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拡散性水素の挙動に着目した水素脆化機構の解明

水素の存在場所を金属組織と対応させることができるトリチウムオートラジオグラフィ法により拡散性水素の挙動を調査した。その結果、フェライト系鋼では応力負荷材で粒界および粒内に水素が検出された。侵入した水素は粒界に移送されトラップされたと考えられた。Al-Zn-Mg系合金では応力負荷により水素の侵入量が増加した。侵入位置はAl-Cu-Feからなる第二相および母相であった。二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーとしての水素を有効に利用するためには、それを効率的かつ安全に貯蔵・輸送するための液化水素容器または高圧水素容器が不可欠である。本研究では、水素の普及を飛躍的に拡大すべく、水素の貯蔵・輸送時の安全性に深く係る金属の水素脆化の機構を解明するために、微視的に水素が金属のどのような場所に存在するのかを水素の放射性同位体であるトリチウムを利用したトリチウムオートラジオグラフィにより明らかにしようとしている。今年度は、アルミニウム基材料(99.99%純アルミニウム、6061合金、7075合金)について、トリチウムをチャージしながらき裂先端に引張応力を負荷し、水素脆化き裂が進展した段階で、試料を液体窒素で冷却し、水素の拡散を停止させる。そしてその状態でトリチウムオートラジオグラフィを行い、き裂近傍の水素の分布を調べようとした。また比較のため引張応力を負荷しない場合の水素の挙動についても同様に調べた。まず無応力の場合については、6061および7075合金では粗大な金属間化合物相(晶出第二相)から水素が侵入し、これが侵入環境(水素ガスか水か)によらないこと、第二相が存在しない純アルミニウムでは水素の侵入が見られないことを明らかにした。進展き裂近傍の水素分布を観察しようと試みたが、トリチウムから放射されるβ線以外の何らかの化学的反応により、観察面に被覆した写真乳剤が感光してしまい、データが得られなかった。水素の挙動調査における有効な方法の一つとして、金属材料中へ侵入した水素の存在位置を金属組織と対応づけて知ることができるトリチウムオートラジオグラフィ(TARG)がある。平成22年度は、脆化を示す高強度の7075アルミニウム合金について、無負荷でき裂がない場合に、水素が粗大な金属間化合物相(おもにAl_7Cu_2Fe相)から侵入することをTARGにより明らかにした。これを受けて平成23年度は同じくTARGを用いて、動的環境下(き裂先端)での水素挙動を明らかにすること、モデルとなるアルミニウム合金を作製しAl_7Cu_2Fe以外に存在するMgZn_2化合物の影響を調査すること、新たにステンレス鋼(SUS304)中の水素の挙動を明らかにすることを試みた。SUS304では、トリチウムの侵入深度が浅く、チャージ後の鏡面仕上げの際にその全てが取り去られ、分布を得ることはできなかった。一方アルミニウム合金で、動的環境下での水素侵入挙動を金属組織の関係で調査した。動的環境下での水素侵入挙動については、予き裂を導入したA7075-T6材およびA6061-T6材に応力負荷環境でTARGを行い、き裂先端への水素の侵入・集積を調査した。結果的にはトリチウムの侵入を確認することができなかったが、これはき裂近傍への乳剤の塗布が困難であることが原因と考えられた。また7000系合金の主要な金属間化合物であるMgZn_2相の水素の侵入挙動への影響を調査した結果、粒子サイズが大きい(1四m以上)MgZn2相は水素の侵入サイトとなるが、侵入への助長効果はAl_7Cu_2Fe相に比べて小さいと考えられた。二酸化炭素を排出しないクリーンエネルギーとしての水素を有効に利用するためには、水素により材料が脆くなる水素脆化を防止する必要があり、そのためには、引張応力が負荷されているときに材料に侵入・移動する水素(拡散性水素)の挙動を解明しなければならない。本研究では、水素の存在場所を金属組織との対応で明らかにする手法により、拡散性水素の挙動に関する基礎的知見を得ようとした。手法として、水素の放射性同位体であるトリチウムを利用したトリチウムオートラジオグラフィにより調査した。この方法では、引張応力が負荷されている状態で試料を液体窒素温度まで冷却し、拡散性水素の存在位置を凍結して観察することが可能である。水素脆化が報告されているフェライト系のSUS430J1Lステンレス鋼、Al-Zn-Mg系合金(実用7075合金とAl-Zn-Mg合金)を対象として、三点曲げにより0.2%耐力の9割の応力を負荷し、その際の水素侵入挙動を、無負荷の試料の水素侵入挙動と比較した。SUS430J1L鋼では、無負荷材で水素が検出されず、応力負荷材で粒界および粒内に水素が検出された。水素量は粒内より粒界の方が多かった。侵入した水素の多くは粒界へ移送され、粒界にトラップされたと考えられた。Al-Zn-Mg系合金でも応力負荷により水素の侵入量が増加した。

侵入位置は、実用のでAl-Cu-Feからなる第二相(7075合金のみ)および母相であった。ここではAl-Cu-Fe、および粗大な未固溶のMgZn2相以外の相は、分解の能関係で識別できていない。したがって今回母相と分類された侵入サイトも厳密には、粒界・粒内に析出したMgZn2相、Crを含む分散相、粒界、転位線のいずれかである可能性がある。応力負荷がない場合のアルミニウム合金への侵入挙動については、計画通り進行したが、応力負荷状態での侵入挙動を明らかにすることができなかったこと、および鉄鋼等他の金属材料の挙動を明らかにすることができなかったことなどから、計画に比べてやや遅れていると評価した。24年度が最終年度であるため、記入しない。上記の進捗状況を考慮し、材料種を拡げるのではなく、アルミニウムと鉄銅について詳しく検討を進めるとこにする。両材料について、水素脆化を示す材料とそうでない材料を試験材として、応力負荷状態での侵入挙動を確実に明らかにする。とくに鉄銅材料ではフェライト系かオーステナイト系かで挙動が大きく異なることが予想され、現在、両系およびフェライトとオーステナイトが混在する2相系のステンレス銅をそろえて、調査を始めつつある。
フォトニックバンドギャップを利用した光導波路に関する基礎研究

