1999年度 小池研究室

構成

教授
小池 康博
助手
石榑 崇明
特別研究プロジェクト助手(通信・放送機構 5月~)
多加谷 明広
大学院
佐藤 真隆(D2)、栗木 研(D1)、叶 真理子(M2)、小島 博(M2) 近藤 篤志(M2)、杉崎 雅史(M2)、館 由佳(M2)、田村 藤嗣彦(M2)、永井 道夫(M2) 水村 有日子(M2)、阿部 泰之(M1)、石井 俊(M1)、奥村 高充(M1)、小野田 美紀(M1)、 島崎 大作(M1)、西原 晋(M1)、平井 美季(M1)
学部
石川 剛(B4)、神戸 毅(B4)、小林 英嗣(B4)、坂口 竜一(B4)、 田中 育子(B4)、塚澤 明子(B4)、西澤 幸久(B4)、堀口 正寛(B4) 山岡 幸司(B4)

研究成果

低損失、広帯域GI型ポリマー光ファイバー

光の導波するコア領域に屈折率分布を形成させた屈折率分布型(GI型)ポリマー光ファイバー を世界に先駆けて提案、実証し、それを用いた超高速POFネットワークを提案している。 GI型ポリマー光ファイバーは、当研究室にて開発した界面ゲル重合法により実際に作製する。 作製されたGI型POFの高速伝送特性は、従来のポリマー光ファイバ、金属線では困難であった 数Gbit-数百mを可能とすることを実証した。さらに、低損失化が期待されるポリマー光ファイバ の構成材料である全フッ素化ポリマーは、材料固有の分散要因である材料分散の低減を可能とする 材料であることを明らかにし、全フッ素化ポリマー光ファイバ系GI型ポリマー光ファイバーは 従来の石英系光ファイバの伝送速度を凌ぐ、世界最速の高速伝送を実現するものであることを報告した。また、ポリマー光ファイバーの高速伝送特性について、世界的に研究が進むなかで、 ガラスファイバーにおける議論を模倣したモードカップリングの議論がなされるようになってきた。 これに対して当研究室にて作製されるGI型ポリマー光ファイバー中には、伝送帯域特性に大きく影響を与えるモードカップリングが存在しないことを理論的、実験的に明らかにした。このことは、今まで報告されてきたGI型POFのモードカップリングの考え方が誤りであることを証明したものであり、光ファイバーの長年の懸案であったモードカップリングの本質にせまる報告となった。 本成果は、本年9月にボストンで開催されるPOFに関する最大の国際会議International POF Conference 2000 での招待講演で報告される。本GI型ポリマー光ファイバーは、理工学部新棟B1のITセンター、並びにK2タウンキャンパスに張り巡らされており、実際にシステムに導入した実証実験を開始した。

高輝度光散乱ポリマー導光体

フォトニクスポリマー中にミクロンオーダーの不均一構造を形成させた、高輝度光散乱導光体 (HSOT)ポリマーを世界に先駆け当研究室から提案している。このHSOTポリマー内の多重散乱原理を詳細に解析し、従来よりも高効率な液晶ディスプレイ用バックライトの研究開発を行ってきた。その結果、HSOTポリマーバックライトは、ソニーのVAIOをはじめ、東芝、松下電器等のモバイルPCに近年搭載された。 本年度は、ディスプレイ業界における大画面化、薄型軽量化などの激しい変化に対し、HSOT ポリマーが最も有望な高輝度導光体となり得ることを、実証データとともに示した。具体的には、 HSOTポリマーの出射特性を当研究室にて開発したモンテカルロ法シミュレーションプログラムを用いて詳細に解析を行った。その結果、輝度特性のさらなる向上のためには、下面に微細構造を導入し、また併用するプリズムシートを最適設計することが必要であることを明らかにし、実際にバックライト試作を行った結果、これまでのHSOTポリマーを用いたバックライトよりもさらに大画面でかつ20~30%の高輝度化を達成した。本研究テーマについて米国化学会(ACS)、SPIEなどから招待講演依頼を受けている。

