライダーシステムのブロック図

３．海上ラマンライダーの開発
3.1 海上ラマンライダー
竹富島海底温泉では水深 20 m の位置からメタンガス
を含むガスの湧出があるため、本手法の実証試験では図2(a)に示すような観測船に図 2(b)の海上ラマンライダー
システムを設置する海上観測方式を取ることとした。図2(a)の↓の位置にライダーシステムを設置し、鉛直下向きに波長 355 nm のレーザーを照射する。海中からの散乱光は直径 20 cm の望遠鏡で集め、光ファイバーで分光システムに導く。分光システムは図 1 で示したラマンス
ペクトル計測システムと、ライダー信号を計測する光電子増倍管（PMT）からなる。分光器の出射ボートに PMTと CCD カメラを取り付けており、光路上に設置したミラーの出し入れによって検出機器を切り替えることが可能である。
海上ラマンライダーシステムは上段にレーザーと分光システム、望遠鏡等、下段にレーザー電源、オシロス
コープ等を設置している（図 3）。外枠のパネルは太陽光によってシステムが暖められるのを緩和するために

図 3 海上ラマンライダーの(a)上段、(b)下段の配置
写真

白色とした。システムは海上での観測を想定すると、塩害による機器のトラブル対策のために密閉しなければならないが、下段には熱源となるレーザー電源がある。

波長 355 nm で出力 120 mJ、繰り返しが 20 Hz である。

そのため、熱による装置の不具合を抑制する必要があり、このレーザーは電力消費が 1100 W と少ないことから、下段には除塩フィルター付きのファンを取り付け、排熱

本ライダーシステムは小型のインバータ発電機 1 台でを行っている。上段では、船の振動による送信レーザー動作が可能である。

と受光光学系の光軸ずれを最小限にするために、レーザシステムを密閉した状態で、レーザーと計測システム

ー送信光学系と望遠鏡は同じブレッドボードに固定しを全て起動させると、室温の 21℃から 2 時間程度で 5℃ている。レーザーは Quantel 社製の Q-smart450 であり、程度上昇し安定する。そのため、レーザーの波長変換結─ 21 ─

晶の温度最適化はシステム内の温度が安定してから再度必要となるが、その後は 1 時間以上、レーザー出力は安定した。また、CCD カメラは 5℃の温度上昇でも、電子冷却機構に不具合は生じなかった。

3.2 海上ラマンライダーの動作試験
図 4(a)に示すように、海上ラマンライダーシステムのレーザーを鉛直ではなく、水平に照射し、距離 18 m 離れた位置に設置したガラス製のバイアル瓶（直径：3 cm）に入れた水に照射し、リモートでの水のラマン信号の測定を実施した。望遠鏡は水平観測のために、ライダーシ
ステムから取り外し、水平方向を観測できるように設置した。
図 4(b)が「回折格子＋PMT」で取得したラマンスペク
トルである。回折格子を 2800 cm-1 に固定し、PMT で 100
回積算の散乱信号をカウントする。次に 5 cm-1 だけ回折格子を動かして 2805 cm-1 での信号を取得する。この測定を 5 cm-1 間隔で 3400 cm-1 まで繰り返し、2800～3400
cm-1 のラマンスペクトルを取得した。波長分解能は 0.23
nm である。～3400 cm-1 を中心とするブロードな水の伸縮モードのラマンスペクトルが見られる。水の微弱なラマン信号が観測される 2800 cm-1 と、信号のピークであ

図 4 (a)装置動作試験、(b)回折格子＋PMT で取得した

る 3400 cm-1 で回折格子を停止させ、ライダー信号をオ

ラマンスペクトル、(c)回折格子＋PMT で取得しシロスコープで測定したのが図 4(c)である。このライダたライダー信号（2800, 3400 cm-1）、(d)回折格子

ー信号は 1000 回の積算信号である。距離分解能は 1 m＋CCD で取得したラマンスペクトル程度である。横軸がオシロスコープで得られる時間信号から換算した距離、縦軸が距離の 2 乗で補正したライダ

構築しており、計測に時間がかかるだけでなく、波長毎ー信号である。水のラマンスペクトルの中心であるに測定時刻が異なっている。したがって、ラマンスペク

3400 cm-1 では、約 18 m 位置にピークを持つ水のラマン

トル測定には測定時間が短くてすみ、同時刻のスペクト

ライダーの信号が検出されている。2800 cm-1 でも、微弱ルデータが取得できる「回折格子＋CCD」で測定を実施

ではあるが、水のラマンスペクトルの裾野の信号が見らする予定である。

れる。実際の観測では、3400 cm-1 等の水のラマン信号と実際の海上観測では図 4(c)、(d)に示したライダーによ2892 cm-1 のメタンのラマン信号の差分を取ることでメるメタンガスの位置情報、ラマンスペクトルによる水中

タンガスの分布を測定する。

ガスの成分分析を実施する予定である。

図 4(d)が「回折格子＋CCD」で測定したラマンスペク
トルである。
積算回数は3,000回である。
回折格子＋PMT

４．まとめ

では、波長を変えて測定したデータからスペクトルを再─ 22 ─

海底開発における海中の環境影響評価を効率的に実施するために、水中にあるガスのラマンライダーによるを受けたものです。

海中モニタリング手法の開発を行っている。本手法の実証試験として竹富島海底温泉でのメタンガスの分布計

参考文献

測を計画している。竹富島海底温泉の海水に波長 355

1）

nm のレーザーを照射しても、測定を阻害する蛍光は見

T. Somekawa, A. Tani, and M. Fujita: Appl. Phys. Express, 4,112401, 2011.

られないことがわかり、海上観測型のラマンライダーシ

2）

T. Somekawa, and M. Fujita: Proc. of ILRC26, S10-06, 2012

ステムの開発を行った。

3）

T. Somekawa, T. Takeuchi, C. Yamanaka, and M. Fujita:
Proc. of SPIE, 9240, 92400J, 2014.

今後は竹富島海底温泉にて本システムによるメタン
ガスのモニタリングを実施予定である。実際に海上で4）25017, 2016

観測を行うことで、測定システムの最適化を行い、本5）手法の適用可能性を検討したい。

T. Somekawa and M. Fujtia: EPJ Web of Conference, 119,

T. Somekawa, M. Fujita: to be published in Proc. ILRC28,
2017.

6）

謝辞
本研究は JSPS 科研費 JP25871083, JP15H05336 の助成─ 23 ─

T. Somekawa, T. Kitamura, and M. Fujita: to be published inProc. ICO-24, 2017.

レーザーによるインフラ構造物の健全性評価
レーザー計測研究チーム
島田義則
１． はじめにーザーを用いた構造物内部欠陥検出技術の高速化」

インフラ構造物の健全性評価には打音検査が用いられ（p.29）で述べる。

ている。しかし打音検査は検査員に労力がかかることや

鋼板接着された高架橋床版のレーザー検査では、装置

客観的データに乏しいこと、更に以前の検査と比較したの小型化を進め、屋外に設置された模擬欠陥を使い、接劣化進行状況（経年劣化）の把握困難であることなどの着不良箇所をレーザーで検査する実験を行った。この研問題がある。このため、打音検査に代わる検査員の労力

究成果については「Development of laser-based system for remoteが低減され、尚かつ、高速で検査できる新しい検査手法

inspection of unstable structures like highway bridges」（p. 25）での開発が求められている。当研究所では 10 年ほど前か述べる。

らレーザーによる検査法を提案して技術開発を行ってきた。
新幹線トンネル覆工コンクリート検査から始まり、高架橋床版、水中コンクリート、アンカーボルトなどのコンクリート付帯物検査等広く手を広げてきた。また、レa)トンネルに見立てた屋外テント

ーザー超音波技術を用いたコンクリートひび割れ深さ
計測や鋼板厚み計測なども行ってきた。

２． 平成２８年度の主な成果
JR 西との共同研究では、
新幹線トンネル中央通路自走型のレーザー検査装置を改良し、1)インパクト用レーザ
ーの高出力化と高繰り返し化により検査速度と検査精度の向上を図った。また、2)あらかじめ決められた位置

b)コンクリート表面計測装置（左、理化学研究所）とレーザー内部欠陥検査置装（右）にレーザーを出射できるオート照射機能や安全対策等の技術開発を進めた。
戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）研究ではトンネル内の条件を模擬するため屋外にテントを設置して野外での装置実験を行った（図 1）。テント内に
理化学研究所のコンクリート表面計測装置や日本原子力研究開発機構が開発した遠隔レーザー切断装置、および量研機構と弊所が共同で開発したレーザーを用いた
内部欠陥検査装置の 3 種類を設置した（図 1）。これらを用いることで目視検査から、打音検査、コンクリート
異音部分のはつり落としまでの一連の作業がレーザー

c）遠隔レーザー切断装置（日本原子力研究開発機構）

で行えることを実証した。この研究成果については「レ

図 1 トンネル内の条件を模擬した野外テントを設置

─ 24 ─Development of laser-based system for remote inspection of unstablestructures like highway bridges
Laser measurement team
O. Kotyaev, Y. Shimada, S. Kurahashi
1. Introduction
Laser-based remote inspection of civil structures, such astransportation tunnels and highway bridges is one of the main

Truck with interferometer

research directions of the Laser Measurement Team [1-3]. In

Minivan with
impact laser

the inspection of highway bridges, the idea of two-beamprobing interferometry was proposed to provide more stablehomodyne interference pattern. Conventional probe-referencetechnique for inspection of bouncing bridge spans cannot be
used due to very big displacement of probing point bouncing
with the bridge span. Usually, optical path of the single
probe/detection beam is changing by millimeters or thousandsof laser wavelengths. Resulting interference pattern has only
corresponding power fluctuations; detection of vibration is notpossible in this case. With two-beam probing, two probing
points on bouncing bridge span move almost synchronously,

Fig. 1. The system under highway bridge and its layout.

mutual displacement and optical path difference is minimized.
As a result, interference pattern is more stable and vibration

large vibration. The compact inspection prototype using only

measurement is possible. The prototype system has been

one mobile was constructed, and was used in the fielddeveloped and successfully put into the operation both inexperiments. In this report, development and tests of compact

laboratory and field conditions [4, 5].

mobile full-spec prototype of the bridge inspection will be

The system used for the inspection of highway bridge

presented.

consists of two vehicles as shown in Fig.1. One is for impact
laser and the other is for interference optics. The beam

2. Test of CO2 laser impact with and without image

divergence of the CO2 laser used for laser impact is ~ 5 mrad,

relay

and the image relay optics with 1:1 image scale was utilized to

The CO2 laser impact was tested without image relay, and it

produce an output beam image of CO2 laser on the bridge

was found that it was possible to use it! Despite of the fact that

surface, which is ~ 10m away from the vehicle. This image

beam size became about 10 x 10 cm, amplitude of laser-initiatedrelay optics makes the whole inspection system size so large.

vibration was practically the same as vibration initiated by

We have evaluated the vibration amplitude induced by theimaged impact beam. It was found that, in thermal mode, theCO2 laser impact in a concrete sample with and without themost important parameter is not impact energy density but

image relay optics. Without the image relay optics, it was shown

absolute laser energy delivered to a target. Influence of energythat the diverging CO2 laser beam can produce enoughdensity on initiated vibration is weaker.

─ 25 ─

Final layout of the system on single carrier is shown in Fig. 3.
Resulting mobile system prototype is definitely more compact
than previous one (Fig. 1). The prototype was assembled anddelivered for field tests to the KomaiHaltec site in Kimitsu-city,
Chiba prefecture.

Fig. 2. Spectral amplitude distribution across the target sample:
top – imaged, and bottom – non-imaged impact beam.
Capability of defect recognition with the use of non-imaged
impact beam was tested. A concrete/metal sample representing
structure of modern highway bridges was used in theexperiments. The sample was provided by KomaiHaltec. The

Fig. 3. More compact mobile system prototype and its layout.

sample is 450 x 450 x 150 mm concrete block with 5-mm thick(SM – scanning mirror, CM – combining mirror)

steel plate fixed by epoxy. Central part of the sample has a voidwithout epoxy, which simulates defect of concrete/metal

3. Field test with a bridge sample

interface. The “defect” size is 200 x 200 mm.

On the KomaiHaltec site, a huge piece of an old deconstructed

The sample was scanned with the use of imaged and non-bridge (Fig. 4) is installed vertically for various tests. The sample

imaged beams. Both beams initiated various modes of vibration

was used for the filed test of the bridge inspection systemof metal plate over the defect area.

prototype. In Fig. 5, the two-beam probing system is inspecting

Figure 2 presents comparison between imaged and non-the bridge sample.

imaged impact beams. It is clearly seen that both impact beams

It was found that defects in this bridge sample were quite

can be used for defect location with practically same defectdifficult to recognize. In these experiments, amplitude of laser

recognition capability.

initiated vibration amplitude in the bridge sample defects is 4

So, CO2 laser impact beam can be used without image relay.

times lower and vibration life-time is about 10 times shorter thanThat means, to assemble a mobile prototype of the bridgein experiments with the laboratory sample. However, it wasinspection system, there is no need to use two system carriers.

possible to recognize defect situations with the use of our─ 26 ─

Fig. 4. Bridge sample on the KomaiHaltec site.

Fig. 6. One of the bridge sample defect.

Fig. 5. Two-beam probing system inspecting the bridge sample
on the KomaiHaltec site.
system in most cases. Laser vibration meter PDV-100 was used
as a reference vibration measurement device.
In Fig. 6, one of the bridge sample defects and impact/probe

Fig. 7. Vibration initiated in the defect area of the bridge
sample. Top: PDV-100, bottom – two-beam probing system.

configuration is demonstrated. Probe-1 (right green point) isused as a source of signal beam, it is covered by big non-imaged
impact beam (yellow rectangular); Probe-2 (left green point) isused as a source of “reference” beam. Probe-2 is set aside of the
impact beam to avoid its influence. Probing beam of thereference vibration meter PDV-100 (red point) is set next toProbe-1. A piece of counter-reflecting tape was used in PDV-In Fig. 7, waveforms and spectra of vibration detected in thedefect area are presented. On the top, data obtained with thereference vibration meter PDV-100 are shown. Clear vibration
peak around 1.1 kHz is detected. The same vibration is detectedwith the use of the two-beam probing system (on the figure
bottom).
Another defect area was inspected with the use of specially

100 probing point to increase signal power and detection
sensitivity (signal-to-noise ratio), correspondingly. Otherwise,

designed algorithm of automatic scanning and real-time data

vibration amplitude was below noise level; and PDV-100 could

processing described in [4]. Immediately after scanning the

not detect initiated vibration. In contrast, the two-beam probing

inspected defect area, a 2-dimensional map was produced bysystem used only original surface.

the algorithm (Fig. 8).
─ 27 ─

and tested in the field conditions. The prototype is much closer
to actual final design of the system: it is much more compact,
uses only one system carrier; the system is equipped withworking algorithm of automatic scanning and real-time dataprocessing.
The

systemuses

two-beamprobing

homodyneinterferometry. The technique has demonstrated promising
Fig. 8. 2-D map of one of the bridge sample defects. Black

results in inspection of bouncing structures like highway bridges.

arrows indicate direction of scanning.

It may be a good alternative to much more complicatedheterodyne interferometry.
As mentioned in Sec.2, the vibration amplitudes induced by
the imaged and non-imaged laser pulse are nearly same. And
also in Fig. 3, the spectral amplitude of the fundamental mode
at 660 Hz for the non-imaged case is ~ 2 times larger than thatfor the imaged case, but at second and third harmonics, both
amplitudes are nearly same. The physical mechanisms for suchfeatures are not clear. More detailed experiments will benecessary.
The next step of the research is active stabilization ofFig. 9. The defect area and its 2-D map.

interference pattern for keeping high sensitivity conditions.

Overlapping the defect location by the generated map shows

References

quite good correspondence between the defect (chalked area)

1） O. Kotyaev, Y. Shimada. ILT Annual Progress Report, 2013.

and its map (Fig. 9).

2） O. Kotyaev, Y. Shimada, K. Hashimoto. Laser-Based Non-

The field tests have demonstrated principle capability of the

Destructive Detection of Inner Flaws in Concrete with the Use of

two-beam probing system with modified impact unit to inspect

Lamb Waves, Proceedings of the 9-th European Conference on

old highway bridges having very rusty metal plates. Inspection

Non-Destructive Testing. Berlin, Germany, 2006, p.23,

of actually operating higher-quality bridges should be less3） Y. Shimada, O. Kotyaev, N. Misaki et al. Development of Laset-complicated and more reliable.

based Remote Sensing System for Detecting Concrete Defects.
Journal of the Japan Society for Non-destructive Inspection, vol. 61,

4. Brief conclusions.

2012, p. 519 (in Japanese).

