超音速流CO化学レ-ザ-の実験的・理論的研究

点击翻译按钮获取中文摘要

超音速流CO化学レ-ザ-は次世代の加工用レ-ザ-の有望な候補と考えられ、これまでに小信号利得係数のガス組成やプレナム状態などに対する依存性が検討されてきた。しかしながら、超音速ノズル形状の効果はまだ十分明らかにはされていない。超音速ノズルは高温の解離気体を急速に膨張させて化学非平衡流れを生成し、レ-ザ-共振器内の流れの状態を決定する重要な役割を持っている。したがって、ノズル形状はレ-ザ-の性能を大きく支配すると考えられる。そこで、本研究においては面積比の異なるいくつかの超音速ノズルを制作し、小信号利得係数におよぼす効果を実験的に明らかとした。また、小信号利得係数のノズル出口形状への依存性について検討を行なった。本研究で用いた実験装置は気体の加熱手段としての衝撃波管、超音速ノズル、O_2供給系および光学測定部からなっている。衝撃波管はArで希釈したCS_2を加熱・解離させ、熱化学平衡状態のCS_2/CS/S_2/S/Ar混合気体を発生させるために用いられる。この高温の混合気体は衝撃波管端に設けられた小さな超音速ノズルを通過して急膨張し、化学・振動非平衡流れとなる。この超音速流れをO_2の超音速流れと混合させると化学反応が生じ、振動準位が励起したCO分子が生成され、レ-ザ-を抽出することができる。本研究の結果、超音速CO化学レ-ザ-の小信号利得係数はCS_2およびO_2ノズルの面積比に大きく依存してその空間分布やピ-ク値が決まることが明らかとなった。また、小信号利得係数はノズル出口形状(ノズル出口後縁が鋭くとがっているか、あるいは平面が存在するか)によって大きく影響を受けることが明らかとなった。この点については、混合後の流れの状況を計算することによって説明できることを示された。