Kannari, Fumihiko

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Affiliation

Faculty of Science and Technology (Mita)

Position

Professor Emeritus

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Profile Summary 【 Display / hide 】

  • 成熟してきた高機能レーザの周波数および空間域の位相特性を計算機制御によって整形することで制御された光と物質の相互作用を実現するための研究。対象としては，分子励起・解離反応，非線型光学波長変換，多光子励起蛍光，非線型光学を用いた光の量子相関，等である。いずれも，フェムト秒レーザパルスの振幅・位相を計算機制御で整形するツールを用いているのが特徴。

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Career 【 Display / hide 】

  • 1984.09
    -
    1986.07

    SERC Rutherford Appleton Laboratory, Research Associate, Laser Division, Research Associate

  • 1986.08
    -
    1988.03

    Spectra Technology, Inc., Senior Scientist, Senior Scientist

  • 1988.04
    -
    1989.03

    慶應義塾大学理工学部、助手, 電気工学科, 助手

  • 1989.04
    -
    1993.03

    慶應義塾大学理工学部 ,専任講師

  • 1993.03
    -
    1996.03

    慶應義塾大学理工学部 ,助教授

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Academic Background 【 Display / hide 】

  • 1980.03

    Keio University, Faculty of Engineering, 電気工学科

    University, Graduated

  • 1982.03

    Keio University, Graduate School, Division of Engineering, 電気工学専攻

    Graduate School, Completed, Master's course

  • 1985.03

    Keio University, Graduate School, Division of Engineering, 電気工学専攻

    Graduate School, Completed, Doctoral course

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Academic Degrees 【 Display / hide 】

  • Engineering, Keio University, Coursework, 1985.03

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Research Areas 【 Display / hide 】

  • Nanotechnology/Materials / Optical engineering and photon science (Applied Optics and Quantum Optics)

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Research Keywords 【 Display / hide 】

  • スクイーズド光

  • フェムト秒レーザー

  • レーザー物理／工学

  • レーザー計測

  • Ultrafast imaging

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Research Themes 【 Display / hide 】

  • 波長多重周波数モード量子相関を用いた量子シミュレータ, 

    2017.10
    -
    2023.03

  • InGaN半導体レーザー直接励起モード同期固体レーザー, 

    2013
    -
    Present

  • フェムト秒レーザー直描導波路レーザー, 

    2011
    -
    Present

  • 超広帯域光パルスを用いた超高速プラズモン‐ポラリトンの時空間コヒーレント制御, 

    2008
    -
    Present

  • プラセオジムイオンドープ固体レーザ‐, 

    2008
    -
    Present

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Proposed Theme of Joint Research 【 Display / hide 】

  • フェムト秒レーザを用いたコヒーレント制御研究 (例）分子内エネルギー緩和制御，CARS分光

    Interested in joint research with other research organizations (including universities, etc.)

  • 半導体薄膜，半導体デバイスの結晶成長欠陥，歪による欠陥等の微細分布をフェムト秒レーザを用いて2次元的にイメージングする研究

    Interested in joint research with industry (including private organizations, etc.),  Desired form： Cooperative Research

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Books 【 Display / hide 】

  • Laser Ablation - From Fundamentals to Applications

    Keiichi Nakagawa, Takakazu Suzuki,Fumihiko Kannari, IN TECH, 2017.12

    Scope: Chapter 6: Sequentially Timed All-Optical Mapping Photography for Real- Time Monitoring of Laser Ablation: Breakdown and Filamentation in Picosecond and Femtosecond Regimes

  • 先端光科学入門 Vol.2

    KANNARI FUMIHIKO, 強光子場科学研究懇談会, 2011.03

    Scope: 35-45

    　View Summary

    先端光科学実験用の教材として，フェムト秒レーザーパルスの整形と振幅・位相計測実験について詳細に解説を行った。整形は，2次元空間光変調器を用いた反射型2f光学系を用い，計測には周波数干渉計測を用いている。

