ファラデー素子をセンサーとする多点型磁場計測器の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480131
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 飯尾 俊二 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (90272723)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 筒井 広明 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (20227440) ; 嶋田 隆一 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (40206181)
• Keywords: ファラデー効果 / 磁場計測 / 偏光計測 / ゼーマンレーザー / ロックインアンプ / ヘテロダイン / 偏光面回転 / 磁場閉じ込め核融合

Research Abstract

磁場閉じ込め方式による核融合装置において、ファラデー素子をセンサーとして磁場を測る偏光計を開発している。平成15年度は、ファラデー回転を位相変化として計測する偏光面回転ヘテロダイン方式において、直交直線2周波光を同一光軸上に発振するゼーマンレーザーを光源とする場合の課題の解決を図り、磁場計測の精度評価を行った。
多点計測するための光路の自由度を確保するために偏波面保持ファイバを使用すると、ファイバのコネクタ部端面からの反射光が無視できず、レーザー発振が不安定となる。この対策として、光アイソレータと呼ばれる戻り光抑制する光学系を組み、その特性を評価した。その結果、戻り光の抑制が完全には行えず、位相計測安定性が劣化することが判明した。戻り光が完全に抑制できないのは、光アイソレータの中心的役割を果たすファラデー素子の温度特性に起因することを解明した。室温に関係なく45度のファラデー回転を維持するために、温度調整カバーを用いてファラデー素子の表面温度を制御すると、戻り光を1%以下まで抑制することができ、光ファイバを用いても安定にレーザー発振させることが可能となった。
5Tまで発生できる超伝導マグネットを使用し、センサーとして、光学ガラス、鉛ガラス、セレン化亜鉛の性能試験を行った。入射光の楕円偏光化が完全には補正できないため、3種類全ての素子においてファラデー回転が磁場変化に対し非線形な振る舞いを示した。1テスラ程度の磁場について長さ40mmの鉛ガラスをセンサーとして1000秒間の連続測定を行ったところ、測定値変動は0.001T以下の値であり、非線形性の誤差を較正することにより0.1%の精度で測定できることを実証した。また、ベルデ定数が鉛ガラスの約4倍で感度は高いセレン化亜鉛は、光弾性効果による偏光の楕円化で非線形性が強くなる問題があることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] T.Akiyama, K.Tanaka, L.N.Vyacheslavov, S.Tsuji-Iio et al.: "CO_2 Laser Imaging Interferometer for High Spatial Resolution Electron Density Profile Measurements on LHD"Review of Scientific Instruments. 74・3. 1638-1641 (2003)
• [Publications] T.Akiyama, S.Tsuji-Iio, R.Shimada, K.Nakayama et al.: "CO_2 Laser Polarimeter for Electron Density Profile Measurement on the Large Helical Device"Review of Scientific Instruments. 74・5. 2965-2703 (2003)