プラズマフォトニック結晶法を用いた高機能ミリ波伝搬特性制御の原理実験

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フォトニック結晶を用いた能動的光制御法を開発するために、北條らが提案したプラズマとフォトニック結晶構造を組み合わせたまったく新しい手法を開拓することを目的として原理実験を行った。すなわち、プラズマで満たされた空間に誘電体でフォトニック結晶格子を構成しプラズマ密度を制御することによって、ミリ波帯領域の電磁波伝搬制御を行うものである。プラズマ発生装置は、東北大学に設置されている高密度電磁流体実験装置(HITOP)を用いて行った。この装置は、全長3.3m、内直径0.8mの真空容器内にMPDアークジェットを用いて準定常的(約1ミリ秒)に高密度プラズマを生成することができる。放電電流および外部コイルによる磁場を制御することで、プラズマの密度をかえることができる。まず、レーザ干渉計(プラズマ生成部)や静電プローブ(実験部)を用いてプラズマ特性測定を行った。その結果、半値直径25cm、10^<11>〜10^<13>cm^<-3>のプラズマを実現できた。また、1回の放電によって生成開始および生成終了時に刻々とプラズマ密度が変化するためプラズマ密度における電磁波伝搬測定が1ショットでできることが分かった。プラズマフォトニック結晶法の実験を行うためにHITOP装置端部に大型の石英窓を有した真空容器を設置した。ここに、ガラスロッド(直径2mm、長さ245mm)を格子状に配置し、真空窓から6GHz〜26GHz帯のマイクロ波を入射し対向側の受信アンテナで透過特性を測定した。その結果、マイクロ波はあるプラズマ密度領域で透過率が減衰することが実験的にわかった。この実験結果をもとに計算機シミュレーションとの比較を行った。