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創立25周年記念誌

レーザー総研25年の進歩

The 25th Anniversary
公益財団法人レーザー技術総合研究所

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 Research and Development Frontiers of High Power Lasers:
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 Fluorescence Dynamics and Electron Transfer Phenomena in Photoreceptor Proteins:
Early Studies and Recent Developments	
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創立２５周年記念誌発刊にあたって

理事長

橋本德昭

レーザー技術総合研究所創立 25 周年記念誌の発刊にあたりまして、一言ご挨拶申し上げます。
当レーザー技術総合研究所は、1987 年文部省、通商産業省、科学技術庁の 3 省庁共管により設立され、大学等での光科学技術の基礎研究を踏まえ、それを産業界に結びつける研究開発を積極的に推進することを使命とし、今日まで活動を続けて参りました。
おかげさまで本年 10 月に創立 25 周年を迎えることとなりました。平成 21 年 7 月に 8 代目理事長に就任し、私の代で 25 周年の記念事業ができましたことを光栄に思っております。これもひとえに関係省庁、企業、大学等研究機関の皆様のご指導、ご協力の賜物と厚く御礼申し上げます。
公益法人制度改革におきましては、本年 4 月 1 日に移行登記を行い、この記念すべき創立 25 周年にあたり
公益財団法人レーザー技術総合研究所として新しいスタートを切ることになりました。
現在、私たちを取り巻く環境は、地球温暖化、エネルギー、人口増加、資源問題等地球規模の課題が多々発生しており、その解決には科学技術の果たす役割がますます重要となっております。
21 世紀は「光の時代」と言われ、光科学技術は、幅広い応用が期待されており、今後その期待はますます高まっていくと思われます。また、第 4 期科学技術基本計画には震災からの復興、再生とともに科学技術イ
ノベーションの推進が示されています。大学や公的研究機関の優れた研究成果を、迅速かつ効果的に産学連携につなげる仕組みの必要性が高まっています。当研究所は、まさしく国および産業界が目指している基礎研究ならびに開発研究について牽引的役割を果たすべく、先端的な研究活動を推進し、新技術の確立と産業の発展に貢献しているものと考えております。
また、省エネルギー効果のある CFRP へのレーザー加工技術の応用やレーザーコンクリート欠陥検査技術など実用化に向けて大きく前進した研究成果も出てきております。このように当研究所はレーザー技術および光科学技術を通じて、不特定かつ多数の者の利益の増進に寄与することを目的に公益財団法人として次の四半世紀へと新たに出発致しました。震災後の経済状況がまだ厳しい状況にはありますが、未来への夢の実
現をめざし、今まで以上に積極的に研究事業に取り組んでいく所存でございます。今後とも関係各位のさらなるご支援、ご協力をお願い申し上げます。

-11

（財）レーザー技術総合研究所創立 25 周年を迎えて副理事長・名誉所長

山中千代衛

財団法人レーザー技術総合研究所は今年創立 40 周年の大阪大学レーザー核融合研究センターのレーザー応用部門（Laser Application Section）を母体として誕生した。昭和 62 年（1987）4 月に大阪科学技術センタ
ーや関西電力の支援の下設立準備室が発足し、5 月の発起人会を経て 7 月科学技術庁、文部省、通産省共管のレーザー研究財団として設立された。
当時筆者はたまたま電気学会の会長だった関係から電気関連の学界、産業界に知人も多く、また政府、官庁でもレーザー核融合研究を通じて多くの支援者があり、経済的にも Japan as No.1 の時代であったから斯界の支持を受け、比較的スムーズに設立が認可された。1 年早くても、1 年遅くても財団設立は難しかったと言われている。
研究目標は当初レーザー開発と同位体分離の学術的研究を中心に、4 研究部の部長はすべて大阪大学レー
ザー核融合研究センターの教官が担当した。したがって大阪大学とは密接な協力関係が保たれ、学生の研究支援の場としても活用され、ポスドクの活躍の場でもあった。所長の構想として大学との人事交流を最も大切なポイントと考えていたのである。
米国リバモア国立研究所のジョン

エメットが目標とするウラン濃縮の活動に対抗する体制を構築し、さらに通産省の企画する自由電子レーザー研究所へも対応し、また科技庁の大出力・可変波長レーザー研究委
員会を推進し、関西原研設立に尽力した。
1990 年代には大出力 CO2 レーザーを用いたレーザー誘雷の研究を展開し、美浜の嶽山にレーザーサイトを開設し、レーザー誘雷に成功した。2000 年代に入ってレーザー加工では EUV 光源開発、レジストレーザー
剥離、フェムト秒加工による周期構造生成の研究をすすめ、白色ライダーによる大気観測を実施し、レーザ
ー超音波による建造物欠陥の検出では JR 西日本と共同研究を展開してきた。
その他レーザーバイオ研究、宇宙太陽光エネルギー利用レーザーや兵庫県立大学の SR ニュースバルを用いたγ線核変換の研究も実施している。さらにレーザー損傷の耐力向上の研究では耐力評価スタンダードの確立につとめている。
この四半世紀に及ぶ研究員の努力はレーザーの開発とその応用の領域で優れた評価を獲得している。今年
創立 25 周年を迎え、千里阪急ホテルでこの 7 月盛大に記念行事が開催され、第四回泰山賞授与式も挙行される。
（財）レーザー技術総合研究所は大阪大学レーザーエネルギー学研究センターを基盤に、レーザー学会、
OEL の技術集団を形成してパワーレーザーの振興に努めてきた。この半世紀に及ぶ長い経験から私達は前途をすべて苦にするペシミストよりは大らかに「日はまた昇る」を期待するオプティミストでありたい。
おわりにこの 25 年いろいろとご配慮を頂き、ご援助賜った関係者の皆様に心から御礼申し上げ、今後ともよろしくお願い申し上げる次第である。
-12

新しい門出所長 井澤靖和
レーザー技術総合研究所は、昭和 62 年（1987 年）7 月、2 つの研究部と総務部からなる体制の下で活動を開始した。当時の記録を見てみると、所員は研究部 5 名、総務部 3 名となっている。電力会社を中心にレーザー濃縮技術研究組合が設立され、国家プロジェクトとしてレーザーウラン濃縮技術開発が始められた頃で、基礎的、基盤的側面か
らその開発を支援するというのが研究所の重要な使命であった。筆者はレーザー同位体分離関連の研究をしていたこともあって、創設当初の研究所運営のお手伝いをさせて頂いた。
その後、レーザー微量分析、光化学反応、自由電子レーザー、生体科学、レーザー加工など、研究分野も原子力か
ら電力、環境、材料、バイオなどへと広がった。当研究所の大きな特長となっている、レーザー誘雷、コンプトン散
乱ガンマ線と核変換、レーザー超音波によるコンクリート探傷、白色光ライダー、太陽光励起レーザーなどの研究でも成果を上げることができた。研究組織も研究部制から研究チーム制へと変更し、現在 6 研究チームと 1 開発室の体制で幅広い研究を行っている。
レーザーの発明以来半世紀を経て、今や、レーザー技術は先進的な産業や科学の発展を支える必要不可欠な基盤技術に成長してきた。また、新しい産業の創成を牽引するイノベーションの源泉でもある。産業分野では、まず、半導体レーザーが光通信・光情報処理産業の発展を支え、ついで炭酸ガスレーザーがレーザー加工でものつくり産業の基盤を発展させてきた。近年は、炭酸ガスレーザーに代わって固体レーザーやファイバレーザーが主流になりつつある。
本格的な光の時代を迎え、次のレーザー産業の芽となるものは何か？そこではどのようなレーザーが必要とされるのか？食料やエネルギーの確保、安全・安心社会、健康長寿、省エネルギー・省資源など、わが国の将来を考える上で重要な戦略的課題は多い。具体的な未来像を描くことは難しいが、レーザー技術が未来社会で大きな役割を果たす
ことは間違いない。
創立 25 周年に併せて、当研究所は公益財団法人として認可され、本年 4 月より新しい形でスタートすることになった。公益財団法人では、その活動が広く一般社会の利益増進に貢献するものであることが強く求められる。次の四半世紀に向けて、所員一同初心に返り、未知・未踏へ挑戦する心を忘れず、大学や産業界と連携しながら積極的に研究に取り組むとともに、成果の普及・情報発信に努め、レーザー産業の振興・発展に貢献したいと考えている。
最後に、長年にわたる皆様方からの暖かいご支援、ご協力に対し心より感謝申し上げるとともに、今後とも、引き続きご指導、ご鞭撻賜りますようお願い申し上げる次第である。

-13

前列左より 今崎一夫、井澤靖和、山中千代衛、中塚正大、三宅浩史、藤田雅之
中列左より 李大治、本越伸二、ハイク コスロービアン、古河裕之、片岡紀子、幸脇朱美、小野田理恵、オレグ コチャエフ

後列左より 砂原 淳、古瀬裕章、染川智弘 、櫻井俊光 、谷口誠治、島田義則、渡邊英世-1-4（2012年1月）

◆

研究成果

◆

2003年～2012年

レ ザ 開発レーザー開発レーザープロセス
レ ザ 計測レーザー計測レー ザ ー 開 発
高平均出力レーザー開発

高出力多波長レーザー開発
TRAM型
増幅器開発

冷却Yb:YAG
OPCPA

ZiZa-AM型
増幅器開発

コヒーレントビーム結合技術

小型レーザー開発
OFF

マイクロチップ
レーザー開発ON

ファイバレーザー
発振器開発

自由電子レーザー開発

スミス・パーセル放射源開発

太陽光励起レーザー開発
アクティブミラー型増幅器開発

Nd/Cr:YAG材料の物性評価

Ce:YAG
材料開発

Nd/Cr/Ce:YAG材料開発

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

ディスオーダード
材料開発

2010

2011

2012
7

●研究成果●レーザー開発太陽光励起レーザー装置開発とその応用
中塚正大
太陽光のコヒーレント変換が高効率で実施できる

クトルの80%以上をレーザー媒質に投入できる。Cr

と、応用先は広く環境・エネルギー問題への対応とイオンからNdイオンへのエネルギー移乗率は極め

同時に新しい低コスト新産業創成につながる可能性て高く、量子デフェクトをも考慮して50%がレーザを持っている。レーザー総研では6年ほど前からプロー励起に寄与する。Ndイオンの量子効率は元々高く

ジェクトテーマとして取り上げ、機関誌「レーザー85%程度である。結果として効率30%以上の変換可クロス」でも研究成果（183, 194, 195, 210, 222, 232,

能性を持っている。

242号）を報告してきた。レーザー技術開発の現状と既に太陽模擬ランプ励起アクティブミラー（AM型）増幅器システムで200 W連続出力を実現した。

今後についてまとめる。

経時的発展を図1に示したが、高濃度ドープセラミッ
地上に降り注ぐ太陽エネルギーは170 PWと人類クス（Nd 1%, Cr 3%）ではじめて実現できるものでの化石エネルギー消費13 TWに比して、とてつもなある。材料研究は大阪大学レーザー研と協力してきく大きい。地球温暖化は地球のエネルギー収支バラ

たが、その他の効率的増感イオンなどの調査を続け

ンスの崩れで生じており、発生エネルギーの大きさている。
Nd/Cr:YAGセラミックス媒質を用いたレーザー増ではない。温暖化を進めている要因を無くさなけれ

幅器システムの解析には、レーザー物性パラメータばならない。
太陽光は従来からバイオマスの育成、光電変換にを知ることが重要である。6,000℃の黒体輻射スペク

よる電気エネルギー化、高温水の直接利用や蒸気発

トルを励起源とする場合、励起量の計算にスペクト電等に利用が進められているが、コヒーレンスの利

ル積分が必要となる。Crイオンの濃度によって決ま用には至っていない。光のコヒーレンスの特徴はビる励起スペクトルを積分データベース化することでーム拡散がなく、長距離伝送が可能で、狭い領域へ

レーザー特性の計算が簡単化される。実用ではNdイのエネルギー集中が可能、単色のためスペクトル上

オンの濃度はいろいろ変えることはなく濃度消光ので取り扱いが容易、パルス化が可能で高いピーク出検討からその最適値は1%である。CrイオンとNdイ

力が得られるなどである。

Lamp-pump

1000

太陽光励起レーザー

2-cm
active-mirror x 2, 2-pass
大型アクティブミラー増幅器２段の広いスペクトルをく
まなく利用し尽くすことが高効率システム開発に要求される。既にCW出力パワー（W）

では効率的太陽電池の研究と同様に、太陽光100

ミックスに高濃度で共TIT Exp’t

小型アクティブミラー増幅器１段
1-cm active-mirror x 1

1

クラッド・ロッド発振器
0.3-cm cladded-rod osc.

rod-type oscillator
ロッド発振器
ロッド発振器rod-type oscillator

0.1

2000

2002

2004

2006

2008

2010

西暦年

図１ 太陽光励起レーザー開発の推移（ILT、JAXA、福井大学、東京工業大学）-1-

8

JAXA, Fukui
Plan

1-cm active-mirror x 2
小型アクティブミラー増幅器２段ドープすることにより、
900 nm以下の太陽スペ

Solar pump

大型アクティブミラー増幅器２段
2-cm active-mirror x 2

10

報告してきたようにCr
イ オ ン を Nd:YAGセ ラ

ILT plan

2-cm
active-mirror x 4, 2-pass
大型アクティブミラー増幅器４段

レーザー開発

レーザー開発オンの結合は極めて大きく、Crイオンの存在がNdイーセンターが生じることがセラミックYAGの不純

オンのレーザー特性に与える影響は次の通りである。

物効果としての欠点である。400℃程度の熱アニーリ

Crイオンのエネルギー蓄積を表わす準位からの蛍光

ングで消失することがレーザー総研の研究で明らか

寿命はmsオーダーで、Ndイオンレーザー上準位寿命となり、高温動作によるカラーセンター抑制が提案の0.2 msに比べて長い。Crイオンからのエネルギーされた。

移乗が継続するためにNdイオンのレーザー蛍光寿

YAGセラミックスの製造に関してはレーザー総命は見かけ上大きく増加する。エネルギー移乗のた

研ではすべて神島化学工業（株）に依頼し共同研究

めにNdイオンのレーザー上準位電子数密度はCrイしている。最近、ファインセラミックスセンター関オンの入っていない場合に比べて当然増加する。ラ連企業（ワールドラボ）でもいい結果が出はじめた。

ンプ励起ロッドレーザーでは出力は3倍にもなる。さ前者ではセラミックス材料は30 cm角程度までの板らにレーザー増幅度が大きくなり飽和増幅領域に入状セラミックスが製造可能で、将来を見越しても技ると、増幅特性は増幅飽和エネルギー係数で左右さ術限界とはならない。5 mm厚アクティブミラー増幅れる。

器では強励起で50 W/cm2程度の取り出しが期待されこれまでの研究では、Crイオンの効果をNdイオン

るので、30 cm角では出力は50 kW に達するからでのレーザーパラメータに繰り込むことによってレーある。後者のCr/Nd:YAG材料はJAXA（宇宙航空技術

ザー計算を簡単化する手法を提案した。濃度の定ま開発機構）と福井大（金邊忠教授）で実太陽光によったCrイオンの効果によるNdイオンの見かけの寿る実験が行われた。

命、および見かけの誘導放出断面積を定義すること意外とむずかしいのは効率的で低コストの太陽光とした。その結果、高出力レーザー増幅器で重要な集光装置である。自然太陽光密度（約 0.1 W/cm2 ）パラメータである増幅飽和係数が、Nd:YAGレーザの何倍の励起密度が必要かはレーザー媒質の形状とーでは約3 kW/cm2程度であるが、Cr 3%コドープで排熱技術で決まる。通常は500倍から1,000倍くらい

2は 80 W/cm 程度と激減し、エネルギー抽出効率がが望ましい。集光素子は価格から見ると、プラステ

格段に増加することが明らかとなった。

ィックフレネルレンズか高反射コートをしたプラス

高濃度Crのドーピングには光散乱係数の増加とい

ティックフィルムが使える。フレネルレンズではう問題点が残っている。YAG中でNdイオンは同じ希70%程度の利用率で、屈折率分散から生じる色収差

土類のY（イットリウム）のサイトに入るが、Crイで集光度に限度があるが低価格性に優れている。フオンはAlのサイトに入る。Crのイオン半径が大きい

ィルムの反射率は全スペクトルで95%を越えるもの

ために高濃度化の際のYAG結晶粒界の制御に困難が市販されている。フィルムを貼付ける凹面基礎構がある。製造過程のばらつきもあって安定なセラミ造が価格を決めている。低価格化のためには多分割

ックス製造法は未だ研究途上である。しかし、セラ

小平面からなる集光素子を製作する技術研究が必要

ミックスメーカの努力により、その散乱量も年々軽であり、これはレーザーが大型化するほど容易であ減し、Cr 2%程度では、Nd:YAG結晶と遜色の無いとる。レーザー素子としてはアクティブミラー形式がころまで来ている。

集光光学系との整合性が高い。

Cr以外の増感作用元素について阪大レーザー研と排熱技術とレーザー素子の高温動作の可能性が将共同研究中であり、次期候補としてCeイオンが見い来の太陽光励起レーザーの効率的運用の鍵である。

だされている。1%程度のCeを追加共ドープすること

平面形状のレーザー素子の排熱技術はすでにマイク

で、短波長領域の励起ではNdとCrの場合の2倍程度

ロチップレーザーなどで研究が進んでいる。レーザの蛍光強度の増加が得られている。レーザー作用上ー総研のアクティブミラー増幅器ではヒートパイプの有効性の検討が進められている。

を応用している。Nd/Cr:YAG の高温動作の可能性については現在研究中であるが250℃程度まで利用可

紫外線領域スペクトルの照射で一部の材料にカラ-2-

9●研究成果●レーザー開発である。2,000℃を超す温度は太陽光の直接集光では困難であって、レーザー光への変換で4,000℃〜数万℃が実現される。
東工大の矢部孝教授や、内田成明特任教授（現東京大学客員教授）は、金属Mg をエネルギー蓄積源とした新しいエネルギーサイクルを提案している。
高温水と反応したMgはエネルギーを放出してMgOとなる。MgO の還元過程に4,000℃を越す高温環境が必要で、低コスト熱源として太陽光励起レーザーの利用を考えている。平成19年には、北海道・千歳図 2 模擬太陽光励起アクティブミラー型増幅器の地に2m角の大型フレネルレンズを集光器とし、主にロッド型レーザーを用いて研究を行い、100W出力能との示唆を得ている。

まで達成している。

太陽光励起レーザーの応用では、このレーザーの現在、本研究を牽引してきたJAXAは、残念なが特徴を活かす必要がある。太陽光をレーザー光に変ら直接励起方式について一端研究を中止することに換することでビーム広がりが小さくなり、1）長距離伝播が可能、2）エネルギー集中から高温発生が可能、
3）単一波長であるなど、また何よりも励起源コストが極端に低いことから4）エネルギー単価の低減、5）
運転コストの低減などの利点が得られる。欠点としなった。しかし、理化学研究所や、豊田中央研究所など、新たな機関が研究を推進するようになり、太陽光励起レーザーとその応用は、新たな段階に入ったと言える。今後は、さらに国際的な協力へと広がりゆくと期待している。

ては宇宙空間利用を除いて日照時間により動作時間の制限が挙げられる。

本研究について、これまで阪大レーザー研からはすでに良く知られた応用先の一つは、長年JAXA

研究支援を、JAXAや関西電力からは研究資金の支において取り上げられてきた宇宙における太陽発

援をいただいた。ここに深く感謝します。

電・地上へのエネルギー伝送の研究がある。もとも（本稿は、レーザークロスNo.264に掲載された「太とエネルギー形態は数GHz帯のマイクロ波生成を想陽光励起レーザー開発の現状」を加筆・修正しまと定していたが数年前から、システム効率、軽量性、めた）

コンパクト性、地上での小規模基地などからレーザー利用が並行した課題として取りあげられるように発表論文（主要）なった。平成8年から、JAXAでは「１kW級レーザー1) 佐伯拓、今崎一夫、中塚正大、“太陽光直接励起システム開発検討会議」（主査: 福井大学金邊忠教

レーザーの現状と将来”レーザー研究, 37, 120授）を立ち上げ産官学連携で設計し、福井大学に(2009).

100W級試作レーザーの開発を進めた。ジグザグディ

2) T. Saiki, K. Imasaki, S. Motokoshi, C. Yamanaka, H.

スク型発振器であり、プラスティックフィルムを貼

Fujita, M. Nakatsuka and Y. Izawa, “Disk-Typeった大型カセグレン反射鏡で集光している。平成10

Nd/Cr:YAG Ceramic Lasers Pumped by Arc-Metal

年冬には、福井のつかの間の晴間で約 20 W出力を

Halide-Lamp”, Opt. Commn., 268, 155 (2006).

確認している。
太陽光で高温を実現してエネルギー応用を進める
方法があるが、その多くは500℃程度までの熱水利用、
もしくは1,000℃程度までの水素生成化学反応など-310

レーザー開発

レーザー開発高出力多波長レーザー開発
レーザープロセス研究チーム
藤田雅之
年に NOVALAS、1999 年〜2005 年に FST プロジェ

１．失われかけた 10 年
レーザー開発の国プロの流れを振り返ると、1977

ク ト 、 そ れ を 受 け 継 い だ 2004 年 〜 2009 年 の年〜1985 年の「超高性能レーザー応用複合生産シス

FEMTONIK、2004 年〜2009 年にかけて半導体レーテム」での炭酸ガスレーザー開発、1986 年〜1994

ザーやファイバーレーザー開発の BRIOLAS と、光年の「超先端加工システム」でのエキシマレーザー

技術を国家基幹技術と位置付けた研究開発が進めら

開発、2 年空けて 1997 年〜2001 年に実施された「フれていた。

ォトン計測・加工技術」研究開発プロジェクトでの国内では 2007 年になってようやく、（財）機械シ

LD 励起 YAG レーザー開発の後、しばらくレーザー

ステム振興協会から委託を受けて（財）製造科学技

開発の国プロが途絶えていた。この間、何の動きも術センターが「高品質化した加工用レーザーと開拓なかったわけではない。国プロが始まると同時に先される新加工領域に関する調査研究」を立ち上げた。

導研究と呼ばれる調査研究が行われ、次の国プロの

国内外のレーザー技術動向調査を行い、レーザー技

準備に入るというのが常であった。

術の体系化及び将来動向分析を進め、次世代ファイ

公開資料を紐解くと、1994 年〜1996 年にかけて先

バーレーザー及び次世代ファイバーレーザーによる導研究が行われ、1997 年 2 月に研究開発の基本計画

新加工領域（製造技術）の技術開発提案をまとめるが公表され、1997 年春に「フォトン計測・加工技術」

ことを目的としていた。この調査研究では、次世代研究開発プロジェクトの公募が実施されていた。同

レーザー技術活用調査委員会（委員長：中井貞雄、様に「フォトン計測・加工技術（’97〜’01）」が始

光産業創成大学院大学・学長）の下に次世代レーザ

まると、1998 年、2000 年、2001 年にフォトンセン

ー技術体系化調査ＷＧ（主査：塚本雅裕、大阪大学・

ターを中心に調査研究が行われていた。2000 年の技講師）と次世代レーザー加工技術調査 WG（主査：

術動向調査では、レーザー総研もオプトメカトロニ

吉田 実、近畿大学・准教授）と 2 つの WG（ワーキクス協会と共にフォトンセンターに協力し事務局をンググループ）が設置された。また、海外調査も行務めた。この時は、ナノ加工がキーワードであった

われ、2007 年 11 月 12 日に Fraunhofer ILT を訪問、と記憶している。ビームの発生・制御・ナノ計測技

2007 年 11 月 14 日、15 日の二日間にわたってドレス

術・反応制御技術について今後重要となるレーザー

デンの国際会議場において開催された第 3 回ファイ技術の調査を行った。しかし、3 回に渡る先導研究

バーレーザー国際ワークショップに参加した。このが国プロに結びつくことはかなわず、国内でのレー時の調査団メンバーは、阿部信行（大阪大学・准教

ザー開発プロジェクトは、しばらく途絶えることに授）、塚本、岡本康寛（岡山大学・助教）、藤田、なった。

間野隆久（製造科学技術センター・課長）であった。
翌年、2008 年にも、（財）機械システム振興協会

２．プロジェクト復活を目指してから委託を受けて（財）製造科学技術センターで「産日本でレーザー開発プロジェクトが途絶えている

業用次世代レーザー応用・開発に関する調査研究」

間に、欧州、特にドイツでレーザー開発プロジェクが行われた。産業用次世代レーザー応用・開発調査

トが盛んに行われるようになった。1993 年に Laser

委員会（委員長：中井貞雄、副委員長：植田憲一）

2000 と称される枠組みが設定され、1997 年〜2002の下に、異種材料・切断接合調査 WG（主査：片山-111

●研究成果●レーザー開発円であることが、基本計画ならびに H22 年度（2010年度）実施方針と共に示された。提案書の締切日は
5 月 10 日であった。
国プロの公募が年度末ギリギリになったことには、
事業仕分けの影響が無かったとは言えない。2010 年
度予算編成に対して 2009 年 11 月から逐次実施され

図１ 2007 年 11 月 12 日に Fraunhofer ILT を訪問た「事業仕分け」は、それまでの予算編成の仕組み

聖二、大阪大学教授）、局所表面改質調査 WG（主を根底から覆すようなものであった。また、予算編

査：新井武二、中央大学教授）、反応制御調査 WG

成のみならず独立行政法人（NEDO や産総研など）（主査：水野一彦

大阪府立大学大学院教授）、次や公益法人の存続が危ぶまれる状況が生まれた。そ世代レーザー加工システム調査 WG（主査：神成文

れまでは、中立的な公益法人や産総研が中心となり

彦、慶應義塾大学教授）と 4 つの WG が設置された。

企業の研究開発案件を調整し、役所での予算確保を2008 年 11 月 28 日（金）〜29 日（土）には、箱根ホ促し、提案をまとめる、といった作業が常であった

テル小涌園で合宿委員会が行われ、深夜まで議論がが、この仕組みが打撃を受ける、あるいは先が見え交わされた。熱い議論のせいか、飲み過ぎのせいか、ない状態になっていた。今回の国プロ立ち上げ・調

この時若干一名が泥酔状態で部屋に担ぎ込まれたよ

整では、事業仕分けの影響が小さかった大学人の東うである。

奔西走とそれを支援する企業人が小さからぬ役割をまた、レーザー学会では「次世代産業用レーザー」

担っていた。

専門委員会（主査：塚本、副主査：河仲準二（大阪
４．プロジェクトへの参画

大学レーザーエネルギー学研究センター）、幹事：
甲藤正人（宮崎大学産学連携センター））が立ち上

公募がオープンとなり提案書の準備作業が進めらがり、2009 年 4 月〜2012 年 3 月の 3 年間活動するこれた。また、提案書の作成と共に、共同提案のためととなった。

の技術研究組合の設立準備も進められた。プロジェ
クトリーダーを前レーザー学会会長を務められた尾形仁士氏にお願いし、技術研究組合次世代レーザー

３．国プロ復活
2007 年、2008 年の調査研究が功を奏し、2009 年度

加工技術研究所、大阪大学 接合科学研究所、大阪大の終わり頃、2010 年 1 月、2 月には NEDO ポストで学 レーザーエネルギー学研究センター、浜松ホトニ

平成 22 年度新規/拡充研究開発プロジェクト（案）クス（株）、（株）アルバックとの連名でレーザー概要が公開され、パブリックコメントの募集が行わ

総研は共同提案に加わった。提案書の提出時点ではれた。また、2010 年 1 月 20 日の日刊工業新聞 1 面

技術研究組合は認可待ちの状態であったが、2010 年には「経産省 国産レーザー加工機支援 炭素繊維

5 月 17 日にレーザー学会会長の中井貞雄氏を理事長

複合材など対象」という見出しのトップ記事が掲載とする技術研究組合次世代レーザー加工技術研究所

された（ちなみに、隣の記事の見出しは「JAL、更（英文名：Advanced Laser and Process Laboratory

生法申請」であった）。そして、2010 年 3 月 30 日

Technology Research Association、略称：ALPROT）に「高出力多波長複合レーザー加工基盤技術開発プが設立された。当初の参画メンバーは、浜松ホトニ

ロジェクト」に係る公募が NEDO ホームページで公クス（株）、古河電気工業（株）、（株）アルバッ

開された。NEDO 内の担当部は機械システム技術開ク、ミヤチテクノス（株）、新日本工機（株）、（株）

発部で、研究開発期間は平成 22 年度〜平成 26 年度

アスペクト、（株）片岡製作所、三菱化学（株）、の 5 年間、平成 22 年度事業規模が一般勘定 665 百万（独）産業技術総合研究所であった。
提案に対して 5 月 28 日にヒアリングが行われ、6-2-

12

レーザー開発

レーザー開発月 21 日に我々の提案の採択が決定した。この時、共同提案者であったレーザー総研は、ALPROT への加入がプロジェクト参加への条件となった。事業仕分けの影響で、財団法人が NEDO からの直接委託を受けることや再委託先となることに対してはばかられる風潮があったようである。大阪大学と産総研に集中研を置き、レーザー総研は ALPROT の一員として出向の形で阪大レーザー研と共にレーザー開発に携わることとなった。

５．新たなプロジェクトの試み
今回の国プロの大きな特徴は、（レーザー開発に関して）大学が NEDO プロ研究成果のアウトプット
で大きな役割を担うことであろう。先のフォトン計
測・加工プロジェクトでも大阪大学は参画していたが、三菱電機の再委託先であった。今回は直接委託

図 2 サンフランシスコの中華街にてであり、且つレーザーの最終出力を達成するという後段左から：尾形、井澤、吉田、藤崎

責務を負う計画となっている。国プロの成果では世前段左から：藤田、塚本

界最高性能かつ市場を切り開くことが求められる。
今回のプロジェクトでは MOPA (Master Oscillator
and Power Amplifier)システムのレーザー開発を掲げ、世界最高性能を有するレーザー増幅器開発を大学が、市場が求める売れ筋の出力のレーザー開発を企業が

6 月 30 日には東海大学交友会館で、ALPROT の第一回理事会、総会が開催され、平成 22 年 8 月にプロ
ジェクトが正式にスタートした。
2011 年 1 月 23 日〜27 日にかけてサンフランシス

分担するという体制がとられている。実力のある中コで開催された Photonics West 2011 に ALPROT から

小企業も参画している。どうしても大企業は市場規尾形 PL、藤田、新納弘之（産総研）、間野、藤崎晃

模がある程度大きくないと製品投入をためらいがち（古河電工）が参加し、現地で合流した井澤靖和、だが、中小企業であればプロジェクトの成果を活か

塚本、吉田治正（浜ホト）らと共に海外のレーザーして市場を切り開いていけるのでは、と期待してい開発動向の調査を行った。それから約 2 年半が経ち、る。ドイツの中小企業であったトルンプが国の研究

2012 年 8 月にはプロジェクトの中間評価が行われる。

助成・支援を受けてレーザー加工機の世界企業に成長したように。

文中、敬称を略しています。

-313

●研究成果●レーザー開発大型レーザーの開発
レーザープロセス研究チーム
古瀬裕章

レーザー技術総合研究所（以下 ILT）では 2007年度より、三菱重工業株式会社（以下 MHI）の委託を受け、産業用大出力レーザー開発を行ってきた。最終目標は CW 10 kW 以上であり、高効率と高品質を同時に満たす新しい光源が要求された。
筆者は 2007 年度の秋、学位取得をきっかけに今崎主席研究員の誘いを受け、レーザー総研に入所し、光源開発に携わることとなった。
図 1 TRAM Yb:YAG 材料サンプル

筆者が入所した当時のチーム状況は、今崎主席、
佐伯拓研究員（現関西大学准教授）、そして筆者の３名であり、まだレーザー材料や増幅方式の選定と液体窒素界面の全反射を利用してレーザー光を伝について議論中であった。2007 年度の出力目標は搬させる。この方式だと従来のアクティブミラー方

200 W であり、年度内に達成できるかが極めて厳し式で施されていた高反射膜が不要となり、高い廃熱い状況にあった。その後、大阪大学レーザー研（以が期待できる。

下 ILE）の宮永憲明教授、河仲準二准教授の多大な筆者は ILE のアイデアを基に、さっそく実験準備

る御協力を得ることになる。河仲准教授は低温冷却に取り掛かった。何も物品が無い状態からのスター

Yb:YAG レーザーに逸早く着目し、核融合ドライバ

トであったため、光学定盤の準備から、コンポジッーの可能性について言及されていた。そして、ロッ

トセラミックスの設計、発注、励起 LD の選定、集ド、ディスク、アクティブミラー方式の増幅特性や、光光学系、共振器の設計と光学部品の準備、液体窒

CW、Q スイッチ、再生増幅、モードロック発振器

素クライオスタットの製作、測定機器の準備等、多開発等を精力的に行われており、世界的に注目を浴くの作業を短期間で行う必要があった。特に筆者はびていた。特に低温冷却 Yb:YAG は 4 準位系のエネ

レーザー開発に関しては全くの素人であったため、ルギー構造を示すため高効率動作が可能であり、発ほとんどが初めての経験であった。筆者の机を河仲熱が少ない。実際に 90%の変換効率が河仲グループ

グループに用意して頂き、河仲准教授ご指導の下、で達成されている。さらに熱伝導率や熱膨張係数等

レーザー開発の知識・技術を相当参考にさせて頂いの物性値も向上するため、熱に強い材料と言える。

た。当時共同研究員で来られていた浜松ホトニクス

今崎主席は宮永教授、河仲准教授をチームに引きの川嶋利幸氏、安原亮氏（現核融合研）、栗田隆史

込み、ILT-ILE-MHI の共同チームができた。そして氏、関根尊史氏、池川恭史氏、片井隆志氏には多く

河仲准教授からコンポジットセラミックスを用いたの助言と激励を頂いた。また学生であった竹内康樹

低温冷却 Yb:YAG の全反射アクティブミラー方式

君（現浜松ホトニクス）や吉田陽君（現博士後期課（Total-Reflection Active-Mirror: TRAM）が提案され程）にもずいぶん相談に乗って頂いた。多くの方のた。TRAM 方式では 1 mm 以下の Yb:YAG を底面にご協力を得て、ぎりぎり年度末に 200 W 級出力を達貼り付け、液体窒素で直接冷却する。そして Yb:YAG

成することができた。
-1-

14

レーザー開発

レーザー開発図 3 ZiZa-AM Yb:YAG 材料

図 2 液体窒素クライオスタットと実験セット
アップや藤田雅之主席研究員、ハイクコスロビアン副主任
研究員、櫻井俊光研究員が新たにチームに加わり、低温冷却 Yb:YAG の TRAM レーザーは、非常に良い結果を残した。2008 年の夏には最大出力 273 W、
スロープ効率 72%を達成した。200 W 以上のレーザ

TRAM、ZiZa-AM の増幅実験、波面測定等から、コヒーレントビーム結合まで光源開発の幅を広げ、現
在は 100 kW レーザーの概念設計まで完了した。今ーでは当時世界最大効率であった。その成果は 2009
年の ASSP、CLEO、CLEO-Europe、レーザー学会、
応用物理学会等で報告させて頂いた。特に CLEO に後は熱計算を中心に行い、大出力レーザー開発への発展を試みる予定である。
上記光源開発の目的は産業用途であると同時に、投稿した論文はレーザー開発分野で最高得点をマー

低温冷却 Yb:YAG TRAM レーザーの高平均出力化クした。

実証でもある。筆者の所属する ILE 河仲グループはTRAM レーザーが世界的に注目され始めた頃、す核融合炉用ドライバーの開発を主目的としており、

かさず 3 つの TRAM を一体化させた ZiZa-AM

現在そのマイルストーンとして 1 kJ、100 Hz の

(ZigZag Active-Mirror)と言う新しい材料構造を試GENBU（Generation of ENergetic Beam Ultimate）レ

作・考案、特許出願した。液体窒素で直接冷却するーザー開発が掲げられている。その前置増幅部にはため、レーザー材料の設置が困難であったが、何と低温冷却 Yb:YAG の TRAM 方式が導入されること

かレーザー試験を実現した。ZiZa-AM レーザーではになり、筆者は CW 光源開発と並行して高エネルギ

ほとんど熱による悪影響が見られず、出力 200 W 以

ーのチャープパルス増幅器の開発にも携わってきた。

上を達成できた。そして得られた成果を ASSP2010で報告した。より高出力の励起光源を準備できれば、キロワット出力は容易に実現できる。井澤靖和所長

2008 年度から 2009 年度にかけて、最初に行ったのは超短パルスモードロック Yb ファイバー発振器

図 4 GENBU レーザーの構成図-215

●研究成果●レーザー開発が開発し、2 mJ の出力を達成していた。筆者はこれを 1 J まで増幅する必要がある。当時修士 1 年生であった中西拓也君（現経産省）が準備した増幅部のクライオスタットの組立て作業を行い、TRAM 2 個を用いた増幅実験を試みた。また 2010 年 10 月から
はフランス LULI
（Laboratoire d’Utilisation des Lasers
Intenses）より Daniel Albach 博士が共同研究員として半年間滞在し、共に主増幅部の実験を行った。
現在所有している TRAM は Yb 添加濃度が高く、

図 5 Yb ファイバーモードロック発振器

寄生発振が最も大きな問題となっている。これを克60 cm

服する新しいレーザー材料を設計し、高出力増幅をの開発であった。GENBU レーザーの主発振器であ試みている。今夏中に 1 J 出力を達成する予定で研る。当時 Yb ファイバーによる多くのモードロック

究を進めている。

発振器に関する報告があり、産総研からファイバーで世界最短パルスである 28 fs が達成されていた。当

発表論文

時修士１年であった安野裕介君（現三菱原子燃料）

1) H. Furuse, J. Kawanaka, K. Takeshita, N. Miyanaga,と開発を始め、まずは CW 動作確認から行った。必T. Saiki, K. Imasaki, M. Fujita and S. Ishii,

要な物品の準備や、開発の際にはファイバーレーザ“Total-reflection active-mirror laser with cryogenicー開発実績のある ILE 吉田英次技術専門職員にご協

Yb:YAG ceramics,” Optics Letters, 34, 3439 (2009).

力を頂き、前半はスムーズに研究が進んだ。2008 年2) H. Furuse, J. Kawanaka, N. Miyanaga, T. Saiki, K.

4 月から物品準備を始め、夏の応物では CW 発振の

Imasaki, M. Fujita, K. Takeshita, S. Ishii and Y.

出力特性や、温度変調によるスペクトル制御に関し

Izawa, “Zig-zag active-mirror laser with cryogenicて報告を行った。さらに 11 月にはモードロック発振

Yb3+:YAG /YAG composite ceramics”, Opticsを観測し、様々なデータを取得した。しかし、なかなか 1 ps 以下にパルス圧縮できなかったのである。
共振器内部の分散補償量を調整したり、励起パワー

3) T. Kurita, H. Yoshida, H. Furuse, T. Kawashima and
N. Miyanaga, “Dispersion compensation in anを調整したり、ファイバーの温度変調も試みた。結Yb-doped

局、非線形相互作用長となるファイバー長が長すぎ

fiber

oscillator

forgeneratingtransform-limited, wing-free pulses”, Optics Express

ることが原因と発覚し、不要なファイバーをカット

19, 25199 (2011).

したのである。2009 年 10 月にようやく 50 fs までパ

4) J. Kawanaka, Y. Takeuchi, H. Furuse, T. Nakanishi,

ルス圧縮できるようになり、GENBU の主発振器とA. Yoshida, T. Norimatsu, T. Kawashima and H. Kan,

して導入を開始した。この発振器は現在もセルフス“Total-reflection active-mirror amplifier for high

タート、出力安定で動作している。

pulse energy and high average power by using a2010 年 4 月からは増幅部の重要な箇所を任せてcomposite ceramics”, Optical Materials, 34, 977

頂くことになった。パルス伸張器、前置増幅部等の(2012).

フロントエンド部を博士後期課程の竹内君（前述）-316

Express 19, 2448 (2011).

レーザー開発

レーザー開発Research and Development Frontiers of High Power Lasers:
Coherent Beam Combining (CBC)
Laser Process Research TeamHaik Chosrowjan
Though I am working at ILT since 1996, I have joint

however, tiled-aperture CBC is better suited, because in

the high power laser development team only recently –contrast to other beam combining techniques, in this caseabout two years ago. Generally, high average and peakthe central lobe intensity I is proportional to the ~ N2,

power lasers are increasingly required for many

where N is the number of combining beams (Fig. 1). The

applications. However, in many specific cases like inmost difficult part of successful CBC is the need tomaterial processing, inertial fusion, as a neutron source

control and lock the phases of individual beams. Manyor in space applications, not only the output power but

implementations of CBC exist, but most of them havethe obtained high radiance (brightness) and/or far-filed,limitations on single beam power, number of beam

on-axis intensity of the beam are essential. Unfortunately,channels, material damage threshold, etc. We had set a

as we all know it well, lasers cannot be scaled togoal toward scaling peak and average brightness beyond

arbitrarily high power while maintaining their beam

the limitations of any single source technology – develop

quality simply by supplying them with more pumpa method for coherent combination of multiple kilowatt

power. Equally, they cannot be focused to arbitrarily

class laser beams in parallel (tiled-aperture design) using

small size. Hence, various concepts have been developed

a simple, effective approach without complicated phaseto circumvent the power/brightness scaling limitations.

retrieval algorithms and control electronics.

To obtain ultra-high intensities from multi-kilowatt classlaser systems, beam combining concept emerged as oneof the viable choices. Coherent beam combining (CBC)(coherent addition of multiple laser beams) is a relatively
new research direction in beam control/laser physics
field. To understand the importance of laser beamcombining (BC) in simplified terms, an analogy between
laser BC and parallel computing seems to be appropriate.
When the speed or capacity of one computer is notenough for solving a given problem, N computers areused in parallel configuration to reduce the workload of asingle unit. Similarly, when a given laser source does notdeliver sufficient power and/or brightness for a given
application, N number of similar laser beams are
Fig. 1 Comparison between (a) tiled- vs. (b)combined to achieve the required power and/or
brightness level of the given application. There arefilled-aperture near field output designs in N

different BC types (coherent, incoherent, filled aperture,channel CBC system, and corresponding far-field

tiled aperture, etc.). For far-field, on axis applications,on axis intensity I dependence on beam number N-117

●研究成果●レーザー開発Week after week I was drawing and offering strategies

interferometricfor CBC, but all my efforts were in vain – the ideas I

emerged (Fig. 2).

thought and came with were either done, unrealistic or

phase

shift

compensation

methodThe reference beam in the new technique is not

physically wrong.

frequency shifted and it does not require explicit

Back in 2010 I was often talking about CBC problem

knowledge of the optical phase (phase retrieval

with my colleague Dr. Oleg Kotyaev, who is an excellent

algorithms are obsolete), hence is quite simple inspecialist of remote control non-destructive laser

implementation.

diagnostics.

video

Recently we experimentally demonstrated, as a proof ofdemonstrations of phase stabilization techniques he use

principle, this novel concept for applications in highin his research. And one day, during our regularpower multichannel laser amplifier systems with tiled

laboratory meetings an idea came – why not expand theaperture design.

