はじ め にMens et Manus（Mind and Hand）の 100 年
ヒアリンググループ期間であったが，詳しい聞き取りを行い，連載 2 回分として纏めることとなった。他方，その後の数十年に及ぶメーザーやレーザーの研究に関する聞き取りは，霜田光一は 1920 年に誕生し，このたび白寿を迎えた。

紙面の都合もあり，同等の詳しさで扱うことはできず，

霜田の名は，メーザーやレーザーの誕生と直後の発展内容を圧縮し，駆け足になっている。この部分に，主の経緯に通じた世代には親しいものであるが，若い読たる興味をお持ちの方々や読者には，ご容赦を願うほ者のために，霜田による卓越した業績の中から，あえかはない。幸い，霜田のメーザーやレーザーに関するて 4 つの代表例を紹介するならば，研究の詳細は，多くのオリジナル論文・解説論文・専・第二次大戦中の海軍マイクロ波レーダー用の鉱石受信機の開発と実用化・戦後半世紀を超す期間になされた量子エレクトロニ
クスの前線開拓の研究，特に，門書に記されているので，それらを参考にしていただ
きたい。逆に，本ヒアリングでは，学術論文や専門書には，あまり述べられていない事項をできるだけカバーするメーザーやレーザー発振の基本理論の構築ように努めている。例えば，聞き手から，「アインシュメーザーやレーザーの雑音の基本となる STT 理タインにより誘導放出の概念が提示されてから，メー論の構築ザーが誕生するまで 50 年を要したのはなぜか」というレーザー分光学の推進とこれを基にしたレーザー素朴な疑問が霜田に提示された。これに対し，霜田は「ア周波数の超安定化

インシュタインの誘導放出理論では，光（電磁波）のの研究が挙げられるのではなかろうか。

粒子性に基づくフォトン数の増大を論じているが，光霜田の誕生から 100 年間，電波と光の科学と技術は（電磁波）の波動性に基づくコヒーレンスに関する問題劇的な発展を遂げてきたが，その要所で，霜田は歴史意識がなかったため，メーザー概念を直ちに誕生させ的な貢献をなしている。そうした霜田の主要な研究にるに至らなかった」ことを指摘している。タウンズや関し，連続してヒアリングを行った。ヒアリングの動霜田など，少数のマイクロ波の研究者が誘導放出にお機は 54 頁に述べてあるが，以下に，幾らかの補足をしける電磁波のコヒーレンスの問題に気づくことで，メーておきたい。

ザーが誕生・発展したのである。

本ヒアリングのもともとの動機は，霜田が戦時中に霜田によれば，この誘導放出におけるコヒーレンス集中的に行った海軍のマイクロ波レーダー受信機であに関する問題意識は，レーダー用多空洞マグネトロン

り，特に，鉱石スーパーヘテロダイン受信機に必須とにおける発振周波数の安定性と不安定性の問題にそのなる鉱石検波器を実用化し，受信機を高性能化する研ルーツがあり，その原因でもある空洞共振器のモード究にあった。この研究期間は 2 年弱だが，聞き手の興間の連成振動と深く関係しているという。特に，アン味と話し手の熱意が高まったため，戦後のマイクロ波モニア分子の量子論的連成振動を用いたメーザー発振研究，メーザーやレーザーの誕生と発展への霜田の貢器の登場の際に，マイクロ波発振のコヒーレンスの重献，霜田の幼少期や学校での経験や教育，霜田の物理要性が直ちに把握できたことを述べている。1953 年の教育への寄与についても，話を伺うこととなった。こ霜田とタウンズの東京での邂逅は運命的なものであり，のため，ヒアリングでは，新たな聞き取りメンバーの1954 年のメーザー誕生の直前に始まったこの霜田とタ参加・協力も得て，実現したものである。

ウンズとの学術的交わりが契機となって，その後に多このような経緯もあり，戦時中のレーダー研究は短くの研究上の実りを齎（もたら）すことになった。そうはじ め にした背景には，両者が共に，戦時中にレーダー研究に反省と希望霜田光一従事し，共通の発想に到達していたことによるとの説明には，大いに感銘を受けた次第である。
本インタビューは，霜田の 100 年に及ぶ活動を記し2016 年 5 月以来，3 年余りの長期のヒアリングによっているが，工学と理学の間を，また，実験と理論の間を，て，マグネトロンの不安定な発振スぺクトルの研究を自由に往き来して卓越した業績をあげてきた物理学者・初めとして，幾多の未発表の研究の意義と重要性が顕工学者の回想として，味読していただければ幸いであらかにされた。また，別々に発表されたいくつかの研る。本ヒアリングを通じて聞き取りグループ全員が等究の繫がりが見いだされた。

