2017 Fiscal Year Annual Research Report
Generation of Intense Terahertz Radiation from DARC by using Plasma Filament
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15K05361
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
湯上 登 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60220521)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | レーザー / プラズマ / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新奇性のある電磁波放射源、DARC(dc to ac radiation converter)を用いてサブテラヘルツ領域の電磁波発生に成功した．用いたDARCの構造は、隣り合う電極間隔が2mm、電極のgapが1mmである．この電極間に最大5kVの電圧を印加することによって最大 50 kV/cmの電場を励起した．これにより電極間にはN=2.5周期の静電場が励起される．プラズマ生成に用いたレーザーはチタンサファイアレーザーで、波長800 nm, パルス幅100fs、最大エネルギー40mJで集光径100ミクロンである．用いたガスは窒素でありガス圧を 1-100 Pa で変化させた．電磁波の検出にはショットキーバリアダイオードを用いた．検出器はそれぞれF band (0.09-0.14THz), G band (0.14-0.22 THz), and Y band (0.22-;0.33 THz) の周波数帯に感度を有し、粗くではあるが周波数分解が可能である．
実験ではそれぞれの検出器で信号が観測され、出力は20マイクロワットであった．最大出力は理論では220ワットと予測されているが、それより非常に小さい値となった．印加電圧を変化させることによりテラヘルツ電磁波の出力は電圧の2乗に比例し、この依存性は理論で指摘されているものと一致した．
発生する周波数はDARCの構造とプラズマ周波数に依存する．実験ではガス圧を変化させることによりレーザーが作るプラズマ密度2-4x10^14 1/ccで変化させた．発生周波数は理論とよい一致をみた．発生電磁波の周波数広がりに関しては、励起静電場の周期数(N)に依存し、これは理論的に予測されている値と一致した．
以上の結果は、Japanese Journal of Applied Physics 56, 110308 (2017) において報告さている．
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