I

wasalwaysimpressedbyphase stabilization technique in remote sensing (usually

Using a photodiode pair coupled piezo-actuatorapplied for single laser beam phase stabilization) to amirrors we demonstrated robust beam locking bandwidthcase of many beams and control/lock the phases of(~ 1 kHz) and accuracy (~ /25) for two beam channels

individual(Fig. 3). We estimate that the performance of thebeams

negative-feedbackbyasimpletechnique?

Severalanalogueoftechnique can be further enhanced in terms of operation

discussions with Prof. Izawa, Prof. Miyanaga (ILE)

bandwidth and rms (~ /100) phase locking accuracy iffollowed,diffraction limited optical components are used. Thisandfinallyanewroundstechniquecalledtechnique is not limited by single beam power or channel
number restrictions, can be integrated into various
MOPA architectures and perform with high speed andaccuracy. In our future works, we plan to apply this CBC
technique to cryogenic Yb:YAG total reflection active
mirror (TRAM) amplifiers also under the development at
ILT and investigate its performance potential in moredetail.
We have started investigations on CBC using fourFig. 2 A snapshot of the CBC apparatus layout

channel amplified beams. Other CBC concepts are also
under the consideration at our institute. For instance, theviability of a concept using only a single diode detector
for all beam channels is under investigation, etc.
In conclusion, I would like to note that various BC
methods and techniques are becoming a new trend inhigh power solid state laser physics. I expect more
breakthroughs in this area in terms of new laser sources
based on BC concepts with record brightness and high-/average power generation, and I will do my best to keep
the activities in ILT at the forefront of theseFig. 3 Far field images of single beams (a) and (b), anddevelopments.

their incoherent (c) and coherent (~ 0) (d)combinations-218レーザー開発

レーザー開発新レーザー材料と小型レーザー装置開発
レーザー技術開発室
本越伸二
レーザー装置の大きな課題の一つに低コスト化がザー装置ではあるが、ファイバ結合型半導体レーザ

挙げられている。様々な分野で、レーザー使うといーや、ファイバレーザーで、同等以上の性能が得らいものができるが、高価だから使えない等の話を耳れるようになったので、今では開発に培った知識とにする。当然、レーザーの応用範囲は付加価値の高技術のみが残るものとなってしまった。
低コスト化でもう一つ重要な要素は、レーザー材

いものに限定される。レーザー装置が安くなれば、料の開発。半導体レーザーが安価になってきたとは

もっといろんな所に使用できる。
2007 年、有限会社オプトエレクトロニクスラボラ

言え、未だに低繰返しではフラッシュランプ励起がトリー社から、マイクロチップ固体レーザーの製造、使用されている。Nd:YAG レーザー材料に対するフ販売を開始した。これは、中塚正大副所長、佐伯拓

ラッシュランプ光による励起効率は 3%程度。その研究員（現、関西大学准教授）の尽力による。当時、原因は、広い発光帯域を持つフラッシュランプに対半導体レーザー励起小型レーザー装置は、市販されして、Nd イオンの吸収波長は限られていることにあていたが、1W 程度の出力でも、数十万円していたる。その解の１つが、太陽光励起レーザー開発（別と記憶している。これは、半導体レーザーの価格に掲）で進められている Cr イオンの共添加であり、透加え、電源、温度制御器など比較的精度の高いもの

光性セラミック技術である。

を使用していたためである。もっとシンプルに、もNd/Cr:YAG セラミックス材料自身は、既に、太陽っと安価にできないか、を命題に試行錯誤し出来上光励起レーザーの実験で使用されていたが、高効率がったのが上記マイクロチップレーザー装置である。

動作に必要な Nd と Cr の最適濃度については、判っ

多少手作り感があることは否めないが、レーザー総ていなかった。様々な濃度に対してセラミックスを研から、ベンチャー企業を通して世に出た第 1 号の製作し測定するには、コストが掛かりすぎるためで製品であった。

ある。それを独自でセラミック焼結前の粉体状態でこの研究の淵源は 2001 年にまで遡る。その頃はま評価することを始めた。これには、阪大レーザー研

だレーザーウラン濃縮用高平均出力レーザーの開発の藤岡加奈研究員（レーザー技術推進センター）に研究を行っていた。5kHz の繰返しパルスに対して、多大な時間と労力をお借りすることになった。お願100W のグリーン光を出力していたが、AOQ スイッ

いついでに、より高効率動作を可能にする Cr 以外のチ、マルチモード発振とビーム特性が良くなかった。

共添加イオンについて検討を依頼した。様々な添加

短パルス化、ビーム品質の改善を目的に、シード光となるマイクロチップレーザー装置の開発を行った。
実験は本越が担当し、理論計算には椿本孝治助手（阪大レーザー研、現助教）にお願いし進めた。このビーム品質の改善は確認できたが、短パルス化については、ASE 光を完全に抑えこむことができずに受託
期間が終了。
その結果を下に製品化されたマイクロチップレー

図 1 Nd/Cr:YAG セラミック材料（神島化学工業）-119

●研究成果●レーザー開発イオンに対する蛍光、吸収の文献調査から始まり、評価することが要求され、低温を測るなら、一層の試作粉体の製作と評価と、約 1 年掛かって、Ce イオ

こと高温までの温度依存性を評価しようと、彼の研ンが青—紫外域の増感剤となり、Nd、Cr を合わせる

究テーマが決まった。蛍光分光装置、分光光度計はことにより、より高効率が期待できる結果を得た。

既 に ある 。評 価 用材 料に は 、こ れま で 使用 した

その後、Ce 添加濃度の最適化など、更に苦労を重ね

Nd/Cr:YAG セラミックスや、藤岡研究員の試作があたが、藤岡研究員の材料に関する地道な研究は、2011

る。試料の温度制御には、藤本靖助教（現、阪大レ

年 1 月学位取得へと結実した。

ーザー研講師）が大事にしていたクライオスタット

Nd/Cr:YAG セラミック材料に話を戻そう。ここ数を借りることができた。準備万端、後は測るだけと年、様々な企業、研究機関で太陽光励起レーザーに思ったが、そうは行かなかった。最も大きな問題は、関する研究が開始された。ここで問題となるのが、試料設置の僅かなずれで、蛍光強度が異なること。

Nd/Cr:YAG セラミック材料の正味の物性値である。

このままでは異なった材料間の違いが確認できない

Cr イオンによる励起光の吸収は増加する。しかし、ことがわかった。測定と解析を繰返す中、幸運にも、その吸収されたエネルギーがどのように Nd イオン

Nd イオンの吸収スペクトル、蛍光スペクトルは、に移るのか、またどれくらいのエネルギーが移るの

Nd:YAG でも、Nd/Cr:YAG でも変わらない。また、かが、十分に理解されていないまま利用が進んでいNd イオンのエネルギー準位は、温度に対して鈍感でる。レーザー総研でも、理論と合わないことが多々あることが判り、Nd のスペクトルで規格化できるよ

出てきた。そのため、もう一度、物性特性、光学特うになった。この結果、多くの新しい知見が得られ、性の評価を行うようになった。折しも、近畿大学吉一気にエネルギー移乗の理解が深まった。本田は、

田実准教授（現教授）の研究室から修士の本田能之後期課程になってもこのテーマを続けてくれている君（現大阪大学大学院後期課程１年）を迎え、実験

ので、更に理解が深まるだけでなく、Nd/Cr:YAG 以を担当してくれるようになった。異なったイオン間

外のレーザー材料に対するエネルギー遷移過程の解のエネルギー移乗を理解するためには、それぞれの明に繋げていくことを期待したい。

エネルギー準位を明らかにする必要がある。エネル

レーザー材料が作れるようになったので、新しいギー準位の決めるためには、吸収スペクトル、蛍光材料に挑戦しようと始めたのが、Ce:YAG 材料。

スペクトルが必要だが、これまで室温でしか評価さ

Ce:YAG 材料自身は、シンチレータや、白色 LED にれていなかった。室温では、材料のエネルギー準位

応用されているので、それほど新しくはない。しかは既に縮退を生じ、スペクトルの広がりを持つ。そし、青色 400nm 帯に大きな吸収をもち、500〜650nmのため、低温の吸収スペクトル、蛍光スペクトルをに掛けて広い発光域を持つので、レーザー動作が可能になれば面白い。また、先述の Nd/Cr:YAG 材料の増感材として、Ce 添加は既に実験しているので透明

図 3 蛍光特性測定の様子

図 2 種々の添加元素を加えた YAG 粉体材料

（手前：本越、奥：本田）-220

レーザー開発

レーザー開発ボ）、柳谷高公氏（神島化学工業）を始め、多くのセラミックス化まで出来そうである。
まず、藤岡研究員が残っていた Ce:YAG 粉体をセ研究者や技術者の手によって、実用可能な高品質のラミックスに固めてくれた。レーザー動作の可能性

ものに仕上げられた。ファイバレーザーの高出力化、だけと、佐伯研究員がフラッシュランプを用いて発半導体レーザーの直接利用など、これまでの固体レ振実験を行ってくれた。「発振した！！」と俄然盛ーザー装置からの置き換えも進み、安価なレーザー

り上がり、では本格的に研究しようと学生を一人付

結晶材料も入手可能になってきている中、大型化だけることにした。タイミングよく入ってきてくれた

けではセラミックレーザー材料の優位性を出すことのが、近畿大学吉田研究室の多田尚史君（大阪大学

は難しくなっている。先述の Nd/Cr:YAG 材料のよう

大学院前期課程を経て、現在東ソー株式会社）。蛍に、セラミック材料でしかできないものを探求する

光特性などデータを取得しながら、過去の文献調査ことが必要と思われる。現在、ディスオーダード（無などを行ってくれた。レーザー動作に対して黄色信秩序な）結晶のセラミックス化を進めている。光学号が出てきた。1 つは、極端に短い蛍光寿命。一般

品質を維持しながら、単結晶以上の乱れを生じるこ的な Nd:YAG 材料の蛍光寿命は約 230μs として知らとにより、セラミック材料の新しい可能性を検証しれている。Ce:YAG 材料の蛍光寿命は約 100ns であていきたい。

った。逆に、蛍光スペクトルから算出された誘導放出断面積は、Nd:YAG の約 10 倍であることが判った。

発表論文（主要）

共振器間隔を短くし、短時間で発振までビルドアッ

1) K. Fujioka, T. Saiki, S. Motokoshi, Y. Fujimoto, H.

プできれば、まだ可能性がある。もう 1 つの問題。

Fujita and M. Nakatsuka, J. of Luminescence, 130,

Ce:YAG 材料の蛍光上準位からの吸収（励起状態吸455 (2010).

収、ESA: Excited State Absorption）の存在である。つ

2) 藤岡加奈、佐伯拓、本越伸二、藤本靖、中塚正大、まり、折角青色光で励起を行っても、蛍光を自身で“ゾルゲル製作粉体によるドープ YAG セラミッ

もう一度吸収してしまい、共振器においては大きな

クスの蛍光特性評価”、レーザー研究、35, 393

損失となる。事実、発振実験を行っても、強い蛍光(2007).

は確認できるが、レーザー発振は確認できなかった。

3) 藤岡加奈、中塚正大、佐伯拓、本越伸二、今崎一

では、この ESA を詳しく調べようと、スペクトル、夫、藤本靖、藤田尚徳、“太陽光励起レーザー用

寿命、吸収係数などの計測に取りかかった。過去のCe/Cr/Nd:YAG 材料の蛍光特性評価”、レーザー研

論文では、励起エネルギー準位から、YAG 自身の伝

究、38, 207 (2010).

導帯準位に再吸収されるとの記載もあった。しかし、

4) 多田尚史、本越伸二、本田能之、實野孝久、藤岡ESA スペクトルから考えると、Ce イオンの上準位へ

加奈、吉田実、“Cr:YAG セラミックスにおけるの再吸収の可能性が大きいことが判った。であれば、光学特性の温度依存性”、レーザー研究、38, 382

結晶場を変えることにより、蛍光スペクトルと ESA(2010).

スペクトルを分離し、レーザー発振が可能な波長が5) Y. Honda, M. Yoshida, S. Motokoshi, K. Fujioka, T.

あるはず・・・と、ここで多田が卒業、現在に至る。

Jitsuno and M. Nakatsuka, “Temperature Dependences

お楽しみは、次の 5 年に持ち越しになった。

ofFluorescence

Characteristic

for

Nd/Cr:YAG

Materials”, Proc. of Laser Damage Symposium 2011,

セラミックレーザー材料は、日本発のレーザー材

SPIE, 8190, 66 (2012).

料技術である。これまで、池末明生氏（ワールドラ-321

●研究成果●レーザー開発テラヘルツスミス・パーセル放射源研究
レーザーエネルギー研究チーム
李大治

2004 年、アメリカ Vanderbuilt 大学の C. Brau 教授

由電子レーザー学会に図 1 に示すようなコヒーレン

が、新型スミス・パーセル放射源の提案を報告した。

トスミス・パーセル放射図案を初めて発表した。我々

この提案は、従来のスミス・パーセル放射源と異なの particle-in-cell シミュレーションの結果は、Brau

り、共振器を使わずコヒーレント放射が起きること

教授の表面電磁波の予言を支持するものであった。

で、小型、高出力、波長可変のテラヘルツ放射が可その学会で Brau 教授本人に会い、新型スミス・パ

能であることを示している。Brau 教授の理論解析でーセル放射源の研究開発について意見交換を行った。

は、電子ビームが金属グレーティングの表面に存在

それにより、電子ビームと表面電磁波との相互作用

する表面電磁波と相互作用し、電子ビームを集群さ効率を改善する研究課題が洗い出せた。

せることでコヒーレント放射を得る。しかし、従来

2007 年、側壁グレーティングの提案を Appliedのスミス・パーセル放射に関する実験では、表面電Physics Letters に発表した。図 2 に示した側壁グレー

磁波が観測されたことはない。理論的に予言されたティングでは、表面電磁波が横の方向に拘束される

表面電磁波は本当に存在するか、そして、新型スミことで、相互作用効率を高めることが出来た。2009

ス・パーセル放射源は実現可能かを明らかにするた

年、Vermont Photonics 社に於ける新型スミス・パー

め、この研究を開始した。

セル放射実験ではこの提案を採用し、テラヘルツ領

まず、particle-in-cell シミュレーションの手法を利域の表面電磁波を初めて観測した。残念ながら、こ用し、二次元と三次元の解析研究を詳しく展開した。

の実験は電子ビーム電流が低いため発振出来ず、コ2006 年、シミュレーション解析により、表面電磁波

ヒーレント放射が得られなかった。また、理論解析が存在すること明らかにした。そして、表面電磁波とシミュレーションの手法で表面電磁波を詳しく調と電子ビームとの相互作用の根拠も発見された。閾

べ、ブラッグ反射機構付きグレーティングのアイデ

値電流を超えると、相互作用の増大により電子ビー

ィアを Applied Physics Letters に発表した。図 3 に示ムが集群され、コヒーレントスミス・パーセル放射

すように、表面電磁波の波長に依存する反射構造をが 起 き、 一定 の 角度 で放 出 され る。 こ の成 果はPhysics Review PRST-AB と Applied Physics Letters に発表した。また、同年ベルリンで開催された国際自図 1 集群された電子ビームによりコヒーレ

図 2 通常の平板グレーティング(a)と、効率をントスミス・パーセル放射図案改善できる側壁グレーティング(b)-1-22レーザー開発

レーザー開発置くことで、反射率は 0.3 から 0.8 以上になり、電子ビームと表面電磁波との相互作用効率が改善することができる。
2010 年、阪大レーザー研の萩行正憲教授から負の屈折率メタマテリアルを紹介して頂いた。通常の物
質では屈折率は正であり、その中を伝播する電磁波
は電場、磁場、波数ベクトル（伝播方向）の方向が右手系の関係になるため右手系物質と呼ばれる。し図 3 通常のグレーティング(a)と、効率を改善

かし、誘電率と透磁率が共に負の物質は負の屈折率できるブラッグ反射機構付のグレーテを有し、その中では電場、磁場、波数ベクトルの方ィング(b)

向が左手系の関係を持つため、左手系物質と呼ばれる。このような系は全く新しい光学材料として機能する可能性を秘め、逆ドップラー効果や逆チェレン

産研の小方教授の研究チームは、スミス・パーセル

コフ放射等の特異な電磁波現象が予想される。新型放射実験を計画している。今後、テラヘルツスミス・

スミス・パーセル放射源に、この新たに登場したメパーセル放射デバイスを実現するため、全力で取りタマテリアルを導入し、従来の限界を打ち破る新型組んでいく所存である。

光源（特にテラヘルツ放射源）のアイディアを考えた。負の屈折率を持つグレーティングを用いたスミ

発表論文

ス・パーセル放射源のメリットを 2011 年の自由電子

1) D. Li, M. Hangyo, Y. Tsunawaki, Z. Yang, Y. Wei, S.
Miyamoto, M. R. Asakawa and K. Imasaki,

レーザー国際会議で報告した。
新型スミス・パーセル放射源の理論研究は、2004“Theoretical analysis of Smith-Purcell free-electron

年 か ら多 数報 告 され てい る が、 理論 解 析結 果と

laser”, Free-electron lasers, ISBN:978-953-51-0279-3,

particle-in-cell シミュレーション結果とは一致してい151 (2012).

ない。よく調べると、それらの理論の中、電子ビー

2) D. Li, M. Hangyo, Y. Tsunawaki, Z. Yang, Y. Wei, S.

ムと電磁波との相互作用について誤解があることがMiyamoto, M. R. Asakawa and K. Imasaki, “Super-わかった。この意見を阪大レーザー研の萩行正憲教

radiant Smith–Purcell radiation from periodic line

授と大阪産業大学の綱脇惠章教授と交換し、2010 年

charges”, Nuclear Instruments and Methods inから新理論を作るために、具体的な研究を開始し、Physics Research, A 674, 20 (2012).

2012 年に、新理論が Applied Physics Letters に掲載さ

3) D. Li, Z. Yang, Y. Tsunawaki, M. R. Asakawa, M.

れた。この新理論は、電子ビームと周期構造体とのHangyo, S. Miyamoto and K. Imasaki, “Improve

相互作用メカニズムを詳しく表し、スミス・パーセ

growth rate of Smith–Purcell free-electron laser by

ル放射デバイスだけでなく、進行波管と後進波管なBragg reflector”, Applied Physics Letters 98, 211503

どの領域にも適用できる。

(2011).

2006 年以来、新型スミス・パーセル放射源の研究

4) D. Li, M. Hangyo, Z. Yang, M. R. Asakawa, S.

が世界に注目され、アメリカ、フランス、インド、

Miyamoto, Y. Tsunawaki, K. Takano and K. Imasaki,

中国、韓国などで、理論解析、シミュレーション、“Smith-Purcell

実験が行われている。日本では我々が、学会や研究

negative-index material”, Nuclear Instruments and会などで新型スミス・パーセル放射源を提案するとMethods in Physics Research, A 637, 135 (2011).

ともに、国際的な研究動向を紹介してきた。兵庫県

5) D. Li, Z. Shi, Z. Yang, M. R. Asakawa, G. Huo, Y.

立大の宮本修治教授、関西大学の浅川誠教授、阪大Tsunawaki and K. Imasaki, “Output of super-radiantradiation

fromagratingof-223

●研究成果●レーザー開発Smith-Purcell radiation: A theoretical analysis”, J.

simulation”, Japanese Journal of Applied Physics, 46,

Infrared Milli Terahz Waves, 31, 1271 (2010).

601 (2007).

6) D. Li, K. Imasaki, M. Asakawa and Y. Tsunawaki,14) D. Li, K. Imasaki, X. Gao, Z. Yang and Gun-Sik Park,“Nonlinear analysis of Cherenkov free-electron laser“Reduce the start current of Smith-Purcell backwardwith double-slab structure”, Infrared Physics &wave oscillator by sidewall grating”, Applied Physics

Technology, 53, 204(2010).

Letters, 91, 221506 (2007).

7) D. Li, G. Huo, K. Imasaki and M. Asakawa, “Gain of

15) D. Li, Z. Yang, K. Imasaki and Gun-Sik Park,

double-slab Cherenkov free-electron laser”, Nuclear“Particle-in-cell

Instruments and Methods in Physics Research, A 606,

superradiant689 (2009).

Review Special Topics - Accelerators and Beams, 9,8) D. Li, K. Imasaki and M. Asakawa, “Analysis on thesimulation

Smith-Purcellofcoherent

radiation”,

andPhysical

040701 (2006).

gain of a compact Cherenkov free-electron laser”,

16) D. Li, K. Imasaki, Z. Yang and Gun-Sik Park,

Proceedings of FEL2009, 398 (2009).

“Three-dimensional

simulationofsuper-radiant

Smith-Purcell radiation”, Applied Physics Letters, 88,9) D. Li, K. Imasaki, X. Gao, J. Hou and Z.Yang,“Improvement of grating for Smith-Purcell device”,

201501 (2006).

Terahertz Science and Technology, 1, 221 (2008).

17) D. Li, K. Imasaki, Z. Yang and Gun-Sik Park,

10) D. Li, K. Imasaki, Z. Yang and Gun-Sik Park,“Absolute and convective instability of Smith-Purcell“Smith-Purcell free-electron laser with sidewall

free-electron laser”, Proceedings of FEL 2006,431

grating”, Proceedings of FEL08, 432 (2008).

(2006).

11) D. Li, K. Imasaki, W. Liu, G. Huo, M. Asakawa and18) D. Li, K. Imasaki, Z. Yang and Gun-Sik Park, “Study

Gun-Sik Park, “Terahertz Cherenkov free-electrononlaser”, Proceedings of FEL08, 157 (2008).

Proceedings of FEL 2006,439 (2006).

superradiant

Smith-Purcell

radiation”,

12) D. Li, K. Imasaki, Z. Yang, Gun-Sik Park, S.

19) D. Li and K. Imasaki, “Free-electron laser with

Miyamoto, S. Amano and T. Mochizuki, “Effect ofBessel beam cavity”, Proceedings of the 27th

grating

International Free Electron Laser Conference, 336

surfacefree-electron

loss

laser”,

onthe

NuclearSmith–Purcell

Instruments

and(2005).

Methods in Physics Research A, 572, 948 (2007).

20) D. Li, K. Imasaki, Ziqiang Yang and Gun-Sik Park,

13) D. Li, K. Imasaki, Z. Yang, Gun-Sik Park, S.
Miyamoto,

S.

Amano

and

T.

“Particle-in-cell simulation on grating radiation”,

Mochizuki,

Proceedings of the 27th International Free Electron“Smith–Purcell radiation with three-dimensional

Laser Conference, 309 (2005).

-324

レーザー開発

レーザー開発レーザー開発と見習い研究員
レーザープロセス研究チーム
櫻井俊光
学生時代は、北海道大学低温科学研究所にて、以来、私は常々レーザーを利用した新しい分析

極地氷床コアに含まれる微粒子の化学組成解析と、手法がないものか、またレーザーの可能性を深く

氷多結晶内における微粒子の存在状態に関する研追究したいと考えるようになっていた。2010 年夏

究を行ってきた。極地氷床コアは、過去数十万年に、大阪大学理学研究科・谷篤史助教よりレーザ間の大気情報が保存されており、過去の地球環境ー総研を紹介していただいた。レーザー開発と氷

変動は、将来の地球環境を予測する上で欠かせななどの応用研究に関する新しい展開を希望して、い情報である。氷床コア中の微粒子は、水溶性の2010 年 12 月より、レーザー総研で研究を始めるものが多く含まれており、これまでの分析方法は、こととなった。

氷を融かすと微粒子の化学組成の情報を失う欠点

着任してすぐに、Yb:YAG 材料を用いた TRAMがあった。そこで、氷を融かさずに、レーザー顕（Total Reflection Active Mirror）レーザー開発をす微ラマン分光法を利用して、水溶性微粒子の化学ることになった。これまでの氷の研究から離れ、組成解析を行った。四半世紀もの間、推測に留ま

全く知らない世界が広がっていた。不安はあったっていたことも、レーザーを利用することで、新が、興味が先行していた。私自身がレーザーに関しい事実がいくつも明らかになった。たとえば図して如何に未熟であるか思い知らされることが多1 は、空気包接水和物に付着した硫酸塩微粒子のく、先輩・古瀬裕章研究員に教えてもらわなけれ

写真とラマンスペクトルを示している。硫酸イオ

ば一人では何もできない「見習い研究員」であっ2-ン（SO4 ）は、氷結晶粒界に濡れて存在しているた。これは修行である、と心に決めた。研究者は、と考えられてきたが、固体の塩微粒子あるいは液自立した研究が求められる。それは理解している

滴として氷内や界面に存在していることが明らか

が、先輩研究員等と同じ研究をすることは、自立になった。レーザーの持つ可能性を知った瞬間でした研究とは言えないし、芸がない。自分にできある。しかし、これまで利用してきた顕微ラマン

ることは何か。これを探すこと一年が経った、2011

分光法は、連続発振のレーザーで、それに限界も

年 12 月。阪大レーザー研・河仲準二准教授から、感じていた。

有限要素法を利用したレーザー媒質の熱計算をしてみないか、と言われたことがきっかけであった。
これまでは氷屋であり、着任以来はレーザーの実
験屋であった。経験がなくてもできないことはない。一年間の修行が、そう私を後押ししていた。
有限要素法の計算は、境界条件を決めて、コン
ピュータに計算させれば、計算結果は出る。しか図 1

し、パラメータが多い。形状は実験装置と全く同

硫酸塩微粒子（φ10µm）の顕微鏡写真

じで良いか？メッシュ数は？計算する領域は？発

と、氷床コアに含まれる空気包接水和物

熱量の与え方は？液体窒素の流速は？・・・。

の表面における硫酸塩（SO42-）と空気包適当に与えて計算すれば結果は出るが、内容を接水和物（N2, O2）のラマンスペクトル

どう判断して良いか全く解らない。井澤所長をは-125

●研究成果●レーザー開発じめ、河仲准教授、古瀬研究員等と相談して、計算結果と実験結果を合わせる方法で評価しようと判断した。ここで、一年間の修行も役に立った。
形状は、実験装置と全く同じにしていたが、液体窒素を流す必要があり、乱流が発生するなど、液体窒素タンクは実験で利用しているものと全く同じ形状では問題があることが解った。メッシュ
数は、知りたい情報によって変更すれば良く、まずは百万メッシュ程度とした。計算する領域によっても、メッシュ数が変わるため、TRAM と液体窒素の部分だけに着目した領域のモデルにした。
計算では外部との接触は断熱とした。実験でもTRAM に霜が付着しないように数パスカル程度の真空であるため、ちょうど良かった。発熱を与える体積は一様発熱にしていたが、深さ方向に発熱量が減衰するようにした。奮闘の末、以上のパラメータは、計算結果に大きな影響はないことが解
図 2 光路差の算出方法った。それよりも問題は、液体窒素の流速であった。実験の液体窒素は、タンクに溜め、Yb:YAG

a．中心と両側 Clear aperture90%の光路に接触しているだけであり、励起していないとき

b．各光路における温度分布

は、液体窒素の流れはない。実際の材料温度は

レンズ焦点距離に利用したものを示す。中心とYb:YAG の蛍光スペクトル比から算出している。

Clear aperture 90%における光路長を求めてその差

この温度と有限要素法の計算で得られる温度を同を算出する。この方法は地味ではあるが、確実で程度になるように、液体窒素の流速を 0.01 m/s かあった。Peak to Valley と熱レンズ焦点距離を定性ら 10 m/s まで与えた。結果、流速 3 m/s で、励起的ではあるが、評価できるところまで昇華し、2012

レーザー照射強度 0.1 kW/cm2 における Yb:YAG の

年 3 月の応用物理学会で発表するまでに至った。

実験温度と概ね一致した。この流速で、有限要素

三ヶ月間の格闘であった。

法で得られた結果を評価することにした。あとは、周りの皆様のお陰で、ここまで進めることがで励起強度の変化に伴う発熱量を与えて、励起スポ

きた。ご指導とご鞭撻を賜りました皆様に、改めット径を変えて計算した。

て篤く御礼を申し上げたい。熱計算については、

熱解析の主な解析項目である、波面歪の評価もまだまだ内容として不十分と考えているため、周大変であった。光線追跡を容易にこなせるようなりの皆様と共に、協力させていただきながら、今

シミュレーションの経験はない。実験屋でも簡易後さらに進めたいと考えている。

的ではあるが、計算できる方法はないか模索した。

着任してから一年半、レーザーについて少しずつ

井澤所長とハイク・コスロービアン研究員と良くではあるが、着実に会得している。しかし、まだま

相談し、波面歪は、温度に依存した屈折率変化とだ勉強が足らないと実感もしている。今後も、レー

線膨張係数を考慮した光路長差から算出できるこ

ザー開発・応用と氷を得物にした、私にしかできなとが解った。ただし、Yb:YAG の変形の効果は考い、私だからこそできる自立した研究を目指し邁進慮していない。方法は、シミュレーションではなしたい。

く手計算である。図 2 に、光路長差から求める熱-226

レー ザ ー プロセス
レーザー加工レジスト剥離CFRP材料加工

閾値以下でのフェムト秒レーザー加工

Si結晶性制御

ダイナミクス解析

MEMSダイシング

MEMSレーザー転写

極薄アモルファス層の形成

CFRPマスク

ナノ周期構造材料依存性

初期形成機構の解明

透明材料への加工

レーザーコンプトンγ線応用
γ線発生実験

合金加工

偏極γ線発生ヨウ素129の核変換

偏極γ線発生

中性子計測

二次核変換の検討

プラズマプロセス応用
レーザー誘雷電界計測

碍子塩分濃度計測

レーザープラズマ・マイクロ波相互作用（地雷探査）
非平衡プラズマによる脱塩素化
μ4.0

CE @13.5nm 2%BW

3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5

EUV変換効率0.0
Laser intensity (W/cm 2 )EUV光源開発

EUV光源開発シミュレーション

2003〜2007 文科省LP極端紫外光源開発

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012
27

●研究成果●レーザープロセス

パルスレーザー加工
レーザープロセス研究チーム
藤田雅之
変化が起きていることに着目し、試料の断面を観察

１．フェムト秒レーザー加工
2000 年にフェムト秒レーザー装置が導入され、フすることとなった。このとき初めて透過型電子顕微

ランス留学から帰国したての橋田君と共にレーザー鏡（TEM）で Si のアモルファス層や結晶層で原子が加工の研究を一気に立ち上げた。フェムト秒レーザ配列した像を見ることになる。その後修士に進学し、ー加工は、レーザー光とプラズマが相互作用する時

イメージング-ポンプ-プローブ法を開発してフェム間がなく、低強度のパルスを用いた場合には照射部

ト秒レーザーと Si の相互作用をこれでもかと言う

周囲への熱的な影響が無視できるため加工初期段階ぐらいに解明してくれた。2006 年夏には「フェムトの痕跡がそのまま加工後に観察できるという特徴が秒レーザーと半導体の超高速相互作用に関する研あり、加工しきい値近傍の現象に着目して研究を進究」と題した修論を提出し、半年飛び級で博士課程めた。この時の研究成果に対して、2004 年 5 月にレに進学することになった。この時、既に内定を得てーザー学会業績賞進歩賞「フェムト秒レーザーアブ

いたようであるが、周囲の強引な説得で就職を 2 年

レーションによる新加工領域の特徴とナノ構造形

半先延ばしすることとなった。

成」を受賞した。

ナノ周期構造の研究に関しては、2005 年に近大・橋田君が 2003 年 5 月に京都大学に転籍した後、し中野先生の研究室から派遣された近田和敬君が、リ

ばらく一人でラボを切り盛りすることになった。

ップルの成長率や材料依存性、レーザー照射角度依

2004 年には近大の中野人志先生の学生である和田存性を調べてくれた。2008 年 3 月に近大修士課程を勇次郎君にナノ周期構造の金属材料依存性に関する修了する直前にはブリュースター角（Si の場合は約研究を手伝ってもらった。また、2003 年に近大から75゜）でのレーザー照射というユニークな実験に挑

卒研で来ていた木下 篤君が阪大修士課程に進学し、戦してもらった。垂直入射では見られない複雑なナ

低フルーエンス領域での Si のアブレーションレー

ノ構造が観察された。

トを徹底的に調べてくれた。我々は、アブレーショ

2006 年には近大の吉田実先生の学生であった鶴見

ンレートを実験的に求めるのに「クレーター法」を洋輔君が卒業研究で金属コート誘電体表面への微細採用しているが、低フルーエンスで測定可能なクレ

周期構造形成の研究に取り組んでくれた。透明材料

ーターを得るのに照射数を重ねないといけない。Siにナノ周期構造を形成するために表面に金属を薄くのような結晶性の材料は多重照射の間に物性が変化してしまい、金属のようなはっきりした加工しきい値が現れにくい。再現性を確認するために何度もデータの取り直しをしてもらった。
この 2004 年は阪大原子力工学科から井澤靖和先生の学生である井澤友策君（以降、友策）が新戦力として加わった年でもある。友策は卒研において、Si
表面にナノ周期構造が形成される初期段階でアブレーションが起きずに試料表面の光沢が変化すること

図 1 フェムト秒レーザーを照射した Si 試料のを見いだした。加工しきい値以下で試料に何らかの

断面 TEM 像-1-28

レーザープロセス

レーザープロセス
コート（〜100nm）し、金属層で形成されるナノ周期構造が透明基板にインプリントされることを期待していたが、驚きの結果が得られた。金属表面では600nm の周期構造が観測されたが、なんと、金属がアブレーションされた後にはさらに微細な約 200nm

図 3 ダブルパルス照射によるナノ周期構造形成の周期構造が形成されていた。透明材料表面への微パルス間隔は、（左）200fs、（右）20ps

細周期構造形成はパナソニック電工から持ち込まれたテーマであったが、意外な結果が得られたのであ2008 年に染川智弘君が研究員として入所し、彼本る。光の波長よりも小さな微細構造が形成されると来のテーマであるリモート計測に加えてレーザー加表面のフレネル反射が抑制されるという効果があっ工も手伝ってもらえるようになった。

たが、可視域全体でのフレネル反射の抑制には至ら2009 年春に友策は「パルスレーザー誘起構造変化なかった。鶴見君はその後阪大修士課程に進学するの計測とその応用」と題した博士論文を提出し 2 年ことになるが、配属先の宮永先生からは研究テーマ

遅れで東京エレクトロンに就職、鶴見君はニコンにをレーザー加工から光制御に変えるという宣告を受就職し、替わりに近大・吉田先生の学生である尾崎

けると、レーザー加工をやるために修士に進学する

巧（たくみ）君が研究に加わった。ちょうど 2009ことにしたんだから近大に戻ると言い出した。「ま年には NEDO 省エネのプロジェクトが 3 件採択されだ阪大には入学金と授業料を納めていませんから」たこともあり、尾崎君の研究テーマは低炭素社会にとの殺し文句で阪大教授を説き伏せた何とも性根の資するレーザー加工となった。Al-Si 合金の低摩擦加すわった男であった。阪大修士課程で鶴見君は友策

工や CFRP のレーザー加工などで肝となる実験デーと共に MEMS ウェハのレーザーダイシングに取りタを取得し、2012 年春に近大修士課程を修了した。

組むこととなる。

この間、2000 年代に OPCPA などレーザー開発の2007 年には近大・吉田先生の学生である濱村隆司

手伝いをしてもらい、その後阪大・河仲先生のグル君が研究に参加してくれた。加工対象を Si からワイープに移っていた小川奏君が 2008 年春に博論を提ドバンドギャップ半導体である SiC に替え、ダブル

出し原研へ就職、竹内康樹君は 2011 年春に博論を提パルスで照射しパルス間隔によってナノ周期構造が出し、浜ホトへ就職した。

どのように変化するのかを調べてもらった。第一パルスで励起されるであろうプラズモンと第二パルスの相互作用が加工痕として観測されるのではないか、
プラズモンの寿命がある程度推測できないか、とい

２．MEMS ウェハのレーザーダイシング
2005 年末頃に松下電工の久保雅男さんから、MEMS ウェハのレーザーダイシングをしませんか、

うことで実験を行った。そして、20ps のパルス間隔と声をかけられた。それまで MEMS という言葉に馴で照射した時にナノ周期構造の溝方向が 90゜回転

染みがなかったのだが、エアバッグの加速度センサ

するという興味深い結果を得たが、その原理を解きなど世の中のあちらこちらで使われている物である

明かすには至らなかった。

ことが分かった。僅か数 mm のチップに機械素子や電気素子が詰め込まれている MEMS は脆弱なものである。ブレード（刃）でダイシングすると、どうしても水をかけながら切らなくてはいけないので歩留まりが上がらないようである。水をかけてはいけないのでレーザーで、ゴミを出してはいけないので

図 2 Cu をコートした SiO2 試料上に内部加工で、できるのではないかと思った。案の定、形成された LIPSS の SEM 像-229

●研究成果●レーザープロセス
1%以下を達成する、と設定した。

既にウェハのレーザーダイシング装置として浜ホトから“ステルスダイシング”と呼ばれるレーザーにMEMS ウェハの基本構造であるガラス/Si 接合ウ

よる内部加工を用いた技術が市販されていた。ただ、ェハをレーザーで内部加工するわけだが、ガラスは

この技術は詳細が開示されておらず、中味もステル

アモルファスで近赤外まで透明、Si は結晶で可視域スであった。また、関係者の間では、使い物にならには不透明、というまったく機械的・光学的に異なないという評判がたっていた。その理由は技術的にる性質のものを相手にすることになった。吸収がな

は申し分ないのだが値段が高すぎるということであければレーザー加工は始まらない。ガラスと Si に光った。

を吸収させるために多光子吸収を可能にする高ピー

MEMS チップは一つのウェハ上に数千個作成さクパワーのナノ秒パルスレーザーを中心に加工実験

れ、チップ一つ当たりの単価は極めて安い（だから、を進めた。幸いにして、充分な予算が認められたのこれだけ普及している）。世界を相手に毎日数 100

で高繰り返しの赤外ナノ秒レーザー、グリーンナノ

万個を売りさばければ、1 台 1 億円のダイシング装秒レーザー、赤外パルスファイバーレーザー、波長置の導入も可能であろうが、MEMS は多種多様であ1.5μm のピコ秒ファイバーレーザー、CO2 レーザーり、そうそう数が出るものばかりではない。あるメ

や高速加工ステージ等を次々に導入し実験を行った。

ーカーは IT バブル崩壊後、数枚のウェハで 3 年分のいずれのレーザーもターンキーで簡単に操作できる在庫を抱えてしまったそうである。しかも、ダイシ産業用で、加工ステージはリニアモーター駆動でス

ングは後工程なので、なおさらコストを掛けるわけ

トローク 30cm の大型のものを選択した。

にはいかないようである。従って、ダイシングでゴ

プロジェクトが始まるやいなや、手に入る試料をミを出さないという条件に加えて、高価なレーザー

次から次へと加工してデータを取得していった。

を使わないという条件も課せられた。すなわち、比100％補助の助成事業であるのでなるべく細かいと較のためにフェムト秒レーザーで実験をしてもいいころまで加工データを開示していったことと、他のけど、最後は CO2 レーザーや YAG レーザーのよう補助事業は企業内で行われていて具体的な成果が見に一般に普及している安価なレーザーで条件出しをえづらかったこともあって、NEDO からは好評をいしなさい、ということであった。

ただき毎年のように加速資金をつけてもらった。レ

MEMS に関しては素人であったが、松下電工の取ーザー総研は MEMS に対して素人であったが、り計らいで MEMS の聖地である東北大学江刺研究

MEMS 業界はレーザーに対して素人であったこと

室の田中秀治先生と NEDO プロ「高集積・複合も幸いしたと思う。

MEMS 製造技術開発事業」への共同提案を行うこと

2008 年も暮れる頃、プロジェクト終了間際になっとなった。レーザーダイシングに適した構造を東北て、失敗サンプルから新たなダイシング手法が見い大が検討し MEMS ウェハを供給、阪大レーザー研

だされ加工の品質が格段に向上した（詳細はレーザ（再委託先）のレーザー制御技術を用いてレーザー
総研でレーザーダイシング技術を開発、東北大と松下電工が評価を行うという体制であった。
2006 年 5 月 8 日付けで MEMS／MEMS の高集積結合技術の開発テーマに対して「多層ウェハレベル
接合体の低ストレスダイシング技術」開発の提案書を提出し、6 月末に採択が決定した。プロジェクトとしては 2006 年 6 月 27 日から 2009 年 3 月 20 日までの 3 年間で約 2 億 4000 万円（3 機関合計）の規模

図4であった。開発目標は、破損率についてトータルでレーザー加工ステーション-3-30

MEMS プロジェクトで導入した

レーザープロセス

レーザープロセス

うということになった。試料は油圧ポンプに用いられている Al-Si 合金であり、フェムト秒レーザーを照射するのは初めてであった。打合せで、フェムト秒パルスのフォトンコストが高すぎるため基礎研究は興味深いが実用化は難しいかもしれない、と投げかけると、エッチング等でナノオーダーの表面処理をする場合は世界中どこの工場ででも同じ品質を得るために温度や湿度等の管理が大変だがレーザーを用いれば安定的したナノ加工が期待できるのでメリ
図 5 レーザーダイシングでチップ化された多ットは大きい、との答えが返ってきた。レーザー加層構造（ガラス/Si）をもつ MEMS 圧力工に対する意外な評価点を指摘されたのが印象的で

センサー

あった。
2009 年 2 月に入りお試し加工を行い、表面へのナークロス 2009 年 7 月号 No.256 参照）。最終的に破損率としてサンプル A で 1/289、サンプル B で 2/323、
パナソニック電工支給のサンプルに対しては 0/141

ノ構造形成に関して手応えを感じたので NDEO の省
エネルギー革新技術開発事業に応募することにした。
公募の締め切りは 3 月 2 日と間近に迫っており、を達成した。2009 年 3 月 10 日には NEDO 開発成果

KYB 社内での手続きが間に合わないため、レーザー事例として DVD ムービーム撮影が行われ、2009 年

総研単独で提案することとなった。

5 月にはレーザー学会業績賞進歩賞、電気学会学術2009 年 5 月に「先導研究（事前研究）／レーザー振興賞（論文賞）を受賞するという栄に浴した。まを用いた低摩擦表面処理技術開発の事前研究」が採た、CO2 レーザーと Nd:YVO4 レーザーを搭載したレーザー加工システムの簡易版を東北大学に設置した。
お陰様で、MEMS 業界ではレーザー加工ならレー択され、2009 年 5 月 7 日から 2010 年 2 月 28 日までの約 1 年間のプロジェクト研究がスタートした。レ
ーザー総研で試料を加工し KYB 社で摩擦係数を測ザー総研という定評が立ちつつある。プロジェクト定するという協力体制で研究を進めた。Al-Si 合金は後、2010 年にはパナソニック電工から、2011 年〜

