超高感度マルチパスレーザーヘテロ干渉計の開発と衝撃波前方プリカーサ現象の解明

超灵敏多通道激光异质干涉仪的研制及冲击波前兆现象的阐明

基本信息

批准号：
21K18778
负责人：
松井信
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は，760 nm帯域のDFBレーザーを用いてJAXA宇宙科学研究所が所持する膨張波管試験チャンバ内にマルチパスシステムを設置し，酸素分子をターゲットとしたレーザー吸収分光法により感度向上率の検証を行った．その結果，空気流，流速6 km/sに対して二桁以上の感度向上に成功した．また実験前後の吸収信号の強さから，実験時の破膜によるアライメントへの影響はないことがわかった．次に本システムの光源をHeNeレーザーに変更，マルチパス後のレーザー光と参照光を同期させることでレーザー干渉計へと改良し，衝撃波管モードでの作動により衝撃波前方プリカーサー領域の電子密度計測を試みた．作動ガスは電離度が高いアルゴンを用い，衝撃波速度は6 km/sの気流に対し，光路長840 mmでは干渉信号が取れたものの（位相安定性：10.5 deg，検出限界：3.8x10^20 m-3），光路長2100 mmでは位相安定性が悪化し，検出限界が低下した（位相安定性：267 deg，検出限界：3.9x10^21 m-3）．位相安定性が悪化した原因を検証するため，防振光学台上に干渉計を組むことで光路長と位相安定性の関係を検証した．その結果，光路長増加によるレーザー強度の低下による位相安定性への依存性は低く，振動が主原因だと考えられる．衝撃波管及び試験部に接続したキューブチャンバはアルミニウム製であり，第二隔膜破膜時の振動が伝わる速さは6.38 km/sと衝撃波速度と同程度であるため，アライメントにズレが生じ，位相安定性が大きな値となったと考えられる．次年度は試験部内のマルチパスシステム全体を防振することで感度向上を試みる．

今年，使用760 nm频带DFB激光器在Jaxa Space Sciences拥有的扩展WaveTube测试室中安装了一个多径系统，并使用激光吸收光谱靶向氧分子验证了灵敏度提高速率。结果，我们成功地提高了灵敏度，对气流和流速为6 km/s的敏感性超过两个数量级。此外，实验前后的吸收信号的强度表明，在实验过程中由于膜破裂而对比对没有影响。接下来，该系统的光源被更改为Hene激光器，并通过将多个phass的激光光与参考光同步，将其改进到激光干涉仪，并在冲击管模式下操作，我们试图测量冲击波前的前体区域中的电子密度。工作气体是由氩气制成的，该氩电离具有高度的电离，尽管在840 mm的光路径长度下获得了干扰信号，但冲击波速度为6 km/s（相位稳定性：10.5 dG，检测极限，检测极限：3.8 x 10^20 m-3），以及在光学路径的限制范围内，阶段稳定性限制为2100 mm，阶段稳定性：26，并估计（26），并估计（26）。 3.9 x 10^21 m-3）。为了验证相位稳定性下降的原因，我们通过在防振动光学表上组装干涉仪来验证光路长度和相位稳定性之间的关系。结果，由于光路长度增加而引起的激光强度降低引起的相位稳定性的依赖性较低，并且振动被认为是主要原因。连接到冲击管和测试部分的立方体室是由铝制成的，第二次隔膜破碎膜时的振动约为6.38 km/s，这与冲击波速度大致相同，导致对齐的差异，并且相位的稳定性较高。明年，我们将尝试通过防止在测试部门内的多路径系统中发生振动来提高灵敏度。