  • Lectures on Ultrafast Intense Laser Science 1

    KANNARI FUMIHIKO, Springer, 2011.01

    Scope: 135-174

    　View Summary

    フェムト秒レーザーの波形整形技術の原理，デバイス，設計アルゴリズム，時空間結合，レプリカパルスについて詳細に解説し，応用として分子解離フラグメンテーション制御，２光子励起蛍光を例にとってその実験データを記述した。

  • 光科学研究の最前線２

    KANNARI FUMIHIKO, 強光子場科学研究懇談会, 2009.11

    Scope: 122

    　View Summary

    フェムト秒レーザーの振幅，位相整形技術とその応用に関する研究動向を解説した

  • 強光子場科学の最前線２

    KANNARI FUMIHIKO, 強光子場科学研究懇談会, 2009.10

    Scope: 35-50

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Papers 【 Display / hide 】

  • Multichannel dissociative ionization of ethanol in intense ultraviolet laser fields: Energy correlation between photoelectron emission and fragment recoil

    Ikuta T., Hosaka K., Akagi H., Kannari F., Itakura R.

    Physical Review A (Physical Review A)  106 ( 2 )  2022.08

    ISSN  24699926

    　View Summary

    We investigate multichannel dissociative ionization of ethanol in intense ultraviolet laser fields using a photoelectron-photoion coincidence momentum imaging technique. Product channels are clearly separated with detected photoions, and channel-specific photoelectron spectra exhibit multiple spectral components unambiguously assigned to four- and five-photon ionization to the electronic ground state and the electronically excited state. We measure kinetic energy distributions of fragment ions as a function of the energy of a correlated photoelectron to reveal how much energy is provided to the fragment recoil of fragment ions in the course of photoelectron emission and subsequent electronic excitation. Subsequent electronic excitation rather than photoelectron emission governs the internal energy of ethanol cations. The role of subsequent electronic excitation becomes more decisive as the laser intensity increases.

  • Fringe- and speckle-free holographic patterned illumination using time-multiplexed temporal focusing

    Ishikawa T., Isobe K., Inazawa K., Michikawa T., Namiki K., Miyawaki A., Kannari F., Midorikawa K.

    Applied Physics Express (Applied Physics Express)  15 ( 4 )  2022.04

    ISSN  18820778

    　View Summary

    Multi-photon holographic patterned illumination using temporal focusing (TF) pulses provides 10 μm multi-spots with an axial confinement of 5 μm, enabling parallel photo-stimulation of multi-target cells in three dimensions. However, interference fringes and speckles degrade the uniformity of the spots, causing spatio-temporal fluctuations in photoactivation. Here, we demonstrate fringe- and speckle-free holographic patterned illumination using multifocal time-multiplexed (TM) TF pulses even when the multi-spots overlap spatially. The uniform patterned illumination enabled the expansion of the field-of-view of TM-TF microscopy by more than fivefold and enhanced the axial resolution to 1.3 μm.

  • Visible solid-state lasers based on Pr<sup>3+</sup> and Tb<sup>3+</sup>

    Tanaka H., Kalusniak S., Badtke M., Demesh M., Kuleshov N.V., Kannari F., Kränkel C.