高出力ポリマー光ファイバー増幅器・レーザー

当研究室では、誘導放出断面積と吸光断面積の大きい有機色素や希土類キレートを分子デザイン し、それらが分子レベルでランダムにドープされた屈折率分布型ポリマー光ファイバー増幅器を、 初めて提案した。わすか1m以内のポリマー光ファイバー増幅器中を光が伝搬する間に、その強度 を4000倍に増幅することが可能であることを実証した。これは、従来のエルビウム等を含有したシリカ光ファイバー増幅器では、原理的に達成不可能な特性であり、世界初の報告となった。  また、ポリマー光ファイバのコア部に有機色素、希土類キレート化合物をドープすることにより 作製されたGI型ポリマー光ファイバレーザーは、従来のポリマー光ファイバーレーザーに比べ、発振傾き効率および耐光性の向上が可能となることを報告してきた。さらなる高効率化のために、母材と色素の検討に加え、ファイバー構造についても検討を行った。これまでよりも低屈折率の材料 をクラッド材として用い、ファイバーの光閉じ込め効果を高めた結果、これまでの発振傾き効率 24%を大幅に上回る発振傾き効率54%の発振を達成した。。

ゼロ複屈折性光学ポリマー

大容量のフォトニクスデバイスの研究、実用化が急速に進行している現在、キーマテリアルとして光学ポリマーが注目されている。しかし、成形時に生じる配向複屈折のため偏光が維持できず、その応用範囲を制限しているのが現状である。我々は、配向複屈折の消去法としてランダム共重合法 および異方性低分子ドープ法を提案し、実際にこれらの方法を用いて複屈折の生じないポリマー (ゼロ複屈折性光学ポリマー)を提案し、それを合成することに成功した。昨年、その基本特許が成立している。異方性低分子ドープ法では、ドープする低分子の分極率異方性、相溶性、分子の形状、濃度などにより低分子の配向挙動が変化する。この配向挙動を詳細に解析することにより、光学的、 機械的、熱的特性に優れゼロ複屈折性光学ポリマーをデザインしている。

屈折率分布型ポリマーレンズ

屈折率分布を有するGRINポリマーのコンタクトレンズへの応用を検討している。現在では本コンタク トレンズにより老視矯正が可能になると期待される。本年は老視矯正に必要な付加度数を満たしなが ら再現性の向上について検討を行ってきた。屈折率分布の再現性に関しての向上が見られ、同時に進 めてきた作製条件、モノマー系の検討は引き続き行う必要があると考えられる。又、市販のコンタク トレンズとの比較を行いGRINコンタクトレンズが球面形状にて累進多焦点性を有するという利点より、 光学特性的に市販品より優れていることを確認し、GRINコンタクトレンズの有用性を明らかにした。  また、より大口径のGRINポリマー材料を眼鏡レンズに応用する検討も行っている。とくに、コンタク トレンズと同様に老視矯正用メガネレンズへの応用も視野に入れ、従来の作製条件である液層拡散共 重合法を改善し、モノマー拡散特性の検討を行った。その結果、市販品と同形状の屈折力分布が形成 されていることが確認された。同時にレンズの屈折力が拡散条件によってどの程度変化するかに関して実際に作製したGRINサンプルをレンズレンズメーターを用いて屈折力の評価を行い、拡散条件に応 じて屈折力分布を所望の方向に変化させることができることを確認した。来年度は本年度新たに提案 した老視矯正用累進多焦点メガネレンズについて、さらに分布形成条件について最適化を行っていく。 また従来より進めてきたレンズの無収差化、薄型化の具体的な応用について検討を行っていく。