Al と Si が均一に混ざっているのではなく、母材で2012 年には田中秀治先生から新たなレーザー転写ある Al の中に硬い Si が結晶粒として点在している。

と い う仕 事を い ただ き、 ダ イシ ング の みな らず

Al と Si それぞれのアブレーションレートを定量的MEMS へのレーザー加工応用の研究テーマは継続に評価すると、興味深いことにアブレーションレーしている。

トの曲線が交差することが分かった。照射フルーエ
ンスを調整することで、Al または Si を選択的にア

３．Al-Si 合金の低摩擦加工

ブレーションできることに着目し、表面形状の制御

2008 年 10 月に KYB（株）基盤技術研究所の中瀬技術を確立していった。（詳細はレーザークロス

さんから技術相談のメールをいただいた。フェムト2011 年 10 月号 No.283 参照）。最終的には（種々の秒レーザーで形成されるナノ周期構造の摩擦低減効

条件にもよるが）、最大で 27％の摩擦低減効果が得

果に興味があり、自社製品への適用を検討したい、られた。従来から言われていたナノ周期構造が持つとのことであった。以前、光洋精工（現ジェイテク

摩擦低減効果に加えて、硬い Si が突き出すことによト）と同テーマで技術相談対応を行ったことはあっってマイクロベアリング効果が発揮されたのではな

たが、それ以来の自動車部品メーカーからの研究依頼であった。11 月に上司の小林さんと共に来所され、お話しを伺い、とりあえずサンプル加工をしましょ

いかと推測している。Si 粒の突き出し量をナノオー
ダーで安定的に制御できれば、摺動面の間隔をナノオーダーで制御できるようになり、圧力ポンプの気-431

●研究成果●レーザープロセス研究（事前研究）／革新的材料（CFRP）加工技術の事前研究」の提案を行った。
2009 年 5 月に条件付き採択通知が届いた。事業仕分けの影響で、研究実態がない財団法人が管理法人を行うことや、そこに再委託先をぶらさげることがはばかられたのである。最終的には研究開発責任者
を製造科学技術センターの間野氏として 4 機関が連図 6 Si 粒が表面に突きだした Al-Si 合金の表面

名で NEDO から委託を受ける形となり、研究期間

密性が向上することが期待される。フェムト秒レー

2009 年 5 月 7 日から 2010 年 3 月 20 日までの 1 年間

ザーを用いたナノ周期構造形成による低摩擦加工はの事前研究がスタートした。

キヤノンマシナリーが特許を成立させているが、今製造科学技術センターが「産業応用・実用化調査回開発した技術はそれとはコンセプトが異なるもの

分析委員会」と「次世代レーザー加工プロセス検討

で、特許申請を行った（特開 2011-245492）。フェ委員会」を運営し、阪大接合研（片山聖二教授）がムト秒レーザー加工を先導してきたレーザー総研とkW-CW レーザー、レーザー総研が超短パルスレー

しては面目躍如といったところである。

ザー、産総研がナノ秒紫外レーザーを用いて同じ

これまで、純金属など素性の分かった試料を相手

CFRP サンプルを加工し比較検討を行った。また、に基礎研究を進めていたが、産業応用を目指す研究

阪大接合研は CFRP と金属の接合、産総研は機械加所としては産業界で使われている部材に対して積極

工やウォータージェット加工との比較も行った。

的にアプローチしていく必要性と面白さを感じた。

委員会メンバーの東レと三菱化学からは合わせて13 種類の複合材サンプルが供給された。この 13 種
類の試料を片っ端から 3 機関が所有するレーザーで４．CFRP のレーザー加工2008 年度に（財）製造科学技術センターで行われ切り刻んでいったのである。加工する側にしてみれた「産業用次世代レーザー応用・開発に関する調査ば大変な作業であったが、市場では簡単に手に入ら研究」の異種材料・切断接合調査ＷＧにおいて、こないレアな試料で実験ができる機会に恵まれ、供給れからの産業用素材としての CFRP（Carbon Fiber

する側からすれば無料でレーザー加工のデータが手Reinforced Plastic : 炭素繊維強化プラスチック）の重に入るという上手い組合せであった。ここで初めて要性が注目され、次世代レーザーが加工する対象物

複合材料の奥深さを実感することになる。炭素繊維として調査が行われた（本調査の前後の話は本稿のには 2 種類あり、炭素繊維の形態でもクロス、一方「多波長複合レーザー開発」を参照）。国プロを目向、長繊維、短繊維と 4 種類、樹脂にいたってはエ指す上でも省エネというキーワードにぴったりの加ポキシ、ABS、PA、PP、・・・と何種類もの組合せ

工対象物である。ところが情けないことに、国内にが存在するのである。

は CFRP のレーザー加工に関する知見がほとんどな

レーザー総研においては、せっかくのサンプルでかったのである。そんな状況下で目標値を定めた国あるので、フェムト秒やピコ秒レーザーだけではな

プロの提案ができるはずもなく、WG メンバーを中く、200ns ファイバーレーザーや赤外ナノ秒レーザ

心として 2009 年度の NEDO 省エネルギー革新技術

ー、グリーンナノ秒レーザー、炭酸ガスレーザー、開発事業に提案することとなった。

外注で CW ファイバーレーザー等を使ってデータを2009 年 3 月に財団法人製造科学技術センターを管積み重ねていった。炭素繊維を切断するにはピーク

理法人として、国立大学法人大阪大学（接合科学研

パワーが高いパルスレーザーが必要であることや、究所）、財団法人レーザー技術総合研究所、独立行

ピークパワーが低い CW レーザーでは連続繊維

政法人産業技術総合研究所が再委託先となり「挑戦CFRP の高品質な加工は困難であることが分かって-5-32

レーザープロセス

レーザープロセス

である。V 溝全体をわざわざフェムト秒レーザーで加工する必要はない。そこで、溝の両端だけをフェ
ムト秒パルスで加工し、溝内部をナノ秒パルスで吹き飛ばす「デュアルレーザー加工法」を思いついた。
この時に、炭素繊維さえ超短パルスレーザーで細切れにしさえすれば後はどんなレーザーを使っても
図 7 超短パルスレーザーを用いた CFRP（2mm

CFRP を除去できることに気付いた。また、熱伝導厚）の切断：パルス幅は(a) 100fs、(b) 200ps

が良い炭素繊維を切断することで周囲への熱影響を遮断できることが分かってきた。

きた。

これと並行して三菱化学テクノリサーチの三田雅この 2009 年度 NEDO 省エネ事前研究の成果（3機関での実験結果や調査研究、委員会活動）は経産

昭氏と薄物の CFRP の用途を議論していった。やは省にも伝えられ、2001 年度にスタートした「高出力り、フェムト秒レーザーの優位性を活かすには単純

多波長レーザー開発」プロジェクトの策定に役立てな切断ではなく微細加工という土俵を用意しなけれられることになる。

ばいけない。アイデアマンの三田さんから、有機 EL
ディスプレイの蒸着に現状でメタルマスクが用いら

CFRP は炭素繊維を樹脂で固めたものであり、樹脂に熱影響が生じると炭素繊維が露出してしまう。

れているがこれを CFRP で置き換えることができな

また、クロス材の場合は炭素繊維を 90゜ずつ配向をいだろうか、という提案があった。メタルを用いる

ずらしながら積層しており、樹脂にダメージが生じと大型化の際に重量が大きくなり且つ熱膨張によるると層間剥離が起きて素材の破壊に至るためレーザ変形も問題となる、CFRP は軽量且つ熱膨張が小さ

ー加工の熱影響を最小限に抑えなければいけない。

いために有機 EL ディスプレイの大型化に一石を投その意味で超短パルスレーザーによる CFRP 加工のじることができる、というのである。ディスプレイ

品質は極めて良好であるが、いかんせんパルスエネの高精細化が進んでくると 30μm 以下の精度で画素

ルギーが小さすぎて加工速度が遅いという弱点が明を蒸着しなければならない。CFRP はメタルと違っらかとなった。

てフォトリソが使えないので、フェムト秒レーザーによる微細加工の優位性が発揮できる材料であるこ2009 年度の事前研究が終わり国プロがスタートとに気がついた。

した 2010 年には、何とかしてフェムト秒レーザーを

三田さんを介して三菱樹脂から厚さ 100〜300μm

CFRP 加工に役立てたいと頭を悩ませていた。幸いの CFRP 材料の供給を受けてマスクを試作した（図なことに、手元には 13 種類の試料の切れ端がまだ残っており、自主研究としてフェムト秒レーザーの使8）。スリットマスクの場合、一方向 CFRP を用いてい道を探ることにした。フェムト秒レーザーを使っ炭素繊維と平行にスリットを形成すればレーザー加

た CFRP の切れ味は何物にも代え難いという熱い思

工しやすい。2010 年 9 月には三菱樹脂と共同で特許いを抱いていたのである。

出願（特開 2012-77328）し、NEDO の省エネルギー革新技術開発事業へ提案する準備を進めた。

一つの方向性としては、数 mm 厚の試料の切断にこだわらずに溝掘り加工を行うことであった。図７

蒸着マスクだけでは用途が限定されるため、印刷に示す加工断面を見ると切断溝が細すぎて奥までレマスクも含めた次世代マスクを CFRP で製造する研ーザー光が届きにくいことが一目瞭然である。そこ

究開発として、2011 年 5 月に「事前研究（先導研究でレーザー入射側の間口を広げる V 溝加工を試みてフェーズ）／レーザー精密加工を用いた次世代マス

試料の切断に至ることを確認したわけであるが、よク製造技術の事前研究」を提案し、7 月に採択が決く考えると加工品質が求められるのは溝の壁面だけ定した。三菱化学テクノリサーチ、レーザー技術総合研究所、大阪大学産業科学研究所が協力して 2011-633

●研究成果●レーザープロセスーキンググループ（主査：河仲準二、大阪大学准教授）と光エネルギー利用調査ワーキンググループ（主査：塚本雅裕、大阪大学講師）を設置し、省エネ効
果が期待されるレーザー光源やレーザー光利用技術、
レーザー加工技術に関する調査を行った。（有）パラダイムレーザーリサーチの鷲尾さんには外注で協力してもらい、「国内におけるレーザー加工につい

図 8 極薄 CFRP を用いたマスクての技術開発プロジェクトの動向調査」、ならびに

年 8 月から 2012 年 2 月 29 日までの約半年間、研究

国際会議動向やドイツにおける公的助成、プロジェ開発を行った。2012 年 7 月段階では、プロジェクト

クトの動向を報告書としてまとめてもらった。
また、2008 年 11 月には、井澤靖和、阿部信行（大成果の事後評価を受けているところである。
2009 年度の NEDO 省エネ事前研究では厚さ数 mm

阪大学准教授）、塚本雅裕、吉田実（近畿大学准の CFRP の、2011 年度の事前研究では厚さ数 100μ

教授）、ハイク・コスロービアン、藤田雅之をメン

m の CFRP の超短パルスレーザー加工を行った。そバーとして海外調査を行い、カールツァイス社、イ

れぞれ、我が国が得意とする自動車産業と電子産業

エナ（フリードリッヒ・シラー）大学、イエナオプへの貢献を期待して研究を進めた。CFRP という素ティクス社、フラウンホーファーILT、IPG 社、ダイ

材は勉強すればするほど、研究すればするほど、身ムラー社、シュツットガルト大学 IFSW を訪問した。

の回りのメタルを置き換えるポテンシャルを有する

イエナでは伝統的な光学部品に加えて半導体レーザ

優れた材料であることを実感した。

ー の 開 発 が 、 フ ラ ウ ン ホ ー フ ァ ー ILT で はINNOSLAB と称した独自コンセプトの高平均出力
超短パルスレーザーの開発が、IFSW では Prof. Graf

５．省エネレーザー加工調査研究から技術戦略へ
2009 年以降、省エネ効果をうたった複数のレーザが新たに所長として就任しファイバー線引機を導入してファイバーレーザーの開発が進んでいた。

ー加工プロジェクトに参加してきた。このようなプ
ロジェクトは一朝一夕で立ち上がるものではなく、最終的に調査報告書においては、光源として半導

日頃の様々な活動の賜物である。NEDO 省エネルギ

体レーザー、ファイバーレーザー、セラミックレー

ー部は 2007 年頃からレーザー加工がもたらす省エ

ザー、EUV 光源が重要となり、これら光源を有効利

ネ効果に注目していた。

用するためのファイバー結合技術、ビーム結合技術、

2007 年度には NEDO 省エネ部からの委託で(財)高速スキャナ技術の開発を進めることにより自動車、

光産業技術振興協会が「レーザ加工分野における省太陽電池、電子デバイス産業でのレーザー加工技術

エネルギーの可能性に関する調査」を行っていた。
レーザ加工省エネ調査委員会（委員長：小原 實、
慶應義塾大学教授）が活動し、4 月〜8 月の 5 ヶ月間
でレーザー加工により得られる省エネ量の調査報告書をまとめあげていた。
翌 2008 年度にはレーザー総研が委託を受け、「省エネルギー効果が期待されるレーザ加工に関する垂直統合型技術開発テーマ抽出のための調査」を行った。レーザ加工に関する垂直統合型技術開発調査委

図 9 イエナの地ビールレストランにて員会（委員長：井澤靖和）の下に高効率光源調査ワ

左から、ヤヌンツ（イエナ大学）、藤原（NEDO）、
井澤、コスロービアン、藤田
-7-

34

（敬称略）

レーザープロセス

レーザープロセスった。

導入により省エネ効果が期待できるという結論に至った。また、半導体レーザーで励起されたファイバ

2008 年から関東経済産業局では光産業創成大学

ーレーザーとセラミックス増幅器を組み合わせたハ

院大学を管理法人として「レーザープロセシングのイブリッドレーザーというコンセプトを提案した。

基礎から産業応用までを熟知したものづくり中核人

これらの内容は 2010 年に始まった国プロのレーザ材の育成」と題した 3 年間の産学連携人材育成事業

ー開発計画に概ね反映されていると言える。2009 年が始まっていた。加藤義章光産業創成大学院大学教2 月には経産省が改訂を進めていたエネルギー分野

授をプロジェクトコーディネーター、沓名宗春光産

における技術ロードマップへも調査結果を反映させ

業創成大学院大学特任教授をプログラム開発リーダることができた。

ーとして、日本中の産業界・学界の英知を結集した2010 年に資源エネルギー庁省エネ課が所管する

レーザー加工の人材育成プログラム作成が行われた。

NEDO 委託事業で「省エネルギー技術に関する今後

小生は、超短パルスレーザー加工のテキスト執筆との方向性に関する情報収集」調査をみずほ情報総研

講義、ケーススタディ（加工技術）の講師を担当す（株）と再委託先の（財）エネルギー総合工学研究ることとなった。2008 年にテキストを作成し、2009

所が行っていた。資源エネ庁省エネ課では省エネル

年 11 月に 3 日間の模擬講義、2010 年に 17 日間の実

ギー技術戦略策定の大詰めを迎えているようであっ

証講義が行われて（いずれも参加費無料）事業が終た。省エネルギー技術戦略 2011 を策定するための省了し、2011 年には 19 日間に及ぶ有料の中核人材育エネルギー技術戦略委員会（委員長：横山明彦、東成講座が開講した。この講座では座学に加えて、静京大学教授）が設けられ、その下に産業 WG（主査：

岡県工業技術研究所浜松工業技術支援センターでの田中忠良、省エネルギーセンター部長）、家庭・業

レーザー加工実習や光関連企業の会社見学を兼ねた

務 WG（主査：田辺新一、早稲田大学教授）、運輸研修が含まれている。ちなみに、2011 年度の受講はWG（主査：飯田訓正、慶應義塾大学教授）が設置

3 コースから選ぶことができ、基礎コース 7 日間、されていた。2010 年 12 月 9 日に産業プレワーキン

加工技術コース 6 日間、産業応用コース 6 日間、そググループでの有識者ヒアリングとしてレーザー加

れぞれ 75,000 円であった。2012 年は 18 日間の講座

工技術に関する意見を求められた。その後、産業が 8 月に開講する予定である。

WG の委員として加わり、1 月 31 日に第 1 回の産業

その一方で、近畿経済産業局ではレーザー総研が

WG が開催され、レーザー加工技術の技術シートや管理法人となり、2009 年から 2 年間かけて「省エネ、ロードマップ、導入シナリオの作成に協力させてい省資源加工プロセス開発型人材育成プログラム」をただいた。

作成する産業技術人材育成支援事業が進められた。

3 月 15 日に第 2 回の WG が予定されていたが、3中核となる大阪大学接合科学研究所（プロジェクト

月 11 日の東日本大震災により開催されず、メール審

コーディネーター：阿部信行准教授）、近畿大学モ議となったが、最終的に 2011 年 3 月 28 日に経済産ノづくり専攻（プログラム開発リーダー：中野人志

業省の資源エネルギー庁省エネルギー・新エネルギ

准教授）に加えて、コンソーシアム協力機関としてー部から「省エネルギー技術戦略 2011」が発表され（株）レザック、京都大学化学研究所、宮崎大学産た。晴れて、レーザー加工技術が省エネ技術戦略の学連携センター、大阪府立産業技術総合研究所、大重要技術として公に認められることとなった。

阪市立工業研究所、（財）近畿高エネルギー加工技術研究所、福井県工業技術センター、石川県工業試

６．レーザー加工の人材育成

験場、（株）レーザックス、丸文通商（株）、富士2007 年以降、レーザー技術に関する様々な調査研

高周波工業（株）、レーザープラットフォーム協議会が参加した。

究が行われていたが、その一方でレーザー加工の人

カリキュラム作成事業では、プログラムを 3 つの材育成を進めていこうという動きが関東と関西であ-8-35

●研究成果●レーザープロセス

ステージに分けて、基礎教育・基礎技術の習得を目

レーザープラットフォーム協議会が中心となり、人的とした第 1 ステージ（座学：4 コマ、実習：4 コマ）、

材育成プログラムを展開している。

基礎実験・実現性の提案能力の習得を目的とした第2 ステージ（座学：5 コマ 実習：7 コマ）、実用開

発表論文

発研究の提案能力の習得を目的とした第 3 ステージ

1) 橋田昌樹、藤田雅之、節原裕一, “フェムト秒レ（座学：3 コマ

実習：5 コマ）の段階的なカリキューザーによる物質プロセッシング”、光学、31、621 (2002).

ラムを作成した。本カリキュラムの特徴は、座学よ2) 小原實、藤田雅之、“フェムト秒レーザーとは”、りも実習の時間が多いことである。これに合わせて

電気学会誌、122, 740 (2002).

テキスト作成事業では、座学で使うテキスト資料と

3) 鍋川康夫、藤田雅之、“フェムト秒レーザー装置

実習で使う実験手引き書を作成し、講義・実習実験の現状”、電気学会誌、122, 754 (2002).

事業を進めた。
2009 年に取り組んだ第 1 ステージでは中小企業の

4) 長嶋謙吾、橋田昌樹、甲藤正人、塚本雅裕、藤田

初心者を対象として、3 色の発光ダイオードや赤色

雅之、井澤靖和、“Al2O3 セラミックスのフェムトレーザーポインタを用いて色セロハンを使った光の秒レーザアブレーション”、IEEJ Trans. EIS, 124,

吸収やミラーによる光の反射、レンズによる集光、338 (2004).
5) 藤田雅之、橋田昌樹、“フェムト秒レーザーの応

ファイバーでの導光などが体感できるような実習を行う実験キットを作成した。2010 年には実験キット

用”、応用物理、73, 178 (2004).

をスーツケースに収納した可搬型に改良して福井県

6) 藤田雅之、橋田昌樹、“フェムト秒レーザー加工”、工業技術センターに持ち込み、出張実習を行った。

プラズマ核融合学会誌、81, Supplement, 195 (2005).

2010 年度に取り組んだ第 2 ステージでは、公設試

7) 藤田雅之、吉門章、堀邊英夫、“レーザーによや（株）レザックに設置してあるレーザー装置を用るレジスト剥離”、レーザー研究、33, 452 (2005).

いたレーザー溶接や切断等を行うレーザー加工の実

8) Y. Izawa, Y. Setuhara, M. Hashida, M. Fujita, and Y.

習プログラムを作成した。第 3 ステージではさらに

Izawa, “Ablation and Amorphization of Crystalline Si

高度な内容となる。「レーザ焼き入れ」、「セラミby Femtosecond and Picosecond Laser Irradiation”,

ックス加工」、「薄板溶接」、「レーザクラッディ

Jpn. J. Appl. Phys., 45, 5791 (2006).

ング」の 4 つのテーマを設定し 2 日間に分けて、与9) 井澤友策、時田茂樹、橋田昌樹、藤田雅之、井澤

えられたテーマのレーザー加工実験計画書の作成を

靖和、“フェムト秒レーザーと単結晶 Si の超高速座学で行い、別の日に計画書に沿った実験を行いレ相互作用”、レーザー研究、34, 773 (2006).

ポートをまとめるというプログラムを作成した。第10) Y. Izawa, Y. Setuhara, M. Fujita, R. Sasaki, H.

3 ステージでは講師一人につき受講生 3-4 名というNagai, M. Yoshida and Y. Izawa, “Ultrathin

マンツーマンに近い体制であった。

amorphous Si layer formation by femtosecond laser

2011 年からは、阿部先生と中野先生の指導の下で

pulse irradiation”, Appl. Phys. Lett., 90, 044107(2007).
11) S. Matsumoto, A. Yane, S. Nakashima, M. Hashida,
M. Fujita, Y. Goto and S. Takahashi, “A Rapid Flow
Mixer with 11-μs Mixing Time Microfabricated by aPulsed-Laser Ablation Technique: Observation of a
Barrier-Limited Collapse in Cytochrome cFolding”, J.
Am. Chem. Soc., 129, 3840 (2007) .

図 10 第 1 ステージでの実習の様子（左）とスーツ

12) 藤田雅之、“レーザー加工の物理３ケースに納められた実習キット（右）
-936

光パルス

レーザープロセス

レーザープロセス
幅と加工”、光学、36, 459 (2007).

17) Y. Izawa, S. Tokita, M. Fujita, T. Norimatsu and Y.

13) Y. Izawa, Y. Tsurumi, S. Tanaka, H. Kikuchi, K.

Izawa, “Ultra Fast Melting Process in Femtosecond

Sueda, Y. Nakata, M. Esashi, N. Miyanaga and M.

Laser Crystallization of Thin a-Si Layer”, Appl. Surf.

Fujita, “Debris-Free Laser-Assisted Low-Stress Dicing

Sci. 255, 9764 (2009).

for Multi-Layered MEMS”, IEEE J. Trans. SM, 128,

18) Y. Izawa, S. Tokita, M. Fujita, M. Nakai, T.

91 (2008) .

Norimatsu and Y. Izawa, “Ultrathin amorphization of14) 藤田雅之、井澤友策、“フェムト秒レーザー加

single-crystal silicon by ultraviolet femtosecond laser

工の現状と将来動向”、レーザー研究、36, 257

pulse irradiation”, J. Appl. Phys., 105, 064909 (2009).

(2008).

19) M. Fujita, Y. Izawa, Y. Tsurumi, S. Tanaka, H.

15) Y. Izawa, Y. Tsurumi, S. Tanaka, H. Fukushi, K.

Fukushi, K. Sueda, Y. Nakata, M. Esashi and N.

Sueda, Y. Nakata, M. Esashi, N. Miyanaga and M.

Miyanaga,

Fujita, “Debris-Free Laser-Assisted Low-Stress Dicing

Laser-assisted Dicing for Multi-Layered MEMS”,

for Multi-Layered MEMS”, IEEE J. Trans. SM, 129,

IEEE J. Trans. SM, 130, 118 (2010) .

“Debris-free

Low-stress

High-speed20) 藤田雅之、染川智弘、尾崎巧、吉田実、宮永憲

63 (2008) .
16) 鶴見洋輔、井澤友策、菊地秀幸、末田敬一、中明、“超短パルスレーザーによる炭素繊維強化プ

田芳樹、江刺正喜、宮永憲明、田中秀治、藤田雅

ラスチックの切断加工”、レーザー研究、39, 701之、“積層 MEMS のためのパルスレーザー支援デ(2011).

ブリフリー低ストレスダイシング技術”、レーザ

21) 藤田雅之、“フェムト秒レーザーが切り開く新ー研究、37, 384 (2009).

しい微細加工技術”、応用物理、81, 380 (2012).

- 10 37

●研究成果●レーザープロセス

極端紫外(EUV)光源開発（実験）レーザー計測研究チーム
島田義則
させる要因であったと考えられる。2003年度、これ

１．極端紫外(EUV)光源開発研究へ
2003 年、大阪大学レーザーエネルギー学研究センらの影響を最小限に抑えるために阪大レーザー研のター（以降、阪大レーザー研）は文部科学省のリー

激光XII号レーザーを用いて、スズ球を球状に照射しディングプロジェクト研究を始めた。当研究所も阪て擬似的に1次元プラズマを生成させる実験を行っ

大レーザー研と共同で研究を始めることとなった。

た。

EUV 研究に関わりのない研究者からは「レーザープ
ラズマを使った EUV なんてできるわけないだろ。
」

2.1

スズ球プラズマからの EUV スペクトル計測などと言われ、プロジェクトが終了する 5 年後を心透過型回折格子分光計測装置を用いてスズ球プ

配していた。しかし、やればできる物で、今では試ラズマから放出されるEUVスペクトルを計測した。

作機が出来上がり、EUV 光を用いて露光を行っていターゲットには、直径700から750μｍのプラスチッる。本稿では弊所で行った EUV 研究の成果についクにスズを1μｍコートした球状ターゲットを使用て述べる。

した。レーザーパルス幅は1.2 nsで、レーザーエネル
ギーを変化させることにより、ターゲット表面での２．激光 XII 号レーザーを用いた球状スズプラズマ

レーザー照射強度を2×1010から1×1012 W/cm2まで変からの EUV 光発生化させた。図1に放射スペクトルを示す。低レーザー

レーザープラズマからの高強度放射光は幅広い強度（図1a）では13.5nm付近のみの放射であるであ

応用が期待されている。その中で、極端紫外(EUV)

るが、レーザー強度を増加させると13.5nm付近の放光の研究が次世代リソグラフィーの光源として注目

射量の増加とともに、1～2.5nm、4～8nmの放射が現されている。次世代リソグラフィーの光源として必れる（図1b、 図1c）。

要な EUV 光のパワーは、180 W 以上（波長 13.5 nm、
2 %バンド幅）であり、これを満足させるためには(a)

高効率（レーザーエネルギーから EUV 光への変換
効率（以降：変換効率）4 %以上）の光源が不可欠(b)

Intensity (a.u.)である。
EUV光源にはレーザープラズマ方式と放電プラ
ズマ方式がある。レーザープラズマ方式はプラズマ密度が高く、点光源のプラズマが生成できる利点を持つ。レーザープラズマ方式は世界各国で研究が行(c)

われてきた。2003年頃の実験は、1Jクラスのレーザーを用いて、プラズマスケール長より小さなレーザ

0ースポットサイズで行われた。そのため、実験結果には、プラズマ膨張ロス、横方向に拡散する熱のロ

10
15
Wav elength (nm)20

図1 EUV放射スペクトル（レーザー照射強度 (a)ス、低イオン化のスズ原子によるEUVの吸収等の影響が含まれ、レーザーからEUVへの変換効率を低下-138

5

8.8x1010、 (b) 3.0x1011、 (c) 9.0 x 1011 W/cm2）

レーザープロセス

レーザープロセス

×1011 W/cm2の最適レーザー強度よりも高い場合にConversion Efficiency (%)
13.5 nm 2% BW

43.5はスズ原子のイオン化が進み、短波長の放射が支配3的となる。結果的に12～17 nmの放射が相対的に低下

2.5

して変換効率は低下する。一方、低レーザー強度で2はスズ原子のイオン化が十分に進まないために変換

1.5

効率は低下する。

1
0.5
0 10
10

３．リチウムターゲットを用いた極端紫外(EUV)光

11

10
2
Intensity (W/cm )源研究

図 2 レーザー強度を変化させた場合、レーザーエ研究では主にスズターゲットを用いてEUV光源

ネルギーから EUV 光への変換効率開発を行ってきたが、2004年11月に宮崎で行われた
EUVLシンポジウム国際会議でCymer社(USA)がリチ
ウムもターゲットの候補になりうることを発表し世界最高の変換効率 3%を達成（当時）た。これを受け弊所に於いてもリチウムターゲット

レーザー照射強度を変化させた場合の変換効率の変換効率等を確認し、スズに代わる材料となりう

2.2

11

を図2に示す。レーザー照射強度を0.5×10 から1×10

11

るかを確かめる実験を行った。

2

W/cm にした場合、もっとも変換効率が良く、

3.1

世界最高値の3 %を示した。（平板を小さなスポッリチウムプラズマからの EUV 光スペクトル計
測ト径で照射した場合の変換効率は1～2.5％程度であリチウム金属平板をレーザー照射し、その発光スる）。照射したレーザー照射強度が0.5×1011から1ペクトルを計測した。図3 a)にリチウムプラズマの

c)

a)

20ns

b)

図 3 a)リチウムプラズマの時間分解分光計測（ストリーク像）

b)発光スペクトルc)ライマンアルファー線（右線）、ライマンベータ線（中央線）、およびライマンガンマ線（左線）の発光時間プロファイル-239

●研究成果●レーザープロセス

時間分解分光計測像を示す。縦軸が時間（上から下に時間が経過する）、横軸が発光スペクトル（左側が短波長、右側が長波長側）である。図3 b)に時間
積分スペクトルを示す。実線がリチウムからの発光
スペクトル、波線がスズからの発光スペクトルである。リチウムプラズマから放射されるライマンアル
ファー線はEUV光源に必要な13.5nmの波長に一致し、その輝度は非常に高い。また、リソグラフィー
図 4 パンチアウトターゲット供給装置概念に必要でないアウトバンド領域の放射エネルギーがスズターゲットなどに比べて少ないことがわかる。

3.2

EUV の時間発展

図 3 c)は図 3 a)のストリーク像のライマンアルフ
ァ（右端）、ライマンベータ（中央）、ライマンガン
マ（左端）線での時間プロファイルである。レーザーパルス幅は 7 ns である。ライマンアルファー線の図 5 ドットスズターゲットの飛翔状態

半値全幅はレーザーパルス幅より長い。
変換効率はキセノンターゲットと同程度の 1%前

翔させる方法である。飛翔した微粒子状のスズは加後を示した。また、ライマンベータ線とライマンガ

熱レーザーでプラズマ化され EUV 光を放射する。

ンマ線との強度比から求めた温度や自由－束縛放射

EUV 光源としてスズターゲットに要求される仕から求めた温度は 20～25 eV 程度でスズターゲット

様は、EUV 光を発生させるために必要な最小質量程の最適温度に比べて低い。EUV 放射に最適なプラズ

度（1015-16 個）で、そのスズが直径 500μm の球内にマの電子温度が低いことは、リチウムイオン、中性

納まっていること（スズ密度は 1017-20 cm-3）である。

粒子（デブリ）の持つエネルギーが低く、ミラー損

レーザー強度、レーザーパルス幅やターゲット初期

傷の低減が期待できる。また、ミラーにリチウムの状態などを変化させ、パンチアウトターゲットの諸デブリが付着しても 400℃程度に加熱することによ

特性、最適な条件を求めた。

りリチウムを蒸散させることができるなどの報告が波長 532 nm のレーザーをプローブ光として飛翔あり、リチウムターゲットの利点は大きい。

したスズ微粒子からの散乱計測を行い、飛翔状態を観測した。基板に蒸着されたスズターゲットはレー

４．パンチアウトターゲット供給方式の開発

ザースポットサイズより小さいドットサイズとした。

レーザーエネルギーから EUV 光への変換効率をパンチアウトレーザー照射時刻をゼロとし、時間経向上させる研究以外に、スズターゲットを 10 kHz

過と共に飛翔するスズ微粒子の状況を図 5 に示す。

で供給する研究開発も重要である。スズターゲット

パンチアウトレーザーの照射強度は 5×108 W/cm2、供給方式はドロップレットや回転ドラム式などが提スポットサイズ 500 μmφである。散乱計測用レーザ

案されているが、弊所では図 4 に示すパンチアウト

ーのパルス幅は 10 ns を用いた。飛翔したターゲッ

ターゲット方式も候補の一つであると考えた。パン

トはほぼ直線的に進んだ。また、飛翔速度は 1～2

チアウトターゲット方式は基板と蒸着された薄膜スkm/s であった。

ズの 2 層構造で、基板側から蒸着スズに向けてパン

次に、飛翔したスズ微粒子の面密度をバックライ

チアウトレーザーを照射し、基板と薄膜スズの界面ト法により計測した。その結果、中心付近の面密度で発生したプラズマの圧力によってスズを噴出・飛-340

レーザープロセス

レーザープロセス
は 1017 /cm2 程度であった。パンチアウトターゲットa)の直径を 400 μm とすると平均密度は 2.5×1018 /cm3
で、この値は EUV 光を発生させるために最適なス
ズ初期密度であった。

プレパルス

パンチアウトターゲット方式を用いて10 kHz連
続供給を行うためには基板を高速で移動させる必要

スズ球があり、ディスク型、テープ型などが考えられている。筆者らはディスク型を用いて10 Hzのターゲットb)

供給実験を行い、安定したパンチアウトターゲットを供給できることを実証した。しかし、ディスク交
メインパルス

換作業が必要等解決しなければならない項目があり、最終的には採用されなかった。

図6a)プレパルス照射から1μs後の36μm球ター
ゲットの膨脹像

５．ドロップレットターゲットを用いたダブルパルb)メインパルスレーザー照射によるEUV発光

スレーザー照射実験
低デブリ発生と高変換効率を両立させる方法として上述のパンチアウトターゲットの他にドロップレ
ット方式が有力な候補である。この方式はプレパル
スレーザー（Nd:YAGレーザー）で固体のスズドロップレットを微粒子化して膨脹・飛散させることにより平均密度の低いターゲットを作り、そこにメイ
ンパルスレーザー（CO2レーザー）を照射することによりEUV光を発生させる方式である（ダブルパルス方式）。図6 a)は36 μmのスズ球をプレパルスレー
ザーで照射してから１μs後のターゲット膨脹の像を

図 7 ダブルレーザー照射による高変換効率 4 %を示す。これにメインパルスレーザーを照射しEUV光達成を発生させた時の画像を図6 b)に示す。右側の発光
点はプレパルスレーザーが36 μmのターゲットに照６．まとめ射され発生した光で、左側の発光はメインパルスレ

5年間に亘り、スズやリチウムターゲットを用いてーザー照射によるものである。プレパルスとメイン
パルスの時間差を変化させた場合の変換効率を図7

EUV発光効率の向上やターゲット供給方法についに示す。遅延時間を1 μsとした場合、変換効率は4 %て研究を行った。研究初期の段階では変換効率はで当時の世界最高値を記録した。この値はEUVリソ

1 %程度であったが5年後には4 %を達成することがグラフィー実用機に必要な値である。ダブルパルスできた。リーディングプロジェクトは成功裏に終了方式を用いることで高変換効率が達成できることをし、現在では露光メーカーがEUVを用いた露光機が示した。

テスト中である。やればできることを実感した。

-441

●研究成果●レーザープロセス
8) S. Fujioka et al., “Properties of ion debris emitted

発表論文1) 西村博明 他、“レーザー生成球対称 Sn プラズマfrom laser-produced mass-limited tin plasmas forからの極端紫外線(EUV)放射特性”、プラズマ核

extreme ultraviolet light source applications”, Appl.

融合学会誌、80, 325 (2004).

Phys. Lett., 87, 241503 (2005).

2) Y. Shimada et al., “Propaties of EUV emissions from

9) T. Ando, et al., “Optimum laser pulse duration for

laser-produced tin plasmas”, Proceedings of SPIE,

efficient extreme ultraviolet light generation from5374, 912 (2004).

laser-produced tin plasmas”, Appl. Phys. Lett., 89,
151501 (2006).

3) T. Kawamura et al., “Estimation of emission
efficiency

forlaser-produced

EUV10) K. Nagai et al.,“Angular distribution control ofplasmas”,

extreme ultraviolet radiation from laser-produced

Proceedings of SPIE, 5374, 918 (2004).
4) K. Shigemori et al., “Experimental study on basic

plasma by manipulating the nanostructure of

propaties of laser-produced EUV plasmas on

low-density SnO2 targets”, Appl. Phys. Lett., 88,

GEKKO-XII laser facility”, Proceedings of SPIE,

094102 (2006).
11) 砂原5374, 971 (2004).

淳

他、 “レーザー生成スズプラズマからの極端紫外光発生の放射シミュレーション”、

5) Y. Shimada, H. Nishimura, M. Nakai, K. Hashimoto,

プラズマ核融合学会誌、83, 920 (2007).

M. Yamaura, Y. Tao, K. Shigemori, T. Okuno, K.

12) T. Ando et al., “Fine Structures of Laser-Driven

Nishihara, T. Kawamura, A. Sunahara, T. Nishikawa,
A. Sasaki, K. Nagai, T. Norimatsu, S. Fujioka, S.

Punched-Out Tin Fuels Observed with Extreme

Uchida, N. Miyanaga, Y. Izawa and C. Yamanaka,

Ultraviolet Backlight Imaging”, JJAP, 47, 293 (2008).

“Characterization of extreme ultraviolet emission13) S. Fujioka et al., “Pure-tin microdroplets irradiatedfrom laser-produced spherical tin plasma generated

withdoublelaser

pulsesforwith multiple laser beams”, Appl. Phys. Lett., 86,

minimum-mass

051501 (2005).

production”, Appl. Phys. Lett., 92, 241502 (2008).

extreme-ultraviolet

efficient
light

and

source6) M. Yamaura et al.,“Characterization of extreme

14) 島田義則 他、“レーザー駆動パンチアウトター

ultraviolet emission using the fourth harmonic of a

ゲットからの極端紫外(EUV)光放射”、レーザー

Nd:YAG laser”,

研究、36, 736 (2008).

Appl. Phys. Phys. Lett., 86, 181107

15) 西村博明(2005).

究”、レーザー研究、36, 700 (2008).

7) S. Fujioka et al., “Opacity Effect on Extreme16) 西原功修 他、“極端紫外光源の原子モデルと最Ultraviolet Radiation from Laser-Produced Tin

適設計” 、レーザー研究、36, 690 (2008).

Plasmas”, Physical Review Letters, 95, 235004(2005).

-542

他、“極端紫外光源の開発の基盤研

レーザープロセス

レーザープロセス

極端紫外(EUV)光源開発（理論）
理論・シミュレーションチーム
砂原淳
る原子過程研究と、輻射流体研究の双方を精力的に

１．極端紫外光源開発の理論研究
極端紫外(EUV)光源開発は回路線幅 22nm 以下の進めた。その結果、分光研究レベルの高い精度で輻

次世代半導体リソグラフィー用の光源として期待さ射流体計算を実現し、EUV 光源開発で多くの成果をれ、高効率、高出力光源の開発が世界中で精力的に上げることが出来た。ここでは研究上重要であった

進んでいる。この EUV 光源開発における理論研究

点に注目して、EUV 開発の理論研究を簡潔に振り返の役割は、極端紫外線の発光の物理をモデリングす

ることにする。

ることであり、対象とする物理の中身は大きく２つに分類できる。一つはプラズマからの極端紫外線の２．詳細原子コードによるスズの原子過程研究

発光に関する原子過程研究であり、もう一つはプラ

EUV 光源開発の理論研究には日本全国から多くズマのダイナミクスと実際の発光スペクトルを解くの原子過程研究者が参加し、共同研究がなされた。

輻射流体研究である。プラズマの原子過程は長く研それぞれの研究者によるスズやキセノンの詳細な原究されてきた分野であるが、レーザープラズマに関子過程研究が進められ、様々な角度から物理が探求して言えば、発光強度のオーダーが解ればよいといされた。その中で特筆すべき進歩は図１に示す詳細

うのが EUV 光源開発研究以前の認識であった。し原子コード Hullac による計算と電荷交換分光法によかし、EUV 光源開発研究では定性的な物理の理解だ

る実験結果の比較である 。これにより、各々のけでは駄目で、反射鏡の反射率が高く、EUV 光として使える狭い波長域内で発光する線スペクトルを特定して発光強度の絶対値を見積らなければならず、相当の定量性が求められた。レーザープラズマからの線スペクトル群の発光で、これほどまでに定量性が求められたことはかつてなかったのではないだろうか。一方、輻射流体研究はレーザー核融合の爆縮計算等で実績があったため、比較的研究の見通しが効き、研究開始当初は順調に計算を進めていけると思われた。しかし、レーザー核融合の場合とは異なり、球対称性が仮定できない多次元性が顕著なプラズマが対象であり、多次元の輻射流体計算を解く必要があった。このため、研究を始めてしばらくすると多くの計算上の困難にぶつかり、精度の良い計算結果を出すために多くの数値計算手法を試し、コー

図 1 スズの EUV 発光に寄与する 3 つの主要な遷移ド開発を進める必要があった。紆余曲折様々な事が（4d-4f, 4d-5p, 4d-5f）について詳細原子コードあったが、2003 年から大阪大学レーザーエネルギー

Hullac による計算結果（◇を結ぶ実線）と電学研究センターを中心に始まった文部科学省リーデ

荷交換分光法による実験結果（○及び●を結ぶィングプロジェクトの下、我々はスズの発光に関す点線）の比較
-143

●研究成果●レーザープロセス

精度が実験的に確認され、実験のライン位置を再現出来るようになった。図 1 ではスズの EUV 発光域、即ち 13.5nm、2％バンド幅内の発光に寄与する主な遷移を比較しているが、特に 4d-4f 遷移が重要であIntensity (a.u.)

電離状態のスズの EUV 発光に関する Hullac の計算

る。この 4d-4f 遷移は主量子数が不変の遷移であり、電離状態が変化しても遷移エネルギー、即ち発光波遷移について Hullac と電荷交換分光の実験結果はほぼ一致しているように見えるが、13.5nm の波長域で僅かに 0.5nm 程度のずれがある。13.5nm の 2%バン
ド幅は 0.2nm しか幅がないため、この 0.5nm の波長

Intensity (a.u.)