本研究は、2次元フォトニック結晶により構成される光導波路の特性解析を行った。解析法はWave Digital Filter原理に基づく時間領域差分法を用いた。まずはじめに、光導波路を構成するための2次元フォトニック結晶の特性解析を行った。ここでは、クラッド層を構成するために必要なフォトニック結晶の層数および、結晶の大きさと光の閉じ込めの度合いの関係を解析し、光導波路向きのフォトニック結晶の選択を行った。次にこれらの結果を用いて、基本的な2次元フォトニック結晶光導波路の特性解析を行った。ここでは、空間波数を求める方法のひとつであるProny法を時間領域差分法により得られた結果に適用することで、フォトニック結晶光導波路中を伝搬するモードを調べ、導波モードの界分布が伝搬方向にフォトニッタ結晶の格子定数の周期で変動することを示した。そして、これらの結果を用いてフォトニック結晶光導波路の分散特性を示した。次に光回路を構成する基本的な素子である、曲がり導波路、分岐導波路、方向性結合器等をフォトニック結晶により構成し、これらの回路素子の特性評価を行った。まず、直角曲がり導波路の解析を行い、曲げ部にポテンシャル障壁として結晶を配置することで共鳴トンネリングにより曲げ部からの反射波が無くなる帯域が現れることを示した。またこの反射が無くなる周波数帯域が曲げ部に置く結晶の大きさや誘電率に依存して変化することを示した。次に方向性結合器の解析を行い、フォトニック結晶光導波路により構成された方向性結合器も誘電体導波路によるものと同様に、導波層への光の閉じ込めが弱い光波ほど結合長が短くなることを確認した。そしてこの方向性結合器と曲がり導波路を組み合わせた波長分波器を構成し、低挿入損失、高消光比の分波器が構成できることを示した。これらの結果、フォトニック結晶を用いることで光の波長のオーダの大きさの光回路素子が構成可能であることを示した。平成10年度研究実績の概要本年度は、2次元フォトニック結晶の特性解析を中心に研究を行った。その研究実績は以下の通りである。1.様々な媒質条件、結晶構造の2次元フォトニック結晶の特性解析を行い、光導波路向きのフォトニック結晶の選択を行った。2.以上の結果を踏まえ、フォトニック結晶を用いて光導波路を構成し、光波が閉じ込められ伝搬することを確認し、その導波特性の評価を行った。3.簡単な光回路素子を構成しそのシミュレーションを行った。その結果フォトニック結晶を用いて光回路素子が構成可能であることを示した。本年度は、2次元フォトニック結晶により構成される光導波路の特性解析を中心に行った。まず、基本的な2次元フォトニック結晶光導波路の特性解析を行った。ここでは、空間波数を求める方法のひとつであるProny法を時間領域差分法により得られた結果に適用することで、フォトニック結晶光導波路中を伝搬するモードを調べ、導波モードの界分布が伝搬方向にフォトニック結晶の格子定数の周期で変動することを示した。

まず、直角曲がり導波路の解析を行い、曲げ部にポテンシャル障壁として結晶を配置することで共鳴トンネリングにより曲げ部からの反射波が無くなる帯域が現れることを示した。またこの反射が無くなる周波数帯域が曲げ部に置く結晶の大きさや誘電率に依存して変化することを示した。次に方向性結合器の解析を行い、フォトニック結晶光導波路により構成された方向性結合器も誘電体導波路によるものと同様に、導波層への光の閉じ込めが弱い光波ほど結合長が短くなることを確認した。そしてこの方向性結合器と曲がり導波路を組み合わせた波長分波器を構成し、低挿入損失、高消光比の分波器が光の波長オーダの大きさで構成出来ることを示した。
化合物アレイ型プラットフォームを用いたP450分子群の基質特異性解析法の開発

本年度はこれまでに開発した2-アセチルベンゾフランを利用するシトクロムP450基質判別法(2-ABF法)と既存の基質結合スペクトル解析やLC/MS解析を組み合わせることで、迅速かつ網羅的なP450基質特異性解析システムの構築を検討した。具体的には、基質候補ライブラリーとして、当研究室所蔵の合成サンプルおよび試薬1053種類を用いて、巨大菌由来P450BM3および緑膿菌由来P450camの基質スクリーニングを検討した。まず、一次スクリーニングとして、これまでに開発した2-ABF法によりNAD(P)HからNAD(P)^+への変換を促進する小分子を検出した。次にヒットした化合物が基質として結合するかを確認するため、二次スクリーニングとして基質結合スペクトルの測定を行った。これらのスクリーニングにより絞り込まれた基質候補小分子に関しては、別途P450による酸化反応を行いLC/MSにより酸化生成物の解析を行った。連のスクリーニングの結果、P450により酸化される基質小分子を判別することに成功したが、自身は酸化されずにNAD(P)Hの消費のみを引き起こす偽陽性小分子が一次スクリーニングにおいて多数ヒットするということも分かった。偽陽性小分子がヒットした原因として、還元酵素系によるNAD(P)Hの消費を促進する小分子と、自身は酸化されずにNAD(P)Hの消費のみを促進するアンカップリング反応を誘起する小分子の存在が考えられた。このような偽陽性小分子を効率よく除くために、還元酵素系のみ存在する条件で小分子を反応させた際のNAD(P)^+の検出と、アンカップリング反応に伴い生成する過酸化水素の検出を組み合わせた結果、偽陽性の低減に成功した。このように、開発した2-ABF法と過酸化水素検出法を組み合わせることで、P450基質のみを判定できるハイスループットスクリーニングシステムのプロトタイプを構築することに成功した。平成25年度の目的として掲げた、約1000種類の化合物を用いた、基質スクリーニング法のプロトタイプの構築に成功したため。現在適用している過酸化水素検出法は、検出感度に改善の余地を残している。今後は、より検出感度の高い過酸化水素検出法を適用し、P450基質のみを判定できるハイスループットスクリーニングシステムを確立する。
酸化亜鉛ナノロッドPN接合ダイオードの作製および紫外光LEDへの応用

