研究課題
基盤研究(A)
本科学研究費の前半年度で開発改良された緩衝型中圧管と観測部およびCARS(Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy)計測用光学分光システムを用いて、後半年度でCARS信号の確実な取得と検証を行った。1)まず初気圧約133Paの低圧空気、およびマッハ数10を越える強い衝撃波背後の流れに対し、CARS信号を得ることを目的として、システム全体のトリガー系とレーザーの励起光信号系に工夫を加え、狭帯域励起光で充分なCARS信号を得ることができた。次に広帯域色素レーザーを用い、窒素分子の振動・回転温度を求めるためのCARS信号を得ることを試み、測定部と光学系の形状と配置に工夫を加え、マッハ数15以上の強い衝撃波背後の高速流れからのCARS信号を得ることが可能となった。2)次に、得られたCARS信号に対して、スペクトルマッチング手法により強い衝撃波背後の高速輻射非平衡流れ中の窒素気体分子の振動温度と回転温度などの必要な情報を得るために、理論解析で、光学測定系のスリット幅や振動温度と回転温度をパラメトリックに変化させてCARSスペクトル分布を得る計算プログラムを開発した。その結果、理論計算スペクトルと、実観測CARSスペクトルを最小二乗近似によりマッチングさせることで、窒素気体分子の振動温度と回転温度を得ることができた。さらに、測定CARSスペクトルと計算スペクトルに高波数域で不一致となる部分があったため、さらに比較考察を加えて3次の非線形感受率の中の非共鳴項を考慮することを試み、両スペクトル比較の結果に良い一致を見ることができた。3)以上の研究開発により、低圧空気中でマッハ数15を越える強い衝撃波背後の輻射非平衡高速流れに対して、ゲート時間10nsという短時間の高時間分解・高空間分解のCARS信号を得ることができ、窒素気体分子の振動温度・回転温度を衝撃波面直後からの空間分布として得ることが世界で初めて可能となった。その成果は国内外の学会・国際会議において第一報として報告された。
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