During the last year, the promising laser-based system for4） O. Kotyaev, Y. Shimada. ILT Annual Progress Report, 2014.

remote non-destructive inspection of civil structures was5） O. Kotyaev, Y. Shimada. ILT Annual Progress Report, 2016.

modified and tested. Its mobile prototype has been assembled

─ 28 ─

レーザーを用いた構造物内部欠陥検出技術の高速化
レーザー計測研究チーム
倉橋慎理、北村俊幸、島田義則

１．はじめに

約 50 倍に相当する秒間 25 点の速さでレーザーを社会インフラと呼ばれるトンネルや橋梁など

走査させながら欠陥を計測することに成功した 4)。

のコンクリート構造物の多くは 1950~60 年代のい平成 28 年度は速度を倍の秒間 50 点に向上させ、

わゆる高度経済成長期に建造されており、高経年

加えて装置を実験室外に持ち出し、屋外試験を実による老朽化が懸念されている。耐用年数を超過施した。本稿では、計測装置の高速化に伴う改良した社会インフラは本来ならば全面的な建替え

点と、屋外試験の概要について述べる。

や改修などにより計画的に更新されることが望
ましいとされるが、現状ではコスト面などの問題

２．高速検出技術開発

から点検や補修など適切な維持管理を施すこと

2.1

計測装置のドップラー振動計化

でインフラの延命化を図るものが多い 1)。この現

SIP プログラムでは、当研究所が開発してきた状を受け、当研究所では鉄道トンネルや高架橋な

レーザー遠隔探傷技術と、量研機構が開発した高どコンクリート構造物の欠陥をレーザーで遠隔出力、高繰返しパルスレーザーとを組合せ、1 m×探傷する技術の開発を進めてきた 2,3)。パルスレー

1 m 程度の大きさの領域を、秒間 50 点程度の高速ザー照射によりコンクリートに振動を励起し、そで検査することを目的としている。検査点へのレの表面振動をレーザー干渉計で検出し、振動の周ーザー照射、振動計測 → 次の検査点への移動を

波数分析などを通して欠陥の有無を評価するも高速で繰り返すことで、高速検査が達成される。

のである。室内実験の成果を基にして野外実験が検査領域上にレーザー光を高速で走査させるた可能な装置を開発し、山陽新幹線トンネルや高速め、ガルバノミラーを用いた。

道路における試験を実施し、その有効性を確認し打音検査で濁音（欠陥あり）と判断される周波た。現在実用化に向けて、欠陥探傷装置の小型化

数帯域は数百 Hz 程度からと言われており、そのと信頼性向上、検査の高速化など、研究開発を加

帯域を分解するために十分な計測時間は 10 ミリ

速している。

秒（周波数分解能 100Hz）である。照射位置の移

当研究所は平成 26 年度より、内閣府主導の戦
略的イノベーション創造プログラム（SIP）のイン

動を 10 ミリ秒以内に完了させることができれば、検査速度 50Hz の達成が可能である。

フラ維持管理・更新・マネジメント技術において、コンクリートからの散乱光量を大きくするた

レーザーを活用した高性能・非破壊劣化インフラ

め大口径のガルバノミラーを用いており、移動速診断技術の研究開発と題して理化学研究所（理度を大きくするとミラーの慣性を吸収しきれず、研）、量子科学技術研究開発機構（量研機構）、日ミラーの固有振動数とみられる約 250Hz 程度の本原子力研究開発機構（原研）と共同研究を行っ振動が 10 ミリ秒以上にわたって継続する現象がてきた。平成 27 年度には量研機構の開発した高確認されている。よって計測にはこのガルバノミ

出力高繰り返しレーザーと当研究所が開発した

ラーの振動が収まりきっていない状態で目当て

遠隔探傷技術を組み合わせて、従来の計測速度のの振動を検出できる手法が必要である。

─ 29 ─

図 1 レーザー干渉計の変更点（左：ホモダイン検出、右：ヘテロダイン検出）
一方、前年度に構築した検査速度 25Hz に対応

よって変調された参照光を干渉させ、光検出器をするレーザー干渉計で採用してきた波面補償用

用いて検出を行うが、この状態の信号では前述のフォトリフラクティブ結晶では、散乱光が入射しホモダイン検出にさらに余分な変調を加えただてから結晶内に屈折率格子が形成されるまでにけに過ぎず、所望信号が変調されて検出される事10 ミリ秒程度の時間を要するため、検査速度態は解決されていない。そのため、光検出器から50Hz における適用は困難で、他の手法の導入を検出力された電気信号を信号処理し、目当ての振動討する必要がある。

を復調する必要がある。復調には位相の変化量かミラーの固有振動の対策としてヘテロダイン

らドップラー速度を算出する手法を用いる。同様

検出法を用いたドップラー振動計の導入を、波面の手法で計測を行う装置は一般的にドップラー

補償技術として空間フィルタの導入を行った。前

振動計と呼ばれる。ドップラー振動計では、計測

年度までのレーザー干渉計はホモダイン検出法

信号の周波数の粗密から所望信号を求めるため、がベースとなっており、この手法ではミラーの固信号光量の変動に強く、ノイズに強い計測手法で有振動が存在する状況で計測を行うと、原理的にあるといえる。一方で、変調素子や復調システム

本来見たい振動がミラーの固有振動などで変調の導入など、ホモダイン検出と比べシステムが複されて検出される恐れがある。また、従来の手法雑になるといった側面がある。粗面からの散乱光では、光検出器からの出力をそのまま計測信号とに対する波面補償を行うため、信号光の光路内にしていたため、信号光量の増減が感度に影響した

空間フィルタの導入を行った。空間フィルタは対り、所望振動信号が変調される原因の一つにもな

物レンズと小口径（10μm）のピンホールかっていた。そこで参照光側の光路内に音響光学素らなり、入射した光は対物レンズでピンホールに子（AOM）を導入し、ヘテロダイン検出法を用い集光され、ピンホールを通過しうる波面成分を持たレーザー干渉計を構築した。信号光と AOM につ光のみを取りだすことが可能である。ただし、

─ 30 ─

図 2 各装置で計測された信号波形
それ以外の波面成分はピンホールを通過できな
いため、ほぼすべての信号光成分を利用可能であったフォトリフラクティブ結晶を用いた干渉計の構成と比べて、信号光量が減少することに留意する必要がある。
レーザー干渉計の前年度からの変更点の概略
図 3 各装置から得られた振幅スペクトル

図を図 1 に示す。左がホモダイン検出型で右がヘテロダイン検出型を示している。ヘテロダイン検出型では、前述した空間フィルタによって減少すると想定される光量を補償するため、レーザー干渉計の光源出力を増加させた。レーザー光は偏光
ビームスプリッタ（PBS）によって二本のビームに分割され、片方はプローブ光として検査面に照射され、もう片方は参照光として用いられる。検査面に照射されたプローブ光の一部は、散乱されて干渉計内に戻りその中から PBS を透過した光を信号とする。信号光は空間フィルタ（SF）によって単一の波面成分のみを持つ光へと成形される。参照光は PBS を透過した後 AOM によって変調され、ハーフミラー上で信号光と重畳され、干渉信号が作られる。AOM による参照光の変調周
波数は 80MHz である。干渉信号は光検出器によって検出され、光の強度に応じた電流が出力される。

るフォトリフラクティブ型レーザー干渉計、さらに市販のレーザー振動計の感度や安定性の比較試験を行った。ただし、市販のレーザー振動計は感度が十分ではなく、検査面に反射用テープを貼って散乱光強度を増強する必要が生じる場合が多いことに留意しておくことが重要である。人工的な内部空洞が配置されたコンクリート供試体を用いて試験を行った。パルス YAG レーザーを欠陥領域に照射し、励起された振動を各装置で同時に計測した。各装置で計測された信号波形を図
2 に、それぞれの信号のスペクトル分布を図 3 に示す。新しく構築した装置は従来装置や市販製品と同様に 1 次モード、2 次モードの振動の検出に成功しており、音波領域の範囲内で計測に十分な振動の検知性能を有していると言える。続いて、検出の安定性を確認するための試験を行った。上記と同一の計測を 10 回行い、1 次モードの振動である FFT した際に 1.2kHz に含まれる振動のフー

2.2

従来型との比較

リエ振幅がどのように変化するのかを確認した。

新たに構築したヘテロダイン検出によるドップラー振動計型レーザー干渉計と、当研究所で開各装置から得られた 1.2kHz におけるフーリエ振幅をプロットしたものを図 4 に示す。

発し、これまで使用してきたホモダイン検出によ─ 31 ─

横軸は計測番号、縦軸はフーリエ振幅を示す。

ことがわかる。安定性は市販装置の方が高いが、検出感度は市販装置より優れており、新幹線トンネルのように、検査面が汚れていて散乱光強度が低下するような屋外設備などでも計測できるな
ど、適用範囲に優れるといえる。
2.3

屋外試験

新たに構築した高速計測対応可能なレーザー
干渉計測装置と、前年度に引き続き量研機構が開図 4 各計測におけるフーリエ振幅値

発した高繰り返し振動励起レーザーと組み合わ
10 回の計測から得られたフーリエ振幅値の標準

せ、1 秒間に 50 回の欠陥検出試験を実施した。試偏差を装置毎に求め、さらに装置毎の平均値で割験では、量研機構関西光科学研究所敷地内に設置って得られた値を検出の安定性を示す指標としされた屋外試験場を利用し、理研、原研の開発成た。値が小さいほど検出の安定性が高いことを示果との統合試験も行った 5)。図 5 に屋外試験場にす。装置毎の値は、市販製品が 0.052、従来装置が構築した高速レーザー打音検査システムの外観

0.758 で、今回構築した装置が 0.132 である。構築を示す。装置は二階建て構造になっている。一階

した装置の検出の安定性は市販製品には劣るも部分にはレーザー干渉計と高速検査ユニットが、のの、従来装置より安定性が大幅に向上している二階部分には振動励起レーザーが収納されてい図 5 屋外試験場に構築した高速レーザー打音検査システムの外観
─ 32 ─

図 6

屋外試験用コンクリート供試体と照射配置る。一階部分は筐体に除振、防音機構を備え、外図 7 診断結果出力の例

部環境からの影響を極力低減するよう設計した。

試体を図 6 に示す。コンクリート供試体は施工技

一階部分と二階部分は切り離し、別々に運用する術総合研究所より貸借したもので、予め欠陥の位ことも可能である。

置が分かっているものを用いた。模擬欠陥は表面レーザー干渉計では、振動検出レーザーが偏光から 10mm の深さに、横 200mm、縦 100mm の大ビームスプリッターにより、プローブ光と参照光

きさで、端から 50mm の位置に配置されている。

に分割される。参照光は AOM によって変調され図中の破線で囲まれた領域が模擬欠陥の配置箇る。プローブ光は高速スキャン装置によって検査所を示す。このコンクリート供試体の横 240mm、面に照射され、散乱して戻ってきた光が信号光と縦 150mm の領域を検査した。検査間隔は 30mmなる。重畳された信号光と参照光は、光検出器でなので、検査点数は 9×6=54 点で図中に黒の点で干渉信号として検出される。光検出器からの信号示してある。コンクリート供試体は欠陥検出装置

は、復調器で復調され、データ処理装置に入力さから 7m 離れた位置に設置した。

れる。信号波形の取得、取得された信号波形の高図 7 に高速データ処理装置から得られた結果を

速フーリエ変換、得られた信号スペクトルへのア示す。二軸ミラー上部に取り付けられたカメラでルゴリズム適用、結果の二次元表示の一連の処理

検査範囲の光学画像を取得し、実際に走査した範が 50Hz で行われる。高速走査ユニットでは、レ

囲と各照射点における診断結果を一つの画像とーザー距離計を用いて、検査面までの距離の取得

して出力する。取得した信号波形を高速フーリエが行われる。得られた距離データは、直動ステー

変換し、得られた振幅スペクトルから卓越周波数

ジを用いた組み合わせレンズ間距離の決定、ガルの検出を行い、（卓越周波数における振幅値）／

バノミラーで走査する点間距離の決定などに用（計測周波数領域における振幅の平均値）を求め、いられる。プローブ光と振動励起レーザーは、ダ値の大小に応じて赤から緑の色を割り当てていイクロイックミラーで結合され、ガルバノミラー

る。閾値を適切に設定し、値に応じて赤から緑のにより検査面上を高速で走査される。振動励起レ間の色を割り振っている。欠陥を含む領域では、ーザーの Q スイッチタイミング、ガルバノミラー

その欠陥の大きさと厚みなどから決定される固のトリガタイミング、高速データ処理装置の信号有振動数で揺れる板振動が励起されやすいため、

取得タイミングは同期制御されている。

上記の値は大きくなり、このような領域は赤く示構築した検査装置を用いて、コンクリート供試される。健全部では板振動が励起されず、上記の体内部に人工的に配置された欠陥を 50Hz で検出値は小さくなるため、このような領域は緑色で示する実験を行った。実験に用いたコンクリート供される。赤と緑それぞれで示された領域における

─ 33 ─

振幅スペクトルを同図に示す。それぞれ卓越周波

謝辞

数の有無が確認できる。本実験の条件に於いて、本研究は、総合科学技術・イノベーション会議

9x6=54 点を 50Hz で検査可能であるので、検査時の SIP（戦略的イノベーション創造プログラム）

間は 2 秒未満である。約 30mm 間隔で計測してお「レーザーを活用した高性能・非破壊劣化インフ

り、新幹線トンネル内においても同様の計測を行

ラ診断技術の研究開発」：管理法人 JST によってえば、従来の約 100 倍の速度で計測が可能である。

実施された。
屋外試験の実施に尽力いただいた量研機構関従来の打音検査と比べて時間的コストの削減が西研の錦野将元氏、長谷川登氏、近藤修司氏、岡期待できる。

田大氏、三上勝大氏、河内哲哉氏らに感謝致しま
３．まとめ

す。

高速検査に対応したレーザー干渉計の開発を行い、それを基に屋外試験場に計測装置を構築し、参考文献

統合試験を行った。

1) 国土交通白書 2016

実験室外環境においてコンクリート供試体に

2) 島田義則 他: 非破壊検査, 61, 519-524, 2012．

配置された模擬欠陥を含む領域を 1 秒間に 50 点

3) 倉橋慎理 他：レーザー研究 42, 849-,2014.

の速度で計測し、健全部と欠陥部の判定を行うこ

4) 北村俊幸 他：平成 27 年度 ILT 年報とに成功した。

5) 理化学研究所プレスリリース, 2016.12.02. など─ 34 ─

液中レーザーアブレーションによるナノ粒子作製：レーザー還元金属ナノ粒子の生成メカニズム
レーザーバイオ化学研究チーム 1、関西大学システム理工学部 2
谷口誠治 1、石井隆太 2、佐伯 拓 2
１．はじめに
液中レーザーアブレーション法は、ナノ粒子を比較的簡便に作製する手法として知られる。この手法では、液体中に配置したバルク物質にパルスレーザー光を集光照射することにより、高温・高圧状態を作り出して物質を原子化・プラズマ化する。原子化した物質は周囲の液体により瞬時に冷却され凝集・ナノ粒子化する（図 1）
ため、気相法等に比べ簡便な装置作成が可能となる。こ
図 1 液中レーザーアブレーション法の原理図のことから、これまでにも金属や有機化合物等、様々な材料を用いた研究が数多く行われてきたが、その中で我々は、出発物質に金属酸化物を用い、それらを一段階い、空気電池を試作してその特性を調べたところ、市で還元・ナノ粒子化して金属ナノ粒子を作製する手法に販の亜鉛空気電池と同様の電圧（1.4V）が得られた

ついて研究を行ってきた。鉄やアルミ、マグネシウム、6)

亜鉛等の金属は、ナノ粒子化すると水素発生源や空気電再生、およびエネルギー分野への応用が可能であるこ池の活物質に用いることが可能であるが、反応後の金属とを示している。

。以上の結果は、本手法による金属酸化物の金属への酸化物を直接的に還元・ナノ粒子化して金属ナノ粒子に一方、本手法を実際に応用するには課題もあり、その再生できれば、クリーンなエネルギー源としての金属ナ

一つにナノ粒子生成効率の向上がある。これまでにもノ粒子の応用範囲はさらに大きく広がるものと考えら

我々は、ナノ粒子作製条件の最適化のため励起波長や溶れる。

媒の効果について検討してきた 2, 5)が、本研究では出発

これまでに我々は、酸化第二鉄（Fe2O3）、酸化マグ

物質の粒子径に着目した。金属酸化物は通常粉体としてネシウム（MgO）、酸化亜鉛（ZnO）を出発物質に用存在し、我々はこれまで一般的に市販されている数 μm

いて研究を行った。酸化第二鉄では、アセトン等の有〜数 10μm の比較的大きな粒子径の金属酸化物を用い機溶媒下で酸化第一鉄（Fe3O4）あるいは鉄（Fe）へのてきたが、この場合、金属酸化物の還元・ナノ粒子化は還元・ナノ粒子化が起こることがわかった 1, 2)。酸化マ

多段階で起こる、つまり第一段階ではレーザーにより粒グネシウムでは、レーザー照射後の生成物を用いて空子が微細化（ナノ粒子化）され、第二段階において微細気電池電極を作成し、その電気特性を調べた。その結化した粒子にレーザーが再度照射され還元反応が起こ

果、バルクの Mg 金属板を用いた空気電池と同程度のる可能性があることがわかってきた 2)。このことは、出出力電圧と電流特性が得られたことから、本手法によ発物質にすでに微細化されたナノ粒子を用いることで、り比較的効率良くナノ粒子化が起こることがわかった

第一段階の微細化過程が短縮され、還元金属ナノ粒子の3, 4)。酸化亜鉛では、溶媒にエタノールを用いた場合に生成効率が増大する可能性を示している。これについて

粒子径 20〜50 nm、純度 96%以上の亜鉛（Zn）ナノ粒検証を行うため、本研究では、出発物質に粒子径約 20nm子が生成した 5)。また生成した還元亜鉛ナノ粒子を用の酸化亜鉛（ZnO）ナノ粒子を用い、液中レーザーアブ─ 35 ─

レーションによる還元・ナノ粒子化実験を行った。本稿化した。この色彩の変化は、レーザー照射により ZnO ナ

では、出発物質の粒子径の違いによる還元金属ナノ粒子

ノ粒子が還元され、亜鉛（Zn）ナノ粒子が生成したこと

生成効率、および生成物の物性や電気特性の変化についを示している 5)。比較のため、平均粒子径が 25 倍（〜て検討した結果を報告する。

5μm）の ZnO 粒子を用いて同条件で実験を行ったところ、90 分の照射では試料全体の黒色化は進まず、この場合 Zn ナノ粒子の生成効率は低下することがわかった。

２．実験

図 2 に実験配置を示す。反応槽には底部が円錐

その後 ZnO の重量を変えた実験を行い、同様の照射条状のナシ型フラスコを用いている。金属酸化物粉

件では 30mg の Zn ナノ粒子が作製可能であったことか

体と溶媒を加えた後、酸素の影響を抑制するため

ら、ZnO ナノ粒子を出発物質とした場合、Zn ナノ粒子

アルゴン置換を行い、フラスコの底部からレーザの生成効率は約1.7 倍に増加することがわかった。
一方、

1)

ー光を打ち上げる 。底部が円錐状でレンズと同

第三高調波を光源に用いた場合には、15 分の照射で試様の役割を果たすため、入射レーザーは懸濁液中料全体が黒色化した（図 4）。355nm の照射エネルギーで集光され、高い光強度での照射が可能となる。