    Progress in Quantum Electronics (Progress in Quantum Electronics)   2022

    ISSN  00796727

    　View Summary

    Visible lasers are sought for in a variety of applications. They are required in fields as diverse as medicine, materials processing, display and entertainment technology and many others. Moreover, in contrast to infrared lasers, they enable very simple and efficient access to the UV spectral range by a single frequency doubling step. Currently, the choice of direct visibly emitting lasers is limited: The ‘green gap’ prohibits the development of semiconductor lasers with emission in the green and yellow spectral range and only few laser active ions allow for efficient visible lasing. In particular trivalent praseodymium (Pr3+) and terbium (Tb3+) ions have been shown to be the most successful candidates for efficient high power visible solid-state lasers. Compared to semiconductor lasers, solid-state lasers also provide other advantages, e.g., in terms of energy storage in Q-switched operation as well as beam quality at high output power. In recent years, visibly emitting solid-state lasers have seen a revival enabled by the increasing commercial availability of GaN-based blue emitting pump diodes and an ever-increasing number of publications evidences the vivid research activities in this field. Still, due to the relatively short history of diode-pumped visible solid-state lasers, these are still in an early stage of their development and up to now only few direct visibly emitting solid-state lasers with comparably low output power are commercially available. However, we are convinced that visibly emitting solid-state lasers based on Pr3+ and Tb3+ have the potential for 100-W-class continuous wave output power levels as well as sub-ns pulse durations in Q-switched and sub-ps-pulse durations in mode-locked operation, which would qualify them to fulfil the requirements of most of the applications named above. In this work, we review the state of the art of continuous wave and pulsed visibly emitting solid-state lasers and amplifiers based on Pr3+ and Tb3+ as the active ion. After an introduction, we briefly review the spectroscopic properties of these two ions and their particularities for laser operation as well as the requirements for suitable host materials. In the third chapter, we present the state of the art in the field of continuous wave Pr3+-lasers emitting in the cyan-blue, green, orange, red, and deep-red spectral range based on fluoride, glass, and oxide host materials and discuss prospects for further power scaling. The fourth chapter is devoted to the current state of Tb3+-based continuous wave green and yellow emitting solid-state lasers. In the fifth and sixth chapter we give an overview over existing pulsed visibly emitting solid-state lasers in Q-switched and mode-locked operation mode, respectively. Finally, the seventh chapter is devoted to pulse amplifiers for ultrafast visible lasers before this review closes with a short conclusion.

  • Adaptive optics with spatio-temporal lock-in detection for temporal focusing microscopy

    Ishikawa T., Isobe K., Inazawa K., Namiki K., Miyawaki A., Kannari F., Midorikawa K.

    Optics Express (Optics Express)  29 ( 18 ) 29021 - 29033 2021.08

    　View Summary

    Wavefront distortion in temporal focusing microscopy (TFM) results in a distorted temporal profile of the excitation pulses owing to spatio-temporal coupling. Since the pulse duration is dramatically changed in the excitation volume, it is difficult to correct the temporal profile for a thick sample. Here, we demonstrate adaptive optics (AO) correction in a thick sample. We apply structured illumination microscopy (SIM) to an AO correction in wide-field TFM to decrease the change in the pulse duration in the signal detection volume. The AO correction with SIM was very successful in a thick sample for which AO correction with TFM failed.

  • Enhancement of optical sectioning capability of temporal focusing microscopy by using time-multiplexed multi-line focusing

    Inazawa K., Isobe K., Ishikawa T., Namiki K., Miyawaki A., Kannari F., Midorikawa K.

    Applied Physics Express (Applied Physics Express)  14 ( 8 )  2021.08

    ISSN  18820778

    　View Summary

    Temporal focusing (TF) microscopy has a trade-off between temporal resolution, optical sectioning capability, and field of view. To improve this trade-off, we demonstrate time-multiplexed multi-line temporal focusing (TM-ML-TF) microscopy, which combines the time-multiplexed TF technique with multi-line focusing using a digital micromirror device. Compared with those for TF microscopy, the optical sectioning capability and the signal-to-background ratio were improved by factors of 2.5 and 4.17, respectively. In addition, by applying post-processing for structured illumination microscopy to TM-ML-TF microscopy, the optical sectioning capability and the signal-to-background ratio were further enhanced by factors of 1.2 and 4.63, respectively.

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Papers, etc., Registered in KOARA 【 Display / hide 】

  • はじめに

    Kannari, Fumihiko

    超成熟社会発展のための政策提言書 (慶應義塾大学 博士課程教育リーディングプログラム オールラウンド型「超成熟社会発展のサイエンス」事務局)  2022

  • はじめに

    Kannari, Fumihiko

    リーディングプログラムの軌跡 (慶應義塾大学 博士課程教育リーディングプログラム オールラウンド型「超成熟社会発展のサイエンス」)  2022

  • はじめに

    Kannari, Fumihiko

    超成熟社会発展のための政策提言書 (慶應義塾大学 博士課程教育リーディングプログラム オールラウンド型「超成熟社会発展のサイエンス」事務局)  2020

  • はじめに

    Kannari, Fumihiko

    リーディングプログラムの軌跡 (慶應義塾大学 博士課程教育リーディングプログラム オールラウンド型「超成熟社会発展のサイエンス」)  2020

  • Study on phase-change energy efficient optical switch for large-scale photonic network systems

