Application of optical vortex spectroscopy to process plasma and development to new material creation

本研究は，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，そのプラズマ源を材料開発に応用することを目的としている．ドイツ・ルール大学との共同研究では，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目的としている．CCPは広くプラズマプロセスで用いられており，シース内で基板に垂直方向に加速されたイオンのエネルギーは，膜質を左右する重要なパラメータである．本研究では，基板に平行な方向から入射した光渦によって，基板に垂直な方向のイオン流速を測定することを目指している．この国際共同研究のために，光渦吸収分光法および光渦レーザー誘起蛍光（LIF）法の測定系を開発している．2022年度は，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数値計算を行い，論文として発表した．（H.MINAGAWA,et al.,Analysis of Azimuthal Doppler Shift of Anisotropically Absorbed Laguerre-Gaussian Beam Propagating in Transverse Flow, Plasma and Fusion Research, 1401099 (2022).）この数値解析の結果に基づき，高次の光渦を光源とする波長可変ダイオードレーザー吸収分光（TDLAS）測定を行い，方位角ドップラーシフトを用いた横方向流れ測定に成功している．また，受光系をカメラから4分割フォトダイオードに変更することで，より簡便かつリアルタイム性のある測定系へと改良を進めている．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が理論的に示され，測定系の改良を進めている．

本研究は，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，そのプラズマ源を材料開発に応用することを目的としている．ドイツ・ルール大学との共同研究では，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目的としている．CCPは広くプラズマプロセスで用いられており，シース内で基板に垂直方向に加速されたイオンのエネルギーは，膜質を左右する重要なパラメータである．本研究では，基板に平行な方向から入射した光渦によって，基板に垂直な方向のイオン流速を測定することを目指している．この国際共同研究のために，光渦吸収分光法および光渦レーザー誘起蛍光（LIF）法の測定系を開発している．2022年度は，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数値計算を行い，論文として発表した．（H.MINAGAWA,et al.,Analysis of Azimuthal Doppler Shift of Anisotropically Absorbed Laguerre-Gaussian Beam Propagating in Transverse Flow, Plasma and Fusion Research, 1401099 (2022).）この数値解析の結果に基づき，高次の光渦を光源とする波長可変ダイオードレーザー吸収分光（TDLAS）測定を行い，方位角ドップラーシフトを用いた横方向流れ測定に成功している．また，受光系をカメラから4分割フォトダイオードに変更することで，より簡便かつリアルタイム性のある測定系へと改良を進めている．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が理論的に示され，測定系の改良を進めている．