所望の横モード組成を持つ光束の生成や軌道角運動量（OAM）を持つ光束の形成に用いられる回折光学素子（DOE）は、光ファイバ通信における軌道角運動量多重化によって伝送容量を飛躍的に拡大しうることから、近年盛んに研究されている。従来のDOEには微細凹凸構造を持つ透明材料型や液晶空間光変調器型があるが、前者は変調が不可能であり、後者は応答時間が数百ミリ秒から数ミリ秒程度と高速通信への適用が困難である。そこで、自発分極の反転した分域が線形電気光学効果の符号も反転させる性質を利用した強誘電体DOEが注目されており、ニオブ酸リチウム（LN）単結晶を用いた光偏向器や回折拡散板、渦光束生成素子などが実現されてきた。

　しかし、LN単結晶を用いたDOEは半波長電圧が最大3400 Vと極めて高く、また分域壁の方位を任意に制御した分域構造の作製が困難であるという問題点がある。そのため、より低い半波長電圧で動作し、任意形状の分域構造を作製可能な代替材料の探索が求められていた。

　そこで、本研究では優れた電気光学特性と低い半波長電圧を有する一軸性緩和型強誘電体であるニオブ酸ストロンチウムバリウム（SBN61）単結晶において、写真蝕刻法で形成した液体電極を用い、特殊波形の単極性電場印加により安定な螺旋形状の分域構造を作製し、電場制御可能なDOEを実現した。チェレンコフ型第二高調波発生顕微鏡による観測で、作製した分域構造が結晶の対向極性面まで貫通していることを確認した。DOEの回折像観察にはCobolt社製532nmレーザー Samba を光源として使用し、電圧印加下でOAMを持つ光束の生成が確認された。厚さ2 mmの試料において、半波長電圧は波長632.8 nmで237 V、波長532 nmで302 Vと、LNと比較して10分の1以上低い値が得られた。

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいております。

使用された532 nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　硫族元素（S、Se、Te）を含む非晶質半導体材料であるカルコゲナイドガラスは、高い屈折率、広い赤外透過域、低いフォノン準位、高いイオン伝導性を有することから、光記録媒体、回折光学素子、平面導波路、高解像度感光材料などの光学応用に向けて近年広く研究されている。Ge–Se系ガラスは共有結合による安定なネットワーク構造を持つ優れたガラス形成体であり、さらにインジウムを導入したGe–In–Se三元系はインジウム15 at%まで広いガラス形成域を有する。インジウムの導入はガラス転移温度の変化に加え、電気伝導度、光伝導性、光学的非線形性の向上をもたらし、高速光学素子や信号通信への応用が期待されている。一方、溶液法による薄膜作製は、真空蒸着法と比較して簡便かつ低費用であり、組成の均質性にも優れている。

　しかし、溶液法によるカルコゲナイドガラス薄膜の成膜はこれまでGe–S、Ge–Se、Ge–Sb–S、Ge–Sb–Se系など限られた組成でしか実現されておらず、Ge–In–Se系薄膜は結晶質・非晶質を問わず溶液法による作製が報告されていなかった。また、結晶性In₂Se₃薄膜の作製には毒性の高いヒドラジン系溶媒が必要であるという問題もあった。

　そこで、本研究ではプロピルアミン–メタノール混合溶媒を用いた回転塗布法により、Ge₂₅₋ₓInₓSe₇₅（x = 0, 2.5, 5, 7.5, 10）薄膜を初めて溶液法で高い光学品質で成膜することに成功した。熱処理に伴う構造変化や組成変化を各種分光法で評価した結果、2.5 at%のインジウム添加が光感度および電子線感度を顕著に向上させ、特にGe₂₂.₅In₂.₅Se₇₅薄膜は溶液法カルコゲナイド薄膜として最高水準の食刻選択比6.4を達成した。光感度評価にはCobolt社製の波長532 nmレーザー（Cobolt Samba）を用い、薄膜への直接照射による光暗化特性の評価および干渉縞露光による回折格子の作製に使用した。

