Cs原子を用いた低周波帯電磁波可視化技術の二次元化と偏波分離化に関する研究

Research Project

Project/Area Number	22K04083
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 21010:Power engineering-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	石居正典国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (50356432)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywords	電磁波可視化 / 電磁界測定 / 磁界センサ / 低周波 / セシウム原子 / 二次元化 / 偏波分離化 / 電磁界 / レーザー / 可視化 / 環境電磁光学
Outline of Research at the Start	本研究は、電磁波の新たな可視化技術を提案する物である。金属製のアンテナや電磁界センサ等は用いず、特定の気体原子、レーザー光、電磁波の3者の間において、近赤外線領域で存在する蛍光作用を利用する新しいコンセプトの次世代型の電磁波可視化技術に関する研究である。これまでの先行研究では、可視化の実現範囲がレーザーの光線上の一次元軸上に限られ、また被観測対象の電磁波の偏波成分については考慮されていなかった。そこで本研究では、可視化範囲の「二次元化」と被観測電磁波の「偏波成分の分離化」を目指す。なお、電磁波には電界と磁界の両成分があるが磁界成分を対象とし、周波数帯はkHzからMHzの低周波数帯で検討する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、アンテナや電磁界センサ等は用いず、特定の気体原子、レーザー光、電磁波の3者の間において、近赤外線領域で存在する蛍光作用を利用する新しいコンセプトの次世代型の電磁波可視化技術に関する研究を実施している。これまで既に申請者が実施した先行研究では、まずホーンアンテナから放射されるGHz帯の特定の電磁波に対して提案手法が実現可能である事を確認している。さらには、ターゲットとなる電磁波の低周波側への周波数範囲の拡張を目指し、kHzからMHzの周波数帯の電磁波に対する電磁波可視化手法を新たに提案し、その提案手法が実現可能である事も確認してきた。しかし、レーザーには数mm～1 cm程度の幅のビーム状の物を使用するため、可視化の範囲がこのレーザー光線上の一次元の軸方向とレーザーのビーム幅の範囲内に限定されていた。そこで、レンズを用いたレーザーのビーム幅の拡張やミラーシステムを用いたレーザービームの高速な走査などにより、提案する低周波帯の電磁波の可視化技術の二次元化に関する検討も実施してきた。一方、電磁波には偏波成分が存在する。そこで当該年度は、被観測電磁波の偏波成分の分離化に関する初期検討を実施した。具体的には、地磁気の消磁と外部直流磁界の印加が可能なシステムを構築し、この外部直流磁界の印加の向きによって、提案する技術で可視化される低周波帯の電磁波の観測結果が変化する事を確認した。なお、電磁波には電界と磁界の両成分があるが、ここでは磁界成分を対象とし、また原子としては133Cs(セシウム原子)の気体を用いている。また今年度は、本研究課題の研究成果に関連した、国内学会での発表を1件、所内での外部向け研究成果発表を1件を行っている。
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、提案する電磁波可視化技術の二次元化と偏波分離化の2つのポイントに関する研究を実施しているが、2年目に当たる当該年度には、2つ目のポイントである偏波分離化のための実験システムを新たに構築して、初期検証まで実施する事ができたため。
Strategy for Future Research Activity	これまでは、提案手法の実現可能性に関する検証に重きを置いてきた。そこで次年度は、間接的に使用する約9.2 GHzの電磁波の偏波方向、観測対象となる低周波帯の電磁波の偏波方向、外部DC磁界の印加方向の3者間の関係の再整理の他、定量的な評価の検討も実施する予定である。なお、次年度も本研究課題の研究成果の発信を、学会などにおいて行う事を継続する。