hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｈａｒｄｙ－Ｓｏｂｏｌｅｖ不等式に関連する最小化問題

Lebesgue空間の可積分指数を変数にすることにより,より厳密なコンパクト・非コンパクトの十分条件を導出することができ,さらにこのコンパクト性の結果を準線形楕円型方程式に応用した.有界領域上では非線形の性質を持ち,無限遠方では線形の挙動をする方程式で,この2つの性質を同時に持つことで解析上の困難が生じるが,その部分を解決することにより,正値解の存在を示すことができた.これらの結果は,全空間で定義されたSobolev空間でのみ起こる有界列の消失現象による非コンパクト性をより詳しく厳密に解析する研究の一助となると考える.Neumann型の問題における,領域の幾何学的性質の影響に関する一定の成果は得ることができたため,今後の研究においては,残されている3次元の問題,臨界問題の一部分についての問題及び符号変化制約条件下の最小化問題の研究に尽力する.符号変化制約条件下の最小化問題においては,特に最良定数が領域のスケールに関して不変であるという性質をもつものについて考察する予定である.また,類似の問題として,混合境界条件と呼ばれる境界の一部で関数の値が消えるような条件の下における最小化問題についても考察する.最小化関数に関する定性的研究,最小化問題に対応する半線形楕円型方程式の可解性についての研究も行う.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
タイヒミュラー基本亜群と共形場理論のモノドロミー

・共形場理論から導かれるタイヒミュラー基本亜群のモノドロミー表現を記述した。・ボゴモロフ予想についてのウルモ・張の結果を拡張し、アーベル多様体の部分代数多様体が(別の)アーベル多様体と同型になるための必要十分条件を、ネロン・テイト高さ関数の値分布の言葉で与えた。・吉田正章氏(九大)と共同して、純虚数の指数を持つ超幾何方程式のモノドロミー表現から定まるリーマン面の構造を決定した。・双2次体のハッセの単数指数、及びその三つの部分体との類数関係を明示的に与えた。・ある種のアーベル体の無限族の整数環についてハッセの問題を解明した。虚2次部分体を持つアーベル体の整数基が巾底をもたない場合及び巾底を持つ場合の双方について、新しい無限族の特徴付けを与えた。・摂動型チャーン・サイモンズ理論を無限次元確率解析を通した漸近展開理論に訴えて、数学的正当化を試みた。簡単なホンフリー多項式の導出を得た。・ある型の代数幾何符号について、その最小距離がフェンラオ限界と呼ばれる下限に一致することが知られているが、この事実の一般化を提示した。またこの型以外の代数幾何符号について同様の結果が成立することを発見した。・スタンレー・ライズナー環の極小自由分解を用いて、単体的多面体のグラフの誘導部分グラフの平均連結成分数の上限を、次元と頂点数を固定したときに与えた。またある種のスタンレー・ライズナーイデアルに対して、射影次元と算術的階数が等しいことを示した。・4次元球面内に自明に埋め込まれた曲面上の可微分同相写像が、4次元球面に拡張できるための必要十分条件は、ロホリンの二次形式を保つことであることを示した。・ハンドル体の写像類群の仮想的ホモロジー次元と、オイラー数を求めた。・トーラス結び目の4次元アナロジーについて、その標準形を求めた。・ハンドル体の写像類群のホモロジー的アナロジーの生成系を求めた。・タイヒミュラー基本亜群は、点付きリーマン面(複素数体上の代数曲線)のモジュライ空間の無限遠点を基点とする基本亜群であり、位相幾何や数理物理において重要な研究対象となっている。本年度においては、代数曲線の数論的ショットキー・マンフォード-意化理論を用いて構成した副有限タイヒミュラー基本亜群への自然なガロア作用について研究し、その生成元へのガロア作用が基本的な非可換ガロア表現で記述されることを示した。また共形場理論に付随するタイヒミュラー基本亜群の自然なモノドロミー表現を記述した。・アラケロフ幾何を用い、アーベル多様体上のネロン・テイト高さ関数に関する代数的点の分布について研究した。ボゴモロフ予想についてのウルモ・張の結果を拡張し、アーベル多様体の部分多様体が任意の部分アーベル多様体の平行移動を含まないとき、その中で代数的点が一様に疎に分布していることを示した。・ある種の双2次体とその部分体に関し、ハッセの単数群指数及び類数の関係式を与えた。またある種のアーベル体の整数環が有理整数環上で巾底を持つための条件を与えた。・チャーン・サイモンズ積分に対して、無限次元確率解析の手法によって数学的厳密化を図り、積分の3次の項の処理が摂動型漸近評価という形でできることを示した。

・多項式環を用いて簡単に構成できる1点代数幾何符号について研究し、ある種の1点代数幾何符号に対し、その誤り訂正能力を計る尺度となる最小距離を決定した。・スタンレー・ライズナー環の極小自由分解の2線形部分について研究し、対応する単体的複体が純で強連結な場合にそのベッチ数の上限を求めた。・スピン写像類群の生成系を具体的に求めることにより、曲面上の可微分同相写像が4次元球面に拡張できるための必要十分条件は、この写像が埋め込まれた曲面に付随する2次形式を保つことであることを示した。・共形場理論から導かれるタイヒミュラー基本亜群のモノドロミー表現を記述した。・ボゴモロフ予想についてのウルモ・張の結果を拡張し、アーベル多様体の部分代数多様体が(別の)アーベル多様体と同型になるための必要十分条件を、ネロン・テイト高さ関数の値分布の言葉で与えた。・吉田正章氏(九大)と共同して、純虚数の指数を持つ超幾何方程式のモノドロミー表現から定まるリーマン面の構造を決定した。・双2次体のハッセの単数指数、及びその三つの部分体との類数関係を明示的に与えた。・ある種のアーベル体の無限族の整数環についてハッセの問題を解明した。虚2次部分体を持つアーベル体の整数基が巾底をもたない場合及び巾底を持つ場合の双方について、新しい無限族の特徴付けを与えた。・摂動型チャーン・サイモンズ理論を無限次元確率解析を通した漸近展開理論に訴えて、数学的正当化を試みた。簡単なホンフリー多項式の導出を得た。・ある型の代数幾何符号について、その最小距離がフェンラオ限界と呼ばれる下限に一致することが知られているが、この事実の一般化を提示した。またこの型以外の代数幾何符号について同様の結果が成立することを発見した。・スタンレー・ライズナー環の極小自由分解を用いて、単体的多面体のグラフの誘導部分グラフの平均連結成分数の上限を、次元と頂点数を固定したときに与えた。またある種のスタンレー・ライズナーイデアルに対して、射影次元と算術的階数が等しいことを示した。・4次元球面内に自明に埋め込まれた曲面上の可微分同相写像が、4次元球面に拡張できるための必要十分条件は、ロホリンの二次形式を保つことであることを示した。・ハンドル体の写像類群の仮想的ホモロジー次元と、オイラー数を求めた。・トーラス結び目の4次元アナロジーについて、その標準形を求めた。・ハンドル体の写像類群のホモロジー的アナロジーの生成系を求めた。
新奇な亜鉛結合モチーフを持つジペプチジルペプチダーゼIIIに対する遺伝子工学的研究

