Application of optical vortex Doppler spectroscopy to the plasma-sheath boundary region

• Project/Area Number: 24KK0063
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (International Collaborative Research)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 吉村 信次 核融合科学研究所, 研究部, 准教授 (50311204)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 皆川 裕貴 日本大学, 生産工学部, 助手 (31000135) ; 荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072) ; 寺坂 健一郎 崇城大学, 情報学部, 准教授 (50597127)
• Project Period (FY): 2024-09-09 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000); Fiscal Year 2028: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2027: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2026: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2025: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 光渦 / レーザー誘起蛍光法 / 流れ計測 / プラズマ / シース

Outline of Research at the Start

本国際共同研究では，プラズマと固体材料との境界領域におけるイオンの流れを「光渦」と呼ばれるレーザー光を用いて計測する．従来のレーザー計測では，光の進行方向に沿った流れ成分しか計測できなかったが，光渦を用いることで進行方向に垂直な流れ成分も測定可能となる．アイオワ大学とウエストヴァージニア大学の装置で実験を行うことで，光渦を用いた計測の有効性を示す．プラズマと材料表面境界のイオンの流れは様々なプラズマ応用技術でも鍵となるパラメータであり，エッチング・薄膜形成といったプラズマ応用プロセスのその場計測への発展性も有している．