発表論文・学会発表・特許申請など

論文

  1. N. Tanio, Y. Koike, “What Is the Most Transparent Polymer?,” Polymer Journal, Vol.32, No.1, p.43-50 (2000)
  2. Y. Koike and T. Ishigure, “Bandwidth and Transmission Distance Achieved by POF,”IEICE Transaction on Electronics, E82-C (8) p.1287-1295 (1999)
  3. T.Ishigure and Y. Koike, “Novel Photonics Polymers in High-Speed Telecommunication”, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 1999, accepted for publication
  4. T. Ishigure, Yasuhiro Koike and James W. Fleming, “Optimum index profile of the perfluorinated polymer based GI polymer optical fiber and its dispersion properties,” IEEE Journal of Lightwave Technology, 18 (2), p.178-184 (2000)
  5. Y. Koike, T. Ishigure, “Recent progress of polymer optical fiber for high-speed data communication”, Proceedings of the SPIE, Vol.3799, p.290-300 (1999)
  6. T. Kobayashi, K. Kuriki, N. Imai, T. Tamura, K. Sasaki, Y. Koike, Y. Okamoto, “High-power polymer optical fiber lasers and amplifiers,” Proceedings of the SPIE, Vol.3623, p.206-214 (1999)
  7. W. Li, G. Khoe, HVD. Boom, G. Yabre, H.de Waarft, Y. Koike, S. Yamazaki, K. Nakamura, Y. Kawaharada, “2.5 Gbit/s transmission over 200 m PPMA graded index polymer optical fiber using a 645 nm narrow spectrum laser and a silicon APD,” Microwave and Optical Technology-Letters, Vol.20, no.3, p.163-166 (1999)
  8. H. Hisamoto, S. Satoh, K. Satoh, M. Tsubuku, D. Siswanta, Y. Shichi, Y. Koike, K. Suzuki, “Theory and practice of rapid flow-through analysis based on ion-selective optode detection and its application to sodium ion determination”, Analytica Chimica Acta Vol.396, p.131-141 (1999)
  9. S. Muto, Tachizawa, K. Ishiyama, Y. Koike, “Slab Waveguide-Type Optical Modulators Using Optically Active and Nonlinear Polymers”, Nonlinear Optics, Vol.22, p449-452 (1999)

口頭発表

A. 招待講演

  1. Y. Koike , “Novel Photonics Polymers in High-Speed Telecommunication,”, 5th International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials , Poznum Poland, June, 1999
  2. Y. Koike, T. Ishigure, “Recent Status of Polymer Optical Fiber for High-Speed Data Communication,” Linear Optical Properties of Waveguides and fibers (SPIE), Denver, USA , July, 1999
  3. Gjan.D.Khoe, Yaushiro Koike, Takaaki Ishigure, P.K.v.Bennekom, H.P.A.v.d. Boom, W. Li, and G. Yabre,” Status of GIPOF Systems and Related Technologies,” 25th European Conference on Optical Communication (ECOC’99), Nice, France, September, 1999
  4. Y. Koike, “POF for High-Speed Telecommunication,” International Conference on Advanced Fiber Materials, Nagano, Japan, October, 1999
  5. Y. Koike, “DEVELOPMENT OF HIGH-SPEED,LOW-LOSS POLYMER OPTICAL FIBER AND OPTICAL NETWORK,” Chitose International Forum on Photonic Sciences, Chitose, Japan, October, 1999 6. Y. Koike, “Research Strategy in Photonics Polymer,” 7th SPSJ International Polymer Conference (IPC 99), Yokohama Japan, October, 1999
  6. Y. Koike, “STATUS OF PLASTIC OPTICAL FIBER FOR HIGH-SPEED TELECOMMUNICATION,” Eigtht Asian Chemical Congress (8ACC), Taipei, Taiwan, November, 1999
  7. Y. Koike, “High-Speed Plastic Optical Fibers and Amplifiers,” International Symposium on Photonics and plications(ISPA’99), Singapore, November, 1999
  8. T. Ishigure, M. Sato, and Y. Koike, “High-Bandwidth, Low-Loss Graded-index Polymer Optical Fiber with Long Term Reliability,” Workshop on Polymeric Materials for Microelectronics and Photonics Applications (Poly99), Paris, France December, 1999
  9. 小池康博、多加谷明広、石榑崇明, 「マルチメディアのためのフォトニクスポリマー、」プラスチック成形加工学会第10 回年次大会
  10. 小池康博、「伝送技術-プラスチック光ファイバーの展望」、有機エレクトロニクス材料研究会第104回研究会講演
  11. 小池康博、「プラスチック光ファイバーでインターネットを家庭へ」、第14回「大学と科学」公開シンポジウム
  12. 石榑崇明、小池康博、「高速ポリマー光ファイバー(POF)の現状と将来展望」電子情報通信学会量子エレクトロニクス研究会
  13. A. Tagaya, Y. Koike, “Highly Scattering Optical Transmission Polymer For Bright Display,” 1999 Fall National ACS Meeting, New Orleans, U.S.A., August 1999
  14. A.Tagaya,Y.Koike, “Highly Scattering Optical Transmission Polymers for Liquid Crystal Display, International Symposium on Photonics and plications(ISPA’99), Singapore, November, 1999
  15. K. Kuriki, T. Kobayashi, N. Imai, T. Tamura, Y. Koike, Y. Okamoto, “High-performance polymer optical fiber leasers and amplifiers,” The Intemational Society for Optical Engineering (SPIE), San Jose, USA, January 2000

