Tomohiro Shirai's Homepage

１．量子ミメティックイメージングの研究
量子もつれ光子対などの量子光を利用した量子イメージングでは，物体が存在しない場所にその情報が転送されるゴーストイメージングや，古典的な限界を超える分解能で断層像を取得できる量子OCT（光コヒーレンストモグラフィ）など，これまでの常識を覆す機能や性能が実現されます．しかし，一般に量子光は微弱であり，かつその発生と制御は容易ではないため，これに代わり通常の古典光を使って同様のイメージングを実現できれば，その波及効果は極めて大きくなります．本研究では，量子光学に基づく量子イメージングを古典光学の枠内で再構築し，その優れた特徴を広く利用される古典光により実現/模倣する量子ミメティックイメージングの研究開発を進めています．例えば，量子ミメティックOCTのひとつとして，通常の広帯域光源を使っても量子OCTと同様の分解能および耐分散性を獲得できるスペクトル強度干渉断層イメージング法を提案しています．

2．光波面の制御技術とその散乱イメージングへの応用
光の波面歪みを実時間で検出し補正する補償光学技術は，主に大気ゆらぎの影響によりぼやけた天体像を改善する技術として注目を集めています．しかし，その典型例である波面センサーと形状可変鏡に基づくシステムは，天文学の分野では実用化されているものの，大型・高価・波面の高精度制御が困難・計算機による膨大な演算が必要などの理由により，広く一般には普及していません．本研究では，これらの問題を解決し，各種工業計測や医療計測機器に容易に適用できる汎用的な補償光学システムの実現を目指しています．さらに，この技術を進化させ，光の多重散乱の影響により光波面に不連続性が発生する状況であっても，それを適切に補正する波面制御技術の研究開発を行っています．一例として，上述の量子ミメティックOCTと考案した光波面の制御技術を組み合わせることにより、光路中にランダムな散乱性の媒質が存在してもその影響を効果的に排除し、高い分解能で被測定対象の断層イメージングが可能となることを実証しています．

3．コヒーレンス理論の基礎と応用に関する研究
光のコヒーレンス，特に空間的コヒーレンスの概念は，結像系の特性や太陽電池の効率など，光を利用した多様な応用分野において重要な役割を果たしています．そのため，一般に光学機器の性能を十分に理解し，さらにその性能を制御するためには，光のコヒーレンス特性を精密に把握する必要があります．本研究では，DMD（デジタルマイクロミラーデバイス）による光波の時空間制御技術を活⽤して，⾼速で信頼性の高い光の空間的コヒーレンスの測定技術を研究開発しています．さらに，光リソグラフィー装置において微細回路パターンの忠実な描画を妨げる要因となるスペックルについて，その挙動をコヒーレンス理論に基づき解析することにより，スペックルの影響を効果的に低減する方法の研究開発も行っています．

１．コヒーレンスに関する国際会議での招待講演
2024年6月にフィンランドで開催されるコヒーレンスとランダム偏光に関する国際会議より招待講演の依頼を受けました（招待講演者のリスト）．本国際会議は2014年に第1回目の会議が開催されて以来，3回目の開催となります．コヒーレンスと偏光に関する古典論および量子論をベースとする専門家が集結し，基礎から応用に至る最新のトピックスを単一セッションにてじっくりと議論する会議となります．口頭講演は招待者のみですが，ポスター講演での参加も可能です．ご興味のある方はご一報ください．