    Kannari, Fumihiko

    科学研究費補助金研究成果報告書 2020

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Reviews, Commentaries, etc. 【 Display / hide 】

  • 周波数チャープパルスを用いたスペクトラルイメージングによるシングルショット25フレーム超高速撮影

    鈴木 敬和，肥田 遼平，山口 勇輝，神成 文彦

    レーザー研究 45 ( 6 ) 333 - 338 2017.06

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

  • Sequentially Timed All-optical Mapping Photography ―超高速現象の可視化のための光学式イメージング―

    KANNARI FUMIHIKO

    可視化情報 37 ( 145 ) 26 - 31 2017.04

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

    　View Summary

    筆者等のオリジナルである周波数チャープしたフェムト秒レーザーを用いた単ショット超高速バーストイメージング法の原理と超高速現象の計測例を解説した。

  • 展望「レーザー工学⇔レーザー光学」

    F.Kannari

    O plus E (アドコム・メディア（株）)  39 ( 1 ) 42 - 44 2016.12

    Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media), Single Work

    　View Summary

    レーザー開発研究動向を１～４世代に分類し、最近のIoTの社会動向を背景にしたレーザー研究の第5世代はどういったものかについて個人的な私見から解説を行った。

  • 可視InGaN半導体レーザー励起固体レーザー開発の進展

    F. Kannari

    応用物理 (応用物理学会)  85 ( 10 ) 856 - 862 2016.10

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Single Work

    　View Summary

    InGaN半導体レーザーの高出力化を背景に、近年高出力化と高機能化が可能となったPr:YLF可視域レーザーおよびTi:Al2O3フェムト秒レーザーについて研究動向と、我々のグループの最新の研究結果を解説した。

  • 超高速プラズモン応答関数計測に基づいたプラズモン時空間制御

    神成文彦、藤間一憲、正木雄太、草場美幸、大西秀太郎、大井潤

    レーザー研究 43 ( 5 ) 297 - 301 2015.05

    Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal), Joint Work

    　View Summary

    フェムト秒レーザ励起局所プラズモンおよび表面プラズモンポラリトンの時間特性が、計測されたプラズモン複素応答関数に基づいて決定論的に整形可能なことを実験から明らかにした。

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Presentations 【 Display / hide 】

  • 波長掃引超高速レーザパルス列を用いた透明固体材料中のレーザ誘起 応力波ダイナミクスのシングルショット2次元バーストイメージング

    松下一輝，鈴木 敬和，山口 勇輝，根本 寛史，神成 文彦

    第56回応用物理学会春季学術講演会 (東京工業大学大岡山キャンパス) , 

    2019.03
    , 

    Oral presentation (general), 日本応用物理学会

    　View Summary

    単一ショットバーストイメージング法SF-STAMPの時間窓を拡大し，衝撃波やアブレーションプルーム等をシングルショットで観測するために，傾斜ミラー対の多重反射を利用して自由空間でパルス幅の伸張を行う光学系FACEDを応用し，300 ps間隔のパルス列を生成し，撮影可能な時間窓を数nsまで拡大した。

  • SF-STAMPを用いた超高速現象シングルショットテラヘルツイメージング

    高澤 一輝，鈴木 敬和，山口 勇輝，根本 寛史，谷 正彦，北原 英明，神成 文彦

    第56回応用物理学会春季学術講演会 (東京工業大学大岡山キャンパス) , 

    2019.03
    , 

    Oral presentation (general), 日本応用物理学会

    　View Summary

    従来のテラヘルツ波イメージング法であるEOサンプリングとSTAMPを組み合わせることで，テラヘルツ波領域シングルショット超高速イメージング法の開発を行った。

  • InGaN-LD励起640-nm ピコ秒パルスPr:YLF再生増幅器

    藤田 将吾，杉山 直仁，神成 文彦

    第56回応用物理学会春季学術講演会 (東京工業大学大岡山キャンパス) , 

    2019.03
    , 

    Oral presentation (general), 日本応用物理学会

    　View Summary

    我々は可視・紫外域短パルスレーザの高出力化に向け，Pr3+:LiYF4 (YLF) 結晶を用いた波長640 nmの再生増幅器を構築し，その増幅特性を明らかにした。

