NECら，LiDARによる滑走路異物検知を実証実験

日本電気株式会社NECと株式会社南紀白浜エアポート 南紀白浜エアポートは、南紀白浜空港における滑走路の点検業務の効率化や精度向上に向け、「長距離3D-LiDAR」を活用して滑走路上の異物検知を行う実証実験を本年4月から実施します。 

「長距離3D-LiDAR」は、レーザー光を照射し物体からの反射光を捉えることでその物体までの距離を測定する技術である3D-LiDARに、長距離・大容量光送受信技術と3D点群データ解析技術の2つのNEC独自技術を組み合わせたセンサシステムです。通常の3D-LiDAR では200m前後の検知が、最長1kmの長距離で検知可能となります。さらに、レーザー光は暗闇でも測定可能なため、夜間時間帯の異物検知が可能となります。
現在、滑走路の定時点検業務は1日2回滑走路全面を車両で往復し、職員が目視で異物が無いことを確認しています。今回、「長距離3D-LiDAR」を活用することにより、レーザー照射機器から1km圏内にある異物の位置や距離だけでなく、形状までが数センチ単位で立体的に管理端末の画面上に表示され確認することが可能になります。さらに、レーザー光により飛行機の運航が比較的少ない夜間時間帯での異物検知点検が可能となり、日中の時間帯を他の業務に割り当てることができます。これらにより、職員の目視確認の省力化や確認作業時間の短縮化などの業務効率化、および検知精度の向上を評価・検証します。
なお、1km先まで認識が可能なためレーザー照射機器1台当たりの対応範囲が広く、レーダ活用の検知システムに比べ機器の設置台数が減り、設置や運用などのトータルコストの削減も期待できます。

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三菱電機、14Tbps光空間通信で宇宙・空・海のカバレッジ拡張をめざす

光空間通信の大容量化は、将来の衛星通信やモバイルバックホール、航空機・船舶での適用で期待されている。例えば、宇宙ではデータ中継用衛星間で1.8Gbps光空間通信が2014年から運用されている。また、モバイルバックホールで使われているマイクロ波通信と比較して、機器の小型化、そして通信容量の増加を実現する技術として注目が高まっており、B5G/6Gカバレッジ拡張におけるマイクロ波の補完が想定されている。

　三菱電機は、この光空間通信技術の開発成果として「マルチ開口アイセーフ送信器による14Tbps光空間通信のフィールド実証」を発表しており、OFC2021のポストデッドラインにも選ばれている。同実証では、Class1の安全性を実現した14Tbps信号を、屋外にて220m伝送し、30分間のエラーフリーを確認したという。 

　三菱電機がフィールド実証した技術のポイントの一つは、14Tbpsという大容量で空間を伝搬する、送信パワーの高いレーザの安全性だ。例えば、衛星同士の通信のような宇宙空間のみの伝搬ならば一般社会へ影響は無いが、地上と衛星間、モバイル、航空機・船舶といった一般社会に関わる空間での伝搬では、レーザの安全性は必要になる。そこで三菱電機は、一番安全な基準であるClass1の要求を満たす14Tbps光空間通信を実証したという。

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世界初、ラックサイズで大規模光量子コンピュータを実現する基幹技術開発に成功 ～光ファイバ結合型量子光源を開発～

日本電信電話株式会社（以下 NTT、代表取締役社長：澤田純、東京都千代田区）は、国立大学法人東京大学（以下 東京大学、総長：藤井輝夫、東京都文京区）、国立研究開発法人理化学研究所（以下　理化学研究所、理事長：松本紘、埼玉県和光市）と共同で、ラックサイズの大規模光量子コンピュータ実現の基幹技術である光ファイバ結合型量子光源（スクィーズド光源）（※1）を開発しました。 

