半導体レーザーを用いた革新的な高エンタルピー風洞の実現可能性の検証

• 研究課題/領域番号: 26709065
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 松井 信 静岡大学, 工学部, 准教授 (90547100)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円); 2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2015年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円); 2014年度: 12,610千円 (直接経費: 9,700千円、間接経費: 2,910千円)
• キーワード: レーザー維持プラズマ / 半導体レーザー / プラズマ診断 / 高エンタルピー気流 / プラズマ工学 / 航空宇宙工学 / レーザー / レーザー分光

研究成果の概要

1kW級半導体レーザーを用いてレーザー維持プラズマ生成（LSP）に関する研究を行った。まず1MPaのキセノンを用いてLSP生成を試みたところレーザー出力526W以上でLSPの生成に成功した。LSPはレーザー出力とともに吸収率が増加し，発光分光法による温度測定の結果，最大で6200Kであることがわかった．一方，アルゴンを用いた場合，5MPa下でもLSPは生成できず，より高圧もしくは高出力のレーザー光が必要である．

研究成果

• [国際共同研究] シュツットガルト大学航空宇宙システム研究所(ドイツ)
• [雑誌論文] High sensitive translational temperature measurement using characteristic curve of second harmonic signal in wavelength modulation spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M. and Yamada, T.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 88 号: 1 ページ: 013105-013105
  • DOI: 10.1063/1.4973906
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Generation of Xenon Laser Sustained Plasma Using 1 kW Class Laser Diode (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishimoto, K., and Matsui, M.
  • 雑誌名: Frontier of Applied Plasma Technology 巻: 9-2 ページ: 71-73
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduction efficiency of alumina powder by various feeding methods in laser plasma wind tunnel (2016)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Myoen, R., Matsui, M., Komurasaki, K., and Arakawa, Y.
  • 雑誌名: Frontier of Applied Plasma Technology 巻: 9-1 ページ: 45-46
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Modulation Frequency on Sensitivity Enhancement of Wavelength Modulated Integrated Cavity Output Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Morita, R., and Matsui, M.
  • 雑誌名: Frontier of Applied Plasma Technology 巻: 7 ページ: 49-54
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomic-oxygen-flow Generation by Laser-driven Plasma Wind Tunnel as Low-earth-orbit Environment Simulator (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M., Yoneda, S., Komurasaki, K., Yamagiwa, Y., and Arakawa, Y
  • 雑誌名: AIAA Journal 巻: 52 号: 8 ページ: 1806-1810
  • DOI: 10.2514/1.j052991
  • NAID: 120005461452
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Characteristics of Laser Sustained Plasma by High Power Diode Laser (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M.
  • 学会等名: 9th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials and 10th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
  • 発表場所: Chubu University（愛知県・春日井市）
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 宇宙機搭載用レーザー推進機のプラズマ生成実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小野貴裕，西本昂司，松井信
  • 学会等名: 平成28年度宇宙輸送シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所（神奈川県・相模原市）
  • 年月日: 2017-01-19
• [学会発表] 半導体レーザー及びディスクレーザーを用いたレーザー維持プラズマ生成条件の検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松井信，西本昂司，小野貴裕，森浩一
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第36回年次大会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県・徳島市）
  • 年月日: 2017-01-09
• [学会発表] Time Resolution of Electron Density Measurement using Mach Zehnder Interferometer in Arc Discharge Plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada, T., Matsui, M.
  • 学会等名: 69th Annual Gaseous Electronics Conference
  • 発表場所: Ruhr Univ. Bochum（ドイツ・ボーフム）
  • 年月日: 2016-10-10
  • 国際学会
• [学会発表] Generation conditions of CW Diode Laser Sustained Plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishimoto, T., Matsui, M., and Ono, T.
  • 学会等名: 69th Annual Gaseous Electronics Conference
  • 発表場所: Ruhr Univ. Bochum（ドイツ・ボーフム）
  • 年月日: 2016-10-10
  • 国際学会
• [学会発表] High Sensitive Temperature Measurement of Microwave Plasma using Wavelength Modulation Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada, T., Matsui, M.
  • 学会等名: 69th Annual Gaseous Electronics Conference
  • 発表場所: Ruhr Univ. Bochum（ドイツ・ボーフム）
  • 年月日: 2016-10-10
  • 国際学会
• [学会発表] Temperature Distribution of Diode Laser Sustained Plasma by Emission Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Nishimoto, K., Matsui, M., and Ono, T.
  • 学会等名: 77th JSAP Autumn Meeting
  • 発表場所: Toki Messe（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 半導体レーザーを用いた高圧プラズマ生成条件の検証 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松井信, 西本昂司, 小野貴裕
  • 学会等名: 第60回宇宙科学技術連合講演会
  • 発表場所: 函館アリーナ（北海道・函館市）
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] 1 kW級半導体レーザーを用いた高圧レーザープラズマの発光分光計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西本昂司，小野貴裕，松井信
  • 学会等名: 第48回流体力学講演会
  • 発表場所: 金沢歌舞伎座（石川県・金沢市）
  • 年月日: 2016-07-06
• [学会発表] YAGレーザーを用いた半導体レーザー維持プラズマ生成に向けた予備実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 3西本昂司, 松井信
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会第47期年会講演会
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-04-14
• [学会発表] パラメトリック計算によるレーザー維持プラズマ風洞の作動特性調査 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中克弘, 江原裕太郎, 葛山浩, 松井信, 加藤泰生
  • 学会等名: 日本航空宇宙学会第47期年会講演会
  • 発表場所: 東京大学（東京都・文京区）
  • 年月日: 2016-04-14
• [学会発表] YAG レーザーを用いた 1kW 級半導体レーザー維持プラズマの着火過程 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西本昂司, 松井信
