2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of optical vortex spectroscopy and its application to measurement of traverse gas flow
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17H03000
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北野 勝久 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (20379118)
吉村 信次 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (50311204)
寺坂 健一郎 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (50597127)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光渦 / 吸収分光法 / レーザー誘起蛍光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，従来のドップラー分光法の自由度を格段に向上させるため，光渦を光源に用いた光渦飽和吸収分光法および光渦LIF 法を開発し，これまでは不可能とされていた光の伝搬方向を横切る流れの計測に応用することを目的として研究を行った．光渦飽和吸収分光法の開発過程で，流れのあるプラズマに吸収された光渦が伝搬によって構造を変化させることや，吸収を飽和させるポンプ光の微弱な散乱光がスペクトルの測定精度を大きく低下させることが明らかとなった．このため，よりシンプルな吸収分光法の開発に計画を変更し，基礎技術の開発を集中的に行った．プラズマ中で部分的に吸収された光渦の伝搬シミュレーションを行い，欠陥構造の回転の影響について定量的な評価を行った．また，測定に用いる光渦の空間モードに高次モードが含まれないことが重要であることが経験的に明らかとなり，光渦生成に用いるホログラムの最適化や空間フィルタによる高次モード除去等を行い，理論的な予想に近いドップラーシフトが観測されるようになってきた．しかし，光渦中心の位相特異点近傍での測定は依然として困難であり，高次の光渦の利用等の試みを引き続き進めている．光渦LIF計測に関しては，核融合科学研究所のHYPER-I装置を用いた原理実証実験を行っている．装置内にバイアス電極を設置して電極近傍のシース領域に高速イオン流を生成し，流速ベクトルに垂直にビームを入射することで，光渦の効果を検証した．トポロジカルチャージ10の高次光渦モードを用いた計測では，ガウスビームを用いた場合とは質的に異なるLIFスペクトルが観測され，光渦の効果によるスペクトルの変形を示唆する結果を得た．その他，光渦の効果を含んだLIFスペクトルからイオン流速を定量評価するための解析方法についても検討を行い，実験・解析両面から光渦LIF法の原理実証に向けた研究を進めた．
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(9 results)