　量子コンピュータは、重ね合わせ状態と量子もつれ状態という量子力学特有の現象を利用した超並列計算処理が可能なことから、世界各国で研究開発が進められています。現在様々な方式が考案され、その中でも光の量子である光子を用いて計算する光量子コンピュータには多くの強みがあります。例えば、他の方式で必要とされる冷凍・真空装置が不要なため、実用的な小型化が可能です。また、時間的に連続的な量子もつれ状態を作ることで、集積化や装置の並列化なしに量子ビット数をほぼ無限に増すことができます。加えて、光の広帯域性を活かした高速な計算処理も可能です。さらに、一つの光子で量子ビットを表すのではなく、多数の光子で量子ビットを表す手法を用いれば、光子数の偶奇性を用いた量子誤り訂正ができることも理論的に示されています。この方式は光通信技術とも親和性が高く、通信波長帯の低損失な光ファイバや光通信で培われた高機能な光デバイスを用いることができ、実機構築に向けた飛躍的な発展が期待できます。
　今回、光通信波長で動作する光ファイバ結合型量子光源を新たに開発し、光ファイバ部品に閉じた系で、6テラヘルツ以上の広帯域にわたって量子ノイズが75%以上圧搾された連続波のスクィーズド光の生成に世界で初めて成功しました。これは光量子コンピュータにおける基幹デバイスが、光の広帯域性を保ったまま光ファイバと相互接続性のある形で実現できたことを意味します。これにより、光ファイバおよび光通信デバイスを用いた安定的かつメンテナンスフリーな閉じた系において、ラックサイズの現実的な装置規模での光量子コンピュータ開発を可能とし、実機開発を大きく前進させることができます。
　本成果は、2021年12月22日（米国時間）に米国科学誌「Applied Physics Letters」において掲載されます。また本論文は「Editor's Pick」論文に選出されました。なお、本研究の一部は、科学技術振興機構ムーンショット型研究開発事業の助成を受けて行われました。

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NTTのニュース  

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超高速かつ省電力の光リザバー計算チップを開発 演算速度は現行チップの60倍以上

金沢大学理工研究域機械工学系の砂田哲教授と埼玉大学大学院理工学研究科数理電子情報部門の内田淳史教授による共同研究グループは2021年11月、リザバー計算を高速かつ低消費電力で実行できる、新たな「光回路チップ」を作製したと発表した。演算速度は現行の光リザバー回路チップの60倍以上、省エネ性は電子回路に比べ100倍以上にできる可能性があるという。 

リザバー計算は、小脳を模倣したニューラルネットワークの1種。大脳を模したニューラルネットワークに比べ、大量のデータがなくても、比較的簡単に学習できるという特長がある。特に、音声や株価のように変動する時系列データの処理に向いているという。
新たに作製した光回路は、光ニューロン場の生成に必要な要素をシリコンチップ上に集積している。スパイラル型の結合マルチモード導波構造によって、微小なチップ内にランダム結合した光ニューロン対応のネットワークを、高密度かつ大規模に実装することができる。これを情報のリザバーとして利用することにより、高速かつ低遅延、低消費電力でリザバー計算を実行できるようになった。

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デンマークDTU､マイクロレーザで最高コヒーレンス

DTUの研究者は､新しいタイプのマイクロレーザ､Fanoレーザが､他のタイプのレーザと比較して基本的な優位性があることを実証した｡その発見は､集積フォトニクスや光学センサなど多くの未来のアプリケーションにとって重要となる｡　 

DTUの研究者は､Fano干渉として知られる現象を使った新しいクラスのフォトニックデバイスの物理学とアプリケーションを研究している｡この物理的効果は､超高速､低雑音ナノレーザ(Fano lasers)、光トランジスタ､シングルフォトンレベルで機能する量子デバイスを実現する機会をもたらす｡

今回､DTU研究チームは､Fanoレーザのコヒーレンスが､既存のマイクロレーザと比べて大幅に改善できることを示した｡成果は､Nature Photonicsに発表された｡

