森田　隆二 (モリタ　リユウジ)

工学研究院　応用物理学部門　光波動量子物理工学分野教授
Last Updated :2025/11/06

■研究者基本情報

学位

  • 工学博士, 東京大学

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J-Global ID

研究キーワード

  • 量子光科学
  • 非線形光学
  • Ultrafast Optics
  • Nonlinear Optics

研究分野

  • 自然科学一般, 半導体、光物性、原子物理
  • ナノテク・材料, 光工学、光量子科学

担当教育組織

■経歴

経歴

  • 2005年 - 現在
    - 北海道大学大学院工学研究院, 応用物理学部門, 教授
  • 2017年04月 - 2019年03月
    École Normale Supérieure Paris-Saclay,, Laboratoire de Photonique Quantique et Moléculaire, Institut d'Alembert,, Invited Professor

委員歴

  • 2024年04月 - 現在
    応用物理学会, 応用物理学会理事（北海道支部長）, 学協会
  • 2021年11月 - 現在
    外務省, パリ国際大学都市日本館館長選考委員, 政府
  • 2021年09月 - 現在
    Frontiers in Photonics,, Associate Editor, その他
  • 2018年04月 - 現在
    Photonics Research (Optica, formerly Optical Society),, Associate Editor, 学協会
  • 2017年04月 - 現在
    Scientific Reports (Nature publishing group), Editorial Board Member, 学協会
  • 2014年04月 - 現在
    応用物理学会, Applied Physics Express/ Japanese Journal of Applied Physics (APEX/JJAP) 編集委員, 学協会
  • 2006年 - 現在
    応用物理学会, 日本光学会「光波シンセシス研究グループ」幹事, 学協会
  • 2023年 - 2024年
    レーザー学会, プログラム委員, 学協会
  • 2019年 - 2020年
    レーザー学会, プログラム委員
  • 2017年04月 - 2019年03月
    Maison du Japon, Cité Internationale Universitaire de Paris, Université de Paris,, Directeur, 政府
  • 2017年 - 2017年
    Optical Society (of America), Associate Editor, Special Issue, Optics Express, 学協会
  • 2011年04月 - 2015年03月
    応用物理学会, 代議員, 学協会
  • 2011年
    レーザー学会, プログラム委員, 学協会
  • 2009年
    応用物理学会, 日本光学会年次学術講演会 Optics & Photonics Japan 2009 プログラム委員, 学協会
  • 2007年 - 2008年
    応用物理学会, 応用物理学会誌編集委員, 学協会

■研究活動情報

受賞

  • 2025年05月, Springer Nature, Springer Nature Editor of Distinction Award 2025 (Springer Nature Author Service Award; Scientific Reports)　　　　　　　　　　　　　　　
    Ryuji Morita
  • 2023年11月, Optica (formerly Optical Society), Optica Fellow 2024　　　　　　　　　　　　　　　
    森田 隆二
  • 2017年04月, 応用物理学会, 2016年度(第15回) APEX/JJAP編集貢献賞受賞　　　　　　　　　　　　　　　
    森田 隆二
  • 2016年09月, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 審査員表彰　　　　　　　　　　　　　　　
    森田 隆二
  • 2016年09月, 応用物理学会, 第10回(2016年度) フェロー表彰　　　　　　　　　　　　　　　
    「超短光パルスにおけるトポロジーの制御と精密計測」
    森田 隆二
  • 2015年09月, 応用物理学会, 第37回（2015年）応用物理学会優秀論文賞　　　　　　　　　　　　　　　
    森田 隆二
  • 2012年05月, アメリカ光学会, シニアメンバーに選任・表彰　　　　　　　　　　　　　　　
    森田 隆二
  • 2010年10月, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 審査員表彰　　　　　　　　　　　　　　　
    日本国
  • 1990年08月, フランス政府, 給費留学研究員　　　　　　　　　　　　　　　
    森田 隆二

論文

その他活動・業績

書籍等出版物

  • トポロジカルオプティクス　　　　　　　　　　　　　　　
    森田 隆二, 尾松 孝茂, 戸田 泰則
    朝倉書店, 2016年, ［分担執筆］
  • Over 1-mJ intense ultrashort optical-vortex pulse generation with programmable topological-charge control by chirped-pulse amplification　　　　　　　　　　　　　　　
    K. Yamane, A. Honda, Y. Toda, R. Morita, 809-812
    Springer, 2015年, ［分担執筆］
  • Laser Spectroscopy Using Topological Light Beams　　　　　　　　　　　　　　　
    Y. Toda, R. Morita, 83-117
    Springer, 2015年, ［分担執筆］
  • Chiral Nanostructures Fabricated by Twisted Light with Spin　　　　　　　　　　　　　　　
    T. Omatsu, R. Morita, 311-334
    Pan Stanford Publishing, 2014年, ［分担執筆］
  • トポロジーデザイニング～新しい幾何学からはじめる物質・材料設計～　　　　　　　　　　　　　　　
    エヌ・ティー・エス, 2009年
  • Mono-cycle photonics and optical scanning tunneling microscopy---route to femtosecond-angstrom technology---　　　　　　　　　　　　　　　
    Springer Verlag, 2005年

