| Project/Area Number |
24K08279
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
安中 裕大 新潟大学, 工学部, 教室系技術職員 (20835699)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅原 晃 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (00270934)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | テラヘルツ波発生 / ラジアル偏光 / 表面波発振器 / 電磁メタマテリアル / テラヘルツ波 / ベクトルビーム / 疑似表面プラズモン |
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| Outline of Research at the Start |
偏光の向きが空間的に変化する電磁波はベクトルビームと呼ばれる。このような電磁波をテラヘルツ周波数帯で実現できれば、物質の新たな機能の発見に役立つ可能性がある。本研究は円筒型コルゲート導波管に生じる疑似表面プラズモンを電子ビームで励起してテラヘルツベクトルビームの発生を試みる。0.1THzと0.5THzの周波数帯で実験を行い、発生したテラヘルツ波を偏波器などを通して検出することで偏光状態を確認する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属周期構造の表面には疑似表面プラズモンと呼ばれる電磁表面波が形成される。疑似表面プラズモンは周期構造の寸法に応じて周波数や波数を制御でき、テラヘルツ周波数でも励起できる。コルゲート導波管のような円筒型の周期構造上では管壁の曲面に沿って電界が変化する。その結果として径方向や方位角方向のような空間的に向きが変化する偏光成分を持つ。このような疑似表面プラズモンを励起することで空間的に変化する偏光を持ったテラヘルツ波を効率的に発生しうる。電磁波源の一種である表面波発振器は電子ビームによって疑似表面プラズモンを励起することでマイクロ波やテラヘルツ波をキロワット以上の大電力で発生できる。本研究課題では表面波発振器によって空間的に偏光が変化するテラヘルツ波の発生を目的とする。
まず、研究計画に沿ってサブテラヘルツ周波数にあたる0.1THzで実験を行い、発生した電磁波放射の偏光方向を確認した。電磁波放射は直交する二つの電界成分を持つことが分かった。直交する二つの電界成分はその位相差によって局所的に斜め偏光か円偏光のどちらかとなる。測定した電磁波放射の出力電力からストークスパラメータを算出し、偏光状態の時間変化を示した。その結果、発生した電磁波は局所的に円偏光もしくは楕円偏光となることが分かった。これは空間的にだけでなく時間的にも偏光状態が変化していることを意味する。この実験結果は学術論文にまとめ、Physics of Plasmas誌に掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画では1年目に計測機器が十分に用意されている0.1THzの周波数帯で実験を行い、発生する電磁波放射の偏光状態を確認することを予定していた。計画に従って0.1THzの表面波発振器の動作実験を行い、発生した電磁波放射を測定した。測定結果から電磁波の偏光状態を表すストークスパラメータを算出することに成功し、発生した電磁波放射の偏光状態を求めた。以上から研究は計画通りに進行しており、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子ビームを用いた電磁波源である表面波発振器の偏光状態をより詳しく解析するため、円偏波分離器を購入し、0.1THz周波数帯で偏光状態の計測を行う。電子ビームに印加する磁場の向きが偏光に与える影響も確かめる。テラヘルツ周波数にあたる0.3から0.4THzにおいても実験を行い、偏光状態を確かめる。また空間的に変化する偏光を持つ電磁波について集光時の特性を調べるため、マイクロ波周波数帯で利用できる誘電体レンズを製作する。ベクトルネットワークアナライザを用いてコルゲート導波管に偏光の向きが空間的に変化する疑似表面プラズモンを励起し、焦点付近における電界と位相を計測する。
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