超音速ノズル流による緩和時間差レーザーおよび放電励起重畳に関する研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380213
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 佐藤 浩之助 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (80023737)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋山 秀典 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (50126827) ; 内野 喜一郎 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (10160285) ; 間瀬 淳 九州大学, 先端科学技術共同研究センター, 教授 (00023325)
• Keywords: 反転分布 / 緩和時間 / 衝撃波管 / 超音速流 / ノズル流 / 放電重畳 / レーザー発振

Research Abstract

衝撃波管と超音速ノズルを用いたガスダイナミック的反転分布生成法は、熱的励起を行った後、原子分子の各種エネルギーレベル間での緩和時間の差を利用して分布を反転させると同時に、ノズル流による急速冷却により下準位の失活を促進させ反転分布を増大させるものである。これは反転分布を得る方法として非常にユニークなものであり、かなり以前に一時期研究が行われたがその後あまり手をつけられていないものである。本研究計画では熱励起レーザーとして、衝撃波プラズマから超音速ノズル流を作りだし、反転分布生成過程についての基礎的研究を各種気体に関し詳細に行うとともに、反転分布をさらに増大させることを目指して、超音速ノズル流へ放電励起を重畳する方式を新しい方法として提案し試行研究を行う。本年度は、まず小型ショックチューブ(Shock Tubeは内径約100mm,ノズルは、ノズル高1.0mm,面積比15,チャンネル幅約100mm程度)の製作を行った。これに際し、これまでに通常行われていた隔膜式ではなく、隔膜のない衝撃波発生の機構を提案し試作を行った。
この方式により期待した動作および性能が順調に得られれば、不純物問題の解消や実験再現性の向上、さらに実験時間の短縮など非常に大きな利点となる。当面は、この無隔膜衝撃波管の動作特性の詳細な研究に力を注ぐ。その後、ノズルを設置して超音速流の特性を調べる。これと同時に、超音速ノズル流中の共振器設計を行い、赤外検知器を準備し設置調整する。これらの準備の後、CO_2-N_2-He系によるGDLの基本特性の実験研究に入る。He-Neレーザーによる光学共振器の軸合わせ等を行い、この気体における発振を試みる。発振が確認された後、第2段階として、詳細な特性実験に進む予定である。