本研究では、酸化亜鉛(ZnO)ナノロッドPN接合ダイオードの二次元配列からなるUV-LEDを作製することを目的とする。研究は、P形酸化亜鉛ナノロッドの作製・評価、ナノロッドPN接合ダイオードの作製・評価、UV-LEDの作製・評価から構成される。平成24年度までに、ZnOナノロッドの水熱法での作製法を確立し、電子ビーム露光でレジストのパターンを作製し、100nm角の穴にZnOナノロッドを選択的に成長することができた。また、p形ZnOナノロッドの作製は適当なドーパントを含む溶液が水熱法では見つからず、p形伝導を示すNioのナノロッドを水熱法で作製することを試みたところ、ナノロッドではなく、ポーラス層が形成された。NiO薄膜は、深紫外光で励起してもバンド端発光は見られないが、ナノポーラス層は、強いバンド端発光を示した。ナノポーラスNioがp形伝導を示すか不明であったが、ZnOナノロッドを作製した後、溶液を変え、NiOを水熱法で作製したところ、下地のZnOナノロッドは走査型電子顕微鏡観察では、見当たらなくなった。NiOとZnOが混合してしまったように思えたが、上部と下部電極を形成し、I-V特性を測定したところpnダイオードを示唆する整流性が得られた。しかし、逆方向のリーク電流が大きく、NiO/ZnOのヘテロ界面が良好に形成さているかは疑問であり、今後下地のZnOナノロッドに影響を与えないようにNiOの作製条件を最適化し、NiO/ZnOヘテロ接合pnダイオードを作製する。ZnOナノロッドの水熱法による作製において、容器の底にGaN基板を置いたところ、上部とは異なり、GaN上に垂直に成長するのではなく、不規則にナノロッドが横たわるように堆積した。この試料にバンドギャップ以下のエネルギーの光を照射したところバンド端発光が見られ、欠陥を介した二光子吸収が新たに見られた。(抄録なし)本研究では、酸化亜鉛(ZnO)ナノロッドPN接合ダイオードの二次元配列からなるUV-LEDを作製することを目的とする。初年度は、P形酸化亜鉛ナノロッドを比較的格子定数、結晶構造が整合するGaN上に電気化学的に成長する予定であったが、研究分担者Sarangi氏が、最近行っている水熱法による成長も行い、成長されたZnOを比較したところ、水熱法が結晶性に優れており、サイズもより小さいものが均一にできることがわかった。したがって、UV-LEDの作製には水熱法を主に使うことにした。また、P形の半導体としては、酸化ニッケル(NiO)のナノロッドを水熱法で作製することにした。酸化ニッケルは、ノンドープでP形半導体となることが知られており、ノンドープでN形半導体となるZnOと組み合わせ、PN接合を作製する研究が報告されている。今年度は、水熱法によるNiOナノロッドの成長条件の最適化を試み、ある程度の成果は得られた。また、水熱法のZnOの成長では、基板がなくても溶液中にナノロッドが成長することが初めて明らかになった。このナノロッドを溶液から取り出し、フォトルミネッセンスを測定したところ、基板上のナノロッドとは異なり、紫外光で励起すると強い白色発光を示した。さらに意外にもZnOのバンドギャップよりも低いエネルギーの可視領域のレーザーでもバンド端発光が弱いながら観察された。溶液中に成長したナノロッドは欠陥が多く、可視領域でブロードな発光スペクトルを示し、バンドギャップより低いエネルギーのフォトンの二光子吸収を欠陥を介して行うことがわかった。これらの結果から、溶液中に成長したナノロッドの白色蛍光剤へ応用が期待される。NiOも水熱法で作製が可能となったが、ナノロッド形状ではなく、ナノスポンジ形状となった。水熱法でGaN上に作製したZnOナノロッドは強いUV発光を示したので、その上にNiOを水熱法で堆積したPN接合の作製を今後行う。一方、ZnOナノロッドが化学的に溶液内に作製されることが分かった。その発光スペクトルには、バンド端のUV発光は見られず、非常にブロードな欠陥に起因する可視発光がみられ、白色LEDの蛍光剤への応用の可能性を検討した。青色LEDに励起したZnOナノロッドの発光と青色が混合して色座標において理想的な白色を示したが、強度は非常に弱く、蛍光剤への実用応用は難しいことが分かった。また、水熱法でGaN基板上にZnOナノロッドを作製した後、溶液内にもZnOナノロッドが存在することを見出した。このHe-Cdレーザーで励起した発光スペクトルには、弱いバンド端のUV発光の他に強い欠陥に起因する可視発光がみられた。ZnOのバンドギャップエネルギよりも小さい光を照射すると、弱かったバンド端発光が非常に強くなることが分かった。

この現象は、二光子吸収で説明され、励起された電子は、欠陥準位を介して二番目の光子を吸収してバンド端に励起され、欠陥準位は、価電子帯からの励起電子で埋まっているので、伝導帯に到達した電子は、価電子帯に直接遷移する傾向が高まるようである。欠陥を介した二光子吸収の波長依存性を調べ、欠陥の準位を明らかにしていきたい。本研究では、酸化亜鉛(ZnO)ナノロッドPN接合ダイオードの二次元配列からなるUV-LEDを作製することを目的とする。研究は、P形酸化亜鉛ナノロッドの作製・評価、ナノロッドPN接合ダイオードの作製・評価、UV-LEDの作製・評価から構成される。平成24年度までに、ZnOナノロッドの水熱法での作製法を確立し、電子ビーム露光でレジストのパターンを作製し、100nm角の穴にZnOナノロッドを選択的に成長することができた。また、p形ZnOナノロッドの作製は適当なドーパントを含む溶液が水熱法では見つからず、p形伝導を示すNioのナノロッドを水熱法で作製することを試みたところ、ナノロッドではなく、ポーラス層が形成された。NiO薄膜は、深紫外光で励起してもバンド端発光は見られないが、ナノポーラス層は、強いバンド端発光を示した。ナノポーラスNioがp形伝導を示すか不明であったが、ZnOナノロッドを作製した後、溶液を変え、NiOを水熱法で作製したところ、下地のZnOナノロッドは走査型電子顕微鏡観察では、見当たらなくなった。NiOとZnOが混合してしまったように思えたが、上部と下部電極を形成し、I-V特性を測定したところpnダイオードを示唆する整流性が得られた。しかし、逆方向のリーク電流が大きく、NiO/ZnOのヘテロ界面が良好に形成さているかは疑問であり、今後下地のZnOナノロッドに影響を与えないようにNiOの作製条件を最適化し、NiO/ZnOヘテロ接合pnダイオードを作製する。ZnOナノロッドの水熱法による作製において、容器の底にGaN基板を置いたところ、上部とは異なり、GaN上に垂直に成長するのではなく、不規則にナノロッドが横たわるように堆積した。この試料にバンドギャップ以下のエネルギーの光を照射したところバンド端発光が見られ、欠陥を介した二光子吸収が新たに見られた。研究分担者Sarangi氏が、11月末に研究室に来て本研究を開始したので、実質まだ4ヶ月程度であるが、Nioナノロッドの水熱法による作製に成功し、また、ZnOナノロッドが溶液中に成長することを見出し、成長したナノロッドが高強度の白色発光することがわかった。このナノロッドは白色LEDの蛍光剤として利用できる可能性があり、短期間ではあるが、得られた研究成果は産業上も意義がある。予定通り、ZnO、NiOの水熱法による作製条件が確立しているので、最終年度には、ZnOとNiOを組み合わせることが可能である。また、ZnOナノロッドの光学特性については数多くの発見があり、今後論文等に掲載される。今後は、ZnO上のNiOの成長を確立し、ZnOナノロッド上へのNiOの成長を試みる。ZnOナノロッドを電子線露光でレジストパターンを形成したZnO表面にZnOナノロッドを選択的に成長し、その上にNiOナノロッドを成長する。基板とNiO表面側に電極を付け、そのI-V特性からPNダイオードの形成を確認する。また、平成23年度の研究成果である溶液中に水熱法で作製されたZnOナノロッドの白色LED蛍光剤としての性能を評価し、実用化を検討する。これらの結果を学会等で公表していく。学振の外国人特別研究員は11月末までが任期なので、これまでの成果を海外の主たる学会で発表し、論文も執筆する予定である。
18・19世紀イギリス植民地支配とロマン主義文学