B. 一般講演

  1. T. Ishigure, M. Kano, and Y. Koike, “Propagating Mode Attenuation and Coupling Characteristics of Graded-Index POF,” 8 th International POF Conference Makuhari, Japan, September, 1999
  2. M. Sato, M. Hirai, T. Ishigure, and Y. Koike, “Thermally Stable Dopant System GI POF, “8 th International POF Conference Makuhari, Japan, September, 1999
  3. T. Ishigure, M. Sato, and Y. Koike, “High-Speed GI POF and Its Bandwidth Characteristics,” The 5th International Symposium on Polymers for Advanced Technologies (PAT99) Tokyo, Japan, August 1999
  4. T. Ishigure, M. Kano, and Y. Koike, “Propagating Mode Attenuation and Coupling Characteristics of Graded-Index POF,” OSA Organic Thin Films for Photonics Applications, Santa Clara U.S.A., September 1999
  5. M. Sato, M. Hirai, T. Ishigure, and Y. Koike, “Thermal Stability of High Bandwidth GI POF,” OSA Organic Thin Films for Photonics Applications, Santa Clara, U.S.A., September, 1999
  6. T. Ishigure, M. Kano, and Y. Koike, “Which Is Serious Factor to the Bandwidth of GI POF: Mode Dependent Attenuation or Mode Coupling?, “25th European Conference on Optical Communication (ECOC’99), Nice France, September 1999
  7. K. Kuriki, T. Kobayashi, N. Imai, F. Tamura, Y. Koike, “Organic Dye-Doped Polymer Optical Fiber Lasers,” International POF Confernce ’99, Makuhari, Japan, July 1999
  8. K. Kuriki, T. Kobayashi, N. Imai, F. Tamura, Y. Koike, “Organic Dye-Doped Polymer Optical Fiber Lasers,” The 5th International Symposium on Polymers for Advanced Technologies, Tokyo, Japan, September 1999
  9. 「GI型ポリマー光ファイバーの高耐熱化」、近藤篤志、佐藤真隆、石榑崇明、二瓶栄輔、小池康博、平成11年度繊維学会 年次大会研究発表会(5月、千葉)
  10. 「屈折率分布型ポリマー光ファイバーレーザー・アンプ」、栗木研、小林毅之、今井奈々、田村藤嗣彦、佐々木敬介、小 池康博、平成11年度繊維学会年次大会研究発表会(5月、千葉)
  11. 「乾熱下における広帯域GI型ポリマー光ファイバーの伝送損失特性」佐藤真隆、近藤篤志、平井美季、石榑崇明、二瓶栄 輔、小池康博、第48回高分子年次大会(5月、京都)
