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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 measure the velocity of the flow of neutral particles in the direction of the vertical wave, which is based on the principle of the plane wave light. The LIF method is used to detect the light wave in a special light. The light is in the shape of the helical phase plane, the azimuth direction, the velocity component, the velocity component, the velocity component, This year, we use the LIF method to calculate the number of waves, the number of waves, the azimuth direction, the strength of the azimuth direction, the non-symmetry, the light (not the light), the LIF method, and so on. It is not known that the number of waves per cycle is different, that is, the number of waves per cycle, the number of waves, the number of waves, the number of The phase of Gouy is different, and the distribution of strength is different. You can calculate the number of files by using the LIF method, the crosscutting method, the flow code, the method, and the display method. The results show that there are some problems in the contribution of the present, present and achievement articles. The space optical device is used to control the incident position of the optical device, and the optical sensor is used to generate the optical signal successfully. The calculation of the theory of strength distribution is consistent with the direct calculation of the strength distribution. The HYPER-I device of the Institute of Nuclear Fusion Science is used to generate the signal of the laser beam in the nuclear fusion science research institute. The results of the experiment show that in the initial phase of the incident wave, the results of the experiment, the symbol of the LIF signal, the wave number of the cycle, the wave number of the cycle, the frequency of the cycle, the wave number of the cycle, the results of the experiment, the results of the preliminary results. The results will be met, and the oral table of the International Conference of the Institute of International Studies will be presented.