我々は、Dipeptidyl Peptidase III(Zn-DPP III)が亜鉛イオンを1分子あたり1原子含み、また酵素のアミノ酸配列に、HExxxH...Eのモチーフ配列を見いだしたが、これは亜鉛ペプチダーゼに知られる亜鉛結合モチーフ配列HExxxH...Eにもう一残基のアミノ酸がヒスチジン間に加わった新規なモチーフ配列であった。我々は、この新たなモチーフ構造が亜鉛酵素に特有なモチーフ構造である事を確定しようとしている。そこで、酵素中の金属イオンが本当に酵素活性に直接関与しているかを検討する目的で、Zn-DPP III中の亜鉛イオンを銅イオンで置き換えたCu-DPP IIIを作成し、競争阻害剤である基質類似ペプチド(His-Pro-Phe-His-Leu-Val-Tyr)の存在下で電子スピン共鳴スペクトル(ESRスペクトル)を測定し、基質類似ペプチドがDPP III中の金属イオンと直接相互作用するかを検討した。その結果、競争阻害剤である基質類似ペプチドの存在下で、酵素中の銅イオンのESRスペクトルが大きく変化し、酵素中の金属イオンは直接基質類似ペプチドと相互作用する事が判った。次いで、Zn-DPP IIIのHExxxH...Eのモチーフ配列のxとして存在するLeuを一つ取り除いた部位特異的変異体del-Zn-DPP IIIを作成し、酵素中の亜鉛イオンを種々の金属イオンに置換し、その酵素化学的性質を検討した。Zn-DPP III中の亜鉛イオンを銅イオンに置き換えたCu-DPP IIIはZn-DPP IIIとほぼ同じ活性を示したが、del-Zn-DPP III中の亜鉛イオンを銅イオンに置き換えると、del-Cu-DPP IIIの活性は15%程度まで大きく低下した。この挙動は、酵素のモチーフ部位の構造が、酵素の活性発現と深く関係していると思われ、金属の配位構造が活性発現に直接影響を与える事から、金属イオンが活性に深く関与している事を示している。
担がん生体内樹状細胞の機能制御を介したがん抗原特異的T細胞誘導機構の解明

生体内に発生したがん細胞の排除は、いかに、がん特異的T細胞を効率よく誘導し、活性化できるかが非常に重要である。しかしながら、一般に担がん生体内環境は、がん由来のIL-6などの諸因子により、樹状細胞が機能不全となり、抗腫瘍免疫が十分に誘導されない。そこで本研究では、まずはじめに担がん生体環境下における樹状細胞の機能に対するIL-6シグナルの作用ついて精査した。担がんモデルマウスに抗IL-6R抗体を投与し、IL-6のシグナルカスケードを遮断した結果、がんの増殖の抑制効果が認められるとともに、樹状細胞のMHCクラスII分子の発現抑制の解除、さらに抗原特異的CD4+T細胞およびCD8+T細胞の活性化が確認された。従って、IL-6シグナルは樹状細胞の機能制御を介して、抗腫瘍免疫を負に制御する機構が示唆された。そこで、次にヒト末梢血リンパ球より樹状細胞を誘導し、IL-6処理を行ったところ、STAT3依存的にHLA-DRおよびCD86分子の発現抑制が認められた。またIL-6によるHLA-DRの発現抑制は、COX2、リソソームプロテアーゼ、あるいはアルギナーゼの阻害剤を添加することで解除されることが分かった。さらにIL-6処理条件下で誘導した樹状細胞を抗原提示細胞として使用し、ヒトがん抗原特異的Th細胞と共培養したところ、抗原特異的反応によるサイトカイン産生誘導が著しく減弱することが確認された。以上の結果から、マウスがん治療モデルで見出した、IL-6/STAT3シグナル伝達経路とその下流分子による樹状細胞の機能不全が、実際にヒト樹状細胞についても認められたことから、今後、がん患者の腫瘍環境下の樹状細胞について詳細な検証を行なうことで、IL-6シグナルカスケードの阻害剤を用いた抗腫瘍免疫の解除による、より効果の高いがん免疫治療法の開発に繋ぐ科学的エビデンスが得られるものと考えている。
遅発性ジスキネジアに脆弱性をもつ精神分裂病患者の早期発見に関する分子生物学的研究

抗精神病薬の長期投与にともなって出現する遅発性ジスキネジア(TD)については,これまでにさまざまな治療的試みが行われてきたが,いまだにその有効な対策は確立されていない。疫学調査の結果からはTDの発症に関与する危険因子がいくつか指摘されてはいるものの,必ずしもハイリスクな患者にTDが発症していないことから,TDの発症についてはそれに関与する固有の脆弱性をもつ患者の一群の存在することが考えられる。今回はこのTD発症に関連した固有の脆弱性を持つ患者を抗精神病薬投与以前に分子生物学的な手法により見いだすことを目的として,D2受容体遺伝子座位上にある遺伝子多型で,その意義が明かにされていない部位に焦点をあて,この部位とTD発症との関連についての検討を行った。対象は抗精神病薬服用歴があり,TDの有無・重症度に詳細な記録のある精神科患者50名と抗精神病薬服用歴のない医療関係に従事する正常対照者16名であり,精神科患者の診断内訳は精神分裂病45名,精神遅滞3名,感情病2名であり,TD発症者は23名,TD非発症者は27名であった。これら対象者の末梢血からDNAを抽出し,Sarkerら(1992)の報告にしたがって,11番染色体長腕上にあるD2受容体遺伝子座位のエクソン6を含む部位をPCRで増幅し,その産物を制限酵素NcoIで切断して,この部位の多型におけるアリール出現頻度と遺伝子型の頻度を調べ,これらを,精神分裂病群と正常対照群,およびTD群と非TD群で比較した。その結果,いずれの群間においても有意な差は認められなかった。今回の調査結果からは,D2受容体上のNcoIによる遺伝子多型は,TD発症の脆弱性に関連した多型ではないことが示唆されるが,対象症例数が必ずし十分とはいえないことから,今後さらに症例を増やして検討する必要性があるものと考えられた。
高等教育への公財政支出と授業料水準についての国際比較