  • 超高速SPPナノ集光を用いたナノグラフェン細線作製

    松田 拓己, 富田 恵多, 神成 文彦

    第56回応用物理学会春季学術講演会 (東京工業大学大岡山キャンパス) , 

    2019.03
    , 

    Oral presentation (general), 日本応用物理学会

    　View Summary

    パターニング幅が回折限界以下のrGOを実現する手法として, 回折格子を刻んだ金属テーパチップに励起された表面プラズモンポラリトン(SPP)パルスを先端部でナノメートルサイズに集光できる“SPPナノ集光”に注目した. 波長800 nmのフェムト秒レーザパルスを用いると，３光子過程で還元が可能でありフェムト秒SPPパルスでも強度的には可能である。また, 同一装置でSPPパルスを用いた選択的CARS計測をすることによってGO還元化のその場観察と評価も同時に行なうことが可能になる.

  • 波形整形された超短単一光子パルスを用いた周波数域線形光量子回路 の実現

    保坂 有杜，富田 雅也，逵本 吉朗，新村 星太郎，大見 聡仁，和久井 健太郎， 藤原 幹生，鹿野 豊，武岡 正裕，神成 文彦

    第56回応用物理学会春季学術講演会 (東京工業大学大岡山キャンパス) , 

    2019.03
    , 

    Oral presentation (general), 日本応用物理学会

    　View Summary

    光回路の集積化の手法 として波長分割多重方式に注目し，この方式を光線形量子回路に応用する新しい手法を提案した．さらに、その最も簡単な例として波長分割多重回路による Hong ong-Ou -Mandel Mandel干渉 の実証実験を行った。

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Research Projects of Competitive Funds, etc. 【 Display / hide 】

  • Single-shot ultrafast burst imaging in infrared band by quantum illumination scheme

    2019.04
    -
    2022.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Principal investigator

  • Hyper-spectral Imaging of THz Wave on a Single-shot Basis

    2017.06
    -
    2019.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory) , Principal investigator

  • Generation of massive cluster states by quantum correlation control among frequency modes of frequency comb

    2015.04
    -
    2017.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Principal investigator

    　View Summary

    When utilizing ultrafast nonlinear optics such as four-wave mixing in a fiber, we can generate quantum correlation among frequency modes of a laser pulse propagating through the fiber.
    First, we constructed a multimode quantum theory of nonlinear propagation in optical fibers, where we can extract orthogonal eigenfunctions from a broad spectrum. Using this theory, we proved that higher photon-number density squeezing can be obtained up to much higher eigenmodes via nonlinear pulse propagation.
    Furthermore, we demonstrated that four-mode cluster states in any combinations can be generated among the frequency modes in a laser pulse propagating through a fiber when the initial spectral phase are adaptively shaped.

  • Renovation of coherent high-brightness visible-deep ultravaiolet sources with praseodymium solid-state lasers

    2014.04
    -
    2017.03

    MEXT,JSPS, Grant-in-Aid for Scientific Research, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Principal investigator

    　View Summary

    Development of component technologies and demonstration of laser power scaling were performed for trivalent Praseodymium doped fluoride lasers pumped by blue InGaN diode-lasers (LD) to renovate visible and deep ultraviolet coherent light sources that have been provided by 2nd-4th harmonics of near-infrared lasers.By employing four 3.5-W InGaN LDs, CW lasers at red(4.8W) and green (1.8W), active Q-switching(1W, 5kHz) and its intracavity-SHG(60mW, 7,7kHz), passive Q-switching(1.2W, 105kHz) and its SHG(76mW, 50kHz), and CW mode-locking were achieved.