  • 学会等名: 第63回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都・目黒区)
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Emission Spectroscopy of 1 kW class Laser Diode Sustained Plasma using Pulsed YAG Laser Ignition (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M., Nishimoto, K.
  • 学会等名: 9th International Workshop on Hybrid Functionally Materials
  • 発表場所: Chulalongkorn Univeristy(タイ)
  • 年月日: 2016-03-11
  • 国際学会
• [学会発表] 1kW級CW 半導体レーザーを用いた高圧レーザープラズマの温度測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西本昂司，小野貴裕，松井信
  • 学会等名: 第53回日本航空宇宙学会中部・関西支部合同秋季大会
  • 発表場所: 名城大学ナゴヤドーム前キャンパス(愛知県・名古屋市)
• [学会発表] Preliminary Study on Generating Condition of Laser Sustained Plasma using 1 kW CW Diode Laser (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishioto, K., Kumita, M., and Matsui, M.
  • 学会等名: 9th International Conference on Reactive Plasma
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (米国)
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial Resolution of Combined Wavelength Modulation Spectroscopy with Integrated Cavity Output Spectroscopy for Atomic Oxygen Detection (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M., and Nakajima, D.
  • 学会等名: 9th International Conference on Reactive Plasma
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (米国)
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] 二次高調波の波長変調幅依存性を利用した並進温度測定法の検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田透, 佐藤裕亮, 松井信
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 高出力半導体レーザーを用いたレーザー維持プラズマ生成に関する予備実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井信, 西本昂司, 汲田衛
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] レーザー吸収分光法を用いた酸素原子数密度測定システムの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松井信, 森田陵
  • 学会等名: 第47回流体力学講演会
  • 発表場所: 東京大学（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2015-07-02
• [学会発表] アルゴンプラズマを用いた波長変調分光法による並進温度測定法の検証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田透, 佐藤裕亮, 松井信
  • 学会等名: 第47回流体力学講演会
  • 発表場所: 東京大学（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2015-07-02
• [学会発表] 酸素原子数密度測定のための色素レー ザーを用いた禁制線の吸収飽和 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西本昂司, 松井信
  • 学会等名: 第47回流体力学講演会
  • 発表場所: 東京大学（東京都・目黒区）
  • 年月日: 2015-07-02
• [学会発表] High Sensitive Laser Absorption Spectroscopy for Number Density Measurement of Atomic Oxygen in Atmospheric Pressure Plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M., and Morita, R.
  • 学会等名: 30th International Symposium on Space Technology and Science
  • 発表場所: Kobe Convention Center（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-06-04
  • 国際学会
• [学会発表] Number Density Measurement of Ground State Atomic Oxygen in Microwave Discharge Plasma Tube by High Sensitive Laser Absorption Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsui, M.
  • 学会等名: 8th International Workshop on Hybrid Functionally Materials
  • 発表場所: Doubletree by Hilton Hotel Alana Waikiki, Honolulu （USA）
  • 年月日: 2015-03-06 – 2015-03-09
• [学会発表] Collection efficiency measurement of reduced aluminum using laser sustained plasma (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Matsui, M.
  • 学会等名: 8th International Workshop on Hybrid Functionally Materials
  • 発表場所: Doubletree by Hilton Hotel Alana Waikiki, Honolulu （USA）
  • 年月日: 2015-03-06 – 2015-03-09
• [学会発表] The Number Density of Ground State Atomic Oxygen Measurement by High Sensitive Laser Absorption Spectroscopy using Forbidden Line OI 630nm (2015)
  • 著者名/発表者名: Morita, R., Matsui, M.
  • 学会等名: 53rd AIAA Aerospace Sciences Meeting, Kissimmee
  • 発表場所: Gaylord Palms and Convention Center, Kissimmee (USA)
  • 年月日: 2015-01-05 – 2015-01-08
• [学会発表] Experimental test of absorption saturation of forbidden line by diode laser for number density measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishimoto, K, Matsui, M.
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: Toki Messe（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-20
• [学会発表] Accuracy Evaluation of Wavelength Modulation Spectroscopy with Time Resolution at 50Hz on Laser Plasma Diagnostics (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Matsui, M.
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: Toki Messe（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-20
• [学会発表] Measurement of Recombination Coefficient on Low Catalyst Material Using Microwave Discharged Plasma (2014)
  • 著者名/発表者名: Kato, S., Matsui, M.
  • 学会等名: Plasma Conference 2014
  • 発表場所: Toki Messe（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-20
• [学会発表] Development of High Sensitive Laser Absorption Spectroscopy for Plasma Wind Tunnel using High Power Laser (2014)
  • 著者名/発表者名: Morita, R., Matsui, M.
  • 学会等名: 3rd Advanced Lasers and Photon Sources
  • 発表場所: Pacifico Yokohama（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-25
• [備考] 松井研究室HP
  • URL: http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~tmmatui/index.html
• [備考] 松井HP
  • URL: http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~tmmatui/index.htm
• [備考] Makoto Matsui's HP
  • URL: http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~tmmatui/index.htm