社会保障費が毎年1兆円づつ増加し、公的債務がGDP比200%を超える状況で、高等教育への公的支出増額は期待できない。このような状況で、アメリカ、イギリスは大学教育の質を保障するために、授業料値上げを敢行した。本研究では、日本の大学の授業料が同じように値上げされるのかを検討した。国立大学の学長、財務担当理事、監事へのインタビューやアンケート調査により、日本では国立大学の授業料値上げが容易にできないこと、一方大学教育の質保証に問題が生じることが確認された。平成25年度は、日本における1960年以降の高等教育への公財政支出の時系列的変化を中心に検討した。公財政支出のもっとも大きな割合を占めるのは、国立大学への運営費交付金であるが、これについては近年、とくに法人化以降2004年から、伸びが停滞している。国立大学への施設設備補助金は、年によって変動があり、傾向は確認できない。私学助成も増加はしているものの伸びは大きくはない。これらは機関助成、基盤経費と呼ばれるものである。しかし科学研究費補助金は、研究者個人を対象にした競争的資金として分類されるが、1960年以降着実に増加している。また奨学金事業費も伸びている。これは学生を対象にした個人助成である。本年度は、これらの時系列的変化をデータによって明らかにできた。機関助成、基盤経費は停滞し、個人助成、競争的資金が増加傾向にある。このような機関助成が停滞する状況では、大学は授業料によって収入増加を図ることに誘引されやすいと考えられる。しかし今のところ国立大学は、授業料値上げには動いてはいない。また私立大学の一部有名校は、2014年4月消費税8%増額に際して、値上げするところも出てきた。しかし学生募集にマイナスの影響を受けるので、大きく値上げする私立大学は出ていない。日本の社会保障費は毎年1兆円増加しており、公的債務はGDPの230%を超えている。このような状況では、高等教育への公財政支出の増加は期待ができない。配分を変えて、効率化が求められよう。OECDの最新統計によって、日本の高等教育への公財政支出が、GDP比で約0.5%であることが確認できた。これはドイツ、フランスの約半分である。日本は家計が0.5%を負担している。平成24年度の研究では、さらに日本の公財政支出の時系列的変化を明らかにすることができた。それによると、GDP比0.5%水準は過去一定ではなく、1980年代には0.7%0.8%程度と推測される。現在よりも高い水準にあった。今後国立大学や私立大学での教育研究への影響があると予測される。本年度の国際比較研究では、アメリカの州立大学では、州政府の財政がひっ迫すると、高等教育予算が削減されることが明らかとなった。そして多くの場合、州立大学は授業料を値上げし、教育の質保証を行う傾向にあることが確認できた。日本の国立大学の運営費交付金は、過去削減されている。今のところ国立大学で、予算削減を授業料の値上げによって補おうとする動きは見られないことが確認できた。しかし国立大学関係者へのインタビューから、教育や研究の質をめぐる論議が、国立大学で起こることは十分予想される。日本において社会保障費は毎年1兆円づつ増加し、公的債務もGDP比200%を超え、OECD諸国の中で最悪となっている。このような公財政状況の中で、国立大学への運営費交付金、私立大学への経常費補助金、等の基盤経費および科学研究費、その他プロジェクト経費、等の競争的資金の増加は期待できない。公財政支出が停滞する中で、アメリカやイギリスの公立大学は、大学教育の質の確保をするためにとった処置は、受益者負担主義による、学生納付金の値上げである。本研究は、日本でも大学教育の質の保証をするために、公的支出の停滞をカバーする目的で、授業料が値上げされるかという問題を本研究は検討した。そのため国立大学学長、財務担当理事、監事に対して、国立大学の財務、自大学の授業料水準についての考え方をアンケート調査によって、明らかにした。それによると、大学管理者の多くは、国立大学のミッションが安価な授業料による良質な大学教育の提供であることを認めており、自大学の授業料を簡単に値上げできないことが表明された。このことは、国立大学の使命が大学管理者によって認識され、達成されていることを示すものである。しかし一方で、国立大学の財務において、常勤教職員が減少する反面、非常勤教職員が増加し、常勤教職員の業務負担が増加し、それによって研究面での業績に影響が出ていることも指摘されている。財務状況が苦しい中、教育の質および研究の業績にネガティブな影響が出ていることが、明らかにされた。高等教育本研究は、高等教育への公財政支出と大学の授業料水準との関係を分析することが、目的である。

平成25年度は、とくに日本の高等教育への公財政支出の時系列的検討を行った。データを収集し、それを整理分析したが、おおむね順調に進むことができた。平成24年度は、公財政支出の理論的検討、それについての国際比較データ、日本の時系列データ分析を行うことができた。また国立大学関係者へのインタビューを行い、研究によって重要な知見が得られ、研究がおおむね順調に進展していると判断できる。さらにアメリカ、イギリス、フランスの高等教育研究者にインタビューを行い、それぞれの国の状況について情報を得た。政府財政の困窮状況において、高等教育への公財政支出は停滞している。それを補うのが家計の高等教育への支出である。国立大学関係者へのインタビューによって、現在の授業料水準は十分高く、これ以上の授業料の値上げは、国立大学の使命である安価で良質な高等教育機会の提供を損なうものであるという意見が、共有されていることが判明した。平成26年度は、本研究の最終年度であり、これまで行った研究成果をまとめる作業を行う。高等教育への公財政支出と大学の授業料水準との関係を理論的、データを用いて実証的、また国際比較研究を通じて行う予定である。平成24年度は、高等教育財政の理論的検討を行った。また国際比較データ、日本の時系列データの分析を行った。今後もこれらの研究を継続して行う。さらにアメリカ、イギリス、ドイツ、フランス等の高等教育財政状況および高等教育機関での授業料を詳しく調査する予定である。当初計画した海外調査を一部行わなかったため、若干未使用額が生じた。平成26年度に、データ収集分析、海外調査を行い、そのために使用を予定している。日本の国立大学の財務状況を検討するため、財務情報入手のための国内旅費および国立大学関係者への財政財務についてのインタビューのための国内旅費使用を計画している。海外の高等教育財政および高等教育機関の授業料についての情報収集のため海外出張を計画している。また統計資料、内外の研究書の購入を計画している。
非線形熱流動のアクティブ・フィードバック制御に関する基礎的研究

