研究内容

近年のレーザー技術の進歩で，超高強度，超短パルスレーザーが，実験室のテーブルに乗る程度の大きさに なりました．このようなレーザー光を集光すると，そこでの電場は水素原子核の内部の電場より 大きくなります．これを固体や気体に照射すると，それらは瞬時にプラズマ化することができます (プラズマとは，原子や分子から電子が飛び出して，プラスの電気を持ったイオンとマイナスの電気 を持った電子がバラバラになって存在している状態です．)．

この生成されたプラズマを用いることによって，今まで遭遇しなかったような様々な物理現象が起こり、 それらを工学的に応用することが期待されています．研究に用いているレーザー光は，最高出力 1.0 TW (テラワット=1x10¹²W)，パルス幅 100 fs (フェムト秒=1x10^-15 秒)， 波長 800 nm です．この出力は，日本国内の瞬時電力を上回っています．また，100 fs という時間は， 一秒間に地球を 7 周半進む光をもってしても，30 ミクロンしか進むことの出来ない時間です．つまり，30 ミクロンの薄い円盤が光の速度で飛んでいるとイメージすればいいでしょう．

プラズマ・フィラメントの形成実験

太陽光線をレンズで集め、その焦点に紙を置くと燃えることは誰でも知っています． 光はレンズで集光されることは常識でしょう．そして、集光した光はその後、広がっていくこと も小学校で習いました．超短パルスレーザーをある条件で集光すると、レーザーの光が細いまま 遠くまで伝搬することが可能です．これをプラズマフィラメントといいます．下のアニメーション （実験結果）は、レーザーが右から左に向かって直径が 500 ミクロンぐらいのまま広がらずに 伝搬している様子を示しています．

２次元シミュレーションコードによるプラズマ物理現象の理解

上で述べたような現象がどうして発生するのか、非常に興味あることだと思いませんか？ 現象の説明を実験結果だけで説明することもできますが、なかなか実験での計測結果から 説明することは困難なことです．これらの現象を理解するために強力なツールとなるのが、 シミュレーションコードです．我々の研究室では、2次元粒子コード (2D particle-in-cell: 2D-PIC) と呼ばれるシミュレーションコードによって、レーザーが気体中に入り、集光するにしたがって、 気体を電離し、プラズマを作り、レーザー光周辺の電子がどのように動いて、それに伴って電場や 磁場がどのように発生し、・・・という様子を計算し、物理現象の再現を行い、何がこの放射の 発生源なのかを探っています．

なお、使用しているシミュレーションコードは、共同研究を行っている大阪大学の 千徳靖彦教授 の提供によるものです．

2D-PIC によるレーザーの伝搬シミュレーション

研究・教育方針

電磁気学や力学などの物理を基礎とするプラズマ物理を理解しながら、レーザープラズマ 相互作用によって起きる現象（電磁波の発生など）の理解を目指します．そのためには、 物理の理解だけでなく数学が必要ですので、基礎から勉強をしてもらいます．表面的な 言葉や公式を暗記して理解したと思っている（勘違いしている）今までの自分の勉強が 浅かったことを認識し、卒業までには論理的に考え、話せ、書ける人間になることを 目標とします．