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光渦分光法のプロセスプラズマへの応用と新規材料創生への展開

研究課題

研究課題/領域番号 18KK0079
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

配分区分基金
審査区分 中区分14:プラズマ学およびその関連分野
研究機関日本大学

研究代表者

荒巻 光利  日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072)

研究分担者 吉村 信次  核融合科学研究所, 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)
矢澤 翔大  日本大学, 生産工学部, 講師 (10737951)
小林 弘和  高知工科大学, システム工学群, 教授 (60622446)
戸田 泰則  北海道大学, 工学研究院, 教授 (00313106)
鹿野 豊  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (80634691)
研究期間 (年度) 2018-10-09 – 2025-03-31
研究課題ステータス 完了 (2024年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード光渦 / プラズマ分光 / 方位角ドップラーシフト / 吸収分光法 / レーザー誘起蛍光法 / プラズマプロセス / ドップラー分光 / 磁性体薄膜
研究成果の概要

原子・分子と光の相互作用におけるドップラー効果を利用することで原子・分子の速度を測定することができる.しかし,一般的なレーザー分光では波面は平面に近似されるため,光の進行方向の速度成分しか測定できない.従って,例えばプラズマと材料の境界領域等の光アクセスが制限された条件では粒子輸送計測が困難になる.一方で光渦は,そのらせん構造に起因して光の進行方向だけでなく,多次元の速度成分に感度を持つ.本研究では方位角方向のドップラー効果を利用して,従来は不可能であったビームを横切る方向の速度に感度があるドップラー分光法を確立した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

プラズマの利用において材料との界面での粒子の輸送は非常に重要な情報となる.例えば半導体プロセスにおいては基板に入射するラジカルやイオンの速度,核融合炉においては炉壁への粒子輸送による熱負荷を測定するためには,境界に垂直な速度成分を測定する必要がある.本研究の成果は,従来の分光法では測定困難であったこのような速度成分を測定可能にしたことである.

報告書

(8件)
  • 2024 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (9件) 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 13件、 招待講演 5件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] ルール大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [国際共同研究] ルール大学(ドイツ)

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  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

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  • [国際共同研究] ルール大学(ドイツ)

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      2019 実施状況報告書
  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

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  • [国際共同研究] ルール大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Data-volume reduction of optical vortex laser absorption spectroscopy by coarse-graining using a quadrant photodiode2024

    • 著者名/発表者名
      Minagawa Hiroki、Yoshimura Shinji、Terasaka Kenichiro、Aramaki Mitsutoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 号: 5 ページ: 056002-056002

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad46ab

    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Three-dimensional flow velocity determination using laser-induced fluorescence method with asymmetric optical vortex beams2024

    • 著者名/発表者名
      Terasaka Kenichiro、Yoshimura Shinji、Minagawa Hiroki、Aramaki Mitsutoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 号: 1 ページ: 2005-2005

    • DOI

      10.1038/s41598-024-52179-0

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhancement of Doppler spectroscopy to transverse direction by using optical vortex2023

    • 著者名/発表者名
      Minagawa Hiroki、Yoshimura Shinji、Terasaka Kenichiro、Aramaki Mitsutoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 15400-15400

    • DOI

      10.1038/s41598-023-42517-z

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of Azimuthal Doppler Shift of Anisotropically Absorbed Laguerre-Gaussian Beam Propagating in Transverse Flow2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki MINAGAWA, Shinji YOSHIMURA, Kenichiro TERASAKA,Mitsutoshi ARAMAKI
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 17

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Application of optical vortex to laser-induced fluorescence velocimetry of ions in a plasma2022

    • 著者名/発表者名
      Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Mitsutoshi Aramaki
    • 雑誌名

      J. Adv. Simulat. Sci. Eng.

      巻: 9 ページ: 150-159

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Modification of laser-induced fluorescence spectrum by additional azimuthal Doppler effect in optical vortex beams2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshimura Shinji、Terasaka Kenichiro、Aramaki Mitsutoshi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 号: SH ページ: SHHB04-SHHB04

