| 研究課題/領域番号 |
22K03565
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14010:プラズマ科学関連
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
湯上 登 宇都宮大学, 工学部, 教授 (60220521)
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| 研究分担者 |
大塚 崇光 宇都宮大学, 工学部, 助教 (30815709)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 電磁誘導透過 / EIT / 超短パルスレーザー / プラズマ / テラヘルツ / レーザー生成プラズマ / 電磁波発生 / レーザー航跡場 / 電子プラズマ波 / レーザー / テラヘルツ電磁波 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
量子効果の一つである電磁誘導透過(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象を、電磁気学的解釈によりレーザー生成プラズマを用いて実験的に検証し、その応用として「イオン波領域の高出力テラヘルツ波の発生」を実現することを目的とする．EIT とは本来伝搬しない電磁波が干渉効果によって伝搬することができる現象であり、1990 年代に量子効果の一例として理論的に提案され、ガスや固体を用いて実験的にも確認された．プラズマにおけるこの現象は、本来プラズマ中を伝搬できないプラズマ周波数より周波数の低い電磁波が、伝搬できるようになることで発現する.
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| 研究実績の概要 |
本研究は，量子効果の一つである電磁誘導透過(EIT:Electromagnetically Induced Transparency)現象を、電磁気学的解釈によりプラズマを用いて実験的に検証し、その応用として「イオン波領域の高出力テラヘルツ波の発生」を実現することを目的とする．
電磁誘導透過(EIT)とは、吸収ラインの近傍の狭いスペクトル領域で媒質が透明になるコヒーレントな光学非線形性を言う．簡単に言えば、本来電磁波が伝搬できない不透明な媒質においても電磁波が伝搬できる量子干渉効果である．量子エレクトロニクスの分野で当初反転分布を伴わないレーザー発振の研究において提案された．EIT により異常分散関係が形成され、光速より遅いスローライト(Slow Light) が伝搬することが特徴的である．すでに媒質としてガス、固体を用いた実験結果が報告されている．電磁波が伝搬するということはどういうことであろうか．電磁波の伝搬には電流が伴う．真空中では、電磁波の伝搬に変位電流が伴う．電磁波がプラズマ中を伝搬できるかどうかは、物理的には電磁波の伝搬に伴う電流が流れるかがポイントとなる．プラズマ中では電磁波の電場によって加速された電子電流が変位電流に加わることになる．この電流が流れるか流れないかの分岐点は、プラズマ周波数と電磁波の周波数が等しいときである．
EIT とは本来伝搬しない電磁波が干渉効果によって伝搬することができる現象であり、プラズマにおけるこの現象は、本来プラズマ中を伝搬できないプラズマ周波数より周波数の低い電磁波が、伝搬できるようになることで発現する．この現象の実験的検証を行うことを第一の目的とする．この現象によりテラヘルツ領域の電磁波が発生することはこれまでの我々の理論的な研究に基づくものであり，現象が観測されれば，プラズマ物理学に大きな影響を与えることになるであろう．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究では，想定されるプラズマ周波数より低い周波数をテラヘルツ領域に設定しているので，その周波数帯での検出器の開発，整備が必要となる．その検出器として，我々は階段状の鏡(エシェロンミラー)によって時間遅延を持った多数の光を作り，それらの光を電気光学効果(EO効果)を持つ結晶内に入射すると同時に発生したテラヘルツ電磁波を入射させる．テラヘルツ電磁波の電場によって光の偏光面が回転し，そのコサイン成分を取り出して計測することによって，元のテラヘルツ電磁波の観測を可能とするものである．
現在，その準備・調整実験が進行中である．エシェロンミラーによって多数の光が生成されていることは確認されている．電磁誘導透過の実験で発生するテラヘルツ電磁波を模擬するために，ZnTe結晶に超短パルスレーザーを照射することによってテラヘルツ電磁波が発生することは自明であるので，そのテラヘルツ電磁波を計測器に導くことで検出することを現在，試みている．光はCCDカメラのディテクター上に，時間波形が空間波形に投影される形で計測されるはずであるが，現在まで検出されていない．原因を解明中である．
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| 今後の研究の推進方策 |
現在，進行中のエシェロンを用いたテラヘルツ電磁波のシングルショット計測法の開発を継続して進める．前年度までに明らかとなっている問題点を克服するために適切な措置を行う．計測器本体に関しては，結晶軸の計測とそれに対して適切な角度に設定できるような治具を設計製作をして，計測の安定化を図
る必要があるので，それを行う．また，レーザー光の取り回しに関しても再検討をし，効率的に実験が行えるようにする．CCDで得られた画像の解析に関しては，ソフトウエアの作り込みが不十分であるので，データ取得後の解析を短時間に行えるようにすることで，実験にフィードバックが容易にできるようにする．
電磁誘導透過の主実験に関しては，レーザー光を2つに分け，プラズマを生成するレーザーとプローブレーザーのタイミングをプラズマ源であるガスの噴出との時間を精度よく決めないといけないことが分かっているので，それに対してのアプローチを開始する．
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