量子カスケードレーザ干渉イメージングによる高気圧プラズマ密度の高速3次元計測

Research Project

Project/Area Number	26610189
Research Category	Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
Allocation Type	Multi-year Fund
Research Field	Plasma science
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	占部継一郎東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員 (80725250)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2015-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help	¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000) Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2014: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	プラズマ / プラズマ診断 / 量子カスケードレーザー / レーザー干渉計 / 電子密度
Outline of Annual Research Achievements	高気圧プラズマ電子密度計測に最適なパルス発振量子カスケードレーザの仕様を検討した．発振波長は現在国産で市販されている中で最も長い10μｍを選定し，さらにパルス発振タイミングを外部トリガで自由に制御できるようなレーザドライバ装置を特注，購入した．その後，このパルス量子カスケードレーザを用いたホモダイン干渉計を実際に組み立て，実計測に向けた検討を行った．干渉計としてはマッハ・ツェンダー干渉計方式を採用し，レーザ，コリメートレンズ，ハーフミラー（2枚），金ミラー（2枚），ディテクタで構成されている．申請時の予算計画からカメラ式の赤外ディテクタの購入費用分が削減されて交付されたため，本年度はより簡便なサーマルセンサを購入し単純な系にて検討を行った．計測対象のプラズマ源として大気圧以上のガス中でパルス放電を発生させる手法について検討を進め，大気中に微細ヘリウムガス中を吹き出しそのヘリウム流中で放電させる矩形パルス大気圧DC放電や，大気圧から5気圧程度までの高圧ヘリウム雰囲気下での200ns程度の短パルス放電の実験を行った．実際の量子カスケードレーザ干渉計での電子密度計測実験に備え，これらのプラズマの電子密度を他のレーザ分光計測手法を用いて行った．大気圧パルスDC放電に対しては核融合科学研究所や九州大学との共同実験により電子密度を計測し，ヘリウム高圧短パルス放電には研究代表者が開発した近赤外半導体レーザヘテロダイン干渉計を利用した電子密度計測を行っている．これらの計測により各プラズマ源の電子密度データが得られているため，今後の量子カスケードレーザ干渉計実験において測定値が正しいかどうか確認しながら研究を進めることが可能となった．