は 0.5W（50mJ/pulse）であり、各波長の光子エネルギー

レーザー光源にはナノ秒パルスNd: YAG レーザーを 考 慮 し て も 基 本 波 の 照 射 エ ネ ル ギ ー （ 2.3Wの基本波
（波長 1064 nm、
パルス幅 8 ns（FWHM）、(230mJ/pulse)）よりも低いが、Zn ナノ粒子の生成効率は強度~230mJ/pulse、繰り返し 10 Hz）およびその第6 倍以上となった。この要因は、ZnO ナノ粒子のプラズ

三高調波（波長 355nm、強度~50mJ/pulse）を使用

モン吸収帯にある。ZnO ナノ粒子化のプラズモン吸収した。溶媒には還元効果の高いエタノール（EtOH）

帯は 370nm 付近にピークを持つことから（図 5）、第三5)を用いた。出発物質には、平均粒径 20nm の酸化

高調波の吸収性が大きくなり、ZnO の還元過程が促進

亜鉛粉体（ZnO、純度 99.9 %、粒径 ~20 nm）を用されるものと考えられる。
生成した Zn ナノ粒子の粒径を光動的散乱法により観いた。

測した。基本波照射後の試料の観測結果を図 6 に、第三高調波照射後の結果を図 7 に示す。両条件とも、主に粒子径約 20nm の Zn ナノ粒子が生成している（1〜6μm の範囲で観測される粒子はZn ナノ粒子の一部が凝集したものであると考えられる）。この結果は粒子径 5μm の
ZnO 粒子を出発物質に用いた場合と同様である（電子図 2 液中レーザーアブレーション実験配置３．酸化亜鉛ナノ粒子の液中レーザーアブレーシ
ョン実験
EtOH 30ml に酸化亜鉛 50mg を加えた懸濁液試料に

図 3 ZnO ナノ粒子（平均粒径 20nm、50mg）懸濁液試

レーザー照射を行った。基本波を用いた場合の各照射時間における試料の写真を図 3 に示す。照射前（0min.）の ZnO ナノ粒子は白色であるが、照射時間の増加とともに黄〜茶色に変化し、90 分の照射で試料全体が黒色
─ 36 ─

料（溶媒 EtOH）のレーザー（1064nm、2.3W）照射実験時の写真（（左）照射前（0min.）、（中）
照射 60 分後、（右）照射 90 分後）

顕微鏡による観測）5)。このことから、照射条件や ZnOの粒子径に関わらず、生成した Zn ナノ粒子の物性は同様であると考えられる。

４．還元 Zn ナノ粒子を用いた空気電池の電圧特性
還元 Zn ナノ粒子の物性についてさらに評価を行うた
図 4 ZnO ナノ粒子（平均粒径 20nm、50mg）懸濁液試

め、生成ナノ粒子を用いて空気電池用の負極電極を作成

料（溶媒 EtOH）のレーザー（355nm、0.5W、10Hz）し、その電気的特性を調べた。試料には、ZnO ナノ粒子

照射実験時の写真（（左）照射前（0min.）、（中）をそれぞれ基本波（90 分）および第三高調波（30 分）

照射 15 分後、（右）照射 30 分後）でレーザー照射したもの（図 3 右、図 4 右を参照）を用いた。負電極は、レーザー照射後乾燥した試料 50mg とAg ペーストを混合、ペースト化した後 Mg 板の上に塗Absorbance (a.u.)

0.30
0.25

布し、ホットプレートで焼成（250℃ 5 分）して作成し0.20た。Ag ペーストを混合する理由は、還元 Zn ナノ粒子表

0.15
0.10

面の酸素を外し、配位結合に金属を組み込み、安定した

0.05

分散特性を得るためである。この負電極を用いて空気電

0.00
200

300

400 500 600
Wavelength/nm

700

800

池を作成した（図 8）。電解液には飽和食塩水を用い、

図 5 ZnO ナノ粒子（平均粒径 20nm）の吸収スペクト

酸素を供給する正極には多孔質炭素電極を使用した。空気中の酸素は正極側で水と反応して水酸化イオン（OH—）

ル（溶媒：EtOH）となり、水酸化イオンは負極側の Zn と反応して
20

頻度 %

80

Zn(OH)42— は速やかに ZnO と H2O に分解する。正極側

60

10

40

5

20

0
0.001

Zn(OH)42- — を形成することにより発電する。また

通過分積算 %

15100

および負極側の化学反応を下式に示す。

正極側： 1/2O2 + H2O + 2e— → 2OH—

0
0.01

0.1
粒子径 /nm1

負極側： Zn + 4OH— → Zn(OH)4 2-—+ 2e—

図 6 基本波の照射（90 分）後の ZnO ナノ粒子試料→ ZnO + H2O + 2OH—+ 2e—の粒径分布
空気電池の出力電圧を計測した結果を図 9、図 10 に頻度 %示す。図 9 は基本波の照射により生成した還元 Zn ナノ

80粒子を用いたもの、図 10 は第三高調波の照射により生

60

8

40
4

20

0
0.001

通過分積算 %

12100

成した還元 Zn ナノ粒子を用いたものである。出力電圧はともに約 1.4V で、約 20 時間電圧値を保持した。また得られた電圧特性は、粒子径 5μm の ZnO を用いて作製

0
0.01

0.1
粒子径 /nm1

した還元 Zn ナノ粒子により作成した空気電池の特性 6)

図 7 第三高調波照射（30 分）後の ZnO ナノ粒子試料の粒径分布と同等であった。このことから、還元 Zn ナノ粒子が、照射条件や ZnO の粒子径によらず空気電池への利用に
─ 37 ─

を行い、金属酸化物の粒子径が金属ナノ粒子生成効率に十分な性能を示すことが明らかとなった。

与える影響について検討した。照射光源に YAG レーザ
ーの基本波（1064nm）を用いた場合、粒子径 20nm の酸化亜鉛における還元 Zn ナノ粒子の生成効率は、より大粒径（~5μm）の酸化亜鉛粒子を用いた場合に比べて約1.7 倍に増加した。これは金属酸化物の還元・ナノ粒子化が、レーザーによる粒子の微細化（ナノ粒子化）と、微細化された粒子へのレーザーの再照射による還元反図 8 亜鉛空気電池の模式図

応の多段階過程で起こるため、より小粒径の粒子を用いることにより微細化に必要なエネルギーが低減される
ことによるものと考えられる。一方、第三高調波（355nm）を用いた場合には、ZnO ナノ粒子のプラズモン吸収帯

Voltage / V

1.5

により光吸収性が増大するため、還元 Zn ナノ粒子の生1.0

成効率は 1064nm 照射時の 6 倍以上に増加した。また生

0.5

成した還元 Zn ナノ粒子の物性は、レーザー照射条件や

0.0
0

200

400

600
800
Time / min.

1000

金属酸化物の粒径に関わらず同様であり、空気電池など1200への利用も可能であることがわかった。今後、粒子径の図 9 基本波照射後に生成した還元 Zn ナノ粒子を用い効果についてさらに定量的な検討を行うとともに、ナノ粒子作製の効率化に向けてさらに研究を進めていく予て作成した空気電池の電圧特性

Voltage / V

定である。

1.5

参考文献

1.0

1)

T. Okada, T. Saiki, S. Taniguchi, T. Ueda, K. Nakmura, Y.
Nishikawa, Y. Iida, ISRN Renewable Energy, 2013,

0.5

827681-1-7, 2013.

0.0
0

200

400

600
800
Time / min.

1000

1200

2)

谷口誠治、月刊光アライアンス、8 月号、20-23, 2013.

3)

T. Saiki, S. Uchida, T. Karita, K. Nakamura, Y.
Nishikawa, S. Taniguchi, Y. Iida, Int. J. of Sustainable

図 10 第三高調波照射後に生成した還元 Zn ナノ粒子をand Green Energy, 3, 143-149, 2014.

用いて作成した空気電池の電圧特性
4)

佐伯 拓、谷口誠治、中村和広、飯田幸雄、電気学会論文誌 A, 135, 559-564, 2015.

５．まとめ
本研究では、酸化亜鉛ナノ粒子を出発物質に、液中レ

5)

谷口誠治、月刊 OPTRONICS、419、101-106, 2016.

ーザーアブレーション法による還元Zn ナノ粒子の作製

6)

谷口誠治、木村優作、佐伯 拓、ILT2016 年報、pp.4852, 2016.

─ 38 ─

レーザー核融合炉チェンバー内のプルーム同士の衝突の3 次元シミュレーション
理論・シミュレーションチーム
古河裕之、乗松孝好 1
1

大阪大学レーザー科学研究所

１．はじめに

昨年度までの研究により、1 枚のタイルから吹き出

高速点火レーザー核融合炉発電プラント「KOYO-fast」

すプルームは、タイルの表面に対して垂直な方向にほでは、厚さ 3 mm から 5 mm 程度の液体リチウム鉛が第ぼ直進するため、チェンバー中心近傍でのプルーム同一壁に沿って滝状に流下する液体壁構造により、第一士の衝突は殆どない、ことが示された。しかし、チェン壁を保護している 1-4)。液体壁は、核融合燃焼により生

バー内の液体壁近傍では、隣接する 2 つのタイルからじた X 線、 粒子及びデブリ粒子により、液体から飛散するプルーム同士は 15 °の角度で衝突する。本年

中性気体、部分電離プラズマへと相変化を伴いながら

度は、上記の条件を取り入れ、粒子法を用いてプルーム

アブレーションする。生成されたプルームがチェンバ同士の3次元シミュレーションを行った。
簡単のため、

ー中心付近で衝突すると、エアロゾル等が生じ、金属蒸LiPb ではなく鉛で、3 次元シミュレーションを行った。

気の排気、引いては核燃焼反応にとって大きな妨げとなる、ことが予想される。高速点火レーザー核融合炉発

２．粒子法によるプルーム同士の衝突の評価 5)

電プラント「KOYO-fast」では、図 1 に示すように、第プルーム同士の衝突に関し、粒子法を用いてシミュ

一壁から飛散したプルームがチェンバー中心部に集中

レーションを行った。図 2 は、プルーム同士の衝突のしないように、第一壁を角度を付けたタイル構造にし概略図である。衝突の結果、プルームの y 方向の速度ている 4)。

が負になると、プルーム同士がチェンバー中心付近で衝突する可能性が生じる。

y
Tile

核燃焼

Tile

デブリ粒子

プルーム

x

15 degreexy
30 degree

図 2 プルーム同士の衝突の概略図

Tile
6m

粒子法は、流体を任意の大きさの塊に離散化して、それを仮に粒子という存在として計算する方法であ

図 1 KOYO-fast の液体壁チェンバー第一壁のタイルる。基礎方程式は、以下のように書ける。

構造の概念図─ 39 ─

du uik 1  uik
P



 u
dt
t


(1)

質量密度  は、重み関数 w を用いて以下のように「青×粒子」に x 方向の初期速度 v0 cos 15°、y 方向の初期速度 v0sin 15°を与え、シミュレーションを行った。図 4 は、v0=106 cm/s の場合の「赤○粒子」と「青

書ける。


 m
ni / V m  w r j  ri / V(2) r  re  r  re 

(3)

j i



re / r  r / re  2
wr   
0

4 3
re
3

ら、衝突により 2 つのプルームが一体となって運動する、ことが分かる。

(4)

ここで、re は相互作用長である。

Pj  Pi r j  ri
3
w r j  rini j  i r j  ri r j  ri





(5)

1 10

6

9.5 1059 10

5

8.5 10

5

8 10

5

3 10

5

2 10

5

1 10

5

vx 赤○
vx 青×

vy 赤○
vy 青×

< vy > (t)圧力勾配は、以下のように離散化する。

P i×粒子」の速度の統計平均の時間発展である。図 4 か< vx > (t)V

図3の「赤○粒子」に x 方向の初期速度 v0 を与え、粘性率は、以下のように定義する。

ν n u   2rPb  n u
2

(6)

0

0.2

0.4

0.6

Time (s)

0.8

1

0

(1)– (6) を連立して解く。
図 4 「赤○粒子」と「青×粒子」の速度の統計平均の
時間発展

３．シミュレーション結果
0.05 Torr の場合と0.01 Torr の場合で、衝突する 2 つのプルーム各々の速度の時間発展を求めた。境界条件

図 5 は、y 方向の速度が負である「赤○粒子」の存は、x y z 全ての方向において周期境界条件とした。図在確率である。衝突により、0.3s 程度で y 方向の速

3 は、0.05 Torr の場合の初期位置である。

度が負である「赤○粒子」が存在しなくなる、ことが分
かる。

5
0.5
0.4

3

Rate

y (a.u.)

4

2

0.2
0.1

1
0

0.3

0

0

1
図3

2

3

x (a.u.)

4

0

0.1

0.2

0.3

Time (s)

0.4

0.5

5
図 5 y 方向の速度が負である「赤○粒子」の存在確率

初期位置─ 40 ─

図 8 は、y 方向の速度が負である「赤○粒子」の存

図 6 は、0.01 Torr の場合の初期位置である。

在確率である。衝突により、0.4s 程度で y 方向の速度が負である「赤○粒子」が存在しなくなる、ことが分

5

かる。
0.5
0.4

3
Rate

y (a.u.)

4

2

0.3
0.2
0.1

1

0

0

0

1

2

3

4

x (a.u.)

0

0.1

5

0.2

0.3

Time (s)

0.4

0.5

図 8 y 方向の速度が負である「赤○粒子」の存在確率
図6

初期位置
４．結言と今後の課題

図 7 は、0.01 Torr の場合の「赤○粒子」と「青×粒粒子法により、衝突する 2 つのプルーム各々の速度

子」の速度の統計平均の時間発展である。初期速度の与の時間発展を求めた。y 方向の速度が負である粒子のえ方は、0.05 Torr の場合と同じである。図 7 から、衝存在確率も求めた。双方の結果から、液体壁近傍での 2突により 2 つのプルームが一体となって運動する、こつのプルーム同士の衝突は、チェンバー中心近傍でのとが分かる。0.05 Torr の場合と比べ、2 つのプルーム

プルーム同士の衝突に大きな影響を与えない、ことがが一体となるまでの時間が、わずかに長い。粘性の大き示唆された。今後、これらの結果を基に、チェンバー内

さの違いが表れている。

の金属蒸気の 3 次元的挙動を明らかにする。

9.5 10

6

3 10

vx 赤○
vx 青×

5

8.5 10

5

8 10

5

5

vy 青×

5

参考文献
1) H. Furukawa、T. Norimatsu : Plasma and Fusion Research、11

2 10
9 10

5

1 10
vy 赤○

5

< vy > (t) (cm/s)< vx > (t) (cm/s)

1 101405084-1 - 1405084-5, 2016.
2) 古河裕之, 乗松孝好: プラズマ核融合学会誌, 87, 51-55,
2011.
3) 古河裕之, 城﨑知至, 神前康次, 乗松孝好, 疇地宏, 西川雅
弘, 田中和夫, 三間圀興, 苫米地顕, 山中千代衛:

0

0.2

0.4

0.6

Time (s)

0.8

1

0

プラズマ核融合学会誌, 82, 617-627, 2006.
4) 神前康次, 乗松孝好, 古河裕之, 林巧, 惣万芳人, 西川正史,
苫米地顕: プラズマ核融合学会誌, 83, 19-27, 2007.

図 7 「赤○粒子」と「青×粒子」の速度の統計平均の

5) 越塚誠一、柴田和也、室谷浩平：粒子法入門、丸善出版。

時間発展
─ 41 ─

プラズマ物理からみた地震前電離層電子密度変化の研究
理論・シミュレーションチーム
古河裕之、山中千博 1、奥村暢朗 2、杉浦繁貴 2
1

大阪大学理学部、2（株）コンポン研究所

１．はじめに大地震の発生前における電磁気的な現象は、送信電波の伝搬異常・雑音発生、環境電磁場の変動
や発光現象、あるいは地電流の観測といった形で過去からその存在が指摘されてきたが、必ずしも明確に観測されるわけではなく、その後の地震現象との関連も明らかにはなっていない。
2011 年 3 月 11 日の東北地方太平洋沖地震（MW=9.0）では、北海道大学の日置により、
GPSTEC の手法で、地震発生 40 分前から震源上
空の電離層電子密度の増大が観測・報告された 1)。
GPSTEC とは、GPS 衛星の出す電波が電離層電子によって遅延を受けることを利用し、地上局から衛星へ向けた視線方向の電子密度を算出する手法である。TEC 異常は、主に太陽活動と関連があり、そういった宇宙起源の現象は全地球的に変化を及ぼしうるので、局所的な現象とは区別をつけることができる。日置は、1994 年から 2015 年ま

図 1

東北地震時の電離層総電子数 (TEC)変化。

での太陽起源の磁気嵐の時期を除外した M8 以上

15 番衛星を地上局 950038（相馬 1）950227の地震前の震源上空の TEC 異常を解析し、過去（千葉）で観測した例。実線は fitting 関数
で、実測では、地震発生から 40 分程度前か

11 回の例ですべて地震発生直前数十分以内におら正の異常があることがわかる。日置 1) にける TEC 異常があったことを示した 2)。この一致基づき再計算した。

率を単なる偶然の一致とすることは困難で、初めて科学的に意味のある地震前兆現象ではないか、と考えられ始めている。しかし、これらの現象を説明できる物理モデルはまだなく、現象の詳細な観測とともにモデルの提出が求められている。
そこでレーザー技術総合研究所では、大阪大学
理学研究科、（株）コンポン研究所と共同で、この大地震発生前の電離層の電子密度変化に関してプラズマ物理の立場から考察する研究を開始した。

図 1 は、GPS を用いた電離層総電子数 (TEC)の解析結果である 1)。電離層総電子数が増加していることが分かる。
一つの考え方として、考えるべき TEC 異常が、宇宙起源ではないならば、それは地球起源であり、もしそれが地震活動と関連するならば、それは地殻の状態変化に影響されると考えるものである。
地震の直前においては、震源地殻に対する応力変化が進み（震源核形成）、その変動に伴い圧力の変化が臨界的になっていることが考えられる。そ─ 42 ─こで、圧力変化（ゆらぎ）に伴う地殻の電気分極ガスによる移動を仮定した。以下は、他の電気分変動があれば、地震動の発生前に、分極電荷によ極機構を考えても基本的に有効な議論であるとる電磁場発生が起こり、電離層の電子密度分布等考えられる。次に地球磁場は Y 方向に一様、Bearthに影響を与えることが想定できる。我々は、定量= 25000 nT とした。震源核については、時間 t = 0

