液体中に生成されたレーザプラズマの電子密度特性指導教員山田諄 R02145 松本悠希教授 R02166 山口津田紀生助教授剛１．はじめに現在までに、レーザ光を固体及び気体に集光照射し生成したプラズマの研究は多数行われている。しかし、液体中に生成されたプラズマに関する研究は、ほとんど行われていない。よって、本研究では YAGレーザによって液体中に生成されたプラズマの特性を解明することを目的とした。 YAGレーザ本研究の応用として、ダイオキシン等の液体中の汚染物質の除去が考えられる。また、汚染物質の代用として溶質にNaClを使スプリッターフォトダイオード用しているため、レーザメスによる人体への影響を解明する基礎フィルターデータとしても有用である。集光レンズ本年度は、レーザ干渉計を用いてプラズマの電子密度を測定した。ミラー２スプリッター１ Arレーザ２．プラズマ生成過程本研究では、プラズマの初期電子は多光子電離過程と呼ばれる同時に多数の光子を吸収することにより直接電離が生じる現象によって供給される。その後、逆制動放射で加速された電子と中性原子の衝突によって、カスケード電離が起きてプラズマが生成されると考えられる。分光器ミラー１スプリッター２オシロスコープ図1．電子密度測定装置 14 2 光強度 2.70×10 [W/m ] 波長 1064[nm] NaCl 濃度 0[％] 0.02 電圧[V] ３．実験方法実験では、YAGレーザの基本波である1064nmと第2高調波である532nmの発振波長を用いた。YAGレーザを焦点距離60 mmの集光レンズで集光し、プラズマを生成した。液体を入れる容器は、内寸75mm×45mm×70mmのアクリル製のものを使用した。水溶液には溶媒に超純水・溶質にNaCl を使用し、濃度を0∼24%で混ぜ、濃度による変化を測定した。次に、電子密度の実験装置を図1に示す。電子密度は、アルゴンイオンレーザでマッハツェンダー干渉計を構成し、プラズマ中と空気中に伝搬させたレーザ光を分光器のスリット上で干渉させ、干渉波形をオシロスコープで観測し、その位相差の変化から測定した。その干渉波形図を図2に示す。また、測定する際に集光レンズと超純水で満たされた容器をXステージに載せ、前後に動かすことにより密度分布を求めた。 0 –0.02 –0.04 0 10 –6 [1×10 ] 時間[s] 10 10 25 波長 532[nm] 14 2 光強度 1.07×10 [W /m ] –3 ４．測定結果図3に、波長532nmにおける電子密度の測定結果を示す。横軸は、光軸方向の位置であり、プラズマが最初に出来た位置を0として測定した。密度は、焦点位置で一番高くなり、外れるにつれて減少する傾向である。また、焦点位置からレーザの進行方向には0.5mm程成長し、後方には1mm程成長することが確認できた。次に、電子密度の濃度依存性を検討する。焦点位置付近における濃度変化による密度の違いは見られなかった。しかし、濃度が高くなると、光軸方向にプラズマが増大し、さらに焦点以外の密度は、濃度が高くなるにつれて増加することが分かった。電子密度 [m ] 図2．干渉波形例 26 Laser 10 24 –1 NaCl 濃度[％] 0 12 24 0 測定位置 [mm] 図３．電子密度分布 1