2018 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマ・メタマテリアル複合体を用いた高強度高調波生成とその機構解明
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16J10080
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
岩井 亮憲 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | プラズマ / メタマテリアル / 負屈折率 / 非線形光学 / マイクロ波 / FDTD法 / PIC法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、プラズマの負誘電率をメタマテリアルの負透磁率で打ち消すことで高密度プラズマへに高効率でマイクロ波を注入し、更なる高密度化と高強度高調波生成を実現することを目的としている。また、プラズマとメタマテリアルの複合体（プラズマメタマテリアル）によって可変負屈折率媒質を実験的に実現することも目的としている。本研究では、負透磁率メタマテリアルとして二重分割リング共振器アレイ（DSRR）を用いている。入射大電力マイクロ波によるプラズマ生成装置にDSRRを組み合わせた系において、DSRR近傍で電子温度、電子密度が特異的に高くなりながらも全体として高密度プラズマが維持されることを明らかにし、電子エネルギ分布関数（EEDF）の推定から空間不均一なエネルギー分布を明らかにした。更に、DSRR近傍へのプラズマ集中（マイクロプラズマ）と全体に広がる高密度プラズマ（バルクプラズマ）の二つの状態が同時に存在していることを確認した。
DSRR効果によってマイクロ波透過強度が飛躍的に増加し、また入射電力増加に従って透過強度も増加する傾向（DSRRの無い場合と逆傾向）が確認され、1次元電磁粒子シミュレーションによって妥当性を確認した。これらの結果は、プラズマメタマテリアルが負屈折率状態を呈していることに矛盾しない。
一方で、DSRRとプラズマ放電管アレイの周期構造で可変負屈折率プラズマメタマテリアルを実現する実験も行った。DSRRの負透磁率帯においてプラズマの高密度化に伴う透過強度の増加が確認され、透過特性の振幅・位相変化が負屈折率状態の理論曲線と定性的に一致した。この特異な透過が負透磁率帯においてのみ観測されることを異なる設計のDSRRを用いた対照実験から確認し、両者の複合体が可変負屈折率媒質の性質を有していることを実験的に示した。
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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