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「テラヘルツ波新時代を切り拓く革新的基盤技術の創出」

1.プログラムオフィサー

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 プログラムオフィサー(PO)

 伊藤 弘昌


 東北大学 名誉教授
  専門分野

 レ−ザ−および非線形光学、テラヘルツ光学


2.技術テーマの概要

 本技術テーマでは、優れた特色を持つテラヘルツ波技術を産業応用に必要な能力や特性を兼ね備えたものへと繋げるために、科学に基づく革新的な基盤技術により要素技術を創出し、テラヘルツ波新時代を我が国から切り拓くことを目的とします。このため、世界をリードする基礎的な研究と産業界の基本的ニーズを、対話を通じて共に理解することが不可欠であります。「産学共創の場」がこのために用意されており、この場を活用することにより、基礎研究に基づく産業応用を実現していこうという画期的なプログラムであります。


3.POによる公募・選考・技術テーマ運営にあたっての方針(平成28年度)

 近年のテラヘルツ波研究においては、我が国が培ってきた光科学や超高速エレクトロニクスの力を活かし、我が国が世界の先頭を走る分野の一つに成長してきています。しかし、基礎研究を社会への普及・貢献へ繋げるには、異なった複数の視点でブレークスルーをいくつも生み出し続けなければなりません。
 光源、検出器をはじめ周辺の部品や材料、デバイスの開発とともに、テラヘルツ波と物質との相互作用についての理解もまだまだ不十分であり、さらなる高性能化、新技術開発、そして得られる情報に対する科学的理解の確立が求められています。産学共創のプロジェクトでは、この確立に取り組んできたところであります。
 テラヘルツ波を用いることにより、これまでに見えなかった又は見ることが極めて難しかった情報を可視化することで、我々の豊かで安全な生活や産業の活動において重要な情報として利用することが期待されます。これは産業界がテラヘルツ波の応用でもっとも期待している分野であり、基礎科学から、工学、理学、医学、薬学、農学等に関連する研究開発分野、そして広範な産業分野での革新的な展開が期待されます。

 テラヘルツ波の新時代を切り拓くための要素技術のブレークスルーを、科学的根拠に基づく学の基礎的研究に基づき成し遂げ、普遍的な将来展開に繋がる可能性を持つ斬新な提案を、「学」から公募します。
 研究は、すぐに応用展開を図ることは必須ではありませんが、常にどのような産業展開が将来期待できるか、どのような分野への社会実装を目指そうとしているかを明らかにしながら進めることが本テーマにおける課題の必須の条件であります。そのため、対応する従来技術(関連技術)をその技術の3年・5年後の進展度合いも含めしっかりとレビューし、提案技術に関する従来技術との違いを提案書に明確に記述していただきます。
 具体的には、新たなアプリケーションを見据えた課題やそのためのデバイス等(例えば、バイオ、アグリや秘匿物に関する計測、イメージング基盤技術等)を期待します。この分野は様々な学問と技術の融合分野であり、幅広い学際的な取り組みも重要であります。これまで連携の薄かった分野への展開を目指す研究を特に望みます。
 研究は大学など「学」で行いますが、研究成果を産業展開に繋げるためには「産」のニーズと「学」の基礎研究の相互理解が必要であります。研究の遂行中に「産」と「学」との密接な意見交換を行う「産学共創の場」が用意されており、この場を積極的に活用して、将来的に研究成果が産業界で活用できるよう、技術テーマの運営を行います。
 テラヘルツ波科学技術への情熱と、新規アイデアにあふれる提案をお待ちしています。

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4.研究課題

(五十音順)

