| 研究課題/領域番号 |
16K12850
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| 研究機関 | 首都大学東京 |
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研究代表者 |
柴田 泰邦 首都大学東京, システムデザイン研究科, 准教授 (10305419)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | ライダー / SO2 / DIAL / 火山ガス / 濃度分布 / 計測 |
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| 研究実績の概要 |
SO2濃度を遠隔計測する手法として差分吸収ライダー（DIAL：Differential Absorption Lidar）が提案されている。本研究では、可搬性に富む小型のSO2-DIALシステムを新たに開発するため、光源にはLD励起のDPSS（Diode Pumped Solid State）レーザ593 nmの第2高調波を用いることを提案した。
SO2の吸収スペクトルは紫外域の240～320nm帯に櫛状に分布している。294nm以下の波長帯域では対流圏オゾンによる吸収が大きく影響する。また、298nm以上の波長帯域では成層圏オゾンによる太陽光吸収効果が弱く、昼間の観測に向かない。そこで、294～298nmの波長範囲で最適な波長を求めた。シミュレーション条件は、SO2濃度をDIALからの距離400～600mで呼吸困難となる30ppm、それ以外の地点で0.07ppmとした。またオゾン濃度を地表付近の平均値である0.005ppm一定とし、レーザ出力は0.5mJ、積算回数600,000回、距離分解能20m、望遠鏡口径15cmとした。この結果λon=297.6nm、λoff=297.4nmの組み合わせで、高濃度区間の400～600mで測定誤差が10%以内となることが分かった。
以上の結果をもとに、備品費で購入したDPSSレーザの特性評価と第2高調波発生機構の製作を行った。DPSSレーザの発振波長は593.76nm、第2高調波で296.88nmと上記のシミュレーション結果から0.5nm程度ずれていた。また、波長安定度は20pm/hでSO2濃度計測には不十分であることも分かった。消耗品費で購入した第2高調波発生用のBBO結晶を用いて296.88nmの発生を確認したが、波長変換効率が15%程度と低いため、改善の余地がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度は、１：可搬型SO2-DIALに要求されるレーザ波長の選定、２：レーザの購入、３：第2高調波の取得、が主な課題である。各項目は、実績概要で述べた通り概ね当初計画通りの成果を得ている。
一方で、波長安定度の向上、第高調波への変換効率の向上といった新たな課題が発生した。
また、申請段階では波長の異なる2台のレーザを購入する予定であったが、予算の都合上、1台のみの購入となる。そこで、レーザ波長を振る機構を新たに開発し、1台のレーザで2波長を交互に発振させる必要性が生じた。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、波長不安程度の原因調査を行い、対策を講じる。現段階で想定している原因は、レーザ電流調整機構の不具合、レーザ装置そのものの温度安定度があげられる。
次に、第2高調波発生効率の向上は、レンズで集光するだけの現在の構成から、リング共振器型に変更することで実現させる。
また、実際に発振296.88nm付近でのSO2測定精度および最適波長の再検討を行う。さらに、λonとλoffを切り替える機構の開発を行う。これは、レーザ電流調整機構を外部制御できるように改造することで対応する予定である。
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