2016 Fiscal Year Research-status Report
プラズマ計測用のバックトークレス高安定光励起型2波長遠赤外レーザーの開発
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16K04984
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
中山 和也 中部大学, 工学部, 准教授 (40434584)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 毅志 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (80370138)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レーザー安定化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，大型で高密度化するプラズマ装置における核融合プラズマ計測では，波長50 μm帯の遠赤外レーザーを用いる新しい計測システムが必要とされている。しかし，光と電波の谷間に位置するこの領域では，光源を含め，計測手法が確立していない。そこで，2波長同時発振型のレーザー光源，干渉・偏光計測法，各構成要素(光学素子，検出器)の開発を進めている。高精度かつ高信頼性のプラズマ計測を実現するには，レーザー発振の安定化が必須である。光励起型遠赤外レーザーでは，励起光の戻り(バックトーク)の除去が長年の課題となっている。本研究では，バックトークレスの9R(8) CO2レーザー励起の48-μm，57-μm CH3ODレーザーの安定発振を実証し，その安定化技術を確立する。
本年度は，(1)励起用CO2レーザーの安定化，(2)光アイソレーターの試験，(3)バックトークの影響と遠赤外レーザーの動作特性の測定を行った。復光路構成のシュタルクセルを用いて励起用CO2レーザーの周波数を安定化した。その結果，±220 kHz/hの周波数安定度と±0.6 %/hの出力安定度を得ることができた。2枚のATFRミラー(S偏光に対して99 %反射，P偏光に対しては吸収し1 %以下の反射)とCdS製の波長板を組み合わせた光アイソレーターを用いることで，戻り光による出力変動を従来の1/10以下に抑えることができた。光アイソレーターを用いる場合，円偏光励起となるが，48-μm，57-μm CH3ODレーザーともに円偏光で発振し，また，2波長同時発振が可能であることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度においては，当初の計画通り，励起用CO2レーザーの安定化，光アイソレーターの選定および動作試験，戻り光の影響と遠赤外レーザーの動作特性の測定を実施した。励起用CO2レーザーについては，安定化用の外部ガスセルを従来の単光路から複光路構成にすることで，より安定なレーザー発振が実現できた。原理の異なる数種類の偏光子とπ/2位相遅延素子の中から，本研究の目的に合う光アイソレーターを選定し，透過度，偏光度，位相差を測定した。実際に光アイソレーターを配置し，戻り光が除去できることを確認した。光アイソレーターを使用すると，円偏光での励起となる。遠赤外レーザーの偏光方向は，励起レーザーの偏光方向に依存する。レーザー分子や発振線によっては，円偏光でなく，ランダム偏光になる場合もある。また，直線偏光での励起と比べ，出力が減少したり，増加したりする場合もある。目的の48-μm，57-μm CH3ODレーザーは，ともに円偏光で，問題なく2波長同時発振することが確認でき，次の研究計画につなげる結果を得ることができた。
以上のことから，本研究課題は，おおむね順調に進展していると自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
安定であることに加えて，高い出力であることもS/Nの向上や計測の幅が広がることから計測用光源としては重要なことである。光励起型遠赤外レーザーの出力は，励起光源の出力に比例する。そこで今後は，CW 100 W以上の高出力励起に対する光アイソレーターの試験を計画している。平成28年度は，光アイソレーターの原理検証を行う，位相精度が高い，シンプルな光学系となることから，π/2位相遅延素子としてCdS製の波長板を用いて試験した。CdS製波長板は，レーザー耐力が低いためCW 100 W以上では使用できない。そこで，円偏光ミラーを代わりに用いることを計画していたが，最近になり，レーザー耐力の高い(CW 400 W以上)ZnSe製の波長板が開発された。円偏光ミラーは，指定の偏光角と入射角で使用しなければならず，そのためのモジュール製作が必要となる。一方，ZnSe製の波長板であれば，これまでの光学系をそのまま利用することができる。そこで，研究計画を一部変更し，ZnSe製の波長板を用いた高出力励起用の光アイソレーターの試験を行う。また，遠赤外レーザー共振器長を制御することで，長時間でのレーザー発振の安定化を行う計画であるが，本来は，制御することなく十分に安定であることが望ましい。現在は，スーパーインバーを用いて共振器を固定しているが，より低熱膨張の材料に変更することを計画している。
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| Causes of Carryover |
平成28年度の実験が効率よく進んだ結果，予定よりもレーザーガス(消耗品)の消費量が少なくなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験を行うにあたり，レーザーガス(消耗品)は必須であることから，平成29年度の助成金と合わせて使用する。
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Research Products
(5 results)