◆平成27年度採択◆


  • 研究代表者:梶原 優介(東京大学 生産技術研究所 准教授)
  • 研究課題名:エバネッセント波のナノスコピーによる新規物質計測法の開拓
  • 研究概要:
    物質表面は物質現象の個々の特性を反映した強力なテラヘルツ(THz)エバネッセント電磁波によって覆われています。膨大な背景輻射に埋もれたエネルギーであるため、THzエバネッセント波をナノスケールで検出する顕微技術は存在しませんでした。本課題ではTHzエバネッセント波のナノ分解能顕微鏡を開発し、さまざまな物質現象の探索に適用することで、基礎分野のみならず産業分野においても提案計測法が真に新しく有用な計測手段であることを実証します。

  • 研究代表者:加藤 和利(九州大学 システム情報科学研究院 教授)
  • 研究課題名:大規模半導体モノリシック光集積技術によるテラヘルツギャップの打破
  • 研究概要:
    高出力コヒーレントテラヘルツ波源の実現に向けて、キーデバイスであるフォトミキサを軸に半導体レーザー、半導体光増幅器、光位相調整器をアレイ状にワンチップ集積した、光技術によるテラヘルツ波の位相調整/パワー合成のための革新的半導体モノリシック光集積技術を開発します。目標性能として、1THz帯におけるビーム走査、周波数掃引、3mW出力を目指し、完成した技術のテラヘルツ波関連産業への普及を図ります。

  • 研究代表者:谷 正彦(福井大学 遠赤外領域開発研究センター 教授)
  • 研究課題名:テラヘルツ波の超高感度電気光学サンプリング法の開発
  • 研究概要:
    本研究では非共軸なチェレンコフ位相整合電気光学サンプリング(Cherenkov−EOS)法を金属導波路構造、高効率非線形光学結晶などを用いて、さらに高度化・高感度化し、パルステラヘルツ波の検出感度において従来比で約200倍以上、検出帯域で10THz以上を達成するとともに、Cherenkov−EOSにおけるスペクトル分解検出特性に基づくリニア分光イメージングセンサーを開発します。

  • 研究代表者:永井 正也(大阪大学 大学院基礎工学研究科 准教授)
  • 研究課題名:テラヘルツレーザー脱離イオン化法の開拓
  • 研究概要:
    有機物を含むさまざまな固体試料に高強度のピコ秒THzパルスを照射しその応答を調べることで、質量分析におけるマトリックスフリーのソフトな脱離イオン化過程としての有効性を検証します。そのためにTHz領域の自由電子レーザーと飛行時間型質量分析装置を組み合わせ、自由電子レーザーの光源特性と脱離イオン化効率との関係を明らかにします。これらの結果をもとにレーザーベースの高強度THz光源を用いた新しい質量分析装置に展開します。

  • 研究代表者:平川 一彦(東京大学 生産技術研究所 教授)
  • 研究課題名:MEMS共振器構造を用いた非冷却・高感度・高速テラヘルツボロメータの開発
  • 研究概要:
    MEMS両持ち梁共振器構造は室温でも数千程度の高いQ値を持つとともに、極めて小さな熱容量を有しています。本研究では、これらのMEMSの特徴を活かし、従来のテラヘルツ検出器の動作原理とは全く異なり、テラヘルツ光入射で誘起される発熱によるわずかな温度上昇を、MEMS両持ち梁構造の共振周波数のシフトとして高感度に読み取ることを原理とする新しい非冷却・高感度・高速なテラヘルツ検出用ボロメータを開発します。

◆平成26年度採択◆


  • 研究代表者:伊藤 弘(北里大学 一般教育部 教授)
  • 研究課題名:ヘテロバリアダイオードを用いたテラヘルツ波イメージャーの開発
  • 研究概要:
    テラヘルツ波を用いたイメージング技術は、これまで見ることが難しかった情報を可視化できることから、産業界が最も期待している分野の1つです。本研究では、新たな設計思想に基づく、低雑音で広帯域な室温動作テラヘルツ波検出素子、ヘテロバリアダイオードの実現を目指します。産業界との対話を通して、各種応用に必要とされる性能や部品形態を把握し、素子特性の向上、アレイ化技術の確立、撮像技術の構築に取り組みます。