的にその可能性を探るために、地下 100 km 程度

から、X 軸のマイナス方向、地中から地上に向かの所での電気分極を仮定して、それが震源域上空って の角度で大地の亀裂が始まり、速度 v0 で進

電離層の電子密度へ与える影響を評価すること展するものとした。亀裂の表面に現れる電荷及びを考えた。

電流を求め、上空に現れる電場及び磁場の時間発展を求める。今回は電荷発生について、榎本の岩２．開発したシミュレーションコード 3, 4)石破壊実験の値を用いた（私信）。図 3 は、亀裂

2.1の表面に現れる電荷の物理モデルの概念図であ簡単化した地球モデル

本研究では簡単のため、平面地球で、プラズマる。

の成分は電子と水素のみ、擾乱のない静かな電離層を仮定した。座標系は X - Y - Z の直交座標系
を用い、震源域と震源核の大きさを地震のマグニ
チュードの関数とするモデルを導入した。地下100 km 程度の場所での電気分極を仮定し、それがガス流体で拡散するモデルを考えた。さらに流体が震源核を通り越した時刻以降、電荷は再結合により指数関数的に減衰するとした。図 2 は、地震の震源域と震源核の概念図である。

図 3 亀裂の表面に現れる電荷の物理モデルの概念図
マグニチュード Mw と震源域の大きさ W0 と
L0 の関係は、次式で表される 5)。
W0  100.55 Mw  2.19  km 

575.440 km  Mw 9 

L0  100.31Mw  0.63  km 

144.544
km  Mw 9 

震源核の大きさは、次式で表される。
28.772 km  Mw 9 

図 2 震源域と震源核の概念図

(1)
(2)


w0 0.05

W0

(3)


f 0 0.05

L0 7.227 km  Mw 9 (4)

流体の速度は、次式で与えられる。
h 2 Pc
v0 
12 f 0

http://www.mhlw.go.jp/topics/bukyoku/kenkou/suido/houkoku/suid
ou/dl/130801_s01.pdf より改変。

(5)

ここで、h はクラックギャップで h = 0.1 mm 、
今回は、破壊核形成の拡がりに従って平面的に は粘性率で = 1.510-5 Pas である。

分極するモデルを仮定し、分極メカニズムとして

Pc は圧力差で、次式で与えられる。

は、震源核形成時の破壊による電子放出と、深層─ 43 ─

Pc  Pa  1.51 10 4 Dc 4.183  108 Pa(6)

(5) 式に数値を代入すると、v0 = 3.215 m/s とな

d B t る。
最大電荷量 Qmax は、以下のようになる。
(7)
Qmax 
1.17  10 6 w0  f 0  C  
243.284 C

0 d Q  t 
0 Q  t  dy n  r
v0 n  r
v0 3

3
4 r
4
w0
r
(18)
(19)

 cos  , 0,  sin  y Q t 
Bx  t   0
v0 sin  ynmax Y  ydy
時刻 t における電荷量は、以下のようになる。
min
4  w0r3
Q  t  Qmax t
t  tc0 Q  t (8) v0 sin   A
 t  tc Qmax exp  tt
4  w0c Q t By  t    0
v0
ここで tc  f 0 / v0 t  t / tc であり、規格化され4  w0た時間を表す。 は電荷の寿命に相当する時間で  X  x  t   sin    Z  z  t   cos あり、 = 100 s とした。計算時間の短縮のため、



tc = 600 s となるように、加速計算を行った。
2.2

A



則により求めた。図 3 中の着目点 P に発生する

Ex  t  

4 0

w0



ymin

ymax Y  y
Q t 
Ey t  dyy4   0 w0 min r 3

Ez  t  AQ  t   Z  z  t  

4 0

w0

2.4

1
dy
r3

(22)

1

 X  x t   Z  z t   Y  y  
2

2

1/ 2

2

1

(23)

 X  x t   Z  z t   Y  y  
2

2

2

1/ 2

の効果のみでなく電場の効果も含められるよう

A (11)

4   0 w01
ymin r 3 dy
ymax

(12)

 X  x t    Z  z t   Y  y  
2

基礎方程式

1 流体モデル（プラズマ近似）を基本に、磁場(10)Q t 

2

(21)

(9)

1

2

1
dy
r3

min

電場は、以下のように表される。
1 d Q  t  r Q  t  dy r
d E t  
4   0 r 2 r 4   0 w0 r 3
ymax

ymax
ymin

max

岩盤上の電荷による電場をビオサバールの法Q  t   X  x  t  

 Q t 
Bz  t   0v0 cos   A
4  w0

岩盤上の電荷及び電荷による電場の物理モ

デル

(20)

に基礎方程式を導出し、空間 2 次元、速度 3 次
元、電場3 次元、磁場 3 次元のシミュレーション
コードを作成した。E + Bbio + Bearth の下でのプラズマの運動を求めた。

1/ 2

max

光電離などによる電子、及びイオンの生成を無(13)視すると、電子及びイオンの連続の方程式は次のymin W0 / 2  w0 / 2(14)

ように書ける。
 ne    ne v e   0tymax W0 / 2  w0 / 2

(15)



1

 X  x t   Z  z t   Y  y  
2

2

2

1/ 2

min

L0

x t 
cos   v0 t cos 2z t   L0 sin   v0 t sin 

2.3

 ni
    ni v i   0
t

(16)

(24) 式と(25) 式から、次式が導ける。
 e n
 j
t

(17)

n  ne  ni

岩盤上の電流及び電流による磁場の物理モj e  ni v i  ne v e    e ne v e

デル
岩盤上の電流による磁場をビオサバールの法則により求めた。図 3 中の着目点 P に発生する

(24)
(25)

(26)
(27)
(28)

電子の慣性を無視すると、電子の運動方程式は以下のように書ける。
0   Pe  ene E  ene v e  B

磁場は、以下のように表される。
─ 44 ─

(29)

イオンの運動方程式は以下のように書ける。
v

mi ni  i  v i v i    Pi  eni E  eni v i  B  mi ni g

t


(30)
(29) 式と(30) 式を足すと、次式が得られる。
v
 v v      Pi  Pe   e  n E  j  B   g t450 km200 km0
450 km575.440 km

575.440 km

575.440 km

12

log10 ne0(m-3)

200 km8

0(31)

図 4 初期電子密度分布

ここで、 は質量密度、j は電流密度である。(29)式では、電子の速度を一意的に決定することはできないので、本研究では以下のように仮定した。

  mi ni

j   e ne v eve  v(32)

電荷分布により生じる電場は、ポアソン方程式
より求める。
e 2   n 図 5 は、各々の時刻の電子数密度から初期電子数密度を引いたものを、該当領域で積分したものの時間発展、と電荷量の時間発展である。図中の c は、震源核中心部でのデータ、LA は震源核全体で平均をとったものである。電荷量が減少す(33)

るタイミングと、電子数が減少するタイミングにEind  (34)

若干の差異が生じている。


E Eind  Eext

(35)

0

0.5

に解くことは、非常に難しい。そこで任意に決定
り、nmax を定義した。 (y,z) は、プラズマの実
質分極の程度を決める係数である。

 nmax  y, 
z

0
e

  Eind  y, z    y, z (36)

上記連立方程式を解き、大気層、及び電離層のオン温度共に、時間空間的に300 Kで一定とした。

v0 = 12.05 m/s

0.4

200

0.3

150
c

0.2

100

0.1
0

電子密度分布の時間発展を評価した。電子温度イ

250

LA

0

200

400

600

Time (s)

Q(t)
800

50
0
1000

図 5 電子数と電荷量の時間発展

電離層での  は 1、大気層での  は 0とした。

図 6 は、600 秒後の電子密度分布の初期電子

３．シミュレーション結果
図 4 は、シミュレーションに用いた初期電子密度分布である。薄い水色部分は、震源地の上空密度からの差である。震源域上空で電子数密度が増加していることが分かる。

を表す。
N ec  t 

W0 / 2 y / 2
1 450 kmdz 
 n  y, z, t   ne 0  y, z   dy
W0 / 2 y / 2  e
 y 0 km(37)
W0
1 450 kmN t 
dz   ne  y, z , t   ne 0  y, z   dy
0
W0 0
LA
e

(38)
TEC unit = 10 / m
16

2

Q(t) (C)されるパラメーター  (y,z) を導入し、次式によNe (t) / TEC unit

外部電場下のポアソン方程式を数値的に安定(39)
─ 45 ─

図 6 600 秒後の電子密度分布

図 7 は、1000 秒後の電子密度分布の初期電子密度からの差、である。震源域上空で電子数密度

図 10 は、600 秒後の外部磁場分布である。地球磁場に比べ、十分に小さい。

分布が崩れていることが分かる。

図 7 1000 秒後の電子密度分布
図 8 は、600 秒後の外部電場分布である。地表付近で 200 V / m 程度の外部電場が生じている。
図 10 600 秒後の外部磁場分布
図 11 は、600 秒後の誘導電場分布である。図から、y 方向（水平方向）の誘導電場分布が電子数密度の増加に大きく影響を及ぼしている、ことが示唆された。

図 8 600 秒後の外部電場分布
図 9 は、1000 秒後の外部電場分布である。600
秒後のそれと比べ、大きく値が減少している。

図 11 600 秒後の誘導電場分布

図 12 1000 秒後の誘導電場分布

図 9 1000 秒後の外部電場分布
─ 46 ─

図 12 は、1000 秒後の誘導電場分布である。

長い地表電荷分極による電磁場により、電離層電600 秒後のそれとは、分布形状が大きく異なって子が、優先的に駆動されてその密度を上げるプロいる

セスを模擬した。電子密度増大という初期に課したプラズマ近似条件に反しているのは、あくまで過渡的な現象として観測データを模擬する為で

４．結言

1 流体モデルを基本に、磁場のみでなく電場のある。簡略化したモデルではあるが、一定時間保効果も含んだ基礎方程式を導出し、空間 2 次元、

持・増加する地上電荷が、電離層電子に影響を与速度 3 次元、電場 3 次元、磁場 3 次元のシミュ

えうることが示されたといえる。より現実的な物

レーションコードを作成した。岩盤上の電荷によ理的描像を得るために、さらなるモデルの改善はる電場と磁場をビオサバールの法則により求め、必要である。

E + Bbio + Bearth の下でのプラズマの運動を求めた。
当該領域上空において、電子密度の増加が確認さ

参考文献

れた。

1)

Heki, K. Geophys. Res.Lett. 38. L17312. (2011)

2)

Heki, K and Y. Enomoto, J. Geophys. Res. Space

震源域と震源核の大きさを地震のマグニチュードの関数とするモデルを導入し、シミュレーシ
ョンを行った。流体が震源核を通り越した場合、Phys., 120, 7006-7020, (2015)
3)

J. D. Huba, G. Joyce, and J. A. Fedder:

電荷は指数関数的に減衰するとした。電荷量が減‘Sami2 is Another Model of the Ionosphere (SAMI2)

少するタイミングと、電子数が減少するタイミン- A new low-latitude ionosphere model’

グに若干の差異が生じた。岩盤上に一定量以上のJ. Geophys. Res. 105, No. A10, 23,035-23,053,

電荷が存在することが、当該領域での電子数の増

OCTOBER 1, 2000.

加を保持するために必要であることを示唆する

4)

西川恭冶、大林康二、若谷誠宏；「連続流体物理学」
朝倉現代物理学講座 – 9。

結果が得られた。
本シミュレーションは、擾乱のない静かなプラ

5)

ズマ近似モデルから出発し、過渡的で持続時間の─ 47 ─

平成 23 年(2011 年)東北地方太平洋沖地震による強震動：防災科学技術研究所

355nm 用光学素子のレーザー損傷耐性データベース
レーザー技術開発室
本越伸二、岸田知門、實野孝久 1
1

大阪大学レーザー科学研究所
ース化試験の内容を示す。8 年間で合計 547 個の光学素

１．はじめにレーザー装置およびその応用機器には、ミラー、ビー子のデータを蓄積することができた。

ムスプリッタ、偏光子など、多くの光学素子が使用され

平成 28 年度は、355 nm 用高反射ミラーと反射防止膜ている。これら光学素子は高出力レーザー光に曝されるについてデータベース化試験を行った。本報告書では、と、しばしば損傷（レーザー損傷）を引き起こす。損傷

その結果について考察するとともに、同一仕様で実施しが発生した部分は、当初の光学性能が得られないだけでた平成 22 年度の結果との比較をまとめた。

はなく、回折等により後段光学素子の損傷の要因にもなる。そのため、より高いレーザー損傷耐性（損傷しきい

２．評価光学素子の仕様
データベース化試験を行った 355nm 光学素子の特性値）を持つ光学素子の開発が望まれ、国内外の多くの企
業・研究機関により研究が進められている。

仕様と、参加企業数、試料数を表 2 に示す。第 17 回の光学素子のレーザー損傷しきい値の標準化と情報発

評価対象は、レーザー装置内で多く使用されている入射信を目的として、「レーザー損傷耐性データベース化試

角 45°で、P 偏光に対して 99.5%以上の反射率を持つ高験（以下、データベース化試験）」を実施している。こ反射膜とした。P 偏光で S 偏光と同じ反射率を得るため

れは、評価する光学素子の仕様を毎回決め、その仕様にには、より多くの層数が必要となる。また、一般に、P合った光学素子を参加企業から提供して頂き、同じ条件

偏光の方がレーザー損傷しきい値は低くなる。第 18 回で試験を行うものである。これまで、波長 1064nm、は、レンズやウィンドウの表面にコートされる入射角532nm、355 nm、248nm のレーザー装置に用いる光学素

0°の反射防止膜を対象とした。
反射防止膜の場合には、子に対して試験を行ってきた 1-3)。各企業から提供されコートする基板の材質、粗さによりレーザー損傷しきいた光学素子のレーザー損傷しきい値はそれぞれの企業

値が変化するため、基板を表面粗さ 10Å以下に研磨さに対してのみ報告するが、同時に、全ての試験結果をレれた合成石英ガラスと指定した。また、ガラス裏面も同ーザー損傷しきい値の頻数分布としてレーザー総研の程度のエネルギー密度のレーザー光に曝されることか

ホームページ上で公開し、ユーザーにも確認して頂ける

ら、裏面の表面粗さも表面と同程度であることを要求しようにしている 4)。表 1 に、これまで実施したデータベた。

表 1 光学素子のレーザー損傷耐性データベース化試験の過去実施内容
型

角度・偏光

1064 nm

532 nm355 nm

248 nmミラーコート

45°・P

○

○

○

○

反射防止コート

0°・

○

○

○

○

石英ガラス表面0°・

ダイクロイックミラー

45°・P

多層膜偏光子56.5°・P,S○○

─ 48 ─

○４．355nm 用高反射膜のレーザー損傷しきい値

表 2 データベース化試験光学素子仕様
第17回

第18回

図 1 に測定した 355nm 用高反射膜試料の損傷しきい

高反射膜

反射防止膜

値の頻度分布を示す。第 17 回の試験で用いた 13 個の試

長

[nm]

355

パルス幅

[ns]

8

波

料の中では、最高損傷しきい値は 49J/cm2、最低損傷しきい値は 11J/cm2 であった。また、最頻度数のしきい値

入射角度 [°]

45

0

光

P

-

は 20－25J/cm2 であった。平成 22 年度に実施した同一

>99.5

<0.5

仕様の第 5 回データベース化試験の結果（図 2）と比較

基板材料

指定なし

石英ガラス

基板研磨状態

光学研磨

RMS<10Å

裏面研磨状態

指定なし

表面と同様

5 回の時に高いしきい値を示したメーカーが今回は参

参加企業数

7

7

加していないためである。第 5 回の最頻度数損傷しきい

評価試料数

13

25

偏

反射率

[%]

すると、最高損傷しきい値が下がっている。これは、第値が 25－30J/cm2 であることから、355nm 用高反射膜に6参加した企業数と個数は、第 17 回では 7 社 13 個、第海外サンプル
参加サンプル

18 回では 7 社 25 個であった。
4

３．評価装置と方法
レーザー損傷しきい値評価試験には、波長 1064 nm、
パルス幅 10 ns の Q スイッチ Nd:YAG レーザー（Spectra

2

Physics 社 Quanta-ray）の第三高調波（355nm）を使用した。縦モード、横モードともに単一モード発振器の出力0を増幅器により増幅した後、KTP 結晶と LBO 結晶を用

0

10

20

いて、波長 355nm に変換した。その後、焦点距離 2000
mm のレンズを用いて試料上に集光した。試料に照射す

30

40 50

60

70

80

90 100

2

損傷しきい値 [J/cm ]図 1 355nm 用高反射膜のデータベース化試験結果

るレーザーの時間波形、エネルギーは、バイプラナ光電管とエネルギーメータでそれぞれ計測した。また、試料表面と等価なイメージ点に CCD カメラを設置し、試料10
海外サンプル
参加サンプル8

上のビーム形状およびビームサイズを計測した。照射レーザー光のエネルギーは、基本波エネルギーを 1/2 波長

6

板とプレート型偏光子を用いて調整することにより行った。

4

評価方法には、1-on-1（1 パルス照射毎に損傷の有無に関わらず照射位置を移動する）試験法を採用した。照射前後の試料表面をノマルスキー顕微鏡（50 倍）により観察して損傷発生の有無を確認した。レーザー損傷しきい値は、損傷が発生した最小エネルギー密度として決定
し、照射ガウス分布のピークエネルギー密度で表した。

2

0

0

10

20

30

40

50

70

80

90

100

損傷しきい値 [J/cm 2]

図 2 H22 年度第 5 回データベース化試験の結果（355nm 用高反射膜）

─ 49 ─

60

ついては、この６年間で大きな変化はないと判断するこ6とができる。

参加サンプル５．355nm 用反射防止膜のレーザー損傷しきい値(a) 4

図 3 に測定した 355nm 用反射防止膜の損傷しきい値
頻度分布を示す。比較のために、平成 22 年度に実施した同条件の第 6 回データベース結果を図４に示す。第2

18 回の25 個の試料の中で、最高損傷しきい値は77J/cm 、2

最低損傷しきい値は 10J/cm2 となった。第 6 回試験の最高損傷しきい値が 41J/cm2 であったことから、約２倍高

0

0

10

20

耐力の反射防止膜が製作されている。また、この最高損
傷しきい値は、図 2 に示した第 5 回高反射膜の最高損傷
しきい値 75J/cm2 とほぼ同じ値であることから、多層膜

