赤外域パルスレーザを用いた線状集光生成プラズマによる大気圧中誘導放電の基礎研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550284
• Research Institution: Kyushu Tokai University
• Principal Investigator: 岡野 大祐 九州東海大学, 工学部, 教授 (00169129)
• Keywords: CO_2レーザ / レーザ生成プラズマ / 誘導放電 / 集光法 / エアロゾル / 放電しきい値 / 放電遅れ時間 / 放電発光路

Research Abstract

[目的]
本年度はエアロゾル粒子を含む大気圧空気中のレーザ誘導放電実験を通じて放電誘導効果の調査を目的とする。ただし、エアロゾル粒子を模擬するために1μm未満の微粒子密度で占められる線香の煙粒子を用いた。また、大気中のレーザ光生成プラズマは粒状で不連続に存在するため、放電誘導効果においても発光プラズマと非発光領域の両方を調査する必要がある。ここでは、点集光と線集半によりレーザ光電力密度に起因して発生する発光プラズマと非発光領域を対象とした。
[実験]
エアロゾル粒子を模擬した線香煙粒子を含む大気圧空気中に出力25WのCO2パルスレーザ光を入射して、焦点距離150mmの点集光および線集光のZnSeレンズでプラズマ生成を行い、不均一直流電界ギャップ中で放電の経路、しきい値電圧および遅れ時間などから誘導放電効果を調べた。なお、エアロゾル粒子分布の均一性は照射されたHe-Ngレーザ光強度の散乱観測から判断し、エアロゾル粒子の有無による相対密度上昇比率は約6x10^5程度であった。
[結果]
1.点集光法の場合
(1)放電経路は一定しなく、放電路中には局所発光部位が観測された。
(2)放電電圧しきい値はエアロゾル条件では3.7kV上昇した。
(3)放電遅れ時間はエアロゾル条件では20μs長くなった。
2.線集光法の場合
(1)エアロゾル条件でのみ放電が起こり、放電経路はやや直線的であった。
(2)放電電圧のしきい値は、エァロゾル条件で点集光の場合よりも15kV程度高い値であった。
(3)放電遅れ時間については、放電しきい値が大きく異なるので比較対象外とした。
[まとめ]
1.焦点位置のレーザ光電力密度は点集半法に比べ線集光法は紳1/700であるが、エアロゾル条件では微粒子の帯電効果により誘導放電が可能である。
2.線集光法では放電経路はほぼ直線的傾向にあるため、非発光領域はプラズマ化していると考えられる。

Research Products

• [Publications] Daisuke Okano, Atsushi Shigeta: "Study on CO_2 Laser-Produced Plasma Region by Symmetric Triple Probe with Ring Tips"Proceedings of 2003 J-K Joint Symposium on ED and HVE. 293-296 (2003)
• [Publications] Daisuke Okano, Shigeo Kusunose: "Computational Study on Behavior of Ionized Particles Produced by YAG Laser in Atmospheric Air Gap with Non-Uniform DC Electric Field"Proceedings of 2003 J-K Joint Symposium on ED and HVE. 105-108 (2003)