遠赤外領域高出力光源としての波長可変ジャイロトロンの開発と遠赤外分光への応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12558045
• Research Institution: University of Fukui
• Principal Investigator: 出原 敏孝 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (80020197)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡島 茂樹 中部大学, 工学部, 教授 (90113084) ; 光藤 誠太郎 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 助教授 (60261517) ; 小川 勇 福井大学, 工学部, 助教授 (90214014) ; 川端 一男 核融合科学研究所, 教授 (60109353) ; 立川 敏明 香川医科大学, 医学部, 教授 (00020206)
• Keywords: ジャイロトロン / サブミリ波 / 遠赤外領域 / 高調波動作 / 振幅変調 / 周波数変調 / 波長可変 / 高安定化

Research Abstract

研究目的,本研究では,短ミリ波からサプミリ波にいたる波長域で波長可変の高出力光源であるジャイロトロンを実現し、遠赤外領域の総合的開発研究の推進力として活用する。具体には,
(1)3次サイクロトロン高調波を用いて,出力100W-1kWで,連続的に発振する最短波長200μm(周波数1.5THz)まで波長可変の装置を完成させる。
(2)ジャイロトロンの出力を,ガウシャン・モードへ変換し,ミラーを組み合わせた準光学的回路によって,単一モードで高クォリティのビームを保持して伝送する方式を確立する。
(3)電子の加速電圧を変化させることにより質量を変化させて,発振周波数を変調(FM)する。一方,電子銃の陽極への印加電圧を変調することにより,振幅変調(AM)を試みる。
(4)出力電圧・電流を安定化したcw高電圧電源を用いて,ジャイロトロンのcw動作を行いサブミリ波光源として要求される出力振幅及び周波数の安定化を達成する。
(5)開発したジャイロトロンを光源として,テラヘルツ帯のプラズマ散乱計測装置を完成し,大型核融合装置の計測を行い,テラヘルツ帯ESR装置を完成して,物性研究のために用いる。
本年度の研究実績
(1)サイクロトロン高調波動作と高磁場超伝導マグネットを用いたサブミリ波ジャイロトロンの開発,17T超伝導マグネットを用いた波長可変のサブミリ波ジャイロトロン(最短波長337μm,周波数889GHz)の開発に引き続いて,3次高調波動作を用いた高出力CWサブミリ波ジャイロトロンの設計を完了した。
(2)ジャイロトロンのCW動作による出力及び周波数の安定化,CW高電圧電源を用いて,サブミリ波ジャイロトロンのCW動作を行い,電源の出力電圧を安定化することにより,ジャイロトロンの出力安定度10^<-3>を達成した。また,電子ビームエネルギーのフェーズロック制御により,周波数の安定度3・10^<-9>を達成した。
(3)ジャイロトロン出力のガウシアン・モードへの変換と高効率伝送,ジャイロトロンの円形導波管出力をガウシアン・モードに変換する伝送システムを設計し,製作した。Gyrotron FU VAの出力にこのシステムを適用し,ジャイロトロンの多くの出力モードのバイガウシアン・モードによる伝送に成功した。

Research Products

• [Publications] I.Ogawa: "Stabilization and modulation of the output power of submillimeter wave gyrotron"Fusion Eng.and Design. 53. 571-576 (2001)
• [Publications] T.Idehara: "Design of a large orbit gyrotron with a permanent magnet system"Vacuum. 62. 133-142 (2001)
• [Publications] T.Idehara: "Gyrotron FU serics-current status of development and applications"Vacuum. 62. 123-132 (2001)
• [Publications] T.Idehara: "Development of high power, frequency tunable, submillimeter wave sources-Gyrotron FU Series"Proc. of 13th Int.Conf. on High Power Particle Beams. 50-53 (2001)
• [Publications] T.Idehara: "Computer simulation of axis-encircling beams generated by electron gun with permanent magnet system"Proc. of 13th Int.Conf. on High Power Particle Beams. 889-892 (2001)
• [Publications] I.Ogawa: "Design of a system for conversion of the output of frequency tunable gyrotron into a Gaussian beams"Proc. of 13th Int. Conf. on High Power Particle Beams. 1004-1007 (2001)
• [Publications] T.Idehara: "Design of weakly relativistic large-orbit gyrotron with permanent magnet system"Proc. of 13th Int. Conf. on High Power Particle Bea. 1008-1011 (2001)
• [Publications] S.Mitsudo: "High-field ESR study on anomalous magnetization in CsFeCl_3"Physica. B294-295. 64-67 (2001)
• [Publications] T.Idehara: "Development of submillimeter wave gyrotrons for plasma diagnostics"Proc. of 25th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. 4. 299-300 (2001)
• [Publications] I.Ogawa: "Stabilizations of amplitude and frequency of submillimeter wave gyrotron for plasma diagnostics application"Proc. of 25th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. 4. 301-302 (2001)
• [Publications] T.Idehara: "Design of the collective Thomson scattering diagnostics for LHD using a gyrotron as a radiation source"Proc. of 25th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. 4. 303-304 (2001)
• [Publications] S.Mitsudo: "Magnetic properties of hp 13 type TFe_6Ge_6(T=Zr, Nb, Hf)alloys"Journal of Magnetism and Magnetic Material. 226-230. 1076-1078 (2001)
• [Publications] 出原敏孝: "ジャイロトロンを光源とするサブミリ波生体用カテーテル照射の開発"信学技報. ED-164. 1-6 (2001)
• [Publications] 出原敏孝: "サブミリ波ジャイロトロンの開発と応用"信学技報ED-164. ED-164. 7-14 (2001)