2014 Fiscal Year Annual Research Report
光渦による光励起素過程と新奇プラズマ分光・制御法の研究
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25287152
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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, 准教授 (50335072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸田 泰則 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00313106)
吉村 信次 核融合科学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 助教 (50311204)
寺坂 健一郎 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (50597127)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光渦 / プラズマ分光 / ドップラー分光 / ラゲール・ガウシアン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成25年度に，外部共振器型半導体レーザーと空間光位相変調器を用いて，波長可変光渦レーザー光源を開発した．平成26年度は，この光源を用いた光渦ドップラー分光法の研究を開始した．光渦を光源として用いたドップラー吸収分光では，視線方向だけでなく，周方向および径方向のドップラー効果が含まれたドップラースペクトルが得られる．従って，この光渦ドップラースペクトルに含まれる自由度ごとのドップラー効果を分離する方法を確立すれば，１本のレーザーを用いて3自由度を一度に計測することが可能となり，レーザー1本につき1自由度しか測定できなかった従来のドップラー分光法の制限を取り払うことが出来る．
我々は，飽和吸収分光法を応用することで伝搬方向のドップラー効果を取り除き，Lamb dip幅の空間依存性から方位角方向のドップラー効果を評価する方法を提案している．プローブレーザーに光渦を用い，ポンプレーザーにはガウシアンビームを用いる．通常の飽和吸収分光で得られるLamb dip幅は，スペクトルに含まれる一様広がりの成分で決まるが，光渦をプローブ光に用いた場合は径方向および方位角方向のドップラー広がりもLamb dipに含まれる．方位角方向のドップラー効果は光渦中心の位相特異点からの距離に反比例するため，特異点近傍のLamb dip幅の空間変化から方位角方向のドップラー効果が得られる．飽和吸収スペクトルの空間変化を調べるため，レーザー波長の掃引に同期させて，プラズマを透過した光渦の画像をビームプロファイラで記録している．ビーム画像の各ピクセルの強度変化から，飽和吸収スペクトルが得られる．ビーム暗点周辺で観測されたスペクトルのLamb dipを比較したところ，空間に依存してスペクトル幅が変化していることが確認できた．このことは，Lamb dipに方位角方向のドップラー効果が含まれていることを示唆している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画通り，光渦ドップラー分光法の開発を進めている．測定精度向上に必要な問題の洗い出しを進めるとともに，その解決法にも目処がついており，この分光法の実用化に向けた研究は順調に進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までの研究により，光渦の位相特異点と強度暗点の不一致が問題であることが明らかとなっている．今後は，光渦と平面波の干渉で得られる画像を2次元フーリエ変換することで，高精度に位相特異点を検出し，飽和吸収分光スペクトル計測の高精度化を目指す．
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| Causes of Carryover |
研究代表者の異動にともなう実験装置の移動および立ちあげに時間を要したため，当初予定しいたレーザー冷却関連の実験を平成27年度に繰り越した．これにより，光源設置用の光学台等の購入時期も平成27年度とした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
光渦レーザー冷却光源設置用として，光学台を平成27年度に購入する．
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