表明プラズモン共鳴を用いた相対論的高強度レーザーの局所的光増強の実現

• 研究課題/領域番号: 18K03577
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分14010:プラズマ科学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 羽原 英明 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (60397734)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 高強度場 / 先進回折格子 / 広帯域光 / カスタム回折格子 / 高強度レーザー / 表面プラズモン共鳴

研究成果の概要

本研究の目的は、近年大きく発展を続けるナノフォトニクス技術を高強度レーザーに適応し組み合わせることで、光による真空崩壊など非線形量子電磁力学的現象が期待できるような「超高強度場」を現状の技術で実現するための基礎技術を確立することである。本研究では大きな電場増強効果が期待できる表面プラズモン共鳴現象を最大限に利用するため、高強度レーザーで用いられる超短パルス広帯域光に共鳴条件を最適化した２段回折格子を設計開発した。実際に高強度レーザー照射実験を行った所、表面プラズモン共鳴に特有な反射率計測が観測され、１段の回折格子と比較すると非常に高い吸収率が得られたことが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

今までレーザー強度を向上するためにはレーザーを増幅してエネルギー密度を上昇させ、時間・空間的に圧縮することが行われてきた。一方本研究は全く別のアプローチを取り、光の本質である近接場やその共鳴現象を高強度レーザーに適応し、既存の高強度化技術と競合するのではなく、それらと併用する形で高強度化に資することが出来る。これによりレーザー加速の質的な革新をもたらす、コンパクトで高効率な商用的に競争力のある新規高エネルギー粒子源が実現できる可能性があり、将来見込まれているレーザー装置の高強度化技術と併せた超高強度場の実現など基礎科学への応用も強く期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] Institute for Plasma Physics/Tata Institute of Fundamental Research(インド)
• [雑誌論文] Micro-optics for ultra-intense lasers (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Habara, Amit D. Lad, R. Nagami, Prashant Kumar Singh, Gourab Chatterjee, Amitava Adak, Malay Dalui, J. Jha, P. Brijesh, Y. Mishima, K. Nagai, H. Sakagami, Sheroy Tata, T. Madhu Trivikram, M. Krishnamurthy, K. A. Tanaka, and G. Ravindra Kumar
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 号: 3 ページ: 035214-035214
  • DOI: 10.1063/5.0038023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 超高強度レーザーの異常侵入を用いた爆縮プラズマへの高速加熱 (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽原 英明，Tao GONG，田中 和夫
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 49 ページ: 143-148
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of α-Particle Beams With a Multi-kJ, Peta-Watt Class Laser System (2020)
  • 著者名/発表者名: Daniele Margarone, Alessio Morace, Julien Bonvalet, Yuki Abe, Vasiliki Kantarelou, Didier Raffestin, Lorenzo Giuffrida, Philippe Nicolai, Marco Tosca, Antonino Picciotto, Giada Petringa, Giuseppe A. P. Cirrone, Yuji Fukuda, Yasuhiro Kuramitsu, et al.
  • 雑誌名: Frontiess in Physics 巻: 8 ページ: 343-343
  • DOI: 10.3389/fphy.2020.00343
  • NAID: 120006884137
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] プラズマ粒子シミュレーションによる 薄膜プラズマミラーの反射率計測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 林 宜章，Mihail Cernaianu，田中 和夫，羽原 英明
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 48 ページ: 193-197
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A ten-inch manipulator (TIM) based fast-electron spectrometer with multiple viewing angles (OU-ESM) (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Habara et al.,
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 90 号: 6 ページ: 063501-063501
  • DOI: 10.1063/1.5088529
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 超高強度レーザーによるギガガウス級磁場生成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 羽原英明
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 47 ページ: 531-535
  • NAID: 130008074855
  • 査読あり
• [学会発表] 超高強度レーザーの異常侵入を用いた高密度コアプラズマの高速加熱 (2021)
  • 著者名/発表者名: 羽原英明
  • 学会等名: レーザー学会
  • 招待講演
• [学会発表] Surface Plasmon Resonance Of High Power Laser Field (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部健太郎、羽原英明
  • 学会等名: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • 国際学会