この記事を読んでいるみなさんはまさに今、
彼らの研究の恩恵を受けているかもしれません。
ノーベル物理学賞の予想ブログ記事第３弾は、
光通信に関する研究を紹介します。
受賞テーマ：
「エルビウム添加光ファイバー増幅器の開発、実用化」
受賞者：
デビッド・ペイン（David N. Payne）、
エマニュエル・デザビア（Emmanuel Desurvire）、
中沢正隆（なかざわ・まさたか）
この増幅器なくして、
これほど便利なインターネットや携帯電話は実現しなかったでしょう。
まさに、21世紀を変えた研究です。
世界の情報交換を支える光通信
携帯電話での通話、メールや、インターネットで楽しむ動画、ゲーム。音や文字、映像などをデジタルデータに変換し、離れた場所に伝える際、現代社会では光通信が主流となっています。
携帯電話やパソコンなどの端末は一見、無線の電波やLANケーブルでつながっているようにも思えるかもしれませんが、信号はすぐに光に変換されて、光ファイバーの中を進んでいくのです。
ただ、光信号にも弱点があります。それは、進めば進むほど弱くなってしまうこと。これでは、いくら光ファイバーを張り巡らせても、信号を遠くまで届けることができません。
そこで登場するのが、「光ファイバー増幅器」。文字通り「光を増幅」する機器で、「アンプ」とも言います。この3氏は1980年代の後半に、エルビウムという物質を添加した極めて実用的な光ファイバー増幅器を作り上げました。その使い勝手の良さから一気に普及し、通信の大容量化、高速化、長距離化、安定化を実現しました。多くの人が今日も、恩恵を受けているのです。
光を電気に変えず、そのまま増幅
この研究のすごいところは、光を電気に変えずにそのまま増幅できること。これにより、通信できる情報量が格段に大きくなりました。
光信号をそのまま増幅する手段がなかったころも、光通信そのものは行われていました。ただ、中継器で増幅する時には、➀光信号を電気に変えて、➁それを増幅し、➂また光信号に戻して送る──ということをやっていました。通信コストなどの面でさまざまな課題を含んでいました。
光をそのまま増幅できるようになったことで、コストが下がったばかりでなく、少し波長が異なる複数の光を1本の光ファイバーで同時に使うことができるようになりました。波長多重方式と言います。大容量の情報を一気に送れるようになったのです。
イメージするならば、それぞれ別の情報を持った赤、青、黄などさまざまな色（＝波長）の光が、1本の光ファイバーの中を一緒に進んでいき、必要に応じて波長ごとにまた分割されて、配信されるのです。光のまま増幅できるから、数百チャンネルの光を一緒に増幅しても、あとでまた分割することができるということです。
光を増幅するしくみ
光を増幅するしくみは、ごくごく簡略化すると次のような感じです。
ポイントは2つ。丸くループを描いている部分の光ファイバーにエルビウムを加えていること。そして、レーザー照射によってエルビウムが加わった部分のエネルギーを高めていることです。2つめは少しだけ専門的に言うと、エルビウムイオンを励起状態にする、ということです。光信号がここを通過するときに、このエネルギーを受け取って増幅するのです。
同タイプの光ファイバー増幅器では、エルビウム以外の物質を添加したものもあり、その物質によって増幅できる光の波長域が異なります。その中で、エルビウムを添加した増幅器が一番実用的なのです。なぜなら、エルビウムは光ファイバーでの伝送に最も適した（＝減衰が少ない）波長域の光を増幅する特性を持っているためです。
中沢博士が決め手を打った
3氏は共同研究ではありません。それぞれ別々に、エルビウム添加光ファイバー増幅器への関心と期待から研究を進めていたようです。
まずペイン博士が、エルビウム添加光ファイバーによって光信号を増幅させる基礎実験に成功します。
デザビエ博士は、エルビウムの添加量や必要な光ファイバーの長さを検討して光ファイバー部分を突き詰めていきました。