本研究では,非線形態流動のアクティブ・フィードバック制御を実現するための要素技術のうち,制御アルゴリズムの基礎的検討,アクチュエータの開発に焦点を絞り,直接数値シミュレーション(DNS)あるいは実験計測によって,将来実用に供する制御システムに対する具体的な指針を得ることを試み,以下の結論が得た.1)仮想体積力による壁近傍のスパン方向速度変動の抑制により,チャネル乱流における壁面磨耗が大幅に減少する.2)評価関数のフレッシェ微分に基づく準最適制御手法をスパン方向速度変動に仮想体積力を作用させるチャネル乱流に適用することにより,制御成績が顕著に向上する.3)ニューラルネットワーク(NN)を用いた最適制御は,既存の最適制御則と同等の制御成績を与える.また,正方形柱回りのカルマン渦のフィードバック制御において,実験的にも効果的な制御が得られる可能性を示した.4)壁面が2次元の正弦波状に振動するチャネル乱流において,壁面変形の時空間スケールを適切に選ぶことにより,準秩序構造に大きな変化が現れるなど,壁面変形によって効果的な乱流制御が行える可能性を有する.5)ソレノイドにより動作する3角形状のフラップ群プロトタイプを試作し,チャネル乱流中で周期的動作をさせた場合の乱れの特性を明らかにした.6)ポリイミド基板を用いたフラップ型電磁アクチュエータを開発し,モデル計算を用いた設計法を確立した.また,軸対称噴流の渦発生がフラップの動作に同期することを示し、渦構造の柔軟な制御の可能性を示した.7)DNSにより乱流中の固体粒子のシミュレーションを行い,粒子運動に関する統計量を明らかにするとともに,熱輸送を伴うチャネル乱流中において,固体粒子が熱輸送に果たす貢献割合について検討を行った.また,3次元粒子追跡流速計を用いた鉛直チャネル乱流中の計測から,粒子速度の統計量分布の詳細を明らかにした.以上のように,本研究を通じて,乱流輸送現象を中心とする非線形熱流動のアクティブ・フィードバック制御について,いくつかの新たなかつ重要な理解が得られたが,今後も制御デバイスおよび制御アルゴリズムについて,多角的な基礎的研究を継続する必要性が示唆される.本研究では,非線形態流動のアクティブ・フィードバック制御を実現するための要素技術のうち,制御アルゴリズムの基礎的検討,アクチュエータの開発に焦点を絞り,直接数値シミュレーション(DNS)あるいは実験計測によって,将来実用に供する制御システムに対する具体的な指針を得ることを試み,以下の結論が得た.1)仮想体積力による壁近傍のスパン方向速度変動の抑制により,チャネル乱流における壁面磨耗が大幅に減少する.2)評価関数のフレッシェ微分に基づく準最適制御手法をスパン方向速度変動に仮想体積力を作用させるチャネル乱流に適用することにより,制御成績が顕著に向上する.3)ニューラルネットワーク(NN)を用いた最適制御は,既存の最適制御則と同等の制御成績を与える.また,正方形柱回りのカルマン渦のフィードバック制御において,実験的にも効果的な制御が得られる可能性を示した.4)壁面が2次元の正弦波状に振動するチャネル乱流において,壁面変形の時空間スケールを適切に選ぶことにより,準秩序構造に大きな変化が現れるなど,壁面変形によって効果的な乱流制御が行える可能性を有する.5)ソレノイドにより動作する3角形状のフラップ群プロトタイプを試作し,チャネル乱流中で周期的動作をさせた場合の乱れの特性を明らかにした.6)ポリイミド基板を用いたフラップ型電磁アクチュエータを開発し,モデル計算を用いた設計法を確立した.また,軸対称噴流の渦発生がフラップの動作に同期することを示し、渦構造の柔軟な制御の可能性を示した.7)DNSにより乱流中の固体粒子のシミュレーションを行い,粒子運動に関する統計量を明らかにするとともに,熱輸送を伴うチャネル乱流中において,固体粒子が熱輸送に果たす貢献割合について検討を行った.また,3次元粒子追跡流速計を用いた鉛直チャネル乱流中の計測から,粒子速度の統計量分布の詳細を明らかにした.以上のように,本研究を通じて,乱流輸送現象を中心とする非線形熱流動のアクティブ・フィードバック制御について,いくつかの新たなかつ重要な理解が得られたが,今後も制御デバイスおよび制御アルゴリズムについて,多角的な基礎的研究を継続する必要性が示唆される.非線形熱流動のアクティブ・フイ-ドバック制御の制御則の候補として,本年度は,評価関数のフレッシェ微分から制御力を算出する準最適制御手法と,ニューラルネットワークを用いた最適制御について基礎的な検討を行った.準最適制御法については,バーガーズ方程式を対象として,種々の初期条件や評価関数の重みにおける制御結果を系統的に評価した.現在,制御力の決定に用いる勾配法の改良について検討している.また,チャネル乱流の壁近傍において,仮想的な体積力を加えてスパン方向の乱れを減衰させる数値実験を行った.その結果,準最適制御が制御力としての体積力を適切に与え,乱流摩擦抵抗を大幅に減少させることを明らかにした.一方,ニューラルネットワークを用いた最適制御については,システム・ニューラルネットワークとニューラルネットワーク・コントローラーを用いた制御系の定式化を行うとともに,熱伝導方程式およびバーガーズ方程式に適用し,最適制御の数値解とほぼ一致する結果が得られることを示した.現在,より汎化能力を高めるための学習法,および内部構造の検討を進めている.本研究では、非線形熱流動のアクティブ・フィードバック制御を実現するための要素技術のうち、制御アルゴリズムの基礎的検討,アクチュエータの開発に焦点を絞り,直接数値シミュレーション(DNS)あるいは実験計測によって,将来実用に供する制御システムに対する具体的な指針を得ることを試み,以下の結論が得た.1)仮想体積による壁近傍のスパン方向速度変動の制御により,チャネル乱流における壁面摩擦が大幅に減少する.

2)評価関数のフレッシェ微分に基づく準最適制御手法をスパン方向速度変動に仮想体積力を作用させるチャネル乱流に適用することにより,制御成績が顕著に向上する.3)ニューラルネットワーク(NN)を用いた最適制御は,既存の最適制御則と同等の制御成績を与える.また,正方形柱回りのカルマン渦のフィードバック制御において,実験的にも効果的な制御が得られる可能性を示した.4)壁面が2次元の正弦波状に振動するチャネル乱流において,壁面変形の時空間スケールを適切に選ぶことにより,準秩序構造に大きな変化が現れるなど,壁面変形によって効果的な乱流制御が行える可能性を有する.5)ソレノイドにより動作する3角状のフラップ群プロトタイプを試作し,チャネル乱流中で周期的動作をさせた場合の乱れの特性を明らかにした.6)ポリイミド基板を用いたフラップ型電磁アクチュエータを開発し,モデル計算を用いた設計方を確率した.また,軸対称噴流の渦発生がフラップの動作に同期することを示し,渦構造の柔軟な制御の可能性を示した.7)DNSにより乱流中の固体粒子のシミュレーションを行い,粒子運動に関する統計量を明らかにするとともに,熱輸送を伴うチャネル乱流中において,固体粒子が熱輸送に果たす貢献割合について検討を行った.また,3次元粒子追跡流速計を用いた鉛直チャネル乱流中の計測から,粒子速度の統計量分布の詳細を明らかにした.以上のように,本研究を通じて,乱流輸送現象を中心とする非線形熱流動のアクティブ・フィードバック制御について,いつくかの新たなかつ重要な理解が得られたが,今後も制御デバイスおよび制御アルゴリズムについて,多角的な基礎的研究を継続する必要性が示唆される.
超短パルスレーザーを指向したネオジム添加新規酸化物単結晶材料の開発

