レーザーブレイクダウンを引き起こすラッキーな衝突に対する統計モデルの構築

为导致激光击穿的幸运碰撞建立统计模型

• 批准号: 19K21871
• 负责人: 加藤 進
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K21871/
• 关键词: 逆制動輻射; 多光子吸収; 電子散乱; 連続光スペクトル; レーザーブレイクダウン; 粒子シミュレーション

レーザーブレイクダウンを引き起こす電子衝突電離に関与する電子は，バルクの平均的エネルギーを持つ電子ではなく，電離エネルギーを越える高エネルギーテールの電子である．理論およびシミュレーションモデルを用いてレーザー照射下での高エネルギーテール成分を持つ電子分布関数を決定することが，本研究の目的の一つである．しかし，モデルを検証するために実験的に電子分布関数を決定することは困難であるため，実験では分布関数から決定される電子なだれの増幅係数を指標にする．加えて，大気圧プラズマで発生する連続光スペクトルから電子分布関数を予測する手法のレーザーブレイクダウンプラズマへの適用可能性について調べる．これまで，実験的に電子なだれの増幅係数を正確に求めるためには，自然に存在する種電子数の影響を取り除く必要があると考え，ナノ秒YAGレーザーの光をガスチャンバー内に設置した電極間に集光する実験を行い，電極間に印加する電圧を制御することにより，印加電場によるドリフトで照射領域から電子を除去することで，電子なだれの増幅係数の絶対値評価を試みた．電子分布関数に対するボルツマン方程式の2項展開モデルから求まる電子増幅係数と電子移動度を用いたゼロ次元の電子増幅モデルを作成し，実験で得られた印加電圧を増加に伴うブレイクダウンに必要となるレーザーエネルギーが増大および飽和する結果を定性的に説明できることを示した．大気圧プラズマでは，実験で得られた連続光スペクトルから電子分布関数を推定する手法が確立されている．多光子課程の影響を考慮した電子分布関数に対するシミュレーションモデルの開発を進めるとともに，その手法を用いるために，電子分布関数からアルゴンプラズマで発生する連続光スペクトルを予測するプログラムの改良を行った．

引起激光分解的电子碰撞电离的电子不是平均体积能量的电子，而是具有超过电离能量的高能尾电子。这项研究的目的之一是使用理论和仿真模型在激光照射下用高能尾部组件确定电子分布函数。但是，由于难以通过实验确定电子分布函数来验证模型，因此在实验中，从分布函数确定的电子雪崩的扩增系数被用作索引。此外，我们将研究一种方法，用于预测从大气压力等离子体中产生的连续光谱到激光分解等离子体的电子分布函数的适用性。到目前为止，为了准确地通过实验确定电子雪崩的扩增系数，有必要消除天然存在的物种电子数量的影响。我们进行了一个实验，在该实验中，来自纳米秒YAG激光器的光集中在安装在燃气室内的电极之间，并通过控制电极之间施加的电压，通过施加的电场引起的电子将电子从辐照区域中移出，我们试图评估Electron avallanch的绝对值。我们使用电子分布函数的Boltzmann方程的二项式扩展模型获得了电子扩增系数和电子迁移率，创建了一个零维电子扩增模型，并表明有可能在实验中获得越来越多的激光能量的增长和饱和度所需的激光能量所需的激光能量所需的结果。在大气压力等离子体中，已经建立了一种方法来估计从实验中获得的连续光谱中的电子分布函数。除了考虑了多光子课程的影响的电子分布功能的仿真模型外，我们还改进了该程序，以预测电子分布函数由氩等离子体产生的连续光谱。

项目成果

Influence of DC electric field on Nd:YAG laser-induced breakdown in gases

直流电场对 Nd:YAG 激光诱导气体击穿的影响

• DOI: 10.1364/osac.399530
• 发表时间: 2020
• 期刊: OSA Continuum
• 影响因子: 1.6
• 作者: Takahashi Eiichi;Kato Susumu
• 通讯作者: Kato Susumu

準大気圧マイクロ波窒素プラズマにおける窒素原子数密度に関する理論的考察

负压微波氮等离子体中氮原子序数密度的理论思考

• 发表时间: 2022
• 作者: Sakai K.;Nishimoto T.;Isayama S.;Matsukiyo S.;Kuramitsu Y.;加藤 進，清水 鉄司，榊田 創
• 通讯作者: 加藤 進，清水 鉄司，榊田 創