1.18-19世紀イギリス帝国支配、植民地支配とロマン主義文学との関係性を解明しようとする拙者の研究の一環として、当時の航海記録や旅行記など大英帝国支配や科学的探求に関する資料収集を行った。またそれらの記録や旅行記に関連する文学テキストの分析を行った。2.1770年から1830年の問に書かれた批評書、新聞記事、この間になされた講演の中で東アジアにおけるイギリス帝国支配に関する資料とロマン主義文学との関係性を考察し、さらにそれぞれの事象に関わる被帝国支配者側の記録を分析することを試みた。5.今後引き続き、茶とアヘン貿易を巡る政治的、歴史的意義をS.T. ColeridgeとThomas De Quinceyの文学テキスト及び批評を中心に分析を試みる。また東アジア地域のみならず広域に広がるイスラム世界におけるイギリス帝国支配の展開とロマン主義テキストとの関連を分析するための資料収集を行う予定である。1.18・19世紀イギリス帝国支配、植民地支配とロマン主義文学との関係性を解明しようとする拙者の研究の一環として、東インド会社の中国広東地方との交易、大英帝国の東アジア支配に関する資料収集を、2004年8月の二週間、イギリス、ロンドン大学、東洋アフリカ研究所(SOAS : School of Oriental and African Studies)において行った。2.「Coleridgeと中国庭園('jardia anglo-chinois')」と題し、2004年10月17日、イギリス・ロマン派学会、第30回全国大会(会場:京都大学)において研究発表を行った。当時のシノワズリーとしての中国庭園の政治性とGeorgeIII派遣による大英帝国初の対中国Lord Macartney全権大使による報告書を手掛かりに、Coleridgeの批評、講演、詩作品を分析した。1.18・19世紀イギリス帝国支配、植民地支配とロマン主義文学との関係性を解明しようとする拙者の研究の一環として、当時の航海記録や旅行記など大英帝国支配や科学的探求に関する資料収集を行った。2.「地球磁力と極への探求:ColeridgeとMary ShelleyのFrankensteinを中心に」と題し、2005年11月26日、第128回関西コールリッジ研究会(会場:同志社大学)において研究発表を行った。Edmund Halleyの極のモデルはErasmus DarwinやColeridgeに影響を与え、Captain James Cookの3回(1769-80)に及ぶ航海の目的の一つに地球磁力と極への科学的探究があり、これらは地球全体を図化しようとするヨーロッパの自我の構築の一局面である。磁力と極に関する地球規模の科学的探究がMaryとColeridgeの著作に与えた影響とその意味を考察した。3.「Coleridgeと中国庭園(`Jardin Anglo-Chinois')」と題する論文をイギリス・ロマン派研究(イギリス・ロマン派学会機関誌第29・30合併号)に投稿し、受理され、2005年3月末に出版された。シノワズリーとしての中国庭園に関する議論、マッカートニー中国使節団による一連の旅行記、記録を当時のロマン派の批評、講演、詩作品と対照させ、中国庭園の持つ美学的、政治的な多義性をイギリス帝国支配の歴史的脈略において分析した。過去3年間に渡って資料収集にあたってきたイギリス帝国支配と植民地支配に関する基礎資料の補完を中心に進めた。京都近辺の大学図書館及びロンドン大学のSOAS (School of Oriental and African Studies)の電子資料を利用して資料収集を行った。2.1770年から1830年の間に書かれた批評書、新聞記事、この間になされた講演の中で東アジアにおけるイギリス帝国支配に関する資料とロマン主義文学との関係性を考察し、さらにそれぞれの事象に関わる被帝国支配者側の記録を分析することを試みた。東アジアとイギリス帝国支配の関係を紐解くための参考資料は希少であるため、インターライブラリー・サービスを使い、日本国内の国公立大学及び私立大学図書館から可能な限りの資料収集に従事した。3.東インド会社の中国広東地方との交易に注目し、とりわけ茶とアヘン貿易を巡る政治的、歴史的意義をS.T.ColeridgeとThomas De Quinceyの文学テキスト及び批評を中心に探求し、その分析を試みた。

4.ロマン主義の時代がイギリス帝国支配、植民地支配の質が劇的に変容する時期と重なっていることに注目し、東アジア地域のみならず広域に広がるイスラム世界におけるイギリス帝国支配の展開とロマン主義テキストとの関連、影響関係を分析するための資料収集を行った。今後はこのテーマをさらに深めていくための資料収集を続けながら、手に入れられた資料を中心にデータベースを作成することに取り組む予定である。
対流圏における準二年振動(QBO)の全球構造

熱帯対流圏の東西風、熱帯太平洋の海面水温、および対流活動には、ENSO(エル・ニーニョノ南方振動)の数年周期のモードと並んで、約2年の周期(QBO)がけん著に認められることがわかった。特にこの周期の振動は、熱帯大気・海洋結合系に固有な振動モードであることが、それぞれの要素の位相関係から判明した。この熱帯大気・海洋結合系におけるQBOは、インドモンスーンにみられるQBOと密接に関連していることも明らかとなった。即ち、夏のインドモンスーンの変動に関連して、特に西太平洋での海水温、混合層水温がけん著に変動し、その偏差は、夏のモンスーンに引き続く冬に最大となり、次の年のモンスーン直前までの偏差が続く傾向にあること、この海水温偏差形成に関連して、赤道太平洋域の対流圏上、下層の東西風にも、モンスーンに引き続く秋から冬にかけてけん著な偏差が現われ、上述の熱帯・大気海洋結合系が、アジアモンスーンをも包含するシステムとして振動していることが強く示唆された。さらに、QBO的なインドモンスーンの振動は、北半球中、高緯度の代表的なテレコネクション・パターンと、時差を持ちつつも密接に関連していることが明らかとなり、対流圏QBOの(南半球を除く)全球的な時空間構造が明らかとなった。また、この熱帯対流圏QBOは、熱帯成層圏に見られる東西風のQBOとも、何らかの物理過程を通してリンクしていることを示唆させる結果が得られた。太平洋全域の海面水温及び熱帯西部太平洋における混合層水温の経年変動を調べた結果,明りょうなQBOの存在することがわかった.この海水温のQBOは,赤道太平洋上では東進の位相を示し,エル・ニーニョ/南方振動(ENSO)と密接に関連していることが示唆される.西部太平洋の混合層水温におけるQBOは冬期に最大の振巾を示し,しかもその前の夏のインドモンスーン降水量と高い正相関を有することが示された.すなわち,夏のモンスーンが(不)活発な時には,引き続く季節(秋・冬)における海洋混合層の発達が強(弱)いという関係である.この西部熱帯太平洋の混合層の発達は, ENSOの開始にとっての前提(必要)条件として最近注目されており,その意味で,インドモンスーンのQBOモードの経年変動は,西部熱帯太平洋の混合層の発達をコントロールするという過程を通じて, ENSO発現のポテンシャルを作り出しているといえる.また, QBOは,インドモンスーン降水量や海水温のみならず,インドネシア地域の降水量にも顕著であり,これら2つの要素は,夏のインドモンスーンと,次の冬のインドネシアモンスーンとの間に,特に高い相関を持って変動している.すなわち,南アジアから海洋大陸にかけての対流活動には,この付近の海水温変動とも関連してQBOモードが卓越しており,その振巾の極大域は,対流活動中心の季節変化に対応して移動していることが示される.また,この熱帯対流圏のQBOと,熱帯成層圏のQBOにも,コヒーレントな位相関係のあることが,シンガポールの風の解析から明らかとなった.一方,インドモンスーンのQBOは,ユーラシア大陸での積雪変動とも密接に関連していることが明らかとなった.今後は,中・高緯度の大気循環と,この熱帯対流圏のQBOとの関係を明らかにする予定である.熱帯対流圏の東西風、熱帯太平洋の海面水温、および対流活動には、ENSO(エル・ニーニョノ南方振動)の数年周期のモードと並んで、約2年の周期(QBO)がけん著に認められることがわかった。西部熱帯太平洋の海水温、混合層水温には、けん著な23年周期が見られ、この地域の海水温変動の最も卓越する振動モードとなっていることが、まづ明らかにされた。これは、東部太平洋で数年周期のENSOモードが卓越することと、非常に大きな対照をなしている。このQBO的な海水温変動は、特に北半球冬に振巾が大きいことも示された。さらに、この海水温のQBOは、夏のインドモンスーンの変動と密接にリンクしており、インドモンスーンが強い(弱い)夏の後に、秋から冬にかけて、海水温偏差が正(負)となることが明らかとなった。

