Development of three-dimensional measurement method of velocity distribution function by using ghost imaging absorption spectroscopy

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光の吸収から物質の濃度を得る吸収分光法はプラズマに限らず，さまざまな分野において簡便な測定法として用いられている．一方で，吸収分光法は光の伝播路で積分された情報しか得られないという大きな欠点がある．本研究では光の伝搬方向に空間分解能を有するゴーストイメージング吸収分光法を提案している．今年度は，開発したゴーストイメージング吸収分光システムを高密度ヘリコン波プラズマ実験装置に適用した．プラズマは13.56MHz，500Wの高周波電力をヘリカルアンテナに印加することで生成されている．ガス種はヘリウムで，磁場配位は約600Gで一様とした．準安定ヘリウム原子の1083nmの遷移による吸収を測定する．このため，構造化照明を生成するための光源は1083nmのDFBレーザーに変更した．ここでは，DFBレーザーの波長を吸収係数が大きい276.73THz（1083.32nm）に固定して，ゴーストイメージング吸収分光測定を行った．コイル間隔が狭いためDMDに入射する照明光学系は折り曲げた配位で構成されている．ヘリコン波プラズマ装置の下流に設置された終端板近傍で準安定ヘリウム原子の空間分布を可視化するため，17mm×27 mmの構造化照明を結像させた．プラズマの有無で透過光強度分布を測定して吸収率の空間分布を得る．その結果，終端板直前では吸収率が低く，プラズマ上流に向かって増加する吸収率分布が観測された．このことは，装置上流でプラズマ密度が高く，終端板表面で消滅するプラズマの分布と整合性のある結果であり，ゴーストイメージング吸収分光法によって準安定ヘリウム原子の分布が可視化できることを示した．