周辺プラズマ中の不純物計測のための真空紫外レーザー螢光分光法の開発

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高温プラズマ中に混入する不純物や, 水素のリサイクリング研究のためには, 軽元素の遷移波長に同調できる真空紫外レーザーを用いたレーザー螢光法が大きな可能性を持つと考えられ乍ら, この波長域での可変波長レーザーに十分なものがなく実験が行える段階に達していない. そこで, 本研究では可変波長色素レーザーの非線形媒質による高調波発生により目的を達するべく光源の開発から研究に着手し, 以下の結果を得た.(1)炭素原子計測のために, 波長166nm近傍で同調可能な光源を得る方法として, マグネシウム蒸気中での二光子共鳴四波混合による方法を採用して, 定常的な出力10^<10>photons/pulse,スペクトル幅 約2.8pmを得た. (2)真空紫外域に共鳴線を持つ軽元素を対象としたレーザー螢光法でも, 高出力レーザーを用いて原子を二光子的に励起すれば, 真空紫外光を用いない計測が可能である. そのためには, 紫外域で同調可能な可変波長高出力レーザー光源が必要であり, ArFエキシマレーザー(波長193nm)のストークス線, 反ストークス線を用いた可変波長光源の試作を行った. それにより, 出力10mJ,スペクトル幅30pmのライマンβ線に二光子的に同調可能な光源を得た.(3)上記(1),(2)で述べた光源を粒子計測に適用した. まず, (1)をイオンビームによりスパッターされた炭素原子検出に用い, グラファイトのスパッタリングイールドの絶対値を求め, 従来の方法と比較した. その結果本計測法の有効性を確認し, また真空紫外域での螢光計測の有用性を示した. また上記(2)で述べた光源を用いて, ライマンαレーザー螢光法により性質を把握している水素原子源を対象とした螢光観測実験を行った. 二光子励起による螢光信号を確認するとともに, 光学系の設計に必要なレーザー光強度に対する螢光信号強度の依存性など基礎的なデータを得た.