｢レーザのコヒーレンスは､レーザが生成する光の色の純度の尺度である｡より高いコヒーレンスは､オンチップ通信､プログラマブルフォトニック集積回路､センシング､量子技術､神経形態学コンピューティングなど多くのアプリケーションにとって重要である｡例えば､コヒレント光通信システムは､光パルスの位相を使って情報を送受する､これは膨大な情報量になる｣とDTU Fotonik､Center Leader of NATEC と NanoPhoton教授､Jesper Mørkは話している｡
この新しい成果は､集積電子-光回路でFanoレーザの利用に進む､特に新しい世代の高速コンピュータ｡今日のコンピュータでは、電気信号が論理動作､コンピュータの異なる部分間のデータ転送に使用されている｡しかし､抵抗損により､多くのエネルギーが伝送で浪費される｡Fanoレーザの主要な役割は､電気信号を光信号に変換し、次にそれが､ほぼ損失なしでコンピュータ内で転送されること､正に今日のインターネットにおける光ファイバで行われているようにである｡長期展望は､最小エネルギー消費で､遙かに高速のコンピュータチップを実現することである｡

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世界最小、指先サイズの波長掃引量子カスケードレーザーを開発 ―光源に搭載し、持ち運び可能な火山ガスモニタリングシステムの実現を目指す―

NEDOが進める「IoT社会実現のための革新的センシング技術開発」において、浜松ホトニクス（株）はこのたび、独自の微小電気機械システム（MEMS）技術と光学実装技術を活用し、従来製品の約150分の1となる世界最小サイズの波長掃引量子カスケードレーザー（QCL）を開発しました。これを産業技術総合研究所が開発した駆動システムと組み合わせることで、高速動作と周辺回路の簡略化が実現でき、光源として分析装置などに搭載することが可能になります。これにより、分析装置を持ち運びできるサイズまで小型化できるようになります。 

本プロジェクトではさらに二酸化硫黄（SO2）と硫化水素（H2S）の検出感度やメンテナンス性を高め、火口付近で火山ガスの成分を長期間、安定的にモニタリングする用途への展開を目指します。また、化学プラントや下水道における有毒ガスの漏えい検出や、大気計測などへの応用も期待できます。
浜松ホトニクス（株）は本プロジェクトで分析装置向け光源の小型化を進めており、このたび中赤外光の波長を7～8マイクロメートル（以下μm、μは100万分の1）の範囲で高速に変化させ出力する世界最小サイズの波長掃引QCL（Quantum Cascade Laser）の開発に成功しました。本開発品は、これを産総研が開発した駆動システムと組み合わせることで、高速動作と周辺回路の簡略化が実現でき、光源として分析装置などに搭載することが可能になります。これにより、分析装置を持ち運びできるサイズまで小型化できるようになります。さらに本プロジェクトでは感度やメンテナンス性を高める研究を行い、火口付近の火山ガスを長期間、安定的にリアルタイムでモニタリングすることを目指しています。これは、化学プラントや下水道での有毒ガスの漏えい検出や大気計測などへの応用も期待できます。

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夢の1テラ無線がやってくる 300GHz帯で“桁違い”の高速化

100Gbpsとも1Tbpsとも言われる6Gの超高速・大容量通信を実現するには、100GHzを超える高周波数帯「テラヘルツ波」の活用が不可欠だ。日本はこの領域を技術面でリードできる可能性がある。 

2019年に開催された世界無線通信会議（WRC-19）において275～450GHz帯が、新たに陸上移動および固定業務に使用する周波数帯として合意された。トータルで137GHz（275～296GHz、306～313GHz、318～333GHz、356～450GHz）にも及ぶ帯域が今後、セルラーシステムで利用できるようになる可能性がある。
5Gでは今後、90GHz程度までのミリ波帯の利用が検討されるが、Beyond 5G/6Gではその上の100GHz以上、つまり「テラヘルツ波」の活用が焦点になる。
275～450GHz帯の周波数分配はこれから行われるが、その直下の252～275GHzはすでに固定無線と陸上移動無線への分配が確定している。これを含めた「252～296GHzが連続して使えるようになれば、44GHzもある帯域と我々は初めて出会うことになる。日本でキャリア4社に分けても、1社当たり11GHz幅が使える。理論上は、1Tbps無線も可能な帯域幅だ」。情報通信研究機構（NICT）Beyond 5G研究開発推進ユニット長の寳迫巌氏はこう期待を膨らませる。