この時差を持った強い相関は、活発(不活発)なインドモンスーンに引き続いて東南アジアから西太平洋域での対流活動が活発(不活発)となること、これに伴って熱帯東西循環が強(弱)められ、下層では西太平洋インド洋では西風、東・中部太平洋では東風が強(弱)められることにより海水温偏差が形成されることを示す。人工衛星からのOLR(赤外放射)資料、NMC風資料による解析は、この物理過程を示持している。さらに、赤道地域の対流圏・成層圏を通じた東西風成分の解析では、対流圏のQBO的変動が、成層圏QBOと無関係ではなく、密接にリンクして変動をしていることが明らかになった。即ち、圏界面へと下方伝揺する東(西)風成分の位相と、やはり対流圏下層から圏界面へと上方伝揺する東(西)風成分の位相が少くとも1964-1982の19年間においては、ずれることなく、圏界面付近で同期していることが明らかとなった。この現象を説明する物理機構は、今のところわかっていないが、これまでの成層圏QBOの機構に関する理論に、一石を投ずるものとして期待される。
木質バイオマスを原料とした工業用高品質ダイヤモンド膜の低温・常圧合成

本研究では、木炭を原料として機能性炭素膜であるダイヤモンド薄膜を、独自の水素プラズマを用いて、超高温高圧な条件を経ずに合成することを目指している。その結果、プラズマとの反応により木炭原料から生成されるガスはメタンで有り、グロー放電を維持している場合は、生成ガス種はプラズマパラメータに依存しない事を明らかにした。また、木炭中に含有されるミネラル由来の不純物は、水素エッチング後も原料側表面に残存するため、炭素原料の精製作用があることが明らかとなった。現在までに、本手法にてグラファイト様炭素膜が得られており、グラフェン形成への可能性を新たに見いだした。本研究では、廉価な木質バイオマス:木炭を原料に用い、高品質な工業用ダイヤモンド薄膜の低温・常圧合成を可能にする材料プロセスを開発することを目的としている。具体的には、申請者が独自開発してきた常圧近傍・低温の高密度水素プラズマを用い、その特異的な反応場を巧に利用して木質バイオマス原料から単一炭化水素ガスを遊離し、高純度ダイヤモンド薄膜を合成するプロセスを確立することである。そこで本年度は、1.高密度水素プラズマによる木質バイオマス(木炭)の高効率ガス化条件の確立を具体的な目標とした研究を行った。現有のマイクロ波プラズマ装置にて木炭のガス化処理を可能とするための小型の専用反応器を設計製作した。ここで、木炭の水素化反応は、グラファイトおよびグラッシーカーボンなどの固体炭素源の水素化反応で得た知見から、200°Cから400°Cの温度範囲に最大のエッチングレートを示す温度が存在すると予想されたため、木炭原料の温度を任意制御可能なものとした。本研究では木炭原料の比較のため、国産のウバメガシからなる白炭と黒炭を原料として選択し、これらの木炭原料に対して水素プラズマを曝露し、生成されるガス種(分子の種類)を気相赤外吸収分光法により得られるスペクトルから同定した。生成される炭化水素ガス種の主たる成分は、メタンである事が明らかとなった。また、プラズマ生成条件(電力、圧力、水素流量)が木炭のエッチング挙動に与える影響を系統的に明らかにするとともに、プラズマによる反応生成ガス中の炭化水素以外の成分を抑制するためには、処理前の脱ガス処理が重要である事が分かった。本研究では、研究代表者が独自開発してきた常圧近傍・低温の高密度水素プラズマを用い、その特異的な反応場を巧に利用して木質バイオマス原料から単一炭化水素ガスを遊離し、高純度ダイヤモンド薄膜を合成するプロセスを確立することにある。そこで本研究では、まず天然由来の炭素原料である白炭の気体(水蒸気)の吸・脱着特性を明らかにするため、その気体の吸着特性を調べた。気体吸着による木炭重量の増加は、空気曝露時間の平方根に比例する関係が得られ、木炭内部へのガスの拡散挙動に支配されている事が分かった。また、用いたウバメガシ白炭は、何れも乾燥重量に対して平均7%程度の質量の水を安定して吸着し、この吸着水分は、150°C程度から顕著な脱離が見られ、800°Cでの脱ガス操作により枯渇することが明らかとなり、脱ガス処理後の白炭を用いれば、成膜における水の影響はほぼ無視し得ることが分かった。次に、高密度水素プラズマに曝露した際、白炭に5%程度の濃度で含有される土壌由来のSi、Al、Ca、Mg等の不純物が、どの様な挙動を示すかを調べた。木炭中に含まれる前記の不純物は、水素プラズマにより曝露された後には、木炭表面に直径がサブミクロンサイズの繊維状凝集体として大部分が存在している事が分かった。このことから、本成膜法には、原料中に含有されるこれら不純物に対して精製作用を有している事が確認された。また、工業用炭素材料とのエッチング特性の比較では、木炭が最もエッチングされにくい材料であること、得られるガスは何れもメタンが主体で有ること、エッチング速度の温度依存性はほぼ同等であることが明らかとなった。また白炭原料が設置された電極においても、マイクロ波プラズマを容易・安定に生成できることが分かった。木炭原料を用い室温に保持されたSi基板上へは、SiC薄膜およびグラファイト薄膜の形成が可能である事が明らかとなった。プラズマ科学、材料科学、特殊加工本研究では、廉価な木質バイオマス:木炭を原料に用い、高品質な工業用ダイヤモンド薄膜の低温・常圧合成を可能にするプロセスの開発を目指している。確立を目指すダイヤモンド合成プロセスは、大まかに分類すると水素プラズマを用いて木質バイオマス原料から炭化水素ガスを生成する工程、さらには生成したガスを利用してプラズマによりダイヤモンド薄膜を合成する工程からなる。全研究期間2年の内、本年度の研究実績により、この前者の工程を把握し高効率化するために必要な知見が得られているため、おおむね順調に進展していると判断した。