しく感銘を受けたのは，霜田光一の独自の研究スタイルが，物作りのスキル，実験における創意，数理解析これらについて，ヒアリンググループの刺激と励ましに深く感謝する次第である。

の全てにわたる力量によって生み出されてきたことに発明王エジソンいわく「失敗は成功の母である」。本ある。Mens et Manus は MIT の教育・研究のモットー

書は一連の成功物語のように見えるが，これには表にであるが，まさに霜田のことをいっているようにも感現れない失敗物語が付きまとっている。一般論としてじられる。

も言えることであるが，優れた研究は発表されたものの何倍もの失敗の上に達成されたのである。

（本書は，「O plus E」誌 2018 年 7・8 月号〜 2019 年

本文では，小学生のとき反射望遠鏡を作るのに失敗

7・8 月号までの連載記事に一部手直しを加えてまとめしたこと，中学生のとき蒸気機関車のボイラー作りにたものである。
）失敗したことが書かれている。前者は 1966 年，理化学研究所で遠赤外レ一ザ一の反射鏡を作って，84.2μm のD₂O レ一ザ一を発振させるのに役立った。これは世界で最初の，レーザーによる光速度測定に用いられた。
後者は，ナ卜リウムのマイクロ波分光と，メーザ一の周波数可変空洞共振器の製作技術に生かされている。
戦時中に高感度で安定な鉱石検波器の製作法を確立するまでには，数多の失敗があったことは，いうまでもない。
論文の内容が正しくなかったという恥ずべき失敗もある。これにより，その後の発表は入念に検討して，推敲し改筆している。
最終章は未解決の課題の羅列のようになっているが，これらは現在なお進行中の研究テ一マである。そして，その中には量子技術の基礎概念など，未来に発展する研究の種子が含まれていると思われる。
長寿のおかげで，今も課題の探求と独創的実験を続けている。あるいは，創作活動を続けているので生き長らえているのだろう。さてどちらが本当だろうか？

目

第０章

次

霜田光一の百年と電波と光技術の進展−連続インタビューの趣旨とその概要−

第Ⅰ章

小学校から中学・高校，大学まで−工作に没頭して成長，戦時下に過ごした学生時代−

第Ⅱ章

1

5

戦時中のマイクロ波レーダー研究（上）−鉱石スーパー受信機の開発を中心に−

11

戦時中のマイクロ波レーダー研究（下）−敗戦が近づく中での空洞波長計開発など−
第Ⅲ章

18

戦後のマイクロ波研究とメーザーの誕生・発展−C. H. Townes との交わりを中心に−

25

第Ⅳ章

レーザーの誕生とレーザー科学・技術の発展

32

第Ⅴ章

教育の場で〜教科書，カリキュラム研究，実験教室〜

40

第Ⅵ章

霜田の物理教育を目的とした振り子実験−現在も継続中の実験と思索−

47

霜田光一に聞く電波と光の最前線開拓第Ⅳ章【レーザーの誕生とレーザー科学・技術の発展】

高周波を発生させるなどして，研究を進めました。この第Ⅳ章の位置づけとその概要

一連の実験については，「マイクロ波の実験」と題する

本書は，第 0 章で述べた通り，マイクロ波・メーザー・論文（科学 19 , p. 490（1949））にまとめました。また，レーザーに関し，世界的業績を挙げた霜田光一に，この朝永振一郎先生が定式化した導波管回路の S マトリック

1 世紀の電波と光科学の驚異的発展に関し，経験や思いスに関心を抱き，6 分枝回路の研究などに活かしましたを語ってもらうものである。第Ⅰ章では，1920 年の誕が，朝永先生と共著で「極超短波理論概説」をリスナー生から，明星学園小・中学校や旧制武蔵高校でのユニー社から 1950 年に出版したことも良い思い出です。さらクな日々と東京帝国大学での学びについて聞き取りをに，Na 原子の超微細構造に関するマイクロ波分光など行った。第Ⅱ章では，1943 年 9 月の大学卒業から終戦の研究が進み，論文を発表したところ，関心をもったタまでの 2 年間，特別研究生の立場で従事した海軍でのマウンズから手紙が来たことはお話ししましたが，光ポンイクロ波レーダー開発，特に，鉱石検波システムの研究ピングの業績で後にノーベル賞を受賞するフランスの開発と実装について伺った。第Ⅲ章は，1945 年からA. Kastler（以下，カストレル）からも手紙が来ました。

1960 年のレーザー登場前までの 15 年間に焦点を当て，タウンズは 1953 年に来日し，議論の機会があったこと東京大学でのマイクロ波研究，コロンビア大学 C. H.