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NTTとスカパーJ、宇宙でデータ処理 電力消費削減

NTTが宇宙空間でデータ処理をする仕組みの実用化に乗りだす。地上の自動車や発電所から得たデータを衛星間で処理をして、効率的な運転につながる情報にして戻す。宇宙空間で地上のデータセンターの役割を担うことになる。同社の光通信技術はデータ伝達の電力消費を無線に比べ100分の1に抑えられる。地上での電力消費も減り、地球環境への負荷を抑えられる。 

衛星の運用ノウハウを持つスカパーJSATホールディングスと提携し、2022年から実証実験を始め、25年に商用衛星を打ち上げて26年のサービス開始を目指す。将来的には衛星を数百基程度運用することを想定している。
宇宙と地球の間で大量のデータをやり取りする必要がなくなるほか、必要な情報を宇宙から直接送ることで必要なデータを早く受け取れる。観測衛星が撮影した上空画像は地上で入手するのに今は1日程度かかっているが、数時間以内で入手できるようになるとみられる。

NTTが「IOWN（アイオン）」と名づけて開発を進める光通信技術を利用する。データの高速通信が可能となり、データ伝達の電力消費もいまの100分の1になる。データ処理に必要な電力エネルギーはすべて太陽光で賄う。地上でのデータセンターは大量の電力を消費することが課題となっているが、宇宙空間でデータ処理をすることで脱炭素にもつながる。

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NTTと富士通が6G開発で戦略提携、IOWN光電融合技術の確立へ

NTTと富士通が2021年4月26日、通信技術の共同研究に関する業務提携を発表した。IOWN構想のキー技術である光電融合デバイスの実現に向け、両グループのデバイス開発と半導体実装技術を活かす狙い。通信のみならずコンピューティング向け半導体にも用途を広げる。 

第一に、光電融合製造技術の確立。「光電融合」とは、NTTが2019年に打ち出した次世代ネットワーク構想「IOWN」のキー技術とされているものだ。現在の通信ネットワークは光信号と電気信号の変換を伴うが、IOWN構想では、この変換を必要とせずに伝送効率と電力消費効率を飛躍的に高める「オールフォトニクス・ネットワーク」の実現を目指している。
この光電融合技術を活用したデバイスの研究開発を加速するため、NTTグループで先端デバイス技術を活かしたハードウェア製品を開発するNTTエレクトロニクス（NEL）と、半導体実装技術を持つ富士通アドバンストテクノロジ（FATEC）を一体化。NELがFATECへ出資し、FATECの66.6％の株式を2021年6月1日に取得する。これにより、FATECは、NTTエレクトロニクスクロステクノロジとして同日より事業を開始する。

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短パルス・高ピーク出力動作可能な新しいフォトニック結晶レーザ開発

京都大学､野田進 工学研究科教授、井上卓也 同助教、森田遼平 同博士課程学生、メーナカ デ ゾイサ 同講師、石崎賢司 同特定准教授らの研究グループは、短パルス（数10ピコ秒以下）かつ高出力（数10～100ワット以上）で動作可能な新しいフォトニック結晶レーザの開発に成功した。 

このような短パルス・高ピーク出力動作を実現することは、システムの大幅な小型化・低コスト化を実現する上で極めて重要と言える。たとえば、車の自動運転に代表されるスマートモビリティ分野においては、アイセーフかつ高分解能な光測距（LiDAR）を実現するため、数10ピコ秒以下の極めて短いパルス幅をもつ高ピーク出力光源が必要とされている。
研究グループは、高出力・高ビーム品質（＝高輝度）を有し、極めて狭い拡がり角をもつビーム出射が可能な半導体レーザ：フォトニック結晶レーザの開発を進めて来たが、今回、さらにデバイス内部に、利得領域と吸収領域を2次元的に分布させるという新しいコンセプトに基づき、数10ピコ秒以下という短パルスかつ、数10W～100W（将来的にはキロワット級も可能）という高ピーク出力動作が可能な新しいフォトニック結晶レーザの開発に成功した。