30 40

50 60

70 80 90 100
2

損傷しきい値 [J/cm ]図 3 (b)355nm 反射防止膜のデータベース化試験結果
25に使用されるコーティング材料自身の損傷しきい値で海外サンプル
参加サンプル

決まる上限と思われる。

20

第 18 回の最頻数しきい値は 20－25J/cm2 であり、この値は 6 年前の 5－10J/cm2 に比べて 2 倍以上大きな値と15なっている。つまり、コーティングメーカー全体の技術10が向上したものと考えられる。

(a)

６．まとめ
平成 28 年度に実施した波長 355 nm 用光学素子のデ50ータベース化試験結果についてまとめ、過去の同一仕様

0

10

20

30 40

50 60

70 80 90 100

損傷しきい値 [J/cm 2]の試験結果との比較を行った。高反射膜については、耐図 4 H22 年度第 6 回データベース化試験の結果力向上は認められなかったが、反射防止膜については、（355nm 用反射防止膜）

最高損傷しきい値、最頻数しきい値ともに、2 倍以上の向上が確認され、今後、紫外レーザー光の高出力化、産業応用に大いに貢献できるものと期待される。
平成 29 年度からは、繰返し 10Hz パルスによる 100on-1 条件でのデータベース化試験を開始する。
まずは波
長 1064nm 用光学素子に対して実施し、これまでの 1 パ

参考文献
1） 本越伸二他: ILT 2016, レーザー技術総合研究所, 2016.
2） S.Motokoshi, et al.: Proc. of Laser-Induced Damage in Optical
Materials 2010, SPIE 7842, 78420F-1, 2011.
3） S.Motokoshi, et al.: Proc. of Laser-Induced Damage in Optical

ルスによるデータベースと比較することにより、産業用
光学素子の課題についても検討していく。

Materials 2011, SPIE 8190, 81900I-1, 2012.
4） http://www.ilt.or.jp/kenkyukai.html

─ 50 ─

発 表 論 文 リ ス ト

発表論文リスト○レーザーエネルギー研究チーム
著者 C. Ding, Y. Wei, Y.Wang, Q. Li, X. Lei, W. Wang, D. Li, Y. Gong
題
目 2-Dimensional Microstrip Meander-line for Broad Band Planar TWTs
論文誌名IEEE International Vacuum Electronics Conference proceedings, DOI:
10.1109/IVEC.2016.7561870, 2016

著

者

Y. Wang, Y. Wei, D. Li, W. Wei, G. Guo, L. Zhang, C. Ding, Y. Gong, J. Feng,
Gun-Sik Park

題

目

A Novel Method to Obtain the Slow-Wave Dispersion Characteristics of Slow-Wave
Structures

論文誌名 Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 37, p.1055, 2016
著者 M. Takemura、F. Yabu, Y. Kuboda, D. Li, S. Yamaguchi, M. R. Asakawa
題
目 Coherent Smith-Purcell radiation emitted by electron bunches produced by photoinjector
論文誌名 J. Jpn. Soc. Infrared Science & Technology, 26, p.50, 2016著者 D. Li, Y.Wang, M.Nakajima, M.Hashida, Y.Wei, S.Miyamoto
題目 Harmonics radiation of graphene surface plasmon polaritons in terahertz regime
論文誌名 Physics Letters A, 380, p.2181, 2016
著
者 W. Wei, Y. Wei, L. Yue, Z. Lu, L. Zhang, M.i Huang, Y. Gong, W. Wang, D. Li
題目 Small-Signal Analysis of a Square Helix TWT
論文誌名
著
題

IEEE International Vacuum Electronics Conference proceedings,
DOI: 10.1109/IVEC.2016.7561888, 2016

者 D.Li, Y. Wang, M. Nakajima, M. Hashida, Y. Wei, S. Miyamoto, M. Tani
目 Terahertz Radiation from Graphene Surface Plasmon Polaritons

論文誌名

Proceedings of International Conference Infrared, Millimeter and Terahertz waves,
DOI: 10.1109/IRMMW-THz.2016.7758931, 2016

著

者

Y. Wang, Y.Wei, W. wei, X. Shi, X. Lei, Q. Li, H. Yin, J. Xu, L. Zhang, C. Ding, Y. Gong,
W. Wang, D. Li

題

目 Theoretical Study of the Growth Rate in a Cherenkov Free-Electron Laser with Two Beams

論文誌名IEEE International Vacuum Electronics Conference proceedings,
DOI: 10.1109/IVEC.2016.7561872, 2016

○レーザープロセス研究チーム
著者

M. Fujita, H. Ohkawa, T. Somekawa, Y. Maeda, T. Matsutani, J. Bovatsek, R. Patel,
N. Miyanaga

題
目 High Power UV Laser Processing of CFRP with Various ns Pulses
論文誌名 Proceedings of ICALEO 2016, paper #M204, 2016
著
者 T. Somekawa, M. Otsuka, Y. Maeda, M. Fujita
題目Signal enhancement in femtosecond laser induced breakdown spectroscopy with a double-pulse
configuration composed of two polarizers

論文誌名 Jpn. J. Appl. Phys, 55, 058002, 2016
著
者 H. Chosrowjan
題
目 Beam quality and coupling efficiency in coherent beam combining
論文誌名 レーサー学会誌 (The Review of Laser Engineering), Vol. 44, No. 6, 357-362, 2016
─ 53 ─

著
者 M. Fujita, H. Ohkawa, T. Somekawa, M. Otsuka, Y. Maeda, T. Matsutani, and N. Miyanaga
題
目 Wavelength and Pulsewidth Dependences of Laser Processing of CFRP
論文誌名 Physics Procedia, vol.83, pp.1031-1036, 2016
著者 染川智弘題
目 「レーザー3D計測」特集号に寄せて
論文誌名 レーザー研究, 44巻, 5号, p.300, 2016
著

者

H. Chosrowjan, T. Kitamura, M. Fujita, Y. Izawa, K. Tsubakimoto, H. Yoshida,
N. Miyanaga

題
目 Coherent Combining of High Average Power Nanosecond Pulse Laser Beams
論文誌名 IEEE Xplore Digital Library、DOI: 10.1109/LO.2016.7549703, 1, 2016
著者

吉田英次、椿本孝治、藤田尚徳、宮永憲明、ハイク コスロービアン、北村俊幸、
山村健、酒川友一

題目

ロッド型フォトニック結晶ファイバのビーム結合によるパルス動作1.5kW級高平均出力レーザーの開発

論文誌名 レーサー研究, 44巻, 6号, p.363-368, 2016
著
者 T. Somekawa, N. Manago, H. Kuze, M. Fujita
目

Differential absorption lidar measurements of H2O and O2 using a coherent white light
continuum

論文誌名Proc. SPIE 10006, Lidar Technologies, Techniques, and Measurements for Atmospheric
Remote Sensing XII, 1000605, 2016

著

H. Chosrowjan, T. Kitamura, S. Taniguchi, M. Fujita, K. Tsubakimoto, H. Yoshida,
N. Miyanaga, and Y. Izawa

題

者題
目 High-power coherent beam combining: Beam quality and coupling efficiency in CBC
論文誌名 ALPS'16, The 5th Advanced Lasers and Photon Sources, ALPS18-4, 268 - 269, 2016
著
者 T. Somekawa, M. Fujita
題目Raman Spectroscopic Measurements of CO2 Dissolved in Seawater For Laser Remote Sensing
in Water

論文誌名 EPJ Web of Conference,Vol. 119, No. 7,25017, 2016
著
者 K. Mikami, S. Motokoshi, T. Somekawa, T. Jitsuno, M. Fujita, K. A. Tanaka, and H. Azechi
題

目Theoretical analysis for temperature dependences of laser-induced damage threshold of
optical thin films

論文誌名 Journal of Physics: Conference Series,Vol.688,012065, 2016著者 北村俊幸、ハイク コスロービアン、染川智弘、武者満、井澤靖和
題

目空間フィルターとStochastic Parallel Gradient Descent (SPGD)アルゴリズムを用いたタイルア
パーチャーコヒーレントビーム結合

論文誌名 レーサー研究, 44巻, 6号, p.390 - 394, 2016
著者 染川智弘、笠岡誠、中井政明、藤田雅之、井澤靖和
題目 レーザーラマン分光法による油様物質のその場識別手法の開発
論文誌名 レーザー研究, 44巻, 4号, pp.272-275, 2016
著者 藤田雅之題
目 レーザーを用いたドライプロセス
論文誌名 ケミカルエンジニヤリング, 61巻, 10号, pp.744-749, 2016─ 54 ─

著者 染川智弘題
目 レーザーを用いた環境計測の可能性
論文誌名 オプトロニクス, 419巻11号, pp.89-94, 2016
著者 藤田雅之題
目 レーザーを用いた多層・複合材料の加工
論文誌名 オプトロニクス, 419巻11号, pp.95-100, 2016
著者 藤田雅之題
目 総論：レーザ技術の現状と新展開
論文誌名 電気学会誌, 136巻, 7号, pp.414-417, 2016
○レーザー計測研究チーム
著者 御崎哲一、篠田昌弘、島田義則
題目 ハンマーを用いずに新幹線トンネル覆工コンクリートを壇検査
論文誌名 月間建設機械, 52-57, 2016
著者 島田義則題
目 レーザーを用いたコンクリートの健全性評価
論文誌名 オプトロニクス, 419巻11号, pp.85-88, 2016
著者 島田義則題
目 レーザーを用いたコンクリート健全性評価技術
論文誌名 生産と技術, 68(3), 54-57, 2016
著者 島田義則、オレグ コチャエフ、倉橋慎理、北村俊幸
題目 レーザーを用いたコンクリート構造物の欠陥検査技術
論文誌名 非破壊検査, 65(12), 600-604, 2016著

長谷川登、錦野将元、三上勝大、岡田大、近藤修司、河内哲哉、島田義則、者 倉橋慎理、北村俊幸

題目 レーザーを利用したコンクリートの健全性検査の高速化技術の開発
論文誌名 検査技術, 22(3), 57-61, 2017
著者 御崎哲一、篠田昌弘、島田義則
題目 レーザーを用いたトンネル覆工コンクリート欠陥検査法の研究
論文誌名 会誌フォトニクスニュース, 2(1), 2016
○レーザーバイオ化学研究チーム
N. Nunthaboot、K. Lugsanangarm, A. Nueangaudom, S. Pianwanit, S. Kokpol, F. Tanaka,
S. Taniguchi, H. Chosrowjan, T. Nakanishi, M. Kitamura

著

者

題

Photoinduced electron transfer from aromatic amino acids to the excited isoalloxazine in
目 flavin mononucleotide binding protein. Is the rate in the inverted region of donor – acceptor
distance not real?

論文誌名 Journal of Photochemistry and Photobiology A. Chemistry, 326, 60-68, 2016
N. Nunthaboot, K. Lugsanangarm, A. Nueangaudom, S. Pianwanit, S. Kokpol, F. Tanaka,
S. Taniguchi, H. Chosrowjan, T. Nakanishi, M. Kitamura

著

者

題

Photoinduced electron transfer from aromatic amino acids to the excited isoalloxazine in
目 single mutated flavin mononucleotide binding proteins: Effect of the dimer formation on therate and the electrostatic energy inside the proteins

論文誌名 Computational and Theoretical Chemistry (CTC), 1108, 1-9, 2017─ 55 ─

著者 谷口誠治題
目 液中レーザーアブレーションによるナノ粒子作製技術
論文誌名 オプトロニクス, 419巻11号, pp.101-106, 2016
○理論・シミュレーションチーム
Y. Nishimura, Y. Kitagawa, Y. Mori, K. Ishii, R. Hanayama, H. Azuma, T. Hioki, T. Nishi,

著

者 T. Motohiro, O, Komeda, T. Sekine, N. Sato, T. Kurita, T. Kawashima, H. Kan , A. Sunahara,
Y. Sentoku, and E. Miura

題
目 Amorphous nanostructuralization in HOPG by 1014W cm-2 laser
論文誌名 Journal of Physics: Conference Series 717, 012073, 2016
H. Hara, G. Araki, Y. Kondo, H. Nagatomo, T-H. Dinh, P. Dunne, G. O’Sullivan, T. Ejima,
T. Hatano, W. Jiang, M. Nishikino, A. Sasaki, A. Sunahara and T. Higashiguchi

著

者

題

目 Characteristics of the soft x-ray emission from laser-produced highly charged platinum plasmas

論文誌名 APEX 9 , 066201, 2016
著

者

K. Tomita, Y. Sato, T. Eguchi, S. Tsukiyama, K. Uchino, T. Yanagida, H. Tomuro,K. Kouichiro,Y. Wada, M. Kunishima, T. Kodama, H. Mizoguchi and A. Sunahara

題目Development of a collective Thomson scattering system for EUV light source plasmas
Biannual Journal of Japanese Society of Radiation Chemistry “

論文誌名 放射線化学, No.102, 27-34, 2016
M. Edamoto, N. Saito, T. Morita, N. Yamamoto, R. Kawashima, S. Miura, Y. Itadani,
H. Nakashima, A Sunahara, S. Fujioka, A. Yogo, H. Nishimura, Y. Mori, and T. Johzaki,

著

者

題

目 Development of a magnetic thrust chamber for a laser fusion rocket

論文誌名

Source of the Document 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 2016.
(Conference paper)

著

S. Kojima, Y. Arikawa, A. Morace, M. Hata, H. Nagatomo, T. Ozaki, S. Sakata, S. H. Lee,
者 K. Matsuo, K. F.F. Law, S. Tosaki, A. Yogo, T. Johzaki, A. Sunahara, H. Sakagami, M. Nakai,
H. Nishimura, H. Shiraga, S. Fujioka, and H. Azechi

題

目Energy distribution of fast electrons accelerated by High intensity laser pulse depending on
laser pulse duration

論文誌名 Journal of Physics: Conference Series 717, 012102, 2016
著

Y. Mori, Y. Nishimura, S. Nakayama, K. Ishii, Y. Kitagawa, T. Sekine, N. Sato, T. Kurita,
者 T. Kawashima, H. Kan, O. Komeda, T. Nishi, H. Azuma, T. Hioki, T. Motohiro,
A. Sunahara, Y. Sentoku, and E. Miura

題
目 Fast heating of imploded core with counter-beam configuration
論文誌名 Physical Review Letters 117, 055001, 2016

著

S. Fujioka, Y. Arikawa, S. Kojima, T. Johzaki, H. Nagatomo, H. Sawada, S. H. Lee,T Shiroto, N. Ohnishi, A. Morace, X. Vaisseau, S. Sakata, Y. Abe, K. Matsuo, K F. F. Law,
S. Tosaki, A. Yogo, K, Shigemori, Y. Hironaka, Z. Zhang, A. Sunahara, T. Ozaki,
者
H. Sakagami, K. Mima, Y. Fujimoto, K. Yamanoi, T. Norimatsu, S. Tokita, Y. Nakata,J. Kawanaka, T. Jitsuno, N. Miyanaga, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga, K. Kondo,
M. Bailly-Grandvaux, C. Bellei, J. J. Santos, and H. Azechi

題目Fast Ignition Realization Experiment with High-Contrast Kilo-Joule Peta-Watt Laser LFEX
and Strong External Magnetic Field

論文誌名 Phys. Plasmas 23, 056308, 2016
─ 56 ─

著

H. Sawada, S. Lee, T. Shiroto, H. Nagatomo, Y. Arikawa, H. Nishimura, T. Ueda,
者 K. Shigemori, A. Sunahara, N. Ohnishi, F. N. Beg, W. Theobald, F. Perez, P. K. Patel,and S. Fujioka

題
目 Flash Kα radiography of laser-driven solid sphere compression for fast ignition
論文誌名 Applied Physics Letters 108, 254101, 2016
著
者 砂原淳
題
目 レーザープラズマシミュレーションの最前線
論文誌名 オプトロニクス, 419巻11号, pp.107-111, 2016

著

Y. Arikawa, S. Kojima, A. Morace, M. Hata, S. Sakata, S. Fujioka, T. Kawashima,
Y. Hironaka, K. Shigemori, Y. Abe, Z. Zhang, X. Vaisseau, S.-H. Lee, T. Gawa, K. Matsuo,
L.K. Fai, Y. Kato, S. Matsubara, S. Tosaki, A. Yogo, H. Nagatomo, S. Tokita, Y. Nakata,者
T. Jitsuno, N. Miyanaga, J. Kawanaka, Y. Fujimoto, K. Yamanoi, T. Norimatsu, M. Nakai,
H. Nishimura, H. Shiraga, FIREX GROUP, LFEX GROUP, H. Azechi, A. Sunahara,
T. Johzaki, T. Ozaki and H. Sakagami,

題

目Improvement in the heating efficiency of fast ignition inertial confinement fusion throughsuppression of the preformed plasma

論文誌名 Nuclear Fusion Vol.57, 066022, 2017
著

T. Johzaki, H. Nagatomo, A. Sunahara, Y. Sentoku, H. Sakagami, M. Hata, T. Taguchi,
者 K. Mima, Y. Kai, D. Ajimi, T. Isoda, T. Endo, A. Yogo, Y. Arikawa, S. Fujioka, H. Shiraga,and H. Azechi,

題目 Integrated simulation of magnetic-field-assist fast ignition laser fusion
論文誌名 Plasma Phys. Control. Fusion, Vol.59, 014045 , p8, 2017
著者 A. Sasaki, A. Sunahara, K. Nishihara and T. Nishikawa
題

目Investigation of the ionization balance of bismuth-to-tin plasmas for the extreme ultraviolet
light source based on a computer-generated collisional radiative model

論文誌名 AIP advances, 105002-1-6, 2016
著
者 T. Shiroto, N. Ohnishi, A. Sunahara, S. Fujioka and A. Sasaki
題
目 Numerical demonstration of high-Z doping scheme on ignition-relevant scale implosion
論文誌名 Physics of Plasmas,Vol.23, 122705-1-8, 2016
著
者 A. Sunahara and K. Nishihara
題目Radiation hydrodynamics simulation of laser Irradiated tin droplet and its extreme ultra-violet
emission Biannual Journal of Japanese Society of Radiation Chemistry “Radiation Chemistry