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab72cb

    • NAID

      120007176988

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of axial neutral-gas flow reversal in an ECR plasma2019

    • 著者名/発表者名
      Emika ABE, Kenichiro TERASAKA, Shinji YOSHIMURA, Mitsutoshi ARAMAKI and Masayoshi Y. TANAKA
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 14 ページ: 1201066-1201066

    • NAID

      130007652216

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Propagation of plasma bullet in impurity-controlled working gas: from standard to ultrapure atmospheric pressure plasma2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi HADA, Toshiki IKEDA, Mika YOSHIDA, Katsuhisa KITANO, Kei SHINADA, Mitsutoshi ARAMAKI
    • 雑誌名

      Plasma and Fusion Research

      巻: 14 ページ: 3406068-3406068

    • NAID

      130007655768

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] メタ分布の理解に基づくプラズマプロセスのための新しいプラズマ分光法の開発2024

    • 著者名/発表者名
      荒巻光利
    • 学会等名
      第34回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光の空間構造を利用した新たなプラズマ分光法の開発2024

    • 著者名/発表者名
      荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部支部大会
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Real-Time Transverse Flow Velocity Measurement using Optical Vortex2024

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Minagawa, Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      66th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Progress and prospect of ion flow velocity measurement using optical vortex laser-induced fluorescence method2024

    • 著者名/発表者名
      Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Hiroki Minagawa, Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      66th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光渦を用いた横方向流速のリアルタイム測定2024

    • 著者名/発表者名
      皆川裕貴, 吉村信次, 寺坂健一郎, 荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第41回 年会
    • 関連する報告書
      2024 実績報告書
  • [学会発表] 光渦の方位角ドップラーシフトを用いた横方向流れ計測2024

    • 著者名/発表者名
      荒巻光利
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演第44回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Utilizing Spatial Structure of Light to Enhance Doppler Spectroscopy2023

    • 著者名/発表者名
      Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      iFPC&OS2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of temporal resolution in optical vortex laser absorption spectroscopy using quadrant photodiodes2023

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Minagawa, Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      20th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Topological charge and phase gradient measurement for optical vortex beams by modifying peripheral region of forked grating on spatial light modulator2023

    • 著者名/発表者名
      Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Hiroki Minagawa, Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      20th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Application of Azimuthal Doppler Shifts for Transverse Flow Velocity Measurements2023

    • 著者名/発表者名
      Mitsutoshi Aramaki, Hiroki Minagawa,Kenichiro Terasaka,Shinji Yoshimura
    • 学会等名
      65th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser-Induced Fluorescence Method Using Asymmetric Optical Vortex Beams2023

    • 著者名/発表者名
      Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Hiroki Minagawa, Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      ISPlasma2023/IC-PLANTS2023
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非対称な強度分布をもつラゲールガウスビームを用いた光渦LIFスペクトル計測2022

    • 著者名/発表者名
      吉村信次,寺坂健一郎,皆川裕貴,荒巻光利
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 非対称光渦を用いたレーザー誘起蛍光法2022

    • 著者名/発表者名
      吉村信次,寺坂健一郎,皆川裕貴,荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第39回 年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦レーザー吸収分光法における方位角ドップラーシフト分布からの横方向流速の定量的評価2022

    • 著者名/発表者名
      皆川裕貴,吉村信次,寺坂健一郎,荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第39回 年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦を用いた境界領域のイオン流計測2022

    • 著者名/発表者名
      吉村信次,寺坂健一郎,荒巻光利
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回 年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦LIFの原理実証に向けたビームモード・形状の検討2022

    • 著者名/発表者名
      寺坂健一郎,吉村信次,荒巻光利,徳田悟
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回 年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦レーザー吸収分光法における方位角ドップラーシフトの絶対値評価2022