講演・口頭発表等

  • Direct print of well-aligned close-packed gold microdots with optical vortex irradiation　　　　　　　　　　　　　　　
    Kanta Takahashi, Haruki Kawaguchi, Rong Wei, Keisaku Yamane, Ken-ichi Yuyama, Satoyuki Kawano, Ryuji Morita, Nobuyuki Aoki, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
    CLEO Pacific-Rim 2022, 2022年08月, 英語, 口頭発表（一般）
    2022年07月31日 - 2022年08月06日
  • Direct Optical Vortex Laser Printing of a Microdot with Close-Packed and Sintered Gold Nanoparticles　　　　　　　　　　　　　　　
    Haruki Kawaguchi, Rong Wei, Keisaku Yamane, Ken-ichi Yuyama, Satoyuki Kawano, Ryuji Morita, Kohei Toyoda, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
    CLEO 2022, 2022年05月, 英語, 口頭発表（一般）
    2022年05月15日 - 2022年05月20日
  • Development of sub-Gfps ultrafast snapshot imaging system based on recirculation filtering of ultrashort optical pulses　　　　　　　　　　　　　　　
    Asami Honda, Keisaku Yamane, Masato Suzuki, Jin Kawaguchi, Yasunori Toda, Takashige Omatsu, Ryuji Morita
    CLEO 2022, 2022年05月, 英語, 口頭発表（一般）
    2022年05月15日 - 2022年05月20日
  • Direct print of close-packed gold nanoparticle microdots with optical vortex illumination　　　　　　　　　　　　　　　
    H. Kawaguchi, K. Takahashi, R. Wei, K. Yamane, K.-i. Yuyama, S. Kawano, R. Morita, N. Aoki, K. Miyamoto, T. Omatsu
    8th Optical Manipulation and Structured Materials Conference (OMC2022), 2022年04月21日, 英語, 口頭発表（一般）
    2022年04月19日 - 2022年04月21日
  • 再循環光学フィルタリングを用いた sub-Gfps イメージング装置の開発　　　　　　　　　　　　　　　
    爲本龍太, 本田亜沙美, 山根啓作, 鈴木 雅人, 戸田泰則, 尾松孝茂, 森田隆二
    第69回応用物理学会春季学術講演会, 2022年03月25日, 日本語, 口頭発表（一般）
  • 光渦レーザー誘起前方転写法による金ナノインクプリンティング　　　　　　　　　　　　　　　
    魏 榕, 川口晴生, 山根啓作, 柚山健一, 川野聡恭, 森田隆二, 青木伸之, 宮本克彦, 尾松孝茂
    第69回応用物理学会春季学術講演会, 2022年03月22日, 日本語, 口頭発表（一般）
  • 時間-周波数マッピングに基づく新規高速スナップショット計測システムの開発　　　　　　　　　　　　　　　
    本田亜沙美, 山根啓作, 鈴木雅人, 川口秦, 戸田泰則, 尾松孝茂, 森田隆二
    レーザー学会学術講演会 第42回年次大会, 2022年01月12日, 日本語, 口頭発表（一般）
  • Vortex Airy beam realized by superposition of two Airy beams　　　　　　　　　　　　　　　
    Masato Suzuki, Keisaku Yamane, Takashige Omatsu, Ryuji Morita
    Frontiers in Optics 2021, 2021年11月01日, 英語, 口頭発表（一般）
  • Haruki Kawaguchi，Kei Umesato，Kanta Takahashi，Keisaku Yamane，Ken-ichi Yuyama，Satoyuki Kawano，Ryuji Morita，Katsuhiko Miyamoto，Takashige Omatsu　　　　　　　　　　　　　　　
    Optical vortex, induced gold nanoparticles forward transfer
    Joint Symposia on Optics Program, Optics and Photonics Japan 2021, 2021年10月27日, 英語, 口頭発表（一般）
  • エアリービームの重ね合わせによる光渦エアリービームの生成の検討　　　　　　　　　　　　　　　
    鈴木雅人, 山根啓作, 尾松孝茂, 森田隆二
    Optics and Photonics Japan 2021, 2021年10月27日, 日本語, 口頭発表（一般）
  • Spectroscopic polarization measurement and control using channeled spectrum　　　　　　　　　　　　　　　
    Kazuhiko Oka, Keisaku Yamane, Moritsugu Sakamoto, Ryuji Morita
    Optical Technology and Measurement for Industrial Applications Conference 2021, 2021年10月27日, 英語, 口頭発表（一般）
  • Proposal of new-type vortex Airy beam with improved propagation characteristics　　　　　　　　　　　　　　　
    Masato Suzuki, Keisaku Yamane, Takashige Omatsu, Ryuji Morita
    JSAP-OSA Joint Symposia 2021, 2021年09月13日, 英語, 口頭発表（一般）
  • Optical vortex induced hexagonal close-packed photonic-microring　　　　　　　　　　　　　　　
    K. Takahashi, H. Kawaguchi, K. Umesato, Y. Arita, K. Yamane, R. Morita, K.-i. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, T. Omatsu
    JSAP-OSA Joint Symposia 2021, 2021年09月13日, 英語, 口頭発表（一般）
  • Creation of hexagonal close-packed photonic-ring with optical vortex　　　　　　　　　　　　　　　
    K. Takahashi, H. Kawaguchi, K. Umesato, Y. Arita, K. Yamane, R. Morita, K.-i. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, T. Omatsu
    The 40th JSST Annual International Conference on Simulation Technology, 2021年09月02日, 英語, 口頭発表（一般）
  • Improvement in orbital angular momentum mode sorting of optical vortices　　　　　　　　　　　　　　　
    K. Yamane, K. Iitsuka, M. Sakamoto, H. Ono, K. Oka, Y. Toda, R. Morita
    CLEO Europe/Europe-EQEC, 2021年06月25日, 英語, 口頭発表（一般）

担当経験のある科目_授業

  • 応用数学III　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部応用理工系学科応用物理工学コース
    2022年04月 - 現在
  • 電磁気学演習I　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部応用理工系学科応用物理工学コース
    2020年10月 - 現在
  • 電磁気学I　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学工学部応用理工系学科応用物理工学コース
    2020年10月 - 現在
  • 非線形光学特論　　　　　　　　　　　　　　　
    北海道大学大学院工学研究院
    1996年04月 - 現在

所属学協会

  • 日本物理学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • レーザー学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • Optica (formerly Optical Society)　　　　　　　　　　　　　　　
  • 応用物理学会　　　　　　　　　　　　　　　
  • European Physical Society　　　　　　　　　　　　　　　

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 超短光渦パルスの時空間結合特性を用いた超高速らせん形状モード変調とその応用展開
    科学研究費助成事業
    2023年04月01日 - 2026年03月31日
    森田 隆二, 戸田 泰則
    本研究の目的は，光の持つ位相・偏光の空間的特異性・非一様性に着目し，申請者らが現在までに独自に開発したモノサイクル域光パルス発生・制御技術，さらには光波時空間結合コヒーレント合成技術を用いることにより，以下のことを行うことである。すなわち，時間的にチャープした光渦パルス等のコヒーレントビーム合成による，らせん形状・円筒対称ビームパターンTHz変調手法の確立，この技術を発展させ，様々ならせん形状・円筒対称を持つTHz変調動的光モードの生成，さらに生成ビームによる物質系における擬粒子励起とそのコヒーレント伝播制御・増強・対称性を有した新奇現象探索を行うことである。


    既に申請者らは，THz回転周波数の超高速回転光格子（光渦ペア）発生に成功しているが，これは方位角依存の位相の干渉効果によるものである。物質系における擬粒子励起などの応用を考え，当該年度はさらなる自由度として動径座標依存の位相変調の導入を行った。「方位方向依存位相+動径方向依存位相」の干渉効果を用いると，「らせん方向」ビーム変調が可能となり，これを超高速で回転させることができる。


    具体的には，動径方向依存+方位方向依存位相変調の自在性を与えるため，プログラマブル空間位相変調器を用いており，その光損傷閾値を超えない程度の光源の増幅を行っている。また，光渦の重ね合わせ光学系としては，光損失が少なく安定でロバストなコヒーレントビーム合成光学系を，Sagnac型干渉計光路を用いて構築している。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K26566
  • 超短光渦パルスの時空間結合特性を用いた超高速らせん形状モード変調とその応用展開
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2023年04月 - 2026年03月
    森田 隆二,戸田泰則
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23H01873
  • チャープした超短光渦パルスの重ね合わせによる超高速ビームパターン変調とその応用
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2020年04月 - 2023年03月
    森田 隆二,戸田泰則
    本研究の目的は，光の持つ位相・偏光の空間的特異性・非一様性に着目し，申請者らが現在までに独自に開発したモノサイクル域光パルス発生・制御技術，超短光パルスコヒーレント合成技術，光のスピン軌道相互作用変換・制御技術を用いることにより， THzの速さでビームパターンが変化する光格子（光渦ペア）を発生させること，さらに，物質系において，発生光渦ペアによる擬粒子励起を行い，その伝播過程を利用してコヒーレントな制御・増強を行うことである。既に申請者らは，THz回転周波数の超高速回転光格子（光渦ペア）発生に成功しているが，物質系における擬粒子励起などの応用を考えると，十分な光出力とはいえない。そこで，まず，THz回転周波数の超高速回転リング状光格子（光渦ペア）の高強度化をめざし，当該年度は以下を行った。