論文誌名 放射線化学、No.102, pp.41-47, 2016
著

者

R. Kawashima, T. Morita, N. Yamamoto, N. Saito, S. Fujioka, H. Nishimura,
H. Matsukuma, A. Sunahara, Y. Mori, T. Johzaki and H. Nakashima

題
目 The Measurement of Plasma Structure in a Magnetic Thrust Chamber
論文誌名 Plasma and Fusion Research, Vol.11, 3406012, 2016

著

Y. Arikawa, S. Kojima, A. Morace, S. Sakata, T. Gawa, Y. Taguchi, Y. Abe, Z. Zhang,
X. Vaisseau, S. H. Lee, K. Matsuo, S. Tosaki, M. Hata, K. Kawabata, Y. Kawakami,
M. Ishida, K. Tsujii, S. Matsuo, N. Morio, Kawasaki, S. Tokita, Y. Nakata, T. Jitsuno,
者 J. Kawanaka, H. Nagatomo, A. Yogo, M. Nakai, H. Nishimura, H. Shiraga, S. Fujioka,
H. Azechi, A. Sunahara, T. Johzaki, T. Ozaki, H. Sakagami, A. Sagisaka, K. Ogura,A. S. Pirozhkkov, M. Nishikino, K. Kondo, S. Inoue, K. Teramoto, M. Hashida,
and S. Sakabe
目 Ultrahigh-contrast kilojoule-class petawatt LFEX laser using a plasma mirror

題
論文誌名 Applied Optics Vol.55, pp.6850-6857, 2016

─ 57 ─

著
者 T. Asahina, H. Nagatomo, A. Sunahara, T. Johzaki, M. Hata, K. Mima and Y. Sentoku,
題
目 Validation of thermal conductivity in magnetized plasmas using particle-in-cell simulations
論文誌名 Physic of Plasmas Vol.24, 042117, 2017
K. Ishii, Y. Nishimura, Y. Mori, R. Hanayama, Y. Kitagawa, T. Sekine, N. Sato, T. Kurita,
T. Kawashima, A. Sunahara, Y. Sentoku, E. Miura, A. Iwamoto, and H. Sakagami,

著

者

題

目 Velocity measurement using frequency interferometer and chirped pulse laser

論文誌名Proc. SPIE 10089, Real-time Measurements, Rogue Phenomena, and Single-Shot Applications
II, 100890H, 2017著

者 H. Furukawa, T. Norimatsu

題目Two-Dimensional Simulation of a Plume Produced by Ablation in the Liquid Wall Chamberof KOYO-Fast

論文誌名 Plasma and Fusion Research, Vol. 11, 1405084-1 - 1405084-5, 2016
○レーザー技術開発室
著
者 本越伸二題
目 光学素子のレーザー損傷しきい値データベース
論文誌名 オプトロニクス, 419巻11号, pp.112-116, 2016

─ 58 ─

国際学会発表リスト○レーザーエネルギー研究チーム
著

者

題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名

Y. Wei, W. wei, X. Shi, X. Lei, Q. Li, H. Yin, J. Xu, L. Zhang, C. Ding, Y. Gong, W.Wang,
D. Li
Theoretical Study of the Growth Rate in a Cherenkov Free-Electron Laser with Two Beams
17th IEEE International Vacuum Electronics Conference, 19-21 April. 2016, Monterey, USA
W. Wei、Y. Wei, L. Yue, Z. Lu, L. Zhang, M. Huang, Y. Gong, W. Wang, D. Li
Small-Signal Analysis of a Square Helix TWT
17th IEEE International Vacuum Electronics Conference, 19-21 April. 2016, Monterey, USA
C. Ding, Y. Wei, Y. Wang, Q. Li, X. Lei, W. Wang, D. Li, Y. Gong
2-Dimensional Microstrip Meander-line for Broad Band Planar TWTs
17th IEEE International Vacuum Electronics Conference, 19-21 April. 2016, Monterey, USA
D. Li、Y. Wang, M. Nakajima, M. Hashida, Y. Wei, S. Miyamoto, M. Tani
Terahertz Radiation from Graphene Surface Plasmon Polaritons
41st International Conference Infrared, Millimeter and Terahertz wave, 25-30 September. 2016,
Denmark

著 者 D. Li, M.Tani, M. Nakajima, M. R. Asakawa, M. Hashida
題 目 Terahertz radiation from a grating structure with graphene
会議名 The 6th International Workshop on Far-Infrared Technologies, 7-9 March. 2017, Fukui, Japan○レーザープロセス研究チーム
著 者 M. Fujita, H. Ohkawa, T. Somekawa, M. Otsuka, Y. Maeda, T. Matsutani, N. Miyanaga
題 目 Wavelength and Pulsewidth Dependences of Laser Processing of CFRP
会議名

The Second Smart Laser Processing Conference 2016 (SLPC2016), 17-19 May. 2016,
Yokohama,Japan著

H. Chosrowjan, T. Kitamura, S.Taniguchi, M. Fujita, K. Tsubakimoto, H. Yoshida,
N. Miyanaga, Y. Izawa

者

題 目 High-power coherent beam combining (CBC): Beam quality and coupling efficiency in CBC
会議名 ALPS'16, The 5th Advanced Lasers and Photon Sources, 17-20 May.2016, Yokohama,Japan
H Chosrowjan, T. Kitamura, M. Fujita, S.Taniguchiha, Y. Izawa, K. Tsubakimoto, H. Yoshida,
N. Miyanaga

著

者

題

目 Coherent Combining of High Average Power Nanosecond Pulse Laser Beams

会議名
著
題

17th International Conference, Laser Optics 2016, 30 June-1 July.2016, Petersburg,RussianFederation

者 M. Fujita, H. Ohkawa, T. Somekawa, M. Otsuka, Y. Maeda, T. Matsutani, N. Miyanaga
目 Wavelength and Pulsewidth Dependences of Laser Processing of CFRP

会議名

9th International Conference on Photonic Technologies - LANE 2016，19-22 Sept.
2016,Furth,Germany

著

者 T. Somekawa, N. Manago, H. Kuze, M. Fujita

題目Differential Absorption Lidar Measurements of H2O and O2 using a coherent white light
continuum

会議名 SPIE Remote Sensing 2016, 26-29 September. 2016, Edinburgh, United Kingdom

─ 59 ─

M. Fujit, H. Ohkawa, T. Somekawa, Y. Maeda, T. Matsutani, J. Bovatsek, R. Patel,
N. Miyanaga

著

者

題

目 High Power UV Laser Processing of CFRP with Various ns Pulses

会議名

The 35th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics ICALEO2016，16-20 Oct. 2016, San Diego, USA○レーザー計測研究チーム
著 者 M. Norikazu, M. Shinoda, N. Yasuda, T. Asakura, Y. Shimada, S. Emoto
題目Development of Non-destructive Inspection Method for Concrete Elements in Tunnel Linings
Using Laser Remote Sensing

会議名 The World Tunnel Congress, 22-28 April.2016, San Francisco, CA, USA著

者

S. Wada、N. Saito, K. Kase, Y. Otake, Y. Ikeda, T. Kawachi, H. Daido, Y. Shimada,K. Midorikawa

題 目 Nondestructive Inspection of Infrastructures by Laser and Neutron Beam Technology
会議名 Lser Solution for Space and the Earth 2016, 17-20 May.2016, Yokohama, Japan
著

者

題 目
会議名
著 者
題 目
会議名

K. Mikami, S. Kurahashi, T. Kitamura, N. Hasegawa, H. Okada, S. Kondo, K. Oleg,
Y. Shimada, and T. Kawach
Development of the High Speed Inspection System of Defects Inside Concrete
Lser Solution for Space and the Earth 2016, 17-20 May.2016, Yokohama, Japan
O. Kotyaev, Y. Shimada, N. Misaki
A Mobile Laser Based System for Remote Inspection of Shinkansen Tunnels
Lser Solution for Space and the Earth 2016, 17-20 May.2016, Yokohama, Japan○理論・シミュレーションチーム
著 者 A. Sunahara
題 目 Diffusion of external magnetic fields into the cone-in-shell target in the fast ignition
会議名著
題Japan-US workshop on Theory and Simulation on the high energy density physics related to theinertial confinement fusion, 4-5 November.2016, San Jose, CA, USA

者 A. Sunahara
目 Diffusion of external magnetic fields into the cone-in-shell target in the fast ignition

会議名

58th Annual Meeting of the Division of Plasma Physics, 31 October -4 November.2016, San
Jose, CA, USA著

者 A. Sunahara

題

目

会議名
著
題

Generation of Magnetized Plasma by Ultra-intense laser Irradiation on Shell Inner Surface for
Fast Ignition scheme
34-th European Conference on Laser Interaction with Matter (ECLIM2016), 18-23
September.2016, Moscow, Russia

者 A. Sunahara
目 Temporal evolution of external magnetic fields applied to the cone shell target

会議名

14th International workshop on Fast-ignition and High field physics with High power lasers
oint with CLES2016, 17-20 May.2016, Yokohama, Japan著 者 A. Sunahara
題 目 Kinetic modeling on laser-produced plasmas
会議名 Kinetic physics workshop, 5-7 April. 2016, Livermore, CA, USA─ 60 ─

○レーザー技術開発室
著 者 S. Kajikawa, T. Terao, S. Motokoshi, M. Yoshida, O. Ishii, M. Yamazaki, Y. Fujimoto
題

目

会議名
著 者
題 目
会議名
著

者

題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名

Generation of red Q-switched pulse laser in Pr-doped double-clad structured waterproof fluoride
glass fiber with graphene thin film
ALPS'16, The 5th Advanced Lasers and Photon Sources, 17-18 May.2016, Yokohama, JapanT. Yamada, Y. Honda, S. Motokoshi, T. Jitsuno, J. Kawanaka, K. Fujioka, M. Yoshida
Analysis of fluorescence properties for exciting in Cr3+ 4T1 level of Nd/Cr:YAG ceramics
ALPS'16, The 5th Advanced Lasers and Photon Sources, 17-20 May.2016, Yokohama,Japan
T. Mikami, T. Okamoto, T. Jitsuno, S. Motokoshi, V. Samarkin, A. Kudryashov, J. Kawanaka,
N.Miyanaga
Ion-assisted coating for large-scale Bimorph deformable mirror
Pacific-rim Laser Damage '16, 18-20 May.2016, Yokohama, Japan
M. Sugiura, K. Tamura, M. Kobiyama, S. Motokoshi, T. Jitsuno
The investigation of laser induced damage of low dispersion mirrors
Pacific-rim Laser Damage '16, 18-20, May. 2016, Yokohama, Japan
S. Motokoshi, Y. Takemura, T. Jitsuno, M. Yoshida, J. Kawanaka
Laser-induced damage thresholds by double pulses with interval time
Pacific-rim Laser Damage '16, 18-20, May. 2016, Yokohama, JapanT. Jitsuno, H. Murakami, S. Motokoshi, T. Mikami, T. Kawasaki, J. Kawanaka, N. Miyanaga
Source of contamination in damage-test sample and vacuum chamber
Pacific-rim Laser Damage '16, 18-20, May. 2016, Yokohama, JapanT. Yamada, Y. Honda, S. Motokoshi, T. Jitsuno, K. Fujioka, M. Yoshida, J. Kawanaka
Analysis of energy transfer processes for exciting in Cr3+ 4T1 level of Nd/Cr:YAG materials
CLEO'16, Laser Science to Photonic Applications, 5-10 June 2016, San Jose, CA, USA─ 61 ─

国内学会発表リスト○レーザーエネルギー研究チーム
著 者 李大治、本越伸二
題 目 テラヘルツ波によるポリマー碍子内部欠陥診断
会議名 第77回応用物理学会秋季学術講演会、2016年9月15日、朱鷺メッセ
著 者 李大治
題 目 基本波で放射するスミス・パーセル自由電子レーザー
会議名

GHz～THz帯における高電力発振源の開発と応用研究会、2017年1月27日、核融合科学研究所

著 者 李大治、中嶋誠、橋田昌樹
題 目 グラフェン表面プラズモンポラリトンによる電磁波放射
会議名 第64回応用物理学会春季学術講演会、2017年3月15日、パシフィコ横浜○レーザープロセス研究チーム
著 者 藤田雅之
題 目 短パルスレーザー加工の特性と微細加工応用
会議名 OPIEレーザー微細加工セミナー、2016年5月18日、パシフィコ横浜
著
者 藤田雅之題目 パルスレーザーを用いた CFRP の加工
論文誌名 技術情報交換会、2016年6月16日、東京大学工学部2号館
著 者 ハイク コスロービアン
題 目 レーザー加工の最近の国際的な動向
会議名 短パルスレーザー加工の基礎と応用、2016年8月31日、大阪大学吹田キャンパス著 者 藤田雅之
題 目 短パルスレーザー加工の基礎と応用
会議名 短パルスレーザー加工セミナー、2016年8月31日、大阪大学テクノアライアンス棟著者 染川智弘、藤田雅之
題
目 水中ガスリモートセンシングに向けた水溶存メタンガスのラマン分光測定
論文誌名

第34回レーザセンシングシンポジウム、2016年9月9日、野沢温泉スパリーナ・
コンベンションホール

著
者 北村俊幸、ハイク コスロービアン、 椿本孝治、吉田英次、武者満題
目 ロッド型フォトニック結晶ファイバーのモード不安定性の観測
論文誌名 第77回応用物理学会秋季学術講演会、2016年9月13日、朱鷺メッセ
著者 藤田雅之題
目 これからの光加工・計測、光医療のあり方 -その将来像とは論文誌名 インターオプト2016光技術動向セミナ−、2016年9月15日、パシフィコ横浜
著
者 染川智弘、藤田雅之
題
目 水中レーザーリモートセンシングに向けた水溶存メタンのラマン分光
論文誌名 第77回応用物理学会秋季学術講演会、2016年9月16日、朱鷺メッセ
著者 染川智弘題
目 レーザーラマン分光法を用いた変圧器の異常診断手法の開発
論文誌名 第305回 電気材料技術懇談会、2016年10月14日、堂島リバーフォーラム─ 62 ─

著
題者 染川智弘、岡和彦、藤田雅之
目 白色光偏光ライダーの開発

論文誌名
著
題

日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2016、2016年11月1日、
筑波大学東京キャンパス文京校舎

者 藤田雅之目 レーザー発振の基礎

論文誌名

光とレーザーの科学技術フェア
2016年11月16日、科学技術館

レーザーセミナー

LA-3レーザー応用技術の基礎、

著者 染川智弘題
目 暮らしに役立つレーザー計測
論文誌名 レーザー・光技術応用研究の最前線』、2016年11月17日、科学技術館
著者 藤田雅之題目 パルスレーザー加工の勘どころ 〜SPレーザーで見つけたツボ〜
論文誌名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名
著 者
題 目
会議名

レーザー微細加工の最新ソリューションセミナー、2016年11月30日、
横浜情報文化センター
藤田雅之、大河弘志、染川智弘、松谷貴臣、前田佳伸、宮永憲明
炭素繊維強化プラスチックのパルスレーザー加工における波長・パルス幅依存性
レーザー学会学術講演会第37回年次大会、2017年1月7日、徳島大学
染川智弘
配電設備へのレーザー利用
レーザー学会学術講演会第37回年次大会、2017年1月7日、徳島大学
染川智弘、藤田雅之
水中レーザーリモートセンシングに向けた竹富島海底温泉の海水影響評価
レーザー学会学術講演会第37回年次大会、2017年1月9日、徳島大学
染川智弘、眞子直弘、久世宏明、藤田雅之
コヒーレント白色光を用いた長光路差分吸収分光法による大気中CO2の計測
第42回リモートセンシングシンポジウム、2017年3月8日、千葉大松韻会館
ハイク コスロービアン、谷口誠治、北村俊幸
Polarization properties of corner-cube and axicon retro-reflectors
2017年 第64回応用物理学会春季学術講演会、2017年3月14日、パシフィコ横浜
笠岡誠、中井政明、染川智弘、藤田雅之、井澤靖和
レーザーラマン分光法を用いた携帯型油種識別装置の開発
電気学会全国大会、2017年3月15日、富山大学 五福キャンパス
染川智弘、北村俊幸、藤田雅之
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64回応用物理学会春季学術講演会、2017年3月17日、パシフィコ横浜○レーザー計測研究チーム
著 者 島田義則、倉橋慎理、北村俊幸、オレグ コチャエフ
題 目 レーザーを用いたコンクリート欠陥の高速遠隔検査技術の開発
会議名 土木学会全国大会、2016年9月7日、東北大学

─ 63 ─

御崎哲一、曽我寿孝、 高山宜久、 中澤明寛、朝倉俊弘、 オレグ コチャエフ、
篠田 昌弘、江本 茂夫

著

者

題

目 装置概要と試験状況

レーザーを用いたコンクリート構造物の非接触計測技術の開発（１）

会議名 土木学会全国大会、2016年9月9日、東北大学
著 者 島田義則
題 目 レーザーを用いたコンクリート欠陥検出技術
会議名著
題者 島田義則目 レーザーを用いたコンクリートの非破壊評価技術

会議名
著
題

非破壊検査協会 超音波による非接触材料評価研究会、2016年9月23日、キャンパスプラザ京都

平成28 年度 第2回 鉄筋コンクリート構造物の非破壊試験部門講演会、2016年10月7日、大阪大学レーザーエネルギー学研究センター者 島田義則目 レーザーでコンクリート診断！

レーザー超音波とその産業応用会議名大阪大学 技術懇親会 光エレクトロニクスフォーラム、2016年10月21日、大阪大学レーザーエネルギー学研究センター

著

倉橋慎理、北村俊幸、三上勝大、 長谷川登、 岡田大、 近藤修司、錦野将元、
島田義則

者

題 目 レーザ打音法によるコンクリト構造物内部欠陥検出の高速化技術開発
会議名 レーザー学会第37回年次大会、2017年1月日、徳島大学
著者

倉橋慎理、北村俊幸、三上勝大、 長谷川登、 岡田大、 近藤修司、錦野将元、
島田義則

題 目 レーザー打音法によるコンクリート構造物 内部欠陥検出の高速化技術の開発
会議名 電気学会全国大会、2017年3月15日、富山大学○レーザーバイオ化学研究チーム
著 者 谷口誠治、ハイク コスロービアン、田中文夫
題 目 フェムト秒蛍光計測によるD-アミノ酸酸化酵素の機能阻害効果の研究
会議名 2016年日本光化学討論会、2016年9月8日、東京大学駒場キャンパス
著 者 谷口誠治、佐伯拓
題 目 液中レーザーアブレーションによる還元金属ナノ粒子の作製
会議名