半導体レーザー(LD)励起可能な超短パルスレーザーシステムの構築を目指して,浮遊帯溶融法により新規バナデイトNd:LaVO4の単結晶育成をおこない,その分光学的性質を調査した.光学的弾性軸のひとつであるZ軸方向に育成し,巨視的欠陥のない光学的に高品質な結晶が得られた.吸収帯および発光帯ともにNdドープ結晶のそれとしては非常にブロードであり,各弾性軸に沿った異方性はあまり大きくないことがわかった.単一モードでのレーザー発振をおこなったところ,理論値に近い76%のスロープ効率が得られた.一方,マルチモードでのレーザー発振では14nmという広いスペクトル幅が得られ,この結果より300フェムト秒以下の超短パルスの発生が可能であることが明らかとなった.半導体レーザー(LD)励起可能な超短パルスレーザーシステムの構築を目指して,浮遊帯溶融法により新規バナデイトNd:LaVO4の単結晶育成をおこない,その分光学的性質を調査した.光学的弾性軸のひとつであるZ軸方向に育成し,巨視的欠陥のない光学的に高品質な結晶が得られた.吸収帯および発光帯ともにNdドープ結晶のそれとしては非常にブロードであり,各弾性軸に沿った異方性はあまり大きくないことがわかった.単一モードでのレーザー発振をおこなったところ,理論値に近い76%のスロープ効率が得られた.一方,マルチモードでのレーザー発振では14nmという広いスペクトル幅が得られ,この結果より300フェムト秒以下の超短パルスの発生が可能であることが明らかとなった.Ndを発光中心とした半導体レーザー(LD)励起超短パルス固体レーザー材料の開発の一環として、今年度はNd:LaVO_4単結晶を浮遊帯溶融(FZ)法によって育成し、その基本的な分光学的特性を明らかにした。FZ法によって口径が約5mm、直胴部が約40mmの結晶を育成することができた。結晶中の特徴的な面の存在により口径を一定にすることが難しく、一側面に巨視的なステップが形成された。この特徴的な面のX線回折を利用すると、成長方向は(11-2)面にほぼ垂直であると推測された。偏光顕微鏡観察の結果、小傾角粒界やインクルージョンなどの巨視的欠陥は確認されなかった。また、Ndは育成方向にほぼ一定の濃度でドープされていることがわかった。808nmでの吸収断面積は1.10×10^<-20>cm^2であり、Nd:YAGのそれよりもかなり小さな値となったが、この吸収帯の半値幅は17nmとブロードであるため、LDによる励起には適している。1060nm帯の発光スペクトルの半値幅は10.3nmであり、これは実際に超短パルス発振が実現されているYb:YAGの半値幅8nmよりもブロードである。また、Ndを4mol%ドープした結晶でも蛍光寿命は73μsであり、Nd:YVO_4の蛍光寿命90μsとほぼ変わらない結果であった。吸収断面積が小さいといった欠点もあるが、ブロードな発光帯をもち、高いドーパント濃度でも比較的長い蛍光寿命を持つこと、さらに従来検討してきたCa-La-V-O系の結晶に比べて育成が比較的容易であることから、Nd:LaVO_4単結晶は超短パルス固体レーザー用材料として有望であることが明らかとなった。Ca-La-V-O系の結晶についてはFZ法による育成では品質ならびにサイズともに限界があり、レーザーグレードの結晶を得るためには引き上げ法による育成を選択すべきという結論が出た。Ndを発光中心とした半導体レーザー(LD)励起超短パルス固体レーザー材料の開発において,Ca-La-V-O系およびLaVO_4系を総合的に検討した結果,後者の方が高品質結晶の作製が容易であるため,22年度はNd:LaVO_4単結晶に絞って,浮遊帯溶融(FZ)法による育成技術の確立,およびその分光学的特性の異方性を明らかにすることを目標とした.まず,新たに導入した偏光顕微鏡を用いて,LaVO_4結晶の光学的弾性軸方向を決定し,この結果に基づいて,光学的弾性軸のひとつであるZ軸方向に沿った育成をおこなった.この方位では従来問題となっていた結晶側面におけるファセットの出現がなく,安定した育成がおこなうことができ,包有物や小傾角粒界などの巨視的欠陥のない,高品質結晶を再現性よく育成することに成功した.いずれの弾性軸方向でも同程度の吸収断面積,吸収帯幅を示し,808nm帯の吸収断面積は約2.0×10^<20>cm^2,半値幅は約20nmであった.Z軸方向の吸収の偏光依存性が小さいため,端面励起における励起光の入射方向として最も適していると考えられる.発光特性も方向によって大きな変化は無く,いずれの弾性軸方向でも1064nm発光帯の半値幅は8-10nmとブロードであり,短パルス発振が期待できる.また,発光についても偏光依存性は小さいことが明らかとなった.蛍光寿命は5%ドープした結晶でも80μsと十分長い蛍光寿命を維持しているため,高濃度ドープにより吸収断面積が小さいという欠点を補うことができる.また,LaVO_4の屈折率は2.09(α)-2.22(γ),熱膨張係数は5.5-14×10^

<-6>/Kであり,YVO_4のそれらよりも若干大きいことがわかった.以上の結果はNd: LaVO_4のLD励起による超短パルスレーザー用材料としての可能性を強く支持するものである.前年度の結果に基づいて,23年度はNd:LaVO_4に集中して研究を遂行し,未検討であった熱伝導率と屈折率の測定およびレーザー発振実験をおこなった.熱伝導率については,温度波熱分析法および示差走査熱量測定法により熱拡散係数および比熱を計測し,それらの値に密度を乗することによって決定した.Nd:LaVO_4の熱伝導率は2.53.5W/m□Kにあり,光学的弾性軸方向別にみた場合には,Z軸方向が最も高い値となり,X軸およびY軸方向はほぼ同等であった.また,Nd濃度の増加に伴い熱伝導率は低下する傾向があり,1%と5%の比較では20%程度の低下が認められた.屈折率は2.09-2.22という値であり,Z軸に平行な方向では複屈折がほとんど生じておらず,端面励起ではZ軸に平行に励起ならびにレーザー発振をおこなう方が有利であることが確認された.得られた屈折率に基づいて端面に励起光に対する無反射コート等を施した結晶を用い,812nm帯を励起光とし,結晶の冷却を施さない状態でレーザー発振実験をおこなった.マルチモード発振では,1064nmを中心として,10571072nmにわたるレーザー発振スペクトルをとることができた.このスペクトル幅から,およそ300フェムト秒程度の超短パルスの発生が期待できる.入出力特性については,出力ミラーの透過率を10%とした場合に,約76%という最大のスロープ効率が得られ,ほぼ理論値に近い値となった.この場合,しきい値は0.45W程度とNdレーザーとしては若干高くなるものの,Ybレーザーの約1.2Wと比較すると格段に低くできる.また,現段階で得られている最大のレーザー出力は232mWであり,光-光変換効率は約39%となった.以上の結果より,Nd:LaVO_4は半導体レーザー励起による超短パルスレーザー用材料として極めて有望である.
新開発の単離脳を用いた嗅覚中枢情報表現の研究

