2017 Fiscal Year Annual Research Report
Conceptual demonstration of electron optical system with surface electrromagnetic waves driven by high-intensity laser
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16H02127
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阪部 周二 京都大学, 化学研究所, 教授 (50153903)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 高強度レーザープラズマ / レーザー電子加速 / テラヘルツ波 / 表面電磁波 / フェムト秒高強度レーザー / 電子光学系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高強度短パルスレーザーと固体標的との相互作用による電子生成・加速（パルス大電流発生）の結果生じる高強度パルス電磁場の物理を詳細に調べ、それを用いた動的電子光学系の可能性を検証することが目的である。
本年度までに、高強度短パルスレーザー（8x1018W/cm2）と金属細線との相互作用により、金属細線上にテラヘルツ帯の高強度パルス表面電磁波（プラズマポラリトン、Sommer-feld Wave）が生成されることを実験的に捉えた。その強度は100MV/mを超えるものである。また、金属細線へのレーザーの直接照射では金属細線が損傷し、連続照射が困難なため将来の応用が制限される。連続照射が可能な回転駆動薄膜標的にレーザーを照射することにより、その近傍に金属細線を設置して表面電磁波を生成伝送する形態を提案し、その実証実験を行った。その結果、薄膜近傍に設置した金属細線上に10MV/mの表面電磁波を観測した。
生成表面電磁波の特性について、電気光学検出法を用いたポンプ＆プローブ法により詳細に調べた。偏向方向は金属にレーザーを直接照射した場合は外向径方向、近傍の薄膜に照射した場合は外内向径方向となることが明らかとなった。パルス幅はps程度であり、半サイクル波が観測された。さらに、薄膜照射の場合は、発生表面電磁波強度の薄膜―金属細線端間隔の依存性、金属細線への直接照射の場合は、発生表面電磁波強度の照射レーザー強度依存性、金属細線径依存性などの知見を得た。レーザー強度の増加に伴って生成表面電磁波強度が増大することが確認されたが、比例指数についての物理的な議論は課題として残っている。
また、電磁場計算機シミュレーションにより、薄膜照射の場合は、レーザーと薄膜との相互作用により生成・加速された電子が作り真空中へ放射される電磁波の一部が金属細線に表面電磁波として変換されることが明らかとなった。
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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
高強度レーザーと固体標的との相互作用に付随する、表面電磁波の発生に関する実験的研究は順調の進捗している。得られた知見から、高強度テラヘルツ波の生成の手法として極めて有効な方法であることを示せた。表面電磁波発生の研究に注力し、その結果、有意義な成果が得られたが、その電磁場の用いた電子光学系としての応用研究にまでは至っていない。当初の課題としては、「おおむね順調に進展している」にとどまるが、その派生研究まで含めると「当初の計画以上に進展している」といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
高強度レーザーと金属細線との相互作用により直接的、あるいは薄膜との相互作用により近傍に配置した金属細線に間接的に強い表面電磁波が生成されることを確認できた。この表面電磁場が電子ビームを偏向することは今までの我々の研究で既に明らかにしてきたので、レーザー駆動表面波が電子光学系となることは確かであると考える。当初、予定では、レーザー加速電子（電子源）とレーザー駆動表面電磁波（電子光学系）の組合わせを実験的に実証することを計画していたが、今までの成果（電子光学系になりうる強い電磁場の測定）を踏まえて、まずは、電子源を用いた応用実証実験を行う事も有用と判断し、高強度レーザーと固体標的との相互作用により生成・加速したパルス電子線を用いた超高速時間分解デフレクトメトリー・イメージングの実証を行う。高強度レーザーと固体との相互作用により加速される電子やイオンのダイナミックスをこのレーザー加速電子を用いて高時間分解能で捉えることに挑戦する。
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[Presentation] 高強度レーザー照射による金属ワイヤー表面波発生2018
Author(s)
寺本研介, 時田茂樹, 寺尾季倫, 井上峻介, 小島完興, 安原亮, 河中準二, 長島健, 森一晃, 橋田昌樹, 阪部周二
Organizer
日本物理学会第73回年次大会（東京理科大学野田キャンパス・千葉市）
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