    光源系の改良としては，光損失が少なく安定でロバストなコヒーレントビーム合成光学系としてサニャック型干渉計光路を用い，変調前のパルスエネルギー360 μJ，変調後のパルスエネルギー115 μJ，32%の高い変換効率を得ている。また，チャープされた光渦の重ね合わせ実験において，絶対値が等しく符号の異なるトポロジカルチャージを有する光渦パルスの重ね合わせ手法を拡張し，方位方向指数の異なる光渦の重ね合わせによる動径方向に変化する高効率超高速ビーム変調，方位方向指数および動径方向指数の異なる光渦の重ね合わせによる複雑な超高速ビームパターン変調に成功している。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 20H02645
  • 光圧を極める：分子操作の極限化と光制御によるマクロ化
    科学研究費助成事業 新学術領域研究(研究領域提案型)
    2016年06月30日 - 2021年03月31日
    笹木 敬司, 村越 敬, 森田 隆二, 深港 豪, 山根 啓作
    本研究では、分子・分子集合体に作用する光圧をナノ空間で自在にデザインし、室温・媒質中においてナノ物質を個別選択的に捕捉・操作し、配置・配向・配列を制御する技術を世界に先駆けて開発するとともに、多様な光圧制御技術により光物質操作のマクロ化を実現する事を目的としている。
    今年度は、昨年度に引き続き、高精度の金ナノ構造の作製および光圧を発生させるためのナノ局在場のデザインを行うため、開発した数値解析手法を用いて金ナノトライマー構造の局在場の解析を進めた。この知見と昨年度の技術的なノウハウを基に、実際に電子線描画装置を用いて水中で波長1064nmに共鳴を持つ金ナノボウタイ構造を作製した。10nm程度のサイズのナノギャップ部への選択的な発光体の導入を試みるため、この試作構造に水中で波長1064nmの直線偏光レーザーを照射し、ナノ粒子の捕捉を試みた。実験では、直径40nmの色素分子凝集体を用いて光捕捉を行った結果、ナノ粒子が数μmの距離から急激にギャップ部に引き寄せられ、捕捉される様子を確認した。照射レーザーを切った後もギャップ部においてナノ粒子からの蛍光が確認され、乾燥した試料のSEM像からもギャップ部に選択的にナノ粒子が堆積している様子が確認できた。また、昨年度構築したテーパーファイバーを用いたナノ粒子捕捉・輸送システムを用い、異なる波長の対向ビームの入射による捕捉粒子（NVセンター含有・非含有ナノダイヤモンド）の吸収特性を利用したナノ粒子操作・選別を試みた。粒子に作用する散乱力は、対向ビームによりキャンセルされ、吸収量の違いによる吸収力の差の分だけ、NVセンター含有・非含有粒子間の運動に差が生じる。入射レーザー光強度の最適化を行なった結果、NVセンターの有無により輸送される方向が反転し、NVセンター含有・非含有ダイヤモンドナノ粒子の選別が可能となることを示した。
    日本学術振興会, 新学術領域研究(研究領域提案型), 北海道大学, 16H06506
  • コヒーレント合成による高強度モノサイクル域トポロジカル光波の発生とその応用
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2014年04月01日 - 2017年03月31日
    森田 隆二, 戸田 泰則
    モノサイクル域で軌道角運動量可変な高強度超短光渦パルス（パルスエネルギー 1 ｍJ超，パルス幅 27fs）の発生に成功し，また， 2つの直交偏光光渦パルスをコヒーレントビーム結合させることにより，超広帯域偏光渦パルス（波長帯域750-880 nm）の生成に成功した。さらに，超広帯域偏光渦パルスの偏光対称性，空間的偏光純度に関する精密測定法の開発を行い，その有効性を実証した。また，径偏光超短パルスによる半導体のスナップショット偏光分光実験を行い，この手法の高精度・高感度特性を実証した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 26286056
  • トポロジカル光波の全角運動量を利用した新規物性制御　　　　　　　　　　　　　　　
    戦略的創造研究推進事業CREST（受託研究）
    2010年10月 - 2016年03月
    森田 隆二
    科学技術振興機構, 研究代表者, 競争的資金
  • モノサイクル域光パルスのスピン軌道相互作用制御とその応用
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2011年04月01日 - 2014年03月31日
    森田 隆二, 戸田 泰則
    サイクル域の光渦パルスの発生，ならびに軌道角運動量可変な超mJ高強度・27 fs超短光渦パルス発生に初めて成功し，また超広帯域光渦パルスの高精度軌道角運動量スペクトル準実時間測定を実証した。さらに，光渦を用いたポンプ・プローブ閉ループ時間分解非線型励起分光法を開発し，GaN励起子の軌道角運動量の緩和時間を評価した。その他，スピン角運動量および軌道角運動量を制御した光渦パルスを用いて，ナノサイズの金属螺旋ニードル構造を作製することにも初めて成功した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 23360024
  • ５次元ナノ顕微光吸収分光装置の試作とその応用
    科学研究費助成事業 基盤研究(C)
    2010年04月01日 - 2013年03月31日
    目良 裕, 森田 隆二, 近藤 高志
    物質表面のエネルギー構造の時間分解ダイナミクスを、ナノスケールの空間分解能で測定可能なシステムを試作する目的で、超短パルスレーザーから作るスーパーコンティニュアム広帯域光源とフーリエ変換干渉計を走査トンネル顕微鏡(STM)と組み合わせた新しい電場変調測定手法を提案し、実現した。この測定法を用いることで、半導体のエネルギー構造が測定できることを示した。
    また短パルスレーザーとSTMを組み合わせて半導体表面における電子や空孔のダイナミクスを測定する際の基礎となる物理過程をモデル化し、数値計算でシミュレーションした結果を実験結果と比較することで、物理量を正しく評価するための条件を明らかにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(C), 22510111
  • リング状物質と相互作用する極限時間域環状ビーム光パルスによる新規光物理の開拓
    科学研究費助成事業 挑戦的萌芽研究
    2011年 - 2012年
    森田 隆二
    光渦パルスをシード光とし,縮退光パラメトリック増幅およびチャープ補償を行うことにより,サイクル域の光渦パルスの発生に初めて成功した。また,軌道角運動量可変な超短光渦パルス発生ならび高精度軌道角運動量スペクトル測定法の開発も行った。さらに,光渦を用いたポンプ・プローブ閉ループ時間分解非線型励起分光法および高精度軌道角運動量変換法を開発し,物質との相互作用としては,スピン角運動量および軌道角運動量を制御した光渦パルスを用いて,ナノサイズの金属螺旋ニードル構造を作製することに初めて成功した。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 23656040
  • 極限時間域光電場の位相・振幅制御による単分子スイッチの開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2008年 - 2010年
    森田 隆二, 戸田 泰則
    表面相互作用の異なる金属基板上での光異性化前後アゾベンゼン単分子について,走査トンネル顕微鏡による観測を行い,表面相互作用の強い基板上では平面構造のトランス体が存在し,この場合,異性化過程において反転機構が支配的であることを見出した。また,光異性化,分子コンフォメーション変化を促す新たな光源として,時間・周波数領域極限位相・振幅制御だけでなく,ビーム内空間位相・偏光の制御を行った光波の高効率発生に成功,それを用いたリング状非線型分光法を確立し,さらには金属との相互作用実験により,光の全角運動量の効果を初めて明らかにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 20360025
  • モノサイクル域光渦による回転加速度系の創出とその新規全光スイッチへの応用
    科学研究費助成事業 萌芽研究
    2007年 - 2008年
    森田 隆二