ニオイ受容細胞から嗅球までの嗅覚情報処理については、高次脳機能研究における視覚系の研究に匹敵するほど、解明が進んだ。その一方で、嗅球より上位の中枢脳領域、例えば梨状皮質、嗅内皮質や辺縁系、さらには扁桃体、視床などにおける嗅覚情報の表現や処理機構についてはほとんど不明で、その解明が待たれている。本研究は最近、我々が開発した嗅上皮(ニオイ受容細胞)付き単離脳標本を用いてこの問題に取り組んだ。具体的には、梨状皮質においてニオイ情報、すなわち種類や濃度がどのように神経活動の差として表現されるかの解明研究を進めた。嗅球と梨状皮質の神経結合の解剖学的知見などから、梨状皮質ではニオイ情報が神経活動の時間的、空間的変化として表現される可能性が高い。これを検証するため、6x3マトリクスの18チャンネル多点電極システム2つをそれぞれ、梨状皮質の前方部と後方部にセットし、1)ニオイ刺激の種類により、神経活動の空間・時間的変化に違いが表れるか、2)同一種のニオイ刺激で、濃度を変化させた場合に、神経活動の空間・時間的変化が観られるか、について実験的に調べた。その結果、前梨状皮質においてニオイ種に対応した神経活動の空間パターンは見出されなかったが、皮質内に分散して存在するニューロンが、複数のニオイ情報を受け取ることで新たなニオイ情報表現を生成に寄与する可能性が示唆された。また、特定の濃度レンジで強く応答するニオイの濃度表現ニューロンが発見された。その一方で、嗅球より上位の嗅覚中枢、例えば梨状皮質、嗅内皮質や辺縁系、さらには扁桃体、視床などにおける嗅覚情報処理についてはほとんど不明で、その解明が待たれている。嗅球より上位脳領域における嗅覚情報処理の研究が遅れているのは梨状皮質や嗅内皮質など、嗅覚情報処理に重要な役割を担う部位が脳底に位置し、神経活動記録を難しくしていることが大きな要因の1つとなっている。この状況を打破するため、我々は嗅上皮付きの単離脳標本の開発に取り組んだ。その結果、ニオイ刺激に応答する全脳標本という、画期的な実験系を作り出すことに最近、成功した。本研究ではこの新しい実験系を用いて嗅覚情報処理の解明を目指した。平成20年度はこの実験系の長所を生かしつつ、我々がこれまで明らかにした神経応答の機序を基盤として、梨状皮質においてニオイ情報、すなわち種類や濃度がどのように表現されるかの解明研究を進めた。これを検証するため、電気生理学的手法と光学的計測法、さらに狂犬病ウイルスベクターを用いた解剖学的手法を併用して研究を行った。電気生理学的手法では最大64チャンネルの記録が可能(通常は16チャンネルで使用)な多点電極システムを用いた。超高速の光学的神経活動イメージングでは、膜電位感受性色素RH795を溶解させた脳還流液で全脳を染色し、種々のニオイ刺激にたいする神経応答の時間的、空間的変化を梨状皮質から記録した。
ミトコンドリア蛋白質前駆体のターゲッティングと膜透過の分子機構

穏やかなトリプシン処理をしたラット肝臓ミトコンドリアを用いて、無細胞蛋白質翻訳系で作られた外膜蛋白質ポリンの輸送定着機構を検討した。その結果、この場合にもいわゆるバイパス輸送が存在すること、バイパス輸送の際もコンタクトサイトに存在する輸送装置を介すること、などが知られた。本輸送装置の一構成員である29kDa蛋白質の抗体は我々の以前の研究でマトリックスや膜間腔蛋白質の定着を阻害したが、それらの場合と同様にポリンの輸送定着をも阻害した。従って、上記輸送装置はミトコンドリアの四つの区画の蛋白質輸送にかかわっているものと考えられる。ミトコンドリアの膜間腔蛋白質前駆体のプレ配列は比較的長く、その中に二つのシグナルが存在する。第一のシグナルはマトリックスへの輸入シグナルと同様の特徴を持つが、第二のシグナルは真核及び原核細胞の細胞外分泌蛋白質と共通の特徴を有する。これらの事実から膜間腔蛋白質は第一シグナルにより一度マトリックス内に入り、次いで第二シグナルによってマトリックス側から内膜を透過し膜間腔へ定着するという説が有力である。この説に従えば内膜には第二のシグナルを認識し、輸送する装置が存在するはずである。そこで我々は第二のシグナルの特徴を持つ蛋白質としてラットプレプロアルブミンを選び、内膜小胞とその逆転小胞を用いてこの可能性を検討した。その結果、プレプロアルブミンは内膜から膜間腔へのみ一方的に輸送されること、この輸送には内膜ポテンシャルを必要としないがATPは必須であること、従って特別の輸送装置が存在すること、などを明らかにした。ミトコンドリア蛋白質前駆体はそのN末端部にいわゆるプレ配列を持ち、これがミトコンドリア輸送のシグナルとなる。また、ミトコンドリアの外膜と内膜とから成るコンタクトサイトには複数の蛋白質で構成される前駆体蛋白質輸入装置があり、ここで前駆体蛋白質のシグナルを認識しミトコンドリア内に輸入する。我々はこの輸入装置の構成蛋白質を今迄三種類(29kDa蛋白質、42kDa蛋白質、52kDa蛋白質)分離同定した。このうち29kDa蛋白質はN末端がブロックされていないので、N末端側アミノ酸配列に基づきオリゴDNAを作成し、それをプローブとしてラット肝cDNAライブラリーからスクリーニングを試みた。その結果、二、三のクローンを得たので現在その塩基配列を解析中である。この説に従えば内膜には第二のシグナルを認識し、輸送する装置が存在するはづである。そこで我々は第二のシグナルの特徴を持つ蛋白質としてラットプレプロアルブミンを選び、内膜小胞とその逆転小胞を用いて検討した。その結果、プレプロアルブミンは内膜から膜間腔へのみ一方的に輸送されること、この輸送には内膜ポテンシャルを必要としないがATPは必須であること、などを明らかにした。我々はこの輸入装置の構成蛋白質を今迄三種類(29kDa蛋白質、42kDa蛋白質、52kDa蛋白質)分離同定している。そこで、今回はシグナル配列を持たないポリンなどの外膜蛋白質の輸入にこの輸入装置が関与しているかどうかを検討した。

無細胞蛋白質翻訳系で合成されたポリンのミトコンドリアへの輸送実験を行ったところ、ポリンの外膜への輸送定着は29kDa蛋白質の抗体によって顕著に阻害された。従って29kDa蛋白質などによって構成されている輸送装置は、シグナル配列を持つマトリックス蛋白質や膜間腔蛋白質のみならず、シグナル配列を持たない外膜蛋白質の輸送にも関わっている可能性が高いことが示唆された。一方、29kDa蛋白質のN末端側アミノ酸配列に基づきオリゴDNAを作成し、それをプローブとしてラット肝cDNAライブラリーからスクリーニングの結果、cDNAクローンを拾うことができた。その塩基配列から推測されたアミノ酸配列中にプローブ作成の基準としたN末端アミノ酸配列が確かに存在した。本クローンにコードされている蛋白質の分子量は約28kDaであり、SDSPAGEで得られた29kDaという値と一致した。また、29kDa蛋白質のN末端側にはシグナル配列と思われるアミノ酸配列が存在するが、残念ながら我々のクローンには開始コドンが存在せず、従って実際のシグナルの長さ、特徴などは今のところ不明である。
有機亜鉛化合物のエノン類への触媒的1,4付加反応の開拓とその応用