が契機で米国に招いてくれたことをお話しずみですが，Townes（以下，タウンズ）に招かれて米国で行ったメーカストレルも招いてくれました。米国行きの決断後なのザーに関する先駆研究，メーザーの周波数安定化や分子で断りましたが，パリに滞在していたら，またちがった分光の研究をカバーした。この第Ⅳ章は，1958 年ごろ展開になっていたかもしれません。

から，霜田が東京大学を定年退職する 1981 年までの約

聞き手：1954 年秋からの米国滞在についてはすでに伺

20 年間を中心に，レーザー登場の前後の事情，その後いましたが，ほかに思い出がありますか。

の関連の研究についての話をまとめたものである。特霜田：波長約 1 ㎝のクライストロンを私費で購入し，持ちに，レーザー登場直後に行った短パルス光の発生と高速帰りました。ジャンク屋から1本約 75ドルで7 本買いまし度写真への応用，粒子加速器への応用，周波数安定化とた。奨学金が 4000ドル（当時の為替レートで144万円，時間標準への展開，レーザーを駆使した分子分光につい大学卒の初任給の100 か月分以上）だったので買えましたて記している。また，最後に，タウンズを中心に，メーが，研究に大いに役立ちました。また，文化勲章を受けた

ザーやレーザーに関する成果でノーベル賞を受けた研究作曲家一柳慧さんが，同じニューヨークの International者達との交わりについて語っていただいた。

House に滞在されており，一緒に食事やコンサートに1.

度々行ったのも良い思い出です。

序：レーザー誕生前のマイクロ波・メーザー研究の思い出

2.

聞き手：第Ⅲ章では，マイクロ波研究と1954 年に生まれ

メーザーからレーザーへの発展：
先駆論文と量子エレクトロニクス会議

たメーザーの研究について伺いましたが，今回は1960 年

聞き手：先生は，1955 年に帰国後にメーザーの研究をのレーザー登場とその後の研究についてお聞かせ下さい。

進められましたが，1960 年にはレーザーが登場しまし

霜田：まず，戦後間もなく，東大物理教室の工作室で職た。このレーザー誕生の背景についてお聞かせ下さい。
霜田：当時のメーザー研究者は，⑴低雑音の増幅器や発員に協力してもらい鉱石検波器を作り，2 GHz の波から32

霜田光一に聞く電波と光の最前線開拓

図1

第一回量子エレクトロニクス会議（1959 年 9 月）。左より，J. P. Gordon ，バソフ，H. J. Zeiger ，プロホロフ，タウンズ。

振器として活かす，⑵周波数標準に用いる，⑶発振の波し，アルカリ原子の蒸気や結晶中の希土類原子を具体例

長を短くすることを考えていたと思います。実際，低雑として，発振の可能性を示したのです。

音増幅器は天文観測などに貢献しましたが，波長を短くこの論文は，発行前から preprint の形で，私などメーし，サブミリ波や遠赤外光を出すのは困難でした。メーザー関連の主要研究者に届けられたこともあり，赤外やザーの多くは，マイクロ波領域で発振し，原子にとって可視光メーザーへの関心が高まりました。この流れを強重要な赤外域や可視域とは波長が大きく離れているのめたのが，翌年 9 月にタウンズが招集した第1回量子エレで，原子を用いて，いわゆる光領域で動くメーザー，すクトロニクス国際会議です。ニューヨーク市の北，Catskill

なわちレーザーの実現可能性を探ることは自然な流れで山域の Bloomingburg 村の Shawanga Lodge で開かれ，した。そうした状況の中，A. Schawlow（以下，ショー

物理学者と電子工学者，実験家と理論家たち約 150 名が集ロウ）とタウンズは，サブミリ波や遠赤外域を飛び越し，まりました。日本から私が，欧州からはソ連（当時）のN.