  12. 「GI型ポリマー光ファイバーの屈折率分布制御と伝播モード特性解析」、叶真理子、島崎大作、石榑崇明、二瓶栄輔、小 池康博第48回高分子年次大会(5月、京都)
  13. 「光散乱ポリマー導光体応用液晶ディスプレイ用バックライトの散乱特性解析」舘由佳、奥村高充、清水将樹、多加谷明 広、小池康博, 第48回高分子学会年次大会(5月、京都)
  14. 「GI型POF及びSI型POFの伝搬モード特性解析」、叶真理子、島崎大作、石榑崇明、小池康博、第60回応用物理学会学術講 演会、(9月、兵庫)
  15. 「GI型ポリマー光ファイバの湿熱下での散乱損失特性」、近藤篤志、佐藤真隆、月森康之、杉崎雅史、石榑崇明、小池康 博、第60回応用物理学会学術講演会(9月、兵庫)
  16. 「光散乱ポリマー導光体バックライトシステム用新規プリズムシートの提案」石井俊、永井道夫、多加谷明広、小池康 博、第60回応用物理学会学術講演会(9月、兵庫)
  17. 「光散乱ポリマー導光体内部の散乱特性解析」奥村高充、多加谷明広、小池康博、第60回応用物理学会学術講演会(9 月、兵庫)
  18. 「ゼロ複屈折性光学ポリマーの合成と配向挙動の解析」、阿部泰之、小島博、多加谷明広、石榑崇明、二瓶栄輔、小池康 博、第60回応用物理学会学術講演会(9月、兵庫)
  19. 「GRIN材料の老視矯正用累進多少点コンタクトレンズへの応用」、西村卓、川瀬明子、二瓶栄輔、小池康博、第60回応用 物理学会学術講演会(9月、兵庫)
  20. 「屈折率分布型ポリマー光ファイバーレーザーの発振特性」、田村藤嗣彦、小林毅之、栗木研、今井奈々、西原晋、小池 康博、1999年電子情報通信学会ソサイエティ大会 (9月、群馬)
  21. 「有機色素添加ポリマー光ファイバーレーザーへの応用」、田村藤嗣彦、小林毅之、栗木研、今井奈々、西原晋、小池康 博、日本化学会第77秋季年会(9月、北海道)
  22. 「希土類キレート添加ポリマー光ファイバー」、西原晋、小林毅之、栗木研、今井奈々、田村藤嗣彦、小池康博、日本化 学会第77秋季年会 (9月、北海道)
  23. 「GI-POFの伝搬モード特性解析と接続損失特性」、島崎 大作、叶 真理子、石榑 崇明、小池 康博、第48回高分子討論会 (10月、新潟)
  24. 「高耐熱性GI型ポリマー光ファイバー」、杉崎 雅史、佐藤 真隆、平井 美季、石榑 崇明・小池 康博、第48回高分子 討論会(10月、新潟)
  25. 「ゼロ複屈折性光学ポリマー中の低分子の配向解析」、小島博、阿部泰之、多加谷明広、石榑崇明、二瓶栄輔、小池康 博、第48回高分子討論会(10月、新潟)
  26. 「色素添加屈折率分布型ポリマー光ファイバーレーザー」、栗木 研・小林 毅之・今井 奈々・田村 藤嗣彦・西原 晋・ 多加谷 明広・小池 康博、第48回高分子討論会(10月、新潟)
  27. 「大口径GRINレンズの光学解析」、水村有日子、多加谷明広、石榑崇明、二瓶栄輔、小池康博、第48回高分子討論会(10 月、新潟)
  28. 「GI-POFの伝搬モード特性解析と接続損失特性」、島崎 大作、叶 真理子、石榑 崇明・小池 康博、第8回ポリマー材料 フォーラム(10月、磯子)
  29. 「乾熱下におけるGI型ポリマー光ファイバーの信頼性向上」、平井美季、近藤篤志、杉崎雅史、佐藤真隆、石榑崇明、小 池康博、第8回ポリマー材料フォーラム(10月、磯子)
  30. 「屈折率分布型ポリマー光ファイバーレーザーの特性評価」、田村藤嗣彦、小林毅之、今井奈々、栗木研、西原晋、小池 康博、第8回ポリマー材料フォーラム(10月、磯子)
  31. 「GI-POFの伝搬モード特性解析と接続損失特性」、島崎 大作、叶 真理子、石榑 崇明、小池 康博、第47回応用物理学関 係連合講演会(3月、東京)
  32. 「乾熱下におけるGI型POFの信頼性向上」、平井美季、近藤篤志、杉崎雅史、佐藤真隆、石榑崇明、小池康博、第47回応 用物理学関係連合講演会(3月、東京)
  33. 「新規光散乱ポリマー導光体バックライトの提案」、多加谷明広、永井道夫、石井俊、横山和明、小池康博、第47回応用 物理学関係連合講演会(3月、東京)

その他(記事、新聞発表)