本年度の研究実績を踏まえ、今後は以下の2点を達成するための研究を推進する。1.木質系バイオマス由来不純物の精製・除去プロセスの開発木炭中には、灰分を構成する元素が最大1wt%程度含有されている。そのため、木炭からダイヤモンド薄膜を形成するに当たり、これら灰分元素の輸送挙動を把握する必要がある。具体的には、様々なプラズマ生成条件にて木炭原料から炭素薄膜を作製し、膜中の各種灰分元素濃度と木炭原料中濃度を定量比較することで、各種不純物元素の輸送特性を評価する。さらには、プラズマの発光分光スペクトルに現れる、各種不純物元素からの発光線にも留意し、不純物元素の輸送経路を検証する。2.高品質ダイヤモンド薄膜の高効率形成プロセスの確立ここでは、木炭原料由来の炭化水素ガスを用いて、Si基板上へ種々の炭素薄膜を形成し、ダイヤモンドの形成が可能となる条件をまず見出す。とりわけ条件の探索に当たっては、メタン原料を用いたCVDで報告されている条件を参考にして進める。その後、成長条件(投入電力,ガス組成、基板温度、圧力)と結晶性(不純物濃度、ラマンスペクトル、欠陥密度)、成長速度、利用効率の相関を明らかにし、本手法により形成されるダイヤ膜の高品質化に必要な因子を見出し、最適成長条件を確立する。原料および試料の評価測定に関して、当初外部委託を予定していたものが学内装置の利用が可能となったこと、さらにはマイクロ波電極、真空部品、赤外吸収分光装置の窓材等の実験消耗品の交換回数が、当初予定していたよりも少数回で終えられたことによる。平成26年度には、原料中不純物の精製・除去プロセスの確立とダイヤモンド形成の実証を目的としている。とりわけ前者のプロセスを確立する上で、木質バイオマス中の灰分由来不純物の輸送特性を明らかにするための実験を計画している。上記の理由にて発生した次年度使用額は、本年度に予定している木炭中の灰分不純物の輸送特性を把握するために必要な不純物濃度測定の測定サンプル数、および測定対象元素数を増強し、より緻密なデータを採取することで、不純物輸送特性の精密な解明のために使用する予定である。
信仰の受容と信者組織に関する実証的研究

本研究は、真如苑という教団の信者組織を対象として、信仰の受容過程を実証的に研究することを目的とした。まず、真如苑総本部において、信者組織について聞き取り調査を行ない、ついで、そのリーダーや様々な面で活躍している信者にインタビュー調査を繰り返した。その結果、信者組織や年齢別組織などのそれぞれの部門が、信仰を広め、深めるのに様々なネットワークをきっかけに用いていることと、数多くの言葉の学習によって、信仰を深めていることが明らかになった。信者組織の中におけるネットワークに関しては、質問紙を用いた調査を計画を、質問文を検討するためのプリテストを行ない、コーディング後、データ入力し、集計した。その結果、不適切な質問文のいくつかを修正した。また、信仰を深める上での言葉の問題については、教団の機関誌を教祖の死の前後5年づつを文字のまま入力した。そしてそこに出現する単語を検索し、分析した。その結果、機関誌で使われる言葉に変化があることを見いだした。教祖を示す言葉は、平成元年以前の生前が多いのはもちろんのこと、死後も約2年間は高い割合で出現する。しかし平成3年頃から出現頻度は減少する。教祖の後継者を指し示す言葉は、昭和の間はほとんど出現しないが、教祖の死後直後から数十回の単位で、出現するようになる。また、平成3年からの、教祖の遺言に基づく新体制発足時には、後継者を指し示す言葉が特に多く出現する。また、後継者や新しい体制を指し示す、新しい言葉が短期間の間に繰り返し出現する。このような教団側の教えに対応して、信者が使う言葉も変化している。これは単語としては、教団の機関誌の変化に即座に対応して出現するが、その単語に係る修飾語をも伴った形で使われるようになるのは、1年程度の期間を要するようである。以上のような教団側から信者への変化の伝わり方を分析結果としてわかりやすく示す方法を考え、発表して行きたい。
RNAポリメラーゼの金属をとりまく局所の構造と機能

大腸菌RNAポリメラーゼは、α_2ββ'σのサブユニット構造をもち、亜鉛を含む金属酵素である。転写調節蛋白因子やDNAの転写調節シグナルとの相互作用による、その機能特異性、特に転写対象遺伝子選択特性変換機構の解明を目的として、各種の転写因子やDNA調節シグナルとの接触実体の解明を目指した。まず分子間接触に異常をもつRNAポリメラーゼ変異体を単離し、変異部位の分析から、RNAポリメラーゼ分子上にそれらの接点を推定した。これら遺伝解析から得られた結果をより直接的に検証する目的で、本年度はふたつのサブユニットα及びσ上の推定接点領域のアミノ酸をシステインに置換し、本研究で開発した核酸及び蛋白質切断活性をもつ化学試薬Fe-BABEを結合した。サブユニット結合Fe-BABEによる接触相手蛋白質またはDNA分子の切断部位を配列分析から決定することに成功した。これらの成果は、転写研究に新たな突破口を開いたのみならず、生体における分子間相互作用解析のために、新たな研究方法を開発した意義としても評価された。
乳酸値(d体)を用いた腸管虚血・壊死の早期診断法の確立