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菅首相がNICTの次世代の情報通信に係る 研究をご視察

2020年12月23日（水）、菅首相が東京都小金井市にある国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）を訪問され、次世代の情報通信に係る研究について、武田総務大臣、徳田理事長の案内によりご視察されました。 

最初に、理論上、どんな計算機も解読できないことが保証されている量子暗号技術について、研究装置（実機）のある実験室に入られ、説明をご聴取いただきました。
次に、Beyond 5G関連技術に関する説明をご聴取されました。Beyond 5Gとは、5Gの次の世代の通信規格のことであり、その実現に必要な超高速・大容量通信等の研究開発が、今後ますます重要になります。その研究で使用される、人間の髪の毛よりも細い光マルチコアファイバの実物を、手に取ってご覧いただきました。
記者団の取材には、「NICTや民間が総力を結集して研究開発を進め、次世代のデジタル化にしっかり対応し、世界をリードしていける。そうした実感を得ることができた」、またBeyond 5Gについては「2030年の日本の社会産業基盤であり、研究開発を加速し、海外展開をできるよう対応していきたい」とお話されました。

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NTTは、「新型コロナウイルスなどの感染予防技術「Fivery」を開発～光ファイバと集中制御で安全・確実に紫外線を届けます～

日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：澤田　純、以下「NTT」）は、光ファイバを用いて離れたところにある対象物に紫外線を照射しウイルスを不活化する技術「Fivery（ファイバリー）」の研究開発に着手しました。
　本研究開発では、NTTが通信分野で培ってきた光ファイバ通信技術を活用することにより、現在は紫外線を照射するのが困難な場所にも安全かつ効率的に紫外線を届けるとともに、人の動きに合わせて紫外線の照射パワーを制御するなどの集中制御を行うことで、さまざまな場所・場面での紫外線による感染症予防実現をめざしています。 

　2020年初頭から新型コロナウイルスが世界規模で猛威を振るい、私たちの社会や生活に多大なる影響を及ぼしています。新型コロナウイルスをはじめとする感染症流行を防ぐ対策として、紫外線を照射することでウイルスを不活化する方法に注目が集まっており、光源を搭載した機器から直接紫外線を照射する製品が使われてはじめています。
　これに対してNTTは、これまで培ってきた光通信技術を活用して、直接紫外線を照射するのが難しい場所・場面にも光ファイバを用いて紫外線を届けウイルスを不活化する技術「Fivery（ファイバリー）」の研究開発に着手しました。
　これまで紫外線照射が困難だった場所やシーンでも効率よく安全に紫外線を届けて照射するとともに、光ファイバの特長を生かした新たな利用シーンを開拓することで、さまざまな場所・場面での感染症予防の実現をめざします。本技術では、光ファイバを用いて伝送した紫外線を対象物に照射することでウイルスを不活化します

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世界最高速の帯域100GHzを超える直接変調レーザを開発【NTT】

NTTは10月20日、東京工業大学（以下、東工大）科学技術創成研究院 未来産業技術研究所の小山二三夫教授と共同で、高熱伝導率を持つSiC基板上にインジウムリン系化合物半導体を用いたメンブレンレーザを開発したと発表した。直接変調レーザとして世界で初めて3dB帯域が100GHzを超え、256Gbpsギガビットの信号を2km伝送できることを確認したという。 

　直接変調レーザは、現在、データセンタで広く使用されているが変調速度に限界があり課題とされてきた。同成果を用いれば、今後予想されるトラフィックの増大に低コスト・低消費電力に対応でき、また同技術の研究開発を進展させることで、NTTが提唱するIOWN構想を支える大容量光伝送基盤の実現に貢献していくという。
　これまでNTTでは、緩和振動周波数を増大するために活性層の光閉じ込め係数に注目し、熱酸化膜（SiO2）付きシリコン（Si）基板上にメンブレンレーザの開発を行ってきた。メンブレンレーザは活性層の光閉じ込め係数が大きく小型という特長から、低消費電力な直接変調レーザが実現できる。一方で、熱伝導率の小さなSiO2上に素子を作製していることから電流注入に伴う活性層の温度上昇が大きいため、電流量を増やしても活性層の利得の飽和により緩和振動周波数は20GHz程度で飽和していた。
　今回、活性層での発熱を抑えることを目的にSiO2の約500倍の高い熱伝導率をもつ炭化ケイ素（SiC）基板上にインジウム燐（InP）系メンブレンレーザを作製したという。　実際に作製した素子では、緩和振動数が最大値となる電流値はSiO2上の素子では5.5mAでしたが、今回の作製した素子では30mAまで大きくすることができ、世界最高の緩和振動周波数42GHzと3dB帯域60GHzが得られたという。
　さらに、出力導波路端面からの光フィードバックを用いて、フォトン-フォトン共鳴が95GHz付近で起こるような素子を設計した。その結果、3dB帯域108GHzを得るとともに、256GbpsのPAM4信号の生成、および2km伝送に成功したという。