    本研究は、申請者らが現在までに独自に開発したモノサイクル域光パルス(光の振動周期とパルス幅が同程度の光パルス)発生・制御技術を「巨大加速度を発生させる手法」としてとらえること、ならびにスピン角運動量(偏光に対応)だけではなく新たなパラメータである軌道角運動量(光の位相がビーム断面内方位角に依存することに対応)を制御した光である「光渦(optical vortex)」および偏光分布が空間依存する典型的な光である「偏光渦(polarization vortex)」という概念と結合させることを目的としている。
    本年度は、モノサイクル域光渦パルスの発生を目指して、以下の無分散光渦パルスの発生実験、高出力軸対称偏光レーザーの開発を行った。
    1.従来の超広帯域光渦パルス発生法では、空間分散が生じる、すべての周波数帯域においてトポロジカルチャージがそろわない、といった問題が生じる。これら問題を克服する手法として、軸対称偏光板を用い、空間的に偏光特異性をもつビームを発生させることによる、独自の無分散光渦パルス発生法を考案、また、本手法による超広帯域光渦パルス発生実験を行うことにより、その有効性を実証した。さらには、この手法のJonesベクトルによる解析も行った。
    高出力光渦パルスの発生を目指し、半導体レーザー横方向励起バウンス型Nd : GdVO_4の作製を行った。本方法は、励起の手法を制御することにより、高次モードであるLaguerre-Gaussモード発振をさせて、55Wの励起光に対して17.8Wの高出力を得ている。このような高次モード発振に関してモード整合効率の解析も行っている。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 19656014
  • 10^<-15>秒域の光電場波束フォトニクスの開拓
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2004年 - 2007年
    山下 幹雄, 森田 隆二, 勝呂 彰
    10^<-15>秒域の光電場波束の発生・計測・制御を中心に研究を行った。その結果、自己位相変調(SPM)法により、可視域で世界最短のフーリエ変換限界単一パルス2.8fs・1.5サイクル光の発生に成功した。さらに、独自な誘起位相変調 (IPM) 法により、2.6 fs・1.3サイクル・1.4 GW光の発生に成功した。また、搬送波・包絡波位相 (CEP) を安定化したl kHz繰り返しの、3.3 fs・1.7サイクル光電場波束発生に成功した。加えて、フォトニッククリスタルファイバー (PCF) 法を用いた光パルス圧縮法としては、最短のサブ5 fsの光パルス発生が可能であることを実証した。これらは、一オクターブを越える帯域を有しかつ準実時間動作する、独自な自律型フィードバックチャープ補償システム(スペクトル位相を操作する空間位相変調器(SLM)+4f光学配置、スペクトル位相信号を高感度測定をするM-SPIDER、作成したプログラムによるスペクトル位相解析とSLM駆動のための計算機から成っている)の構築により可能となった。また、スペクトル位相解析にウェーブレット変換法を用いることにより、フィードバック補償の自動化と高精度スペクトル位相解析が可能であることを示した。さらにこのシステムの帯域を、紫外にまで拡げるため、新しい液晶を用いた空間光変調(SLM)素子を試作し、その位相変調特性の詳細な解明と有用性を確認した。
    一方、10^<-15>秒光電場波束の石英ファイバー非線形伝播について包絡波近似などのない厳密な非線形波動方程式を数値解析した。その結果、入射光CEPに著しく依存する第3高調波発生が見いだされた。これは、簡便なCEP計測法として利用できる現象である。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 16206006
  • 極限時間域トポロジカル光波の発生と非線形光学　　　　　　　　　　　　　　　
    2007年
    競争的資金
  • 全角運動量が制御されたモノサイクル域光渦パルスによる新規非線形光学の開拓
    科学研究費助成事業 萌芽研究
    2005年 - 2006年
    森田 隆二
    本年度は、光渦発生ならびにサイクル域光パルスに関する以下の成果を得た。
    1.チタニウムナファイアレーザー発振器からの〜50fsの光パルスを、2次元空間位相変調器により作製したホログラムに入射、回折させることにより、〜50fsの光渦パルスを発生させた。この発生した光渦パルスの空間分解スペクトルを測定し、空間チャープを評価した。その結果、〜50fs程度の光パルスでは、空間チャープが無視できるほど小さいことを明らかにした。
    2.〜50fsのエルミートガウシアンビームパルスを参照光とし、これを被測定対象である〜50 fs光渦(ラゲールガウシアン)ビーム内で集光・走査することにより、空間分解された相互相関周波数分解ゲート信号を測定し、光渦パルスの時空間特性を定量的に評価した。この結果は光渦パルスを用いた分光測定などの応用の際、重要となる。
    3.光渦に非対称欠陥を導入することにより、トポロジカル位相の一種であるグイ位相の、集光にともなうシフトを直接観測する手法を開発した。この手法は、従来の干渉による手法とは異なり、簡便に光渦の本質的物理量であるグイ位相を求めることができる。
    4.断面内に、2つの光渦が存在するようなビームを発生させ、その空間発展を観測した。ビーム焦点付近で通常の渦運動と異なる新たな振る舞いを発見した。現在、そのメカニズムの解明を進めている。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 17656020
  • 非線形レーザー顕微鏡による神経細胞の興奮メカニズムの超高時間・空間分解観測と制御
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2004年 - 2006年
    森田 隆二, 郷原 一寿, 戸田 泰則
    1.自己位相変調効果を用いて、1オクターブを超える超広帯域スペクトル(460-1060nm)を有する光パルスを発生し、独自に作製した、変形スペクトル干渉位相電場再生システムおよびフィードバック位相補償システムによるフィードバック位相補償を行うことにより、2.8fs,1.5サイクルのフーリエ変換限界光パルスの発生に成功した。これは、スペクトル位相が決定された可視・赤外領域における世界最短パルスである。
    2.生体物質の3次元空間分解観測に適用可能な光第2高調波レーザー顕微鏡を開発し、ラット胎児大脳皮質由来の神経細胞の観察を行った。細胞体の空間反転対称性の破れを反映した信号を観測することにより、核、軸索からの強い信号の観測に成功している。現在、空間分解能は、1.5μm程度である。
    3.フェムト秒光パルスレーザー増幅器を光源としたコヒーレント反ストークスラマン散乱レーザー顕微鏡の開発を行った。波長800nmと1040nmの光を用いて、650nmのCARS信号光を検出することにより、タマネギ表皮細胞の2900cm^<-1>のC-H伸縮振動、波長800nmと1100nmの光を用いて、630nmのCARS信号光を検出することにより3400cm^<-1>のN-H伸縮振動を空間分解観測した。その結果を比較することにより、C-Hリッチ、N-Hリッチな領域のマッピングを行った。
    4.メチルレッドをインターカレートしたDNAの二重鎖の結合、解離を光第2高調波顕微鏡のようなマクロな測定により観測することを試みた。そのメカニズムは、結合している場合二重鎖は反転対称性を持ち、解離している場合反転対称性が破れ、光第2高調波活性になることによる。現在、信号レベルと雑音レベルが同程度で有意な結果が得られていないが、非線形性の大きなアゾ色素を用いることにより、信号強度の向上を図っている段階である。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 16360024
  • サイクル域光パルスによる巨大加速度系の創出と吸収領域新規異常光学現象の探索
    科学研究費助成事業 萌芽研究
    2003年 - 2004年
    森田 隆二
    本年度は、サイクル域光パルスに関する以下の成果を得た。
    1)自己位相変調効果を用いて、1オクターブを超える超広帯域スペクトル(460-1060nm)を有する光パルスを発生し、研究者らが独自に作製した、変形スペクトル干渉位相電場再生システムおよびフィードバック位相補償システムによるフィードバック位相補償を行うことにより、2.8fs,1.5サイクルのフーリエ変換限界光パルスの発生に成功した。これは、スペクトル位相が決定された可視・赤外領域における世界最短パルスである。
