We propose a novel method for generating high-harmonic ion Bernstein waves in the lower hybrid (LH) range of frequencies—here referred to as LH waves—in the confined region of magnetized plasmas. The method relies on stimulating a cascaded parametric down-conversion of electron Bernstein waves (EBWs). In addition to a primary microwave source (such as a gyrotron), cascaded parametric amplification (CPA) of LH waves requires either a low-power EBW or a low-power LH wave for seeding. The CPA mechanism is demonstrated with a 1D Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) model, which is benchmarked against a fully kinetic particle-in-cell simulation, showing quantitative agreement. Our calculations predict attainable conversion efficiencies to LH waves around 10% in steady state, exceeding the Manley–Rowe limit more than tenfold. The CPA mechanism could provide a path for LH wave generation in magnetic confinement fusion reactors that rely on microwaves in the electron cyclotron range of frequencies for plasma heating.
我々は、磁化プラズマの閉じ込め領域において、高調波イオンバーンスタイン波を生成する新しい方法を提案する。ここでは、この波を低域混成（LH）波と呼ぶ。この方法は、電子バーンスタイン波（EBW）のカスケードパラメトリック下方変換を刺激することに依存している。一次マイクロ波源（ジャイロトロンなど）に加えて、LH波のカスケードパラメトリック増幅（CPA）には、低電力のEBWまたは低電力のLH波をシードとして必要とする。CPAメカニズムは、1次元のWentzel-Kramers-Brillouin（WKB）モデルを用いて実証され、完全運動論的粒子インセルシミュレーションとの比較により検証され、定量的な一致を示している。我々の計算により、定常状態におけるLH波への変換効率は約10%に達すると予測され、これはマンリー・ロウの限界を10倍以上超えるものである。CPAメカニズムは、プラズマ加熱のために電子サイクロトロン周波数帯のマイクロ波に依存する磁気核融合炉において、LH波生成のための経路を提供する可能性がある。