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くし形の超短光パルスレーザーで温度を精密確定―温度の本質に迫る基礎的にも応用上も重要な研究成果:産業技術総合研究所

(2017年8月23日発表)

図1 (a) 室温付近のアセチレン気体分子の測定結果(黒)と解析結果(赤)、(b) 測定結果(黒)と23 ℃の理論曲線(赤)、23 ℃から±1 ℃ずらした理論曲線(青)
横軸の周波数196 THzが波長約1.53 µmに相当する。
©産業技術総合研究所

 気体の温度は、気体分子の活動度を示す数量であり、我々の身の回りの温度と違って気体分子の温度を正確に知ることは、思いのほか難しい。まして、複数の気体が混在する車のエンジン内の燃焼気体などについては、個々の成分分子気体の温度を知ることは、さらに難しい。しかし、例えばエンジンの効率などを上げようとすれば、こういった精密な情報が必要となる。

 (国)産業技術総合研究所は、光コム(コムとは櫛(くし)のこと)と呼ばれる超短光パルスレーザーを2台用いる、デュアルコム分光技術(周波数を少しずつずらして同時に使う方法)を用いて、分子気体の温度を従来正確に知ることができる新しい技術を開発した。

 気体の分子はその種類に固有の周波数帯の光を吸収し、その吸収量の分布がその気体分子の温度と関係があることが知られている。今回の技術では、この周波数帯に対応する等しい周波数間隔で櫛のように並んだ超短光パルスレーザー(光コム)2台をデュアルコム分光技術により、多くの周波数に対応する吸収量(吸収スペクトル)を一度の測定で取得することが可能となった。

 この新しい方法によれば、従来は10℃程度の測定精度であったものを1 程度にまで高めることが可能である。また、この方法は、水、二酸化炭素、メタン、アセチレンといった一定の周波数帯に光の吸収を行う気体が混在するような場合でも応用が可能とされる。今後の広い応用が期待される技術である。