    2)サイクル域の光パルスと物質の相互作用を考える場合、搬送波・包絡波位相の制御が重要となる。基本波・第2高調波自己位相参照干渉スペクトル測定装置、位相ロックループを用いて搬送波・包絡波位相を安定化した超オクターブ帯域3.3fs,1,7サイクル光パルスの発生に成功した。これは、搬送波・包絡波位相が安定化された世界最短パルスである。
    3)微細構造ファイバーであるフォトニック結晶ファイバー中にフェムト秒光パルスを伝播させることにより、620-945nm超広帯域スペクトルを発生させ、変形スペクトル干渉位相電場再生システム、フィードバック位相補償システムを組み合わせたフィードバック位相補償を行い、フォトニック結晶ファイバーからでは世界最短の5.8fs(2.3サイクル)の高繰り返し光パルスの発生に成功した。
    4)フェムト秒レーザーと走査トンネル顕微鏡を結合させ、フェムト秒時間分解トンネル電流の測定に成功した。この測定には、時間遅延を変調したフェムト秒パルス対を用い、試料としては低温成長GaNAsを用いた。試料は、653fsと55.1psの2つの高速緩和過程を示し、これらの結果は、従来のポンプ・プローブ法による光学測定の結果と一致し、本測定法の妥当性を示している。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 15656015
  • 位相・偏光特異点を有する光の時空間特性　　　　　　　　　　　　　　　
    2004年
    競争的資金
  • サイクル域光パルスにより誘起される巨大加速度現象に関する研究
    科学研究費助成事業 萌芽的研究
    2000年 - 2001年
    森田 隆二
    本年度は、サイクル域光パルスに関する以下の成果を得た。
    1.石英ファイバー中の12fs(4.5サイクル)光パルスの非線形伝播に関して、すべての次数の分散、遅延ラマン応答を含む非線形応答を取り込んだ時間領域有限差分(FDTD)法による計算を行い、別に行った実験結果をよく再現する結果を得た。この結果から、12fsのような時間領域では、石英ファイバーの遅延応答ラマン効果を考慮することが重要であることを見いだした。
    2.アルゴンガス充填ファイバー中に、チタニウムサファイアレーザー増幅器からのフェムト秒光パルス(基本波,中心波長780nm)を伝播させ、自己位相変調効果を効率的に生じさせることにより超広帯域コヒーレント光波発生を発生する。この光波を、回折格子、凹面鏡、空間位相変調器によって構成される4f-非線形チャープ補償光学系により位相補償した。この空間位相変調器のみによる位相補償により、従来用いられてきたフリンジ分解自己相関法より正確な周波数分解光ゲート装置を用いた測定では世界最短パルス幅5.0fs、サイクル数2.2サイクルの極短光パルスの発生に成功した。
    3.上記周波数分解光ゲート装置よりもより広帯域光パルスを測定可能な電場再構築スペクトル干渉装置を作製し、世界最短パルス幅5.0fs、サイクル数2.2サイクルの極短光パルスの発生に成功した。また、この方法により、1オクターブを超える超広帯域パルスの電場振幅・位相の測定にも成功している。
    4.高エネルギー領域の振動状態を効率よくコヒーレントに選択励起する手法として、その振動状態周波数とパルス列繰り返し周波数、ならびに光周波数差とを同時に一致させた2色フェムト秒パルス列励起法の提案を行い、この手法に我々が行っている波長多重波形整形技術が有用であることを示した。
    日本学術振興会, 萌芽的研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 12875010
  • 包絡波近似を越えた非線形光学現象
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    1999年 - 2000年
    山下 幹雄, 大谷 守正, 森田 隆二
    包絡波近似(SVEA)を越えた非線形光学現象の研究として、1.数100THz以上の超広帯域コヒーレント光波の発生、
    2.光パルスのモノサイクル化、3.極限時間域の光波計測の研究を行い、以下のような成果を得た。
    1.超広帯域コヒーレント光波の発生
    (1)独自なシングルモード(SM)キャピラリーファイバー誘起位相変調(IPM)による300〜1000nm(Δν=700THz)の光波発生に成功→0.9サイクル・1.5fsTLパルスに対応→位相が確定した最広帯域コヒーレント光波
    (2)独自なSM石英ファイバーIPMによる490〜900nm(Δν=290THz)および670〜1250nm(Δν=290THz)の光波発生に成功→1.9サイクル・4.0fsおよび1.5サイクル・4.2fsTLパルスに対応→SM石英ファイバーでは最広帯域コヒーレント光波
    (3)IPM特有のスペクトル振動構造の初の観測とその起因の理論的解明
    (4)IPM超広帯域光波の基本位相特性の解明
    (5)SMファイバー中のSVEAフリー非線形光波伝搬の理論・実験両面からの解明
    2.光パルスのモノサイクル化
    (1)独自な空間位相変調法(SLM)による4.1fs・1.78モノサイクル台光パルス発生に成功→世界最短(4.0fs)レベル達成
    (2)独自なプリズム対+プリズム分散SLMによる4.9fs・2.06サイクル光パルス発生に成功
    (3)独自なプリズム対+回折格子分散SLMによる6.0fs・2.4サイクル光パルス発生に成功
    (4)同様な手法による75MHz高繰り返し、7.1fs・2.7サイクルTL光パルス発生に成功
    (5)7fs台光パルスの3次位相分散特性の実験的解明
    (6〉IPM超広帯域光波のSLMによるチャープ補償基礎実験に成功
    (7)現実的なSVEAフリー非線形光波伝搬解析による510asアト秒光パルス発生の定量提案
    3.極限時間域の光波計測
    (1)試作SH・FROG装置および試作SPIDER装置により、5.0fs光パルス波形I(t)・位相変化ψ(t)測定に成功→後者についてはこれまでの最短パルス測定であり、オクターブを越えたスペクトルパルスのI(t)・ψ(t)測定が可能
    (2)高感度変形SPIDER法の提案と基礎実験実証に成功
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 11450022
  • フェムト秒光パルス整形技術を用いた励起状態量子波束の時間発展制御に関する研究
    科学研究費補助金(奨励研究(A))
    1997年 - 1998年
    森田 隆二
    本研究の目的は、系の励起状態量子波束を自由に制御できるようなフェムト秒光パルス(tailored femtosecond optical pulse)の発生法を開発すること、ならびに、得られたtailored femtosecond optical pulseを用いて、現在までに行ってきたポンプ・プローブ測定技術を発展させた、系の励起状態量子波束の制御を行うことである。本年度は、1.2次元空間位相変調器を用いたフェムト秒光パルスの同時異波形整形実験、2.整形フェムト秒光パルスによる励起状態量子波束運動制御、特にコヒーレント・フォノン選択励起の計算機実験を行った。・1. まず、2次元空間位相変調器を用いたフェムト秒光パルスの同時異波形整形実験を行った。円筒レンズ対により一方向(x方向とする)に伸びた形でコリメートしたフェムト秒レーザーパルスを、回折格子、円筒レンズからなるフーリエ光学系を用いて、x方向と直交するy方向に周波数分解することにより、x方向には空間的に、y方向には周波数分解された2次元的ビームができる。この2次元的ビームの各点において、2次元空間位相変調器を用いて、異なる位相変調を加えることにより、フェムト秒光パルスを同時に、複数の異波形に整形することに成功した。これは、広帯域フェムト秒光パルスを切り出した後、2次元波形整形する、多波長同時波形整形の基礎となる実験結果...
    文部科学省, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 09750044
  • 非線形光学効果を用いた有機ゾル・ゲル光変調デバイスに関する研究
    科学研究費助成事業 重点領域研究
    1997年 - 1997年
    森田 隆二, 水野 誠司
    本研究は、大きな非線形性を持つ有機材料の利点を生かしつつ、機械的なもろさを克服することのできる可能性のある有機・無機ゾル・ゲル薄膜を用いて非線形光学効果を利用した光変調デバイスを開発することである。