ラットの腸管虚血モデルと下肢虚血モデルを作成し、採取した血漿中の1体およびゴ体乳酸濃度の経時的変化を測定した。腸管虚血で特異的に産生されるゴ体乳酸は腸管虚血群でのみ阻血後30分以降に上昇したのに対し、全身の組織虚血に伴って産生される1体乳酸は両群ともに高値で推移した。ゴ体乳酸が腸管虚血・壊死の鋭敏なマーカーとなる可能性が示され、迅速診断キットの開発により早期診断が可能となると考えられた。嫌気性代謝の最終産物である乳酸は、組織の酸素需給バランスを反映する。心拍出量や酸素飽和度などの酸素供給量を規定する因子が障害される病態で、血中乳酸値(以下、乳酸値)が経時的に増加あるいは高値が持続する場合には、生命予後と強く関連する。同様に虚血による乳酸産生が増加する急性腸管虚血では、補助診断として乳酸値の有用性が報告されているが、経時的な推移と腸管虚血の診断・予後との関連については十分に検討されていない。乳酸には2つの光学異性体(l体、d体)が存在し、l体があらゆる臓器において低酸素の状況で増加するのに対し、細菌由来のd体は哺乳類の組織では産生されず、腸管虚血による粘膜障害が生じ、腸内細菌の異常増殖が起こると門脈血流へ放出される。したがって、d体は腸管虚血に特異的なマーカーとなりうると考えられる。現在は迅速に両者を区別して測定することはできないため、早期診断には応用できないが、d体のみを迅速に測定可能となれば小範囲の腸管虚血を高感度で検出できる可能性がある。本研究は、血中乳酸値の推移の把握し、乳酸の光学異性体のうちd体の特異的な測定法を確立することを目的とする。上腸間膜動脈阻血モデル(腸管虚血・壊死モデル)およびそれと比較・検討するための外腸骨動脈阻血モデルのプロトコールを詳細に作成した。また、乳酸値からd体乳酸値のみを測定するプロトコールの作成を詳細に行った。実験に必要な薬品・物品などを準備するとともに、保存血清の各種血清サイトカイン測定用のキットなども準備した。乳酸の光学異性体(l体、d体)の特異的な測定法を確立し、上腸間膜動脈阻血モデル(腸管虚血群)および外腸骨動脈阻血モデル(下肢虚血群)を用いて虚血後のl体乳酸、d体乳酸の経時的変化を観察した。l体乳酸は腸管虚血群、下肢虚血群とも同様に高値を示していた。一方、d体乳酸は下肢虚血群ではほとんど上昇がみられなかったのに対し、腸管虚血モデル群では虚血30分・60分後に高値を示し、120分には低下するという結果が得られた。通常測定できない乳酸の光学異性体を個々に測定することが可能となり、腸管虚血・壊死の迅速かつ特異的なマーカーになる可能性が示唆された。今後、臨床検体(血清)を用いた乳酸光学異性体の測定を行う予定である。
非線形システムに対する数値数式混合型制御系設計に関する研究

本研究では,非線形システム,とりわけ多項式システムに対する制御系設計の方法を検討した.二乗和の手法を利用して,多項式非線形システムに対する状態フィードバック設計,オブザーバ設計,入力状態安定性解析の手法を提案した.さらに,二乗和と限量記号消去法を併用して,入力状態安定性解析において,非線形ゲイン関数を最小化する手法を提案した.一方で,二乗和の手法をゲインスケジューリング制御に適用した.その際,計算量を抑えることで,アクロボットに対する姿勢制御の状態フィードバック則を設計でき,実機による実験が行われた.本研究では,非線形システム,とりわけ多項式システムに対する制御系設計の方法を検討した.二乗和の手法を利用して,多項式非線形システムに対する状態フィードバック設計,オブザーバ設計,入力状態安定性解析の手法を提案した.さらに,二乗和と限量記号消去法を併用して,入力状態安定性解析において,非線形ゲイン関数を最小化する手法を提案した.一方で,二乗和の手法をゲインスケジューリング制御に適用した.その際,計算量を抑えることで,アクロボットに対する姿勢制御の状態フィードバック則を設計でき,実機による実験が行われた.非線形システム,とりわけ多項式システムに対する制御系設計の方法を検討した.多項式システムにおいて,線形システムに見られるような状態空間表現は一意ではない.そこで,制御系設計を二段階に分けて行う方法を提案した.まず,与えられた適当な擬似状態空間表現の多項式システムに対して,安定性を保証するリアプノフ関数とコントローラを行列二乗和の方法と線形行列不等式を用いて決定する.つぎに,得られたリアプノフ変数に定数倍の自由度を持たせ,同時に擬似状態空間表現の自由度6を利用して,その定数と擬似状態空間の自由度を決定する.このとき,新しいコントローラも得られる,この方法により,最適制御問題に対しては,性能を落とさずに制御入力を小さくでき,入力および状態拘束をもつ多項式システムの安定化については,不変集合を大きくすることが可能になった.つまり,システムを安定化できる状態空間上での領域が増えたことになる.設計を二段階として性能を高めるために,多項式行列の零化イデアルを必要とした.これは,いわゆる消去補題の応用であり,従来用いられていた線形行列の零化イデアルを拡張して,設計の保守性を減らすことが可能となる.幸いなことに,この零化イデアルは線形の連立方程式を解くことで容易に得られ,しかも線形行列不等式とも同時に解くことが可能である.したがって,二度目の設計によって,適切な擬似状態空間の自由度とコントローラを同時に得ることができるようになった.このことは,多項式システムの制御系設計にとって,一つの進歩であると考えられる.おもに多項式システムに対するオブザーバの設計法,入力状態安定性を解析する手法の提案,パラメータ依存システムとして定式化された劣駆動機械の制御系設計を行った.いずれも設計・解析条件を状態変数またパラメータの二乗和で緩和する手法をとっている.まず,吸引領域が既知である状態フィードバックゲインが与えられている状況におけるオブザーバの設計法を提案した.この設計によって補償できることは二つある.一つは,与えられた領域において,推定誤差の収束すること.もう一つは,さきに与えられた状態フィードバックを推定値で置き換えた出力フィードバックを用いることで,閉ループ系が新たな吸引領域をもつことである.これらは,非線形シミュレーションにより有効性を確認されている.また,入力状態安定性を解析する手法では,いくつかの単調増加関数の存在を保証するため条件を二乗和で表すことで,多項式という限られたクラスではあるものの,入力状態安定性の保証と一つのゲイン関数を数値計算で求めることができるようになった.その際,線形ゲインの非存在性を厳密に確認するために,限量記号除去法を併用した.以上をもとに,相互結合系や直列結合系の入力状態安定性を調べる条件も計算できるようになった.さらに,アクロボットと呼ばれる劣駆動機械に対して,パラメータが多項式に依存するようなパラメータ依存線形行列不等式問題を定式化し,姿勢制御を行うような制御系の設計を行った.そのほか,有限時間有界安定性の解析条件を求め,計算手法として二乗和による手法を提案した.本年度はまず,従来までの二乗和による成果をアクロボットの姿勢制御のための制御系設計を通して検証することをおこなった.このような試みは,実用性を検証するうえで重要である.二乗和の成果をそのまま適用する場合,いくつかの困難に直面する.一つは,多項式以外の関数が制御系設計に存在すること,制御性能を向上させようとする場合に計算量が過大となることである.これらの困難に対処するために,アクロボットの制御系設計においては,物理モデルに現れる三角関数を適当な次数で打ち切り,各状態量の特性を考察することで設計モデルの大幅な簡略化を試みた.また,二乗和によって得られる制御性能を本質的に変えずに定式化における計算量の低減化を試みた.具体的には,二乗和条件からアクロボットの角速度を表す変数を排除すること,拘束条件の表現を工夫して二乗和マルチプライアの数を減らすこと,Schur補題を用いて行列値二乗和マルチプライアのサイズを減らすこと,である,これらの低減化の効果を最終的に解かれるべき半正定値計画問題に現れる半正定値拘束のサイズを評価することで示した.ところで,関数の近似の際に切り捨てた項については,厳密に考えればシステムの安定性に影響を与える.このことを調べるために,おもにメカニカルシステムを想定して,打ち切りによる安定性の影響を調べる研究に取り組んだ。