  1. 小池康博「GI型POFの最新動向」O plus E vol.21, No.6、1999
  2. 小池康博、石榑崇明「屈折率傾斜ポリマー光ファイバ」、マテリアル インテグレーション 第12巻 第10号
  3. 小池康博、石榑崇明「光通信と情報家電の動向」、機械振興 通巻380号
  4. 石榑崇明、小池康博「高速ポリマー光ファイバー(POF)の現状と将来展望」、信学技報、LQE99-135
  5. 多加谷明広、小池康博、「光散乱ポリマー導光体を用いた最新液晶ディスプレイ用バックライト」、光技術コンタクト
  6.  多加谷明広、小林毅之、小池康博、「プラスチックファイバー増幅器」、O PLUS E、vol.21、No.8 (1999)
  7. 栗木研、多加谷明広、小池康博、「ポリマー光ファイバー増幅器・レーザー」、オプトロニクス、No.212 (1999)
  8.  多加谷明広、栗木研、小池康博、「ポリマー光ファイバー増幅器・レーザー」、光学、29巻4号 展望号(2000)
  9. 平成11年6月4日 日本経済新聞 首都圏産業新世紀 第1部変革の胎動④「「大学城下町」誕生へ 技術求め企業集結」
  10. 平成12年1月9日 日本経済新聞 川崎市の未来は始まっている 研究開発・企業都市へ変身図る
  11. 平成12年3月22日 日本経済新聞 「光ファイバー速度10倍 旭硝子プラスチック製販売」
  12. 00.03.23 日本経済新聞 慶大、川崎で産学連携推進 技術交流や経営相談会 市民向けのサービスも
  13. 平成12年3月24日 日経産業新聞 「ネットの末端光で結ぶ」
  14. 平成12年3月28日 日経産業新聞 プラスチック製光ファイバー 毎秒400メガで100メートル伝送 EIAJなど実験成功 16.平成12年3月31日 日刊工業新聞 POFレーザー 高効率・高出力を実現 KAST色素分子を添加

特許申請

  1. 屈折率分布型プラスチックレンズの製造方法
  2. プラスチック光ファイバおよびプラスチック光ファイバレーザ
  3. 累進多焦点大口径GRINレンズ

学位論文

修士論文

  • 叶 真理子:GI型ポリマー光ファイバーの伝搬モード特性解析と広帯域化
  • 小島 博:ゼロ複屈折性光学ポリマーの光体熱化と配向度解析
  • 近藤 篤志:低分子ドープ系GI型POFの光学特性解析
  • 杉崎 雅史:高耐熱性GI型ポリマー光ファイバー
  • 館 由佳:光散乱ポリマー導光体応用LCDバックライトの最適化
  • 田村 籐嗣彦:屈折率分布型ポリマー光ファイバー増幅器及びレーザー
  • 永井 道夫:新規光散乱ポリマー導光体面光源の提案とその特性解析
  • 水村 有日子:大口径GRINレンズの光学設計及びその解析

学士論文

  • 石川 剛:光散乱ポリマー導光体内部の多重散乱解析
  • 神戸 毅:新規高耐熱性GI型ポリマー光ファイバー
  • 小林 英嗣:全フッ素化GI型ポリマー光ファイバー
  • 坂口 竜一:ゼロ複屈折性光学ポリマーの合成とその特性解析
  • 田中 育子:大口径GRINレンズを用いた老視矯正用累進多焦点レンズの提案
  • 塚沢 明子:GI型ポリマー光ファイバーの伝搬モード特性解析と最適屈折率分布形成
  • 堀口 正寛:新規光散乱ポリマー導光体LCDバックライト
  • 山岡 幸司:高NA GI型ポリマー光ファイバーの伝搬モード特性解析と広帯域化

進路

ソニー株式会社、HOYA株式会社 、東レ株式会社 、三井物産株式会社、 NTTアドバンステクノロジ株式会社 、NTT株式会社、富士写真フィルム株式会社 、オリンパス光学株式会社、慶応義塾大学大学院理工学研究科

研究助成

  • 通信・放送機構「プラスチック光ファイバの研究開発」プロジェクト
  • 科学技術振興事業団「地域結集型共同研究事業」プロジェクト
  • 神奈川科学技術アカデミー 光重点研究 第3プロジェクト

Dept. Applied Physics and Physico-Informatics