  • 研究代表者:河野 行雄(東京工業大学 量子ナノエレクトロクス研究センター 准教授)
  • 研究課題名:ナノカ−ボン材料を用いた新規テラヘルツ検出器の開発
  • 研究概要:
    本研究では、テラヘルツ(THz)検出技術の中でも、「分光機能(チューナブル 検出)」、「室温検出」の2つにねらいを定めます。ナノカーボン材料の特徴を用いた、レーザー光源や干渉計を使用しない固体素子による分光測定、室温における高感度モニタリングを目的とします。本研究の成果を基に、産業界との連携によりTHz計測システム用検出器としての貢献を目指します。

  • 研究代表者:佐藤 春実(神戸大学 人間発達環境学研究科 准教授)
  • 研究課題名:テラヘルツイメージング分光による高分子材料の劣化の可視化と深さ方向分析
  • 研究概要:
    テラヘルツ(THz)イメージング測定により、非破壊・非接触で高分子材料の構造・物性を可視化し、ひずみや欠陥がどのような分子構造に由来するのかを明らかにします。さらに、材料表面からの深さ方向分析により、高分子複合材料中の成分間の相互作用、結晶化度の分布、樹脂流れや残留応力などの三次元分布の情報を得ることを目指します。これにより、テラヘルツイメージングの高分子工業への基盤技術構築に貢献します。

  • 研究代表者:渡邉 紳一(慶應義塾大学 理工学部 准教授)
  • 研究課題名:高速・高精度テラヘルツ時間領域分光ポーラリメータの開発と産業応用展開
  • 研究概要:
    テラヘルツ電磁波の偏光情報を用いることで観察できる光弾性計測によるプラスチック材料の内部応力検査、円偏光二色性計測による生体分子材料のキラリティー計測、超精密な表面形状計測などの材料物性評価を行い、その産業応用に向けた基盤技術の構築を進めます。独自に開発した高速・高精度なテラヘルツ時間領域分光偏光分析装置(ポーラリメータ)の性能評価と改善を行い、広く産業用途に利用できるようロバストかつ可搬式の装置開発を進めます。

◆平成22年度採択◆


  • 研究代表者:淺田 雅洋(東京工業大学 大学院総合理工学研究科 教授)
  • 研究課題名:共鳴トンネルダイオードによる超小型・高効率の室温テラヘルツ発振器の研究
  • 研究概要:
    テラヘルツ周波数帯に期待されるさまざまな応用にとって、光源の開発は非常に重要な要素です。本研究では、コヒーレントな半導体単色光源として、共鳴トンネルダイオードと微細アンテナを集積した超小型・高効率の室温テラヘルツ発振素子の実現を目指します。産業界との対話を通じて、テラヘルツ帯の種々の応用に必要とされる出力や周波数などの素子特性を把握し、それに向けて素子の高周波化、高出力化、高機能化に取り組みます。

  • 研究代表者:川瀬 晃道(名古屋大学 大学院工学研究科 教授)
  • 研究課題名:先端非線形フォトニクス・テラヘルツ発生/検出技術の開発
  • 研究概要:
    光の時代21世紀において、技術開発の進んだ光科学技術と非線形光学技術を活用して、テラヘルツ波領域ではいまだ達成されていない光導波路型テラヘルツ光源、および波長変換テラヘルツ光検出技術の開発を行います。光源には高効率、高強度、広帯域可変性、室温動作、また検出には高感度、高速応答、室温動作といった重要課題を課し、非破壊検査や生体計測などのテラヘルツ波の産業応用に役立つ性能の実現を目指します。

  • 研究代表者:富永 圭介(神戸大学 分子フォトサイエンス研究センター 教授)
  • 研究課題名:凝縮相テラヘルツ分子科学の深化
  • 研究概要:
    テラヘルツ波によるセンシングやイメージングは、産業界がテラヘルツ波の応用でもっとも期待している分野です。 本研究では、分子性固体、液体・溶液、高分子などの凝縮相のスペクトルの精密測定を行い、「物質のテラヘルツ帯のスペクトルは分子について何を語るのか」という根源的な問題を明らかにします。また、産業界との対話を通して、食品、安全・安心、医療、薬剤などへのテラヘルツ波の産業応用の基盤技術構築に貢献します。