具体的には,テーラー展開による打ち切り次数とその剰余項の上下界から,ロバスト安定解析のための条件を導いた.以上の制御系解析および設計では,対象は非線形システムでも線形なゲインを扱っていた.しかし一方で,数値計算と数式処理,とくに限量記号消去法(QE)を併用することで,非線形なゲイン解析に有効であることがわかってきた.ただし,直接QEを適用することは困難であるため,数値計算である二乗和の手法でゲイン関数の構造の存在を検証した後,QEを適用することが必要となる.
偏波を自在に制御する半導体マイクロリング偏光スイッチの開発

申請者らは,半導体における位相(屈折率)変化を用いた光変調器,光スイッチの高速化,低動作電圧化,高機能化に取り組み,巨大な電界誘起屈折率変化が期待される5層非対称結合量子井戸(FACQW)とマイクロリング共振器(MRR)をベースに,その光制御デバイスへの応用の研究を行ってきた.そこで,上記の大きな電界誘起屈折率変化を有するFACQWとMRRの位相変化増大効果を活用した光変調器・光スイッチの研究成果を偏光制御へ展開することで,次世代光通信のための半導体偏光制御スイッチを実現すべく,本研究を開始するに至った.本研究は,マイクロリング共振器と大きな電界誘起屈折率変化特性を有する半導体ポテンシャル制御量子井戸を融合した,小型・高速動作のマイクロリング偏光スイッチを提案し,その有用性を実証することを目的としている.今年度は,基本的な素子構造の提案とその特性解析を行った.マイクロリング共振器の導波路には,これまで開発してきた化合物半導体非対称結合量子井戸構造をコア層に有するハーフリッジ構造を用いた.結合量子井戸のTE光に対する屈折率変化がTM光に対するそれよりも極めて大きいという偏光依存性と非対称なハーフリッジ構造による偏光主軸の傾きを組み合わせる.これにより,周長約130ミクロンという小さいマイクロリング導波路において,低印加電圧で大きな偏波回転が生じることを,伝搬行列法を用いた理論計算により示した.また,2本のバスライン導波路をマイクロリング共振器に結合するための偏光無依存方向性結合器構造を初めて提案した.2本の対称構造と非対称構造が接続された方向性結合器となっており,ある程度の作製誤差であれば問題なく光結合率0.2前後で動作することも理論計算により確認した.本素子を用いれば,マイクロリング共振器の共振波長において,TE光とTM光のスイッチングが30dB程度の消光比をもって可能であることを理論的に示すことができた.動作電圧は,非対称結合量子井戸の電界誘起屈折率変化量に依るが,動作電圧を1V程度以下にすることも充分可能である.以上のように,本研究で提案する偏光スイッチの具体的な素子構造を提案し,超高速光通信用小型偏光制御素子の実現可能性を示すことができた.今年度の最大の課題となっていた偏光回転を行う具体的な導波路構造とその動作原理,物理の解明に成功したので,概ね順調に進展していると考えている.ただし,提案する素子の小型化のためには,さらに高効率な偏波回転を行う導波路構造を追求したいと考えているので,実際の導波路構造の作製およびその評価は,当初の予定とは異なり,次年度に行なうこととした.本研究は,マイクロリング共振器と大きな電界誘起屈折率変化特性を有する半導体ポテンシャル制御量子井戸を融合した,小型・高速動作のマイクロリング偏光スイッチを提案し,その有用性を実証することを目的としている.昨年度は,ハーフリッジまたはL字型断面を有する光導波路とマイクロリング共振器を組み合わせたTE/TM偏波変換スイッチを提案したが,今年度は,さらに偏波制御の自由度を高めるため,偏波変調器用ダブルマイクロリング位相変調器を提案した.ポテンシャル制御量子井戸をコア層としたマイクロリング共振器2個を直列接続して位相変調器とし,直線偏光-楕円偏光間を変換するパッシブ偏光変換器と組み合わせることで,透過光の偏光状態を自由に変換できる.ダブルマイクロリングを用いるのは,そのドロップポートのフラットバンド特性を利用し,出力光の偏光状態によらず出力強度を一定にするためである.理論計算により,ポテンシャル制御量子井戸の大きな電界誘起屈折率変化と,マイクロリング共振器の位相変化増大効果を用いることで,従来の位相変調器よりも長さを1/10程度までに低減できることを明らかにした.並行して,素子作製技術の確立を昨年度に引続き行った.オール電子ビーム露光を用いた導波路,電極パターニングを試み,ほぼ作製プロセスを確立するまでに至った.プロセスの最終段階である上部電極パターンのリフトオフプロセスの再現性に問題が生じたが,解決できる見通しである.当初の計画では,マイクロリング共振器単体での偏波制御素子を目指していた.検討の結果,偏波変換スイッチを提案するに至ったが,その機能がTE/TM偏波変換スイッチングに限定されてしまうこと,マイクロリング共振器の位相変化増大効果を十分生かし切れないことが明らかになってきた.そこで,偏波変換はパッシブ導波路を用いて行い,位相変調を分離し,ダブルマイクロリング共振器を用いて動的に制御する構造を新たに提案した.当初の計画と素子構造はやや異なるが,目的の機能を有する点で同等である.一方,オール電子ビーム露光法による作製プロセスの確立にやや遅れが出ており,まだ素子完成に至っていない.プロセスの最終段階である上部電極パターンのリフトオフが成功する確率が低く,その再現性に問題が生じているが,次年度の早期に解決できると見込まれる.本研究は,マイクロリング共振器と大きな電界誘起屈折率変化特性を有する半導体ポテンシャル制御量子井戸を融合した,小型・高速動作のマイクロリング偏光スイッチを提案し,その有用性を実証することを目的としている.昨年度は,偏波制御の自由度を高めるため,ポテンシャル制御量子井戸をコア層とした偏波変調器用ダブルマイクロリング位相変調器を提案した.今年度は,さらに偏波制御性を高めるため,新しい構造を有するストークスベクトル変調器の提案を行った.ストークスベクトル変調器の基本要素として,ダブルリング位相変調器,マッハ・ツェンダー光強度スイッチ,TE/TMコンバータ,偏光コンバイナを新たに設計し,その実現可能性を示した.