長が変化しにくいという特徴を持つ。図 1 で 4d-4f

ずれも見過ごすことは出来ない。これについては計
算精度の向上やモデルの検討等、様々な議論がなされ、最終的に我々は実験のラインの位置を再現する

Wavelength (nm)Hullac に基づいた高精度原子データを手に入れるこ

図 2 スズの球状プラズマからの EUV 発光スペクとが出来た。また、ここでは詳細を記さないが、大トルの実験結果(上)と計算結果（下）阪大学の激光 XII 号レーザーを用いたスズのオパシ
ティ測定も行われ、ライン位置のみならず、振動子を整えることに成功し、スズプラズマの基本的特性

強度に至るまで実験的な検証が進められた。このよが13.5nmに於いては”光学的に厚い“ことを見いだし

うに高精度に検証された原子データがその後の輻射た。言い換えると、スズプラズマは自分で発光した流体研究を加速させることとなった。

EUV光を自分で吸収してしまう特性が強いということになる。このことから、従来から標準的に用いられて来たNd:YAGレーザーで生成されるような高３．１次元輻射流体計算
原子データの精度の高さ、及び原子過程のモデリ

密度プラズマよりもっと低密度プラズマがEUV発ングの正しさを確認するため、大阪大学の激光 XII

光の高効率化に有効であることが示唆された。リー号レーザーを用いてスズの 1 次元的球状プラズマをディングプロジェクトにおける実験的なプラズマ条

生成し、測定された EUV スペクトルを一次元球対

件最適化の努力と相まって、我々はスズと炭酸ガス

称の輻射流体計算と比較した結果を図 2 に示す。レ

レーザーの組み合わせによりスズプラズマから3%ーザー波長 1.06μm、強度は 9x1011W/cm2、パルス幅を超える変換効率でEUV光を取り出せることを世は 1.2ns である。輻射流体計算が 13.5nm を中心に短界で初めて示すことが出来た。2004年に宮崎で開か波長から長波長に至るまでの実験のスペクトルを高れたEUVL光源シンポジウムでこの結果を発表してい精度で再現できていることが見て取れる。これは以降、世界のEUV光源開発研究はスズと炭酸ガスレ

リーディングプロジェクト初期の重要な成果の一つ

ーザーの組み合わせに一気に舵が切られた。

である。
５．炭酸ガスレーザー生成プラズマ
炭酸ガスレーザーを用いることで高効率にEUV４．スズと炭酸ガスレーザーの組み合わせ

光を発光させることが可能になる一方、EUV発光に

図2に示したように、我々は早い段階で、実際のプ

最適なレーザー強度はNd:YAGの場合より一桁程度

ラズマからのEUV放射を精度よく計算できる環境小さくなる。このことは実際の光源において一定の-244

レーザープロセス

レーザープロセス
EUV出力を得ようとすれば、より長いレーザーパル

照射方式でEUV変換効率6－8%の提案は我々のリース幅が必要となる事を意味する。それまでNd:YAG

デの計算ではせいぜい10ns程度の計算で良かったのが、ィングプロジェクトの成果の中でも特に重要なもの

100nsを超える計算が必要になり、計算負荷は増大しである。デブリを極力減らすことを目的にスズドロた。また、炭酸ガスレーザーの臨界密度はNd:YAG

ップレットを用いる最小質量ターゲット化と組み合よりも2桁低いため、アブレーション時にスズの密度

わされて、以後、研究の流れはダブルパルス照射方

はより急峻に変化する。さらに熱源が低密度にシフ式に移った。

トするため表面のごく薄い部分しかアブレートしな
７．ダブルパルス照射の有効性実証

い。このような状況は全て計算を困難にする。我々は高精度流体スキームの検討を繰り返し、炭酸ガス

ダブルパルス照射は5年間のリーディングプロジ

レーザー生成プラズマを高精度に計算することが出ェクトの最終年に実験的に検証され、EUV変換効率

来る二次元の輻射流体コード開発に2年以上も費や4%の世界最高レベルを達成した。これにより輻射流してしまった。しかしながら、リーディングプロジ

体計算の予想である6－8%にはまだ届かないものの、

ェクト4年目には炭酸ガスレーザー生成スズプラズ

ダブルパルス照射方式の有効性は確認された。このマのEUV発光特性を高精度に計算できるようにな

結果は理論と実験が協力して進めたリーディングプった。その結果、炭酸ガスレーザー生成がスズプラ

ロジェクトを締めくくるのにふさわしい成果であり、ズマに吸収される際の吸収率が50%程度以下である

5年間という短期間に原子過程、輻射流体、そして実ことが判った。そして、この炭酸ガスレーザーの吸験のそれぞれが協力して研究を進めたからこそ達成

収率を改善すれば図3に示すように最大6－8%程度できたものである。また、このような大規模な研究の高いEUV変換効率が得られることを見いだした。

体制は普段なかなかとれるものではない。EUV光源

具体的にはダブルパルス照射方式により二段階の照開発のみならず、多価イオンの原子過程、多次元輻

射とし、最初のパルスで長いスケール長を持つスズ

射流体力学、数値計算法等、学術的にも多くのもの

プラズマを生成し、その後に炭酸ガスレーザーを照をこのリーディングプロジェクトを通して得ること射すればいいということになる。このダブルパルスが出来た。

８．リーディングプロジェクト以後
レーザー技術総合研究所ではリーディングプロジ
ェクト終了後もEUV光源を開発する企業と協力してEUV光源開発研究を進めている。現在の研究の中
心はダブルパルス照射の最初のパルスで生成されるスズプラズマの挙動解明である。レーザー強度が低
くなれば生成されるプラズマの温度も低くなり、プ
ラズマの特性は非理想的な特性になる。例えば状態方程式も複雑になる。このような特性が生成されるプラズマの挙動にどのように影響するかを計算し、得られた知見を元にしてプラズマ条件の最適化を行
図 3っているところである。

一次元及び二次元輻射流体シミュレーシ
ョンで計算されたダブルパルス照射時のEUV 変換効率のレーザー強度依存性-3-45

●研究成果●レーザープロセス
Koike and H. Tanuma, “The atomic model of the Sn

９．まとめ

plasmas for the EUV source”, Journal of Physics:

EUV光源開発研究を理論の側からまとめた。ここConference Series 163, 0121074 (2009).

に示した成果の大半は2003年から2007年までの5年間に渡り大阪大学レーザーエネルギー学研究センタ

5) S. Fujioka et al., “Opacity Effect on Extreme

ーを中心に行われた文部科学省リーディングプロジ

Ultraviolet Radiation from Laser-Produced Tin

ェクトで得られたものである。しかしながら、EUV

Plasmas”, Physical Review Letters, 95, 235004

光源開発研究は今も続いており、ここに記述出来な(2005).

かった多くの知見が得られている。EUV光源の効率

6) A. Sunahara, A Sasaki and K Nishihara, “Twoは2003年当時1％台であった。現在は3－4%が実際に

dimensional radiation hydrodynamic simulation for

出せるようになっているが、光源出口で115W平均出

extreme ultra-violet emission from laser-produced tin

力という目標にはまだ到達していない。今後、高効

plasmas”, Journal of Physics: Conference Series 112,率、高出力のEUV光源を目指してさらに研究を続け

042048-1-4 (2008).
7) K. Nishihara, A. Sasaki, T. Nishikawa and A.

る所存である。

Sunahara, “Conversion Efficiency of LPP Source”,
EUV Sourcesfor Lithography, SPIE Press, Editor

謝辞
本研究の一部は文部科学省リーディングプロジェ

Vivek Bakshi, PM149, Chapter 11, 339 (2006).

クト「極端紫外(EUV)光源開発等の先進半導体製造

8) A. Takahashi, D. Nakamura, K. Tamaru, T. Akiyama

技術の実用化」の下で行われました。共同研究者のand T. Okada, “Comparative study on EUV and

方々及び大阪大学レーザーエネルギー学研究センタ

debrisー高性能計算機室に感謝致します。

laser-produced tin plasmas”, Journal of Physics:

emission

from

CO2

and

Nd:

YAG

Conference Series 112, 042059 (2008).
9) K. Nishihara, A. Sunahara, A. Sasaki, M. Nunami, H

発表論文

Tanuma, S. Fujioka, Y. Shimada, K. Fujima, H.

1) H. Ohashi, H. Tanuma, S. Fujioka, H. Nishimura, A.
SasakiandK.

Nishihara,“Charge

Furukawa, T. Kato, F. Koike, R. More, M. Murakami,

exchange

spectroscopy in Snq+ (q=6-15)-He collisions”, J. Phys.
Conf., 58, 235 (2007).

H. Ueda, H. Nishimura, Y. Izawa, N. Miyanaga and K.
Mima, “Plasma physics and radiation hydrodynamics

2) H. Tanuma, H. Ohashi, S. Fujioka, H. Nishimura, A.

in developing EUV light source for lithography”,

Sasaki and K. Nishihara, “4d-4f unresolved transition

Phys. Plasmas, 15, 056708-1-11 (2008).

arrays of xenon and tin ions in charge exchange

10) S. Fujioka et al., “Pure-tin microdroplets irradiatedcollisions”, J. Phys. Conf., 58, 231 (2007).

with3) H. Tanuma, H. Ohashi, E. Shibuya, N. Kobayashi, T.

doubleminimum-mass

Okuno, S. Fujioka, H. Nishimura and K. Nishihara

laser

pulsesforextreme-ultraviolet

efficient
light

and

sourceproduction”, Appl. Phys. Lett., 92, 241502 (2008).

Nucl. Inst. Meth. Phys. Res., B235, 331 (2005).
4) A. Sasaki, A. Sunahara, K. Nishihara, T. Nishikawa, F.

-446

T. Nishikawa, V. Zhakhovskii, K. Gamata, A. Takata,レーザープロセス

レーザープロセス

レーザーコンプトン散乱ガンマ線の発生と核変換への応用
レーザーエネルギー研究チーム
今崎一夫
ルギーでは巨大核共鳴を利用できるので、比較的高１．はじめにい効率で核変換が可能と期待される。

原子炉からの使用済み燃料は再処理の後、セメントやガラスによる固定化処理を経て地層処分するこ以上の考え方の下で、ガンマ線方式の可能性を探とになっている。長寿命核種の中でヨウ素 129 は半るため、実験とシミュレーション解析の両面から、減期が 1590 万年と非常に長く、バリア材への吸着性

次の順序で研究を進めた。

能が低いため、固化処理技術の開発と並行した形で、

1） スーパー空洞による光子蓄積の検証

核変換・消滅処理の検討も行われている。

2） 電子蓄積リングを利用したγ線発生実験
3） ガンマ線によるヨウ素 129 の核変換実験

ヨウ素などの核変換については、高速増殖炉 FBR4） ヨウ素 129 の核変換・消滅処理システムの検や加速器駆動未臨界炉 ADS による方式など、いくつ討かの方式が提案されているが、われわれは、コンプトン散乱を利用して発生させたガンマ線によるヨウ素 129 の核変換（図 1）を提案し、その可能性につ

２．スーパー空洞による光子蓄積実験
1994 年に「高輝度 X 線又はγ線の発生方法及び装いて検討を続けてきた。
レーザーコンプトン散乱ガンマ線による核変換の置」の特許（第 2528622 号、登録日：1996 年 6 月 14

原理を図 2 に示す。線幅の狭いレーザー光を高反射日）を出願し、光蓄積とコンプトン散乱増強の実験

率のミラーで構成されるスーパー空洞に閉じ込め、を開始した。図 3 にスーパー空洞（キャビティ）の空洞内でレーザー光の強度を 104 ~ 105 倍に増倍する。

写真を示す。低膨張ガラスの筒の両端に高反射低損

空洞内に電子ビームを入射し、高輝度で指向性のよ

失ミラーをオプティカルコンタクトで固定したファいコンプトン散乱ガンマ線を発生させる。γ線源か

ブリー・ペロー共振器である。筒には電子ビームをら数 10 m 程度離れた位置にターゲットとなる長寿

通 す ため の穴 も 開け てあ る 。ミ ラー の 反射 率は

命核種（ヨウ素 129 など）をおいて、（γ, n）反応
入射レーザー

により短寿命核種あるいは安定核種に核変換する。

Neutron
核変換中性子レーザーの波長が 1m、電子ビームのエネルギーが電子ビーム

1 GeV 程度のとき、発生するガンマ線のエネルギー

ヨウ素129スーパー空洞（光子蓄積）

は 最大~ 17 MeV となる。この程度のガンマ線エネScattered photon
コンプトン散乱γ線
Es=hν=4γ 2 hν

巨大核共鳴
EE1
Giant
Resonance
1

図 2 スーパー空洞を用いたコンプトン散乱ガ
ンマ線による巨大核共鳴（γ,n）核変換

図 1 ヨウ素 129 の核変換・消滅処理過程
ヨウ素 I-129 は（γ, n）反応でヨウ素 I-128 に核変換され、EC および β 崩壊を経て最終的に安定核テルル Te-128 とキセノン Xe-128 が生成さ

図 3 実験に用いたスーパー空洞（全長 20cm）

れる
-1-

47

レーザープロセス●研究成果●

図 4 New SUBARU を用いたレーザーコンプトン散乱γ線発生実験

99.992％、損失は 32ppm でキャビティのバンド幅は

波数チューニング、散乱光観測とそれぞれに学生を

約 20kHz であった。このキャビティに対してバンド配置して力尽くで実験をしたものである。

幅 5kHz 以下の CW レーザー光（波長 1065nm）を周
波数チューニングして光蓄積を行い、約 8000 倍の光

３．電子蓄積リングを利用したガンマ線発生実験

蓄積を達成した。光蓄積にはミラーの反射率よりも2001 年から、姫路工業大学（現兵庫県立大学）の損失の影響が大きく、ちょっとでも埃が付着したら協力を得て、電子蓄積リング New SUBARU を用い

全くスーパー空洞として使い物にならなくなる。

てガンマ線の発生実験を実施した。リングの直線部

1995 年頃には、反射率 99.99％以上のスーパーミラ

分にレーザー光を入射し、電子ビームとの衝突点かーと呼ばれる市販品が手に入るようになり、これをら 20ｍほど離れた位置に Ge 検出器をおき、発生す

使って 3000〜4000 倍の光蓄積を定常的に確認しコるガンマ線のエネルギー分布を測定した（図 4）。

ンプトン散乱実験へと移行していった。

また、イメージングプレートによりガンマ線のビー

光蓄積の実験と並行して、コンプトン散乱実験を

ムパターンを計測した。

行うための CW100keV 電子ビーム源の開発も進めて

レーザー波長 1m、電子ビームエネルギー1 GeV

いた。50W の CW 炭酸ガスレーザーで熱陰極をのとき、ピークエネルギー ~15 MeV、最大エネルギ

1800℃まで加熱し電子ビームを発生させるレーザーー ~ 17 MeV のガンマ線が得られ、そのエネルギー

加熱電子銃を 1995 年に完成させた。1996 年には分布は理論的な分布と一致した。20m 離れた位置で0.5W の光（波長 1064nm）を 3000 倍まで蓄積したスのビーム径は 25mm 程度で、コンプトン散乱では指ーパー空洞に、82keV の電子ビーム（5mA）を 150゜

向性のよいガンマ線ビームが得られることがわかる。

の角度で入射し、368nm のコンプトン散乱光の増強

全ガンマ線光子数は~ 6000 個/s/mA/W で、電子ビーム電流 200 mA、レーザーパワー4 W のとき、6 –を観測した。
このコンプトン散乱実験では、電子ビームをガラ

16.7 MeV のエネルギー範囲で毎秒 5 x 106 個のガン

スの筒に入射するとチャージアップが起こりミラー

マ線光子が得られる。コリメータを用いてガンマ線のダメージが頻発したため、最終的にはステンレスを準単色化することも可能で、直径 3mm のコリメ

製の筒を用いたスーパー空洞で実験を行った。陰極ータを用いたとき、15 – 16.7 MeV の準単色ガンマ線

加熱レーザー、電子ビーム発生、蓄積レーザーの周

光子数は毎秒 2 x 105 個 / 200 mA/4W となる。
-2-48

レーザープロセス

レーザープロセス
観測された。

近年は、レーザー光の偏光を変えて、発生するガ
ンマ線の偏光を制御することも可能になってきた。

５．ヨウ素 129 核変換システムの検討

また、兵庫県立大学では、レーザーコンプトン散乱
ガンマ線の利用研究も活発に行っておられ、ガンマ上に述べてきた実験結果を下にして、モンテカル

線光子数の増強をめざして New SUBARU 本体の改

ロシミュレーション解析により、原子炉から排出さ造も計画しておられるようである。

れるヨウ素 I-129 核変換・消滅処理システムについて検討した。ヨウ素 I-129 だけをターゲットとした
とき、核変換効率（ = 核変換核種数/入射 γ 線光子

４．核変換実験
レーザーコンプトン散乱ガンマ線を用いて核変換数）は ~ 1%程度に留まると予測されるため、（γ, n）

実験を行った。まず最初に、金 Au-179 をターゲッ反応で発生する中性子を有効利用してヨウ素以外の

トに用いて、ガンマ線による核変換実証実験を実施

長半減期の放射性廃棄物も核変換処理できるシステした。長さ 5cm、直径 5mm と 10 mm の 2 種類のタムの可能性を考えた。その一例は以下のようなもの

ーゲットに対し、8 時間の照射を行った。Au-197 はである。

（γ, n）反応で Au-196 に核変換される。Au-196 は不ターゲットは、図 5 に示すような多層の同軸構造

安定で、主として 355.73 keV のガンマ線を放出してで、中心においたヨウ素 I-129 の（, n）反応で発生

Pt-196 に崩壊する。崩壊に伴うガンマ線を NaI (Tl)

する高速中性子によりその外側のネプツニウム Np

検出器で検出し、Au-197 の核変換を確認した。ターやアメリシウム Am の核分裂を誘起して中性子を増ゲット直径の差による崩壊ガンマ線光子数の比は、倍する。増倍された中性子を水により熱化し、最外理論的に予測される比とほぼ一致した。

殻のヨウ素 I-129 やテクネチウム Tc-99 を(n, )反応

次に、非放射性のヨウ素 I-127 の核変換実験を行で更に核変換する。

った。NaI をターゲットに用いた。I-127 は（γ, n）

各層表面での中性子エネルギー分布やターゲット

反応で I-126 に核変換され、13 日の特性時間で崩壊内での核変換効率を計算した結果、核変換効率はして最終的に安定核 Xe-126 と Te-126 を生成する。

I-129 で 2%、Tc-99 で 9%に向上した。このように I-129

I-126 の崩壊に伴う 388 keV と 666 keV のガンマ線との（, n）反応で発生する高速中性子による 2 次核反

その減衰特性を測定し、ヨウ素 I-127 の核変換を確

応を利用すれば、I-129 と Tc-99 の核変換処理だけで認した。

なく、TRU の Np-237 や Am-243 などの核変換も可

最後に、放射性ヨウ素 I-129 の核変換実験を行っ能となることがわかった。システムの検討はまだ初た。また、I-129 の核反応断面積を測定し、I-127 の期段階にあり、ターゲット部の詳細な構造設計、熱それと比較した。ターゲットには PdI2 密封線源を用設計、排熱解析とエネルギー回収などとともに、エいた。電子ビームエネルギーを変えてγ線エネルギ

ネルギー回収型ライナックやレーザー部の検討、さーを調節し、（γ, n）反応で生成される I-128 かららには経済的成立性に関する検討などが必要である。

の崩壊γ線（443 keV）を計測して断面積を求めた。
I-129 の（γ, n）反応断面積は、γ線エネルギー15.9

６．むすび

MeV で最大となり、220 mbarn、半値半幅 2.55 MeV

原子炉使用済燃料からのヨウ素 I-129 核変換を目となった。直線偏光と円偏光のγ線でほとんど差はI-129 + Tc-99

なく、I-127 の反応断面積とも大きな違いは見られな

H2O

いことなどが明らかとなった。

Np + Am + Fe

また、（γ, n）反応で生成される中性子のエネル

ガンマ 線

ギー分布や放出角度分布を I-129 や Au-197、Cu-63 +I-129（ n, ）反応による核変換
中性子熱化
中性子増倍
（ , n）反応による核変換
中心線

図 5 核変換ターゲットの基本構造

Cu-65 に対して測定した。放出中性子には異方性が-3-49

●研究成果●レーザープロセス

標として、レーザーコンプトン散乱ガンマ線を利用

発表論文

した核変換処理について検討してきた。スーパー空

1) J. Chen, K. Imasaki, M. Fujita, C. Yamanaka, M.

洞による光子蓄積からスタートし、電子蓄積リング

Asakawa, S. Nakai and T. Asakuma, J. Nucl. Instr.

New SUBARU を利用したガンマ線発生実験、ガンマ

Meth. A341, 346 (1994).

線による I-129 の核変換実証へと研究を進め、初歩

2) M. Fujita, T. Asakuma, J. Chen, K. Imaksaki, C.

的ではあるが、核変換システムの検討段階にまで到

Yamanaka, M. Asakawa, N. Inoue, K. Mima, S. Nakai,

達することができた。まだまだ課題は多く残されて

T. Agari, N. Nakao, A. Moon, N. Ohigashi, T.

いるが、システムとしての原理的可能性を示すこと

Minamiguchi and Y. Tsunawaki, J. Nucl. Instr. Meth.

ができたと思っている。

A358, 524 (1995).

レーザーコンプトン散乱では エネルギー15 MeV

3) J. Chen, K.Imasaki, M. Fujita, M. Asakuma, S. Nakai

近傍のガンマ線を発生できるので、ヨウ素 I-129 だ

and C. Yamanaka, J. Nucl. Instr. Meth. A358, 14

けでなく、セシウム Cs-137 の核変換処理や核医学検(1995).

査で重要な Tc-99m を作るための Mo-99 製造などへ

4) A. Moon, M. Fujita, E. Yasuda, H. Tanaka, P. K. Roy,も応用が可能と考えられる。兵庫県立大学では、

M. Daicho, K. Ohkubo, N. Nakao, T. Watanabe, T.

Mo-100 をターゲットとして（, n）で Mo-99 を生成

Ishida, K. Imasaki, N. Ohigashi, Y. Tsunawaki, K.

できることを確認している。本研究では、（, n）反Mima, S. Nakai and C. Yamanaka, Jpn. J. Appl. Phys.,

応で発生する中性子の二次核反応を TRU 処理に利36, L1446 (1997).

用することを検討したが、中性子源としての医学、

5) A. Moon, M. Fujita, N. Nakao, K. Imasaki, N.

あるいは工学利用など、他への応用も考えられる。

Ohigashi, Y. Tsunawaki, K. Mima, S. Nakai and C.

欧州では ELI (Extreme Laser Infrastructure)計画の一

Yamanaka, Rev. Laser Eng., 26, 696 (1998).

環として、2 ビーム 10 PW レーザーをベースにした

6) K. Imasaki and A. Moon, Proc. SPIE Advanced High

レーザーコンプトン散乱ガンマ線源の研究拠点をルPower Lasers and Applications, SPIE, 721, (2000).

ーマニアに建設する計画が進行中で、核科学、原子

7) D. Li, K. Imasaki and M. Aoki, J. Nucl. Sci. Technol.,39, 1247 (2002).

核分光、天文学への応用など、レーザーコンプトン

8) D. Li, K. Imasaki and S. Miyamoto, Rev. Laser Eng.,

散乱ガンマ線の幅広い応用研究が始まろうとしてい

32, 211 (2004).

る。

9) K. Imasaki, “Lasers and Nuclei”, 147, Springer(2006).

謝辞
本研究の大部分は関西電力からの委託研究として

10) D. Li, K. Imasaki, K. Horikawa, S. Miyamoto, S.

行われた。また、New SUBARU における実験は兵庫

Amano and T. Mochizuki, J. Nucl. Sci. Technol. 46,

県立大学との共同研究として実施した。関西電力の831 (2009).

関係者、望月孝晏教授、宮本修治教授をはじめとす

11) D. Li, K. Imasaki, K. Horikawa, S. Miyamoto, S.

る兵庫県立大学高度産業科学技術研究所の関係者、

Amano and T. Mochizuki, Appl. Phys. Lett., 94,

ならびに共同研究者として本研究に協力頂いた藤田091112 1 (2009).
12) K. Horikawa, T. Mochizuki, S. Miyamoto, S.

雅之、朝熊 孝、文雅司、青木政徳、李大治君をはAmano, T. Watanabe, D. Li, K. Imasaki and Y. Izawa,

じめとする諸氏に感謝する。

Rev. Laser Eng., 39, 445 (2011).

-450

レーザープロセス

レーザープロセス

レーザー損傷メカニズムとデータベース
レーザー技術開発室
本越伸二
2005 年に「レーザー技術開発室」として、他のチ

れには、藤田雅之主席研究員や、河仲準二准教授（阪ームから独立した。これは、先に、「技術相談」と大レーザー研）など多くの方に指導をしてもらった。

称して、広くレーザー技術、レーザー応用技術に対結果的に、2 つの幸運に恵まれることになった。１する相談を受け付ける中、光学素子、そのレーザー

つは、低温になるに従いレーザー損傷閾値は高くな損傷耐性に関する相談が多くなり、光学素子技術開ること。これは、冷却型 Yb:YAG レーザーにとって、発を 1 つのグループにすることになったためである。

出力増大を可能にするものである。もう 1 つは、温言い換えると、ニーズから立ち上がったグループで度に対する損傷閾値は直線変化であること。また、あった。

材料の種類、純度により直線の傾きが変化すること。

「レーザー技術開発室」としての主研究業務内容

つまり、レーザー損傷を引きこす物理過程の中で、は、他のチーム研究に必要なレーザー技術に関するシンプルに温度に依存する項を考えることが出来る

支援、光学素子に関する企業からの相談、そして高ようになった。ガラスなどの誘電体材料のレーザー

耐力光学素子に関する開発研究である。折しも、大損傷は、高強度のレーザー光により自由電子が生成

阪大学レーザーエネルギー学研究センター（以下、され、その自由電子がレーザー光の持つ強電場によ阪大レーザー研）では、高速点火用高強度レーザー

り加速、衝突を繰り返し、自由電子を増倍（電子雪装置 LFEX の建設、次世代核融合用ドライバーとし崩）し、電子が臨界密度に達することにより発生すて低温冷却 Yb:YAG レーザー装置の開発、そして、
レーザー損傷試験を一緒に担当してくれていた三上勝大君（現在：大阪大学大学院博士後期課程 2 年）
が大学院（前期課程）に合格し研究の一翼を担ってくれた。
三上君の研究テーマは「レーザー損傷閾値の温度依存性」を明らかにすること。先述の低温冷却レーザー装置を設計する上で、装置内で使用される光学
薄膜、光学材料のレーザー損傷閾値は、室温と同程度と考えていいのか、というのが研究の発端であった。以前から、銅蒸気レーザー装置（高温動作）の窓材コーティングの損傷閾値が低いという情報を聞いていた。これは、温度による光学特性の変化が原因と考えられていた。低温冷却装置では、真空中、低温による損傷閾値の低下が危惧された。最初の装置の立ち上げは苦戦した。既設の損傷評価用レーザ
ー装置のラインに、他の評価を続けながら、真空容
図 1 ナノ秒レーザー損傷評価用光学配置

器の設置、冷却方法、制御方法などを組み込む。こ-1-51

●研究成果●レーザープロセスる。その過程のどこに温度が影響するのか。スタースに対する光学素子のレーザー損傷の基礎データをトから 4 年間、材料を変え、レーザー条件を変え、取得することになった。残念ながら、上記短パルス

データを蓄積し、漸く 1 つのモデルに到達しようと

レーザー装置では、増幅器による狭帯域化のためにしている。担当の三上君、これを執筆している（平サプピコ秒は望めない。そのため増幅器の入れ替え

成 24 年 5 月）
私の後ろで、学位取得を目指し苦悩日々を検討しながら、レーザープロセス研究チーム所有を過ごしている。

チタンサファイアレーザー装置のビームラインを借

一方、建設が進む LFEX レーザー装置の光学素子用し対応することになった。レーザー装置は他の応の評価をどうするか。LFEX レーザー装置の仕様は、用で使用されているので安定に動作するが、損傷測パルス幅 10ps に対して、2.5 kJ / 40x40 cm2 が 4 ビー

定光学系は一からの立ち上げ。特に問題となったのム。これまでナノ秒で行っていたレーザー損傷評価

が、測定試料上ビームサイズの決定方法。既存シス

では、ピコ秒へのスケーリングは出来ないので、ピテムでは照射エネルギーに限界があるため、試料上

コ秒のレーザー損傷評価装置を立ち上げ、高耐力光

で 50μm 程度まで集光する必要がある。そのまま測学素子の開発に繋げることが要求された。

定すると、CCD カメラの分解能では誤差が大きすぎ

Timebandwidth 社の発振器、Continuum 社の再生増幅る。最終的に、試料上の像を拡大転送することで、器と、古い装置を集めて装置の組み上げを始めたが、漸く評価にこぎ着けた。この仕事は、三上君ととも思うようにいかない。モードロックが上手く掛からに修士課程の黒田耕平君（2012 年修了、現在アイテない（励起半導体レーザーの出力低下が原因）、再ック阪急阪神）が夜遅くまで調整を進めてくれた。

生増幅器との同期が取れない（ドライバーを修理）、結果、種々の誘電体材料に対する損傷閾値、多層膜

フラッシュランプが点灯しない（電源を修理）等々。

における材料の違いなど、基礎データを取得し、短これには、阪大レーザー研の修士課程の市木孝征君

パルスにおける損傷物理の理解を進めることができ（2008 年修了、現在ダイハツ工業）、佐藤英児特任た。この仕事は、今後さらにエクサワット級レーザ

技術職員、そして吉田英次技術職員の多くの時間をー装置開発へと繋がっていく。

割いて頂き、現在、2.2ps、80mJ のシステムが立ち研究以外の大きな流れは、レーザー損傷閾値のデ

上り、LFEX レーザー光学素子、市販ミラー等の短ータベース化である。2004 年頃より、技術相談を通

パルスにおける損傷閾値の基礎データが蓄積できた。

して多くのメーカの光学素子のレーザー損傷閾値評

その間、阪大レーザー研宮永憲明教授をリーダーと価を進めてきた。当然、各メーカにはそれぞれの損する CREST の研究が開始され、更に短い 100fs パル

傷閾値の結果が報告され、光学素子の改善に活かされた。しかし、その損傷閾値が強いと言えるのか。また、他社の光学素子に比べて高い閾値をもつのか。など、比較可能なデータを望まれる声が聞かれるようになってきた。その要求に応えるために、2008 年より「レーザー損傷閾
値データベース化試験」と称して、同一仕様の光学素子を各メーカに要求し、その光学素子を同じレーザー条件にて損傷閾値を評価することにより、比較可能なデー

図 2 ピコ秒レーザー損傷評価用光学配置-252

タベースとすることを試みた。こレーザープロセス

レーザープロセスのデータベース化試験の結果は、各メーカにおいて学素子、市販海外製品との違い、短パルスレーザー

は自社の光学素子の現状を理解し、開発目標を設定

に対する高耐力の条件など、今後、開発すべき要素するのに利用されるだろう。また、ユーザに対してを示唆するものとなった。

は、レーザー装置を設計、使用する上で、エネルギ

この 5 年を振り返り、高耐力光学素子やその損傷ーの上限を決定する基礎データになるだろう。2008

閾値の評価技術について、もう一度見直すことがで年 1064nm 用 45°ミラーを第１回として、現在（2012

きた期間と感じる。物理的にも、技術的にも、まだ年 5 月）第 9 回、10 回の募集を行っている。参加メ

まだ不確かなところも見えてきた。さて、次の 5 年。

ーカ数、個数ともに回を重ねる毎に増加し、第 3 回

高耐力光学素子の基盤を支える技術へ育てていきた

532nm 用 45°ミラーでは約 70 個になり、評価を担当

い。

していた加藤宏太君（レーザー技術推進センターよ

最後に、この研究を協力支援して頂いた阪大レーり出向）から嬉しい悲鳴が出るようになった。昔にザー研實野孝久特任教授をはじめ LOT グループの比べると、レーザー装置も格段に安定し、評価もシ

諸氏、「高耐力光学素子研究会」に参加頂いた皆さ

ステム化されたとは言え、人の手にかかる部分が多んに感謝の意を表す。

い装置である。1 週間で 70 個を評価するのは大変だ
ったと思う。賛助会社サービスと連携することになったのを機に、当初 3 個までを無料としていた参加

発表論文（主要）費を、非賛助会社から頂くように切替えた。このデ

1) 三上勝大、本越伸二、藤田雅之、實野孝久、河仲ータベース化試験の結果は、我々にも新しい情報を

準二、安原亮、“石英バルク材料のレーザー内部与えた。詳細は研究発表の場に譲るが、メーカによ

損傷しきい値”、レーザー研究、38, 458 (2010).

り損傷閾値が異なる光学素子とあまり変わらない光2) 三上勝大、本越伸二、藤田雅之、實野孝久、高井正憲、宰原健二、堀越秀春、“紫外レーザー照射に対する石英材料内部損傷しきい値の温度依存性”、レーザー研究、38, 620 (2010).
3) 三上勝大、本越伸二、藤田雅之、實野孝久、“誘電体材料のレーザ耐力温度依存性”、電気学会論文誌 C、132, 83 (2012).
4) S. Motokoshi, K. Mikami and K.Kato, “Database on
Laser –Induced Damage Thresholds for AR and HR
Coatings

inJapan”,

Proc.

of

Laser

DamageSymposium 2010, SPIE, 7842, F-1 (2011).
5) S. Motokoshi, K. Kato, T. Somekawa, K. Mikami, E.
Sato and T. Jitsuno, “Database on Damage Thresholds
of Picoseconds Pulse for HR Coatings”, Proc. of Laser
Damage Symposium 2011, SPIE, 8190, 57 (2012).

図 3

レーザー損傷閾値データベース化試験結果（例 第 3 回）
-353

●研究成果●レーザープロセス

レーザーアブレーション法によるナノ粒子生産とエネルギー関連分野への応用
レーザーバイオ化学研究チーム
谷口誠治
ようになってきた。また、金属の酸化反応を利用し

１．太陽光励起レーザーの応用に向けた取り組み
本研究は、当研究所で開発を進めてきた太陽光励

た水素生産研究等についても、その反応性の高さか起レーザーの応用研究の一環として、2010 年から研ら発生源としてナノ粒子がよく用いられる。このこ究を開始したものである。本稿では、研究を始めるとから、太陽光励起レーザーを用いてナノ粒子を低に至った経緯や、これまでの研究結果について述べ

コストで生産することができれば、エネルギー関連

る。

分野への応用としてその有用性を示すことができる。

太陽光励起レーザーとは、太陽光をミラーやレンレーザーを用いたナノ粒子生成法としては、金属

ズ等で集光し、太陽光の数千倍のパワー密度を保ち板等の試料に高強度レーザーを直接照射してアブレながらレーザー媒質に照射・吸収させることで、レート（蒸散）し、冷却ガス等により凝集させナノ粒

ーザー媒質（Nd/Cr:YAG）を励起して発振や増幅を子化する手法（レーザーアブレーション法）が知ら行うレーザーのことである。このレーザーは、太陽れる。通常のナノ粒子生成は、真空チャンバー等を光をコヒーレントなレーザー光へ直接的に変換する

用いて気相で行われることが多いが、本研究では装ため、高い効率（〜40%）かつ非常に低いランニン

置コスト、生産コスト等を考慮し、より簡便な手法

グコストで駆動できることが最大の特徴である。一である液中での生成法（液中レーザーアブレーショ

方、太陽光励起レーザーの産業分野等への応用を考

ン法）を選択した。

える場合には、いくらかの制限が生じることも確かである。太陽光励起レーザーは日中のみの駆動とな

２．液中レーザーアブレーション法

るため、レーザー加工等、現在利用されているレー

液中レーザーアブレーション法の実験図を図 1 にザー設備と単純に置き換えることは難しいであろう。

示す。レーザー光を水中のターゲット（試料）上にまた、熱エネルギーを利用するのであれば太陽光を集光すると、集光点近傍にのみ高温状態が発生する。

単に集光して用いればよく、応用としてはレーザー

この時の温度は 5000℃以上と予想される。光照射をの特性を生かしたものであることが重要となる。さ

受けた試料は瞬時に蒸散する。この時点では試料はらに最近は、太陽エネルギーの有効利用に対する関原子あるいはクラスター状態であるが、集光点近傍

心がこれまでになく高まっていることから、太陽光を離れると周囲の液体により急速に冷却され、凝集励起レーザーを用いてエネルギーを何らかの形で蓄してナノ粒子化する。この方式では液体が冷却剤を積あるいは変換し、化石燃料に替わるエネルギーと兼ねているため、化学気相成長法（CVD 法）等の気して利用することができれば、その有効性はより高相法のように気圧やガス組成を制御するチャンバー

まるものと考えられる。

や冷却ガス等の冷却剤等を必要とせず、シンプルな

筆者はこれらの条件を考慮し、太陽光励起レーザ装置の作成が可能である。また、生成ナノ粒子は反ーをナノ粒子の生産に利用できないかと考えた。ナ

応直後に液中で冷却されるため粒径が小さい（〜

ノ粒子を用いれば薄膜形成をしやすく、また表面積30nm）、生成ナノ粒子は液中に存在するため回収率が大きいため反応効率も大きくなることから、近年、が高く、粉塵公害等の環境への影響が少ない等の利

燃料電池や太陽電池の電極作成等に良く用いられる点が挙げられ、この手法を応用すれば、より簡便で-1-54レーザープロセス

レーザープロセス(a)

ることが重要である。

(b)

この観点から、筆者は液中レーザーアブレーション法による酸化チタンナノ粒子の作成実験を行った。
ターゲットにはチタン（Ti）板を用い、液体としては水を用いた。液体に水を用いることにより、蒸散したチタン原子は水と瞬時に反応して酸化し、酸化チタン（TiO2）へと変化するものと予想された。光
源としては太陽光励起レーザーを直接用いることが理想ではあったが、まずは照射条件を選定し易くす
図 1 (a)液中レーザーアブレーション実験図、(b)実験時の写真

るため、ナノ秒（ns）パルス Nd3+:YAG レーザー

低コスト且つ環境適合性の高いナノ粒子生産システ

ビーム径 6mm、パルス時間幅約 8ns、繰り返し周波ムの開発が可能となる。

数 10Hz、光強度最大 3W (300mJ／pulse））を用いた。

３．太陽電池部材としての酸化チタンナノ粒子の作

４．ナノ粒子生成実験と物性評価（SureliteⅡ SLI-10、コンティニュアム社、1064nm、

実際のナノ粒子生成は、蒸留水を満たしたセルの成
太陽光の利用手段としては太陽電池が最有力であ底にチタン板を置き、レンズで集光したパルスレー

り、国内外で急速に導入が進められつつある。太陽ザーを照射する、といった簡便なものである(図 1(b))。

電池の代表的なものとしてシリコン型太陽電池が知実験を開始した時点では筆者もこのような方式でナられるが、高い生産コスト、エネルギーコストが問

ノ粒子ができるのかという点で半信半疑でもあった

題となっているため、より低コストで生産できる次が、照射を進めていくと、透明であった液体部分が世代型太陽光電池の開発が盛んに行われている。そ徐々に白濁していった（図 3）。酸化チタンは白色

れらのうち実用化に近いものとして注目されているを呈する（チタンは銀白色）ため、この時点でチタのが色素増感型太陽電池（図 2）である。この電池

ンから酸化チタンが生成したことは明らかである。

は、材料としてシリコンを用いておらず、また作成

また、生成した白濁液は実験後数日経過しても沈殿過程が簡便で高温や真空等の条件を必要としないた

することは無く、恐らくナノメートルレベルの粒子

め、シリコン系に比べ低コスト、低エネルギーでのが生成したであろうことも判断できた。このような生産が可能になる。色素増感太陽電池には、半導体形でレーザーによるナノ粒子生成実験は可能である材料として酸化チタン（TiO2）等の光触媒活性を持ことが分かったが、問題は生成物の物性をどう評価

つ金属酸化物微粒子が用いられている。TiO2 は本来するかである。ナノ粒子の物性の評価法には様々あ

顔料等に使用されるもるが、重要なものはナノ粒子の粒子径と組成、結晶

ので、生産量も多く比較

構造を明確にすることで的安価に入手可能であある。筆者が最初に使用るが、通常は粒径が 1μmできたのは吸収スペクト以上と大きい。太陽電池

ルおよび動的光散乱法にの光変換効率を向上さ

よる粒径分析計のみであせ、実用性の高いものをった。金、銀等の金属ナ作成する為には、比表面ノ粒子の場合には、表面

図2 色素増感型太陽電積の大きな粒径 30nm 以

プラズモン現象により吸池の基本構造下の“ナノ粒子”を用い

収スペクトルにピークが

図 3 レーザー照射後の懸濁液の写真-255

●研究成果●レーザープロセス

見られるが、酸化物である TiO2 ではこのような現象

作成した酸化チタンは、その結晶構造や、低次酸は表れない。また動的光散乱法では、生成したナノ化チタンの混入等に問題があるため現状ではそのま粒子（1 次粒子）同士が凝集し更に大きな粒子（2ま太陽電池に利用することは難しいが、今後作成条次粒子）を形成するため、精確な粒径分布が計測で件の絞り込みにより、より質の高い酸化チタンナノきない可能性がある。これらの分析には反射型電子粒子の作成に向け研究を行う予定である。

顕微鏡（SEM）、透過型顕微鏡（TEM）、X 線分析(EDS)や電子線アナライザ（EPMA）等による生成物

５．酸化鉄の還元、ナノ粒子化と水素生産への応用の計測が必要となる。これらの計測をそのように行実験

うかが大きな問題であったが幸いにもこの時期、こ上記した酸化チタンナノ粒子はいわばエネルギー

れらの設備を全て有している（財）若狭湾エネルギ

生産分野に関する間接的な応用であり、より直接的

ー研究センターの支援を得ることができ、計測が可な応用として作成したナノ粒子の水素生産への応用能となった。

を目指した研究を行っている。水素生産技術に関す

図 4、図 5 にそれぞれ生成酸化チタンの SEM 観測

る研究は国内外で行われており、中でもアルミニウ

像、TEM 観測像の例を示す。SEM 画像からは、生

ムや鉄等水との反応性が高い金属（活性金属）を用

成物の粒子径が約 70nm 付近を中心とする分布を持いて水を還元し水素を得る手法は、多くの研究例がち、さらにそれらが凝集した 1μm 程度の粒子も見らある。一方これらの手法では、反応効率を上げるた

れることが分かった。また、界面活性剤により凝集め金属をナノ粒子化する必要があること、また水とを抑えた結果、粒子径は 30nm 付近にまで小さくす反応した金属酸化物を再利用するためには金属酸化ることがでることがわかった。一方、TEM による電物を還元して金属に戻す必要があるといった問題点

子線回折の結果、生成する酸化チタンはルチル構造もある。これに対し筆者は、レーザーを用いれば金が主であり、完全に酸化されていない非晶質の低次属酸化物の還元とナノ粒子化を一段階で行うことが酸化チタン（TinO2n-1（n=1〜10））も混在することできるのではないかと考えた。更に、太陽光励起レが明らかとなった。

ーザーを光源として用いれば、金属酸化物を水の酸化源としたクリーンな水素生産サイクルを構築することも可能であろう（図 6）。筆者はこのようなモデルを確立するため、実際に太陽エネルギーレーザ
ーを開発している関西大学システム理工学科佐伯准教授と共同で、液中レーザーアブレーション法による金属酸化物の還元を伴うナノ粒子生成に関する研100nm究を行った。
実際に研究を進めるため、金属酸化物として酸化

図 4 生成ナノ粒子の SEM 画像

50nm

50nm

図 6 太陽光をエネルギー源とする水素生産サイ

図 5 生成ナノ粒子の BF-TEM 画像

クル
-3-

56

レーザープロセス

レーザープロセス
鉄を用いることとした。その理由には、鉄は地球上に多く存在するベースメタルであり、入手が容易であること、酸化鉄には数種類あり、それぞれ色が異なるため還元反応を目視で判断しやすいこと、生成した還元鉄は常温では水を酸化しにくく加熱（＞

100nm

200℃）する必要があるものの、マグネシウムやアルミニウム等と比べて反応性が低いためかえって取り

図 8 レーザー照射後の生成粒子の SEM 画像

扱いがしやすく、安全性も高いことが挙げられる。
実験手法については、実は酸化チタン生成実験で二酸化鉄はまず微細化し、試料の色は赤色から黒色行ったような照射法を用いることが難しい。その理に徐々に変化して行った。試料の色の変化は、赤色

由は、酸化鉄のような金属酸化物は一般に粉体で存の第二酸化鉄がレーザーにより黒色の第一酸化鉄

在するため、結晶化や板状に加工することが難しい(Fe3O4)に還元されたことを示す。照射後の試料を回点にある。また、液中レーザーアブレーションでは収し、SEM による粒子径の観測を行ったところ、液体として通常水が用いられるが、この場合には一20-100nm 近辺の粒子が観測され(図 8)、レーザー照旦生成した金属粒子が水との反応により再酸化され射により酸化鉄のナノ粒子化が起こることが分かっるため、水以外の溶媒を用いる必要がある。さらにた。EPMA(電子線マイクロアナライザ)による生成粒は液体中に空気（酸素）が存在する場合には一旦還子表面の組成分析を行ったところ、試料の組成は元された金属が酸素と再酸化する可能性が高いこと

Fe:O が約 1:1(化学量論比)となり、Fe2O3 の組成比にも問題である。これらの対策として、筆者は図 7 に比べ酸化数が低下した。このことから Fe2O3 から示すレーザー照射系を用いた。液体としては酸化力

FeO(および不均化により生成する Fe3O4)への還元もの弱いアセトン等の有機溶媒を使用する。金属酸化同時に起こることが明らかとなった。

物粉体はマグネットスターラーにより撹拌し、レー
ザー光を横から照射することにより金属酸化物粉体

６．まとめと今後への照射強度を一定に保つことができる。また液体本研究では、液中レーザーアブレーション法によは不活性ガス（アルゴン）により置換し、溶存酸素

り二酸化チタンナノ粒子、および（酸化）鉄ナノ粒の影響をできる限り抑制した。

子生成実験を行い、酸化チタンナノ粒子、および還金属酸化物として粒径約 45μm の粉末状第二酸化元酸化鉄ナノ粒子の生成を確認できた。しかしなが鉄（Fe2O3）を用い、レーザー光源にはナノ秒パルス

ら、生成ナノ粒子の粒径分布や物性は、応用にそのYAG レーザー（1064nm、ビーム径 6mm、パルス時まま利用できるところまでは至っていない。今後は間幅約 8ns、繰り返し周波数 10Hz、光強度 1W（100mJ

実験条件の絞り込み等を行ってより高精度のナノ粒／pulse）） を用いた。レーザー照射を行うと、第子を作成し、エネルギー効率等も考慮して実際の応用に適用することを目的とした研究を進めていきた

Acetone

いと考えている。

Fe2O3 (<45μm)
Laser

発表論文
Magnet stirrer

1) 谷口誠治、 佐伯 拓、 岡田竹弘、 古 隆志、
液中レーザーアブレーション法による活性金属
ナノ粒子生成とその応用、レーザー学会第 421

図 7 レーザー照射実験図

回研究会報告、 No.RTM-11-56, 25 (2011).
-457

●研究成果●レーザープロセス

高速点火レーザー核融合研究
理論・シミュレーションチーム
砂原
１．レーザー核融合の発展

淳ないレーザーエネルギーで核融合利得を得る方向に研究が向かうのは必然であり、高速点火レーザー核2012 年は 1960 年に Meiman 等によってレーザー融合研究はその先鞭をつけていると言える。

が発明されてから 52 年目にあたる。この間、レーザ
ーは科学探求の道具として、また、光ファイバー通３.