  • 研究代表者:平山 秀樹(国立研究開発法人 理化学研究所 テラヘルツ量子素子研究チーム チームリーダー)
  • 研究課題名:THz量子カスケードレーザの動作高温化と周波数拡大に関する研究
  • 研究概要:
    テラヘルツ量子カスケードレーザ(THz−QCL)は、小型・高効率、長寿命、連続出力、安価なテラヘルツ光源として、各種透視検査・計測機器など幅広い応用分野での利用が期待されています。本研究では、THz−QCLに新しい量子構造や新規半導体材料系を導入するなど素子構造を革新することで、動作温度の向上、周波数領域の拡大、閾値電流の低減などの高性能化を行い、実用化を目指したTHz−QCLの開発を行います。


◆平成26年度終了◆


  • 研究代表者:小川 雄一(京都大学 大学院農学研究科 准教授)
  • 研究課題名:テラヘルツ波を用いた革新的次世代細胞計測・操作のための基盤技術の開拓
  • 研究概要:
    細胞が、従来の研究対象である分子に比べて巨大であることや、水分子が単純な構造であるにも関わらず水素結合を介して細胞内外で多様な状態で存在するため、細胞−物質、細胞−水の相互作用を計測する手法が不足しています。本研究では、テラヘルツ波による近接場顕微鏡技術、非標識相互作用計測技術、高出力テラヘルツ波パルス光源を組み合わせて、革新的な細胞計測・操作プラットフォームを創成し、産学共創の場を利用して次世代細胞研究に資する装置を開発します。

  • 研究代表者:水津 光司(千葉工業大学 工学部 准教授)
  • 研究課題名:テラヘルツ・エバネッセント波による複素誘電率分光計測
  • 研究概要:
    テラヘルツ波は強い吸収体や散乱体の分光が苦手です。つまり、実環境で使用するにはテラヘルツ波を取り巻く周辺技術が未成熟であり、産業応用への壁となっています。 本研究では、非線形光学効果によるテラヘルツ・エバネッセント波の発生とテラヘルツ波の情報を光で検出する新手法を提案します。この手法を用いると散乱体などの高感度テラへルツ分光が実現できます。産業界からの要望を反映しながら測定対象物の新規開拓・拡張を行います。

  • 研究代表者:紀和 利彦(岡山大学 大学院自然科学研究科 准教授)
  • 研究課題名:レーザー走査型テラヘルツイメージングシステムの開発と応用分野開拓
  • 研究概要:
    テラヘルツ放射イメージング手法は、電子材料中の電荷の動きや生化学反応過程などを可視化できる新しい技術として、その産業応用が期待されています。 本研究では、高分解能化やダイナミック計測手法の確立、ならびに可視化用ケミカルチップなど周辺技術の開発により、電子材料・デバイスの高速動作時空間評価手法、次世代半導体開発支援ツール、抗原抗体反応分析装置、細胞イオン活動計測技術など、さまざまな応用開拓を産業界と連携して取り組みます。

  • 研究代表者:安井 武史(徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 教授)
  • 研究課題名:国家標準にトレーサブルなコヒーレント周波数リンクの創生とそれに基づいたテラヘルツ周波数標準技術の系統的構築
  • 研究概要:
    現在のテラヘルツ(THz)関連機器は、装置間で周波数の整合性が取れていないため、今後、日本の産業競争力を強化する上で障害になることが予想されます。本研究では、電波や光波領域と同等の不確かさを有する周波数標準技術をTHz領域で確立するため、電波・光波・THz波という3つの異なる電磁波の周波数を周波数コムでコヒーレントにリンクし、SI基本単位の1つである時間(秒)の国家標準にトレーサブルなTHz周波数標準技術を構築します。