有機金属反応剤のα,β-不飽和カルボニル化合物への1,4付加反応は有機合成における最も基本的かつ重要な炭素-炭素結合形成法の一つである。本研究では、1,4付加・エノラート捕捉の三成分連結を効率化することができ、しかも基質および反応剤の一般性の高い、触媒的1,4付加反応の開発を目指した。まず、基質と反応剤の反応点の近接化と遷移状態構成原子の電荷交代が反応性獲得に重要であるとの考えのもとに酸化・還元電位の大きく異なる二種類の金属原子間に修飾剤の三原子を介在した二官能性触媒を想定した。基質と反応剤が同時に活性化される特徴をもつ。さらに、生成物阻害の抑制が循環性獲得に必要と考え、自己会合安定化するエノラートの生成を考慮し、銅化合物存在下でのジアルキル亜鉛のα,β-不飽和ケトン類への1,4付加を反応系に設定した。三原子介在修飾剤を系統的に探索した結果、銅-スルホンアミド混合系触媒が従来類例を見ない高1,4付加活性を示すことを見い出した。わずか1万分の1量の触媒を用いるだけでほぼ定量的に反応が進行する。一般性も高い。触媒反応であるが故に生成するアルキル亜鉛エノラートはほぼ純粋であり、種々の炭素求電子剤によって補足することができる。さらに、有機合成的有用性の確立だけでなく、触媒活性獲得のための上記作業仮説の正統性を確認すべく、速度論実験、速度式解析、速度論同位体効果測定を中心に核磁気共鳴分光実験や分子量測定実験を実施した。律速段階、触媒活性種、生成エノラートの会合状態を含めて触媒サイクルの全貌を明らかにした。分子触媒開発のための一つの指導的原理を提供することができた。一般性も高い。本研究は有機金属化合物のα,β-不飽和カルボニル化合物への触媒的1,4付加反応の開拓を目的とする。基質として1,4付加反応研究において標準となっている2-シクロヘキセノンを有機金属化合物にはジエチル亜鉛をとりあげ、触媒金属イオンには、亜鉛と比較して還元電位が高く、1,4付加反応において実績のある銅に焦点を置き、反応促進効果のある添加剤の探索を行った。その結果、シアン化銅ないしトリフルオロ酸銅とN-ベンジルベンゼンスルホンアミドを共存させることにより、アミド非共存条件に比較して、ほぼ無限大の反応加速効果を得た。基質に対して1万分の1量の銅化合物を用いるだけで、対応するエチル亜鉛エノラートを定量的に得ることができる。関連反応系において従来類例のない触媒回転効率である。反応条件の最適化を終了し、高い一般性も確認した。さらに、2-シクロヘキセノンから生成した亜鉛エノラートをシクロヘキサンカルボアルデヒドと反応することにより、生成可能な四種類のアルドール体のうち、トランス-トレオ体のみを95%以上の収率で得ることにも成功した。三つの連続不斉炭素中心の相対立体配置を一挙に制御する新三成分連結法として注目される。本触媒反応系にパラジウム触媒系を連動することにより、アリル酢酸を求電子剤とすることもできる。いずれの場合にも、二段階を経ず、三成分を同時混合してもよい。本方法論の有機合成的有用性は極めて高い。

まず、基質と反応剤の反応点の近接化と遷移状態構成原子の電荷交代が反応性獲得に重要であるとの考えのもとに酸化・還元電位の大きく異なる二種類の金属原子間に修飾剤の三原子を介在した二官能性触媒を想定した。基質と反応剤が同時に活性化される特徴をもつ。さらに、生成物阻害の抑制が循環性獲得に必要と考え、自己会合安定化するエノラートの生成を考慮し、銅化合物存在下でのジアルキル亜鉛のα,β-不飽和ケトン類への1,4付加を反応系に設定した。三原子介在修飾剤を系統的に探索した結果、銅-スルホンアミド混合系触媒が従来類例を見ない高1,4付加活性を示すことを見い出した。わずか1万分の1量の触媒を用いるだけでほぼ定量的に反応が進行する。一般性も高い。触媒反応であるが故に生成するアルキル亜鉛エノラートはほぼ純粋であり、種々の炭素求電子剤によって補足することができる。さらに、有機合成的有用性の確立だけでなく、触媒活性獲得のための上記作業仮説の正統性を確認すべく、速度論実験、速度式解析、速度論同位体効果測定を中心に核磁気共鳴分光実験や分子量測定実験を実施した。律速段階、触媒活性種、生成エノラートの会合状態を含めて触媒サイクルの全貌を明らかにした。分子触媒開発のための一つの指導的原理を提供することができた。
ドイツ知的障害親の会レーベンスヒルフェの成立史研究:特殊教育制度との親和性