信に代表される情報分野、溶接、加工、切断などのFIREX工学分野、さらには医用分野への応用等、様々な分

日本の高速点火レーザー核融合研究は現在、阪大野に浸透し、目覚ましい発展を遂げてきた。核融合

レーザー研を中心に、追加熱レーザーを用いて爆縮反応を用いて無尽蔵のエネルギーを取り出すというされたプラズマを点火温度に加熱することを目標と

人類の夢、レーザー核融合研究も着実に発展して来して、高速点火原理実証実験(FIREX)のフェーズ I

た。2012 年の今年は米国の国立点火施設(Nationalが進行中である。レーザー総研も阪大の FIREX 実験

Ignition Facility: NIF)が人類初の制御熱核融合点火を

チームと協力して、主に理論・シミュレーション分

達成すべく努力をしている段階にある。また、日本

野で研究を続けて来た。高速点火研究で一番の要とでは大阪大学レーザーエネルギー学研究センターがなる物理は加熱の物理である。爆縮によって圧縮さ

高速点火レーザー核融合の原理実証実験(FIREX)をれたプラズマが高密度を保持出来るのは数 10 ピコ

推進している。この高速点火レーザー核融合研究に秒以内であるため、この短い時間の間に点火に必要

レーザー技術総合研究所も理論・シミュレーション

なエネルギーを投入するための超高強度短パルスレを中心として直接及び間接的に協力して来た。最近ーザーが加熱レーザーとして使われる。加熱用レーの高速点火レーザー核融合研究を振り返る。

ザーとして、阪大レーザー研では超高強度短パルス
レーザーLFEX を建設してきた。2009 年から LFEX

２. 高速点火

レーザーを用いた高速点火実験を開始し、児玉等が日本のレーザー核融合研究は、阪大レーザー研を2003 年に Nature に発表した成果を上回る中性子数

中心として、高速点火方式をこの 10 年あまり追求しを観測した。しかしながら目標の点火温度を達成すてきた。高速点火方式は NIF で採用されている自己るには解決しなくてはならない課題があることもわ

点火方式、即ち、爆縮で燃料の圧縮と加熱の両方をかって来た。

達成しようとするものとは異なり、爆縮で燃料を高４. コントラスト

密度に圧縮しておき、別のレーザーを用いて加熱を行うものである。自動車のディーゼルエンジンと点

レーザー総研と阪大レーザー研の理論・シミュレ

火プラグで火をつけるガソリンエンジンとの対比がーションチームは 2009 年の段階で既に LFEX のコン

よく比喩で用いられる。この高速点火方式はより小トラストが実験で重要なファクターになることを予さなレーザーエネルギーで高い核融合利得を得るこ測していた。その前年の 2008 年にフランスの Batonとができると予測されているが、加熱の物理が複雑によって、たった 7μm のスケール長のプリプラズマになるのが欠点である。NIF で核融合点火は実現さが存在しただけで高速電子の伝搬が妨げられるといれるだろうが、点火後を考えたとき、出来るだけ少う計算結果が出ており、FIREX 実験におけるプレプ-1-58

レーザープロセス

レーザープロセス
ラズマレベルを評価する必要があった。幸い、レーした高速電子の収束を試みようとしている。自己生

ザー総研では極端紫外(EUV)光源開発研究の実績が成磁場、外部印加磁場の両方を用い、高速電子が発あり、高 Z 物質に Nd:YAG レーザーが照射された時散せず、爆縮された高密度プラズマの方向に飛ぶよのプラズマ膨脹の多次元シミュレーションを行ってうに出来る可能性がある。既に FIREX 実験チームにいたため、高速点火で用いられる金コーンに LFEX

より、磁場生成の基礎実験も開始された。この磁場レーザーのプリパルスが照射される際のプリプラズを用いる高速電子収束のアイデアはいささか難易度

マの生成を評価できる状況にあった。我々の計算結が高いが、成功すれば加熱効率を著しく向上させる

果は 30-50μm のスケール長でプリプラズマが存在すことが出来ると考えられ、期待が高まっている。

るというものであり、LFEX レーザーのコントラス
７. もう一つの研究プロジェクトトの改善が必要であるとのメッセージをレーザー、実験チームに比較的早い段階で出す事が出来た。ま大阪大学レーザーエネルギー学研究センターを中た、超高強度レーザーパルスによる高速電子の発生

心に行われているFIREXプロジェクトについて述べについて PIC シミュレーションが行われ、プリプラ

きたが、日本の高速点火レーザー核融合研究プロジズマが存在すると高速点火に寄与する数 MeV の高ェクトはもう一つある。光産業創成大学院大学を中

速電子の発生が著しく減少することが判った。最近

心として進められている高速点火レーザー核融合研

５年間の FIREX プロジェクトにおける理論・シミュ究プロジェクトである。レーザー技術総合研究所はレーションの最大のトピックスはこのプリプラズマ

光産業創成大学院大学を中心とした研究グループと関連テーマであったと言え、現在も金コーンの最適も協力して主に理論研究を行っている。このグルー化等、有益な知見を得るための研究努力が続いていプは数Jの小型レーザーながら、中性子の連続発生なる。

ど、核融合の実用化を目指した研究を推進しており、阪大のFIREX計画と並んで精力的に研究を行い、成５. 高速電子の発散角果を挙げている。

もう一点、重大な問題となっているのが、超高強謝辞度レーザーによって発生する高速電子の発散角の広さである。プレプラズマ問題同様、この問題は高速

本研究は大阪大学レーザーエネルギー学研究セン

点火において爆縮されたコアを加熱する際の加熱効ター、及び光産業創成大学院大学との共同研究で進率に直接影響する。米国や中国などの PIC 計算を行められている。

う研究者等と議論、共同研究により、発生する高速
電子の不安定性はワイベル不安定性により全角 100°

発表論文（最近３年間）にも広がることがコンセンサスとなってきている。

1) Y. Kitagawa, Y. Mori, O, Komeda, K. Ishii, R.

現在、LFEX の照射点と爆縮プラズマコアの間はHanayama, K. Fujita, S. Okihara, T. Sekine, N. Satoh,

50μm 程度離れており、この距離はコーン先端を爆

M. Takagi, T. Kawashima, H. Kan, N. Nakamura, T.

縮の高圧力による破壊から守るためになかなか小さ

Kondo, M. Fujine, H. Azuma, T. Motohiro, T. Hioki,

く出来ない。このような状況において高速電子の発Y. Nishimura, A. Sunahara and Y. Sentoku, “Fusion

散角が 100°もあれば、発生した高速電子のごく一部

Using Fast Heating of a Compactly Imploded CD

しか爆縮コアに到達しなくなる。

Core”, Phys. Rev. Lett., 108, 155001-1-5 (2012).
2) A. Sunahara, T. Johzaki, H. Nagatomo and K. Mima,

６. 磁場“Generation of Pre-plasma and Its reduction for Fast
Ignition”, Laser and Particle Beams, 30, 95 (2012).

我々は高速電子の発散角問題に対して磁場を利用-2-

59

●研究成果●レーザープロセス
Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors3) H. Sakagami, A. Sunahara, T. Johzaki and H.

and Associated Equipment, 653, 84 (2011).

Nagatomo,“Effects of long rarefied plasma on fastelectron generation for FIREX-I targets”, Laser and

7) Z. Zhang, M. Nishikino, H. Nishimura, T. Kawachi, A.

Particle Beams, 30, 103 (2012).

S. Pirozhkov, A. Sagisaka, S. Orimo, K. Ogura, A.

4) H. Shiraga, S. Fujioka, M. Nakai, T. Watari, H.

Yogo, Y. Okano, S. Ohshima, A. Sunahara, S. Fujioka,

Nakamura, Y. Arikawa, H. Hosoda, T. Nagai, M.

H. Kiriyama, K. Kondo, T. Shimomura and S.

Koga, H. Kikuchi, Y. Ishii, T. Sogo, K. Shigemori, H.

Kanazawa, “Efficient multi-keV x-ray generation

Nishimura, Z. Zhang, M. Tanabe, S. Ohira, Y. Fujii, T.

from a high-Z target irradiated with a clean

Namimoto, Y. Sakawa, O. Maegawa, T. Ozaki, K.

ultra-short laser pulse”, Optics Express, 19, 4560

Tanaka, H. Habara, T. Iwawaki, K. Shimada, H.

(2011).

Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, M. Murakami, H.

8) H. Nishimura, H. Azechi, K. Mima, Y. Fujimoto, S.

Sakagami, T. Taguchi, T. Norimatsu, H. Homma, Y.

Fujioka, H. Homma, T. Jitsuno, T. Johzaki, M. Koga,

Fujimoto, A. Iwamoto, N. Miyanaga, J. Kawanaka, T.

J. Kawanaka, T. Kawasaki, N. Miyanaga, H.

Jitsuno, Y. Nakata, K. Tsubakimoto, N. Morio, T.

Murakami, M. Murakami, H. Nagatomo, N. Morio, K.

Kawasaki, K. Sawai, K. Tsujii, H. Murakami, T.

Nagai, M. Nakai, T. Nakamura, T. Nakazato, Y.

Kanabe, K. Kondo, N. Sarukura, T. Shimizu, K.

Nakata, K. Nishihara, T. Norimatsu, Y. Sakawa, N.

Mima and H. Azechi, “Fast Ignition Integrated

Sarukura, K. Shigemori, T. Shimizu, H. Shiraga, K.

Experiments with Gekko and LFEX Lasers”, Plasma

Sueda, K. Tsubakimoto, A. Iwamoto, T. Mito, H.

Physics and Ccontrolled Fusion, 53, 124029 (2011).

Sakagami, M. Isobe, T. Ozaki, O. Motojima, R.

5) T. Johzaki, H. Nagatomo, A. Sunahara, H-B. Cai, H.

Kodama, K. A. Tanaka, H. Habara, K. Kondo, Y.

Sakagami and Y. Nakao, “Pre-plasma effects on core

Nakao, Y. Sentoku, A. Sunahara, T. Taguchi and T.

heating and enhancing heating efficiency by extended

Kanabe, “Present status and future prospect of Fast

double cone for FIREX”, Nuclear Fusion, 51 073022

ignition Realiation Experiment (FIREX) Project at(2011).

ILE, Osaka”, AIP Conf. Proc., 1209, 83 (2010).

6) M. Koga, Y. Arikawa, H. Azechi, Y. Fujimoto, S.

9) K. Mima, A. Sunahara, H. Shiraga, H. Nishimura, H.

Fujioka, H. Habara, Y. Hironaka, H. Homma, H.

Azechi, T. Nakamura, T. Johzaki, H. Nagatomo, C.

Hosoda, T. Jitsuno, T. Johzaki, J. Kawanaka, R.

Garcia and P. Velarde, “FIREX project and effects ofKodama, K. Mima, N. Miyanaga, M. Murakami, H.

self-generated electric and magnetic fields on

Nagatomo, M. Nakai, Y. Nakata, H. Nakamura, H.

electron-driven fast ignition”, Plasma Phys. Control.

Nishimura, T. Norimatsu, Y. Sakawa, N. Sarukura, K.

Fusion 52, 124047 (2010).

Shigemori, H. Shiraga, T. Shimizu, H. Takabe, M.

10) A. Sunahara, T. Johzaki, H. Nagatomo and K. Mima,

Tanabe, K. A. Tanaka, T. Tanimoto, T. Tsubakimoto,“EFFECTS OF PRE-FORMED PLASMA INSIDE A

T. Watari, A. Sunahara, M. Isobe, A. Iwamoto, T.

GUIDING CONE IN FAST IGNITION SCHEME”,

Mito, O. Motoima, T. Ozaki, H. Sakagami, T.

Journal of Physics: Conference Series, 244, Part 2,

Taguchi, Y. Nakao, H. Cai, M. Key, P. Norreys and J.

022079-1-5 (2010).

Pasley, “Present Status and Future Prospect of Fast

11) Hong-bo Cai, K. Mima, T. Jozaki, H. Nagatomo, A.

Ignition Realization Experiment (FIREX) with

Sunahara, W. Zhou and R. J. Mason, “Collimation of

Gekko

Nuclearrelativistic laser-generated high energy electron

Instruments and Methods in Physics Research,

beams via double cone target in fast ignition scheme”,

and

LFEX

Lasers

at

ILE”,

-360

レーザープロセス

レーザープロセス
Journal of Physics: Conference Series, 244, Part 2,

Johzaki, R. Kodama, M. Koga, K. Kondo, J.

022030-1-5 (2010).

Kawanaka, T. Mito, N. Miyanaga, O. Motojima, M.

12) M. Hata, H. Sakagami, A. Sunahara, T. Jozaki and H.

Murakami, H. Nagatomo, K. Nagai, M. Nakai, H.

Nagatomo, “Effects of preformed plasma of CH foam

Nakamura, T. Nakamura, T. Nakazato, Y. Nakao, K.

on fast electron generation”, Journal of Physics:

Nishihara, H. Nishimura, T. Norimatsu, T. Ozaki, H.

Conference Series, 244, Part 2, 022037-1-5 (2010).

Sakagami, Y. Sakawa, N. Sarukura, K. Shigemori, T.

13) T. Johzaki, H. Nagatomo, A. Sunahara, H-B. Cai andShimizu, H. Shiraga, A. Sunahara, T. Taguchi, K. A.

K. Mima, “Integrated simulations of core heating in

Tanaka and K. Tsubakimoto, “Plasma physics andcone-guiding ast ignition, FIREX-I”, Journal oflaser development for the Fast-Ignition Realization

Physics: Conference Series, 244, Part 2, 022040-1-5

Experiment (FIREX) Project”, Nucl. Fusion, 49,(2010).

104024 (2009).

14) H. Nagatomo, T. Johzaki, A. Sunahara, H. Shiraga, H.

17) H. B. Cai, K. Mima, W. M. Zhou, T. Jozaki, H.

Sakagami, H. Cai and K. Mima, “Controlling

Nagatomo, A. Sunahara and R. J. Mason, “Enhancing

dynamics of imploded core plasma for fast ignition”,

the Number of High-Energy Electrons Deposited to a

Journal of Physics: Conference Series, 244, Part 2,

Compressed Pellet via Double Cones in Fast

022050-1-5 (2010).

Ignition”, Physical Review Letters, 102, 245001-1-415) H. B. Cai, K. Mima, A. Sunahara, T. Johzaki, H.

(2009).

Nagatomo, S. Zhu and X. T. He, “Prepulse effects on18) H. Nagatomo, T. Johzaki, H. Sakagami, Y. Sentoku,

the generation of high energy electrons in fast

A. Sunahara, T. Taguchi, H. Shiraga, H. Azechi and K.

ignition scheme”, Phys. Plasmas, 17, 023106-1-8

Mima, “Numerical Study of the advanced target(2010).

design for FIREX-I”, Nuclear Fusion, 49, 075028-1-616) H. Azechi, K. Mima, Y. Fujimoto, S. Fujioka, H.

(2009).

Homma, M. Isobe, A. Iwamoto, T. Jitsuno, T.

-461

●研究成果●レーザープロセス

様々な種類の物理現象のシミュレーションを行うにあたり
理論・シミュレーションチーム
古河裕之
ミュレーション技術を習得していった。

１．極端紫外光源開発研究
筆者は、（財）レーザー技術総合研究所に入所以

錫の平板にレーザーを照射し、アブレーションに

来、様々な物理現象のシミュレーションを行なってより放出された気体における「中性気体」の割合をきた。その中でも、2003 年度から 2007 年度にかけ

シミュレーションにより評価したところ、「7 割位がて参加した「極端紫外光源開発プロジェクト」抜き

中性気体である」という計算結果となった。2004 年には、何も語れない。

3 月「中性気体の評価」も含んだ内容で学会発表を「極端紫外光源開発プロジェクト」は、大学と産行なった。これ以降、デブリ対策に関する研究が大業界が相補に協力し合いながら研究開発を行う、ときく取り上げられることになり、中性粒子発生を抑いう画期的なものであった。しかも、文部科学省とえるための「最小質量ターゲット開発」へと発展し

経済産業省が協力し合う、という稀有なプロジェクていった。
筆者は、筆者単独で放射流体統合シミュレーショ

トであった。
大学側では、大阪大学レーザーエネルギー学研究ンを行うスキルを得た。筆者が開発した「レーザーセンターを中心に、「レーザー開発チーム」、「ターゲ

アブレーション統合シミュレーションコード」は、

ット開発チーム」、「プラズマ実験チーム」、「理論・以下のアドバンテージを持つ。

シミュレーションチーム」の 4 つの柱となるチーム〇中性気体、中性粒子を取り扱える。

が作られた。筆者は「理論・シミュレーションチー〇固体から液体、液体から中性気体、中性気体かム」の一員として、研究を行うこととなった。当初

ら部分電離プラズマへの相変化を取り扱える。

筆者に与えられた課題は、「状態方程式コードの開〇固液界面、気液界面を取り扱える。

発」であった。筆者は、レーザー核融合炉設計研究〇錫、キセノンだけでなく、色んな物質を比較的の将来の発展を考えた際に、これを機に「放射流体

簡単に取り扱える。

シミュレーション」を行える技術を会得する必要がこれらのアドバンテージにより、「レーザー核融合

ある、と考えていた。このことが、後述のように、炉チェンバー液体壁のアブレーション」、「レーザー

極端紫外光源開発プロジェクト及びレーザー核融合

ピーニング」、「レーザーアブレーションによるロケ

炉設計研究に大きく役立った。

ットエンジン着火」、「レーザー照射による水素拡散」

開発した状態方程式コードは、中性気体も扱えるなどの研究展開の拡がりを見せることになる。

コードであった。2003 年当時、筆者は核融合科学研究所との一般共同研究において、「ダイバータの熱負２．レーザー核融合炉チェンバー液体壁のアブレー

荷における vapor shielding の効果に関する研究」もションのシミュレーション

行なっていた。ここでの vapor とは、「中性気体」の筆者は 1999 年頃から、「レーザー核融合炉チェンことである。開発した状態方程式コードは、核融合

バー液体壁のアブレーションのシミュレーション」

科学研究所との共同研究にも使用できうるものであを行なっていた。2004 年以降、「極端紫外光源開発った。状態方程式コードと並行して、原子モデルコ

プロジェクト」で得たスキルを投入し、様々な改良

ード、流体コード、スペクトルコードの作成も行い、を行い、「レーザー核融合炉チェンバー液体壁のアブ「放射流体シミュレーション」を行うための統合シレーションのシミュレーションコード」を開発した。
-1-

62

レーザープロセス

レーザープロセス
レーザー核融合においては、核融合反応により生開発プロジェクトが終了する前に、新しいテーマをじた中性子、α 粒子、X 線等、及び炉心プラズマデ作り出さなければならない。」と常々思っていた。あブリ粒子が照射されることにより、核融合炉チェンる先生から、「レーザーピーニングのシミュレーショ

バー、特にその最も内側の壁（これを第一壁と呼ぶ）

ンをやってくれないか？」という依頼があった。レ

は、非常な高温環境下にさらされる。

ーザーピーニングとは、レーザーアブレーションに

レーザー核融合概念設計炉 KOYO-F では、第一壁よりプルームを生成し、その反作用として生じる圧は厚さ 3～5 mm の液体リチウム鉛の滝で保護されて力により、固体内部に衝撃波を発生させ、圧縮応力いる。1 ショット当たり発生する核融合エネルギー

状態を作り、固体の強度を高める技術である。
「固体

は 200MJ，ターゲットとチェンバー第一壁の最短距から液体、液体から中性気体、中性気体から部分電

離は 3 m となっている。このような条件下では、液離プラズマへの相変化を取り扱える」「固液界面、気

体壁は液体から中性気体、部分電離プラズマへと相液界面を取り扱える」「色んな物質を比較的簡単に取変化を伴いながらアブレーションする。アブレーシ

り扱える」、という筆者のシミュレーションコードのョンにより生成されたプルーム（気体、液体、固体

特長を、十二分に活かせる研究テーマである。

などの塊）中では、クラスター生成、プルームの凝レーザーピーニング業界は、産業応用に近いとい

縮（気体から液体への相変化）が起こることが予想

うこともあり、ほとんどが実験的研究である。金属される。

（主に鉄系の合金）にレーザーを照射して、硬度がこのような現象をシミュレーションするためには、

どの程度変化したか、残留応力がどの程度生成され「極端紫外光源開発プロジェクト」で開発したシミ

たか、を測定する実験がほとんどである。

ュレーションコードの機能に加え、「物質と荷電粒子

理論解析としては、市販の有限要素法を用いたコの相互作用シミュレーション」、「クラスター生成過ードを用いて応力解析を行う、というものがほとん

程、プルームの凝縮過程のシミュレーション」の機どである。プルームの振る舞いは固体表面の圧力変能が必要であった。2004 年頃から、新たな機能を含化、として考察されるのみである。固体内部の温度

んだ統合シミュレーションコードの開発に取り組ん

変化も考慮されていないものがほとんどである。レだ。

ーザーと物質の相互作用の研究は、ほとんど行われ2004 年から、「レーザー核融合炉設計委員会」とていない。
「レーザーと物質の相互作用」「温度上昇」「レーザー核融合炉要素工学研究会」が設立された。

「物質の相変化」「プルームの放射流体運動」を連立

前者はレーザーエネルギー学研究センター主催、後させて計算している研究は、他にない。現在、近畿者は阪大工学部の教授の主催であり、筆者は双方の大学及び大阪産業大学で、レーザーアブレーション

幹事に任命された。
「レーザー核融合炉設計委員会」

生成プルームに関する実験的研究等が進んでおり、は４つのワーキンググループを持ち、筆者は「レーレーザー総研と相補に協力しあいながら、研究を進

ザーワーキンググループ」と「炉システムワーキン

めている。

ググループ」の 2 つのワーキンググループの委員となった。
「炉システムワーキンググループ」と「レー４．太陽光励起半導体レーザーのシミュレーション

ザー核融合炉要素工学研究会」は、研究内容がよく

放射流体関連ばかりではなく、「太陽光励起半導体

似ており、筆者の研究成果は両者の研究進展に大きレーザーのシミュレーション」も行なったことがあく貢献した。

る。半導体中のエネルギーギャップにより太陽光を吸収させ、電子を励起し、それにより電流を発生さ

３．レーザーピーニングのシミュレーション

せてレーザー光を発振させる、というメカニズムで先に述べた極端紫外光源開発プロジェクトは、期ある。半導体物理は専門外であるが、お話を頂いて間が 5 年と決められていた。筆者は、「極端紫外光源

からシミュレーションコードのプロトタイプが出来-263

●研究成果●レーザープロセス
6) H. Furukawa, M. Heya and M. Yamanaka,

上がるまで、2 ヶ月未満であったと記憶している。

“Simulation on Laser Peening”, Proceedings of
発表論文

LAMP2009, online journal,

1) 古河裕之、藤田和久、森谷信一、“ロケットエン

http://www.jlps.gr.jp/en/proc/lamp/09/00015.pdf

ジンレーザー着火におけるレーザーアブレーシ

7) H. Furukawa, “Study on dynamics of ablation plumes

ョンのシミュレーションコードの開発”、プラズ

produced by fusion products in laser fusion liquid wall

マ核融合学会誌、87, 642 (2011).

chamber”, IFSA2007 Proceeding, IOP Publishing,
Journal of Physics: Conference Series, 112, 032041

2) 古河裕之、乗松孝好、“レーザー核融合液体壁炉(2008).

チェンバー内のアブレーション生成プルームの

8) 古河裕之、“錫ターゲットを用いたレーザー生成

シミュレーション”、プラズマ核融合学会誌、87,

EUV 光源におけるデブリ発生の評価”、レーザー

51 (2011).
3) 功刀資彰、古河裕之、“「今、核融合炉の壁が熱い！

研究、36, 742 (2008).

数値モデリングでチャレンジ」、 第 10 回 壁は熱9) 神前康次、乗松孝好、古河裕之、林 巧、惣万芳でどうなるか”、日本原子力学会誌、51, 416 (2009).

人、西川正史、苫米地顕、“高速点火レーザー核4) 相良明男、乗松孝好、古河裕之、他、“「今、核融

融合発電プラント(KOYO-Fast)の概念設計／炉チ

合炉の壁が熱い！

数値モデリングでチャレンェンバー・炉システム”、プラズマ核融合学会誌、
83, 19 (2007).

ジ」、第 12 回、まとめと今後の展望”、日本原子力学会誌、51, 563 (2009).

10) T. Norimatsu, J. Kawanaka, M. Miyanaga, H. Azechi,5) H. Furukawa, “ Dynamics of ablation plumes

K. Mima, H. Furukawa, Y. Kozaki, K. Tomabechi,

produced by fusion products in laser fusion liquid wall

“Conceptual Design of Fast Ignition Power Plant

chamber”, Journal of Plasma and Fusion Research

KOYO-F Driven by Cooled YB:YAG Ceramic

Series, 8, 1256 (2009).

Laser”, Fusion Sci. and Technol., 52, 893 (2007).

-364

レー ザ ー 計 測
超音波探傷技術
検出感度の向上

金属疲労劣化検出

干渉縞
安定化

ホログラム
干渉計

新幹線トンネル実験

ひび割れの評価、高架橋欠陥検出

無レンズ結像加工技術

レーザープラズマ光線応用

碍子塩分計測装置

碍子塩分濃度計測

レーザー誘雷レーザープラズマ・マイクロ波
相互作用（埋設物探査）

非平衡プラズマによる
脱塩素化

降雨予測
（水蒸気プロファイル）

環境応用

リモートエリプソメトリー
実証実験

温室効果ガス（二酸化炭素）計測

白色光ライダー
偏光解消度計測

黄砂観測

リモートLIBS

水中・水表面レーザーブレーク
ダウン分光法（LIBS）

フェムト秒レーザーを用いたダイオキシン類検出

水中ラマンライダーの開発

バイオ化学
光機能性蛋白質のメカニズム解明

蛋白質構造計算
フラビン蛋白質の電子移動
光活性黄色蛋白質（PYP）

顕微フェムト秒蛍光顕微鏡の開発
蛋白質結晶の計測

Sub-10fs過渡吸収計測

励起状態
円二色性

光導電効果の研究

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012
65

●研究成果●レーザー計測レーザーを用いたコンクリート欠陥検出実験
レーザー計測研究チーム
島田義則
る実験を行った。廃線トンネルまでの路面状況は悪

１．はじめに山陽新幹線トンネル覆工コンクリート剥落事故後、く、軽トラックが普通に入っていける路面ではなかレーザーを使ったコンクリート欠陥検査研究を開始った（図 1 左）。このため、片輪を路肩にはみ出し、した。2006 年度からは、国からの支援を受けて、研斜めになりながらトンネルまでたどり着いた。この究は更に進展して今では新幹線トンネル内の欠陥をトンネルは大正時代に作られたため、今では至る所検査出来る装置を構築した。本稿では、今まで行っにコンクリート欠陥が存在する。金槌でコンクリー

た実験を時系列で紹介する。

トを叩くとすぐにコンクリートの浮きが確認できた。
その中で比較的検出が困難な欠陥を選びレーザーに

２．コンクリート欠陥検査原理

よる検査実験を開始した。一番の気がかりであった

レーザーによる欠陥探傷の原理を説明する。衝撃

ことは実験場でレーザーが故障せずに発振してくれ

波励起用パルスレーザーをコンクリート表面に照射るかどうかであった。レーザー装置に対して固定方

し、コンクリート表面に微小振動を発生させる。次法の工夫や、二重エアーサスペンション等を用い、いで、検出用レーザー（連続光）をコンクリート表

さらに運搬時は細心の注意を払い運転した。その甲面に照射し反射された光を検出する。この反射光は

斐あってレーザーは無事発振した。また、レーザー

コンクリート表面の微小振動に起因した周波数変調

装置の動作確認も 1 日で完了した。

を受けており、スペクトル解析することで微小振動レーザー装置をコンクリート表面から 50 cm か

モードを得る。この微小振動モードは欠陥の有無にら 1 m 離して設置し、レーザーをコンクリート表面

より変化するため、微小振動モードを解析することに照射して欠陥検査実験を行った。レーザー装置はで欠陥の遠隔・非接触検出ができる。

欠陥を検出することが出来た。2 週間で数個の欠陥検査を行い、野外実験を無事に終えた（図 2）。

コンクリート振動の振幅は 10～100 nm 程度で、トンネル半径は約 5 m である。これは 1 cm の振動を
500 km（約東京－大阪間）離れた場所から計測する

４．検出感度の向上が急務ことに匹敵するほどの精度の高い計測である。

半径5mの新幹線トンネルコンクリートの検査を行うためには、最低でも5m遠方から探傷できる能力

３．宝塚トンネル実験が必要である。しかし、いままでの装置では1.5m が室内の実験において、コンクリート供試体の模擬限界で、5m遠方のコンクリート探傷を行うためには、欠陥が検出できることを確認した上で、旧福知山線の廃線トンネル内で、コンクリート実欠陥を検査す

図 1 旧福知山線廃線トンネル

図 2 レーザーコンクリート検査装置-1-66

レーザー計測

レーザー計測装置のシグナル・ノイズ比(S/N比) を向上させる必の位相ずれを検出し、ピエゾアクチュエーターに設要があった。S/N比を向上させるためには①装置内置したミラーを駆動させることによってずれを補に使用するフォトリフラクティブ結晶中で参照光の償し、相対揺らぎを停止させた。これによりフォト回折効率を向上させること、②検出用レーザーのパ

リフラクティブ結晶内に書き込まれる干渉縞のコワーを増強し、コンクリートから反射して戻ってく

ントラストが高くなり、S/N比が約3倍向上した。

る信号光のパワーを増加させる方法がある。①の方
７．新幹線橋梁のコンクリート欠陥検査法で信号振幅を約9倍増加させた。さらに、検出用レレーザー探傷装置を山陽新幹線の橋梁へ持ち込み、ーザーのエネルギーを0.25W から2W に増強させ5m先の実コンクリート欠陥検査実験を行った（図3）。

ることによりS/N比を約6倍向上させた。合わせて約

探傷箇所は橋梁の天井部分に入ったコンクリート浮50倍のS/N比の向上ができた。

きとした。図4に検出用レーザーをミラーで走査する
ことにより得られた2次元の欠陥画像を示す。約６．揺らぎ補償装置

20×30cmを2.5cm間隔で走査した。中央の黒色箇所がトンネルコンクリートや探傷装置はそれぞれ固コンクリート浮きである。この欠陥の他にも探傷を有の振動数で揺らいでいる。コンクリートとレーザ行い、同じような結果を得た。

ー装置が個々に固有振動を持ち揺らいでいると、レーザー装置からコンクリートに向けて照射したレ

８．新幹線トンネルでのコンクリート欠陥検査実験

ーザー光路が時間的に変化することとなり、コンクに挑戦

リートからの反射光と参照光で作られる、フォトリ

当研究所とJR西日本（株）、JR総研はレーザー検

フラクティブ結晶内の干渉縞コントラストは低下

査装置の実用化を目指して新幹線トンネル覆工コンする。最悪の場合は計測が出来ないこともある。こクリートの検査を始めた。当初はトンネル内特有ののため、トンネルコンクリートと探傷装置の相対揺騒音やディーゼル機関車の振動によって思うようにらぎを取り除くことが必要である。当研究所では、

信号取れなかった。これらの問題を解決するために相対揺らぎを補償する装置を開発した（フォトリフ
ラクティブ結晶中の干渉縞を安定化させる装置：干耐騒音・耐振動性能を有するクリーンルームを設け、渉縞安定化装置）。干渉縞安定化装置はコンクリー

その内側にレーザー装置を設置した（図5）。検査時

ト表面から反射して戻ってくる反射光と参照光とには天井をスリット状に開口してレーザーをコンクリートに照射した。レーザーによるコンクリートへの衝撃波を増強させるために強力なレーザーを用意した。また、レーザー制御およびデータ収集を遠隔で操作できるように制御室を設けた。打音検査によ

図4 レーザーを2次元に走査して得られたコンク
リート欠陥（浮き）の全体像

図3 山陽新幹線の第2滝ガ谷橋梁での実験-2-

67

●研究成果●レーザー室

レーザー計測制御室

図5 新幹線トンネル内でのコンクリート欠陥検査
実験
図6 内部欠陥検査結果

り事前に振動スペクトルの情報を取得した欠陥箇所を対象にした。
2×1m 程度の大きなコンクリート浮きを検査した
結果を図6に示す。図中の“○”、“△”及び“□”は、レーザーでコンクリートに衝撃波を与え、振動させた
場合の表面振動振幅の大きさを3段階で表している。
“□”は非常に大きい振幅（欠陥箇所）、“△”は中程度（欠陥箇所）、および“○”はほとんど振動しない箇所（健全箇所）である。検査位置が100mmずれると振幅が異なる。コンクリート裏面は複雑な形状をしており、ある部分では大きく剥離して振幅が大きい。一方、隣接箇所は密着部分で振幅が小さいなど、複雑な形状であることがわかる。

ひび割れ

図7にコンクリート表面にひび割れが存在する場
合のレーザー探傷結果を示す。振動が大きい順に□、

図7 ひび割れ欠陥検査結果（振動の大きさを測△、および○を示した。ひび割れに近い部分では振定することにより、ひび割れ内部の進展方動が大きくなる。結果より、ひび割れ内部で左右の向が遠隔から測定可能）

どちら方向にひび割れが進展しているかを把握でき

2) 島田義則、オレグコチャエフ、“レーザー超音波る。図7の結果では左上にひび割れは延びている。

リモートセンシングを用いたコンクリート内部
欠陥検出”、電学論C、 127, 1192 (2009).

９．今後に向けて

3) 御崎哲一、島田義則、篠田昌弘、“レーザー超音宝塚トンネルから始まった実験は新幹線トンネル

波リモートセンシングによるコンクリート欠陥までたどり着いた。今後は小型化し、容易に運搬での非破壊検査法の開発”、JREA、（社）日本鉄道

きる装置に改良することや、数多くの実欠陥検査デ技術協会、52, 34294 (2009).

ータを取得して実績を積む必要がある。

4) 島田義則、”レーザリモートセンシングによるコ
ンクリート欠陥の非破壊検査”、非破壊検査、58,

発表論文

269 (2009).

1) 島田義則、“レーザー超音波リモートセンシン

5) 島 田 義 則 、 “レ ー ザ ー 超 音 波 に よ る コ ン ク

グ技術の産業応用”、検査技術、11, 8 (2006).
-368

レーザー計測

レーザー計測リート内部欠陥のリモートセンシング技

割れ深さ計測実験”、材料学会、コンクリート構術 ”、 検 査 技 術 、 14, 35 (2009).

造物の補修・補強・アップグレードシンポジウム
論文集、10, 119 (2010).

6) 島田義則、“レーザー超音波によるコンクリート
内部欠陥のリモートセンシング技術”、建設機械、
45, 44 (2009).

14) N. Misaki, Y. Shimada, M. Shinoda, “Developmentof Non-destractive Inspection Method of Defective7) 島田義則、“レーザーリモートセンシングによるConcrete Element by Laser Remote Sensing System”,
Japanese Railway Engineering, 166, 1 (2010).

コンクリート欠陥の非破壊検査配管技術”、配管技術、45, 44 (2009).

15) 島田義則、“コンクリート欠陥を診断するレーザ

8) 島田義則，KOTYAEV Oleg，篠田昌弘，御崎哲一、

ー超音波リモートセンシング技術”、月刊「セメ“レーザを用いたコンクリート内部欠陥探傷技

ント・コンクリート」、 (2011).

術”、レーザ加工学会誌、16, 281 (2009).

16) 御 崎 哲 一 、 坂 本 保 彦 、 篠 田 昌 弘 、 島 田 義9) 島田義則、“レーザーを用いたコンクリート欠陥

則 、 オ レ グ コ チ ャ エ フ 、 江 本 茂 夫 、 “レ ーリモートセンシング技術”、電気評論、2010.9, 75,

ザーを用いたコンクリート欠陥検知シス(2010).

テ ム の 実 用 化 に 向 け た 研 究 ”、 超 音 波 テ ク

10) 島田義則、“レーザーリモートセンシング装置を

ノ , 9-10 月 号 (2011).

用いたコンクリート欠陥検出”、オプトニューズ、
4, 21 (2010).

17) 倉橋慎理、島田義則、乗松孝好、石井政博、河野幸彦、“レーザー励起表面波を用いたコンクリ

11) 御崎哲一、島田義則、篠田昌弘、”レーザーリモ

ート表面のひび割れ深さ計測”、コンクリート構ートセンシングによるコンクリート欠陥の非破造物の補修，補強，アップグレードシンポジウム

壊検査法の開発”、会誌「サイバネティクス」、15,

論文集、 11, 299 (2011).

26 (2010).

18) 御﨑哲一、坂本保彦、篠田昌弘、島田義則、オ12) 島田義則、オレグコチャエフ、“レーザーリモー

レグコチャエフ、渡邊英世、江本茂夫、“レーザトセンシングを用いたコンクリート内部欠陥検ーリモートセンシングによるコンクリート部材

出”、レーザー研究、38, 749 (2010).

の非破壊検査法の課題とその解決策”、鉄道工学

13) 島田義則、オレグコチャエフ、石井政博、河野シンポジウム、15 (2011).

幸彦、吉田次男、“レーザー超音波を用いたひび-469

●研究成果●レーザー計測Development of Laser-based System
for Remote Non-destructive Testing
Laser Measurement Research Team
Oleg Kotyaev

1．Introduction

holography. So, we proposed to adapt the idea ofphotorefractive interferometry and homodyne detection

The development of laser-based system for remote
non-destructive inspection in cooperation with JR Westfor laser-initiated vibration in concrete.

Company was started in ILT in 2004.
2．Principles of laser-based inspection

JR West Co was looking for a new technology of
Shinkansen tunnel inspection after the accident which

Figure 3 shows the basic idea of the proposed

happened in 1999 in Sanyo Shinkansen line tunnel, whentechnique. A pulsed laser is used as a source of laser

226-kg concrete chunk

impact. Its pulse hits the inspected area and initiates

fell from the Shinkansen

vibration in concrete. A CW laser is used for probing thetunnel wall (Fig.1).

inspected area and for detection of initiated vibration.

The

technique

The detection is realized via interferometry of speckledshouldreplaceradiation: two-wave mixing in photorefractive crystal

conventional

methods

and homodyne interferometry (Fig.4.).

based

new

on

hammering(Fig.2) and piezo-testing.
The
Fig.1 Big piece ofconcrete fell down fromtunnel wall (Mainichinews paper)

most

attractive

advantage of laser-based
technique is really remotecharacter of inspection.
By that time we hadsome experience in laser interferometry and dynamic
Fig.3 The basic idea of laser-based inspection

Fig.2 Hammering - usual procedure of tunnel

Fig.4 Two-wave mixing in photorefractive crystal

inspection (Mainichi news paper)-170

レーザー計測

レーザー計測Fig.7 The first mobile prototype of the inspection
system
Fig.5 The presence of standing Lamb wave is criterion
results of defect location. Signal spectra shown in Figureof defect recognition

5 are real typical spectra of vibration signals obtained inthese experiments.

