2018 Fiscal Year Research-status Report
Tunable priodic configuration of microplasma dissipative solitons and application to plasmaphotonic cristals
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18K03597
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
向川 政治 岩手大学, 理工学部, 教授 (60333754)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鎌田 貴晴 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (50435400)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | マイクロプラズマ / 自己組織化 / 散逸ソリトン / プラズマフォトニック結晶 / 容量結合方式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、屈折率の周期構造をマイクロプラズマの自己組織化で実現し、電磁波制御デバイスとしてのプラズマフォトニック結晶の実現方法として提案する。この研究を通じて、電磁波と散逸ソリトンの基本相互作用（電磁場がプラズマ自己組織化に及ぼす相互作用）の学理を探求する。
平成３０年度では、マイクロプラズマ散逸ソリトンをプラズマフォトニック結晶に応用するため、放電プラズマ生成と測定に関して、（１）外部回路の調整による散逸ソリトン周期配列の可変制御、（２）温度制御環境下のマイクロギャップDBD における二次電子放出係数と活性化エネルギーの測定、また、誘電体表面の電荷密度測定法を改良し、（３）斜め入射方位のBSO 結晶のポッケルス効果による電荷密度測定を行った。
散逸ソリトン周期配列の可変制御については、外部容量変化時の放電生成と観測を行い、また、反応拡散方程式に基づく数値計算を行った。外部容量の変化に伴い六角パターン構造の格子定数は変化し、外部回路パラメータの連続制御によって六角構造の制御が可能であることを示した。二次電子放出係数と活性化エネルギーの測定については、バリア温度変化時の気体の破壊電圧を測定し、タウンゼント破壊理論に基づいて、温度変化による気体分子密度の変化の効果と誘電体の二次電子放出係数の変化の効果を分離し、二次電子放出係数の温度依存性と活性化エネルギーの値を実験的に得た。また、オージェ放出の遷移確率に基づき、二次電子放出係数の温度依存性の計算方法を検討し、実験値との比較を行った。斜め入射方位のBSO電荷密度測定法については、光線を斜め入射したときのポッケルス効果を確認し、入射角62.5°において、厚さ0.7mmのBSO結晶への印加電圧1Vの変化に対し、干渉光変動率は8.9×10-5 %となることを示し、本方式による高帯電状態の基板表面電荷検出の可能性を示した。
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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
本研究では、マイクロギャップ放電により空間対称性を有し局在性の高い自己組織構造である散逸ソリトンを生成し、この構造を人工的に制御することを目的としている。また、この自己組織構造をプラズマフォトニック結晶とみなし、プラズマ屈折率の周期構造をマイクロプラズマの自己組織化で実現し、電磁波制御の効果を検証する。科研費申請時の当初計画では、平成３０年度はBSO 結晶のポッケルス効果による電荷密度分布測定を、ICCDカメラでによる方法から、パルスレーザとCCDカメラの組み合わせで行うこととしていたが、財源の関係で入手できず見送ることとなった。しかし、現行の撮像方式を用いた斜め入射型のBSO電荷密度測定の方法に計画を変更したところ、空間分解能は著しく悪いが、広面積の電荷測定に使えるシステムが立ち上がった。表面波プラズマ励起方式によるプラズマフォトニック結晶の生成においては、真空容器内で減圧環境下で表面波プラズマを生成し、高密度のプラズマの空間的周期構造を作ることを目標としていたが、財源の関係で真空容器を入手できず、見送ることとなった。外部回路の調整による散逸ソリトン周期配列の可変化については、実験は予定通り実施でき、大きな困難はなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３１年度は、平成３０年度の研究と並行して、散逸ソリトン周期配列の連続変化の可能性と、フォトニックバンドギャップの制御性を実験的に検証する。散逸ソリトン周期配列の可変化については、実験的に可能とはなったが、印加電圧の変化と外部容量の変化の効果の分離が明白でないので、この機構について検討を行う。また、この理論的研究・解析については、現実的なプラズマ物理と既知のスウォームパラメータに基づく数値計算を行う。放電系反応拡散方程式の数値計算の改良や、流体モデルに実験的に得られたスウォームデータを用いて、非線形項の構造の解析（分岐解析）を行う。表面波プラズマ波励起方式によるプラズマフォトニック結晶の生成については、真空容器の算段が付かないので、大気圧下での生成について検討する。大気圧下ではプラズマが局在化する傾向があるが、まずはこれを均一に広面積で生成する研究に着手したい。放電の生成方式として、高周波13.56MHzやマイクロ波2.45GHzを用い、想定する透過電磁波の周波数帯よりも十分低い周波数帯とする。放電空間への電磁波透過を有効にするため、マイクロストリップラインを用いる方法の検討を行う。BSO 結晶のポッケルス効果による自己組織構造の電荷密度分布測定については、CCDカメラの入手を別財源に求め、継続可能性を模索する。また、斜め入射型については、本研究と別の方向性を持つ研究に展開させる。
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Research Products
(16 results)