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいております。

使用された532 nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　非線形光学過程の一つである自発パラメトリック下方変換（SPDC）は、非線形結晶中で1個の励起光子がエネルギーの低い2個の光子対（信号光子とアイドラー光子）に変換される現象であり、量子撮像や量子分光への応用から近年急速に研究が進められている。SPDC により生成される光子対は空間的・分光的・時間的・偏光的に相関を持ち、この性質を利用することで、検出が困難な中赤外領域のアイドラー光子を直接検出せずに、相関する可視域・近赤外域の信号光子から対象物の情報を取得できる。中赤外領域には分子固有の振動吸収帯が多数存在し、指紋領域と呼ばれるこの波長域は分子同定に極めて有用である。硫化銀ガリウム（AgGaS₂、以下AGS）結晶は500 nmから12.5 μmまでの広い光透過域と高い非線形光学係数を有しており、中赤外光子の生成媒質として有望な候補である。

　しかし、従来のAGS結晶を用いたSPDC光源では、生成される光子の輝度が低く、また波長可変域が限定されるという問題点があった。先行研究では励起波長が785 nmや783.9 nmの近赤外域に限られており、アイドラー光子の波長範囲や対応する信号光子の波長域にも制約が存在した。加えて、信号光子が長波長側に位置するため、Si系検出器の量子効率が低下する領域での検出を余儀なくされていた。

　そこで、本研究では励起波長を660 nmに選定し、厚さ1 mmのAGS結晶の位相整合角を回転調整することによって、これらの課題を解決した。Cobolt社製の660 nmレーザー（Flamenco）をSPDCのポンプ光源として使用し、AGS結晶に照射した。結晶の角度調整により、アイドラー光子の波長を中赤外域の5.661 μmから10.885 μm（1766～919 cm⁻¹）にわたって連続的に可変とすることに成功した。対応する信号光子は747.1～702.6 nmの近赤外域に位置し、Si系検出器の高感度帯域に合致する。光子対源の輝度は(29.2 ± 1.1) MHz/mWに達し、従来のAGS光源と比較して約2桁高い値を実現した。

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいており、査読前論文です。

使用された660 nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　電子と正孔が束縛された準粒子である励起子は、光と強く結合し、個々の分子や離子との相互作用に本質的に高い感度を有することから、近年、化学検出への応用研究が急速に進められている。半導体性の単層炭素奈米管（SWCNT）中の励起子は、近傍の電荷や吸着分子に鋭敏に応答し、単分子光学検出器としての実証例がある。また、水和陽子は生体内の離子輸送、酵素触媒、及び能量変換過程において中心的な役割を担っており、その挙動の直接観測は基礎科学上極めて重要である。

　しかし、励起子の信号は環境雑音に容易に埋もれ、化学選択性の高い検出は困難であった。さらに、水和陽子はその小ささ、固有の光学的特徴の欠如、及び急速に変動する水和構造のために、奈米尺度での検出が極めて難しい化学種である。従来のpH計は集団平均値しか報告できず、低温電子顕微鏡や走査型透過顕微鏡などの先端手法も、単一離子感度を欠くか、非常温条件を要するため、常温液体水中での個々の水和陽子の直接観測は実現されていなかった。

　そこで、本研究ではsp³量子欠陥を導入した(6,5)-SWCNTの外壁をParylene C保護膜で不動態化し、奈米管内部のみを水や離子に曝露する「trap-in-a-pore（TIP）」構造を構築することによって、閉じ込め水中における励起子–陽子衝突の単一離子水準での直接観測を実現した。試料の励起にはCobolt社製561 nmレーザー（Cobolt Jive 500）を使用し、奈米管中のE₁₁励起子及び欠陥捕捉Esp3励起子の超分光撮像を行った。陽子濃度の増加に伴い、欠陥発光の離散的かつ可逆的な波長切替が観測され、単一欠陥部位における確率的な陽子の捕捉・脱離事象が明らかとなった。さらにH⁺とD⁺の滞留時間差（同位体効果）も単一欠陥水準で分解され、本手法の化学選択性が実証された。