The main criterion of the defect location is thepresence of detectable natural vibration - standing Lamb

After that, the system was loaded on the small track

wave in concrete layer between surface and inner defect.

(Fig.7); and the first mobile prototype of the laser-based

If there are no defects in the inspected area andinspection system was put into operation.
The main experimental sites where the mobile

corresponding concrete layer is thick then no detectable
Lamb wave will be initiated. Lamb wave spectral power

prototype was used are:will be very low and its spectrum will have no detectable-

testing site of the Tokyo Railway TechnicalResearch Institute – the first field experiments;

peaks. However, if there is an inner defect, Lamb wave-

will have much higher power which can be detected

an old small tunnel in Takarazuka area, where realdefects in tunnel walls were tested by our systemeasily (Fig.5).

for the first time;-

3. Experiments: from laboratory to real tunnel.

JR West testing site in Suita, where capability of

The system was assembled and tested in the laboratory

laser-based inspection was examined in theconditions (Fig.6). Concrete samples with various types

long-distance conditions (more than 5 meters –of defects were provided by JR West Co. The laser-based

radius of real Shinkansen tunnel);-

inspection technique has demonstrated very promisingunder a bridge between two Shinkansen tunnels in
Kobe area, where more advanced version of themobile prototype was tested – with stabilization
system, automatic 2-dimensional scanning andreal-time data processing.

Everywhere,thelaser-based

inspection

systemdemonstrated very promising results; and finally it was
decided to prepare the system for field tests in real
Shinkansen tunnel.
However, the first tests in Shinkansen tunnel using theFig.6 Test of concrete sample in laboratory-271

●研究成果●レーザー計測homodyne interferometer with BSO crystal was used for
detection of initiated vibration. Spectral analysis ofdetected vibration gives information of defect situation:
if spectral power after impact is much higher than before,
then there is a defect in the inspected area. A laser
photorefractive

interferometer

installedonthevibration-proof table was covered by sound-proof
shield-box.
Before going to the tunnel with the laser system, we
Fig.8 The “Silver Wagon” with the system prototype

explored the tunnel walls and ceiling with a hammer.
The tunnel hosting companies (JR West and RailTech

first mobile prototype were not successful. The realCo) provided information of known defect locations; andtunnel conditions appeared to be very unfriendly: strong

we chose the most interesting defects. In total, 27 defectmechanical vibration and very loud acoustic noise (morelocations have been chosen, and 68 defect points havethan 95 dB) affected the inspection performance and did
not allow detecting vibration in real defect areas. As well,
we found that recognition of real defects in Shinkansen

been selected for tests.
4. The main experiment in Shinkansen tunnel

tunnels required higher impact energy.

After preliminary testing the system in the maintenance

The system was modified and the second generation ofbox culvert on the main base depot, the system wasmobile prototype was developed. The system wasdelivered in the Shinkansen tunnel. Figure 9 shows theassembled on a flat-wagon using a 3-tonn table withsystem prototype inspecting the Shinkansen tunnel

sophisticated isolation from mechanical vibration. Moreceiling. Detection distance is about 6 ~7 m.

energetic impact system was introduced into the system.

The use of sound-proof wagon and cover decreased

And sound-proof walls and ceiling or so called “Silver

acoustic noise. As a result, influence of acoustic noise on

Wagon” was built around the overall system (Fig.8).

photorefractive interferometry was reduced; andlaser-based detection of laser-initiated vibration in

In this system version, three laser units are used for

concrete was possible and reliable.

producing laser impact: two CO2 lasers and one Nd:YAG

Figure 10 shows typical waveforms and corresponding

laser. Total energy of two CO2 laser pulses is 8 J, pulse
duration is 100 ns; and the Nd:YAG laser generates 1.5 J
in 10 ns pulse. All lasers strike an inspected area of about
3 x 6 cm2.
To direct impact beams to the inspected area, special
scanners are used. The same scanners are used for
directing the probe beam together with the impact beams,
simultaneously.
A CW Nd:YVO4 laser with 2-Watt power is used as aprobe/detection laser.
As usual, the laser impact was used for initiation of

Fig.9 Mobile prototype of laser-based system invibration in the inspected area, and photorefractive

operation-372

レーザー計測

レーザー計測spectra in defect and no-defect areas. Moment of laser
impact is set in the middle of the waveform. Differencein waveforms and spectra between defect and no-defect

Table 1. Results of defect and no-defect recognition
Recognition

Defect points%

Excellent

57

83.82

corresponding spectrum has high level of averaged

Good

6

8.82

spectral power.

So-so

4

5.88

Bad

1

1.47

Total

68

situations is very clear: waveform in the defect area has
thevibration

signalwith

highamplitude

and5．Experimental results
During the set of the experiment, we spent 15 nights in
Shinkansen tunnels and tested 27 defect locations,previously chosen. The results of defect and no-defectnot perfect. In future, the use stabilization system willrecognition are shown in Table 1. Good and excellent

make laser-based inspection more reliable.

recognition had been observed in 63 from 68 defectpoints (93%).

6．Conclusions

Only one defect point was not recognized and

The main results look very promising. The general

recognition of four defect points was not reliable. Thosesummary is that the final verification of defectdefect points are difficult to recognize even withrecognition capability of the laser-based inspection

hammering. Moreover, it should be noted that the defectsystem was very successful: all 27 defect locations tested

locations with these five non-recognized defect points

in Shinkansen tunnels have been recognized with good

have the other defect points where the laser-based systemand excellent capability. Modified criterion of defectdemonstrated good and excellent recognition capability.

recognition based on comparison of averaged spectral

That means, during real inspection those defect locations

power is more reliable.

could be detected quite reliably.

We made certain that the use of vibration isolation and

And we should not forget that hammering will besound protection reduces influence of strong acoustic

always more sensitive than laser detection because it isnoise on the detection performance. The final version of

the contact method with the use of much stronger impact.

the system should be equipped with vibration and soundIt should be noted, in these experiments, we did not use

Spectral power

Despite of the fact that more energetic impact is still

Spectral power

Signalamplitude,

Signalamplitude,full-spec system: stabilization of interference pattern wasprotection.

Fig.10 Waveforms and spectra in a defect (top) and no-defect (bottom) areas-473

●研究成果●レーザー計測desirable, the system can be used reliably for location

Published papers

actually dangerous defects and for their more detailed

1) O. G. Kotiaev, S. Uchida and K. Hashimoto, Proc. of

remote inspection.

the 12-th Symposium on Ultrasonic testing, 71,

The next step – industrial design of the inspection(2005).

system. The most promising and most probable variant2) O. Kotyaev, Y. Shimada, K. Hashimoto, Proc. of theof the system will be designed for using the system not

9-th European Conference on Non-Destructiveon the Shinkansen train lines but in the gutter between

Testing, 23, (2006).
3) 島田義則、Kotiaev Oleg、篠田昌弘、御崎哲一、

train lines. In this case, it would be possible to use the

レーザ加工学会誌、 16, 281 (2009).

system not only in night time when Shinkansen traffic is4) 島田義則、オレグコチャエフ、レーザー研究、38,

stopped but also during day time at the presence of
Shinkansen trains. So, the real industrial design is not so

749 (2010).

far from reality.

-574

レーザー計測

レーザー計測白色光ライダーの開発
レーザープロセス研究チーム
染川智弘
図 1 がよくパンフレット等にも使われた白色光ラ

１．20 周年から 25 周年の歩み
この 25 周年記念誌の執筆にあたり、前回の 20 周

イダー実験の様子である。写真では白色光が大気中

年記念行事の開催に携わっていない私は、20 周年記に見えるため、観測するには毎回許可を取るのかと

20 周年の進歩」を参考にする

よく質問していただくが、この写真はカメラを長時ように言われた。中には現レーザープロセス研究チ

間露光して撮影したらしく実際は大気を伝搬していームのチームリーダーである藤田による白色光ライる白色光はほとんど見えない。阪大レーザー研にはダー開発の回顧録がある。私もその開発に携わったライダー観測専用の設備がないために、白色光レー

学生として名前が出てくるわけだが、藤田がフェム

ザーはミラーで搬入用の扉から外に出し、観測毎にト秒加工にシフトしていったように、白色光ライダ

駐輪場に望遠鏡等の観測システムを設置する必要がーは外部資金が獲得できず、2008 年の入所当時は白ある。私としては、修士で 2 年、博士で 3 年と学生

色光ライダーの開発継続には黄色信号が灯っていた生活を白色光ライダーにささげてきた身である。中ように思える。

でも博士 3 年目は黄砂がよく来る年であったため、4念誌「レーザー総研

白色光ライダーは再生増幅器付きのフェムト秒レ

月～5 月の黄砂が来た日は何があっても黄砂の観測ーザーを、さらに 2 台の Nd:YAG レーザーで励起すを行かなければならない忘れられない 1 年である

るテラワット（TW）レーザーシステムを用いる。

（なぜか土日が多かった）。

この TW レーザーパルスを Kr ガスに集光すると自そんな中、大気中の黄砂の詳細な偏光計測を行う

己位相変調等の非線形効果が起こり、もともと 800という研究で科研費が採択され、白色光ライダー研

nm だったレーザーパルスが紫外から赤外までの連究は継続できたわけである。白色光に複屈折を持つ

続スペクトルに変換される。この白色光源を大気中水晶で波長ごとに偏光変化を与えることで、黄砂等に打ち上げ、大気からの信号を望遠鏡で集め位置情の詳細な偏光変化を測定しようという試みであり、報を得るのか白色光ライダー観測である。

白色光ライダーは大気観測だけでなく、エリプソメ
トリーにも応用できる新たな一面を示せた。手法の原理からサポートしていただいた北海道大学の岡准教授に感謝したい。

２．温室効果ガス計測へ
この当時は（現在もそうであるが）、地球温暖化の対策として人為的な二酸化炭素の排出削減に向けた研究が必要とされた。そこで、関西電力株式会社、
財団法人島津科学技術振興財団の支援を受けて、広帯域な白色光を用いた二酸化炭素の計測に発展していった。二酸化炭素は赤外域である 1.6、2.0 μm に吸収を持つため、計測には吸収波長のレーザー開発

図 1 白色光ライダー実験の様子が必要になるが、広帯域な白色光を利用すれば、レ-175

●研究成果●レーザー計測ーザー開発の必要なく赤外域に吸収ラインを持つ二も買いだし帰りに通りがかった川上君、電話で呼び

酸化炭素、水蒸気、メタン等、様々な温室効果ガス

出された三上君に感謝したい。

の濃度評価が可能になる。ただ、白色光は単位スペ

ここまでの一連の白色光ライダーの開発で、幸運

クトルあたりの強度が低いという欠点がある。さらにも 2010 年の堀場雅夫賞をいただいた。H23、H24に赤外域は可視域に比べて感度のよい受光素子がな

年度の 2 年間に及ぶ助成金は白色光ライダーシステ

いということもあり、散乱光を計測するライダー観ムの維持に利用させていただいている。ご尽力いた

測ではなく、白色光レーザーの大気伝搬後の透過ス

だいた皆様に感謝したい。

ペクトルの変化から濃度を評価する長光路差分吸収
３．気象予測の向上へ

分光（DOAS）法を採用した。このアイデアはキセ
ノンランプや航空障害灯を用いて NOx 等を DOAS

近年、ゲリラ豪雨と呼ばれる突発的で局所的な豪法で計測をしていた千葉大学の久世教授の講演を参雨の発生頻度が増加しており、レーザーを用いてそ考にした。現在は、この研究の延長で千葉大学リモの前兆を予測できないかと相談を受けた。こうしたートセンシング研究センターの共同利用研究に参加

豪雨対策として国交省から X バンド MP レーダーがさせていただいている。

全国各地に配備され、雨量情報が HP で公開されてTW システムを用いた白色光レーザーでは、ガスいる。1 分ごとの降雨状況がかなりの位置精度でわ

セル実験において二酸化炭素濃度計測の可能性は示

かるが、レーダー観測では粒径の小さな雲は観測でせていたが、TW システムでは装置設置場所からのきず、雨粒に成長してからしか観測が行えない。前

ビームの取り回しが行いにくいという欠点があり、兆現象の把握としては上昇流、水蒸気等の情報がほ

大気の透過スペクトル測定は十分な強度が得られてしいとのことであったが、ドップラーシフトから風いなかった。こうした状況のなか、堀場製作所の右を見るドップラーレーダーでは雨粒しか観測できな

近氏にオプトライン社を紹介してもらい、ナノ秒パ

いため無降雨時では観測できず、水蒸気の高度分布

ルスレーザーとフォトニック結晶ファイバーを組み

情報は気球等によるゾンデ観測しか手法がなかった。

合わせた小型の白色光レーザーを借りることができレーザーを用いれば、大気中を常時浮遊しているエ

た。白色光レーザーのパルスエネルギーは低下する

アロゾルを対象とすることができるので、常時の風が、装置が 15 cm 角程度と小型で可搬性があるため、観測が可能であり、ラマン散乱、吸収計測によって

屋外でのフィールド実験には最適である。また、こ水蒸気の高度分布情報を取得することも可能である。

れまでの TW システムでは起動に 1 時間程度かかり、

ただ、ドップラー、ラマンともに波長のシフトを計

複雑なレーザーのアライメント、タイミング調整を測するために、広帯域な白色光源では利点がなかっ

必要としていたが、この白色光レーザーはターンキた。また、こうした実用化に向けたライダー観測にー操作で通常の家庭用コンセントで動作するため、は、残念ながら初期投資コスト、可搬性を踏まえる

非常に使いやすい。このような小型で可搬性のあると白色光ライダーは不向きである。

白色光レーザーが未来の白色光ライダーシステムのライダーによる気象要素の研究は以前から活発に光源かもしれない。

行われてきているため、先人たちの観測ノウハウは

大気中の吸収スペクトルの変化から二酸化炭素濃あり、レーザー等のライダー機器は所有している。

度を取得するには最終的には 568 m の伝播距離を利そこで、ゲリラ豪雨が発生しやすい真夏の日の気象用した。当然、レーザー研内では直線光路を取れる

要素データを取得して、その得られたデータを気象

わけもなく、ミラーを複数枚用いた直線 100 m の折モデルに取り込み、ゲリラ豪雨が予測できないかとり返し光路となった。実験は安全面を考慮して、土いうことになった。ライダー観測者としては、実際

日の夜に行うことが多く、学生に頼んで携帯電話でに得られたデータを気象に利用してもらうことは非アライメントを行ったことが思い出される。不運に常に面白い。関西電力、気象モデルの開発を行って-2-76

レーザー計測

レーザー計測いる気象工学研究所の支援を受けて、レーザー観測
データを用いた気象予測モデルの向上に向けた研究をスタートした。
1 年目は最も豪雨予測につながる気象要素ということで風を対象にすることなった。実用化に向けて装置は安価なほうがいいということで、装置が複雑になるドップラーライダーの開発は避け、エアロゾ
ルの動きから上空の風を推定する手法の開発を行った。レーザーは使いやすいファイバーレーザーを利用し、観測の望遠鏡に直接つけて、走査できる形を

図 2 阪大レーザー研屋上での気象観測の様子とった。
ゲリラ豪雨が発生しやすいのは水蒸気量が多い真４．海洋計測に向けて夏の日である。そうした日を狙って、9 時から 16 時

これまでは空を見上げるライダー観測を行ってい程度まで阪大レーザー研の屋上で観測をするわけでたが、新しい応用先を求めて下を見る海洋計測をスある（図 2）。観測当初は他機関との共同研究といタートしている。日本は四方を海に囲まれており、

うこともありむしろきれいめな普段着であったが、海底下にはメタンハイドレートやレアアース・レア

途中から耐えられずに T シャツに短パンである。キメタル等の海底鉱物資源や、温室効果ガスを海底下ャンプ用のテントで日差しを避け、スポットクーラに 貯 留 す る CCS （ Carbon dioxide Capture andーで冷をとった。お盆まで繰り出して観測をおこな

Storage）の環境利用など、開発可能領域は広大であったが、阪大吹田キャンパス周辺では局所流を観測る。まずは、海底鉱物資源の探査を目指して、阪大するには至らなかった。観測システムの比較には三院理の山中准教授と学生の竹内君と共同で、水中で菱電機社製のドップラーライダーを使用させていたのレーザー誘起ブレークダウン分光（LIBS）法によだいた。快くお貸しいただいた三菱電機のライダー

る元素同定手法の開発から始めた。海底鉱物資源はグループの方々に感謝を申し上げたい。

水深 3000 m 程度の海底下に多く眠っており、3000 m

2 年目は水蒸気の高度分布情報を測ろうというこの水圧下での元素同定手法が必要である。フェムトとで、水蒸気・窒素のラマンライダーを開発した。

秒レーザーを用いると水中で生成する気泡の圧力が、可視域を利用するラマンライダーでは昼間は太陽光

水圧を上回るために感度よく LIBS 法が行えるのでが背景光となるため、日が落ち始める 17 時くらいかはというアイデアだったが、水中でのフェムト秒レ

ら 21 時程度までを基本観測としてシステムを最適

ーザーではプラズマ発光が観測できず、現在は水の化し、日が昇る 5 時くらいまでの日変化観測も実施

表面での LIBS 信号の取得に移行し、フェムト秒、した。暑さからは解放されたが、眠気と蚊との戦い

ナノ秒パルスでの比較等を行っている。

であった。355nm のナノ秒パルスレーザーを用いた

LIBS 法は高強度を必要とするためレーザーをレ

水蒸気のラマンライダーデータは、潮岬のラジオゾンズで集光した箇所の定点観測になる。また、分子ンデ観測等の水蒸気分布ともよく一致した。得られ等も元素にばらばらにして観測するため、分子等のたデータは気象工学研究所において予測モデルに取同定も行いにくい。広大な海洋観測には、位置情報

り込まれ、予測の精度が向上したとのことである。

も取得できるライダー手法が最適ではないかと考え、

今後は、日中の水蒸気分布の観測を行う予定である。

水中ラマンライダーの開発を関西電力の支援のもとに行っている。まずはこれまでの二酸化炭素観測の経験を活かして、CCS 実施時の海洋モニタリング手-377

●研究成果●レーザー計測Phys, 45, L165-L168 (2006).

法の開発として、水に溶けた二酸化炭素の検出から

3) T. Somekawa, C. Yamanaka, M. Fujita and M. C.

始めた。
水は紫外から緑色の波長領域のレーザーしか透過

Galvez, “Simultaneous three-wavelength depolari-

せず、赤外域では良い吸収帯として働くため、これzation measurement of clouds and aerosols using aまでのような赤外吸収計測は利用できない。二酸化

coherent white light continuum”, J. Appl. Phys., 103,

炭素はラマン活性であるため、水を透過しやすい波

043101 (2008).

長 532 nm のレーザーでのラマン散乱を利用するこ

4) T. Somekawa, C. Yamanaka, M. Fujita and M. C.

とにした。開発当初は適切に二酸化炭素を水に溶存

Galvez,“A

New

ConcepttoCharacterize

させるシステムを保有していなかったために、市販

Nonspherical

Particles

fromの炭酸水を用いた。ガラス瓶に入った炭酸水を数本Depolarization

RatiosBased

購入し、栓を開けてない状態でレーザーを通すと、Computation”, Part. Part. Syst. Charact., 25, 49

水に溶けた二酸化炭素からのラマン信号の検出に成(2008).

Multi-wavelengthon

T-matrix

功した。現在は 100 気圧まで二酸化炭素を水に溶存

5) T. Somekawa, C. Yamanaka, M. Fujita and M. C.

させるチャンバーを用いて、定量的に濃度をコント

Galvez, “Observation of Asian Dust Aerosols with

ロールした計測が可能になっている。

Depolarization Lidar Using a Coherent White Light

水に溶存した二酸化炭素からのラマン信号を検出

Continuum”, Jpn. J. Appl. Phys., 47, 2155 (2008).

できたので、次はライダー型式で信号を取得できる

6) 染川智弘、山中千博、藤田雅之、Malia Cecilia

かである。口径 20 cm の望遠鏡を横向きに設置し、Galvez、”白色光偏光解消ライダーシステムの開20 m 離れた位置に先ほどの炭酸水・水を設置した。

発”、 レーザー研究、37, 760 (2009).

レーザーを望遠鏡の前から炭酸水に向かって照射し

7) T. Somekawa, K. Oka and M. Fujita, “Channeled

ラマン散乱信号を観測した。ちょうど 20 m の位置にSpectropolarimetry using a Coherent White-Light

炭酸水では二酸化炭素のラマン信号が検出され、こContinuum”, Opt. Lett., 35, 3811 (2010).

の手法で水に溶存している二酸化炭素の識別が可能

8) T. Somekawa, M. Fujita and Y. Izawa, “Directであることが示せた。現在は海水に溶存した際のラAbsorption Spectroscopy of CO2 Using a Coherent

マン信号の検出に向けて実験を進めている。

White Light Continuum”, Appl. Phys. Express, 3,082401 (2010).
9) T. Somekawa, N. Manago, H. Kuze and M. Fujita,

発表論文
1) M. C. Galvez, M. Fujita, N. Inoue, R. Moriki, Y.
Izawa

and

C.

Yamanaka,“Differential“Three-Wavelength

Absorption

Spectroscopy

Measurement of CO2 Using a Nanosecond White

Backscatter Measurement of Clouds and Aerosols

Light Continuum”, Opt. Lett., 36, 4782 (2011).

Using a White Light Lidar System”, Jpn. J. Appl.

10) T. Somekawa, A. Tani and M. Fujita, “Remote

Phys, 41, L284-L286 (2002).

Detection and Identification of CO2 dissolved in2) T. Somekawa, C. Yamanaka, M. Fujita and M. C.

Water Using a Raman Lidar System”, Appl. Phys.
Express, 4, 112401 (2011).

Galvez, “Depolarization Light Detection and Ranging
Using a White Light LIDAR System”, Jpn. J. Appl.

-478

Opticalレーザー計測

レーザー計測超高速光誘起電子移動反応のメカニズム― 分子反応から生体内反応へ ―レーザーバイオ化学研究チーム
谷口誠治
この秋レーザー技術総合研究所は創立 25 周年を態から電子移動反応と競争して生成する第一電子

迎える。我々の研究チームでは、様々な分子や蛋白（S1）励起状態の生成過程を観測し、S2 励起状態か質の光誘起電子移動反応過程を、パルスレーザーをらの電子移動過程をより定量的に明らかとした。

用いた時間分解蛍光計測法（蛍光アップコンバージ

この成果は、ポルフィリンの第二電子励起状態をョン計測法）により観測し、そのダイナミクス、メ

利用するというアイデアと、モデル分子の綿密な分カニズムを明らかとするための研究を長年に渡り行子設計、および超高速電子移動（〜10-13s-1）の観測ってきた。光誘起電子移動反応は化学反応の中で最が可能なレーザー計測技術の組み合わせにより初めも基本的な過程の一つであるばかりではなく、光合て得られたものである。実際にこの実験を行う際に成反応の初期反応過程で見られるように、生体内反応においても特に重要な反応過程の一つでもある。
この区切りの年に際し、レーザー総研におけるこれまでの研究についてまとめたいと思う。

１．光合成モデル分子を用いた電子移動理論の証明
光誘起電子移動過程のメカニズムを解明しようとする際に基本的な理論として R.A.Marcus らによる
電子移動速度のエネルギーギャップ則がある。この理論を実験的に証明しようとする研究は以前にも数

図 1 光合成モデル分子系

多く見られたものの、電荷分離反応においてその予（ポルフィリン−イミド直結系）

測を実験的に明確にした例はなかった。この点を明らかとするため、我々は、ポルフィリン分子に電子を受容する能力を持つイミド分子を結合させた一連の分子群（光合成モデル系分子）を用い（図１）、ポルフィリンの第二電子(S2)励起状態という高い光励起状態からの、ポルフィリンからイミドへの電子移動反応速度を観測することで、S2 励起状態と電荷分離状態間のエネルギー差（エネルギーギャップ）に対する電子移動速度依存性を広範囲に渡り明らかにした。その結果、電子移動速度はエネルギーギャ

図 2 (□)メチルシクロヘキサン、(△)トルエン、(●)

ップの増加に対して一旦は増加するものの、ある値テトラヒドロフラン、(○)アセトニトリル中にを過ぎると減速に転じ、依存性がいわゆるベル型とおける S2 励起状態からの電子移動速度のエネなるという Marcus の理論的予測を明確に示すこと

ルギーギャップ依存性。図中実線はエネルギーができた（図 2）。さらに、同様の手法で S2 励起状

ギャップ則による fitting 曲線を示す。
-179

●研究成果●レーザー計測は、図 1 に示すような 10 数種類の分子全てを正確に観測する必要があり、また溶媒も図 2 で示すように多くの種類を用いて計測する必要があったため、数

H3C

N

H3C

N

多くの測定を根気よく行って行かなければならなか

N

O
NH
N
H

O

Isoalloxazine (Iso)った。分子によっては測定に数時間以上かかり、徹OH

Tryptophan (Trp)

Tyrosine (Tyr)

図 3 イソアロキサジン(ISO)および電子移動に関与

夜で実験を行ったこともあったが、最終的に報われするアミノ酸(Trp、Tyr)の分子構造

る結果を得ることができた。

研究を開始した順に列挙すると以下のようになる。
・ FMN 結合蛋白質

２．フラビン蛋白質の光誘起電子移動（硫酸還元菌(Desulfovrio vulgaris Miyagaki F)）

上記の研究は、光合成を模して合成された分子群

・ p-ヒドロキシフェニルアセテート（HPA）水酸化を用いて行われたものであり、反応自体は溶液中で酵素起こる。しかし実際には、光誘起電子移動は多数のアミノ酸が結合してできる蛋白質中で起こるため、（アシネトバクター菌(Acinetobactor Baumannii)）

環境の変化によりそのメカニズムはより複雑なもの

・炭水化物（ピラノース）酸化酵素となる。生体内における電子移動過程がどのような（腐朽菌(Trametes multicolor)）メカニズムを示すかを明らかとしようとする研究は、・アミノ酸（セリン）ヒドロキシメチル転移酵素

それまで光合成反応の初期で光誘起電子移動を引き（マラリア原虫(Plasmodium vivax)、ヒト）

起こす蛋白質（光合成反応中心複合体）を用いたも・フラボドキシン（ピロリ菌(Helicobacter pylori)）のが主であったが、光に対して電子移動反応を示す
蛋白質は他にも存在する。その一つとしてよく知ら難解な名称や生体名が並ぶが、これはフラビン蛋れるのがフラビン蛋白質である。フラビン蛋白質と白質が様々な生体内で様々な機能を果たしているこは、電子授受能力が高いフラビンモノヌクレオチドとの表れである。これらの蛋白質試料は、大阪市立(FMN) ま た は フ ラ ビ ン ア デ ニ ン ジ ヌ ク レ オ チ ド

大学バイオ工学研究科の北村研究室、Mahidol 大学(FAD)と呼ばれる分子を内包する蛋白質の総称であ（タイ）の Chaiyen 研究室から、共同研究として提る。フラビン蛋白質は多くの動植物や微生物中に含供を受けたものである。またこの中には人体への危まれ、生体内での酸化還元反応や電子輸送等の重要険性があるのではと思われる単語も見られるが、こな役割を担っている。その多くは暗条件で起こるが、れらは遺伝操作により別の菌内で発現させたもので青色光で励起すると FMN、FAD の構成分子であるあるので、蛋白質試料自体には危険性は全くないの

イソアロキサジン（ISO）が励起され、ISO 近傍のチである。この中から特徴的な光反応を示した FMN

ロシン(Tyr)、トリプトファン(Trp)といった電子供与

結合蛋白質、HPA 水酸化酵素の研究結果について以性を持つアミノ酸（図 3）から電子を受け取る、つ下に述べる。

まり電子移動反応を引き起こす。この事実は、フラ３．FNM 結合蛋白質の電子移動ダイナミクス

ビン蛋白質が生体内での電子移動メカニズムの解明のためのモデル蛋白質となる事を示している。このFMN 結合蛋白質の ISO 近辺の構造を図 4 に示す。

観点から我々の研究チームでは、種々のフラビン蛋

ISO 周辺には蛋白質を構成するアミノ酸の一部であ白質を用いてフェムト秒レーザー計測法による光励るチロシンとトリプトファンが配置しており、ISO起ダイナミクスを観測し、生体内での電子移動メカの光励起により ISO がそのどちらか（あるいはそれ

ニズムを明確なものとするための研究を行ってきた。

ら全て）との間で電子移動反応を引き起こすと考え本研究では数多くのフラビン蛋白質を取り扱ってられる。この蛋白質の水溶液中での蛍光ダイナミク

きた。その名称（および蛋白質を含む生体名）を、スを蛍光アップコンバージョン法により観測した。
-2-80

レーザー計測

Residuals

レーザー計測ISO

Fluorescence (a.u.)

Trp-32Tyr-35

0.1
0.0
-0.1

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0

1.0

2.0

3.0

Time / ps

Trp-106

図 6 FBP 結晶の蛍光ダイナミクスと 2 成分指数関数による fitting 曲線

図 4 FMN 結合蛋白質における ISO 近傍の構造入れ替えたミュータント試料（W32Y、W32A）につ
図 5(a)に蛍光減衰曲線を示す。蛍光強度の急速な減

いても同様に観測を行った。結果を図 5(b)(c)に示す。

衰がみられ、これは ISO の光励起状態からの電子移

蛍光減衰は W32Y、W32A の順で緩やかとなり、電動反応に起因するものである。寿命解析の結果蛍光子移動速度の大幅な低下がみられることがわかる。

寿命は 170fs で、ほぼ指数関数で減衰することが分

これらの結果から、FBP における電子移動は主としかった。しかしこの場合、電子移動が可能であるアて Trp-32 との間で起こることが明らかとなった。

ミノ酸は ISO 近傍に 3 種存在することから、電子移FMN 結合蛋白質については、我々が独自に開発

動の経路等のメカニズムについては明確にはならな

した顕微蛍光アップコンバージョン測定法を用いたい。そこで、最も可能性の高い Trp-32 を電子ドナー

計測により、結晶状態での観測も行った。結果を図としての能力が低いと考えられるチロシンまたは電6 に示す。溶液中での測定と比較して蛍光寿命は約子ドナーとしては働かないと考えられるアラニンと

700fs にまで長寿命化し、更に長い寿命成分（〜10ps）も観測された。これは電子移動速度が低下したため(a)

であり、水溶液中との反応性の大きな違いが見られた。結晶状態では ISO が水分子との水素結合相互作

Fluorescence (a.u.)

用等の溶媒効果を受けないため電子移動速度が低下するものと考えられる。

(b)

蛋白質試料の作成には非常に時間がかかり、またその作成量も少ない。また、試料は作成後冷凍保存を行わない限り冷蔵温度においても徐々に劣化してしまう。さらには、フラビン蛋白質は光照射に対する劣化度が大きいためレーザー計測実験を行う際に(c)は、通常の測定とは異なり試料作成から実験までのスケジュール作成、測定時間やレーザー光強度、試

0

1

2

3

Time / ps

4

5

料への光照射の方式等、様々な条件に常に細心の注

6

意を払いながら行う必要があった。特に結晶の計測

図 5 (a)FMN 結合蛋白質、(b)W32Y,(c) W32A のではレーザー光強度を限界まで落として測定を行う

溶液中におけるフェムト秒蛍光ダイナミクス

必要があり、非常にデリケートな実験であったが、-381

●研究成果●レーザー計測Time

そのかいあって溶液中との光反応過程との変化を実

1.0

Time-resolved fluorescence spectra

測でき、蛋白質結晶のフェムト秒蛍光ダイナミクスを初めて観測した研究として発表することができたのである。

４． p-hydroxyphenylacetate (HPA) 水酸化酵素中の還元蛋白質（C1 蛋白質）の溶媒和ダイナミクス
HPA 水酸化酵素は材木中の木質素（リグニン）分
解の職段階を担う酵素で、バイオマス分解などの利

0.8∞



0.6

0.4

0.2

0.0

用等の応用も検討されている酵素である。この酵素

163は、2 つの蛋白質ユニットからなり、還元反応を担

18
20
-1
Wavenumber (cm )22x10うユニットを C1 蛋白質、酸化反応を担うユニット

図 7 時間分解蛍光データの解析から見積もら

を C2 蛋白質と呼ぶ。C1 蛋白質は電子供給源としてれた C1 蛋白質の蛍光スペクトルシフト。

FMN（フラビンモノヌクレオチド）を含んでおり、

ν(0)、ν(∞)はそれぞれ t=0、∞(平衡時)でのフラビン蛋白質の一種である。この蛋白質について、蛍光ピーク波数を示す。

蛍光アップコンバージョン法によるフェムト秒蛍光
ダイナミクスの測定を行ったところ、他のフラビン

このような dynamic Stokes shift が観測された例はな

蛋白質に見られるような超高速電子移動は見られなかった。これは、蛋白質中の発色団周囲のアミノ酸かったものの、蛍光スペクトル全体が励起後数 100

は巧みに固定されており、光反応途中で溶媒和と同フェムト〜数 100ps で低波長側にシフトする様子が程度の大きな配向変化は起こさないためであると考観測された。この現象は、溶質分子が光励起によりえられたためである。その意味で C1 蛋白質は非常

その電子分布を変化させ、それに伴い周囲の溶媒分に興味深い挙動を示す蛋白質であった。その一方で、子の相対的な配向が溶質分子の光励起状態がエネル

その後他のフラビン蛋白質の研究では、ISO が蛋白

ギー的に最も安定になるように変化する、溶媒和と質内に完全に内包されているのかあるいは幾分か水呼ばれる効果に起因するもので、凝集系の分子（溶中に露出しているのかといったことをその都度確認

質）の観測では通常見られる挙動である。このようすることが必要となり、解析時の考慮すべき事項がな現象を dynamic Stokes shift と呼ぶ。観測波長効果

増えてしまうことにもなったのであった。

の観測データから光励起後の蛍光スペクトルの時間変化を再構築すると（図 7）、dynamic Stokes shift

５．まとめの時間は、溶媒である水分子にはない寿命約 250ps

本研究では分子モデルや種々のフラビン蛋白質をの遅い成分を含むことが分かった。この要因として、用いて生体内における複雑な反応過程についての溶媒和に関わる水分子が蛋白質の動き（ダイナミク

様々な新しい知見を得、本稿ではその成果の一部をス）と相互作用し、通常よりも遅い配向変化を示す

述べた。現在、分子動力学計算や電子移動理論を発ことが挙げられる。つまり ISO は蛋白質表面に一部展させたものを取り入れ、これまでに得てきた実験

露出しているか表面付近に存在する、あるいは蛋白結果を包括するような蛋白質内電子移動モデルの構質内部に水分子が侵入しやすい立体構造を持つ等の築に向けた取り組みを行っている。研究を遂行する理由から、自由に運動する水分子や蛋白質表面で蛋にあたり、大阪市立大北村研究室、Mahidol 大（タ白質と相互作用している水分子の影響を受けやすいイ）P. Chaiyen 研究室、Chulalongkorn 大 （タイ）S.

環境にあるものと考えられる。

Kokpol 研究室、関西学院大学玉井研究室、田中文夫
特別研究員等の協力を得てきた。協力に心より感謝

この結果が示されるまで、蛋白質試料の測定では-482

レーザー計測

レーザー計測致します。最後になったが、我々の研究チームのリ

and A. J. W. G. Visser, “The Stacked Flavin Adenineーダーであった又賀曻大阪大学名誉教授が 2011 年

Dinucleotide Conformation in Water is Fluorescent

初頭に御逝去された。多くの御指導を頂いたことに

on Picosecond Time Scale”, Chem. Phys. Lett., 378,

心より感謝し、御冥福をお祈り致します。

354（2003）.
7) H. Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga, F. Tanaka,

発表論文

D. Todoroki and M. Kitamura, “Comparison

1) N. Mataga, H. Chosrowjan, S. Taniguchi, Y. Shibata,

Between Ultrafast Fluorescence Dynamics of FMN

N. Yoshida, A. Osuka, T. Kikuzawa, and T. Okada,

Binding Protein from Desulfovibrio vulgaris, strain“Ultrafast Charge Separation from S2 Excited State ofMiyazaki, in Solution vs. Crystal Phases”, J. Phys.

Directly

Chem. B/Letters, 111, 8695 ( 2007)

LinkedPorphyrin-Imide

Dyads:

First

Unequivocal Observation of the Whole Bell-Shaped8) F. Tanaka, H. Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga,

Energy Gap Law and Its Solvent Dependencies”, J.

K. Sato, Y. Nishina and K. Shiga, “Donor-Acceptor

Phys. Chem. A, 106, 12191 (2002).

Distance-Dependence of Photoinduced Electron-

2) N. Mataga, S. Taniguchi, H. Chosrowjan, A. Osuka

Transfer Rate in Flavoproteins”, J. Phys. Chem. B,
111, 5694 (2007).

and N. Yoshida, “Ultrafast Charge Separation andRadiationless Relaxation Processes from Higher
ExcitedElectronic

StatesofDirectly9) H. Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga, F. Tanaka,

LinkedD. Todoroki and M. Kitamura, “Ultrafast

Porphyrin-Acceptor Dyads ”, Photochem. Photobiol.

fluorescence dynamics of FMN-binding protein from

Sci. (PPS), 2, 493 (2003)

Desulfovibrio vulgaris (Miyazaki F) and its3) N. Mataga, S. Taniguchi, H. Chosrowjan, A. Osuka

site-directed mutated proteins”, Chem. Phys. Lett.,
462, 121, (2008).

and N. Yoshida, “Ultrafast Charge Transfer andRadiationless Relaxations from Higher Excited State

10) N. Nunthboot, F. Tanaka, S. Kokpol, H. Chosro wjan,(S2) of Directly Linked Zn-Porphyrin (ZP)-Acceptor

S. Taniguchi and N. Mataga, “Quantum mechanical

Dyads: Investigations into Fundamental Problems ofstudy of photoinduced charge transfer in FMN

Exciplex Chemistry”, Chem. Phys., 295, 215 (2003).

binding protein”, J. Phys. Chem. B, 112, 15837

4) N. Mataga, H. Chosrowjan and S. Taniguchi,(2008).

“Investigations into the Dynamics and Mechanisms11) N. Nunthboot, F. Tanaka, S. Kokpol, H. Chosrowjan,

of Ultrafast Photoinduced Reactions Taking Place in

S. Taniguchi and N. Mataga, “Simulation of Ultrafast

Photoresponsive Protein Nanospaces (PNS)”, J.

Non-Exponential Fluorescence Decay Induced by

Photochem. Photobiol. C, Photochemistry Reviews, 6,Electron Transfer in FMN Binding Protein”, J.

37 (2004).

Photochem. Photobiol. A: Chemistry, 201, 191

5) N. Mataga, S. Taniguchi and H. Chosrowjan,(2009).

“Observations of the Whole Bell-Shaped Energy Gap

12) H. Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga, T.

Law (EGL) in the Intra-molecular Charge Separation

Phongsak. J. Sucharitakul, P. Chaiyen and F. Tanaka,(CS)“Ultrafast

from

S2

State

of

Directly

Linkedsolvation

dynamics

offlavinZn-Porphyrin-Imide Dyads (ZP-I): Examinations ofmononucleotide in the reductase component ofWider Range of Energy Gap for the CS Rates in

p-Hydroxyphenylacetate Hydroxylase"

Normal Regions”, Chem. Phys. Lett., 403, 163

Chem. B, 113, 8439 (2009).

(2005).

J. Phys.

13) H. Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga, T.

6) H. Chosrowjan, N. Mataga, S. Taniguchi, F. Tanaka

Nakanishi, Y. Haruyama, S. Sato, M. Kitamura and F.
-583

●研究成果●レーザー計測Tanaka, “Effects of the Disappearance of One Charge

Chosrowjan, S. Taniguchi and N. Mataga, “Photoinducedon Ultrafast Fluorescence Dynamics of the FMN

ET in WT/Mutated FD from D. Vulgaris Strain

J. Phys. Chem. B, 114, 6175

Miyazaki: Energy Gap Law”, J. of Photochem.

Binding Protein”,

Photobiol. A: Chemistry, 208, 32 (2011).

(2010).
14）R. Rujkorakarn, N. Nunthaboot, F.Tanaka, P.Chaiyen,17) 谷口誠治、コスロービアン ハイク、“フェムトH. Chosrowjan, S. Taniguchi and N. Mataga,

秒時間分解蛍光顕微鏡による光活性蛋白質微結“Time-resolved

晶の蛍光ダイナミクス”、レーザー研究、39 , 931

Stokesshift

inproteins

with

continuum model : Slow dynamics in proteins”, J. of(2011).

Photochem. Photobiol. A: Chemistry, 215, 38 (2010).

18) H. Chosrowjan, S. Taniguchi, T. Wongnate, J.

15) K. Lugsanangarma, S. Pianwanita, S. Kokpola,b,Sucharitakul,

ChaiyenandF.

Tanaka,F.Tanaka, H. Chosrowjan, S.Taniguchi and N.

“Conformational heterogeneity in pyranose 2-oxidase

Mataga,, “Analysis of photoinduced electrontransferfrom Trametes multicolor revealed by ultrafast

in flavodoxin”,

fluorescence dynamics”, Journal of PhotochemistryJ. of

Photochem. Photobiol. A:

Chemistry, 207, 333 (2011).

and Photobiology A: Chemistry, 234, 44 (2012).

16) K. Lugsanangarm, S. Pianwanit, F. Tanaka, H.

-684

P.

レーザー計測

レーザー計測Fluorescence Dynamics and Electron Transfer Phenomena in Photoreceptor
Proteins: Early Studies and Recent Developments
Laser Biochemistry Research TeamHaik Chosrowjan
therein.

