山下 真司/YAMASHITA Shinji

山下 真司 教授

【研究分野】
フォトニクス・ワイヤレス分野
【研究領域】
光ファイバレーザ・デバイスとその応用
【研究室URL】
http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/yamalab/index.html

研究内容

インターネットや携帯電話などの通信サービスを大容量伝送路として影で支えているのは光ファイバです。同時に光ファイバは安全安心や医用応用のための新しいセンシング/診断技術を提供しつつあります。山下研究室では、この光ファイバ通信およびセンシングのための光ファイバやレーザなどの光デバイスの研究を行なっています。なお、本研究室は保立教授研究室およびセット准教授研究室と研究面で協力関係にあります。

ナノカーボンによる新しいレーザ・光デバイス

炭素の1次元/2次元ナノ構造であるカーボンナノチューブ(CNT)およびグラフェンは非常に有用な機械的・電気的特性をもつことが知られていますが、当研究室ではその高い光非線形性に注目し、CNT・グラフェン光デバイスの研究を世界に先駆けて進めています。これらを上述の光ファイバレーザと組み合わせることにより、時間的に非常に短いパルス(1ps以下)を発生させることができます。図1のように、全長10mmで繰り返し周波数10GHzという世界最小ながら高安定・高出力短パルス光ファイバレーザの実現に成功しており、それを種としての超広帯域(SC)光発生にも成功しています。このSC光をガス分光分析などのセンシングに利用する研究も進めています。また、グラフェンやCNT光デバイスの光通信への応用の研究も進めています。グラフェン・CNTの光非線形性により光信号を別の波長に変換すること波長変換器や、グラフェン光変調器(図2)の研究も進めています。

高速に波長を変化できるレーザの計測・医用応用

エルビウム(Er)やツリウム(Tm)などの希土類を添加した光ファイバや半導体素子による光ファイバレーザの光通信・光計測応用を進めています。特に最近力を入れているのは、非常に広い波長範囲(100nm以上)で色を高速(繰り返し周波数数百kHz)でスキャンすることができる超高速/広帯域波長可変光ファイバレーザです。このレーザを光断層画像診断(OCT)へ応用する研究(図3)を進めています。同時に、同じ技術を自動車などに向けたレーザレーダ(Lidar)に応用する取り組みも始めています。また、これまで光ファイバでは実現が難しかった中赤外波長(2-5μm)光ファイバレーザの実現と光計測応用を進めています。

学生へのメッセージ

本研究室は光ファイバを中心としたフォトニクスの研究室です。最近のフォトニクスは物理的な部分だけでなく、信号処理など数理的な部分も大きくなっています。また、新しいアイデアは狭いところを歩きまわっているだけでは出てきません。自分の興味あるところにこだわるだけではなく、幅広く関連の物理・数理・テクノロジーを学んで欲しいと思います。

図1:CNTによる世界最小のフェムト秒ファイバレーザとその出力スペクトル
図2:グラフェン光変調器と吸収量の最適化
図3:波長掃引OCTシステムと高速取得画像