濱口研では、赤、青、緑の3色を、一つの半導体から出射する新しいタイプのレーザーの研究を行っています。近年、AR/VRなどと呼ばれ、新しいタイプのディスプレイが広まってきていることは皆さんご存知のとおりです。これらの画像の生成には、赤、青、緑の3色の光源が必要でした[DOI 10.35848/1882-0786/ab7bc8]。しかしながら、これら3つの色のレーザーを同時に出射する半導体レーザーは、まだ誰も実現できていません。濱口研では、特殊な半導体共振器の設計ならびに製造技術と、学外の材料研究者らとの協力により、これらの素子を世界で初めて実現すべく、研究を進めています。また、この素子には分子や原子を掴む、「光ピンセット」としての能力が有ることも知られています。本研究は、量子コンピューティングや次世代のバイオ技術を切り開く鍵となることが期待されています。

皆さんのスマートフォンで地図アプリを使うとき、自分の位置がどうやって確認されているかご存知ですか？それは、GPSという技術によるものです。GPSは、人工衛星に積んだ原子時計と呼ばれる超高性能の時計から発せられる時刻を電波に載せて、スマートフォンで受信し、衛星からスマホに到達するまでにかかった時間から衛星までの距離を知ることで、位置を特定しているのです。ここで大事になるのがスマホの時計の性能です。スマホの時計は、精度の悪い水晶時計が使われています。そのせいで、1~3m程度の位置の誤差が産まれてしまいます。そこで登場が望まれているのが、超小型の高性能時計、すなわちチップサイズ原子時計です。これを実現する鍵が、半導体レーザーであると言われています。濱口研ではそれを実現すべく、何年経っても波長が一切替わることが無い、無限に時を刻むためのレーザーのアイディアを提案し、すでに特許を出願しました。

半導体レーザーの出力は、せいぜい数ワット程度だと言われています。しかし、ものを切ったり焼いたりといった加工をするにはその何桁も上ものエネルギーが必要になるため、半導体レーザーはまだ加工には広く使われていません。また、半導体レーザーは多数を並べることで、その光の質がどんどん悪化するということが知られています。つまり、レーザーらしく一方光に進むのではなく、電球の光のように四方八方に散り散りになってしまうのです。そこで、濱口研究室では、多数のレーザーを並べても、レーザーとしての性能を悪化させない技術の開発を進めています。この手法は位相同期またはコヒーレントビームコンバイニングと呼ばれ、半導体以外のレーザーでは研究が進んでいるものです。我々は、独自の半導体レーザーの設計と作製技術を用いて、これを微細な半導体レーザーの内部で行うための研究を行っています。本研究は、すでにその原理の一端が論文などで報告[https://doi.org/10.1038/s41598-022-26257-0]されつつあり、濱口研究室では独自の構造の特許を出願しています。この手法を発展させれば、船や飛行など様々な移動体に超高出力のレーザーを積んで、ガソリンの給油なしにエネルギーを供給したり、はたまた小型スマートフォンの中にとても明るいプロジェクターを搭載したり、さらには、人類のゆめとも言えるレーザー核融合を可能にすることが期待されます。