日本化学会第97春季年会 特別企画「液相高エネルギー化学の新展開」、
2017年3月19日、慶応大学日吉キャンパス○理論・シミュレーションチーム
著 者 砂原淳
題 目 Diffusion of external magnetic fields into the cone-in-shell target in the fast ignition
会議名 シミュレーション研究会、2016年9月28日、やまと会議室5階中会議室
著 者 砂原淳
題 目 高速点火ターゲットへの磁場印加シミュレーション
会議名 第33回プラズマ・核融合学会年会、2016年11月30日、東北大学青葉山キャンパス

─ 64 ─

著
題者 砂原淳
目 高 Z 物質 (Sn, Bi) の放射流体計算

会議名

高強度レーザー・ビーム技術と短波長光源に関する研究会、2016年12月9日、
まちなかキャンパス長岡著

者 古河裕之、山中千博、奥村暢朗、杉浦繁貴

題

目

会議名
著 者
題 目
会議名

震源核形成とガス流による電気分極を仮定した大地震前のTEC異常のシミュレーショ
ン
日本地震予知学会、第3回(2016年)学術講演会、2016年12月21日、電気通信大学
砂原淳
材料創成につながるシミュレーション
平成28年度レーザープラズマ加速研究会、2017年1月17日、光産業創成大学院大学○レーザー技術開発室
著 者 竹村有輝、本越伸二、實野孝久、吉村政志、吉田実
題 目 2パルスによる光学材料のレーザー損傷
会議名 第77回応用物理学会秋季学術講演会、2016年9月13日、朱鷺メッセ
著 者 李大治、本越伸二
題 目 テラヘルツ波によるポリマー碍子内部欠陥診断
会議名 第77回応用物理学会秋季学術講演会、2016年9月16日、朱鷺メッセ
著 者 山田隼弘、本越伸二、實野孝久、藤岡加奈、時田茂樹、河仲準二、吉田実
題 目 CW励起によるNd/Cr:YAG材料の蛍光特性の評価
会議名 学術講演会第37会年次大会、2017年1月8日、徳島大学
著 者 竹村有輝、本越伸二、吉村政志、實野孝久、吉田実
題 目 繰返しパルス照射時の石英ガラス損傷しきい値
会議名 学術講演会第37会年次大会、2017年1月9日、徳島大学

─ 65 ─

事 業 報 告 書

事

業

報

告

書

（平成 28 年度）
概況

レーザー技術総合研究所は、レーザーおよびその関連産業の振興を図り、我が国の学術の進展と科学技術の発展に貢献することを責務とし、レーザーとその応用に関する研究開発、調査、情報の収集・提供、人材の養成などの事業を鋭意推進すべく活動してきた。平成 28 年度においても関係各位の協力を得て、概ね計画どおり活動することができた。
【平成 28 年度の主な成果】
産業用レーザー開発プロジェクト研究においては、大出力固体レーザーに必要とされる基盤技術の開発を目標に、室温での動作特性を解析するとともにゼロフォノ
ンライン励起方式の予備試験を開始した。
コンクリート構造物健全性評価技術開発プロジェクト研究では、トンネル覆工コ
ンクリートを対象として、構造物の経年劣化を高速で検査し、その健全性を評価す
る技術の研究を進めた。

レーザーエネルギー分野においては、テラヘルツ波帯で負の屈折率を有する金属
周期構造体をデザインし、三次元シミュレーションによりメタマテリアル中の電磁波伝播特性を明らかにした。また低周波数テラヘルツ波発生・検出装置を構築した。
レーザー計測分野においては、リモートセンシング技術を高架橋などのインフラ
構造物健全性評価に適用するための技術開発および高強度レーザーを用いた環境評
価技術の研究を行った。レーザーバイオ化学分野では、創薬、蛋白質の光デバイスなどへの応用を目的とし、蛋白質・酵素などの機能解明および薬剤による機能阻害効果に関する研究を進めた。
理論シミュレーション分野においては、各研究チームが行う実験研究を理論・シ
ミュレーション面より支援し、併せてレーザーピーニング、レーザー加工など産業応用に有用なデータの提供を行った。
レーザー技術開発室においては、多くの企業の参加を得て、レーザー用光学素子の損傷評価試験を実施し、データベース化を進めることができた。
普及啓発活動では、研究成果報告会の開催(7 月)、機関誌「レーザークロス」の発行(月刊)、ホームページおよびメール配信による情報発信、レーザーEXPO 2016 へ─ 69 ─

の出展(5 月)などを実施し、研究成果等の積極的な発信に努めた。

１．役員等の異動（理事・監事）年月日
H28.4.28
H28.4.28
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H29.2.15（評議員）
年月日
H28.4.28
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23
H28.6.23

理事
監事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
理事
監事
監事
監事
理事

就 任
中田 洋介
小林 英生
大石 富彦
井澤 靖和
中塚 正大
松村 宏治
疇地
宏
落合
誠
小野寺正洋
小森 憲昭
豊留 昭宏
中田 洋介
宮口 仁一
山中千代衛
山本 俊二
西原 功修
日根野文三
小林 英生
山中千代衛

理事
監事
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
退任

就 任
原
勉
礒嶋 茂樹
内海
渉
尾崎
博
加藤 有一
仙藤 敏和
田中 健一
中田 公明
原
勉
東
邦夫
美濃 由明
望月 孝晏
佐々木孝友
─ 70 ─

退 任
友永 匡哉
湯浅 英生

退 任
内山 博文
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
再任
新任

２．役員会等の開催(1)理事会
第 17 回理事会 （平成 28 年 4 月 14 日 みなし決議）
決議事項
・臨時の第 13 回評議員会の招集及び目的である事項
第 18 回理事会 （平成 28 年 6 月 1 日 関電会館）
決議事項
・平成 27 年度事業報告書
・平成 27 年度財務諸表
・内閣府への定期報告
・定時評議員会の日時及び場所ならびに目的である事項
報告事項
・職務執行状況の報告
・第 13 回評議員会（臨時）の決議内容
第 19 回理事会 （平成 28 年 7 月 5 日 みなし決議）
決議事項
・理事長及び副理事長並びに常務理事の選定
第 20 回理事会 （平成 29 年 1 月 23 日 みなし決議）
決議事項
・基本財産の運用
第 21 回理事会 （平成 29 年 3 月 22 日 関電会館）
決議事項
・平成 29 年度事業計画書
・平成 29 年度収支予算書
・臨時の第 15 回評議員会の招集及び目的である事項(2)評議員会
第 12 回評議員会 （平成 28 年 4 月 1 日 みなし決議）
決議事項
・定款の変更・評議員会運営規程の変更
報告事項
・第 14 回理事会および第 16 回理事会の決議内容
第 13 回評議員会 （平成 28 年 4 月 28 日 みなし決議）
決議事項
・理事の選任・監事の選任・評議員の選任
第 14 回評議員会 （平成 28 年 6 月 23 日 関電会館）
─ 71 ─

決議事項
・平成 27 年度財務諸表の承認
・改選期に伴う理事の選任・改選期に伴う監事の選任
・改選期に伴う評議員の選任
報告事項
・第 18 回理事会の決議内容
・平成 27 年度事業報告

３．賛助会員状況
平成 28 年度末会員数

37 社

４．学会および論文発表
学会発表
論文発表

57 件 （国内：41 件、国外：16 件）
52 件 （国内：17 件、国外：35 件）

５．特許等出願件数
平成 28 年度出願件数
平成 28 年度末特許保有件数

1 件
23 件 （登録済：22 件、公開済：0 件）

─ 72 ─

80.5 口Ⅰ

研究開発および調査事業

研究開発の推進と成果の拡充を図るため、研究部門では下記の事業活動を実施した。
１．研究調査事業【産業用レーザー開発プロジェクト研究】
省エネルギー効果が期待されるレーザー加工技術の発展に活用するため、kW 級
産業用レーザーに必要とされる基盤技術の開発研究を実施した。
(1) 大出力レーザーの開発
産業利用を目的とした大出力固体レーザーの開発を進め、室温動作時のレーザー発振特性の解析を行い、出力予測モデルを構築すると共に、ゼロフォノンライン励
起方式の予備試験を開始した。
［関連する主な受託・共同研究］
・ゼロフォノンライン励起新型高出力 Yb:YAG セラミックレーザ【コンクリート構造体の健全性評価技術開発プロジェクト研究】
トンネル覆工コンクリートを対象として、コンクリート構造体の経年劣化を高速で検査し、健全性を評価する技術開発を進めた。
(1)レーザー高速コンクリート検査技術の開発
当研究所が開発したコンクリート高速診断技術と量子科学技術研究開発機構が開発した高繰り返しレーザー技術とを組み合わせることにより、50Hz での高速検査を実証し、野外実験で検査システムのロバスト性を確認した。
［関連する主な受託・共同研究］
・レーザーを活用した高性能・非破壊劣化インフラ診断技術の研究開発【レーザーエネルギー研究チーム】
レーザーエネルギーの新しい応用分野を開拓するため、テラヘルツ波の光源開発と、材料の診断や検査への応用に関する研究を行った。
(1) メタマテリアルによる電磁波放射基礎研究
金属周期構造体で構成され、テラヘルツ波帯域で負の屈折率を有するメタマテリ
アルをデザインし、三次元シミュレーションで電磁波の伝搬特性を明らかにした。
また、グラフェンを用いた新しい放射構造体の研究を開始した。
─ 73 ─

(2) テラヘルツによる電力設備の診断・検査研究
ポリマー材料への適用をめざして、低周波域で強いテラヘルツ波を発生できるよ
うに実験装置を改良し、ポリマー碍管の内部欠陥診断の可能性を実験的に評価した。
また、現場で使えるように、装置の小型化や安定性などについて検討を行った。
［関連する主な受託・共同研究］
・テラヘルツ光源の開発研究
・テラヘルツ波による電力設備診断技術に関する調査研究
・メタマテリアルによるコヒーレント放射光の基礎研究【レーザープロセス研究チーム】
レーザー加工特性の評価試験を行い、基礎技術開発を行うとともに、レーザープ
ロセスの高性能化に資する基盤技術を開発した。
(1) フェムト秒レーザー加工に関する研究
フェムト秒パルスを用いて金属・半導体等各種材料の加工特性に関する研究を進め、微細周期構造の応用について検討を行った。
(2) 半導体の表面処理に関する研究
太陽電池製造工程への応用を目指して、半導体表面における極薄アモルファス層形成に関する研究を行った。
(3) レーザーによるナノ粒子生成技術の研究
酸化亜鉛の還元と微細化、空気電池への応用を目標に、ナノ粒子作成の高効率化について研究を進めた。また、フェムト秒レーザーによる金属ナノ粒子生成技術に関し、溶媒効果についての検討を進めた。
［関連する主な受託・共同研究］
・超短パルスレーザを用いたヘテロ接合型太陽電池表面処理技術の開発
・フェムト秒フィラメンテーションの化学 — 金属イオンの還元、金属ナノ粒子の生成−【レーザー計測研究チーム】
レーザーを用いたリモートセンシング技術を高架橋等のインフラ構造物健全性評
価に適用するための技術開発およびレーザー分光法を用いた微量分析技術開発の研究を行った。
(1) レーザーを用いたリモートセンシング技術に関する研究
高架橋床版検査のためのレーザー差動干渉技術開発を行った。
─ 74 ─

(2) 高強度レーザーを用いた環境評価技術の研究
高強度レーザーを用いて、大気中温室効果ガスの濃度や高度分布の計測、水中レーザーモニタリングに関する基礎研究を行った。
［関連する主な受託・共同研究］
・高感度ダイナミックホログラム・レーザー超音波法を用いた欠陥検出に関する研究
・レーザーによる補強橋梁床版欠陥部のリモートセンシング技術開発と実用化
・レーザーラマン散乱を用いた海水溶存成分測定法の開発
・白色光レーザーを用いた温室効果ガスの計測法の開発【レーザーバイオ化学研究チーム】
創薬分野、蛋白質の光デバイスなどへの応用を目的とし、蛋白質・酵素等の機能解明および薬剤による機能阻害効果に関する研究を進めた。
(1) 時間分解レーザー計測による生体関連物質の機能研究
フラビン蛋白質の光反応過程について、実験値と分子動力学ならびに電子軌道計算
による理論値を取り入れて反応モデルを構築した。
(2) 薬剤による生体内酵素の機能制御メカニズムの研究
統合失調症の要因となる d-アミノ酸酸化酵素の異常活性を抑制できる薬剤分子の効果を、分光計測により明らかにした。
［関連する主な受託・共同研究］
・時間分解蛍光計測による蛋白質の機能阻害効果の研究【理論・シミュレーションチーム】
レーザーと物質の相互作用に関する理論的研究を幅広く行い、各研究チームが行う実験研究を支援するとともに、レーザーピーニングやレーザー加工など産業応用に有用なデータを提供した。
(1) EUV(極端紫外光)光源に関する理論的研究
半導体リソグラフィ用量産光源実現のため、レーザー生成EUVプラズマの諸特性を解析し、高出力化の指針を与えた。
(2) レーザー生成高密度プラズマの理論的研究
レーザー核融合爆縮流体シミュレーションを行い、高密度爆縮及びプラズマ加熱
実験に対する指針を与えた。

─ 75 ─

(3) レーザーアブレーションとその応用に関する理論的研究
相変化、応力発生、固体中の圧力伝搬、残留応力生成などを含め、大気中や水中のレーザーアブレーション過程を記述するシミュレーションコードを精緻化し、レーザーピーニング、レーザー加工、表面処理プロセスへ適用した。
(4) レーザー核融合炉設計に関する理論的研究
レーザー核融合炉液体壁炉チェンバー内の金属蒸気同士の衝突を3次元シミュレーションにより評価し、金属蒸気の排気系設計の指針となりうるデータを提供した。
［関連する主な受託・共同研究］
・EUV光源プラズマの解析
・核融合流体シミュレーション【レーザー技術開発室】
高出力レーザーとその応用システムに共通する光学部品や光学材料の高性能化をめざして基礎技術開発を行った。レーザー損傷評価試験を実施し、「高耐力光学素子研究会」を通して、レーザー損傷しきい値のデータベース化を進めた。
(1) Nd/Cr:YAG レーザー材料内のエネルギー移乗過程の解明
太陽光励起レーザー用媒質として期待される Nd/Cr:YAG 材料において、青色励
起時の蛍光特性および温度特性を評価することにより、Nd から Cr へのエネルギー
移乗過程について研究を進めた。
(2) 繰返しレーザー照射時のレーザー損傷機構の解明
光学素子のレーザー損傷しきい値が繰返し照射時に低下する要因を明らかにする
ため、連続 2 パルスによる石英ガラス材料のレーザー損傷しきい値の評価を行った。
第一パルス照射により生成された構造欠陥および自由電子が、次のパルスによるレーザー損傷を引き起こすことを示唆する結果を得た。
(3) レーザー損傷評価試験
損傷しきい値のデータベース化を目的に、355nm 用光学素子を対象に第 17 回、第 18 回の評価試験を実施した。
(4) 可視・紫外レーザー用高耐力光学素子の開発
可視光ファイバレーザー用多層膜ミラーの設計、製作を行い、必要性能が得られていることを確認した。
［関連する主な受託・共同研究］
・革新的小型・高効率UV レーザー光源の開発

─ 76 ─

２．各種研究会活動
当研究所の研究開発活動を効率的・発展的に推進させるため、関連各界の意見・情報収集の場として、さらにはわが国の研究活動の方向性について提言を発信する場として、次のような研究会を開催し、当研究所の事業の活性化を図った。
［実施した主な研究会］
・次世代レーザー技術応用研究会
・高耐力光学素子研究会

３．産学官連携の推進
ホームページ上の技術相談窓口等から受け付けた、企業の技術開発・改良に対する技術支援、光学部品の損傷評価、微細加工、超音波診断などの相談・要望に対し、積極的に取り組んだ。53 件の技術相談に対応し、そのうち 16 件が受託研究へ結び付いた。
また、広範に拡がるレーザー技術に関するニーズに対応するため、情報、人材、技術等の交流を推進した。
学界との連携では、大阪大学レーザーエネルギー学研究センター（現レーザー科
学研究所）等との共同研究をはじめ、国内外の大学と積極的に連携を図りながら研究を行った。
産学官との連携では、企業、大学等と連携を図りながら、国や(国)新エネルギー・
産業技術総合開発機構（NEDO）などが主導する産学官連携プロジェクト研究に参画した。

４．関連団体との連携(国)宇宙航空研究開発機構(JAXA)、(国)日本原子力研究開発機構(JAEA)、(国)量子科学技術研究開発機構（QST）、(財)光産業技術振興協会(OITDA)、(財)大阪科学技術センター(OSTEC)、(財)近畿高エネルギー加工技術研究所(AMPI)、 (社)レーザー学会(LSJ)、（社)レーザープラットホーム協議会(LPF）、韓国原子力研究所(KAERI)、
韓国光技術院(KOPTI)など関連団体とも積極的に情報交流や人的交流を図り、これらの団体と連携してわが国のレーザー技術の発展と普及に寄与する活動を推進した｡

５．公募研究国等が公募を行っている各種競争的研究資金の獲得に努め、本年度は以下の採択課題に参加した。
(1) レーザーによる補強橋梁床版欠陥部のリモートセンシング技術開発と実用化( (国)科学技術振興機構 研究成果最適展開支援プログラム A-STEP 産学共同促進ステ
─ 77 ─

