• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Development of sensitive electric field measurement method by two-stage laser induced fluorescence technique with tunable diode lasers

Research Project

Project/Area Number 20K03890
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 14010:Fundamental plasma-related
Research InstitutionJapan Healthcare University

Principal Investigator

Nishiyama Shusuke  日本医療大学, 保健医療学部, 教授 (30333628)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords電界計測 / 水素プラズマ / レーザー誘起蛍光法 / キャビティリングダウン吸収分光法 / ラムディップ / シュタルク分光 / 半導体レーザー / シース / ドップラーフリー分光
Outline of Research at the Start

本研究は、プラズマの固体あるいは液体との界面付近に形成されるシースおよびプレシースにおける電界構造の実験的計測が可能となる、半導体レーザーを光源としたプラズマ中の高感度電界計測法の開発を行うことが目的である。レーザー誘起蛍光法において、励起を2段階で行い線幅の狭い半導体レーザーを用いることでドップラーフリーの波長分解能が実現できる。これを水素プラズマ中の水素原子し、シースおよびプレシース領域に生じる電界をシュタルク効果によるスペクトルの変化から計測する。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to develop a highly sensitive electric field measurement method in plasmas using a tunable diode laser as a light source, which enables experimental measurement of electric field structures in sheaths and pre-sheaths. In the two-stage laser-induced fluorescence method for hydrogen atoms, it is found that spectra with sufficient wavelength resolution cannot be obtained due to the migration of populations between fine structure levels and thermalization of atomic velocity distribution in the n=3 state, which is the intermediate level. The SCAR method, which introduces saturation evaluation into cavity ring-down absorption spectroscopy (CRDS), provides high wavelength-resolution spectra due to ram-dip even for low-density hydrogen plasmas, and it is confirmed that ram-dip is shifted and split by the Stark effect due to the sheath electric field.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で導入したSCAR法では高い電界計測感度と吸収感度を実現することが可能で、より低密度の水素プラズマや水素を一部含む混合プラズマ、トレーサーとして微量の水素を含むプロセスプラズマにおけるシース・プレシース領域の電界構造の解明によってプラズマプロセスの高度化やシミュレーションにおけるプラズマモデルの精密化への寄与が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Estimation of sheath electric field in inductively coupled hydrogen plasma on the basis of Doppler-broadened absorption spectrum of hydrogen Balmer-α line2021

    • Author(s)
      Shusuke Nishiyama, Kosuke Takada, Koichi Sasaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: 7 Pages: 076001-076001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac075c

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison among translational temperatures of He(1P1 o), He(3S1), and Ar(4s[3/2]2 o) in inductively coupled plasmas2021

    • Author(s)
      Takada Kosuke, Nishiyama Shusuke, Sasaki Koichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: 6 Pages: 066003-066003

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac04f1

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rate coefficient of CO2 splitting in recombining H2 and He plasmas with ultralow electron temperatures2020

    • Author(s)
      Yamazaki Masahiro、Nishiyama Shusuke、Sasaki Koichi
    • Journal Title

      Plasma Sources Science and Technology

      Volume: 29 Issue: 11 Pages: 115016-115016

    • DOI

      10.1088/1361-6595/aba722

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Lamb dip spectrum in cavity ringdown spectroscopy at Balmer-α line of atomic hydrogen: toward sheath electric field measurement in plasmas2022

    • Author(s)
      K. Fushimi, S. Nishiyama, S. Tomioka, K. Sasaki
    • Organizer
      75th Annual Gaseous Electronics Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水素原子バルマーアルファ線のキャビティリングダウン吸収分光法における飽和パラメータ(Ⅱ)2022

    • Author(s)
      伏見 公花,西山 修輔, 佐々木 浩一
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 水素原子バルマーアルファ線のキャビティリングダウン吸収分光法における飽和パラメータ:プラズマ中の電場計測に向けて2021

    • Author(s)
      伏見 公花 , 西山 修輔 , 佐々木 浩一
    • Organizer
      第39回プラズマプロセシング研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] プラズマ電界計測のための水素原子バルマーアルファ線におけるラムディップレーザー誘起蛍光法2020

    • Author(s)
      菱田 悠斗, 西山 修輔, 佐々木 浩一
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] アルゴン/ヘリウム混合プラズマにおける準安定状態アルゴンおよびヘリウム温度の比較2020

    • Author(s)
      高田 晃佑, 西山 修輔, 佐々木 浩一
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 水素原子二段励起レーザー誘起蛍光法における励起スペクトルの検討2020

    • Author(s)
      西山 修輔,菱田 悠斗,佐々木 浩一
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi