ドローンが煙に満ちた火災現場を移動したり、火星探査車が砂嵐の中を移動したりしながら、電波や通常のレーザーではなく、目に見えない「超高速紫外線」を介して高速で情報を交換する未来を想像してみてください。{0}{1}
最近、ノッティンガム大学とインペリアル カレッジ ロンドンの科学者が共同で革新的な通信技術を開発しました。これは、極短波長の紫外線 (UV-C) を利用して 1 秒あたり数兆回の速度で情報を送信するものです。このプロセスは想像を絶するほど高速で、-一瞬の瞬きで数百兆のデータ転送を完了できます。この画期的な成果は、2026 年 1 月 5 日に一流の国際ジャーナル Light: Science & Applications に掲載されました。-、極限環境における高速通信の新たな扉を開きました。-
この革新の中核には、送信と受信の両方が可能な双方向紫外線レーザー システムがあります。従来の通信は赤外線や可視光に依存することが多いですが、煙、塵、木の葉、さらには建物の角などの障害物に遭遇すると信号が壊れるという重大な制限に直面しています。対照的に、科学者らは 100 ～ 280 ナノメートルの波長の UV-C 光を利用しました。この光は驚くべき特性を持っています。霧に照らされると懐中電灯の光が全方向に跳ね返るのと同じように、空気中で激しく散乱します。これは欠点のように聞こえるかもしれませんが、まさにこの「欠陥」こそが「非視線通信」を可能にするのです。---つまり、送信機と受信機の間に直接経路がなくても、光が空中で数回反射する限り、情報は伝達されます。
ただし、ここに問題があります。UV-C ライトは便利ですが、操作するのが非常に難しいのです。何十年もの間、科学者にはこの光を効率的に生成し、正確に検出できる機器が不足していました。光源がかさばって高価だったか、検出器の感度が低すぎて実用的でなかったかのどちらかです。今回、研究チームはついに解決策を見つけた。「カスケード第二高調波発生」と呼ばれる光学技術を使用して、通常のレーザー光を特殊な結晶内で超短紫外{{5}C パルスに段階的に「圧縮」し、各パルスの持続時間は 1 フェムト秒（1 兆分の 1 秒、または 1 兆分の 1 千分の一）-未満です。-これは、高解像度映画全体の情報を電光石火よりも数え切れないほどの速さでフラッシュに詰め込むことに似ています。-
受信機はさらに重要です。研究者らは、従来のシリコン-ベースのセンサーの代わりに、極薄の紙のような、わずか数原子層の厚さのセレン化ガリウム（GaSe）と呼ばれる二次元材料-を採用しました。-この材料は UV{6}}C 光に対して非常に敏感で、室温でも迅速に反応します。また、まれな「超線形」特性も実証しています。つまり、光が強いほど電流が速く増加し、微弱な信号を明確に検出できるようになります。検出器全体は、分子線エピタキシー (MBE) 技術を使用して 2 インチのサファイア ウェーハ上に「成長」し、管理可能なコストでの将来の大量生産への道を開きました。
その有効性を検証するために、チームは自由空間通信実験を実施しました。一方の側では UV-C レーザーを使用して情報（テキストやコマンドなど）をエンコードし、もう一方の側ではそれを 2 次元マテリアル センサーで受信してデコードしました。-その結果、-情報が正確かつ驚くべき速度で送信されることが期待できました。これは、システムが機能するだけでなく、現実世界のシナリオに導入できることを示しています。{6}}
では、このテクノロジーでは具体的に何ができるのでしょうか?まず、複雑な環境、危険な環境、または視線が遮られる環境に特に適しています。{0}{1}{2}例としては、濃い煙の中で活動を調整する消防士、瓦礫の中で生存者を捜索するロボット、砂嵐の中で通信を維持する自律走行車群などが挙げられます。第二に、UV-C 光は既存の無線周波数帯域に干渉せず、簡単に傍受されないため、安全な軍事通信に計り知れない可能性を秘めています。さらに、これらの超高速レーザーは、超-高解像度-顕微鏡イメージング、精密材料加工、さらには量子光学における新しい現象の探索にも使用できます。
主任研究者のアマリア・パタネ教授は、「人類がフェムト秒 UV{0}C レーザーの生成と検出を単一の製造互換プラットフォームに統合したのはこれが初めてです。私たちは『銃』だけでなく『目』も構築しました。」と共同著者のジョン・ティッシュ教授は、システムの高効率と比較的単純な構造によりポータブル機器として有望であり、より多くの研究室や企業にとって手頃な価格になる可能性があると強調しました。
もちろん、この技術が携帯電話に搭載されるにはまだ遠い。しかし、その意義は「超高速紫外線通信」の道が実現可能であることを証明したことにある。二次元材料とフォトニック チップの進歩により、いつか、爪ほどの大きさの UV-C 通信モジュールがドローン、衛星、さらにはウェアラブル デバイスに埋め込まれ、肉眼では見えない方法で光の速度で重要な情報を送信するようになるかもしれません。-