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産総研「プラットフォームフォトニクス研究センター」を新たに設立 －フォトニクス技術による計算チップ間から広域まで、ネットワークの飛躍的な性能向上の実現を目指して－

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 石村　和彦】（以下「産総研」という）は、2020年10月1日に新たな研究推進組織「プラットフォームフォトニクス研究センター」【研究センター長 並木 周】を設立しました。 

　近年、クラウドからエッジにわたるシステム全体の最適化による性能向上を目指し、コンピューティングとネットワークをフォトニクスにより融合する技術の開発が期待されています。当研究センターは、広帯域・低遅延・省電力・高セキュリティーを同時に実現するフォトニクスとシステム最適制御技術を活かして、計算チップ間から広域、モバイル領域にまでわたる多様なネットワークを10 Tbit/s級まで低消費電力でシームレスに仮想化し、コンピューティングがこれを自在に操るプラットフォームフォトニクス技術の開発を推進します。
また、これまで産総研は、独自に開発してきた世界最高水準のシリコンフォトニクス技術を基に、世界で最も低損失のシリコン光導波路、世界最大規模のシリコンフォトニクススイッチ、高効率高速変調器などさまざまな光デバイスを実現してきました。このシリコンフォトニクス技術を活用して企業・大学などが光デバイスを試作できる研究開発試作体制をTIA推進センターのスーパークリーンルーム産学官連携研究棟（SCR）に整備し、技術の橋渡しを推進します。

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フォトニクス結晶の新展開～トポロジカルフォトニクスとその応用

9月16日のIEICEソサイアティ大会のエレクトロニクスソサイアティの依頼シンポジウムにおいて、光トポロジイの最新の基礎研究の報告があった。この7月31日にNTTから～新しい光制御技術の可能性～光のトポロジカル特異点の生成手法を発見についての報道発表があり、この新しい分野の展開が注目されている。 

　日本電信電話株式会社（本社：東京都千代田区、代表取締役社長：澤田　純、以下「NTT」）は、国立大学法人東京工業大学（東京都目黒区、学長：益 一哉）と共同で、誘電体周期構造を変形させるという簡単な手法により、光のトポロジカルな特異点を自在に生成・制御できる手法を、世界で初めて理論的に明らかにしました。本成果は、レーザの偏光状態や出射方向の制御に利用可能で、光のトポロジカルな性質を利用した新しい光制御の可能性を示すものと期待されます。
　本成果は2020年7月30日（米国時間）に米国科学雑誌「フィジカル・レビュー・レターズ」のオンライン版に公開されました。
　最近になり、このトポロジカル物性は固体中の電子だけでなく、フォトニック結晶と呼ばれる誘電体周期構造中の光においても発現することが判明し、光のトポロジカルな物性が次々に見つかっています。この分野はトポロジカルフォトニクスと呼ばれ世界的に活発に研究されています。
　フォトニクス結晶表面からのレーザー光の出射方向やトポロジカルな性質に起因する特殊な偏光状態を自在に制御できるレーザなどの発光デバイスが実現できると考えられ、フォトニック結晶のトポロジカルな性質を反映した光出力を自在に制御できる新しい光制御デバイスの可能性も期待できます。
　自動車の自動運転などに必要なLIDARなどの超小型化実現に大変重要な技術として期待できます。

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