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいており、査読前論文です。

励起に使用された561nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　従来の電子素子が速度や寸法の面で性能限界に近づく中、高速かつ低消費電力の情報処理手法として全光学的操作が注目されている。特に、遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）と呼ばれる原子層半導体は、ブリルアンゾーンのK点とK’点にエネルギー的に縮退しつつ非等価な二つの谷（バレー）を有し、円偏光によって選択的に励起できることから、バレートロニクスと呼ばれる二値情報処理の基盤として研究が進められている。TMD単層膜における第二高調波発生（SHG）は、谷偏極の超高速かつ非破壊的な検出手段として有望であり、光シュタルク効果によるコヒーレントな谷偏極生成は、実励起子集団を必要とせず超高速動作が可能である。

　しかし、偏光分解発光法による谷偏極の検出は、バレーおよびスピン寿命よりも遥かに長い時間スケールで平均化された発光を測定するため、超高速な谷偏極状態の時間変化を正確に捉えることができず、さらに電子正孔対の再結合後にしか測定できない破壊的手法であるという問題があった。加えて、室温においては、フォノン散乱や長距離電子正孔交換相互作用により谷偏極度が大幅に低下するという課題もあった。

　そこで、本研究ではWSe₂単層膜において、光学バンドギャップの半分のエネルギーに調整した約150フェムト秒の楕円偏光超短パルス一つで、光シュタルク効果による谷偏極の生成（書込み）とSHG偏光回転による検出（読出し）を室温で同時に実現した。基本波長1500 nm（1s励起子共鳴）において最大18.8%の谷誘起非線形感受率比を観測し、これは非共鳴条件より一桁以上大きい値である。SHG回転角の入力強度に対する線形依存性から、谷偏極の生成機構が二光子吸収ではなくコヒーレントな光シュタルク効果であることを実験とTDDFT計算の双方で実証した。なお、単層領域の同定にはCobolt社製532 nmレーザー（Cobolt 08-DPL）を用い、顕微発光分光法により単層領域の確認を行った。

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

単層領域の同定に使用された532nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　放射線が物質に入射した際に可視光を発する現象を利用した検出素子をシンチレータといい、医療用X線撮像や放射線計測など広範な分野で応用されている。近年、ハロゲン化鉛ペロブスカイト材料が新世代のシンチレータ候補として注目を集めている。ペロブスカイトとはABX₃型の結晶構造を持つ化合物群であり、有機陽イオンと無機骨格を組み合わせた有機無機複合型（HOIP）結晶は、低エネルギー放射線に対する高い検出性能を示すことが報告されている。特に臭化物系結晶はヨウ化物系と比較して安定性が高く、より大きな発光量を示すことから、X線撮像への応用が期待されている。

　しかし、従来のハロゲン化鉛ペロブスカイト材料は、鉛陽イオン（Pb²⁺）の毒性という根本的な問題を抱えており、人体や環境への深刻な影響が懸念されている。また、臭化物系結晶の青色発光はX線撮像パネルに用いられる光電変換素子の量子効率が低い波長域に位置するため、検出効率の面でも不利である。さらに、鉛を代替する陽イオン（Sn、Mn、Cuなど）を用いた無鉛材料は、原子番号および原子量が鉛より低いため放射線吸収能が低下するという課題があり、シンチレーション効率の実測値による検証も十分ではなかった。

　そこで、本研究では鉛をスズ（Sn²⁺）で置換した新規無鉛HOIPである(C₆H₅CH₂NH₃)₂SnBr₄結晶を溶液法で合成し、その光学的・シンチレーション特性を実験および密度汎関数理論計算によって詳細に解明した。その結果、バンドギャップ2.51 eV、498 nmの緑色発光、1.05 μsの発光寿命が確認され、20 keVにおける放射線吸収長は0.016 cmと良好な値を示した。241Am線源を用いた測定では室温での発光量は3600±600光子/MeVと低値にとどまり、温度依存放射線発光測定により活性化エネルギー61 meVおよび熱消光速度比129が得られ、室温での熱消光が発光量低下の主因であることが判明した。なお、光量子収率（PLQY）測定においてはCobolt社製320 nm連続波半導体レーザーが励起光源として使用された。以上より、(C₆H₅CH₂NH₃)₂SnBr₄は熱消光という課題を残しつつも、無鉛かつ緑色発光という特性を兼ね備えた新たなシンチレータ候補材料としての可能性を示した。

