2015 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ固体フォトニクスによる次世代レーザー点火・燃焼計測
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15H02030
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
平等 拓範 分子科学研究所, 分子制御レーザー開発研究センター, 准教授 (50216595)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤松 史光 大阪大学, 工学研究科, 教授 (10231812)
林 潤 大阪大学, 工学研究科, 講師 (70550151)
石月 秀貴 分子科学研究所, 分子制御レーザー開発研究センター, 助教 (90390674)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子エレクトロニクス / エネルギー効率化 / レーザー点火 / 燃焼計測 / 高性能レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，燃焼計測システムの開発を目的として，マイクロチップレーザーを用いたレーザー誘起ブレイクダウン分光法および点火試験を行うための，実験系の構築を行なった．具体的には，これまでに大阪大学において使用されていた，初期の物理条件を任意に操作することが可能な定容容器を利用した．本定容容器に対して，マイクロチップレーザーを装着できるように改造を行った．また，マイクロチップレーザーを用いた研究の基礎的知見を得ることを目的として，Nd:YAGレーザーを用いて二時刻多重ブレイクダウン試験および二時刻多重ブレイクダウンによる点火試験を実施した．その結果，現状保有している計測系では，二時刻多重ブレイクダウンの正確な評価が困難（時間分解能が不足している）であることが明らかとなった．また，形成されるプラズマは，多重ブレイクダウンの時間差によって，プラズマ自身の大きさが変化することが示された．
一方．分子研では広帯域中赤外光燃焼ガス評価に有用な光源開発を実施した．一般に様々な燃焼ガス・排出ガスは，中赤外領域に固有の吸収線複数存在するため，分光によりそれらの同定が可能となる．ところが既存のレーザーや非線形光学波長変換法では連続波発振（CW）や低出力のパルスレーザーでは可能なものの，ジャイアントパルスでの高効率，広帯域中赤外光発生には問題があった．そこでジャイアントパルス・マイクロチップレーザーに適した高性能のPPMgLNを開発し，光パラメトリック発生によるジャイアントパルス中赤外光につき，その可能性を検証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は，燃焼計測システムの開発を目的として，マイクロチップレーザーを用いたレーザー誘起ブレイクダウン分光法および点火試験を行うための，実験系の構築を行なった．本定容容器に対して，マイクロチップレーザーを装着できるように改造を行った．また，マイクロチップレーザーを用いた研究の基礎的知見を得ることを目的として，Nd:YAGレーザーを用いて二時刻多重ブレイクダウン試験および二時刻多重ブレイクダウンによる点火試験を実施した．その結果，現状保有している計測系では，二時刻多重ブレイクダウンの正確な評価が困難（時間分解能が不足している）であることが明らかとなった．このため，LIBS試験の前段階として，プラズマの発光強度のみを時系列で計測できるフォトマルチプライヤを用いた計測系の検討を行なった．
なお，マイクロチップレーザーからのジャイアントパルス（波長1064nm，パルス幅0.7ns，エネルギー3mJ，直線偏光）を励起光源とした，PPMgLNによる中赤外光パラメトリック発生器（OPG）を構築した．試作したPPMgLN素子はΛ=30.6マイクロメータで素子長40mmであり，素子温度約25℃の場合，OPG出力シグナル光波長は約1.55 マイクロメータ，アイドラ光波長は3390nmが得られる．これにジャイアントパルス・マイクロチップレーザー（GP-MCL）からの出力（エネルギー 2.4mJ, パルス幅 0.7ns）を入射したところ、最大出力がシグナル光で0.7mJ，アイドラ光では0.33mJを得たもので，OPG全出力で1mJ程度となる．全体として効率は40%程度であった．次にQPM周期を26.2マイクロメータから32.3マイクロメータまで変えることで，波長1360～4910nmまで可変でき，GP-MCL励起PPMgLN-OPGにより小型構成による広帯域な中赤外光発生を検証できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，ブレイクダウン計測手法の確立と多時刻多重ブレイクダウンにおける異なる時刻に形成されるプラズマの影響およびその評価を行う．また，LIBS用マイクロチップレーザーの性能評価を行い，設計のための指針を得る．具体的には，ポンプレーザーの発振波長および最終的なマイクロチップレーザーの出力がLIBS試験結果に及ぼす影響を分光計測によって評価する．また，マイクロチップレーザーの発振系と受光系が一体となったマイクロチップレーザーの設計検討を株式会社リコーと協力の上で開始する．
一方，レーザー点火やLIBSに用いるジャイアントパルス・マイクロチップレーザーを励起源としたPPMgLNによる光パラメトリック発生により，広帯域な中赤外光発生を検証した．しかし，出力エネルギーはシグナル光でも0.7mJ程度に留まっていた．そこで平成28年度は，マイクロチップレーザーにアンプを増設することでパワーアップを図る．さらに，LIBSの可能性を広げるために可視光への波長変換についても検討したい．
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Research Products
(5 results)