ージ ハイリスク挑戦タイプ)(2) レーザーを活用した高性能・非破壊劣化インフラ診断技術の研究開発( (国)科学技術振興機構 戦略的イノベーション創造プログラム SIP)
(3) 革新的小型・高効率 UV レーザー光源の開発 ( (国)新エネルギー・産業技術総合開発
機構高輝度・高効率次世代レーザー技術開発)(4) ゼロフォノンライン励起新型高出力 Yb:YAG セラミックレーザ（安全保障技術研究推進制度）(5) レーザー駆動指向性中性子の発生・制御及び検出に関する基盤技術開発 （(国)科学技術振興機構 研究成果最適展開支援プログラム A-STEP ステージⅠ産業ニーズ対応
タイプ）(6) 超短パルスレーザを用いたヘテロ接合型太陽電池表面処理技術の開発（(国)科学技術振興機構 マッチングプランナープログラム「企業ニーズ解決試験」）

６．受託研究展示会、ホームページなどを通して受託試験の広報を行い、技術相談窓口で依頼を受けて 16 件のレーザー損傷評価試験を行うなど、計 32 件の受託研究を実施した。
(公募によるものを除く。)

７．補助事業
文部科学省の科学研究費補助金や民間団体の研究助成を活用し、以下のような研究を実施した。
(1) 時間分解蛍光計測による蛋白質の機能阻害効果の研究 (基盤研究 C)(2) マルチビームレーザーによる高速コンクリート欠陥探傷に関する研究 (基盤研究Ｃ)(3) 高速点火レーザー核融合における高エネルギー粒子輸送の物理解明 (基盤研究C)(4) グラフェン表面プラズモンを用いたテラヘルツ広域帯電磁波発振器と増幅器の研究開発(基盤研究 C)(5) 海底開発による環境影響評価に向けたラマンライダーによる海中モニタリング
技術の開発 (若手研究 A)(6) アキシコンを用いた共振器内コヒーレントビーム結合技術開発と応用 (基盤研究 C)(7) 短パルスレーザーを用いた炭素繊維強化複合材の微細加工技術の開発(天田財団 一般研究開発助成)(8) 多光子吸収過程によるガラス三次元造形(日本板硝子材料工学助成会研究助成)(9) 反射機構を必要としないチェレンコフ型テラヘルツ波放射発振器に関する基礎研究(松尾学術研究助成)
─ 78 ─

(10) レーザー三次元造形による石英ガラス回折光学素子の直接創成 (天田財団 一
般研究開発助成)

Ⅱ

普

及

啓

発

活

動

事

業

レーザー技術の普及啓発活動として、情報の発信・提供、人材交流などの事業を以下のとおり実施した。
１．人材の育成大学、関連研究機関、企業など、共同研究先や技術相談の依頼元から若手研究員を受け入れ、技術指導を行うことにより、レーザー技術に関する人材育成を行った。

２．研究成果報告会
東 京 な ら び に 大 阪 に て 、 平 成 27 年 度 の 研 究 成 果 を 報 告 す る 研 究 成 果 報 告 会(ILT2016)を開催した。
7 月 8 日 千里ライフサイエンスセンター (大阪)
7 月 15 日 KKR ホテル東京 (東京)３．機関誌等の発行
機関誌「Laser Cross」の月 1 回の発行、および、電子メールでの情報配信により、当研究所の研究成果やレーザーに関する国内外の研究開発動向など、幅広い情報の提供を行った。

４．展示会への出展
関係団体が主催する光技術やレーザーに関する展示会へ積極的に出展し、当研究所の広報活動に努めた。
・レーザーEXPO 20165 月 18 日～20 日 パシフィコ横浜 (神奈川)
・第１回レーザー科学技術フェア 11 月 15 日～17 日 科学技術館（東京）５．プレス発表─ 79 ─

当財団がこれまで研究を進めてきた「コンクリート構造体の健全性評価技術開発
プロジェクト研究」については、12 月 1 日に、戦略的イノベーション創造プログラム（SIP, 内閣府）での研究成果として、コンクリート内部の欠陥の検出速度を 50Hzまで向上させたこと、および「レーザー高空間分解能計測」、「レーザー打音」、「レーザーコンクリート切断」を合わせた屋外実験に成功したことを発表した。

６．国際交流海外のレーザー技術の開発動向や産業応用に関連した情報を収集するとともにレーザー関連団体や関係研究機関との情報交換・人材交流を図るため、計 7 の国際会議へ参加した。また、韓国原子力研究所(KAERI)、韓国光技術院(KOPTI)等との共同研究を実施した。主なものは以下のとおり。
(1) 17th International Conference Laser Optics 2016, LO'2016 (6 月，ロシア)(2) LANE2016（9 月，ドイツ）(3) 34-th European Conference on Laser Interaction with Matter (ECLIM2016)(9 月, ロシア)
(4) SPIE Remote Sensing 2016 (9 月, 英国)(5) ICALEO2016 (10 月, 米国)

Ⅲ

そ

の

他

事

業

１．IFE（慣性核融合エネルギー：Inertial Fusion Energy）フォーラム活動
慣性核融合エネルギー開発事業の推進をめざし、レーザーによるエネルギー開発に向けた有識者会議を開催した。また、レーザー核融合とそれに関連する科学技術の展開をめざし、プラズマ・核融合学会と日本原子力学会が共催する「核融合エネ
ルギー連合講演会」等の活動を支援した。

２．出版物の刊行
平成 27 年度の研究成果を年報にまとめ、刊行した。
・「ILT2016 年報」(2015～2016) (平成 28 年 7 月発行)

３．泰山賞の贈呈
7 月の成果報告会にて第 8 回泰山賞の表彰式を行い、レーザー科学技術の分野で
─ 80 ─

永年にわたり抜群の功績を上げた個人に功績賞を、近年著しい業績を上げたグルー
プに進歩賞を贈呈した。

─ 81 ─

組

織

図

構成員一覧

組

織

図

監
事

レーザーエネルギー研究チーム

レーザープロセス研究チーム
副

所

所
長

員

事

事

会

長

副
理

常
務

事

理

長

事

レーザーバイオ化学研究チーム
理論・シミュレーションチーム

井澤靖和

大石富彦

レーザー技術開発室

松村宏治
中塚正大

会

理

中塚正大

議

理

長
井澤靖和

評

レーザー計測研究チーム

総
務

局

部

長

長

ＩＦＥフォーラム

レーザー核融合技術振興会

─ 85 ─

松村宏治

事
務

総 務 部

構 成 員 一 覧
理事長
副理事長・所長
常務理事
常務理事･副所長

大石富彦
井澤靖和
松村宏治
中塚正大

【レーザーエネルギー研究チーム】

チームリーダー
研究員【レーザープロセス研究チーム】

主席研究員
藤田雅之
（チームリーダー）
副主任研究員ハイク コスロービアン(兼務)
副主任研究員染川智弘【レーザー計測研究チーム】

主任研究員（チームリーダー）
副主任研究員
副主任研究員
研究員

島田義則【レーザーバイオ化学研究チーム】

チームリーダー
副主任研究員
副主任研究員中島信昭
ハイク コスロービアン
谷口誠治【理論･シミュレーションチーム】

チームリーダー研究員

井澤靖和（兼務）
古河裕之【レーザー技術開発室】

主任研究員
（室長）
研究員

本越伸二

事務局長
総務部長
マネージャー
マネージャー
マネージャー
事務員

松村宏治（兼務）
松村宏治（兼務）
幸脇朱美
小野田理恵
藤本 勲
藤田淑子

【総務部】

【特別研究員】

京都大学 名誉教授
元日新電機株式会社
元三菱電機株式会社
三重県立看護大学 名誉教授
元東京工業大学 准教授
大阪市立大学 特任教授
元レーザー技術総合研究所

井澤靖和（兼務）
李 大治

谷口誠治（兼務）
オレグ コチャエフ
倉橋慎理

岸田知門

毛利明博
鈴木泰雄
田畑則一
田中文夫
糟谷紘一
中島信昭
今崎一夫

（平成 29 年 6 月末現在）
─ 86 ─

【共同研究員】
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学レーザー科学研究所
大阪大学大学院工学研究科
大阪大学大学院工学研究科
大阪大学大学院基礎工学研究科
大阪大学大学院理学研究科
大阪大学接合科学研究所
大阪大学接合科学研究所
大阪大学光科学センター
大阪工業大学工学部
大阪産業大学工学部
大阪市立大学大学院理学研究科
岡山大学大学院自然科学研究科
核融合科学研究所
核融合科学研究所
関西学院大学理工学部
関西大学システム理工学部
関西大学システム理工学部
北見工業大学
京都大学化学研究所
京都大学化学研究所
京都大学大学院理学研究科
近畿大学理工学部
近畿大学理工学部
近畿大学理工学部
近畿大学理工学部
高知工業高等専門学校
高知工業高等専門学校
摂南大学工学部
国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所
千葉大学環境リモートセンシング研究センター
千葉工業大学
電気通信大学大学院情報理工学研究科
電気通信大学 企画調査室
東京工業大学大学院情報理工学研究科
東京工業大学大学院総合理工学研究科
東北大学大学院工学研究科
東北大学大学院理学研究科
台湾国立交通大学
日本原子力研究開発機構福島研究部門楢葉遠隔技術開発センター

日本電気株式会社
光産業創成大学院大学
光産業創成大学院大学
大阪産業大学
兵庫県立大学大学院工学研究科
兵庫県立大学高度産業科学技術研究所

教授
教授
教授
教授
教授
教授
准教授
准教授
准教授
准教授
講師
助教
特任教授
招へい教授
教授
教授
教授
准教授
教授
教授
特任教授
教授
教授
教授
助教
准教授
助教
教授
教授
准教授
助教
教授
准教授
教授
教授
教授
教授
教授
准教授
准教授
教授
研究員
教授
教授
教授
特任教授
教授
講師
教授
准教授
講座教授
センター長
教授
特任教授
准教授
教授
所長

─ 87 ─

千徳靖彦
斗内政吉
西村博明
乗松孝好
藤岡慎介
宮永憲明
河仲準二
坂和洋一
重森啓介
中嶋 誠
時田茂樹
椿本孝治
疇地宏
實野孝久
粟津邦男
兒玉了祐
宮坂 博
山中千博
節原裕一
塚本雅裕
佐々木孝友
西口彰夫
草場光博
八ツ橋知幸
西川 亘
岩本晃史
安原 亮
玉井尚登
淺川 誠
佐伯 拓
古瀬裕章
阪部周二
橋田昌樹
大須賀篤弘
中野人志
橋新裕一
吉田 実
前田佳伸
赤松重則
芝 治也
田口俊弘
櫻井俊光
久世宏明
藤本 靖
西岡 一
植田憲一
廣瀬壮一
河村 徹
田中秀治
柴田 穣
増原 宏
大道博行
伊藤良峻
藤田和久
三間圀興
部谷 学
藤原閲夫
宮本修治

兵庫県立大学高度産業科学技術研究所
広島大学大学院工学研究科
広島大学大学院工学研究科
福井大学大学院工学研究科
福井大学大学院工学研究科
福岡工業大学工学部
福岡工業大学情報工学部
防衛大学校システム工学郡
北海道大学大学院工学研究院
北海道大学大学院工学研究院
宮崎大学産学・地域連携センター
山梨大学大学院医学工学総合研究部
山梨大学大学院医学工学総合研究部
立命館大学情報理工学部
立命館大学総合科学技術研究機構
量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門
量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門
量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門
量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門
量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門
量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門
量子科学技術研究開発機構量子ビーム科学研究部門

─ 88 ─

特任教授
教授
准教授
教授
教授
教授
准教授
准教授
教授
教授
准教授
教授
准教授
教授
客員教授
主幹研究員
主幹研究員
グループリーダー

サブリーダー
研究員

望月孝晏
遠藤琢磨
城﨑知至
仁木秀明
金邉 忠
河村良行
中村龍史
篠田昌弘
足立 智
長谷川靖哉
甲藤正人
張本鉄雄
宇野和行
陳 延偉
七田芳則
佐々木 明
長谷川 登
山川考一
錦野将元
三上勝大
近藤修司
岡田 大

(平成 29年6月末現在）

評

議

員

理 事・ 監 事

評

議

員
（敬称略）

評議員

礒嶋茂樹

住友電気工業株式会社 研究開発本部 電力・エネルギー・超電導
担当技師長

内海 渉

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
量子ビーム科学研究部門 関西光科学研究所長

尾崎 博

富士電機株式会社 発電・社会インフラ事業本部
発電プラント事業部 原子力技術部長

加藤有一

一般財団法人電力中央研究所 常務理事

佐々木孝友

大阪大学 名誉教授

仙藤敏和

関西電力株式会社 執行役員 原子燃料サイクル室長

田中健一

三菱電機株式会社開発本部 役員技監

中田公明

パナソニック株式会社 エコソリューションズ社 ものづくり革新本部
生産技術開発センター長

原

浜松ホトニクス株式会社 常務取締役 中央研究所長

勉

東 邦夫

京都大学 名誉教授

美濃由明

一般財団法人大阪科学技術センター 専務理事

望月孝晏

兵庫県立大学 名誉教授

─ 91 ─

（平成29年5月末現在）

理

事 ・ 監

事
（敬称略）

理事長

大石富彦

関西電力株式会社 取締役常務執行役員

理

井澤靖和

大阪大学 名誉教授

中塚正大

大阪大学 名誉教授

松村宏治

公益財団法人レーザー技術総合研究所 総務部長

落合 誠

株式会社東芝 エネルギーシステムソリューション社
電力・社会システム技術開発センター 原子炉・量子応用技術開発部 部長

小野寺正洋

東京電力ホールディング株式会社 原子燃料サイクル部長

兒玉了裕

大阪大学 レーザー科学研究所 所長・教授

小森憲昭

中部電力株式会社 技術開発本部 部長

豊留昭宏

富士電機株式会社 関西支社 営業第二部長

中田洋介

日本電気株式会社 関西支社 第三営業部長

宮口仁一

三菱重工業株式会社 エネルギー・環境ドメイン 原子力事業部
原子力技術部 部長

山本俊二

三菱電機株式会社 電力・産業システム事業本部 技術顧問

小林英生

株式会社三井住友銀行 大阪本店営業第二部長

西原功修

大阪大学 名誉教授

日根野文三

日根野公認会計士事務所 所長

監

事

事

─ 92 ─

（平成29年5月末現在）

賛 助 会 員（50音順）
会社・団体名一般財団法人大阪科学技術センター

大成建設株式会社

有限会社岡本光学加工所

株式会社ダイヘン

株式会社オプトサイエンス株式会社竹中工務店

オムロンレーザーフロント株式会社

中国電力株式会社

鹿島建設株式会社

一般財団法人電力中央研究所

株式会社片岡製作所

株式会社東芝株式会社環境総合テクノス

西日本旅客鉄道株式会社

一般財団法人関西情報センター

日新電機株式会社

関西電力株式会社

日本電気株式会社

関電不動産開発株式会社

パナソニック株式会社

関電プラント株式会社

浜松ホトニクス株式会社

株式会社きんでん

一般財団法人光産業技術振興協会

株式会社熊谷組

株式会社日立製作所

株式会社ケイ・オプティコム

富士電機株式会社

光伸光学工業株式会社

前田建設工業株式会社

株式会社神戸製鋼所

株式会社三井住友銀行

ジオマテック株式会社

三菱重工業株式会社

株式会社島津製作所

三菱電機株式会社

清水建設株式会社

株式会社レイソルテクノロジーズ

住友電気工業株式会社

一般社団法人レーザー学会

合計40社

─ 93 ─

（平成29年6月末現在）

お わ り に
レーザー技術総合研究所 平成 28 年度成果報告書 (ILT2017 年報第 29 巻)を取りまとめました。7 月に開催する成果報告会においてその内容をご報告し、皆様からご批判、ご教示を頂きたいものと願っています。
当研究所では、これまでから、全所横断型の 2 つのプロジェクト研究、「産業用レーザー開発」と「レーザー探傷技術開発」を推進するとともに、レーザーエネルギー、レー
ザープロセス、レーザー計測、レーザーバイオ化学、理論・シミュレーションの 5 研究チームとレーザー技術開発室の体制で研究を進めてきました。
産業用レーザー開発では、小型、高出力、高効率、高ビーム品質の固体レーザー実現をめざして、低温冷却 TRAM レーザーの開発を進め、新しい冷却方式を導入して kW 級
出力を達成しました。昨年は、安全保障技術研究推進制度による「ゼロフォノンライン励
起新型高出力 Yb:YAG セラミックレーザー」と NEDO プログラムによる「革新的小型・
高効率 UV レーザー光源の開発」の 2 テーマで新たな研究を立ち上げ、産業界とも協力しながら、室温水冷方式固体レーザーの開発とファイバレーザーをベースにした UV 光への波長変換技術開発に着手しました。
レーザー探傷技術開発では、SIP（戦略的イノベーションプログラム）「レーザーを活用した高性能・非破壊劣化インフラ診断技術の開発研究」の下で、理化学研究所や量子科学技術研究開発機構と連携しながら探傷技術の高速化をめざす研究を進め、50Hz での高速探傷試験の実証に成功し、実用化に向けて明るい見通しを得ることができました。また、産業界との共同研究などにより、トンネル欠陥検出システムの小型化と信頼性の向上、高速道路橋梁の健全性評価技術開発、水中でのコンクリート構造物探傷実験などを継続して進めました。
チーム研究では、レーザー微細加工、テラヘルツ波による非破壊検査、レーザー分光による微量成分分析、液中レーザーアブレーションと光化学、生体関連物質の機能研究、
レーザープラズマシミュレーション研究、光学素子の損傷評価や高耐力化研究などを継続して進め、成果の積み上げを図ってきました。光学素子の損傷評価試験は、本年４月にレーザー学会より産業賞（貢献賞）を受賞しました。これまでの地道な努力の積み重ねがわが国のレーザー産業振興に貢献していると評価されたことは大きな喜びであります。
当研究所は本年創立 30 周年を迎えます。初心に還り、研究開発活動を積極的に推進し、わが国の産業活力向上に貢献できるよう、鋭意努力する所存でございます。長年にわたる皆様方のご指導、ご協力に深く感謝申し上げますとともに、これからも相変わりませず、
ご支援、ご鞭撻下さいますようお願い申し上げます。
平成 29 年 7 月
公益財団法人 レーザー技術総合研究所所長
井 澤 靖 和─ 94 ─

ＩＬＴ2017

年報

平成 29 年７月 発行

公益財団法人 レーザー技術総合研究所〒 550-0004 大阪市西区靱本町１丁目８番４号
大阪科学技術センタービル４Ｆ

TEL（06）6443-6311 ㈹