    そこで、本年度は、有機材料としてシアニン色素S120のLB膜に注目し、1.シアニン色素(S120)LB膜の電場変調吸収測定、2.シアニン色素(S120)LB膜の3次非線形感受率χ^<(3)>の波長分散の決定を行った。また、CS_2の負の時間応答非線形屈折率効果に着目し、3.CS_2液体ファイバーを用いた新規フェムト秒パルス圧縮法の提案を行った。
    ・1.シアニン色素S120のLB膜を作製し、これらの電場変調吸収測定を行った。測定された電場変調スペクトルは、J会合することによる線形吸収ピーク(J-バンド)に対応した鋭い形状を有すること、また、形状が線形吸収スペクトルのエネルギー2階微分係数とほぼ相似であり、非線形性発現メカニズムは、Frenkel型excitonが寄与する1次のシュタルク効果(基底状態と励起状態の永久双極子モーメントの差で表される)により説明されることを明らかにした。
    ・2.測定された電場変調吸収スペクトルとクラマ-ス・クロニヒ変換を用いた技法により、シアニン色素LB膜ののχ^<(3)>の波長分散を450-700nmにおいて決定した。この結果、シアニン色素LB膜は、共鳴域では|χ^<(3)>|=2.8×10^<-10>esu,非共鳴域においては|χ^<(3)>|=2.4×10^<-12>esuと大きな値を持つことが明らかとなり、高効率光変調デバイスへの応用が期待される。
    ・3.正常分散域において負の時間応答非線形屈折率効果を用いたCS_2液体ファイバーによる新規フェムト秒光パルス圧縮法を提案し、その有用性を計算機実験により明らかにした。この方法は、従来の石英ファイバーを用いた圧縮法と同程度の圧縮効率を有し、かつ、外部位相補償を必要としないという利点を持つ。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 09222201
  • 非線形光学効果を用いた有機ゾル・ゲル光変調デバイスに関する研究
    科学研究費助成事業 重点領域研究
    1996年 - 1996年
    森田 隆二, 水野 誠司
    本研究は、大きな非線形性を持つ有機材料の利点を生かしつつ、機械的なもろさを克服することのできる可能性のある有機ゾル・ゲル薄膜を用いて非線形光学効果を利用した光変調デバイスを開発することである。
    そこで、本年度は、有機材料としてカロテノイド、アゾベンゼンに注目し、1.カロテノイドを用いた有機・無機ゾル・ゲルの作製、ならびにその非線形光学特性の時間分解測定、2.アゾベンゼン2分子膜の電場変調吸収測定、3.アゾベンゼン2分子膜の3次非線形感受率_χ^<(3)>の波長分散測定を行った。
    ・1.テトラエトキシシラン、エタノールを用いて有機材料β,β-カロテンをドープした有機・無機ゾル・ゲルを作製し、光ヘテロダイン検出フェムト秒時間分解カー効果測定を行った。その結果、カロテノイドドープゲルがフェムト秒域で応答する大きな負の非線形性を持つこと、これらの非線形性発現のメカニズムは2光子過程によるものであることを明らかにした。
    ・2.アゾベンゼンのH会合、J会合2分子膜を作製し、これらの電場変調吸収測定を行った。測定された電場変調スペクトルは、吸収スペクトルのエネルギー1階微分係数と相似な形をしており、1次のシュタルク効果によるものであることを明らかにした。
    ・3.測定された電場変調吸収スペクトルとクラマ-ス・クロニヒ変換を用いた技法により、アゾベンゼン2分子膜の_χ^<(3)>の波長分散を240-500nmにおいて決定した。この結果、非共鳴域において、アゾベンゼン2分子膜は石英の10倍程度の_χ^<(3)>(H会合体:5.6×10^<-13>esu,J会合体:2.4×10^<-13>esu)を持つことが明らかとなり、高効率光変調デバイスへの応用が期待される。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 08236202
  • カロテノイドの励起状態における超高速非線形光学特性に関する研究
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    1996年 - 1996年
    森田 隆二
    本研究の目的は、長いπ共役系を有し、非線形光学特性が大きいとされるカロテノイドに注目し、その非線形特性のexcited-state enhancement、すなわち、実励起による非線形性の増大を生じさせ、非共鳴域で高速に応答する大きな非線形特性を得ることである。
    本年度は、1.カロテノイド溶液の光ヘテロダイン検出フェムト秒時間分解光カー効果測定系の試作ならびにその測定、2.2光子励起過程を含むカロテノイドの非線形光学過程のメカニズムの解明を行った。
    ●1.フェムト秒チタニウムサファイアレーザー(波長〜780nm,パルス幅〜90fs)を光源とする光ヘテロダイン検出フェムト秒時間分解カー効果測定系を試作し、高感度でカロテノイド(β,β-カロテン、カンタキサンチン)溶液の非線形光学特性の測定を行った。この結果、カロテノイドはフェムト秒に応答する大きな負の非線形性を持つことを明らかにした。
    ●2.カロテノイドの大きな負の非線形性発現メカニズムを調べるため、フェムト秒時間分解カー効果の入力光強度依存性測定を行った。その結果から、カロテノイド溶液は、2光子過程に起因した、フェムト秒に応答する負の実効的3次非線形を持つことを見出した。また、この非線形性は、ポンプ光とプローブ光によるポピュレーショングレーティング効果によるものであることを明らかにした。これは、カロテノイドがexcited-state enhancementされうることを示唆する結果である。そこで、現在、チタニウムサファイアレーザーの光第2高調波を用いて、カロテノイドのexcited-stateenhancement実験に着手したところである。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 08750042
  • THz繰り返し周期制御フェムト秒分光による有機結晶ダイナミックスの研究
    科学研究費補助金(一般研究(B), 基盤研究(B))
    1994年 - 1996年
    山下 幹雄, 森田 隆二
    本研究は、周期可変なTHz繰り返しフェムト秒光パルス列による多様な分子凝縮系の特定振動量子状態制御をめざして、これに柔軟に対応できる光源としてのフェムト秒光波制御手法の開拓と、被制御対象として機能的物理的に意義ある分子系の探索とを目的として行われた。以下に成果を列挙する。(1)新しい近赤外から近紫外に渡る超広域帯(Δν=500〜600THz)準線形チャープパルス発生法の定量的提案。(2)フーリエ変換光学系・回折格子対・128チャンネル空間位相変調器からなる光波整形装置を用いた2.06THz繰り返しパルス列の発生。(3)フェムト秒時間分解干渉計法による、CS_2とその希釈液における2成分の非線形屈折率変化(n_<2//>(t)とn_<2⊥>(t))の高精度測定とその物理的起因の解明。(4)高時間分解縮退四光波混合分光による1- (3-thienyl) -3- (4-chlorophenyl) propene-1-one(TCPP)結晶・溶液および分子内電荷移動型分子である4-N,N- (dimethy1amino) -β-nitorostyrene(DEANST)溶液のフェムト秒域での3次非線形感受率の測定とその物理的起因の解明。(5)カロテノイド溶液のフェムト秒域での非共鳴Kerr応答特性の測定とその物理的起因の解明。(6)電場変調分光による、2分子アゾベンゼン膜、DEANS...
    文部科学省, 一般研究(B), 基盤研究(B), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 06452124
  • 半導体レーザーフェムト秒光パルス発生
    科学研究費補助金(試験研究(B), 基盤研究(A))
    1994年 - 1996年
    山下 幹雄, 土屋 裕, 上宮 崇文, 森田 隆二