光領域での発振の可能性を理論的に検討し，有望である

G. BasovとA. M. Prokhorovら10 名 余 が 参 加しましたことを示しました。

（ 図 1）。 量 子エレクトロニクス，Quantum Electronics,光の領域は，光の検出器や窓材料が存在する点で有利と い う言 葉 はそのころに 生まれ たもの で す。 従 来 のですが，周波数ωが高くなると，自然放出確率がωの 3Electronics でなく，分光学者と電子工学者とが協力し乗に比例して増し，励起準位に十分な数の電子やその他て新分野の開拓を目指すためのものでした。しかし，この励起に関わる粒子を留まらせるのが難しくなる面もあれを境に，研究者間の関係に競争的要素が強まったようります。しかし，彼らは，ある条件のもとでは量子準位に感じました。間の双極子遷移の強さもωの 3 乗にほぼ比例して増すた
め，光領域でもマイクロ波領域でも，発振に必要な条件

3.

ルビーレーザーとHe-Ne レーザーの誕生の経緯

A.

ルビーレーザーはさほど変わらないことを見出しました。さらに，ωが増すと，共振器内の電磁波のモード数がωの 3 乗に比例して増え，モード選択が困難になりますが，2 枚の鏡を対

聞き手：1960 年にはレーザーが登場しますが，それま向させたファブリーペロー共振器（いわゆる 1 次元共振での 1 年間にどんな動きがあったのでしょうか。

器）を使えば，モード数が劇的に減ることも示していま

霜田：この会議には，後にルビーレーザーの発明で有名す。これらの解析結果を “Infrared and Optical Masers”となるヒューズ社の T. H. Maiman（以下，メイマン）と題する論文にまとめて 1958 年 8 月に投稿し，12 月に，も参加し，クロムの濃度が低い，濃度 0.05％ほどのピンPhys. Rev. 112 , 1940（1958）に掲載されました。量子クルビーを用いたミリ波メーザーの研究を発表しましたが，準位間の遷移確率をもとに，必要な励起光強度を計算光メーザーにも関心を抱いていたのです。他方，ショー33

霜田光一（しもだ・こういち）●略歴
1920 年 10 月 5 日生まれ，1943 年 9 月 東京帝国大学理学部物理学科卒業，同年 10 月
同大学院特別研究生入学，1948 年 6 月 大学院特別研究生中途退学，同年 6 月 東京大学理学部助教授，1954 年 9 月〜1955 年 8 月 米コロンビア大学博士研究員，1955 年5 月 理学博士（東京大学），1959 年 5 月 東京大学教授，1960 年 4 月 理化学研究所主任研究員（兼任），1962 年 11 月〜1964 年 3 月 米 MIT 客員教授，1969 年 7 月〜12 月
独シュトットガルト大学客員教授，1981 年 4 月 理化学研究所名誉研究員，同年 4 月
東京大学名誉教授，同年 4 月 慶應義塾大学理工学部教授，1986 年 4 月 客員教授，
1989 年 4 月 非常勤客員教授，1992 年 3 月 退職，1993 年 4 月 東京都立科学技術大学客員教授，1994 年 3 月 退職，2010 年 12 月 日本学士院会員●主な受賞歴1968 年 6 月 郵政大臣表彰，1974 年 3 月 第 14 回東レ科学技術賞受賞，1979 年 10 月
米国光学会第 9 回 C.E.K.Mees Medal 受賞，1980 年 6 月 第 70 回日本学士院賞受賞，1990 年11月 勳二等瑞宝章受章，1997年 6月 レーザー学会功績賞受賞，2008 年11月
文化功労者顕彰，2009 年 7 月 レーザー技術総合研究所泰山賞・レーザー功績賞受賞

霜田光一に聞く電波と光の最前線開拓2019 年 12 月 4 日初版発行
著 者
発行者
発行所

ヒアリンググループ
喜多 野乃子アドコム・メディア株式会社〒 169 - 0073 東京都新宿区百人町 2 - 21 - 27
電話 （03）3367 - 0571
（代）
Advanced Communication Media Co. Ltd., Tokyo, Japan, 2019
ISBN 978 - 4 - 910636 - 25 - 2 C 3042 ¥ 2200 E© Koichi Shimoda 2019
印刷 / 製本 ㈱ブックフロント
Printed in Japan・ 本書に掲載する著作物の複製権・翻訳権・上映権・譲渡権・公衆送信権（送信可能化権を含む）はアドコム・メディア㈱が保有します。
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