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Development of plasma flow measurement technique using topological light waves

拓扑光波等离子流测量技术的发展

基本信息

批准号：
21H01058
负责人：
吉村信次
金额：
$ 11.23万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、従来の平面波光を用いたレーザードップラー分光では原理的に不可能なレーザーの進行方向に垂直なイオン・中性粒子の流れ速度計測を、トポロジカル光波と呼ばれる特殊な光の一種である光渦（ラゲールガウスビーム）を用いたレーザー誘起蛍光（LIF）法によって実現することである。光渦がもつ螺旋状の等位相面のため、方位角方向の速度成分にもドップラー効果が働くことが理論的に示されており、実験による検証が進められている。本年度は、ビームを横切る流れの効果がLIFスペクトルの周波数シフトとして観測されることが予想される方位角方向に強度の非対称性をもつ光渦（非対称光渦）ビームを用いたLIF法の検討を理論・実験の両面から行った。非対称ラゲールガウスビームを用いた場合、LIFスペクトルの周波数シフトは非対称パラメータ、ビームウエストでの強度分布およびビームサイズ、ビームを横切る流れの速さに依存する。また、Gouy位相の効果によって、伝播とともに強度分布が回転する。これらの効果を数値計算により評価し、非対称光渦LIF法がビームを横切る流れの計測に対して非常に有効な方法であることを示した。この結果について、現在、成果論文を投稿中である。実験では空間光変調器へのレーザー光の入射位置を制御することで、非対称光渦ビームを生成することに成功した。また、伝播に伴う強度分布の回転が理論計算と一致することをビームプロファイラを用いた直接計測で示した。核融合科学研究所のHYPER-I装置で生成したプラズマ中にトポロジカルチャージ50の非対称光渦ビームを入射する初期実験を行った結果、トポロジカルチャージの符号の違いによってLIFスペクトルの周波数シフトが変化する結果が初めて得られた。この成果について、学会・国際会議で口頭発表を行った。

The purpose of this study is to use the principle of spectroscopic analysis of plane wave light. It is impossible to carry out vertical flow velocity measurement of neutral particles in the direction. , トポロジカル光波とHUばれるSpecial な光の一kind of であるLight Vortex (ラゲールガウスビーム) を Use the いたレーザー to induce the light (LIF) method によって実appears することである. Light vortex, helical equipotential phase surface, azimuth direction velocity component, azimuth direction velocity component, light vortex The effect of the theory is that the theory is clear and the proof is true. This year's は, ビームを cross-cut flow れの effect がLIF スペクトルのcyclic wave number シフトとして観measurement されることが yu want される direction The asymmetry of the intensity in the angular direction and the light vortex (non-symmetrical light vortex) are used in the theory of the LIF method. When the non-対ゲールガウスビームを is used, the LIFスペクトルのCycle number is the non-対パラメータ、ビームウエストでの intensity distribution およびビームサイズ、ビームを crosscut る流れのspeed さにdepends on する.また、Gouy phase のeffect によって、伝波とともにIntensity distribution が転する.これらの Effect をValue calculation により価し、Asymmetric light vortex LIF method がビームIt is a very effective way to measure and measure the crosscut flow.このRESULTSについて、Now, the results paper is being submitted. The spatial light modulator is used to control the incident position of light, and the non-symmetrical light vortex is generated successfully. Theoretical calculation of intensity distribution of また, 伝 Broadcasting and にう is consistent with することをビームプロファイラを using いた to measure directly and show した. The HYPER-I device of the Institute of Nuclear Fusion Science generates a non-symmetrical light vortex of 50 したプラズマ中にトポロジカルチャージジの験を行ったRESULTS、トポロジカルチャージのsymbolのviolationいによってL IF スペクトルのcyclic number シフトが変化するRESULT がInitial めて got られた. The result is the result, the oral presentation of the academic society and the international conference is the performance.