末松は他方、母校・東京工業大学の教授・学長として理工系人材の育成に励み、後には高知工科大学学長・国立情報学研究所所長にも就任した。文部科学省科学技術・学術審議会会長などを務め、科学技術・学術の振興に努めた。また、末松は青少年の科学技術教育にも励んでおり、「岐阜サマー・サイエンス・スクール in なかつがわ」(1995年創設;中津川市教育委員会)の実行委員長を務めているほか[1]、世界の発明や発見のデータベースを集積して子供から大人までがウェブ上で広く閲覧できる、通称「発明と発見のディジタル博物館」(2010年より、日本学術振興会・国立情報学研究所・各学協会財団)の推進を行っている。
末松は1951年4月に叔父の勧めで東京工業大学に入学し、1年半の教養課程の後に電気工学弱電コースに進んだ。教室よりは、自分で本を読んで納得がゆくまで考えるのが性に合っていたという。教養は河合栄治郎著の『百冊の本』から選んで手当たり次第に読んだ。アーノルド・J・トインビーが書いた "An Historian’s Approach to Religion"(1956年、日本では深瀬基寛訳で『一歴史家の宗教観』として出版)で、「自己中心性を去れ」と書いてあったことから社会貢献に目覚め、宗教が合理を越えた高い理念だったことを学んだ。また、ジェームズ・クラーク・マクスウェルの "A Treatise on Electricity and Magnetism"(1873年、『電気磁気論』)からは新分野を築いた叡智に触発され、リヒャルト・クーラントとダフィット・ヒルベルトの "Methoden der Mathematischen Physik" (en) (1924年)で、数学は物理現象を記述するものと理解した。末松も大学で専門の基礎を深め、社会で生きる意義を取得したという。大学院の指導教官だった森田清教授からは「論文書きに熱中するより本格的な仕事をせよ」と諭された。東工大教授の末武国弘が開いた、研究室を越えて集まりとことん議論する輪講会、マイクロ波輪講会や、東京大学の岡村総吾・斎藤成文両教授が主催した大学の枠を越えた懇談会、電子ビーム懇談会、などで研究者への道が拓かれたという[3]。
大容量長距離光ファイバ通信用の半導体レーザの発明
温度同調の動的単一モード・レーザ ~位相シフト分布反射器レーザ~
末松は1960年に大学院を修了して東京工業大学に採用され、光通信の実現に向けて、光源と光伝送路の両方の可能性を探る研究を始めた。1963年に、光ファイバ通信実験を世界で初めて行い公開した(図1)。この実験は世界最初期に行なわれたものとして、国立科学博物館館の未来技術遺産として重要科学技術史資料に登録されることになった。吸湿性でデシケータに保存されているこの時に利用したADP結晶と共に、2008年7月に復元されたレプリカが、東京工業大学百周年記念館内の博物館で保存・展示されている。研究費が乏しかった初期には理論を主体にした研究を行った。1965年に光ビーム導波路の理論を、1967年に半導体レーザの直接変調の上限周波数を明らかにし、1970年には半導体レーザの動作理論などを構築した。
1967年から1年間、末松は文部省の在外研究員として米国のオハイオ州立大学に滞在して、MITやベル研究所などを訪ねて交友を広めた。1969年に末松に転機が訪れた。川上正光工学部長の紹介で東京電気化学(株)の山崎貞一社長から新しい研究の後押しをしたいと、見返りを求められないで多額の研究費の寄付を受けた。これを契機に、末松は研究の指針を「この世にないものを創る」「その原理を明らかにする」として、大容量の情報を長距離にわたって世界中に隈なく伝送できるところに光ファイバ通信の本質があると見定め、長波長帯単一モード光通信を提唱し[4]、大容量長距離光通信実現に不可欠な、波長が安定した光を発する通信用半導体レーザの実現に向けた本格的な研究に取りかかった。
そして、その通信用半導体レーザとして、1972-1974年に動的単一モード・レーザ(DSMレーザ;Dynamic Single Mode Laser)を示唆した (図2)[5]。この動的単一モード・レーザは次の3機能を併せ持つ半導体レーザである:1)長距離伝送のために、光ファイバの損失が最低になる波長1.5μm帯(この波長帯は研究を進める途中で明確になった)の光を出し、2)単一モード光ファイバ内の伝搬速度が波長により異なる伝搬定数分散に由来する伝送容量制限を乗り越えるために、単一波長で安定に動作し、さらに、3)多波長の通信に対応するために、波長が同調により可変できることである。
まず、Donald A Keckらの予測を参考にして、光ファイバの最低損失波長帯レーザの研究を進め、1979年に、波長1.5μm帯のGaInAsP/InPレーザを荒井滋久や板屋義夫らの協力で開拓した。この研究発表に対して2016年にSSDM実行委員会は35年遡ってSSDM2016 Awardを与えている。この年にNTTの宮哲夫らにより最低損失波長帯は1.5μmになることが明らかにされた。この研究では、当初、高価なInP基板の調達の問題があったが、国際電信電話株式会社の中込雪男所長の協力が得られて切り抜けられた。
