研究課題
本研究は、半導体レーザーによる飽和吸収分光法をプラズマ計測に応用し、シュタルク分光計測に基づくプラズマ中の高感度電界計測技術の開発が目的である。最終年度では、1次のシュタルク効果によって電界による吸収波長の変化が比較的大きい水素原子バルマーα線(Hα線)の電界の影響下における微細構造の変化の検出を目指して実験を行った。理論計算の結果では、100V/cmの電界で1GHz程度のスペクトルピークの移動や分裂が生じ、さらに、電界と偏光方向の関係によってシュタルク効果が異なる。そこで、レーザーの偏光方向が印加電界に対して垂直あるいは並行となるようにして水素プラズマ中に設置した電極板表面の近傍を通過するように光路を設定し、第2年度で実施した波長変調法と飽和吸収分光法の併用する方法で微細構造スペクトルを測定した。その結果、電極板に-40Vを印加した状態では100V/cm程度のシュタルク効果に相当する微細構造スペクトルの変化が見られ、偏光方向への依存性も確認できた。しかしながら、シース中では励起水素原子密度が低下するため得られたスペクトルのS/N比が不十分であり、また、シースの厚さに対してレーザー光の直径が同程度で空間分解能が不足することから、シースの電界構造を評価するには至らなかった。この点についてはレーザーのコリメーションなど技術的に解決可能と考えられる。総括として、本研究においては、飽和吸収分光法を用いた高分解能のシュタルク分光法でシース中の電界が評価可能な高感度の電界計測を、取扱いが容易な半導体レーザーを用いて実現可能であることを示すことができた。
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AIP Conference Proceedings
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