When I joined the Institute for Laser Technology

Around 2003, however, we slowly understood that

(ILT), Prof. Noboru Mataga was just establishing aandinvestigations only in liquid phase are not enough,phenomena in various native and mutant proteins andbecause quite valuable and complementary information

fundamental problems connected with charge transfer

could be obtained from solid-state proteins – protein

reactions in condensed media. Our initial goals were to

single crystals! At that time Dr. Y. Imamoto (Kyoto

answer questions like – What is the primary mechanism

University) has established a new method for growingof light triggering in photoreceptor proteins responsible

large protein single crystals. By direct measurements wefor mammalian vision (rhodopsin) or bacterial sensing

wanted to compare photo-isomerization rate of PYP’s(PYP - photoactive yellow protein)? How fast the protein

chromophore (trans p-coumaric acid) in liquid vs. single

laboratory

to

study

light

drivenprocesses

reacts to absorbed light? What cascaded processes are
triggered by light and how are they interconnected? Can
these processes be controlled and manipulated? At thattime, main techniques used in our studies wereconventional fluorescence up-conversion, single photon
counting

andsteadystate

absorption/emission

spectroscopy applied exclusively on liquid phase protein
samples. First several years were quite productive. By
investigating wavelength, temperature, environment
dependences of ultrafast fluorescence in various native,
denatured and mutant proteins, we have observed andexplained many fundamental transient phenomena inphotoreceptors (Fig. 1). For example, first-time direct
measurement of rhodopsin chromophore’s (protonated
Shiff base 11-cis retinal) isomerization time ~150 fs,
explaining the effect of H-bonding network on thereaction rate, coherent origin of reactions in native
proteins, absence of dynamic Stokes shift, narrowing offluorescence spectra within first few picoseconds of theFig. 1 Crystal structure of Photoactive Yellow

reaction, coupling of intra-chromophore vibrations to theProtein (PYP) obtained by X-ray

reaction, etc.

crystallography (top) and the reaction

These results have been summarized in J. Phys.

scheme of initial photo-isomerization of PYP

Chem. B, 108/8, 2686 (2004) paper and references-1-chromophore (p-coumaric acid) (bottom)
85

●研究成果●レーザー計測Fig. 2 Time- and space resolved fluorescence up-conversion apparatus and malachitegreen (top left) and PYP (bottom left) crystals under laser irradiation

Fig. 3 PYP single crystals (right) and the photocurrent measurement system under the microscope (left)
crystal states. Are the dynamics of proteins in solution

At present the system utilizes ultra-low excitationand single crystals similar or not? Such comparison wasconditions (~ 60 femtoJoule per pulse) for applications

important because most experimental observations on

on solid protein materials. The time and spaceproteins were made in solution, but explained using

resolutions of the system have been estimated to be ~structures determined by X-ray crystallography on

200 fs and ~ 2 m, respectively. Recent successfulprotein single crystals. We questioned that approach inmeasurements of ultrafast fluorescence dynamics of PYP

general. However, there was one problem, namely no

and its R52Q mutant single crystals (P65 symmetry) andexperimental device could measure photo-dynamics of

FMN BP crystal have been performed and summarized

protein crystals in femtosecond time precision. Afterin The Rev. of Laser Eng. 39/12, 931 (2011).

several tries and failures, in around 2005 I have finally
built

a

femtosecond

fluorescencechallenging measurement system based on optical Kerr

microscope system and successfully performed first

effect. The results are not yet satisfying and much work

experiments on malachite green dye micro-crystallines.

has to be done. However, I will continue perfecting the

The system consisted of an inverted microscope

method, because if successful, it will allow ultrafast andintegrated

space resolved broadband spectral measurements on light

into

the

time

resolved

Since 2007 we have worked also on an evenconventional

fluorescence

up-conversion system with refractive geometry (Fig. 2).

sensitive solid materials.
-2-86

レーザー計測

レーザー計測Another challenging problem we have addressed

passionately he explained me complicated reaction

since 2009 was the signal transducing mechanism of PYP.

dynamics schemes and how patiently listened to my

Unlike in the case of bacteriorhodopsin (bR) which

opinions and reservations. He was an excellent scientist,functions as a light driven proton pump in purple

excellent teacher, but most of all a nice person. I will

membrane of Halobacterium salinarium, PYP’s exact

always remember Prof. Noboru Mataga.

role in signal transduction cascade, the receptor body andsignaling mechanism are not established yet. Our

Published papers

primary aim was to check a hypothesis that the signaling

1) H. Chosrowjan, N. Mataga, N. Nakashima, Y.

process from PYP to the next signal transducer occurs

Imamoto and F. Tokunaga, “Femtosecond-Picosecond

via a charge transfer mechanism. To check thisFluorescence Studies on Excited State Dynamics ofexperimentally,

Photoactive Yellow Protein from Ectothiorhodopsira

we

have

attempted

measuring

halophila”, Chem. Phys. Lett., 270, 267 (1997).

photoconductivity effect in well oriented PYP single

2) H.

crystals, like it was done in case of bR membranes. If

Chosrowjan,

N.

Mataga,Y.

Shibata,S.

such an effect exists, then there is a quite high possibility

Tachibanaki, H. Kandori, Y. Shichida, T. Okada andthat the phototactic signal transduction from PYP starts

T. Kouyama, “Rhodopsin Emission in Real Time: A

via charge transfer or charge shift mechanisms. This

New Aspect of the Primary Event in Vision”, J. Am.

project was generously supported by the Kurata

Chem. Soc., 120, 9706 (1998).
3) H. Chosrowjan, N. Mataga, Y. Shibata, Y. Imamoto

Foundation for the basic research.

and F. Tokunaga, “Environment Effects on the

To reach above stated objective, we have constructed a

Femtosecond - Picosecond Fluorescence Dynamics

simple but highly sensitive measurement apparatus.

of Photoactive Yellow Protein: Chromophore in

Briefly, a tiny electrode was positioned under the

Aqueous Solutions and in Protein Nanospaces

inverted microscope and PYP single crystals were

Modified by Site - Directed Mutagenesis”, J. Phys.

positioned on it (Fig. 3), gently covered by a thin glass

Chem. B, 102, 7695 (1998).

plate and a bias voltage (0–10V range) was applied. A4) H.

weak current difference (several tenths of picoA) could

Chosrowjan,

Relationbe measured when an incident laser light (15 mW at 415

toEnvironmentalnm) was turned on and off. The measurements were

“Photomolecular

Biological
Effects

Reactiononthe

ScienceinDynamics:
Femtosecond

Fluorescence Dynamics of Photoactive Yellow

successful! We believe that these initial experiments will

Protein (PYP) ”, Reports on Topical Meetings ofbe the starting point for disclosing signal transduction

Laser Society of Japan, Laser Biology, RTM98-39,

cascade in PYP’s host organism. Moreover, just a year

15 (1998).

ago we have started also a cooperation project with

5) N. Mataga, H. Chosrowjan, Y. Shibata, Y. Imamoto

French scientists from ENS and Ecole Polytechnique,and F. Tokunaga, “Effects of Modification of Protein

Paris, related to ultrafast time resolved circular dicroism

Nanospace Structure and Change of Temperature on(CD) of biomolecules. By implementing CD inthepump-probe experiment, we will be able to measure

Femtosecond-

Picosecond

Fluorescence

Dynamics of Photoactive Yellow Protein”, J. Phys.

conformational changes (folding) of proteins

Chem. B, 104, 519 (2000).

At the end of this essay I want to mention Prof.

6) H. Kandori, Y. Furutani, S. Nishimura, Y. Shichida,

Mataga’s (1927 ~ 2011) contribution to ILT and theH. Chosrowjan, Y. Shibata and N. Mataga,

investigations described above. I will never forget how“Excited-State Dynamics of Rhodopsin Probed by-387

●研究成果●レーザー計測Femtosecond Fluorescence Spectroscopy”, Chem.

Dynamics of Photoactive Yellow Protein”, J. Phys.

Phys. Lett., 334, 271 (2001).

Chem. B, 108, 2686 (2004).

7) N. Mataga and H. Chosrowjan, Y. Shibata, Y.

11) P. Changenet-Barret, P. Plaza, M. M. Martin, H.

Imamoto, M. Kataoka, F. Tokunaga, “Ultrafast

Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga, Y. Imamoto

Photoinduced Reaction Dynamics of Photo- activeand M. Kataoka, “Role of Arginine 52 on the

Yellow Protein (PYP): Observation of Coherent

Primary

Oscillations in the Femtosecond Fluorescence Decay

Photocycle”, Chem. Phys. Lett., 434, 320 (2007).

Dynamics”, Chem. Phys. Lett., 352, 220 (2002).

Photoinduced12) Changenet-Barret,P.

EventsPlaza,

inM.

theMartin,PYP
H.

8) N. Mataga, H. Chosrowjan, S. Taniguchi, N.

Chosrowjan, S. Taniguchi, N. Mataga, Y. Imamoto

Hamada, F. Tokunaga, Y. Imamoto and M. Kataoka,

and M. Kataoka, “Structural effects on the ultrafast“Ultrafast Photoreactions in Protein Nanospaces as

photoisomerization of Photoactive Yellow Protein.

Revealed

Transient absorption spectroscopy of two pointbyFs

Fluorescence

Dynamics

Measurements on Photoactive Yellow Protein andmutants”, J. Phys. Chem. C, 113/27, 11605 (2009).

Related Systems”, Phys. Chem. Chem. Phys.

13) H. Miyasaka, Y. Satoh, Y. Ishibashi, S. Ito, Y.

(PCCP), 5, 2454 (2003).

Nagasawa, S. Taniguchi, H. Chosrowjan, N. Mataga,

9) N. Mataga, S. Taniguchi, H. Chosrowjan, A. Osuka

D. Kato, A. Kikuchi and J. Abe, “Ultrafast

and N. Yoshida, “Ultrafast Charge Separation andPhotodissociation

Dynamics

Radiationless Relaxation Processes from Higher

Hexaarylbiimidazole

Derivative

Excited Electronic States of Directly Linked

Groups: Dispersive Reaction from Femtosecond to

Porphyrin-Acceptor Dyads”, Photochem. Photobiol.

Ten Nanosecond Time Regions”, J. Am. Chem. Soc.,

Sci. (PPS), (Dedicated to Nobel Laureate Lord

131/21, 7256 (2009).

George Porter), 2, 493 (2003).

of
with

a
Pyrenyl14) 谷口 誠治、コスロービアン ハイク、 “フェム10) H. Chosrowjan, N. Mataga, S. Taniguchi, M. Unno,

ト秒時間分解蛍光顕微鏡による光活性蛋白質微S. Yamauchi, N. Hamada, M. Kumauchi and F.

結晶の蛍光ダイナミクス”、The Review of Laser

Tokunaga, “Low Frequency Vibrations and Their

Engineering, 39, 931 (2011).

Role in Ultrafast Photoisomerization Reaction-488

レーザー計測

レーザー計測レーザープラズマ応用研究―― レーザーを用いた碍子表面の塩分密度計測 ―レーザープラズマから放射されるマイクロ波を用いた土壌埋設金属の探査―

レーザー計測研究チーム
島田義則
レーザーを用いたポータブル塩分計測器を開発して１．レーザープラズマの応用
レーザープラズマはプロセス技術や計測技術等にいる。レーザーによる塩分計測方法はレーザーで碍応用されている。ここでは、レーザーを用いた「碍

子表面の塩分をプラズマ化して、ナトリウム原子の子表面の塩分密度計測」と「レーザープラズマから発光線（ナトリウム D線）を捉える方式である。し放射されるマイクロ波を用いた土壌埋設金属の探かし、碍子表面には、ナトリウムの混入した釉薬（ゆ査」について述べる。

うやく）が塗布されており、高強度レーザーを碍子
表面に照射すると、釉薬中のナトリウムが発光して２．レーザーを用いた碍子表面の塩分密度計測

計測誤差の要因となる。このため、レーザー強度の2.1

弱いプレパルスレーザーを照射して表面の塩分成分

レーザーを用いた塩分計測を開始

電線を鉄塔や電柱などに保持するために古くかのみを飛散させ、それをメインレーザーで加熱してら碍子（ガイシ）が使われている。碍子は台風など

ナトリウム発光を得るダブルパルスレーザー方式をによって海水が表面に付着して絶縁劣化を起こす。

用いた。

このため、碍子表面の塩分密度を計測して絶縁劣化度を評価する作業が定期的に行われてきた。塩分密2.2

塩分密度と発光強度との関係

度は鉄塔や電線の脇に設置されたパイロット碍子の表面を筆洗法を用いて求める。筆洗法は蒸留水を含塩分密度とナトリウム発光強度との関係を求める

ませた筆を使って碍子表面を洗い流し、回収した水ため、スライドガラス表面に一定量の塩分を含む純の電気抵抗を測定することで碍子表面の塩分密度を水を塗布して乾燥させた試料を用いた。プレパルス評価する。しかし、所定量の蒸留水で塩分を完全にレーザーとメインパルスレーザーの遅延時間は 10

洗い流すのに手間がかかることや、熟練が必要とさ

μs が最適であった。塩分密度に対する発光強度（分れる欠点がある。これに代わる簡便な方式として、光器のカウント数）を図 1 に示す。

図 1 塩分密度に対する発光強度（分光器のカウント数）-1-

図 2 レーザー計測と筆洗法との比較
89

●研究成果●レーザー計測図 3 碍子塩分計測装置外観
2.3を利用して遠隔で金属探査を行う研究開発を行った。

暴露碍子の塩分計測

6 ヶ月間、屋外に暴露した碍子の塩分密度計測を

この方式は埋設地雷の探知やトンネル、高架の検査、行った。碍子の表面や裏面ひだ部分等をダブルパル

土石流で埋まった車両の探知など多くの場所で使用

スレーザー方式で計測した。碍子表面の 20～30 箇所可能と思われる（図4）。ここでは、レーザープラズを照射して得られた平均塩分密度値は筆洗法と比較

マからのマイクロ波放射とそれを用いた埋設金属探して 2 倍以下の範囲に収まった。

知法について述べる。

2.4

3.2

可搬型レーザー計測装置

サブナノ秒レーザープラズマからのマイクロ波放射

炭酸ガスレーザーをプレパルスレーザー、
Nd:YAG マイクロチップレーザーをメインパルスレ

マイクロ波を用いて地中探査を行う場合、使用すーザーとした可搬型レーザー装置の構築を行った

る周波数帯域は探知対象の埋設深さ、大きさ、およ（図 3）。先端部分は碍子裏面のひだ部分に挿入出来

びマイクロ波の土中減衰によって決定される。探知る大きさとするため、小型光学部品をアルミブロッ

対象の大きさが直径30 cm、地表から数10 cmの場合

ク内部に組み込んだ一体型とした。プレパルスは碍

は0.5 GHz～3 GHz程度（L,Sバンド）を用いる。マイ子表面に垂直入射して表面の塩分を飛散させて、メクロ波の放射には短パルスレーザーの急峻な立ち上

インレーザーを斜め 45 度から照射してプラズマ発

がり時間を利用して、L,Sバンドを発生させた。放射光を発生させた。プラズマ発光は光ファイバーに導スペクトルを図5に示す。レーザーエネルギーを140入され分光器で計測される。現在の装置は持ち運び

mJ、パルス幅を0.2 nsとした場合、マイクロ波のピ用としては大きいので今後、更にコンパクトな装置

ーク波長は1.5 GHzで帯域は3 GHz程度となり、探査を構築する予定である。

に使用できるマイクロ波放射であることを確認した。

３．レーザープラズマから放射されるマイクロ波を用いた土壌埋設金属の探査
3.1

マイクロ波を用いた遠隔探査のニーズ

コンクリート構造物内部の金属探査はマイクロ波や超音波、渦電流や電磁誘導を用いた方式が用いられる。しかし、これらの手法は被検査物の近くに装置を設置することが必要であり、人が近づけない
場所や危険な場所での探査には不向きである。当研究所はレーザープラズマから放射されるマイクロ波

図 4 レーザープラズマから放射されるマ-2-

90

イクロ波を用いた探査レーザー計測

レーザー計測図 5

サブナノ秒レーザープラズマからのマイクロ波放射スペクトル

図 7 マイクロ波を用いたアルミ円盤の探査実
験結果
置の小型化が可能で、図4に示すような埋設物探知車

図 6 埋設したアルミ円盤の探査実験配置

両構築の可能性を示した。しかし、水分を含んだ土
3.3

マイクロ波を用いた金属探傷実験や泥などを探査するためには、より大きなマイクロサブナノ秒レーザープラズマから放射されるマイ

波エネルギーが必要であり、今後の研究課題である。

クロ波を用いて砂中に埋設したアルミ円盤を探査す
る実験を行った。実験配置を図6に示す。アルミ円盤

発表論文

はマイクロ波受信アンテナから1.5 m離れたところ

1) H. Nakajima K. Hashimoto, M. Yamaura, Y.

に設置した。レーザーエネルギーは140 mJ、パルス

Shimada, M. Fujita and K. A. Tanaka,“Micro wave

幅は0.2 nsである。レーザーを走査してアルミ円盤か

propagation via laser plasma channels”, Plasma andら反射して戻ってくるマイクロ波を受信することでFusion Research, 2, 012 (2007).

アルミ円盤の有無を探査した。レーザー照射間隔は

2) H. Nakajima, Y. Shimada, T. Somekawa, M. Fujita,

2.5 mmとした。アルミ円盤は砂表面から1.5 cmの深and K. Tanaka, “Nondestructive sensor using

さに埋設した。円盤直径は7, 15, 26 cmを用いた。実microwaves from laser plasma”, Plasma and Fusion

験結果を図7に示す。図7a)は埋設物無し、図7b)はア

Research, 4, 003 (2009).

ルミ円盤直径が7 cm、図7c)は15 cm、図7d)は26 cm

3) H. Nakajima, M. Yamaura, Y. Shimada, M. Fujita,の結果である。いずれの場合もアルミ円盤を確認す

and K. A. Tanaka, “Ground penerating rader using a

ることが出来た。計測できる最小円盤直径は4 cm程microwave radiated from laser-induced plasma”,度であった。また、探査可能埋設深度は放射される

IFSA2007, 112, 42086 (2007).

マイクロ波の強度や砂の条件にもよるが、今回の実

4) H. Nakajima, Y. Shimada, T. Somekawa, M. Fujita,験条件なら約45 cm程度であることが分かった。

and K. A. Tanaka,“Nondestructive sensor using
microwaves from laser plasma by subnanosecond

3.4

実用化にはマイクロ波放射エネルギーの増加

laser pulses”, IEEE Geoscience and Remote Sensingが必要

Letters, 6, 718 (2009).

サブナノ秒レーザーを用いることでレーザー装-391

●研究成果●レーザー計測フェムト秒レーザーを用いたダイオキシン類検出研究
レーザー計測研究チーム
島田義則
が現状である。

１．身の回りのダイオキシン類
身の回りにあるダイオキシン類が人体に悪影響を当研究所は大阪市立大学と共に土壌等から抽出し及ぼす事実は 1980 年代から国内で少しずつ広まり、たサンプルを前処理（濃縮、抽出）工程を経ず、そ1997 年から 1999 年にかけてテレビ報道などで取りのまま計測することにより、リアルタイムで、かつ上げられ、一般人にも知るところとなった。現在でダイオキシン類そのものを測定することを目的としは、多くの研究機関で調査が行われ、日本の土壌にて研究を行った。

含まれるダイオキシン類の量は世界的に見ても１桁
３．フェムト秒レーザーを用いた試料分子の同定高い数値であることがわかっている。政府、自治体が動き出し、自治体が個々に所有していた小さな焼レーザーを用いて試料同定を行う方法は、レーザ却炉を多くの自治体が参加して大きな焼却施設に立ーで試料をイオン化させ、外部電磁界で加速させる。

て替える事業が行われ、今日では焼却炉から放出さその速度を、TOF 型質量分析器を用いて計測するのれるダイオキシン類は減少傾向にある。しかし、今が一般的である。試料をイオン化させる方法は、図日まで放出されたダイオキシン類が土壌、河川、海

1 に示すように試料の励起準位にレーザー波長を合水などにまだ多く含まれているのが現状である。

わせた共鳴多光子イオン化法と、フェムト秒レーザ

また、ダイオキシンは水にはあまり溶けないが、ーを用いた非共鳴多光子イオン化法に分けられる。

油には良く溶ける。このため食物連鎖の頂点にある

共鳴多光子イオン化法のイオン化効率は励起準位の動物にもっとも多くのダイオキシンが蓄積される。

寿命に左右されるが、非共鳴多光子イオン化法ではその欠点がない、また、レーザーパルス幅が短く親２．ダイオキシン類測定方法

イオンがフラッグメント化する確率が小さいために、
イオン化効率が高く極微量の試料が計測可能である。

ダイオキシン類の測定には、ポリ塩化ジベンゾ-pダイオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン、ポリ塩化

４．ポリ塩化ダイオキシンの測定に成功

ビフェニル（PCB）の量を測定しなければならない。
また、ダイオキシン類に結合される塩素の数によっ

フェムト秒レーザーと質量分析装置を用いて、ポて毒性が異なるため、塩素数も把握する必要がある。

リ塩化ダイオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン、ポ土壌などに含まれるダイオキシン類の量は汚染地域
で数 pg から ng/g 程度と極少量である。これらの測定には公定法と呼ばれる決まった手順で計測を行う。
公定法はダイオキシン類の濃縮、抽出、定量と分かれ、濃縮、抽出過程がそれぞれ１週間程度の期間を要するために、測定結果を知るためには土壌の採取から少なくとも 3 から 4 週間後となる。一方、簡便法も多く使われている。簡便法はダイオキシン類の前駆体量を測定する手法や、生物学的手法を応用したものである。これらの方法により計測時間は短縮
したが、それでもなお１週間程度の時間を要するの-192

図 1 レーザーを用いたダイオキシン類のイオン化方法

レーザー計測

レーザー計測リ塩化ビフェニルの検出実験を行った。フェムト秒

波長は 800 nm を用いた。また、OPA (Optical

レーザーは THALES 社製 Alpha100/XS で、レーザー

Parametric Amplifier /米，QUANTRONIX 社製)で、レエネルギーは 1.2 mJ，パルス幅は 150 fs，レーザー

ーザー波長を 1200～2000 nm まで変化させた。ビー
ム直径は 12 mm とした。質量分析計のチャンバー直前で、焦点距離 200 mm の合成石英平凸レンズを用いてレーザーをチャンバー中心で集光させた。イオ
ン検出にはリフレクトロン型の飛行時間質量分析装
置(TOYAMA 製，m / m～850)を用いた。飛行距離
は 1.8ｍ、引き出し電極の穴径は 12 mm とした。実験装置を図 2 に示す。
ポリ塩化ダイオキシン類は蒸気圧が低いため、チャンバー内で試料を加熱して蒸気化させた。また、レーザー照射によりポリ塩化ダイオキシン類の分子a)フェムト秒レーザー装置は分解されフラッグメント化しやすいので、これを防ぐため、ポリ塩化ダイオキシン類の分子に吸収され難いレーザー波長（1400～2000 nm）を選んで照射した。また、毒性が強いのでサンプル充填等は慎重に行った。
1,3,6-トリクロロジベンゾ-p-ダイオキシンのイオン化実験について述べる。イオン化エネルギーは 7.8
eV である。質量スペクトルを図 3 に示す。波長 800
nm では 1 価および 2 価の分子イオンが多く観測された。また、炭素イオンの信号と m/z = 25 から 120 付
近にわたり多くのフラグメントが観測された。一方、

b)質量分析装置

波長 1400 nm では分子イオンが最も高いピークを示

図 2 実験装置

し、2 価の分子イオンも 1 価同様多くのイオンが観

14

+

H

+

ダイオキシン

2+

C

Signal (a.u.)

2

800 nm 1.2x10 W/cm

P

（2 価イオン）+

P

ダイオキシン（1 価イオン）

14

2

300

350

1400 nm 0.66x10 W/cm

0

50

100

150 200
m/z

250

図 3 1,3,6-トリクロロジベンゾ-p-ダイオキシンが検出された TOF 波形-293

●研究成果●レーザー計測0.5

ダイオキシン類でも計測が可能であり、この方法で800 nm
1400 nm
1500 nm

P/T Ratio0.4

直接土壌や汚染水、焼却炉の排ガス等のリアルタイ
ム計測が出来る可能性がある。しかし、フェムト秒

0.3

レーザー装置が高額である等の理由で現在も実用化

0.2には至っていない。原理はすばらしいと思うので、今後、フェムト秒レーザー装置の小型化、低価格化

0.1を期待する。
0
13
10

14

10
2
Laser Intensity (W/cm )

15

10

発表論文

図 4 1,3,6-トリクロロジベンゾ-p-ダイオキシンの

1) 中島信昭、八ッ橋知幸、篠原秀則、島田義則、“フ分子イオン数／トータルイオン数比

ェムト秒質量分析法”、応用物理、73, 215 (2004).
2) 溝口竜二、島田義則、篠原秀則、八ッ橋知幸、中測できた。m/z=25 から 120 のフラグメント数は波長

島信昭、“フェムト秒レーザーのパルス幅変化に

800 nm と比べ減少した。

よる有機分子のイオン化および解離過程”、レー

図 4 に分子イオン数／トータルイオン数比(以下ザー研究、32, 717 (2004).

P/T 比)を示す。レーザー波長は 800、1400 および 1500

3) 島田義則、溝口竜二、篠原秀則、八ッ橋知幸、

nm である。レーザー波長 800 nm での P/T 比は 0.1

中島信昭、“フェムト秒レーザーイオン化法によ程度であった。一方、レーザー波長を 1400 nm にす
ると P/T 比は 0.25、1500 nm では 0.5 まで増加した。
波長 1500 nm を用いることにより、ダイオキシンの(2005).
4) M. Murakami, R. Mizoguchi, Y. Shimada, T.

フラグメント化を抑制して、イオン化させることがYatsuhashi and N. Nakashima, “Ionization and

できた。

Fragmentation of Anthracene with an Intense
Femtosecond Laser Pulse at 1.4 μm”, Chem. Phys.

５．土壌等直接計測に向けて
フェムト秒レーザーを用いた計測手法の利点は、イオン化効率が高いことである。このため、微量の-394

るダイオキシン類の検出”、分析化学、54, 127

Lett., 403, 238 (2005).

◆

資料編

◆

1. 財団組織図
2 発起人名簿2.
3. 歴代理事・監事、評議員、総務委員
技術企画委員、総務企画委員、企画委員
4. 賛助会員名簿
5. 受賞一覧受賞 覧
6. 泰山賞の贈呈
7. 特許一覧
8. 刊行物一覧
9. 役職員・共同研究員名簿
10. OB研究者・職員の推移
11. 研究所25年の歴史と実績
12. メディア掲載

1. 財団組織図監

評議員選定委員会

評議員会

事

理 事 会

理 事 長

企画委員

橋本德昭
副理事長
山中千代衛
I F E フォー ラ ム

常務理事
中塚正大
三宅浩史

レーザー核融合技術振興会

研究所長

事務局長

井澤靖和

三宅浩史

副 所 長
中塚正大

総
務
部

レ ー ザ ー 技 術 開 発 室

理 論・シ ミュレーションチーム

レーザーバイオ化学研究チーム

レー ザ ー 計 測 研 究 チ ーム

レーザープロセス 研 究 チーム

レーザーエネルギー研 究チーム

97

2. 発起人名簿
氏

98

名

役

職（1987 年当時）

赤﨑

正則

九州大学

葦原

悦朗

㈱東芝

渥美

和彦

東京大学

飯田

孝三

関西電力㈱

取締役副社長

伊藤

憲昭

名古屋大学

理学部

大島

恵一

東京大学

名誉教授

岡田

實

大阪大学

名誉教授

奥田

孝美

名古屋大学

垣花

秀武

上智大学

片山

仁八郎

三菱電機㈱

金井

務

河島

信樹

宇宙科学研究所

熊谷

信昭

大阪大学

総長

佐野

忠雄

大阪大学

名誉教授

更田

豊治郎

霜田

光一

慶應義塾大学

菅田

栄治

大阪大学

関口

忠

関本

忠弘

宅間

宏

電気通信大学新型レーザー研究センター

豊田浩一

理化学研究所

半導体工学研究室

豊田

正敏

東京電力㈱

中井

貞雄

大阪大学

中里

良彦

富士電機㈱

中根

秀彦

三菱重工業㈱

難波

進

大阪大学

基礎工学部

西澤

潤一

東北大学

電気通信研究所長

早川

茂

藤井

陽一

東京大学

伏見

康治

大阪大学、名古屋大学

水科

篤郎

京都大学

宮島

龍興

理化学研究所

山崎

魏

中部電力㈱

山中

千代衛

大阪大学

吉原

經太郎

分子科学研究所

力

工学部

教授

常務取締役
医学部

教授
教授

工学部
工学部

教授
教授

取締役会長

㈱日立製作所常務取締役
教授

日本原子力研究所

東海研究所

理工学部

副所長

教授

名誉教授

横浜国立大学
日本電気㈱

工学部

教授

社長
主任研究員

取締役副社長レーザー核融合研究センター長
取締役副社長常務取締役

松下電器産業㈱教授

専務取締役

生産技術研究所

名誉教授

名誉教授
理事長
常務取締役
名誉教授
教授

教授

所長

3. 歴代理事・監事、評議員、総務委員、技術企画委員、
総務企画委員、企画委員※所属は就任時のもの■は現職

歴代理事・監事
役

職

理 事 長

副理事長
常務理事

理

事

氏

名

飯田孝三
成松啓二
北田幹夫
宮本 一
森 詳介
齋藤紀彦
藤野隆雄
橋本德昭
山中千代衛
島尾 清
辻 勝之
樽本康正
川崎邦裕
稲崎 登
野坂明信
三宅浩史
中塚正大
松村雄次
永田秀昭
熊谷信昭
中井貞雄
難波 進
三間圀興
田中和夫
井澤靖和
疇地 宏
長倉三郎
霜田光一
太田賢司
千葉 徹
中原恒雄
位高光司
三條楠夫
松原宏長
畑 良輔
礒島茂樹
亀川秀人
蓮見洸一
竹内榮次
青木輝行
池田紘一
伊藤隆彦
清水眞男
河津譽四男
田中孝明
藍田正和
石田篤志
佐藤正一
児玉皓雄
鈴木俊男
佐々木三郎
藤波秀雄
末松安晴
藤井陽一
豊田正敏
三井恒夫
榎本聰明
服部拓也
武黒一郎
武藤 栄
武井一浩

所

属

S62 S63 H1

62.10
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
62.10
大阪大学名誉教授（財）大阪科学技術センター 62.10（財）大阪科学技術センター
関西電力㈱（財）レーザー技術総合研究所（財）レーザー技術総合研究所（財）レーザー技術総合研究所（財）レーザー技術総合研究所
大阪大学
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
62.10
大阪大学
62.10
大阪大学
62.10
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学名誉教授
大阪大学（財）神奈川科学技術アカデミー
62.10
慶應義塾大学
シャープ㈱
シャープ㈱
62.10
住友電気工業㈱住友電気工業㈱住友電気工業㈱住友電気工業㈱住友電気工業㈱住友電気工業㈱
62.10
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
電子技術総合研究所（財）電力中央研究所（財）電力中央研究所（財）電力中央研究所
東京工業大学名誉教授
62.10
東京大学
62.10
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25

4.6
4.7

5.6
5.7

9.7
9.8

13.6
13.7

17.6
17.7

19.7
19.7

21.7
21.7

4.6
4.7

9.3
9.4

14.3
14.4

15.7
15.8

21.7
21.7

23.7
23.7

14.4
14.4

18.3
18.4

24.3

14.3
14.3
4.3

12.4

20.4

24.3

14.3
20.4

21.3
21.4

24.3

21.4
24.6
12.4

14.3
18.3
14.4

17.6
17.7

20.3

9.7
9.8

12.3
12.4

13.6
13.7

17.10
18.4

20.6
20.7

24.3

4.3
4.4

8.3
8.4

9.7
9.8

12.3
12.4

14.3
14.4

15.3
15.4

18.3
18.4

19.3
19.4

21.7
21.7

23.7
23.7

24.3
24.4

12.4

14.3
14.4

15.7
15.8

21.7
21.7

6.4

24.3

12.3
6.3

2.3
2.4

11.3
11.4

15.3
15.4

16.6
16.7

22.4
22.4

23.6
24.4 24.6

99

役

職

氏

名

吉澤厚文
葦原悦朗
矢萩雍昌
阿部 進
宮本俊樹
庭野征夫
佐々木則夫
五十嵐安治
佐野雄二
西澤潤一
奥田孝美
森
茂
更田豊治郎
吉川允二
松浦祥次郎
淺井 清
加藤義章
伊東祐弥
横山清治郎
島山博明
林 宏美
久保田兼弘
安井潤司
中田勝敏
井田 敏
小川太三
西村知教
鈴木幸司
晝馬輝夫
金井 務
荒井利治
浜田邦雄
二宮 敏
川村 隆
久野勝邦
住川雅晴
齊藤莊藏
丸
彰
国保元
沢 邦彦
谷 恭夫
高井 明
原嶋孝一
白川正広
鈴木 正
平尾泰男
早川 茂
水野博之
新田恒治
佐野令而
三木弼一
上野山雄
日根野鐵雄
上林常夫
永井泰男
日浦治也
三宅芳男
浦谷良美
山内 澄
門上 英
鈴木成光
遠山 眞
甲斐 高
甘粕忠男
槇 浩平
鈴木敏夫

100

所

属

東京電力㈱
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
東北大学
名古屋大学
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
浜松ホトニクス㈱㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機システムズ㈱富士電機㈱放射線医学総合研究所
松下電器産業㈱松下電器産業㈱松下電器産業㈱松下電器産業㈱松下電器産業㈱松下電器産業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱

S62 S63 H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25
24.6

62.10

4.3
4.4

5.3
5.4

9.7
9.8

13.3
13.4

18.3
18.4

21.4
21.4

24.3
24.4

4.4

12.3

62.10
62.10

6.3
63.3

63.4

5.6
5.7

8.3
8.4

11.3
11.4

15.6
15.7

62.10

20.3

1.3
1.4

6.3
6.4

11.3
11.4

14.3
14.4

15.3
15.4

16.6
16.7

17.6
17.7

19.8
19.8

20.6
20.7

23.7
23.7

14.4
62.10

24.3

2.3
2.4

4.6
4.7

8.3
8.4

9.7
9.8

12.3
12.4

14.6
14.7

15.6
15.7

21.7
21.7

62.10

24.3

7.6
7.7

9.7
9.8

14.3
14.4 14.6
14.7

20.3
20.4

24.3
24.4

6.4
62.10

12.3

2.3
2.4

4.3
4.4

9.7
9.8

11.6
11.7

17.6
17.7

62.10

24.3

4.6
4.7

8.3
8.4

11.3
11.4

14.3
14.4

17.3
17.4

20.3
20.4

22.6
22.6

23.6
23.6

24.3
24.4

62.10

4.3
4.4

8.3
8.4

14.3
14.4

15.6

役

監

職

事

氏

名

所

属

大黒志郎
三菱電機㈱
佐藤秀一
三菱電機㈱
柵山正樹
三菱電機㈱
中谷義昭
三菱電機㈱
山本俊二
三菱電機㈱
坂田東一
（独）理化学研究所
辻 勝之（財）大阪科学技術センター
井澤靖和
大阪大学
鈴木 胖
大阪大学
山中龍彦
大阪大学
田中和夫
大阪大学
三間圀興
大阪大学
疇地 宏
大阪大学
西原功修
大阪大学名誉教授
頃安達郎
㈱三和銀行
岡田純直
㈱三和銀行
清水康介
㈱三和銀行
中村 明
㈱三和銀行
丹後忠治郎 ㈱三菱銀行
糸賀 勲
㈱三菱銀行
亀徳忠正
㈱東京三菱銀行
五味康昌㈱東京三菱銀行
江川正純
㈱住友銀行
塚田史城
㈱住友銀行
大上信之
㈱住友銀行
小林勝二
㈱住友銀行
内田賢介
㈱住友銀行
井上 正
㈱住友銀行
廣田 正
㈱住友銀行
月原紘一
㈱住友銀行
西本達也
㈱三井住友銀行
貞苅 茂㈱三井住友銀行
岩西 徹㈱三井住友銀行
日根野文三 日根野公認会計士事務所

S62 S63 H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25
15.7

17.6
17.7

20.3
20.4

職

議

長

評 議 員

氏

24.3
24.4

18.4

19.7

14.4

20.3

62.10 63.3
63.4

12.3
12.4

16.3
16.4

18.3

20.4

18.4

21.4
20.3
21.4

24.3

20.7
2.4

3.3
3.4

4.3
8.4

9.7
9.8

10.3

4.4 4.6
4.7

6.3
10.3

11.3
11.4

62.10

12.3

63.3

63.4

1.6
1.7

2.3
6.4

7.3
7.4

8.3
12.4 12.6
12.7

13.6
13.7

14.3
18.4

19.7
19.7

22.6
22.6
24.4

※所属は就任時のもの
■は現職

歴代評議員
役

22.4
22.4

名

成松哲二
柴田益男
山崎吉秀
岸田哲二
辻倉米蔵
桑原 茂
高杉政博
岩本信也
齋藤恭寛
五十嵐龍志
三浦秀一
古濱洋治
堀川 康
本間正修
河島信樹
石王道男
辻 勝之
杉本茂美
西
享
竹内正明
岡 光二
中西英治
中芝明雄
前田豊広
平野茂樹

所

属

S62 S63 H1

62.11
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
㈱イオン工学研究所㈱イオン工学研究所
ウシオ電機㈱宇宙開発事業団
宇宙開発事業団
宇宙開発事業団（独）宇宙航空研究開発機構
62.11
宇宙科学研究所（財）大阪科学技術センター 62.11（財）大阪科学技術センター（財）大阪科学技術センター（財）大阪科学技術センター
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25

4.6
4.7

9.7
9.8

12.6
12.7

15.7
15.8

18.3
18.4 18.6
18.7

10.4

14.3
14.4

17.3

14.4
10.7

24.3

13.6
13.7

17.6
17.7

21.7
21.7

24.3

14.3
10.3
10.4

14.3
21.4 21.7
21.7

2.4

4.6
4.7

6.6
6.7

12.3
12.4

15.3
15.4

17.3
17.4

20.6

101

役

職

氏

名

所

属

加藤義章
大阪大学
難波 進
大阪大学
鈴木 胖
大阪大学
又賀 昇
大阪大学
中井貞雄
大阪大学
西原 浩
大阪大学
櫛田孝司
大阪大学
三間國興
大阪大学
池谷元伺
大阪大学
井澤靖和
大阪大学
山中龍彦
大阪大学
疇地 宏
大阪大学
西村博明
大阪大学
田中和夫
大阪大学
西原功修
大阪大学
増原 宏
大阪大学
佐々木孝友 大阪大学
河崎善一郎 大阪大学
萩行正憲
大阪大学
宮永憲明
大阪大学
山口卓余
関西電力㈱
所 和廣
関西電力㈱
小林倫明
関西電力㈱
林 幹朗
関西電力㈱
金山愼治
関西電力㈱
長谷川泰三 関西電力㈱
阿部 健
関西電力㈱
山本博士
関西電力㈱
加藤有一
関西電力㈱
大田龍夫
関西電力㈱
赤崎正則
九州大学
高木俊宣
京都大学
東 邦夫
京都大学/京都大学名誉教授
小原 実
慶應義塾大学
神成文彦
慶應義塾大学大和田野芳郎 （独）産業技術総合研究所
山田家和勝 （独）産業技術総合研究所
大越孝敬
産業技術融合領域研究所
高橋伸治
㈱三和銀行
山藤正直
㈱三和銀行
岡田純直
㈱三和銀行
石合正和
㈱三和銀行
清水庸介
㈱三和銀行
中村 明
㈱三和銀行
内藤暁彦
㈱三菱銀行
石澤敏秀
㈱三菱銀行
丹後忠次郎 ㈱三菱銀行
糸賀 勲
㈱三菱銀行
浜石 満
㈱三菱銀行
宇野節生
㈱東京三菱銀行
五味康正㈱東京三菱銀行
片岡照栄
シャープ㈱
土方俊樹
シャープ㈱
矢野盛規
シャープ㈱
種谷元隆
シャープ㈱
高橋 明
シャープ㈱
大上信之
㈱住友銀行
加藤重義
㈱住友銀行
小井戸雅彦 ㈱住友銀行
内田賢介
㈱住友銀行
片岡哲治
㈱住友銀行
永田武全
㈱住友銀行
月原紘一
三井住友銀行㈱中野健一郎 三井住友銀行㈱宿澤広朗
三井住友銀行㈱上田 孝
三井住友銀行㈱102

S62 S63 H1
62.11

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25

63.3
4.4

12.3

14.4

19.6

12.4

18.3

12.4

20.3
14.4

6.4

20.3
14.3

6.4

10.3
8.4

18.3
10.4

21.4

24.3

18.3
14.4

62.11

21.3

12.3

16.4
18.4

21.4
21.4

18.4

20.3

18.4

20.6

24.3

18.4

24.3

18.4

62.11

20.3
20.4

24.3

20.4

24.3

20.4

24.3

2.3
2.4

4.6
4.7

8.3
8.4

9.7
9.8

12.3
12.4

15.7
15.8

17.6
17.7

18.6
18.7

21.7
21.7

62.11

10.3

62.11

10.3
12.4

16.3

12.4

24.4

14.3

12.4

14.3

20.4

14.4

24.3
20.3

18.4
6.4
62.11

24.3

6.11

63.3

63.4

1.6
1.7

2.3
4.4

7.3
7.4

8.3
10.4

62.11

12.3

1.3
1.4

2.6
2.7

4.3
6.4 6.6
6.7

8.6
8.7

10.3
12.4

63.4

14.3

1.3
1.4

11.3
11.4

14.6
14.7

17.6
17.7

2.4

20.3

3.3
3.4

5.3
5.4

6.3
8.4 8.6
8.7

10.6
10.7

24.3

12.3
14.4

16.3
16.4 16.6
16.7

17.6
17.7

18.3

役

職

氏

名

磯嶋茂樹
足立瑞穂
竹内榮二
鈴木光雄
青木輝行
池田紘一
根石信行
桂川 篤
高木洋隆
大野博孝
篠田明秀
板倉弘計算
佐藤正一
丹野益男
竹田 守
植田憲一
宅間 宏
加藤有一
末松安晴
青柳克信
矢部 孝
神谷武志
藤井陽一
渡部俊太郎
山内 薫
澤口祐介
若林泰夫
山田明彦
天野 治
鈴木一雄
中島拓男
富田邦裕
可児次郎
伊藤 睦
宮本俊樹
待場 浩
庭野征夫
宮野 廣
佐々木則夫
須藤 亮
前川 治
西澤潤一
山本正男
樫原英千世
山村 修
梶谷幹男
小池 進
浅見知宏
和田雄作
飯泉 仁
淺井 清
村上健一
齋藤伸三
木村豊秋
田島俊樹
河西 俊一
西 正孝
太田廉三
島村忠雄
泉谷敏之
柳瀬武紀
池田 明
中田勝敏
石井 眞
宍戸顕司
江上一成

所

属

住友電気工業㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
（財）地球環境産業技術研究機構（財）地球環境産業技術研究機構
電気通信大学
電気通信大学（財）電力中央研究所
東京工業大学
東京工業大学
東京工業大学
東京大学
東京大学
東京大学
東京大学
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
㈱東芝
東北大学
動力炉・核燃料開発事業団
動力炉・核燃料開発事業団
動力炉・核燃料開発事業団
動力炉・核燃料開発事業団
核燃料サイクル開発機構
核燃料サイクル開発機構
核燃料サイクル開発機構
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本原子力研究所
日本原子力研究所（独）日本原子力研究開発機構（独）日本原子力研究開発機構（独）日本原子力研究開発機構
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
日本電気㈱

