プラズマ・メタマテリアル複合体を用いた高強度高調波生成とその機構解明

利用等离子体-超材料复合材料产生高强度谐波及其机理的阐明

基本信息

批准号：
16J10080
负责人：
岩井亮憲
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、プラズマの負誘電率をメタマテリアルの負透磁率で打ち消すことで高密度プラズマへに高効率でマイクロ波を注入し、更なる高密度化と高強度高調波生成を実現することを目的としている。また、プラズマとメタマテリアルの複合体（プラズマメタマテリアル）によって可変負屈折率媒質を実験的に実現することも目的としている。本研究では、負透磁率メタマテリアルとして二重分割リング共振器アレイ（DSRR）を用いている。入射大電力マイクロ波によるプラズマ生成装置にDSRRを組み合わせた系において、DSRR近傍で電子温度、電子密度が特異的に高くなりながらも全体として高密度プラズマが維持されることを明らかにし、電子エネルギ分布関数（EEDF）の推定から空間不均一なエネルギー分布を明らかにした。更に、DSRR近傍へのプラズマ集中（マイクロプラズマ）と全体に広がる高密度プラズマ（バルクプラズマ）の二つの状態が同時に存在していることを確認した。DSRR効果によってマイクロ波透過強度が飛躍的に増加し、また入射電力増加に従って透過強度も増加する傾向（DSRRの無い場合と逆傾向）が確認され、1次元電磁粒子シミュレーションによって妥当性を確認した。これらの結果は、プラズマメタマテリアルが負屈折率状態を呈していることに矛盾しない。一方で、DSRRとプラズマ放電管アレイの周期構造で可変負屈折率プラズマメタマテリアルを実現する実験も行った。DSRRの負透磁率帯においてプラズマの高密度化に伴う透過強度の増加が確認され、透過特性の振幅・位相変化が負屈折率状態の理論曲線と定性的に一致した。この特異な透過が負透磁率帯においてのみ観測されることを異なる設計のDSRRを用いた対照実験から確認し、両者の複合体が可変負屈折率媒質の性質を有していることを実験的に示した。

这项研究的目的是通过取消血浆的负介电常数，并以超材料的负渗透性取消高密度的介电常数，从而使高密度的介电常数向高密度的血浆注入，从而实现了进一步的高密度和高强度谐波产生。其目的还是在实验中使用血浆和超材料（等离子体超材料）的复合物来实现可变的负折射率培养基。在这项研究中，双向环谐振器阵列（DSRR）用作负渗透性超材料。在将DSRR与使用入射高功率微波的系统结合的系统中，据显示，尽管电子温度和电子密度在DSRR附近特异性增加，并且在空间上，高密度血浆的总体保持整体维持，并且从空间上不合and均质的能量分布显示出电子能量分布的估计（EEDF）。此外，已经证实了两个状态同时存在：在DSRR附近的血浆浓度（微量质量）和高密度血浆（大量血浆）遍布。 DSRR效应显着增加了微波传输强度，并且传输强度也随入射功率的增加而增加（与没有DSRR的情况相反），并且通过一维电磁粒子模拟证实了有效性。这些结果与表现出负折射率状态的血浆超材料一致。另一方面，我们还进行了一个实验，以使用DSRR的周期性结构和等离子体放电管阵列实现可变的负折射率等离子体超材料。在DSRR的负渗透条带中，血浆密度增加证实了传输强度的增加，并且传输特性的幅度和相变为定性地与负屈光度指数状态的理论曲线相吻合。我们通过使用不同DSRR设计的对照实验证实了这种单数传输仅在负渗透条带中观察到，并且在实验上证明了两者的复合物具有可变的负折射率介质的性质。