※本要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

励起光源に使用された320nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　不均一系光触媒反応は、低コストかつ環境負荷が小さく、有機汚染物質の分解において生物学的処理よりも高効率であることから、先進酸化法の一つとして注目されている。酸化亜鉛（ZnO）は、約3.3 eVの広い禁制帯幅と60 meVの高い励起子結合エネルギーを有し、自然界に豊富に存在し、低コストで毒性がなく化学的に安定であることから、光触媒材料として広く研究されている。超音波化学法は、微小気泡の生成と崩壊により局所的な高温高圧状態を生じさせ、迅速な結晶核生成を促進できるため、ナノ材料合成において簡便かつ効率的な手法である。ZnO格子への遷移金属元素の添加は、光学特性、磁気特性、電気特性、および光触媒特性の向上に有効であり、特にCu²⁺およびMg²⁺イオンは母体格子内に内因性・外因性欠陥を生成し、可視光領域での光吸収を増大させる能力を持つ。

　しかし、ZnOの光触媒活性は、光励起により生成した電子と正孔の再結合速度が速いため制限されるという問題がある。

　そこで、本研究では超音波化学法を用いてCu²⁺およびMg²⁺を単独添加および共添加したZnOナノ粒子を合成し、その光触媒特性および発光特性を評価した。X線回折によりすべての試料でウルツ鉱型六方晶構造が確認され、二次相は観察されなかった。紫外線C照射下でのメチレンブルー色素の分解試験において、1%Mg添加ZnOが最も高い光触媒活性を示し、80分後に99.4%の色素濃度低減を達成した。これは表面欠陥の形成により電子-正孔対の再結合が抑制されたためである。一方、Cu²⁺とMg²⁺の共添加試料では粒子の凝集により全体表面積が減少し、光触媒性能が低下した。犠牲剤試験により、OH・ラジカルが本系の光触媒反応における主要活性種であることが判明した。発光測定にはCobolt社製355nmレーザー Zoukを励起光源として使用し、ZnO格子内の欠陥に起因する緑色および赤色領域の発光が観測された。

※本要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

励起光源に使用された355nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　半導体を基盤とするフォトニック集積回路は、微小スケールで光を操作する高密度な基盤として、光通信、非線形光学、量子フォトニクス、生体センシングなど幅広い応用が期待されている。特に窒化ケイ素（Si₃N₄）は広い透過波長域、低伝搬損失、CMOS製造工程との互換性から有望な光導波路材料として注目されている。これらの回路の性能を最大化するには、導波路内部の共鳴モード、すなわち光場の空間分布を詳細に把握することが不可欠である。現在、こうした電磁共鳴モードの二次元的特性評価には、近接場光学顕微鏡（NSOM）や電子エネルギー損失分光（EELS）イメージングが主に用いられている。

　しかし、NSOMAやEELSは視野が狭く、高価かつ複雑な装置を必要とするため、産業的な大規模検査には適していない。一方、遠視野光学顕微鏡は非接触で広範囲の観察が可能であるが、回折限界により誘電体ナノ構造内部の共鳴モード微細分布の可視化には至っていなかった。

　そこで、本研究ではレーザー走査型飽和励起（SAX）顕微鏡法を適用し、光熱非線形散乱信号を抽出することで、この問題を解決した。Si₃N₄ナノワイヤにおいて、共鳴モードの腹の位置で光吸収が増大し、熱光学効果による散乱非線形性が生じることを実験的に確認した。3次非線形散乱信号を用いた画像再構成により、空間分解能を1.7倍向上させ、従来の遠視野光学顕微鏡では観察不可能であった周期的共鳴モード分布の可視化に成功した。光源には波長561 nmのCobolt社製連続波レーザー（Cobolt Jive）を用い、ナノワイヤの光熱非線形散乱応答を誘起するための励起光として使用した。

