Research

研究内容

分野:　光エレクトロニクス，フォトニクス

細目:　光集積チップ，シリコンフォトニクス，3Dイメージセンサ，バイオセンシング

光に関わる科学と技術：　有史以来の長い歴史をもつ光科学は，150年前にマックスウェルがその正体を電磁波だと明らかにし，100年前にはアインシュタインが一般相対性理論で光と時空間の理論を確立したことで，大きく進展しました．ただし50年前まで，光技術といえばランプや電球，望遠鏡と顕微鏡，カメラくらいしかありませんでした．この状況を一変させたのが，1960年代に発明されたレーザと石英系光ファイバーです．これが契機となって光の科学と技術はさらに急激な発展を遂げ，インターネットを含む様々な情報通信機器を実現した他，照明，観測，分析，加工，医療，建築の各技術も一変させ，もはや社会になくてはならない技術分野となりました．

近年のトレンド（１）： 通信ネットワークとコンピュータ　コンピュータは20世紀最大の発明の一つですが，その進歩の二乗のスピードで発展しているのが光通信です（光分野のノーベル賞がコンピュータに比べて圧倒的に多いのはこのため）．地球規模のインターネットも，スマホなどの携帯端末や情報機器も，そもそも光通信なくしては不可能です．もはや電力線と無線以外は光が情報を担う時代です．通信が圧倒的に高速になったことで，一時，トレンドだったコンピュータの分散化の流れはなくなり，データセンターや中央コンピュータへの集約化が加速，クラウドコンピューティングが一般的になりました．光ネットワークを通じて，その超高性能と蓄積されたビッグデータを誰もが利用できるようになった結果，最近のAIやIoTが可能になりました．光ネットワークはデータセンター内にも入り込み，最終的には集積チップの内部にまで到達すると予想されています．その主役は電子と光の技術を融合するシリコンフォトニクスです．本研究室は分野初期からこれを研究し，現在，広く使われる重要な技術の数々を生み出してきました．

近年のトレンド（２）： IoTとセンシング　インターネットによりビッグデータが生まれ，モノとモノがつながるIoTが登場しました．ここではセンサ，ネットワーク，クラウドが三大要素となり，社会の至る所にセンサが配置されるトリリオンセンサという概念も生まれています．センサに関わる近未来の大きな話題の一つが自動運転です．自動運転が実現されれば，自動車産業だけでなく，道路旅客業，運送業，観光業，宿泊業なども含め社会が大きく変革されるといわれています．そして，これを実現するキーテクノロジーが車載センサです．周囲環境を取り込みAI処理やビッグデータ蓄積を可能とする3Dセンサ：光レーダーは特に大きな注目を集めています．同様に，超高齢化が進み医療費が国家予算を揺るがすほど膨れ上がる中で，健康管理や治療を支えるバイオ医療センサの重要性も高まっています．重度疾病を早期発見できる技術が開発されれば，すぐにニュースになるほど社会的インパクトがあり，フォトニックセンサはその主役の一つです．本研究室は政府系大型プロジェクト： JST-ACCELと科研費基盤（S）の支援を得て，これらの技術に取り組んでいます．

最近，さらに： AIとフォトニクス　人工知能や機械学習の歴史は古く，本研究室も開設当初からチラホラと勉強してきました．2000年には最適化計算を用いてフォトニック結晶の自動生成にも挑戦しました．それが近年，通信ネットワークとコンピュータの性能向上のおかげで実用レベルまで急激に進化し，ソフトウェア分野にとどまらず，電子情報分野全体に新たな展開を生み出しています．特に物質材料研究機構が主導する新材料創成の分野では，長期にわたる探索実験や大規模な第一原理計算を行うことなく，未知の材料のAIによる探索が大きな成果を上げています（窒化ガリウム系半導体でノーベル賞を受賞した天野教授は，最近，気合い（KIAI）よりAIというコメントを新聞記事に載せていました）．本研究室でも，フォトニック結晶等の複雑な構造をモデル化し，膨大なシミュレーションを行わずに高性能を示す新たな構造探索を行っています．