S62 S63 H1

H2

62.11

2.3

H3

2.4

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25

4.3
4.4

6.3
6.4

8.3
8.4

12.3
12.4

15.3
15.4

15.7

15.8

18.3
18.4

19.7
19.7

22.6
22.6

23.7
23.7

20.4

24.3
23.5

23.7

24.3

14.4

24.3

62.11

22.12
24.4

62.11

6.3
10.4

18.3
18.4

6.4

24.3
18.3

6.4

14.3
12.4

24.3
18.4

62.11

24.3

12.3
12.4

13.3
13.4

15.3
15.4

18.3
18.4

19.7
19.7

23.4
23.4

62.11

24.3

6.3
6.4

7.6
7.7

9.7
9.8

12.3
12.4

13.3
13.4

14.3
14.4

16.3
16.4

21.4
21.4

62.11

24.3

4.3

62.11

2.6
2.7

6.6
6.7

9.7
9.8

11.3
11.4

12.6
12.7

14.3
14.4

8.4

18.3

10.3
10.4

11.3
11.4

12.6
12.7

16.3
16.4

18.3
18.4

20.6
20.7

23.7
23.7

62.11

1.3
1.4

4.3
4.4

7.3
7.4

9.3
9.4

11.3
11.4

12.3
12.4

14.3
14.4 14 .6
14.7

16.6

103

役

職

氏

名

窪田恵一
鳥越俊宏
鈴木良和
菅 博文
松倉浩司
灘本正博
伊藤隆一
小谷泰久
加藤義章
是井良朗
杉野栄美
林
勉
河原 暲
羽生正治
長澤克己
小田 篤
竹内 力
望月孝晏
中野秀男
雪島伊乙夫
小林 修
井上 隆
秋定俊裕
白川正広
尾崎 博
吉原經太郎
大塚喜弘
吉田昭彦
横谷洋一郎
山本修一
田中史郎
荻野周雄
下田成章
白鳥邦治
金氏 顯
饗場洋一
中原 豊
三村 泰
大橋正雄
向井 卓
岡田敬三
鈴木成光
遠山 眞
大西良一
土井貞春
岩本雅民
野間口有
廣 三壽
山中晤郎
山田忠利
八木重典
田中健一
新谷 健
四ッ谷雅實
今田善之
須藤恭秀
厨子敏博
谷口浩一
山下和彦
関口 忠
豊田浩一
石川哲也
緑川克美
森岡 昇

104

所

属

レーザーフロントテクノロジーズ㈱オムロンレーザーフロント㈱オムロンレーザーフロント㈱浜松ホトニクス㈱（財）光産業技術振興協会（財）光産業技術振興協会（財）光産業技術振興協会（財）光産業技術振興協会
光産業創成大学院大学㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所㈱日立製作所
姫路工業大学/兵庫県立大学
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機システムズ㈱富士電機システムズ㈱/富士電機㈱分子科学研究所
北海道大学
松下電器産業㈱パナソニック㈱パナソニック㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電線工業㈱三菱電線工業㈱三菱電線工業㈱三菱電線工業㈱三菱電線工業㈱三菱電線工業㈱御幣島化学工業㈱横浜国立大学
理化学研究所
理化学研究所
理化学研究所
レーザー濃縮技術研究組合

S62 S63 H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25
16.7

21.7
21.7

23.4
23.4

24.3

14.4
10.4

12.3
12.4

18.3
18.4

19.7
19.7

24.3
20.4

62.11

24.3

4.6
4.7

6.3
6.4

9.7
9.8

18.3
18.4

19.7
19.7

21.4
21.4

23.7
23.7

62.11

6.3

62.11

24.3

18.4

6.3
6.4

8.6
8.7

9.7
9.8

16.3
16.4

19.3
19.4

20.3
20.4

62.11

24.3

62.11

10.3
14.4

17.6
24.4 24.5
24.5

62.11

1.3
1.4

2.3
2.4

3.6
3.7

8.3
8.4

9.7
9.8

12.3
12.4

13.6
13.7

14.3
14.4

16.3
16.4

19.3
19. 4

19.7

19.7

22.4
22.4

62.11

1.3
1.4

2.3
2.4

6.3
6.4

7.3
7.4

9.7
9.8

13.6
13.7

15.6
15.7

21.7
21.7

62.11

1.3
1.4

6.3
6.4

15.3
15.4

18.3
18.4

22.6
22.7

62.11

6.3

62.11

6.3

62.11

24.3
18.4

24.3
20.4

62.11

24.3

15.6

24.3

※所属は就任時のもの■は現職

歴代評議員選定委員
役

職

評議員選定委員

氏

名

所

属

S62 〜 H23

H24

高杉政博
関西電力㈱
西原功修
大阪大学名誉教授
三宅浩史（財）レーザー技術総合研究所
佐々木孝友 大阪大学名誉教授
阪部周二
京都大学

H25

H26

職

委 員 長
委 員 長

氏

職

名

委 員 長
委

員

名

西村寅雄
青木正寛
河島信樹
松原健夫
三間圀興
加藤義章
久保宇市
三井 勉
野田伸雄
品田知章
小林 勇
鈴木光雄
高城 眞
木嶋貞郎

H30

24.5
24.5
24.5

※所属は就任時のもの
所

属

前田 肇
関西電力㈱
山崎吉秀
関西電力㈱
辻 勝之
（財）大阪科学技術センター
曾和正夫（財）大阪科学技術センター
井上哲也（財）大阪科学技術センター
井澤靖和
大阪大学教授
竹内榮次
中部電力㈱
葛島正生
中部電力㈱
神長茂里雄 中部電力㈱成瀬喜代士 中部電力㈱
高城 眞
東京電力㈱
木嶋貞郎
東京電力㈱
阿部 進
㈱東芝
橋本 弘
㈱東芝
宮本俊樹
㈱東芝
後藤征一郎 ㈱東芝
福田令文
日本電気㈱
水澤宏治
日本電気㈱
和嶋常隆
㈱日立製作所小笠原英雄 ㈱日立製作所
近藤嶺一㈱日立製作所
平田 寛
富士電機㈱
櫛田正弘
富士電機㈱
佐藤広栄
三菱重工業㈱豊田行雄
三菱重工業㈱鹿島浩生
三菱重工業㈱中元弘之
三菱重工業㈱濱田紘司
三菱重工業㈱
浅野俊郎
三菱電機㈱
槙 浩平
三菱電機㈱
大黒志郎
三菱電機㈱

氏

H29

24.5

S62

S63

H1

H2

H3

H4

H5

H6

62.11

H7

6.3
6.4

62.11

7.9

1.7
4.7

7.9

62.11

7.9

62.11

63.10
63.10

5.3
5.4

6.8
6.9

62.11

7.9

4.3
4.4

62.11

7.9

3.3
3.4

6.2
6.3

7.5
7.6

62.11

7 .9

2.3
2.4

62.11

7.9
2.3

2.4

6.2
6.2

7.9

62.11

7.4
7.5

62.11

H8 〜 H25

7 .9

63.5

63.4

3.3
3.4

4.3
4.4

6.4
6.5

62.11

7.9

2.3
2.4

5.3
5.4

7.9

歴代技術企画委員
役

H28

24.5

歴代総務委員役

H27※所属は就任時のもの
所

属

関西電力㈱
関西電力㈱
宇宙科学研究所（財）大阪科学技術センター
大阪大学
大阪大学
近畿大学
住友電気工業㈱住友電気工業㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
中部電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱

S62

S63

H1

H2

H3

1.7

H4

H5

H6

7.9

1.7

7.9
3.6

1.7

5.6
5.7

7.9

1.7
1.7

H8 〜 H25

3.3
3.4

1.7

H7

7.9
3.6
3.7

7.9

1.7

4.3
4.4

5.9
5.10

1.7

7.9

5.6
5.7

7.9

105

役

職

参

与

氏

名

所

属

S62

S63

岸 重雄
㈱東芝
竹之内一哲 ㈱東芝
大西紘一
動力炉・核燃料開発事業団
金子洋光
動力炉・核燃料開発事業団
鹿園直基
日本原子力研究所
守部紀夫
日本電気㈱
佐藤 忠
㈱日立製作所
高井耕一
富士電機㈱
和佐清孝
松下電器産業㈱高尾正敏
松下電器産業㈱坂井 廣三菱重工業㈱
永井昭夫
三菱電機㈱
田中光雄
三菱電機㈱
大場 寛
三菱電機㈱
西川禎一
大阪府
森清圀生
大阪府
広沢孝夫
大阪府
長谷川純彦 （財）関西産業活性化センター
灘本正博
近畿通商産業省
佐伯英隆
近畿通商産業省
染川弘文
近畿通商産業省
丸山芳樹
近畿通商産業省
和佐清孝（財）地球環境産業技術研究開発機構

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

1.7

H8 〜 H25
7.9

1.7

3.3
3.4

4.3
4.4

7.9

1.7

7.9

1.7

7.9

1.7

7.9

1.7

7.9

1.7

3.6
3.7

7.9

1.7

7.9

1.7

3.6
3.7

5.6
5.7

1.7

7.9

3.3
3.4

4.6
4.7

1.7

7.9

3.6

1.7

3.6
3.7

4.6
4.7

5.6
5.7

7.9

5.4

7.9

歴代総務企画委員
役

職

委 員 長

委

106

員

氏

名

山崎吉秀
梶井孝泉
横手光洋
松尾雄一郎
桑原 茂
高杉政博
木村 仁
長谷泰行
合澤和生
大濱稔浩
河島信樹
中島信昭
曾和正夫
小川裕策
宮上逸郎
西田泰裕
菅 敏昭
井上哲也
中西英治
中芝明雄
前田豊広
平野茂樹
井澤靖和
増原 宏
中塚正大
田中和夫
西村博明
粟津邦男
森 勇介
萩行正憲
斗内政吉
兒玉了祐
白神宏之
宮永憲明
森井 浩
森
修

※所属は就任時のもの
所

属

関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
宇宙科学研究所
大阪市立大学（財）大阪科学技術センター（財）大阪科学技術センター（財）大阪科学技術センター（財）大阪科学技術センター（財）大阪科学技術センター（財）大阪科学技術センター
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
大阪ガス㈱
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
大阪大学
関西電力㈱
関西電力㈱

S62〜H6

H7

H8

H9

7.10

H10

H11

H12

H13

H14

H15

H16

H17

H18

H19

H20

H21

H22

H23

H24

9.8
9.9

11.9
11.9

13.9
13.9

14.7
14.7

18.3
18.4

18.8

18.8

19.10
19.10

20.7
20.7

23.7
23.7

24.3

7.10

24.3
18.4

7.10

24.3

9.8
9.9

16.7
16.7

20.3
20.4 20.5
20.7

23.7
23.7

7.10

24.3

11.7
11.7

14.7
14.7

16.7
16.7

20.6

7.10

21.3
10.2

18.3
12.4

14.3

12.4

16.3
16.4

24.3
18.4

24.3
20.4

18.4

24.3
20.3

20.4

12.10

14.2
14.2

14.7

24.3
21.4

24.3

21.4

24.3

21.4

24.3

H25

役

職

氏

名

所

属

胡内勝彦
関西電力㈱
山崎 啓
関西電力㈱
森 秀夫
関西電力㈱
上田和夫
関西電力㈱
塩見俊也
関西電力㈱
片山和彦
関西電力㈱
大森 武
関西電力㈱
福谷 稔
関西電力㈱
萩原利也
関西電力㈱
寺井 功
関西電力㈱
野田伸雄
住友電気工業㈱高田博史
住友電気工業㈱奥田泰弘
住友電気工業㈱和佐清孝（財）地球環境産業技術研究機構
金井謙二（財）地球環境産業技術研究機構
吉村 進（財）地球環境産業技術研究機構
米澤武敏（財）地球環境産業技術研究機構
木村邦夫（財）地球環境産業技術研究機構
鈴木光雄
中部電力㈱
向山 翼
中部電力㈱
桂川 篤
中部電力㈱
知屋城清信 中部電力㈱
岩月 実
中部電力㈱
古畑博康
中部電力㈱
名倉準一
中部電力㈱
植田憲一
電気通信大学
宮崎健創
京都大学
出澤正人
東京電力㈱
若林泰夫
東京電力㈱
山田明彦
東京電力㈱
天野 治
東京電力㈱
阪本琢哉
東京電力㈱
徳森律朗
東京電力㈱
富田邦裕
東京電力㈱
中熊哲弘
東京電力㈱
宮沢竜雄
㈱東芝
小長井主悦 ㈱東芝
桑子 彰
㈱東芝
向井成彦
㈱東芝
伊藤弘昌
東北大学
金子洋光
動力炉・核燃料開発事業団
中島一郎
動力炉・核燃料開発事業団
河田東海夫 動力炉・核燃料開発事業団
梶谷幹男
動力炉・核燃料開発事業団
島崎善広
動力炉・核燃料開発事業団
須藤 収
核燃料サイクル開発機構
荒 邦章
核燃料サイクル開発機構
有澤 孝
日本原子力研究所
長島 章（独）日本原子力研究開発機構
小池雅人（独）日本原子力研究開発機構
横山 淳（独）日本原子力研究開発機構
初田洋司雄 日本電気㈱
井元 拓
日本電気㈱
窪田恵一
日本電気㈱
小椋行夫
レーザーフロントテクノロジーズ㈱鳥越俊宏
オムロンレーザーフロント㈱鈴木良和
オムロンレーザーフロント㈱近藤嶺一㈱日立製作所
竹村正一㈱日立製作所
柴田洋二㈱日立製作所大月 惇㈱日立製作所和泉 啓㈱日立製作所
富永研司㈱日立製作所望月孝晏
姫路工業大学藤原閲夫
兵庫県立大学高井耕一
富士電機㈱S62〜H6

H7

H8

H9

H10

H11

H12

H13

H14

H15

14.7

14.12

14.12

H16

H17

H18

H19

H20

H21

H22

H23

21.7
21.7

24.3

14.6
14.6

17.3
17.4

19.10
19.10

20.1

20.1

22.4
22.4

7.10

24.3

10.1
10.1

16.1
16.1

7.10

24.3

9.8
9.9

11.7
11.7

13.6
13.6

17.3
17.4

7.10

20.3

9.8
9.9

12.3
12.4

15.2
15.2

17.7
17.7

20.7
20.7

22.7
22.7

24.3

9.9

24.3

7.10

24.3

7.10

9.8
9.9

12.10
12.10

14.5
14.5

17.3
17.4

19.2
19.2

23.1
23.1

24.1
24.1

9.9

20.4
20.4

22.4
22.4

9.9
7.10

24.3

12.3
12.4

24.3

16.3

8.6
8.7

9.1
9.2

9.5
9.6

9. 8

9.9

11.5
11.5

14.6
14.6

18.3

7.10

18.4
18.4

20.3
20.5

21.5
21.5

7.10

24.3

13.5
13.5

14.6
14.6

16.5

19.5

16.5

21.6
19.5
21.6

23.2
23.2

7.10

24.3

9.8
9.9

12.6
12.6

13.5
13.5

14.2
14.2

19.7
19.7

10.2

24.3

18.3
18.4

7.10

H25

15.4

15.4

12.10

H24

24.3

9.1

107

役

職

幹

事

氏

名

葛西 彪
原嶋孝一
引地正則
海田英俊
竹石 均
竹辺晴夫
高尾正敏
濱田紘司
三村 泰
大橋正雄
神田 誠
木村敏也
宮口仁一
松宮正幸
路次安憲
阪上武温
谷
衛
小橋秀一
織戸浩一
田代英夫
堀 保恵
西嶋健一
林 良樹
鈴木一弘
蓮池 透
加藤俊明
水澤宏治
奥村泰彦
高尾正敏
大黒志郎
塩見俊也
深見晴男

所

属

㈱富士電機総合研究所
富士電機㈱
富士電機㈱
富士電機ホールディングス㈱富士電機ホールディングス㈱富士電機㈱松下電器産業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱三菱重工業㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
三菱電機㈱
理化学研究所
関西電力㈱
関西電力㈱
関西電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
東京電力㈱
日本電気㈱
日本電気㈱
松下電器産業㈱
三菱電機㈱
関西電力㈱
三菱電機㈱

S62〜H6

H7

H8

H9

H10

H11

H12

H13

H14

9.2

H15

H16

H17

H18

H19

H20

H21

職

委 員 長
委 員 長

108

氏

名

H23

19.2
19.2

20.3
20.4

21.11
21.11

7.10

24.3

17.6

7.10

10.3
10.4

14.1
14.1

18.3
18.4

21.6
21.6

23.4
23.4

7.10

24.3

11.7
11.7

12.6
12.6

15.1
15.1

20.3
20.5

21.4
21.4

10.2
7.10

24.3

20.3
10.1

7.10

9.8
9.9

7.10

12.3

8.8
8.9

9.8
9.9

8.2

H25

14.7

14.7

7.10

H24

14.4
14.4

12.3

8.1
8.8

7.10

12.3

7.10

10.1
10.1

12.3

10.1

12.3

※所属は就任時のもの■は現職

歴代企画委員
役

H22

所

属

大濱稔浩
関西電力㈱
中島信昭
大阪市立大学井上哲也（財）大阪科学技術センター
増原 宏
大阪大学
上田和夫
関西電力㈱
横井賢二郎 関西電力㈱
寺井 功
関西電力㈱
田中正人
関西電力㈱
奥田泰弘
住友電気工業㈱
名倉準一
中部電力㈱
植田憲一
電気通信大学
宮崎健創
京都大学
富田邦裕
東京電力㈱
向井成彦
㈱東芝
近藤公伯
（独）日本原子力研究開発機構
鈴木良和
オムロンレーザーフロント㈱富永研司㈱日立製作所藤原閲夫
兵庫県立大学
竹辺晴夫
富士電機㈱
宮口仁一
三菱重工業㈱大谷浩二
三菱電機㈱S62 〜 H23

H24
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6 24.6
24.7
24.6 24.6
24.7
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6
24.6

H25

H26

H27

H28

H29

H30

4. 賛助会員名簿
会社・団体名会社・団体名

ウシオ電機（株）（株）ダイヘン（財）応用光学研究所

中国電力（株）（財）大阪科学技術センター（財）電力中央研究所

大阪ガス（株）（株）東芝（有）岡本光学加工所

西日本旅客鉄道（株）（株）オプトサイエンス

日新電機（株）

オムロンレーザーフロント（株）

日本原子力発電（株）（株）片岡製作所

日本電気（株）（株）環境総合テクノス（株）日本ネットワークサポート（財）関西情報センター

パナソニック（株）

関西電力（株）浜松ホトニクス（株）

関電不動産（株）（財）光産業技術振興協会

関電プラント（株）（株）日立製作所（株）気象工学研究所

日立電線（株）（株）ケイ・オプティコム

富士電機（株）（株）きんでん北陸電力（株）

原子燃料工業（株）

北海道電力（株）（株）原子力エンジニアリング

丸紅（株）

光伸光学工業（株）（株）三井住友銀行（株）神戸製鋼所

三菱原子燃料（株）

ジオマテック（株）

三菱重工業（株）

四国電力（株）

三菱電機（株）（株）島津製作所

三菱電線工業（株）

住友電気工業（株）（社）レーザー学会

109

5. 受賞一覧
名

称

受賞者

受賞テーマ

受賞年月

レーザー学会奨励賞

藤原閲夫
出口博史
畠山卓也

固体化電源を用いた銅蒸気レーザー（CVL）の研究

平成2.5

レーザー学会業績賞論文賞

又賀

エキサイプレックス化学の開拓と展開

平成7.5

レーザー学会業績賞進歩賞

今崎一夫
藤田雅之
淺川誠

コンパクト自由電子レーザー装置の開発研究

平成7.5

電気学会電気学術振興賞進歩賞

内田成明
山中龍彦
河崎善一郎
足立幹雄

世界で初めてレーザー誘雷の実証に成功

平成10.5

レーザー学会業績賞進歩賞

内田成明
島田義則
安田裕彦
本越伸二
山中千代衛
他

レーザー誘雷の実証研究

平成10.5

電気学会優秀論文発表賞

島田義則

レーザー誘雷における強電離弱電離プラズマを用いた放電誘導実験

平成12.5

クリタ水・環境科学財団助成金

島田義則

水中に於けるレーザープラズマ誘起放電とその制御に関する研究

平成14.8

レーザー学会業績賞進歩賞

橋田昌樹
古河裕之
塚本雅裕
藤田雅之
井澤靖和

フェムト秒レーザーアブレーションによる新加工領域の特徴とナノ構造形成

平成16.5プラズマ・核融合学会論文賞

西村博明
島田義則
砂原 淳
河村 徹
他

レーザー生成球対称Sn プラズマからの極端紫外光（EUV）放射特性

平成17.11大阪府知事賞李大治

Study on superradiant Smith-Purcell radiation

平成19.6

松尾学術振興財団松尾学術研究助成金

砂原淳

レーザー生成プラズマ中の輻射輸送における光電離・光励起過程の導入

平成19.10

電気学会電気学術振興賞論文賞

藤田雅之
宮永憲明
江刺正喜
他

Debris-Free-LASER-AssistedLow-Stress Dicing for Multi-LayeredMEMS

平成21.5

レーザー学会業績賞進歩賞

藤田雅之
宮永憲明
江刺正喜
田中秀治
他

積層MEMSのためのパスルレーザー支援デブリフリー低ストレスダイシング
技術の開発

平成21.5

レーザー学会優秀論文発表賞

染川智弘

白色光偏光ライダーの開発

平成21.5

倉田記念日立科学技術財団倉田奨励金

ハイク
コスロビアン

光活性タンパク質の光電導効果の研究

平成22.1

倉田記念日立科学技術財団倉田奨励金

李ブラッグ反射機能を用いたテラヘルツスミス・パーセル放射減の研究開発

平成22.1

日本鉄道協会坂田記念賞

御崎哲一
島田義則
篠田昌弘

レーザー超音波リモートセンシングによるコンクリート欠陥の非破壊検査法の開発

平成22.5

応用物理学会講演奨励賞

古瀬裕章

全反射アクティブミラーレーザーの高出力化

平成22.3

堀場雅夫賞

染川智弘

高強度フェムト秒レーザーを用いた白色光ライダーの開発

平成22.10

光産業技術振興会創立30周年記念功労賞

藤田雅之

レーザー学会優秀論文発表賞

古瀬裕章

レーザ・レーダ研究会廣野賞

染川智弘

110

昇

大治

平成22.12
次世代大出力レーザーのためのジグザグアクティブミラー増幅器の開発

平成23.5平成23.9電気学会電気学術振興賞論文賞
藤田雅之他
平成 21 年 5 月
レーザー学会業績賞進歩賞
藤田雅之他
平成 21 年 5 月
応用物理学会講演奨励賞
古瀬裕章
平成 22 年 3 月
レーザー学会優秀論文発表賞
染川智弘
平成 21 年 5 月
レーザー学会優秀論文発表賞
古瀬裕章
平成 22 年 5 月
日本鉄道協会坂田記念賞
島田義則他
平成 22 年 5 月
堀場雅夫賞
染川智弘
平成 22 年 5 月
光産業技術振興会創立 30 周年記念功労賞
藤田雅之
平成 22 年 12 月
レーザ・レーダ研究会廣野賞
染川智弘
平成 23 年 9 月

111

6. 泰山賞の贈呈
第 1 回：平成 21 年 7 月 16 日
レーザー功績賞
霜田光一
			

マイクロ波分光学からメーザー
レーザーに及ぶ永年にわたる光科学技術の先導的研究

レーザー進歩賞
		

宮永憲明
實野孝久

高エネルギーペタワットレーザー LFEX の開発

レーザー功績賞

宅間

レーザー科学の振興と発展に対する永年にわたる功績

レーザー進歩賞

緑川克美

第 2 回 ：平成 22 年 7 月 13 日
宏

高出力アト秒レーザーの開発と応用研究					
第 3 回 ：平成 23 年 7 月 12 日
レーザー功績賞
山中千代衛
			

大出力レーザーと慣性核融合の先導的研究ならびにレーザー学会創立等による永年の科学技術への顕著な貢献

レーザー進歩賞
植田憲一
			

稀ガス・ファイバー・セラミックスレーザーの高出力化開発とその応用に関する研究					
第 4 回 ：平成 24 年 7 月 18 日
レーザー功績賞
豊田浩一
			

レーザーマイクロプロセスの研究とレーザー科学技術の発展に対する貢献

レーザー進歩賞
渡部俊太郎
			

超短パルス高強度レーザーとコヒーレント短波長光発生に関する
先導的研究

112

7. 特許一覧
国内特許
公開番号

発明の名称

平 08–017371

レーザープラズマＸ線源のデブリス除去方法及び装置

2003–012569

メタン又はメタノール生成システム

2003–057392

高エネルギ発生装置

2003–303789

フォトレジスト剥離除去方法及び装置

2004–229698

細長型 X 線照射具

2004–354535

光学媒質の光入出射部処理方法

2005–147813

レーザ超音波による材料非破壊検査方法及び装置

2006–085940

X 線発生方法、X 線発生装置

2006–169573

蒸着マスクのクリーニング方法、蒸着マスククリーニング装置、有機 EL 素子の製造方法、および、有機 EL 素子の製造装置

2006–276282

光学媒質の光入出射部処理方法

2007–237210

レーザ加工法及び装置

2008–200698

円筒内周面の周期構造体加工方法と円筒内周面の周期構造体加工装置

2008–200699

外周体の周期構造体加工方法と外周体の周期構造体加工装置

2008–200700

シリンダブロックとシリンダブロックの周期構造体加工方法とシリンダブロックの周期構造体加工装置

2009–023215

積層体の割断方法

2009–030996

干渉縞安定化装置およびそれを用いた非破壊検査装置

2009–050904

周期構造体の加工制御方法と周期構造体の加工制御装置

2009–081235

n 型酸化物半導体の特性制御方法

2009–105006

ＥＵＶ光の放射方法、および前記ＥＵＶ光を用いた感応基板の露光方法

2009–063558

超音波検査装置、超音波検査方法および原子力プラントの非破壊検査方法

2010–030870

バイオマスエネルギー変換装置

2010–177340

ダイシング方法およびエキスパンド装置

2010–177341

積層体の割断方法

2011–245492

金属表面加工方法及び金属表面加工装置

2012–077328

蒸着用マスク、その製造方法及び蒸着方法

2012–078812

レーザ装置

2012–078813

レーザ装置

2012–083321

初期生成プラズマ抑制と高速荷電粒子収束を同時に達成するターゲット形状

外国特許
登録番号

発明の名称

6,913,735

メタン又はメタノール生成システム（アメリカ）

ZL03109544.5

フォトレジスト剥離除去方法及び装置（中国）

10–0962526

フォトレジスト剥離除去方法及び装置（韓国）Ⅰ –330765

フォトレジスト剥離除去方法及び装置（台湾）Ⅰ –1289209

光学触媒の光入出射部処理方法（台湾）

10–0774436

光学触媒の光入出射部処理方法（韓国）ZL200610071433.1

光学触媒の光入出射部処理方法（中国）

1707994

光学触媒の光入出射部処理方法（ヨーロッパ）

8,026,459

光学触媒の光入出射部処理方法（アメリカ）

113

8. 刊行物一覧
書

籍

名

著

者

発行日

レーザーと未来社会

山中千代衛

編

昭和 60.10

レーザーセンシングとその応用

山中千代衛

編

昭和 63.9レーザーと宇宙河島信樹

レーザー同位体分離とレーザー技術開発

山中千代衛

編

昭和 63.11

最近のレーザー技術とプロセッシング

山中千代衛

編

昭和 63.12

最近の自由電子レーザー開発の動向とその応用

三間圀興、冨増多喜夫

平成元 .6

最近のレーザー事情

山中千代衛

平成 2.2

新型レーザーが拓く先端技術

山中千代衛

レーザーを用いた有機材料開発の最前線を探る

増原

21 世紀とハイテクノロジー

山中千代衛

大型放射光施設計画

–6

GeV

SOR –

昭和 63.9

編

平成 2.3原宏

平成 2.4
平成 2.8

雅弘、岩崎準

平成 2.11

レーザープロセス技術の最先端（Ⅰ）

山中千代衛

レーザーで拓く細胞工学粕谷敬宏

ハイパワーレーザー最新技術

山中千代衛

光科学のフロンティア

角戸正夫

Ｘ線レーザープロセス技術の最先端

山中千代衛

編

平成 3.12

レーザープロセス技術の最先端（Ⅱ）

山中千代衛

編

平成 4.2自由電子レーザーの現状と応用

今崎一夫

平成 4.2

新しい極短波長光源を求めて加藤義章

平成 4.3

極超低温を達成する

清水富士夫

平成 4.5柏木– レーザーによる冷却 –21 世紀エレクトロニクス– 最も東洋的なるものを求めて –編

平成 3.1
平成 3.1

編

平成 3.6
平成 3.7寛

平成 4.5

フロンティアメディカルレーザー

渥美和彦

平成 4.5

レーザーを用いた計測技術

山中千代衛

ＩＬＴ５年の進歩

レーザー技術総合研究所

超高速光エレクトロニクス

末松安晴

光通信で築く未来情報化社会の展望

山中千代衛

レーザーの生体効果と医学

神川喜代男

固体レーザーの魅力を探る

山中千代衛

編

平成 5.11

レーザーセンシングの最前線を探る

山中千代衛

編

平成 6.1

ソリトン通信長谷川晃

平成 6.5レーザーで拓く近未来マシン

浮田宏生

平成 6.9スラブレーザー研究開発の現状と展望

望月孝晏

新しい光源が拓く最先端技術

山中千代衛

光散乱計測

朝倉利光

平成 7.3

生物フォトンの計測とその応用

稲葉文男

平成 7.10

レーザー応用センシング

山口一郎

平成 8.3原子光学とその応用

宅間

平成 9.3

ビジュアル

レーザー技術総合研究所編

平成 9.9

レーザー技術総合研究所編

平成 9.10レーザーの科学ILT the 10th anniversary

Laser とともに 10 周年編

平成 4.10
編

平成 4.11平成 5.3

編

平成 5.5平成 5.10

平成 6.11編

平成 7.2

宏光と蔭「光と蔭」編集委員会

レーザーと現代社会

レーザー技術総合研究所編

平成 14.10

レーザー技術総合研究所編

平成 14.11

ILT the 15th anniversary

レーザーと現代社会

光と蔭のはざまに
慣性核融合開発史– レーザー核融合研究パイオニア物語 –20 年の進歩ILT the 20th anniversary
114

山中千代衛

平成 17.5

山中千代衛

平成 18.9

山中千代衛
光科学技術の拓く新天地

平成 12.10

編

レーザー技術総合研究所

平成 19.10
編

平成 19.11

9. 役職員・共同研究員名簿
構 成
共同研究員

理事長、業務執行理事等
理事長		

橋本德昭

副理事長 ･ 名誉所長		

山中千代衛

所長		

井澤靖和

常務理事		

三宅浩史

常務理事・副所長		

中塚正大

レーザーエネルギー研究チーム		
		
主席研究員
今崎一夫
（チームリーダー）		
		
研究員
李 大治
		
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）
		
研究員
古瀬裕章
		
研究員
染川智弘
		
研究員
櫻井俊光
		
レーザー計測研究チーム
		
主任研究員
島田義則
（チームリーダー）		
		
研究員
谷口誠治（兼務）
		
研究員
オレグ コチャエフ		レーザーバイオ化学研究チーム
		チームリーダー中島信昭
		研究員
ハイク コスロービアン
		
研究員
谷口誠治
		
理論・シミュレーションチーム
		
チームリーダー井澤靖和（兼務）
		
研究員
古河裕之
		
研究員
砂原 淳
		
レーザー技術開発室
		
主任研究員
本越伸二
（室長）		
		
研究員
加藤宏太
		
総務部
		
事務局長
三宅浩史（兼務）		
総務部長
三宅浩史（兼務）
		
マネージャー
幸脇朱美		マネージャー小野田理恵
		
マネージャー
高山大輔
		
事務員
諸白景子
		
事務員
上田江利子
		
事務員
中川道子
特別研究員
		
京都大学
名誉教授
		
元日新電機（株）		
		
元三菱電機（株）		
		
三重県立看護大学
名誉教授
		
元東京工業大学
准教授
		（財）豊田理化学研究所 フェロー

毛利明博
鈴木泰雄
田畑則一
田中文夫
糟谷紘一
中島信昭

員

大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター
大阪大学大学院工学研究科
大阪大学大学院工学研究科
大阪大学大学院工学研究科
大阪大学大学院工学研究科
大阪大学光科学センター
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
大阪大学接合科学研究所
大阪大学
大阪工業大学工学部
大阪工業大学工学部
大阪工業大学工学部
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
北里大学医学部
京都大学化学研究所
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
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
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
大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 国立極地研究所
千葉大学環境リモートセンシング研究センター
電気通信大学レーザー新世代研究センター
電気通信大学企画調査室
東京工業大学大学院理工学研究科
東京工業大学大学院総合理工学研究科
東京大学先端化学技術センター
東北大学大学院工学研究科
東北大学大学院理学研究科
奈良先端科学技術大学院大学
日本原子力研究開発機構敦賀本部レーザー共同研究所
日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門
日本原子力研究開発機構量子ビーム応用研究部門
光産業創成大学院大学
光産業創成大学院大学
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
兵庫県立大学
広島大学大学院工学研究科
広島大学大学院工学研究院
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
北海道大学大学院王学研究院
北海道大学大学院王学研究院
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

センター長
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
特別研究員
特任教授
教授
教授
教授
教授
特任教授
特任教授
教授
准教授
教授
准教授
准教授
名誉教授
教授
教授
准教授
教授
助教
准教授
助教
教授
教授
准教授
准教授
教授
准教授
助教
教授
教授
教授
教授
教授
准教授
准教授
教授
准教授
センター長
准教授
特任教授
教授
講師
客員教授
准教授
准教授
特任教授
所長
研究主幹
研究副主幹
准教授
特任教授
教授
教授
特任教授
教授
准教授
教授
教授
教授
教授
教授
准教授
教授
助教
教授

疇地 宏
猿倉信彦
斗内政吉
萩行正憲
西村博明
乗松孝好
宮永憲明
河仲準二
坂和洋一
中田芳樹
藤田尚徳
藤本 靖
椿本孝治
西原功修
實野孝久
兒玉了祐
粟津邦男
河﨑善一郎
田中和夫
佐々木孝友
西川雅弘
宮坂 博
山中千博
節原裕一
塚本雅裕
阿部信行
柳田祥三
西口彰夫
草場光博
部谷 学
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
小池文博
阪部周二
橋田昌樹
時田茂樹
七田芳則
大須賀篤弘
吉田 実
中野人志
橋新裕一
芝 治也
赤松重則
田口俊弘
藤田秀二
久世宏明
西岡 一
植田憲一
矢部 孝
河村 徹
内田成明
田中秀治
柴田 穣
増原 宏
大道博行
山川考一
佐々木明
藤田和久
三間圀興
藤原閲夫
宮本修治
望月孝晏
遠藤琢磨
城﨑知至
仁木秀明
金邉 忠
河村良行
長谷川靖哉
足立 智
甲藤正人
張本鉄雄
宇野和行
陳 延偉

115

10. OB 研究者・職員の推移
氏

名

車信一郎
金邉 忠
中井光男
竹田哲也
尾島勇一
横谷篤至
山本武生
永本浩一
西口彰夫
Christopher Frantz
陳 基忠
Bernard Souroque
村上匡宜
中村賢志
遠藤琢磨
陳 延偉
兒玉了祐
Helmut Schillinger
草場光博
椿本孝治
淺川 誠
浜中 泰
Eugene Slobodchikov
神水 摂
柴田 穣
千徳靖彦
橋田昌樹
Vasilii Zhakohuvskii
河村 徹
篠原秀則
内田成明
井上典洋
佐伯 拓
山浦道照
橋本和行
宇野和行
横井佐代子
城崎知至
渡邊英世
陳 卓明
Viliam Kmetik
文 雅司
張 樹葵
周 香林
林 昶煥
竹内康樹
出口博史
岩田章裕
安田裕彦
田中崇雄
青木政徳
三上勝大
松井 巌
木村和生
柴崎正博
谷口 茂
山内智雄
須崎志郎
本田裕一
森山昌己
樽本康正
植田健司
緒続伸雄
田島範雄
松田健次
大野高徳
澤坂 洋
高村光信
川崎邦裕
駒田伊知朗
柿元冨士夫
乾 良路
稲崎 登
田中健一
野坂明信
坂井寛久
116

所

属

研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
受入研究
受入研究
受入研究
受入研究
受入研究
受入研究
受入研究
出向研究
出向研究
出向研究
出向研究
出向研究
出向研究
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務
出向事務

S62 S63 H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25

62.7

12.6

62.7

4.10

62.7

1.4

62.7

2.3

62.7

5.6

63.4

7.7
1.4

3.9
2.4

3.3

2.5

5.3

2.12

3.11

2.12

7.11
3.12

5.2

4.1

5.3

3.5

4.3

3.4

6.6

3.5

6.9
4.1

5.3

4.5

6.7
6.4 6.5
6.4

6.9
7.4

7.9

7.4

8.3
8.8

9.3

8.4

9.3
9.4

13.7
11.4

12.5

8.4

15.4
12.4

15.5
15.4

16.3

15.4

15.9

4.10

17.2
13.4

17.3

13.4

22.3
15.4

20.3

13.4

18.7
20.10

21.3
22.4

5.4

2.9
23.4

24.3

23.4

24.3

5.8
10.4

11.3
11.4

12.3

10.12

12.12

10.11

13.9
11.9

12.9
23. 4 23 5

63.5

2.8
2.8

5.7
5.7

9.7
9.7

13.2
13.2

15.2
17.4

62.7

21.3

6.6

62.7

1.12

62.7

10.7
1.7

4.12

1.12

5.6
4.12

6.6

5.6

9.6
6.3

13.7

6.6

13.11

6.6

9.6
9.6

11.6

9.6

11.6
10.7

12.6
11.6

12.6
12.4

14.3

12.6

14.12
13.11

15.6

13.7

16.7
14.12

18.12
16.7

19.7

15.6

21.6
19.7

20.10
21.6

18.12

23.6
23.12

レ ー ザ ー に 架 け る 夢、レ ー ザ ー が 拓 く 未 来 。11.研究所25年の歴史と実績
原子力・エネルギー応用
レーザーウラン濃縮関連

レーザー同位体分離技術（1987〜2000）
銅蒸気レーザーウラン濃縮開発（1987〜1990）

FELを用いた安定同位体分離の基礎研究（1997〜1999）

波長可変固体レーザー開発（1990〜1995）

核種消滅処理技術の応用
レーザー光学反応と（1995〜）
群分離の基礎研究（1990〜1993)

銅蒸気レーザー

電力・社会基盤関連

エネルギー輸送技術の調査研究（1989〜1994）

地球環境問題その他

太陽光励起レーザー

新幹線トンネルの探傷に成功（2011）

レーザー超音波（1997〜）

白色光ライダー

トンネル内コンクリート
探傷(2002〜）
白色光ライダー（1999〜）

環境保全CO2固定化（1990〜2004)

新物質・材料γ線によるヨウ素
核変換に成功（2007）

γ線発生（2001〜）

レーザーエネルギー伝送（1999〜2005）
宇宙デブリ除去（1998〜2003）
レーザークリーニング、レーザー除染（1996〜1999）

世界初の雷トリガに成功（1997）

レーザー誘雷（1990〜）

高架橋検査技術（2010〜）

ダイオキシンの検出、分解（2000〜2006）
非平衡プラズマによる排ガス無害化（2001〜2003）

高輝度繰り返しスラブレーザー開発（1990〜1994）
フェムト秒レーザーによる非熱加工
超高強度、極短パルスレーザーの開発（1990〜）（1999〜）
レーザープラズマX線源（1991〜1995）

ナノ周期構造形成（1999〜）

MEMS加工技術開発（2006〜）
CFRP材料加工（2009〜）

フェムト秒レーザー

生物・医学応用

生体の光機能メカニズムの解明（1998〜）

財団の沿革

1994年
1987年

11月・極限光量子プロセス技術研究会設置（〜平成8年度）

1991年

10月・第14回自由電子レーザー国際会議
・第1回組織委員会、実行委員会開催

10月・飯田孝三理事長就任

2008年

7月・森詳介理事長就任

7月・齋藤紀彦理事長就任

7月・橋本德昭理事長就任

2012年

1995年

4月・公益財団法人へ移行

4月・第五研究部設置

4月・自由電子レーザー研究会設置
・7月北田幹夫理事長就任

顕微分光装置の開発（2005〜2010） レーザーによるナノ粒子合成（2010〜）

2005年

11月・設立15周年記念行事「シンポジウム」開催

1997年

7月・創立25周年記念事業開催

2007年

2002年

1993年

・第1回理事会開催

コヒーレントビーム結合技術の開発（2010〜）

2001年

11月・総務企画委員会設置、第1回委員会開催

11月・財団設立総会開催

MEMS加工大出力Yb:YAGレーザーの開発（2007〜）

スミス-パーセル型テラヘルツ自由電子レーザー研究（2004〜）

自由電子レーザー開発（1989〜2000）

5月・設立発起人会開催

コンポジットYAGセラミックス

極短紫外(EUV)光源開発(2003〜）

レーザー加工高平均出力YAGスラブレーザー開発（1989〜1990）10月・財団法人設立許可

水中ラマンライダー（2008〜）
温室効果ガス検出

トンネル内コンクリート探傷

レーザー誘雷4月・設立準備室

200W級模擬太陽光励起レーザーの開発に成功（2005）

太陽光励起レーザー開発（2001〜）
レーザーロケット推進（2001〜2005）

LD励起固体レーザーシステム化（1996〜）

7月・藤野隆雄理事長就任
11月・設立20周年記念行事「シンポジウム」開催

7月・レーザー誘雷野外実験成功記者発表

1989年

8月・宮本一理事長就任

4月・第四研究部設置
7月・技術企画委員会設置

1988年

10月・設立10周年記念行事「シンポジウム」開催

1992年
4月・成松啓二理事長就任

8月・ICFフォーラムおよびレーザー核融合技術振興会設置
・第14回自由電子レーザー国際会議（FEL 92）開催

3月・総務委員会設置

1998年
プロジェクト・チーム研究制導入

11月・創立5周年記念行事実施

・試験研究法人

2009年
2006年

4月・井澤靖和所長就任

レーザー技術開発室設置

7月・レーザー発明50周年記念泰山賞創設

11月・レーザー技術調査委員会発足

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

2007

2009

2011

2012〜
117
117

12. メディア掲載
平成 19 年（2007）1 月 10 日

平成 19 年（2007）1 月 10 日

平成 19 年（2007）1 月 10 日

読売新聞

毎日新聞

日刊工業新聞平成 19 年（2007）1 月 19 日

朝日新聞

119

平成 21 年（2009）11 月 5 日

交通新聞

	
 



平成 21
年（2009）1
月 16 日	
 
科学新聞

120







	
 







	
 

創立25周年記念誌
レーザー総研25年の進歩
発行／ 公益財団法人レーザー技術総合研究所〒550-0004 大阪市西区靭本町1丁目8番4号
大阪科学技術センタービル4階
TEL 06-6443-6311 FAX 06-6443-6313
http://www.ilt.or.jp/
編 集／ 公益財団法人レーザー技術総合研究所
制 作／ 株式会社日報印刷
発 行 日／平成24年7月18日

The 25th Anniversary

http://www.ilt.or.jp/