◆平成25年度終了◆


  • 研究代表者:永井 正也(大阪大学 大学院基礎工学研究科 准教授)
  • 研究課題名:極限的高効率THzパルス発生技術の確立と高性能物質−THz結合デバイスとの融合と応用
  • 研究概要:
    テラヘルツ(THz)光は物質の特性に関する詳細な情報を提供するだけではなく、能動的に物質の機能性を操作することができます。これは代替技術のない高付加価値THz装置のニーズの創出をもたらします。このようなTHz技術応用を展開するために、超短光パルスにおける非線形光学過程を巧みに用いることで高強度THzパルス発生の光整流過程における究極的効率を追求します。またこのTHzパルスを物質に入射させる際に効率よく物質と結合させるデバイスを開発します。

  • 研究代表者:廣本 宣久(静岡大学 大学院工学研究科 教授)
  • 研究課題名:1THz帯高検出能常温検出器技術の研究
  • 研究概要:
    テラヘルツ(THz)波が持つ特性を利用し、産業、医療・健康、安全などの現場で用いられる高度なセンシング・イメージング技術の開発が求められています。本研究では、物質の「透視」性と「識別」性に優れた1THz帯の電磁波を、これまでよりも一桁以上高い感度で検出できる常温動作のTHz検出器の実現に取り組みます。産業界との対話を通じ、さまざまな現場で必要とされる専用の非接触検査装置への応用を目指します。

  • 研究代表者:保科 宏道(国立研究開発法人 理化学研究所 基幹研究所研究員)
  • 研究課題名:テラヘルツ分光による高分子構造の解明と操作
  • 研究概要:
    高分子の高次構造は物性や機能に直結しているため、その解明は新しい機能性素材開発の基礎になります。本研究ではテラヘルツ周波数領域に現れる高分子の吸収スペクトルの解析手法を確立し、そこから高次構造形成過程や高分子物性の起源を明らかにします。また、高強度テラヘルツ光を用いて、高次構造形成に重要な役割を示す分子間結合ポテンシャルを変化させ、構造的・機能的変化の制御を目指します。

  • 研究代表者:山下 将嗣(国立研究開発法人 理化学研究所 基幹研究所研究員)
  • 研究課題名:テラヘルツ波を用いたアモルファス薄膜のキャリア輸送特性非破壊評価技術の開発
  • 研究概要:
    アモルファス薄膜は、フレキシブル・プリンテッドを特徴とする次世代エレクトロニクス産業を支える材料として期待され、新材料合成やプロセス技術の開発によるキャリア輸送特性向上が求められています。本研究では、アモルファス薄膜の研究開発加速化に向けて、テラヘルツ分光の高感度化と広帯域分光解析手法の確立により、アモルファス薄膜のキャリア輸送特性を非破壊で定量評価する技術開発に取り組みます。これにより、この分野の国際競争力強化に貢献することを目指します。

(※所属・役職は終了当時)

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5.アドバイザー

(敬称略 氏名五十音順)

氏名 所属機関/役職
今村 元規 (株)アドバンテスト テラヘルツシステム事業部 事業部長
上原 譲 IMRA America, Inc.Technical Advisor
宇佐美 隆生 名古屋工業大学 大型設備基盤センター プロジェクト研究員
榎木 孝知 NTTエレクトロニクス(株)ブロードバンドシステムデバイス事業本部 副本部長/厚木センタ センタ長
小宮山 進 東京大学 名誉教授
田中 耕一郎 京都大学 理学研究科 教授
戸部 昭広 (株)レナサイエンス  顧問
永妻 忠夫 大阪大学 大学院基礎工学研究科 教授
深澤 亮一 (有)スペクトルデザイン 代表取締役
寶迫 巌 国立研究開発法人 情報通信研究機構 未来ICT研究所 所長
安岡 義純 防衛大学校 名誉教授

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