半導体レーザーを用いた二段励起レーザー誘起蛍光法による 高感度電界計測法の開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K03890
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分14010:プラズマ科学関連
• 研究機関: 日本医療大学
• 研究代表者: 西山 修輔 日本医療大学, 保健医療学部, 教授 (30333628)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 電界計測 / 水素プラズマ / レーザー誘起蛍光法 / キャビティリングダウン吸収分光法 / ラムディップ

研究成果の概要

本研究はシースおよびプレシースにおける電界構造の実験的計測が可能となる半導体レーザーを光源としたプラズマ中の高感度電界計測法の開発を行うことが目的である。
水素原子を対象とする二段励起レーザー誘起蛍光法では、中間準位であるn=3状態で微細構造準位間におけるポピュレーションの移動、原子速度分布の熱化が生じ十分な波長分解能のスペクトルは得られないことが分かった。キャビティリングダウン吸収分光法(CRDS)に飽和度の評価を導入したSCAR法では、低密度の水素プラズマに対してもラムディップによる高い波長分解能のスペクトルが得られ、シース電界中でラムディップが移動、分裂していることが確認できた。

自由記述の分野

プラズマ計測

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で導入したSCAR法では高い電界計測感度と吸収感度を実現することが可能で、より低密度の水素プラズマや水素を一部含む混合プラズマ、トレーサーとして微量の水素を含むプロセスプラズマにおけるシース・プレシース領域の電界構造の解明によってプラズマプロセスの高度化やシミュレーションにおけるプラズマモデルの精密化への寄与が期待できる。