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2020 年度 実績報告書

光渦ドップラー分光法の開発と横方向流れ計測への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17H03000
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 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)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード光渦 / 吸収分光法 / レーザー誘起蛍光法
研究実績の概要

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.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ルール大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ルール大学
  • [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)

    • 国名
      デンマーク
    • 外国機関名
      デンマーク工科大学
  • [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 ページ: SHHB04~SHHB04

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab72cb

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [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
    • 国際学会
  • [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
  • [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
  • [学会発表] 時間分解LIF法を用いた部分電離プラズマ中の中性粒子計測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 2020年秋季大会
  • [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
  • [備考] 荒巻研究室

    • URL

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

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公開日: 2021-12-27  

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