    有限利得帯域幅を有するレーザーから発生できる最短パルス幅は、その帯域幅の逆数程度(半導体レーザーでは〜100fs)以下には狭くならない。本研究の目的は、(1)これ以下の短パルス化に必要な光パルス圧縮用高非線形導波素子を開発することである。さらに(2)現時点での世界最短パルスをブレークスルーする光パルスモノサイクル化手法を探索することも目的としている。以下に研究成果を列挙する。(1)GeO_2ドープシリカガラスシングルモードファイバーおよびEr:GeO_2ドープシリカガラスシングルモードファイバーのフェムト秒光パルス非線形伝搬実験を行い、それらの非線形屈折率n_2およびその応答時間T_Rがそれぞれn_2=2.4×n_<2,sio>2(石英ファイバーのn_2),T_R=1.8fsとn_2=3.6×n_<2,sio>2,T_R=2.1fsであることが明らかとなった。(2)ヘテロダイン検出方式高感度時間分解干渉法により、高PbOドープシリカガラスシングルモードファイバーのフェムト秒域での非線形屈折率n_2が9.2×n_<2,sio>2であることが明らかとなった。(3)30fsの非線形屈折率応答時間を有するDAN有機結晶シングルモードファイバーの、有限応答性によるパルス圧縮効率の低下は、非線形チャープを3次位相分散まで補償することによって防げることが明かとなった。(4)フェムト秒時間分...
    文部科学省, 試験研究(B), 基盤研究(A), 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 06555010
  • 有機非線形光学材料を用いたゾル・ゲル薄膜光変調デバイスに関する研究
    科学研究費助成事業 重点領域研究
    1995年 - 1995年
    岡 和彦, 森田 隆二
    本研究は、大きな非線形性を持つ有機材料の利点を生かしつつ、機械的なもろさを克服することのできる可能性のある有機・無機ゾル・ゲル薄膜を用いて非線形光学効果を利用した光変調デバイスを開発することである。
    そこで、本年度は、有機材料としてカロテノイドに注目し、1.カロテノイドを用いた有機・無機ゾル・ゲルの作製、2.カロテノイド溶液の非線形光学特性の時間分解測定、3.カロテノイドを用いた有機・無機ゾル・ゲルの時間分解非線形光学特性の時間分解測定を行った。
    ・1.テトラエトキシシラン、エタノールを用いて有機材料β,β-カロテンをドープした有機・無機ゾル・ゲルを初めて作製した。
    ・2.カロテノイドであるβ,β-カロテン、カンタキサンチンの溶液に関して、光ヘテロダイン検出フェムト秒時間分解カー効果測定を行い、次のことを明らかにした。すなわち、これらのカロテノイド分子がフェムト秒域で応答する大きな負の非線形性を持つこと、これらの非線形性発現メカニズムは2光子過程によるものであること、である。
    3.カロテノイドを用いた有機・無機ゾル・ゲルの光ヘテロダイン検出フェムト秒時間分解カー効果測定を行い、このゲルがフェムト秒時間域で応答する大きな負の非線形性を持つことを明らかにした。これにより、カロテノイドを用いた有機・無機ゾル・ゲルが、高効率光変調デバイス用材料として有望であるといえる。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 07246201
  • ラマン分光による有機材料の非線形光学時間応答に関する研究
    科学研究費助成事業 奨励研究(A)
    1994年 - 1994年
    森田 隆二
    有機材料DAN(4-(N,N-dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzene)に注目し、除冷法・溶媒蒸発法により、バルク結晶の成長を行った。しかしながら、現在までのところ、この結晶は結晶性が悪く、ラマンスペクトル測定には成功しておらず、この方法によるDANの非線形屈折率の応答時間の評価は行えていない。
    一方、DANを用いた有機単結晶コアファイバーをゾーンメルト法を用いて作製した。この有機結晶ファイバーを用いて、フェムト秒パルスレーザーパルスの非線形伝搬実験を行い、スペクトルが長波長側へシフトすることを見出した。この効果は、非線形屈折率の応答が瞬時ではなく、応答時間が有限であることに起因する。この結果を、非線形屈折率の応答時間効果を取り入れた非線形伝搬方程式を用いて解析し、有機材料DANの非線形屈折率の応答時間は約30fsであることを初めて見積もった。
    さらに、このような非線形屈折率の応答時間効果のパルス圧縮効率への影響についての理論解析を行った。その結果、このような非線形屈折率の応答時間効果が存在しても、3次までの位相補償を行えば、効率を劣化させることなくパルス圧縮を行えること(たとえばDANファイバーにより100W,100fsの光パルスが約10fsに圧縮できること)を初めて明らかにした。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 06750035
  • フェムト秒パルスに応答する3次非線形光学素子の高効率化
    科学研究費補助金(重点領域研究)
    1993年 - 1993年
    山下 幹男, 山下 幹雄, 森田 隆二
    本研究の目的は、フェムト秒極限光パルスに高効率でスペクトルひろがりを与える自己位相変調素子を見いだすことである。そのために、本年度は以下の項目について研究を行った。1.2次、3次非線形性の大きい有機材料DAN(4-(N,N-dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzene)を用いたファイバーを作製し、群速度分散が大きく非線形性も大きい材料を用いたファイバー中のフェムト秒光パルス伝搬についての実験的・理論的研究を行った。DANファイバー伝搬後のパルスには長波長側へのスペクトルシフトが見られ、これは自己位相変調を引き起こす原因となる非線形屈折率の応答速度の有限性に起因することを明らかにした。2.2次・3次分散、伝搬損失、初期周波数チャープ、自己急峻化の効果の他、正常分散域における非線形屈折率の応答時間効果を初めてとりこみ、DANファイバー中のフェムト秒パルスの伝搬およびパルス圧縮効率に関する理論解析を行った。その結果、非線形屈折率の応答時間効果が存在する場合でも、2・3次の位相分散補償を行えば、応答時間が存在しない場合と同程度のパルス圧縮効率が得られることを明らかにした。具体的には、DANファイバーを用いることによって、100W,100fsの光パルスを10fs程度に圧縮可能なことが示された。また、その結果、非線形性は大きいが、応答時間がある程度遅いと考...
    文部科学省, 重点領域研究, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 05212201
  • フェムト秒パルスに応答する3次非線形光学素子の高効率化
    科学研究費補助金(重点領域研究)
    1992年 - 1992年
    山下 幹男, 山下 幹雄, 森田 隆二
    本研究の目的は、フェムト秒極限光パルスに高効率でスペクトルひろがりを与える自己位相変調素子を見いだすことである。そのために、本年度は以下の項目について研究を行った。1.3次非線形光学定数の大きな物質の探索の一指針として、2次非線形光学定数と3次非線形光学定数の関係を明らかにした。この結果によれば、反転対弥性を持つ材料の3次非線形光学定数は、2次非線形光学定数の2乗に依存する。すなわち、2次非線形性の大きな3次非線形性をもち、今までに知られている2次非線形性の大きな材料が、3次非線形材料として、有望であることが示された。2.2次、3次非線形性の大きい有機材料DAN(4-(N,N-dimethylamino)-3-acetamidonitrobenzene)を用いたファイバーを作製し、群速度分散が大きく非線形性も大きい材料を用いたファイバー中のフェムト秒光パルス伝搬についての実験的・理論的研究を行った。ファイバー伝搬後のパルスには長波長側へのスペクトルシフトが見られ、これは自己位相変調を引き起こす原因となる非線形屈折率の応答速度が有限である起因すると考えらる。この応答時間の測定、応答時間効果がパルス圧縮に及ぼす影響について現在、検討を行っている。以上の項目を通じて、高効率自己位相変調素子の実現へ向けて重要な指針を示せたものと考える。
    文部科学省, 重点領域研究, 北海道大学, 連携研究者, 競争的資金, 04228201
  • 極限時間域における非線形光学応答に関する研究、超広帯域フェムト秒光波の波形整形とその応用　　　　　　　　　　　　　　　
    1991年
    競争的資金
  • ultrafast nonlinear optical phenomena, characterization and application of ultrashort optical pulses　　　　　　　　　　　　　　　
    1991年
    競争的資金
  • 半導体レーザ光の波長変換を目的とした有機非線形光導波路に関する研究
    科学研究費助成事業
    1990年 - 1990年
    森田 隆二
    日本学術振興会, 奨励研究(特別研究員), 東京大学, 02952125

