2021 Fiscal Year Annual Research Report

Study on the mechanism of high efficient plasma heating by two-clolor mixed and cross polarization laser

Research Project

Project/Area Number	19H01876
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	有川安信大阪大学, レーザー科学研究所, 講師 (90624255)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	時田茂樹大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (20456825) 畑昌育大阪大学, レーザー科学研究所, 特任研究員 (60712429) 安部勇輝大阪大学, 工学研究科, 助教 (70817543) 椿本孝治大阪大学, レーザー科学研究所, 助教 (90270579)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	超高強度レーザー / 波長変換 / 電子発生
Outline of Annual Research Achievements	この研究課題では、大型超高強度レーザー(大阪大学のLFEXなど)では世界初となる手法でレーザーの波長変換を行い、残留基本波50%と2倍高調波50%を混合して、ターゲット（加熱したい対象、金属薄膜、核融合プラズマなど）に照射することで、波長混合をしない時に比べて3~5倍の高効率な加熱が実現することを検証する研究であった。2020年度では25%程度の波長変換しか実現できなかったが、2021年度にはついに50%の2倍高調波変換と、基本波と2倍高調波の2波が混合していることが実験的に計測された。またこのレーザーを銅の薄膜ターゲットに集光照射したところ、波長混合なしにくらべて、波長混合ありのものは低エネルギーの電子が増加していることが観測された。加熱量の増加については、いまだ結論が出ておらず、詳細な解析が必要な状態である。また、申請段階では加熱量の増大は3次元シミュレーションでのみ確認され、2次元・1次元シミュレーションでは確認されないという謎を抱えていた。3次元シミュレーションは計算コストが高く容易にできないため、この減少の物理メカニズムの解明も課題であった。2022年度の研究により、2波長を偏光交差で混合すると、絶対ラマン散乱不安定性という共鳴的レーザー吸収現象が起こることが明らかになった。この研究課題により、レーザーの波長変換技術の開発に成功し実用レベルまで持ち上げることに成功した。また2波長混合レーザーによる、高効率な加熱の物理的メカニズムの理解ができつつあるところまで到達した。科研費としての事業は終了したが、2022年度に再度加熱実験を計画されており、次回はスポットサイズの問題を是正して、加熱の効果の検証実験を行う予定である。また加熱メカニズムの研究を継続し、今後も研究を発展させていく所存である。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。