面発光レーザーの日

研究ノートに記された着想から

3月22日は「面発光レーザーの日」です。制定したのは、公益社団法人応用物理学会微小光学研究会です。

面発光レーザーは、東京工業大学名誉教授の伊賀健一氏が発明した技術です。伊賀氏は東京工業大学で研究をしていた1977年3月22日に面発光レーザーを発案し、そのアイデアを研究ノートに書き留めました。記念日の日付は、この日に由来します。

日本記念日協会の説明によると、記念日の目的は、日本発の技術である面発光レーザーの貢献度や実用性を国内外に伝えることです。あわせて、研究開発や応用開発をさらに進めることも目指しています。

端面から出す方式への不満

伊賀氏自身がまとめた資料によると、研究の出発点は、1970年ごろに東京工業大学精密工学研究所で始めた半導体レーザーの研究でした。当時の半導体レーザーは、結晶のウエハを割って共振器をつくっていました。初めのころは、その切断に外科用のナイフを使っていたといいます。これでは大量生産にはほど遠く、ウエハを割ったあとでなければ素子の特性も調べられません。2次元に並べたアレイをつくるのも難しいものでした。

1976年ごろ、伊賀氏は共振器をごく短くすれば、一つの波長で安定して発振させられる可能性に気づきます。そして1977年3月22日、ウエハの表面に垂直な共振器を持つレーザーを考案し、そのスケッチを残しました。これがのちに世界で「垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL）」と呼ばれるようになります。

室温で動くまで

伊賀氏は1979年に、東京工業大学でVCSELの最初の動作実証を行いました。本田財団の発表によると、1988年には伊賀氏の教え子の小山二三夫氏が室温での連続発振に成功し、実用化へのスタートラインが開かれます。以降、世界中の研究者がこの研究に取り組み、関連する論文は世界で6万件を超えています。

同じ発表では、面発光レーザーの特長として、一つの波長を安定して発振できること、大量生産がしやすいこと、消費電力が小さいことなどが挙げられています。素子が小さいため、一つのチップに多数の素子を高密度に並べることもできます。この性質が、データセンターでの高速な並列通信や、スマートフォンの3D顔認証、自動車の周りの状態を測る近距離のLiDARに生かされています。伊賀氏の資料では、2020年の世界市場は90億ドルを超えたと報告されています。

伊賀氏は2007年から2012年まで東京工業大学の学長を務めました。2013年にはアメリカのフランクリン財団からバウワー賞（科学部門）を、2025年には本田財団の本田賞を受けています。東京工業大学は2024年10月に東京医科歯科大学と統合し、東京科学大学になりました。

基板と垂直に光を出す半導体レーザー

面発光レーザーは半導体レーザーの一種で、基板に対して垂直な向きにレーザービームを放射するのが特徴です。一般的な半導体レーザーの多くはチップの端面から光を出しますが、面発光レーザーはチップの表面から上向きに光を出します。日本記念日協会の説明では、面発光レーザーを2次元に並べて配置する構成もあるとされています。

同協会の説明によると、面発光レーザーは現在、さまざまな分野で使われています。LANなどの通信のほか、コンピューターマウスやレーザープリンター、顔認証にも用いられており、世界的にも認知された技術です。

身近な機器の光のしくみを調べる

面発光レーザーの用途には、ふだん手にしている機器も含まれています。この日は、手元のマウスやプリンター、顔認証に対応した機器の光源について調べてみます。説明書や製造元の技術情報を読み、どのような光が使われているかを確かめます。応用物理学の分野が気になったら、制定者の公式サイトで研究会の活動内容に目を通します。