産業財産権

  • 軸対称偏光レーザー発振装置及び軸対称偏光レーザー発振方法　　　　　　　　　　　　　　　
    特許権, 尾松孝茂, 森田 隆二
    特願2008-029784, 2008年02月08日
    特許5164151
    2012年12月28日
  • 軸対称偏光レーザー発振装置および軸対称偏光レーザー発振方法　　　　　　　　　　　　　　　
    特許権
    特開2009-188361
  • 光渦発生装置、微小物体操作装置、天体探査装置および偏光渦変換素子　　　　　　　　　　　　　　　
    特許権
    WO 2007/013648
  • Delay time modulation femtosecond time-resolved scanning probe microscope apparatus　　　　　　　　　　　　　　　
    特許権
    7002149
  • Ultra-broadband, variable and multiple wavelength, pulse waveform shaping apparatus　　　　　　　　　　　　　　　
    特許権
    1241513
  • Ultra-broadband, variable and multiple wavelength, pulse waveform shaping apparatus　　　　　　　　　　　　　　　
    特許権
    6,826,209
  • Ultra-broadband, variable and multiple wavelength, pulse waveform shaping apparatus: Morita, R., Yamashita, M., Suguro, A., Morokawa, S. (2002)　　　　　　　　　　　　　　　
    特許権
    6,826,209

社会貢献活動

  • 日本国外務省 パリ（フランス）国際大学都市日本館館長選考委員　　　　　　　　　　　　　　　
    2021年11月 - 現在
    助言・指導, 情報提供, 調査担当, その他
    その他
    日本国外務省
  • Directeur, Maison du Japon, Cité Internationale Universitaire de Paris (France)　　　　　　　　　　　　　　　
    2017年04月01日 - 2019年03月31日
    助言・指導, 情報提供, 企画, 運営参加・支援, 調査担当, その他
    その他
    日本国外務省, パリ大学（フランス）

学術貢献活動

  • Associate Editor, Frontiers In Photonics　　　　　　　　　　　　　　　
    2021年09月 - 現在
    企画立案・運営等, 審査・評価, 学術調査立案・実施, 査読
    査読等
    Frontiers (Open Acces Publisher)
  • Associate Editor, Photonics Research (Optica)　　　　　　　　　　　　　　　
    2018年04月 - 現在
    企画立案・運営等, 審査・評価, 学術調査立案・実施, 査読
    査読等
    Optica Publishing Group
  • Editorial Board Member, Scientific Reports　　　　　　　　　　　　　　　
    2017年04月 - 現在
    企画立案・運営等, 審査・評価, 査読
    査読等
    Nature Publishing Grroup
  • 応用物理学会 フェロー　　　　　　　　　　　　　　　
    2016年09月 - 現在
    審査・評価, その他
    学会・研究会等
    応用物理学会
  • Associate Editor, Applied Physics Express/ Japanese Journal of Applied Physics　　　　　　　　　　　　　　　
    2014年04月 - 現在
    企画立案・運営等, 審査・評価, 査読
    学会・研究会等
    応用物理学会