2015 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
| Project/Area Number |
25287152
|
|---|
| Research Institution | Nihon University |
|---|
Principal Investigator |
荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 准教授 (50335072)
|
|---|
| 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, 准教授 (50311204)
寺坂 健一郎 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 助教 (50597127)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
|
| 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
通常のドップラー分光計測では，光の伝播方向への運動に起因したドップラー効果が観測される．一方，光渦を光源として用いた場合，等位相面がらせん状の3次元構造を持つため，伝播方向だけでなく方位角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．
平成27年度は，光渦を用いた飽和吸収分光法の研究を開始した．プローブレーザーに光渦を用い，ポンプレーザーには平面波のレーザーを用いた．レーザー波長の掃引に同期させたビームプロファイラで，プラズマを透過した光渦の画像を記録し，吸収率分布の掃引波長依存性を調べたところ，共鳴周波数近傍で吸収率が減少する領域が位相特異点周辺を回転する様子が観測された．また，その回転方向がトポロジカルチャージの符号に依存していることも確認された．
速度空間中の平面波による励起体積は伝搬方向の速度軸に垂直な平面となるのに対して，光渦の励起体積はトポロジカルチャージに依存して傾いた配位となる．従って，光渦をプローブ光，平面波をポンプ光として飽和吸収分光を行った場合，共鳴周波数の近傍で２つの励起体積はその一部が交差し吸収率が減少する．例えばトポロジカルチャージが正の場合，方位角速度が負の領域が最初に交差し，波長掃引に伴って交差部分は正の領域へと移動する．実験により得られた吸収率減少部の移動は，速度空間での励起体積の交差部の移動に対応していると考えられる．今後，画像計測の精度を向上させて吸収率の空間変化と励起周波数の関係を詳細に調べることで，方位角方向の速度分布関数が得られると期待できる．
|
| 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．
|
| Strategy for Future Research Activity |
光路の空気の揺らぎによるビームポジションの変化が大きなノイズ源となっているため，囲い等によりビームの安定化をはかり再現性の向上および方位角ドップラーシフトの定量的な評価を目指す．
|
| Causes of Carryover |
光渦の画像計測系の改良を次年度に繰り越したため．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
光渦の画像計測に用いる拡大光学系を購入する．
|
