半導体レーザー誘起蛍光・吸収分光法による燃焼計測に関する研究

• Project/Area Number: 13750164
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 相澤 哲哉 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (60323797)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2002: ¥400,000 (Direct Cost: ¥400,000); Fiscal Year 2001: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 紫色半導体レーザー / 誘起蛍光 / 吸収分光 / 燃焼計測 / 外部共振型レーザー / PAH / CH / 波長変調

Research Abstract

紫外半導体レーザーは火炎内ラジカル等のLIF励起波長域で発振可能であることから、小型で安価な分光計測用光源としても高いポテンシャルを有する。分光計測用光源には波長制御性、連続波長可変レンジおよびスペクトル単色性が必要となる。本研究ではこれらの点においてファブリペロー型、外部共振型、Wavelength-agile型の3つの発振制御法を用いた場合の紫外半導体レーザーの特性を明らかにし、これらのレーザーを光源として火炎中のCHおよびPAHの計測を試みた。昨年度までに発振制御性について調べたファブリペロー型及び外部共振型レーザー(キャビティ長2cm)では、火炎内ラジカルの計測に十分な波長制御性、連続波長可変レンジ及びスペクトル単色性を同時に実現するのは困難であった。今年度は新たにWavelength-agile外部共振型レーザーの発振特性を調べた。このレーザーは外部キャビティ長を〜1m程度とし外部モードによるモードホップの間隔を微小化することで、実質的に連続な高速広域波長掃引を可能にするというものである。この発振制御法は赤外半導体レーザーに適用した場合には単色性の高い発振スペクトルを得られるが、紫外半導体レーザーに適用した場合には20GHz程度の広い線幅で発振し、その発振スペクトルは外部キャビティモードに起因する細かい櫛型のマルチモード構造を有することがわかった。連続波長可変レンジは内部キャビティモード幅に相当する50GHz程度まで拡大できることがわかった。これらの制御法を用いて紫外半導体レーザーを発振させた場合、火炎内CHの計測に必要な波長変調・掃引レンジは確保されなかった。火炎内PAHについては紫外半導体レーザーを光源としてLIFを測定できることを示した。PAHによるLIFは軸対称拡散バーナー火炎の上流部に円錐状に観察され、その下流側ですすによる吸収が観察された。