| 研究課題/領域番号 |
21K19031
|
|---|
| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
|
|---|
| 研究機関 | 早稲田大学 (2023)
帝京科学大学 (2021-2022) |
|---|
研究代表者 |
石井 あゆみ 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (70406833)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
|
|---|
| キーワード | 光増幅 / 希土類 / ペロブスカイト / 太陽光 / レーザ発振 / 太陽光照射 / 励起エネルギー移動 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
光ファイバ増幅やレーザー発振には希土類イオン（エルビウム(Er)など）を添加した固体媒体が多く用いられており、これらは外部から光を照射し希土類イオンのエネルギー状態に反転分布を形成させることで光を増幅させる。一方、希土類イオンの電子遷移は禁制遷移であり、その吸収強度は非常に弱い。そのため、高い励起状態密度（反転分布形成）を得るにはレーザーなどのハイパワーな励起光源が必要となる。希土類イオンの反転分布形成を太陽光のような微弱な励起光源で促すことが可能となれば、簡便かつ環境負荷の少ない光増幅での長距離光通信やレーザー発振が実現できる。
|
| 研究成果の概要 |
本研究は、光吸収能の非常に高いペロブスカイト系化合物や有機分子などの色素と複数の発光準位を持つ希土類イオンを融合し、それらの間で生じる励起エネルギー移動を利用することで、太陽光よりも微弱な光による希土類イオンの反転分布状態の形成と光増幅を実現する革新的な手法を提案したものである。特に、色素の一光子吸収により希土類イオンの二光子分の励起状態を形成するquantum-cutting機構や近赤外光を多段階エネルギー移動により可視光に変換するアップコンバージョン（UC）における高効率エネルギー移動を利用した希土類イオンの反転分布状態の形成と光増幅の実現に向け検討をおこなった。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
IoTやビッグデータ等によるポストコロナ時代に向けたデータ量の急速な拡大に伴い、光通信における大容量・高速化を低消費電力でサステナブルに実現するための技術開発が必要とされている。本研究は、エネルギー密度の低い太陽光を励起光源とし、極めて高いエネルギー密度の光として増幅する革新的な提案である。太陽光程度の微弱光源での光増幅が可能となれば、これまでの長距離光通信やレーザー開発において、革新的な技術となりうる。エネルギー問題が深刻化している日本のみならず、世界各国や航空宇宙開発への波及効果は大きく、将来の科学技術の体系を変革させるとともに、その発展に大きく貢献するものと考えられる。
|