本研究は、ドイツ知的障害親の会レーベンスヒルフェの成立史と組織機構変遷を軸として、レーベンスヒルフェと特殊教育制度の関係を総合的に考察することを目的とする。全国レヴェルに視点を置いた分析を通して、レーベンスヒルフェが通説とは異なり、特殊教育制度と親和的であったことが明らかとなった。また、創設地マールブルクの地域史調査を通して、マールブルク大学医学部教授が、レーベンスヒルフェの創設メンバーや理事として活躍するとともに、同大学特殊学校教員養成所の設置に多大なる貢献をしていた事実が明らかとなった。2010年度は春に4週間程度、ドイツ現地調査を実施した。その主な内容は以下の4点である。1)ヘッセン州マールブルクにて、レーベンスヒルフェ本部のベルリンへの移転状況の視察及びヒアリング、2)通説で創設者とされるトム・ムッタースが、創設前夜に働いていたフィリップス病院の視察(ここでのムッタースの活動は、レーベンスヒルフェ創設の契機となったとされる)、3)バイエルン地域支部の元リーダー(1976-1987年)で、身体障害児の母でもあったハイディ・ハーラー氏へのインタヴュー、4)創設拠点であるマールブルク大学医学部・児童精神医学部の歴史調査。なかでも、とりわけ成果が大きかったのは3)である。筆者は当該科研申請時、「通説とは異なり、創設メンバー(大半が後に理事となり後年まで影響力を行使し続ける)の大半が学識関係者であったならば、レーベンスヒルフェの活動が、戦後ドイツの特殊学校拡充施策や、それに付随する専門職養成課程整備の動きと、ある程度連動するのではないか」という疑問を提示した。ハーラー氏より得られた情報は、この疑問に、ごく部分的ではあるが答えるものであった。彼女は1981年前後、バイエルン州フュルトで小学校でのインテグレーション教育の創出に尽力したが、これはことごとく実現しなかった。その理由を彼女は、当時のバイエルン地域支部の理事が特殊学校教員(Sonderschullehrer)であったためと述懐している(なお、学識関係者を中心とする創設メンバー及び初期理事たちが、専門職を施設ごと翼下に抱え込み、専門職養成・研修に注力したことは、筆者博士学位論文に詳しい(首都大学東京))。なお、2010年度の実施内容は交付申請書の記載内容とは部分的に異なっているが、当該研究の課題解明のために必要不可欠な作業であることを付言しておく。筆者はこれまで、全国レヴェルのレーベンスヒルフェに視点を置き研究を行ってきたが、今年度は、全国に支部を持つレーベンスヒルフェの地域史研究をすすめていくうえでの基礎作りを行うことに主眼を置いた。まず、マールブルク大学図書館にて、親の会レーベンスヒルフェの資料及び大学児童精神医学部・精神医学部の史資料調査を行い、多数のクロニクルのコピーを入手した。オランダ人トム・ムッタースが創設したとされるレーベンスヒルフェであるが、実際はマールブルク大学の当該学部の教授陣がかなりサポートしていた可能性がある。今回入手した資料はそれを裏付けるものであった。その成果は、研究ノートとしてまとめ、本学研究紀要で発表済みである。また、元レーベンスヒルフェ-ドナウの言語療法士、ヴィクトリア・シャウプ氏にインタヴューを行った。前回の出張時には、1980年代のバイエルン州のレーベンスヒルフェで早期療育部門で働いていたハイディ・ハーラー氏から話を聞いた。シャウプ氏も同じく、早期療育部門で働いていた。シャウプ氏が働いていたのは2000年代前半であった。両者の話を総合することで、バイエルン州レーベンスヒルフェの早期療育部門の現代史がより明確になった。さらに、ベルリン国立図書館にて、戦後ドイツの特殊教育制度変遷に関わる資料を入手した。
波長多重光ファイバシステム用多波長安定同時発振光ファイバレーザ光源

本研究は、波長多重光ファイバシステムのための多波長光源を光ファイバ増幅器と同じエルビウムドープ光ファイバ(EDF)を用いた光ファイバレーザで実現しようというものである。併せて、波長多重光ファイバシステムのために重要な光デバイスおよびシステムの提案、実験的研究も進めた。まず、高安定で高出力な超小型Er:Ybドープ光ファイバレーザ(FFPL)の多波長発振を実現した。長さ15mmのFFPLを試作し、液体窒素冷却により最大37波長での多波長同時発振を得た。さらに、これらのFFPLに自己注入同期をかけることにより、波長可変な光ファイバレーザを実現した。これを10Gb/s通信システムでの光源に応用し、非常に良好な伝送特性が得られた。さらに、室温で安定に多波長発振できるブリルアン/エルビウム光ファイバレーザ(BEFL)を実現した。リング共振器中の光ファイバDFBレーザにより励起されるBEFLを提案し、最大8波長での両回り室温多波長発振に成功した。また、サニャックループミラーを用いたBEFL構成では最大7波長での室温多波長発振に成功した。BEFLに関する理論的検討も進めるとともに、ブリルアン散乱のセンサ応用に関する研究もおこなった。また、従来の波長帯から長波長帯にわたって広帯域(80nm以上)かつ高出力で波長可変なエルビウム光ファイバリングレーザを開発した。この他の構成の光ファイバレーザについても安定な単一周波数/偏波化の研究を進めるとともに、モード同期光ファイバレーザの研究もおこなった。併せて、多波長光源を用いたシステムのために重要な光デバイスである、広帯域光ファイバ増幅器、波長変換器、再生中継器の提案、実験的研究も進めた。さらに、波長多重光ファイバシステムのための新しいノード構成法を提案し、実証した。これら研究成果を蓄積することができ、本研究の目的を十分に達成し得たと考えている。本年度は以下の研究を行った。1.超小型多波長Er:Ybドープ光ファイバレーザの更なる多波長・高性能化。研究代表者の山下がすでに実現した超小型多波長Er:Ybドープ光ファイバレーザの更なる多波長化と高性能化を実現した。共振器長1mmおよび5mmのものを試作し、後者では液体窒素温度で20GHz間隔で37波長での安定な多波長発振を実現した。さらに、光ファイバブラッググレーティング(FBG)を用いて自己注入同期をかけることにより、単一偏波・高パワーで波長可変な光ファイバレーザを実現した。これを10Gb/s光ファイバ通信システムでの光源に応用し、通常の半導体レーザ光源と比較しても遜色のない、非常に良好な伝送特性が得られた。今後は、現在数メートルある自己注入同期部分を数センチメートルに短縮することにより、更なる安定化を図る予定である。2.多波長光ファイバブリルアンレーザの実現。光ファイバDFBレーザを励起光源とする室温で安定して多波長発振可能な金光ファイバ型光ファイバブリルアンレーザを実現した。リングレーザ構成では10GHz間隔で最大8波長の両周りブリルアン発振が得られた。これをループミラーを用いた構成にすることにより、ブリルアン発振は6波長であったが、光ファイバ四光波混合による10波長以上の光がさらに得られた。現在、このループミラー構成の更なる多波長化を進めている。

1.波長可変単一波長超小型Er:Ybドープ光ファイバレーザ(FFPL)FFPLを単一波長化し、広い範囲で波長が可変な単一波長光源とする手法として、狭帯域の光ファイバグレーティング反射器を用いた偏波選択型の自己注入同期法を開発した。新たに試作した共振器長5mmのFFPLにこの手法を適用し、約70dB以上のサイドモード抑圧比をもつ単一波長、単一偏波、高出力(13mW以上)、狭線幅(100kHz以下)、低雑音(相対強度雑音-120dB/Hz以下)の連続発振(CW)光源が実現できた。さらに、このFFPLを10Gb/s光ファイバ通信システムでの光源に応用し、非常に良好な伝送特性(アイパターン、符号誤り率特性等)が得られた。これらのFFPLでは自己注入同期ループ長が数mあったが、これを数cmまで短縮することにより、偏波選択素子なしでも非常に安定な単一波長・単一偏波CW光源を実現し、10Gb/s光ファイバ通信システムでの光源としてさらに良好な伝送特性が得られた。2.広帯域波長可変エルビウムドープ光ファイバリングレーザ従来の波長帯(C-band:波長1530-1560nm)から長波長帯(L-band:波長1570-1610nm)にわたって波長可変な多波長光ファイバネットワークのための光ファイバレーザの開発を進めた。EDF長を通常の光ファイバレーザよりも長く(50150m)することにより、通常の光ファイバレーザでは得られないL-band発振が得られることがわかった。種々の広帯域波長可変光フィルタを検討した結果、ピエゾ素子により広帯域波長可変な光ファイバファブリペローフィルタ(FFP:FSR100GHz)を用いた。光ファイバリングレーザ構成で、EDF長50mで広帯域(80nm以上)かつ高出力(1mW以上)な波長可変特性を実現した。