2013 Fiscal Year Annual Research Report
極短パルスレーザー加工による多層屈折率光ファイバープローブの創製
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23246033
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
齋藤 隆之 静岡大学, グリーン科学技術研究所, 教授 (10324328)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶島 岳夫 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30185772)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 流体工学 / 計測工学 / 極短パルスレーザー / 光ファイバー / 混相流 / 気泡・液滴 / 数値解析 / 光線追跡 |
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| Research Abstract |
①微小気泡・液滴の径、速度、数密度を高精度に計測する「多層屈折率単一光ファイバープローブ（以下Fs-TOP）を開発し、径50μm、速度100m/sの気泡や液滴を計測することに成功した。②フェムト秒レーザーを用いた石英ファイバーのサブマイクロ加工法（多層屈折率部の加工）を開発した。加工精度は約300nmである。③３次元光線追跡シミュレーションと流体数値シミュレーションをカップリングすることにより、Fs-TOPの気泡や液滴の検出信号を解析し、気泡／液滴表面のFs-TOP通過位置を検出する手法を開発した。この新たな通過位置検出方法により、気泡や液滴の径と速度の精度を25%以上向上させることに成功した。④２色レーザー光の偏光特性、反射特性を検出することで、気泡／液滴の運動方向を検出する手法を開発した。速度の方向分解能は約１５度であった。さらに⑤上記加工法の副産物として、圧力感応ナノチューブを加工部に保持することにより、レーザーと光ファイバーにより圧力変動を計測する新たな圧力測定用光ファイバープローブを考案、製作に着手した。
以上、当初の目標を100%達成した。なお、平成２６年３月には、径50μm、速度200m/sの液滴の計測に成功した。
数値解析に関しては、①固定格子により移動・変形する気液界面の高精度捕獲と物質移動の保存性を改善することに成功した。②保存性を維持しつつ，固体表面上での動的濡れをマクロスケールでシミュレートする方法を構築した。③動的濡れ状態にある固気液接触線近傍の応力バランスを分子動力学的手法により明らかにした。④相変化をともなう気液界面の捕獲法に，分子気体論から導出された境界条件を新たに組み込んだ。
上記成果は国際誌に論文掲載された。また、化学工学会技術賞等、計３件の学会賞を受賞した。企業との共同研究によりFs-TOPの産業応用を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
25年度が最終年度であるため、記入しない。
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