1981-1983年に、多くの学生や同僚の協力の下に、まず、宇高勝之らと温度同調の動的単一モード・レーザを実現した。この実現の研究に関して、1983年のValdemar Poulsen Gold Medalが与えられている。この間の事情が“Light Unseen” に記載されている[6]。
そして1983年に、古屋一仁らと位相シフト分布反射器レーザを実現した (図3)。この実現に対して、1985年のElectronics Letters Premium Award が与えられている。[7] このレーザは、温度同調の動的単一モード・レーザの代表例である。この位相シフト分布反射器レーザは、基盤の温度により波長を変える動的単一モード・レーザで、生産性が高く、大容量長距離光ファイバ通信の標準レーザとして広く用いられている[8]。位相シフト分布反射器レーザ、あるいは位相シフトDFBレーザ、さらには単にDFBレーザと呼ばれることもある。中心波長が異なる1ダースほどの動的単一モード・レーザをアレー状に並べて広波長域の通信用レーザとしても用いられている[9]。図4は商用化されたアレー・動的単一モード・レーザを示す。生産性が高いので、データ・センターや家庭向け回線にまで用途が広がっている。
この間の1975年7-8月の夏休みの期間中に、末松は小口文一日本電信電話公社研究本部長の招きで、日本電信電話公社通信研究所の客員研究員として週1-2回出向し、新関暢一統括を始め優れた研究者達と有意義な意見交換をした。1977年8月には、柳井久義教授を中心にした「光集積回路光通信国際会議(IOOC)」の発足に末松は参画した。
末松は光通信の先駆的研究、半導体レーザ、光ファイバ、光集積回路などの研究、を通して、光通信工学の教育分野を開き、まだ実用化に至っていなかった1977年に、将来の商用化を見込んで「光ファイバ通信入門」(伊賀建一との共著)の世界初の教科書を執筆した。この本は、英語、フランス語、中国語、イラン語、韓国語の主要5カ国語に翻訳されると共に、現在まで5版を重ねて人材育成に貢献してきた。さらに、文部科学省の支援で大学内に「超高速エレクトロニクス・研究センター(1986年)」とその後継研究施設である「量子効果エレクトロニクス・研究センター(1994年)」を創設してこの新分野の教育と研究を行った。そして、35年間にわたる大学院教育の師として60名の博士学生を育てた。その内の37名は大学の教授(助教授を含む)で、その内の3人が学長に、国外の大学で7名の学長並びに教授が生まれた。また、4名の優れた産業人が活躍した。こうした教育面に対して、新分野の先駆的研究と重ね合わせて、2003年にEEE James Mulligan Jr. Education Medalが与えられた。大学の先端教育のみならず、子供達の科学教育にも深い関心を持って関わっている。
1985年7月30日、「1.5 micron phase-shifted DFB lasers for singlemode operation」により英国電気学会(英語版)のElectronics Letters Premium Awardを共同受賞(Y. Suematsu, F. Koyama, T. Tanbun-Ek, K. Sekartedjyo, N. Eda, and K Huruya)[26]。
Edited and Co-authored by Y. Suematsu (1982年1月). ”Optical Devices and Fibers、Japan Annual Reviews in Electronics, Computers & Telecommunications,” Vol.3. Ohm and North Holland Co.
Edited and Co-authored by Y. Suematsu (1983). ”Optical Devices and Fibers、Japan Annual Reviews in Electronics, Computers & Telecommunications,” Vol.7. Ohm and North Holland Co.
Edited and Co-authored by Y. Suematsu (1984). ”Optical Devices and Fibers、Japan Annual Reviews in Electronics, Computers & Telecommunications,” Vol.11. Ohm and North Holland Co.
Edited and Co-authored by Y. Suematsu (1985年6月). ”Optical Devices and Fibers、Japan Annual Reviews in Electronics, Computers & Telecommunications,” Vol.15. Ohm and North Holland Co.
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