※本要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

レーザー走査型飽和励起顕微鏡法に使用された561nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　ABX₃構造(ペロブスカイト構造)を持つハロゲン化ペロブスカイトは、組成により禁制帯幅を制御可能であり、太陽電池や発光素子への応用が急速に進められている。特にメチルアンモニウム鉛臭化物ペロブスカイト（MAPbBr₃）は、直接遷移型の禁制帯を有し、高い光発光量子収率と製造の容易さから注目を集めている。ペロブスカイト太陽電池は変換効率25%を超え、発光ダイオードの量子効率も30%を上回るに至っている。一方、高い熱的・機械的安定性と広帯域吸収特性を持つ単層炭素ナノチューブ（SWCNT）は、その中空構造を利用した物質内包の基盤として期待されている。

　しかし、ペロブスカイトは水分、酸素、光、熱に対して化学的に不安定であり、実用素子への応用が困難である。また、結晶サイズの違いにより光発光波長が変動し、柔らかい格子構造に起因する強い電子-格子相互作用が自己捕獲励起子状態を生じさせ、発光スペクトルの広幅化と不均一性をもたらすという問題があった。

　そこで、本研究ではMAPbBr₃ペロブスカイトをSWCNT内部に気相法で内包することにより、これらの課題を解決した。内包により一次元ペロブスカイト構造が形成され、528 nmに単一の狭帯域発光を示し、従来の単結晶で見られた540〜600 nmの広帯域発光が均一化された。また、SWCNT へのp型ドーピングによりシート伝導率が約2倍に増加した。テラヘルツ時間領域分光法において、Cobolt社製473 nm連続波半導体レーザーによる光照射下で18±3%の伝導率低下、すなわち負の光伝導応答が観測され、省エネルギー型光検出器等への応用可能性が示された。

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

伝導率測定に使用された473nmレーザー

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

　光導波路は、データ通信から光センシングまで幅広い応用を持ち、現代フォトニクスにおいて中心的な役割を担っている。特に光ファイバーは微小寸法で製造可能であるため、内視鏡検査などの生体内医療処置に広く利用されている。マルチモード光ファイバー（MMF）は、波面整形技術と組み合わせることで、脳組織のような繊細な部位にも到達可能な超細径内視鏡として機能し、高解像度撮像を実現できる。一方、自然界には海綿動物が生体内で常温常圧条件下においてガラス骨格を形成する例が存在する。六放海綿綱や普通海綿綱に属する海綿は、骨片と呼ばれる微細なガラス要素から骨格を構築しており、六放海綿綱の繊維状骨片については既に光導波路としての機能が実証されている。

　しかし、従来のシリカ系光ファイバーは製造に高温処理を必要とし、多大なエネルギーコストを伴うという課題がある。また、六放海綿綱の骨片については光学特性の研究が進んでいるものの、全海綿種の約85%を占める普通海綿綱の骨片が光ファイバー応用に適するかどうかは未解明であった。

　そこで本研究では、普通海綿綱に属するオレンジ球海綿（Tethya aurantium）から抽出した針状骨片の光学特性を調査した。Cobolt社製532nmレーザー（Cobolt Samba）を励起光源として用い、骨片への光結合実験を行った。偏光測定の結果、骨片の固有複屈折は低いことが判明した。また、波面整形実験では、骨片出射端面上に12個の焦点を生成することに成功し、開口数0.60±0.07という高い値と21.0±5.0%の出力比を達成した。これらの性能は人工マルチモードファイバーと同等であり、生物由来ガラス繊維が持続可能かつ低コストな光ファイバー代替材料として有望であることを示している。

※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。

 その他の論文要約はCobolt論文検索ページをご覧ください。

偏光と波面測定に使用された532nmレーザー