『知的光シンセサイザ』の研究 - 美濃島研究室

精密時空間光学：
『知的光シンセサイザ』の研究
電気通信大学 基盤理工学専攻 美濃島 薫
光を音楽のように自由自在に奏でられる光源 『知的光シンセサイザ』 を開発して、新しい応用分野を開拓しています。
そのために、光周波数（色）が櫛状に整列し、「光のものさし」と呼ばれる高度な光（「光コム」）を作っています。光コムは、
一瞬の時間だけ光る超短パルスレーザーによって発生させます。一方、このような光は、光っている一瞬の時間にはウィ
ルスの大きさくらいのわずかな距離しか進めない、空間的に局在した光でもあります。以上のような時間･空間･周波数の
多次元の特性を生かし、光の性質を使い尽くすことで、多彩な応用を実現する「知的精密時空間光学」を研究しています。
超短パルス列 【時間･空間軸】
1
~ fs, m
fs=10-15
光コム（櫛） 【周波数軸】
光を自由自在に操る道具
s
光の世界（光シンセサイザ）
光コムのスペクトル（イメージ）
~ns, m
精密で可変の「光のものさし」
超短パルスレーザーとは?
as to ms
高強度フェムト秒
レーザー照射
t = 0, 100 fs
プラズマ
レンズ
フェムト秒パルスで
イメージング
t > 0, 100 fs
時間
精密
変換
非線形光学
強度
ピアノ
空間
鍵盤：音の高さの規則的な並び
精密
変換
自由自在に音楽を奏でる道具
強さ、音程、リズムの制御
周波数（色）
10 m
強度、周波数、位相の制御
自由自在に光を操る道具
音楽の世界（シンセサイザ）
pm to km
精密
変換
光コム
コム（櫛）：波長の規則的な並び
横軸＝光の波長
多重性、
超広範囲
多次元性
極限時間分解イメージング
水
縦軸＝光強度
RF~optical
waves
(MHz~THz)
光周波数シンセサイザ
Hz to PHz
t=0
フィラメント発生
t = 7 ps
衝撃波発生
t = 40 ns
多次元性・多重性を生かした
高機能・高精度な知的応用
超高速現象の解明
Intensity
fCW
超短パルス・光コムの世界
内部構造の非破壊・非侵襲計測
OCTイメージ
fbeat
mth
frep
Frequency
1. CWレーザーをコムに同期
2. サーフィンのように周波数走査
（コム間隔を変化, frep）
4.6 m
ブロード・超精密な周波数可変レーザー
Side view
(d)
4.6 m
ピコメートル変位計測
4.6 m
OCTイメージ
X-カプラー
OCTイメージ
Top view
デバイスの内部構造の検査・解析
ワンショット３次元イメージング
変位測定 10 m
大気中での高分解能: 1 pm @ 1s
チャープ光パルス
（フェムト秒精度の時間の虹）
ピコメートル精度で10 mの変位計測
F lu c tu a tio n
( m )
10
Standard deviation=1.6 m
5
0
-5
測定対象
光の色で描く３次元地図
超高速シャッター（光のナイフ）
【空間】⇔【時間】⇔【色（周波数）】の超高速変換
動くターゲットの３次元イメージング
-10
0
50
100
150
Time (s)
1.6 m, 7X10-9 of 240m
200
Group refractive index change
高精度長距離絶対計測
-6
x10
Standard deviation=2.3x10
-8
0.0
Difference
-0.5
Measured
Calculated by
environmental data
-1.0
-1.5
0
2
4
6
Time (hours)
8
10
経験式での計算と高精度に一致
100メートル以上の長距離をマイクロメートルの高精度で測定
【ホームページ】 http://www.femto-comb.es.uec.ac.jp/