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Works 【 Display / hide 】

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Awards 【 Display / hide 】

  • 第23回光・量子エレクトロ二クス業績賞（宅間宏賞）

    2022.03, 公益財団法人日本応用物理学会, フェムト秒フーリエ光学を用いた新たな光計測法の開発

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

  • 教育優秀賞

    2021.07, 一般社団法人電子情報通信学会, 博士課程教育リーディングプログラムにおける人材育成プログラムへの貢献

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

  • 平成25年度特別研究員等審査会専門委員（書面担当）表彰

    2014.09, 日本学術振興会

    Type of Award： Other

  • レーザー学会 レーザー研究論文賞

    KANNARI FUMIHIKO, 2010.05, 高強度レーザー利用のための時空間レーザーパルス制御技術

  • 電気学会C部門貢献賞

    KANNARI FUMIHIKO, 2006.09, （社）電気学会

    Type of Award： Award from Japanese society, conference, symposium, etc.

    　View Description

    電気学会C部門における調査専門委員会の活性化に貢献

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Courses Taught 【 Display / hide 】

  • OPTO-ELECTRONICS

    2024

  • OPTO-ELECTRONICS

    2023

  • RECITATION IN ELECTRONICS AND INFORMATION ENGINEERING

    2022

  • QUANTUM ENGINEERING

    2022

  • POLICY AND BUSINESS PROPOSALS SEMINA 2

    2022

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Courses Previously Taught 【 Display / hide 】

  • 電気回路基礎

    慶應義塾大学理工学部電気工学科

    2018.04
    -
    2019.03

  • 高エネルギー工学

    慶應義塾大学理工学部電気工学科

    2018.04
    -
    2019.03

  • 電気電子工学実験

    Keio University

    2016.04
    -
    2017.03
    , 

    Autumn Semester, Laboratory work/practical work/exercise, Within own ｆaculty, 4h, 72people

  • 光デバイス工学

    Keio University

    2016.04
    -
    2017.03
    , 

    Autumn Semester, Lecture, Within own ｆaculty, 2h, 60people

  • 物理学D

    Keio University

    2016.04
    -
    2017.03
    , 

    Autumn Semester, Other, Lecture, Within own ｆaculty, 4h, 250people

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Social Activities 【 Display / hide 】

  • 藤原科学財団 　藤原賞選考専門委員会主査

    2012.04
    -
    2015.03

  • The 6th International Workshop on Femtosecond Tech

    1998.06
    -
    1999.07

  • （財）光産業技術振興会　新規開発事業審査委員会

    1998.06
    -
    1999.05

  • （財）光産業技術振興会　平成９年度光産業動向調査委員会第４部会（レーザエネルギー応用）

    1997.06
    -
    1998.03

  • SPIE LASE'97 Conference,Symposium of Laser Modelin

    1996.09
    -
    1997.01

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Memberships in Academic Societies 【 Display / hide 】

  • 電子情報通信学会　超高速光エレクトロニクス時限研究専門委員会, 

    2013.03
    -
    2019.02

  • 電子情報通信学会　超高速光エレクトロニクス時限研究専門委員会, 

    2011.03
    -
    2013.02

  • レーザー学会「レーザーディスプレイ技術」専門委員会, 

    2009.04
    -
    Present

  • 日本光学会レーザーディスプレイ技術研究グループ, 

    2008.10
    -
    2012.03

  • （財）光産業技術振興会　新規開発事業審査委員会, 

    2007.06
    -
    2012.03

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Committee Experiences 【 Display / hide 】

  • 2016.08
    -
    2017.05

    Program Committee/ Steering Committee Chair of the Steering Committee, 6th Advanced Lasers and Photon Sources Symposium

  • 2016.05
    -
    2017.05

    a committee member for the CLEO:2017 S&I8 Subcommittee, CLEO (International Conference of Laser and Electro-Optics)

  • 2015.08
    -
    2016.05

    Program Committee/ Steering Committee Chair of the Steering Committee, 5th Advanced Lasers and Photon Sources Symposium

  • 2015.06
    -
    2019.03

    「さきがけ」光の極限制御・積極利用と新分野開拓　領域アドバイザー, 科学技術振興機構

  • 2014.08
    -
    2015.04

    Program Committee, 4th Advanced Lasers and Photon Sources Symposium

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