2023 Fiscal Year Research-status Report
Application of optical vortex spectroscopy to process plasma and development to new material creation
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18KK0079
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
荒巻 光利 日本大学, 生産工学部, 教授 (50335072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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, 准教授 (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)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2025-03-31
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| Keywords | 光渦 / プラズマ分光 / 方位角ドップラーシフト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の当初の目的は，光渦分光法をプロセスプラズマに適用することでプラズマの制御性を格段に向上させることとしていた．このため，日本側で開発した光渦分光システムをドイツ・ルール大学に移設し，容量結合プラズマ（CCP）と基板の境界であるシース内におけるイオン流速の測定を計画していた．しかし，本研究の2年目以降のコロナ禍によりドイツで実験を行える期間が十分に確保できないと判断し，光渦分光測定法の高度化，簡便化を中心に国内で研究を行い，ドイツの研究グループとは実験結果の評価に関して議論してきた．2023年度は主にこれまでの研究成果の取りまとめと，今後の共同研究の計画を行った．光渦吸収分光法によるビームを横切る流れ測定に関する原理実証実験について論文として発表した．（H. Minagawa, S. Yoshimura, K. Terasaka, M. Aramaki, Enhancement of Doppler spectroscopy to transverse direction by using optical vortex, Scientific Reports, 13, 15400 (2023).）一方，光渦LIF測定に関しては，光源を非対称光渦へと変更することで飛躍的な感度向上が見込まれることを理論的に示し論文として発表した．(K. Terasaka, S. Yoshimura, H. Minagawa, M. Aramaki, Three-dimensional flow velocity determination using laser-induced fluorescence method with asymmetric optical vortex beams, Scientific Reports,14,2005(2024).)
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度より，ドイツ・ルール大学での光渦分光測定実験の開始を計画していたが，新型コロナウイルスの感染拡大の影響により現地での実験は断念し，光渦分光法の高度化について議論を進めてきた．本研究によって，光渦吸収分光法で50m/sから150m/sの横方向流速を7%程度の誤差範囲で観測できることを実験的に示した．光渦LIFに関しては，通常の光渦を用いると横方向流れの効果はドップラースペクトルの広がりとしてしか観測できないため評価が難しいという問題があったが，非対称光渦を用いることでスペクトル中心のシフトとして観測できることを理論的に示した。今年度はこれらの研究成果を2本の論文として取りまとめてScientifc Reprtsで発表した．さらに，将来の装置移設を伴う共同研究に備えて，実験系の簡素化を進めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在進めている光渦測定系の簡素化や非対称光渦LIFの原理実証実験を進める．4分割ダイオードを用いた光渦測定系の簡素化については開発がほぼ完了しており，その成果を論文として取りまとめる．また，ロックイン検出と組み合わせたリアルタイム性の高い光渦分光システムの開発を計画している．さらに，本研究課題の成果を発展させた新規国際共同研究の立案などを行う予定である．
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| Causes of Carryover |
2024年度を本研究の最終年度とし，本研究課題の成果を論文として取りまとめるとともに，これらの成果を発展させた新たな国際共同研究の議論を進める．これらの成果発表および打合せを行うために予算を繰り越した．
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