2017 Fiscal Year Research-status Report
グラフェン表面プラズモンを用いたテラヘルツ広域帯電磁波発振器と増幅器の研究開発
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16K04987
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| Research Institution | Institute for Laser Technology |
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Principal Investigator |
李 大治 公益財団法人レーザー技術総合研究所, レーザーエネルギー研究チーム, 研究員 (00373209)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中嶋 誠 大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (40361662)
橋田 昌樹 京都大学, 化学研究所, 准教授 (50291034)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 放射固有電磁モード / 共鳴放射 / 新型電磁放射メカニズム / 超短時間電子バンチ / レーザー加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
理論解析とシミュレーションを結合して提案した放射構造体に存在する放射可能な固有電磁モードを予測した。この電磁モードを活用すれば、従来の回折電磁放射と共鳴でき、新型電磁放射メカニズムを引き起こす可能性がある。固有電磁モードは放射構造体の寸法や誘電体基板、グラフェンに依存する。理論シミュレーションにより、その依存性と電磁モードの放射特徴を明らかにした。これを持って共鳴放射発生の条件を調べ、放射メカニズムを理解した。共鳴放射を実現させると、周期構造放射体から従来の回折電磁放射強度により数百倍程度を向上すると期待できる。理論シミュレーションを用いて放射体の寸法を設計し、レーザー加工により放射構造体を制作した。加工寸法は数十ミクロン程度のため、レーザービーム集光、発熱効果などは加工精度に影響を与え、精度の高い加工は難しい。加工技術を模索して実験できるような放射体を作成した。
固有モード検証実験を展開した。既存のテラヘルツ光源を用い、透過計測系を構築し、放射体サンプルの透過特性を計測した。実験結果を解析することにより、固有電磁モードを確認し、理論予測と一致することがわかった。また、電子ビーム発生装置に置ける放射実験用の計測系を構築した。この電子ビーム発生装置により、超短時間（フェムト秒級）の電子バンチが発生でき、電子バンチが放射構造体と相互作用すると電磁放射を放出する。この電磁放射を詳しく調べるため、THz-TDSと呼ばれる計測システムを構築した。計測系の正常動作を確認するために、レーザー照射結晶によりテラヘルツ波発生システムも構築した。これまで、計測系を正常に動作することを確認した。
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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
放射構造体に存在する固有電磁モードは、従来の回折電磁放射と共鳴させると、相互作用が強調され、通常のスミス・パーセルやチャレンコフ放射装置により強い電磁波放射が期待される。理論解析とシミュレーションの手法を併用して、共鳴メカニズム、相互作用過程、従来と異なる電磁放射を解析し、共鳴条件を明らかにした。既有のテラヘルツ波光源を基づいた実験装置を構築し、放射体に存在する一部の固有電磁モードを検証した。その上、共鳴現象を確認し、理論解析の結果を整合して放射物理を明らかにした。また、電磁放射モードの放射方向性、偏光特性などを計測し、放射構造体パラメータとの依存性を解明した。
既存の低エネルギー（数十keV）電子線実験装置を活用して電子線励起電磁波放射発生、計測システムを構築した。これにより、放射構造体によるテラヘルツ放射の実験研究を展開できる。放射体により、様々放射物理で電磁波を放出する。各々の電磁波放射を判別するために、放射の時系列を計測できるような計測系を構築した。これまで、計測系を正常に動作することを確認した。この実験装置を活用すれば、新型共鳴放射現象を観測でき、放射特徴や放射メカニズムなどを解明することが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
電磁モード検証実験を進める。理論シミュレーションにより、真空中に放射できるモードや誘電体基板のみに放射できるモードなど、様々な固有電磁モードを予測した。これらの電磁モードを実験的に検証すること、電磁特徴を解明することを実施する。特に、グラフェン表面に存在するパラズモンポラリトンの効果を理解し、電磁放射への影響を明らかにする。
電子線放射実験を行い、放射体からの電磁波放射を実測する。昨年度構築した電磁放射計測系を利用し、電磁波放射特性を計測する。計測結果と理論シミュレーションの結果を結合して解析することにより、放射物理とメカニズムを深く理解する。その上、新型電磁放射源開発の基盤理論と技術を構築する。
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| Causes of Carryover |
実験を実施するため、放射体製作、実験部品購入に助成金を利用する。また、論文発表、学会、研究会参加の旅費などを支払うと計画する。
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