Astrellaは、より環境に優しいエネルギーと推進力を対象としたテラヘルツラマン分光を実現します。

課題

発電から移動体まで、燃焼過程を良く理解することで、効率化し排出を抑えることができます。 こうした理解を深めるには、燃焼炎温度と化学を極めて詳細に対比させることが重要です。 生成された汚染物質を分解し、推進装置などの燃焼技術を環境に優しく持続可能なものにするエネルギー転換メカニズムに関するヒントを得るには、正確なスカラを決定する最先端のレーザ診断が必要です。 現在、高温の火炎温度を遠くから検出する最良の方法は、Coherentの反ストークス・ラマン分光（CARS）です。 ただしこの手法は非常に複雑で、熟練のレーザオペレータが研究室内で行う必要があります。 デルフト工科大学（オランダ）のアレクシス・ボーリン博士のチームは、広く導入できるようなシンプルな方法を開発しようと計画しました。Coherentのウルトラファースト再生増幅器レーザシステム<a href="{{0}}" target="_blank">Astrella</a>は、この作業を成功させる重要な要素になりました。 そして、Coherent Astrella ワンボックスウルトラファースト再生増幅器レーザシステムは、その仕事を可能にする重要な要素であることが判明しました。

ソリューション

ボーリン博士は「最善の純回転CARS手法には、サンプル内のガス状分子の衝撃励起を起こすフェムト秒パルスと、それを検出するピコ秒パルスが必要だという課題がありました。 火炎温度が高いため、分子は低密度で存在しています。 このため高出力レーザパルスが必要で、これは『変換限界』に近いパルス長である必要があり、位相が完全に同期している必要があります。 複数のレーザ源でこれをするのは実際性に欠けますが、Astrellaからの出力がすばらしかったため、これを単一レーザ源として使用する別のソリューションを思いつきました」と話します。彼らの実験用のセットアップでは、Astrellaの出力が分割され、出力の35%を35 fsパルスに圧縮して衝撃励起に使用し（帯域幅内で強め合う2光子ペア）、残りの65%を、第2高調波（SHBC）で効率的に検出用psパルスの生成に使用しました。 各種の化学種と火炎条件の最適なスペクトル分解に必要であれば、自家製の4fパルス整形器を伝送に使用することで、約2 ps～約15 psの間の検出パルスのスムーズな調整が可能になりました。 パルスは1つのウルトラファーストレーザ源から発生しているので、自動的に炎の測定位置で同期し、その高エネルギー密度から、ライトシートのような集束ビームを生成して1次元画像処理を可能にします。

成果

ボーリン氏のグループは、純回転CARS画像処理を用いて、事前に混合したメタンと空気の不安定な炎表面の温度について、高空間時間分解能データを取得することに成功しました。 特に、シングルショット精度<1%、精度<3%で、1 kHzのシネマトグラフィーの1D-CARS定量的温度計測結果を取得しました。 [1]ボーリン氏は「衝撃波管の空力加熱や宇宙への発射時の反動エンジンなどの「珍しい」例を含め、世界では高精度の温度計測に診断上の多くの課題があります。 これまでこうした用途では研究所で行わなくてはなりませんでしたが、単体のAstrellaウルトラファーストレーザ源をベースにして合理化された私たちのシステムなら、そうしたアプリケーションに装置を持ち込むことができ、画期的な成果を期待できるでしょう」と話します。

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