風洞型レーザー内の衝撃波の伝播と減衰ならびに粒子密度分布の高感度高速度計測

点击翻译按钮获取中文摘要

高繰り返し型エキシマ・レーザは汎用性の高い、大出力のレーザーであるが、放電不安定を避けるためにレーザーガスの循環が必要である。レーザー・キャビティー部には、放電により、10数ナノ秒程度の時間内に高エネルギー密度のパルス熱入力があるために、レーザー・キャビティー流れ方向や電極方向に衝撃波が駆動される。流路はノズルやディフューザ等の断面変化部、曲がり部、熱交換器、送風器などを持つため、発生した衝撃波は、流路内を伝播するにしたがって急激に減衰、反射し、音波となる。音波が、流路壁との共振などによって十分に減衰できない場合にはレーザー・キャビティー部で密度擾乱を誘起するため、高繰り返し運転の妨げになる上、レーザー・ビームの光学的な品質を低下させる。そこで本研究では、レーザー・キャビティー内部での弱い衝撃波の発生、伝播、音波への減衰過程を、ガス圧、ガス種、放電エネルギー入力等の広い変化範囲にわたって調べ、断面変化、曲がり、多孔壁等の複雑な形状を持つ流路内部での弱い衝撃波の振る舞いを、現象論的に研究すると共に、混合ガスの各種成分粒子の密度分布を精度よく測定し、この形式のガス・レーザーの流体力学的な設計指針を得ることを目的とした。レーザー・キャビティー内部の衝撃波の挙動の測定を、既存のガス流レーザー(最大定格が数10W,1KHz,100mJ/パルス)を用いて行った。放電によって発生する衝撃波の挙動をレーザー干渉法、半導体圧力変換器などを用いて、ガス圧、放電条件等を変えて詳しく調べ、発生衝撃波の強さ、伝播速度、減衰する様子を調べた。壁面に多孔質板を持つ音響減衰器を取り付けて、衝撃波が減衰器によりいかほどに減衰できるかを調べた。レーザー・ガスの圧力、成分比あるいは放電条件を変化して、パラメータの広い範囲にわたって、総合的な研究を実施した。