    • 著者名/発表者名
      皆川裕貴,吉村信次,寺坂健一郎,荒巻光利
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回 年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Effect of Laguerre-Gaussian beam propagation on TDLAS spectra observed using optical vortex2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Minagawa, Hirokazu Kobayashi, Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      74th Annual Gaseous Electronics Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical vortex laser-induced fluorescence measurement using an l=10 Laguerre-Gaussian beam2021

    • 著者名/発表者名
      Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka, Mitsutoshi Aramaki
    • 学会等名
      74th Annual Gaseous Electronics Conference
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measuring ion flow velocity toward negatively biased electrode using optical vortex beams2020

    • 著者名/発表者名
      S. Yoshimura, K. Terasaka, M. Aramaki
    • 学会等名
      73rd Annual Gaseous Electronics Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] プラズマ中を吸収されながら伝播する光渦のビームプロファイルの変化と吸収スペクトルへの影響2020

    • 著者名/発表者名
      皆川裕貴,小林弘和,吉村信次,寺坂健一郎,森崎友宏,荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第37回 年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 最適化ホログラムによって生成された光渦の伝播解析2020

    • 著者名/発表者名
      黒島秀太,皆川裕貴,荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第37回 年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 非定常現象に対する中性粒子効果検証のための時間分解 LIF 計測2020

    • 著者名/発表者名
      寺坂健一郎, 松尾拓実, 吉村信次 , 荒巻光利 , 田中雅慶
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦吸収分光におけるビーム品質がスペクトル形状に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      皆川裕貴, 小林弘和, 吉村信次, 寺坂健一郎, 森崎友宏, 荒巻光利
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書 2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦吸収の空間分布と速度空間における粒子分布の関係2020

    • 著者名/発表者名
      荒巻光利,山本将来,皆川裕貴,田中樹,吉村信次,寺坂健一郎,森崎友宏
    • 学会等名
      日本物理学会 第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦吸収分光における回折の影響とスペクトル形状の評価2019

    • 著者名/発表者名
      皆川裕貴,小林弘和,吉村信次,寺坂健一郎,森崎友宏,荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第36回年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 高次Laguerre-Gaussianモードを用いたレーザー誘起蛍光法の検討2019

    • 著者名/発表者名
      吉村信次,寺坂健一郎,荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第36回年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of Optical Vortex Doppler Spectroscopy: Azimuthal Doppler Shift and Phase Gradient2018

    • 著者名/発表者名
      M. Aramaki, M. Yamamoto, S. Yoshimura, K. Terasaka, T. Morisaki
    • 学会等名
      2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Application of optical vortex to gas flow measurement in plasma2018

    • 著者名/発表者名
      M. Aramaki, M. Yamamoto, S. Yoshimura, K. Terasaka, T. Morisaki
    • 学会等名
      The 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diffraction effect on spectral line shape of optical vortex Doppler absorption spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Mitsutoshi Aramaki, Masaki Yamamoto, Hirokazu Kobayashi, Shinji Yoshimura, Kenichiro Terasaka,Tomohiro Morisaki
    • 学会等名
      60th Annual Meeting of the APS Division of Plasma Physics Co-Located with the 71st Annual Gaseous Electronics Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光渦吸収分光における局所吸収に対する回折の効果2018

    • 著者名/発表者名
      荒巻光利, 山本将来, 小林弘和, 吉村信次, 寺坂健一郎, 森崎友宏
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 光渦吸収分光における回折の影響2018

    • 著者名/発表者名
      山本将来,小林弘和,吉村信次,寺坂健一郎,森崎友宏,荒巻光利
    • 学会等名
      プラズマ・核融合学会 第35回年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考] 荒巻研究室ホームページ

    • URL

      http://aramaki-lab.ee.cit.nihon-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2024 実績報告書 2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
  • [備考] 光渦のプラズマ分光・制御への応用

    • URL

      http://aramaki-lab.ee.cit.nihon-u.ac.jp/optical_vortex.html

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 荒巻研究室ホームページ

    • URL

      http://aramaki-lab.ee.cit.nihon-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-10-12   更新日: 2026-01-16  

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