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2022 年度 実施状況報告書

極短パルスレーザによる第二次高調波発生を用いた理想的な気体中電界計測手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21K18709
研究機関東京大学

研究代表者

熊田 亜紀子  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)

研究分担者 佐藤 正寛  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
藤井 隆  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任教授 (60371283)
研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2024-03-31
キーワード電界計測 / 二次高調波 / ラプラス場 / 逆計算 / 位相整合
研究実績の概要

高電界現象に関わる物理現象を把握していくうえで、電界分布を、高い時間・空間分解能で非接触かつ非侵襲に感度良く正確に計測できる技術が求められてい
る。本研究では気体の分極の三次非線形感受率χ(3)による電界誘起第二次高調波発生(E-FISHG)を利用し、ラプラス場ならびにポアッソン場における電界のベクトル成分を非接触・非侵襲三次元高空間分解測定を実現する。

E-FISHGはレーザ光をレンズで集光し第二高調波の発生に十分な強度にすることにより、焦点近傍の電界を測定しようとするものであるが、焦点近傍以外の部分で発生した第二高調波の影響が強く、その影響を考慮した逆計算手法の確立が必要である。昨年度において、レンズを平行移動しレーザ伝搬方向に焦点をずらしたデータ列を取得し、予め実測もしくは計算により把握しておいたレーザビーム形状情報をもとに、逆計算を行うことで、ビーム伝搬方向にも空間分解して電界計測を行える技術の骨子の開発を終え、球-球電極や棒-棒電極の電界分布など比較的単純な系の電界分布の復元に成功している。

本年度においては、電界の二方向成分の復元、複数のピーク値を持つ分布やPlateau分布など複雑な形状の復元への適用可能性を検証した。さらに、復元誤差を10%以下に抑えるための光学系の形状パラメータを明らかにした。また、短パルスレーザとプラズマの相互作用の検証については、フェムト秒レーザとコロナ放電による定常電流場との関係の検証を行った。その結果、定常電流場における計測にはその影響は無視できることがわかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

より複雑な形状の電界分布への適用可能性を系統的に定量性をもって示すことに成功した。また、”許容できる程度の誤差レベル”をもって復元可能(逆計算可能)な、実験系(光学パラメータ)を提示することもできた。
結果については、現在ジャーナル論文投稿準備を進めている。

今後の研究の推進方策

短パルスレーザとプラズマの相互作用の検証をより系統だって行っていく。

次年度使用額が生じた理由

当初予定した短パルスレーザとプラズマの相互作用の検証を開始した。直流コロナとの相互作用の検証を行ったが、直流コロナは短時間のあいだに発生進展消滅を繰り返すパルスストリーマの集合体であった。レーザとプラズマの相互作用を検証するには、レーザのパルス幅、プラズマの種類を変えての検証が必要であると考えられ、放電観測に必要な部品の発注を次年度にしたため。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Systematic 1D electric field induced second harmonic measurement on primary-to-secondary transition phase of positive streamer discharge in atmospheric-pressure air2022

    • 著者名/発表者名
      Inada Yuki、Shioda Tatsutoshi、Nakamura Ryosuke、Maeyama Mitsuaki、Kumada Akiko、Nakamura Shin、Ono Ryo
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 55 ページ: 385201~385201

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ac7b54

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric-field-vector-profile Measurement in Gas using Electric-field-induced Second-harmonic Generation2022

    • 著者名/発表者名
      Sogame Masataka、Nakamura Shin、Sato Masahiro、Fujii Takashi、Kumada Akiko、Oishi Yuji
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials

      巻: 142 ページ: 362~363

    • DOI

      10.1541/ieejfms.142.362

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimization of beam shaping and error quantification of calibration approach using E-FISHG based electric field measurements2022

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Shin、Sato Masahiro、Fujii Takashi、Kumada Akiko
    • 雑誌名

      Plasma Sources Science and Technology

      巻: 31 ページ: 115020~115020

    • DOI

      10.1088/1361-6595/aca4f1

    • 査読あり
  • [学会発表] 電界誘起第二高調波発生による大気圧中直流コロナ放電電界測定2023

    • 著者名/発表者名
      中村 信, 十亀正考, 佐藤正寛, 藤井 隆, 熊田亜紀子
    • 学会等名
      誘電・絶縁材料/放電・プラズマ・パルスパワー/高電圧合同研究会
  • [学会発表] E-FISHG法による電界3次元分布測定に向けたレーザパラメータの最適化2023

    • 著者名/発表者名
      十亀正考, 中村 信, 藤井 隆, 佐藤正寛, 熊田亜紀子
    • 学会等名
      誘電・絶縁材料/放電・プラズマ・パルスパワー/高電圧合同研究会
  • [学会発表] Electric-field-vector-profile measurement in gases based on electric-field-induced second-harmonic generation2022

    • 著者名/発表者名
      S. Nakamura, M. Sogame, M. Sato, T. Fujii, A. Kumada, Y.Oishi
    • 学会等名
      2022 Gaseous Electronics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Portable laser-induced breakdown spectroscopy system for on-site diagnostics of composite insulators2022

    • 著者名/発表者名
      T. Fujii, T. Homma, A. Kumada, H. Homma, Y. Oishi
    • 学会等名
      LIBS2022 (12th International Conference on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy
    • 国際学会
  • [学会発表] 大気中における電界誘起第二高調波発生のレーザパル ス幅依存性2022

    • 著者名/発表者名
      中村 信, 十亀正考, 佐藤正寛, 藤井 隆, 熊田亜紀子
    • 学会等名
      令和4年電気学会基礎・材料・共通部門大会

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公開日: 2023-12-25  

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