しかし、この時点ではまだ実用レベルには遠いものでした。エルビウムのエネルギーを高める光源に巨大な色素レーザーを使っていたためです。
その問題を解決し、増幅器を一気に実用レベルに持っていったのが、かねてからエルビウムに着目していた中沢博士です。小型の半導体レーザーでエルビウムのエネルギーを高められることを実証し、大幅な小型化と効率化を同時に実現したのです。
その数年後、1990年代のうちに、エルビウム添加光ファイバー増幅器は一気に普及していきました。海底ケーブルにも設置されています。信号を同時に複数箇所に送るために分岐する際にも、十分な光量を得るために使われています。90年代以降のインターネットをはじめとする通信の爆発的発展は、この小さな増幅器が可能にしたのです。
この研究、もっと詳しく知りたい方は
ここまで書いて、内容を再確認しようとインターネット検索をしていたところ、数日前にアップされたと思われる、こんなページ（リンクは削除されました。また、URLは無効な場合があります。）を見つけてしまいました。研究の経緯などをもっと詳しく知りたい方には、きっと参考になると思います。
「予想屋」福田も太鼓判
昨年の物理チームの予想記事で、受賞分野には法則があると書いていた「予想屋」福田も、「今年は物性、中でも光に関する分野が来る」と言っております。なんか、当たりそうな気がしてきました。当たらないかな－。
予想ブログは一段落
さてさて、立て続けにブログを更新してきた「ノーベル賞予想隊」。生理学・医学賞、化学賞、物理学賞で各3本の予想記事が出そろいました。（最後の谷の記事、締め切りギリギリでした。ふぅー）。
各賞の発表まで2週間あまり。ここから先は、科学コミュニケーターが独自の視点をめいっぱい盛り込んだ番外編や、研究者による予想、皆さまの予想などをお楽しみください（文末にリストを作りました）。そして各賞の発表当日、未来館はどんな風になっていて、どんなブログ記事ができあがるのでしょうか。こちらもお楽しみに。
さらに詳しく知りたい方は、以下のサイトをどうぞ
（リンクは削除されました。また、URLは無効な場合があります。）
https://sangakukan.jp/journal/journal_contents/2014/09/articles/1409-03/1409-03_article.html
http://www.kendenkyo.or.jp/pdf/technology/120_basic.pdf
http://www.ceramic.or.jp/museum/contents/pdf/2006_10_04.pdf
https://www.ins-news.com/en/100/838/1941/?ls-art0=50
https://www.jsap.or.jp/activities/award/outstanding/prizewinner2012.pdf
・2014年のノーベル賞関連のブログ記事
2014年ノーベル賞を予想！今年もやります（リンクは削除されました）
2014年ノーベル賞受賞者を予想する！番外編 そもそもノーベル賞はなぜすごい？（リンクは削除されました）
・2014年ノーベル生理学・医学賞を予想する
① 脳の働く様子が見える？！
② DNAの使い方を決める仕組みとは!?
③ 博士が見た「大きな夢」と「小さなRNA」
番外編 〇〇ニンジンは世界を救う！
研究者に聞く！ノーベル賞は誰の手に？② 細胞を守る３つの掟
・2014年ノーベル物理学賞を予想する
① 超伝導のあのお方～その２
② スピンを操るあの方！
③ 高速・大容量光通信の実現で世界を変えた男たち
・2014年ノーベル化学賞を予想する
① 超伝導のあの方
②～家族計画を可能にした男～（リンクは削除されました）
③ 分子1つを見る
研究者に聞く！ノーベル賞は誰の手に？①化学賞に分子シャペロン？
2014年ノーベル賞 皆さまの予想～生理学・医学賞①
2014年ノーベル賞 皆さまの予想～生理学・医学賞②
2014年ノーベル賞 皆さまの予想～物理学賞
2014年ノーベル賞 皆さまの予想～化学賞
