レーザーブレイクダウンを引き起こすラッキーな衝突に対する統計モデルの構築

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K21871
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 加藤 進 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20356786)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 明 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 光量子科学研究部, 上席研究員 (10215709) ; 高橋 栄一 日本大学, 生産工学部, 教授 (90357369)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2023-03-31
• Keywords: 逆制動輻射 / 多光子吸収 / 電子散乱 / 連続光スペクトル

Outline of Annual Research Achievements

レーザーブレイクダウンを引き起こす電子衝突電離に関与する電子は，バルクの平均的エネルギーを持つ電子ではなく，電離エネルギーを越える高エネルギーテールの電子である．理論およびシミュレーションモデルを用いてレーザー照射下での高エネルギーテール成分を持つ電子分布関数を決定することが，本研究の目的の一つである．しかし，モデルを検証するために実験的に電子分布関数を決定することは困難であるため，実験では分布関数から決定される電子なだれの増幅係数を指標にする．

実験的に電子なだれの増幅係数を正確に求めるためには，自然に存在する種電子数の影響を取り除く必要があると考え，ナノ秒YAGレーザーの光をガスチャンバー内に設置した電極間に集光する実験を行い，電極間に印加する電圧を制御することにより，印加電場によるドリフトで照射領域から電子を除去することで，電子なだれの増幅係数の絶対値評価を試みた．電子分布関数に対するボルツマン方程式の2項展開モデルから求まる電子増幅係数と電子移動度を用いたゼロ次元の電子増幅モデルを作成し，実験で得られた印加電圧を増加に伴うブレイクダウンに必要となるレーザーエネルギーが増大および飽和する結果を定性的に説明できることを示した．

本年度は，多光子課程の影響を考慮した電子分布関数に対するシミュレーションモデルの開発を進めるとともに，大気圧プラズマで発生する連続光スペクトルから電子分布関数を予測するプログラムを作成した．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

多光子遷移確率に基づくモンテカルロ粒子シミュレーションの開発が完了しておらず，実験と比較するための連続光スペクトルから予測される電子分布関数と比較し，電子分布関数の決定までには至らなかった.

Strategy for Future Research Activity

多光子過程の遷移確率を使ったモンテカルロ粒子シミュレーションコードと大気圧プラズマで発生する連続光スペクトルから電子分布関数を予測するプログラムを引き続き開発し，電離に寄与する高エネルギーテールの発生機構を明らかにする.これまで，高エネルギーテールの指標としていた電子増幅係数に加えて，連続光スペクトルからも電子分布関数を予測する．

Causes of Carryover

研究分担者等との打合せおよび研究発表のための出張計画が困難になったため、当初予定していた旅費に繰越が生じた。本年度は繰越予算を含めて出張計画と大型計算機使用料に充てる予定である。