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2018 Fiscal Year Research-status Report

広周波数帯域でガウスビーム出力するサブテラヘルツ帯ジャイロトロンの実証

Research Project

Project/Area Number 17K05725
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

立松 芳典  福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (50261756)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywordsマルチ周波数ジャイロトロン / 広周波数帯発振 / 2次高調波発振 / サブテラヘルツ / ガウスビーム出力
Outline of Annual Research Achievements

平成29年度に複数の2次高調波モードで発振する共振器およびこれらをガウスビームに変換できるモード変換器の設計を行った。平成30年度は、設計で残っていた窓からのビーム出射方向を変えるための内蔵ミラーを動かす機構を設計し、ジャイロトロンの設計を完了した。この共振器およびモード変換器を組み込んだジャイロトロン管を製作し、管の発振実験を行った。平成29年度に直線管で予備実験をして得られた7つの2次高調波モードでの発振を製作したモード変換器内蔵ジャイロトロン管でも周波数測定により確認できた。これらの7つのモードのうち、TE85,およびTE65の2つのモードでは単一モード発振が得られた。放射ビームパターン計測により、7つの2次高調波のうち6つに対して、中心に強度ピークをもつビームパターンが得られた。残りの1つは、パワーが弱いためはっきりとしたビーム画像が得られなかった。単一モード発振していないモードに対しては、放射パターン計測で、放射位置の異なる複数のビームが観測された。この放射位置(方向)の違いはモード変換器の性質として説明できる。直線管では、基本波モードと2次高調波モードが同時発振する場合、その分離は容易ではなかったが、モード変換器内蔵管では、放射ビーム方向の違いにより、2次高調波ビームを基本波ビームから分離できることを実証した。
また、ジャイロトロン窓を二重とし、窓間距離を調節することで、周波数(モード)による窓透過率の違いを利用して、基本波との同時発振の場合も、2次高調波ビームのみを窓を透過させることにより、ほとんど2次高調波ビームの単一モード発振に近い出力を得ることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初計画では、モード変換器を組み込んだジャイロトロンによる実証実験は、平成31年度を予定していたが、平成30年度中に初期実験を行うことができた。

Strategy for Future Research Activity

ジャイロトロン管の設置位置の微調整およびそれぞれの2次高調波モードに対して発振条件の最適化を行うことで、それぞれのモードの発振パワーを最大化する。また、2次高調波だけでなく、基本波発振についても探索し、より広範囲の周波数帯で本ジャイロトロンが発振できることを実証する。

  • Research Products

    (17 results)

All 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Saturation Effects in Frequency Pulling of Gyrotrons Operating in High-Order Axial Modes2018

    • Author(s)
      Masafumi Fukunari, Gregory S. Nusinovich, Yoshinori Tatematsu, Teruo Saito, and Yuusuke Yamaguchi
    • Journal Title

      IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE

      Volume: 46 Pages: 2848-2855

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sub-Terahertz wireless power transmission using 303 GHz rectenna and 300 kW-class gyrotron2018

    • Author(s)
      Sei Mizojiri, Kohei Shimamura, Masafumi Fukunari, Shunsuke Minakawa, Shigeru Yokota, Yuusuke Yamaguchi, Yoshinori Tatematsu, Teruo Saito
    • Journal Title

      IEEE Microwave and Wireless Components Letters

      Volume: 28 Pages: 834-836

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recent progress in development and application of sub-THz gyrotrons in University of Fukui2018

    • Author(s)
      Y. Tatematsu
    • Journal Title

      EPJ Web of Conferences

      Volume: 195 Pages: 01018

    • DOI

      https://doi.org/10.1051/epjconf/201819501018

    • Open Access
  • [Presentation] Development of sub THz gyrotrons in wide frequency band in FIR UF2019

    • Author(s)
      Y. Tatematsu, Y. Yamaguchi, M. Fukunari, K. Takayama, Y. Maeda, T. Ogura, T. Ueyama, K. Nakagawa, R. Kamiya, S. Sasano, Y. Wakabayashi and T. Saito
    • Organizer
      The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of a Second Harmonic Multi-Frequency Gyrotron with Gaussian Beam Output, Gyrotron FU CW GVII2019

    • Author(s)
      T. Ueyama, Y. Tatematsu, Y. Yamaguchi, K. Takayama, Y. Maeda, T. Ogura, K. Nakagawa, R. Kamiya, J. Sasano, Y. Wakabayashi, M. Fukunari, T. Saito
    • Organizer
      The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Design Improvement of a Complex-Cavity resonator for the 400 GHz Second-Harmonic Gyrotron2019

    • Author(s)
      Y. Maeda, T. Ogura, J. Sasano, M. Fukunari, Y. Yamaguchi, M. Tao, Y. Tatematsu, T. Saito
    • Organizer
      The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of Super-Multiple Frequency Oscillations with a Complex-Cavity Gyrotron2019

    • Author(s)
      Y. Yamaguchi, T. Ogura, M. Fukunari, J. Sasano, T. Ueyama, Y. Maeda, K. Takayama, Y. Tatematsu and T. Saito
    • Organizer
      The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 二段共振器ジャイロトロンにおける 110 ~ 220-GHz 帯の超多周波数発振2019

    • Author(s)
      山口 裕資,小椋 大聖,福成 雅史,笹野 準貴,上山 達也,前田 悠斗,高山 京也,立松 芳典,斉藤 輝雄
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
  • [Presentation] Development of a Second Harmonic Multi-Frequency Gyrotron with Gaussian Beam Output2018

    • Author(s)
      Yoshinori Tatematsu, Kyoya Takayama, Yuto Maeda, Tatsuya Ueyama, Taisei Ogura, Masafumi Fukunari, Yuusuke Yamaguchi, and Teruo Saito
    • Organizer
      43rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of Increased Number of Frequency Steps in Multi-Frequency Oscillations with a Two-Cavity Gyrotron2018

    • Author(s)
      Yuusuke Yamaguchi, Masafumi Fukunari, Taisei Ogura, Tatsuya Ueyama, Yuto Maeda, Kyoya Takayama, Yoshinori Tatematsu and Teruo Saito
    • Organizer
      43rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recent progress in development and application of sub-THz gyrotrons in University of Fukui2018

    • Author(s)
      Y. Tatematsu
    • Organizer
      3rd International Conference Terahertz and Microwave Radiation: Generation, Detection and Applications
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 3rd International Conference Terahertz and Microwave Radiation: Generation, Detection and Applications2018

    • Author(s)
      上山達也, 高山京也, 中川和輝, 前田悠斗, 小椋大聖, 神谷亮汰, 笹野準貴, 若林優次, 福成雅史, 山口裕資, 斉藤輝雄, 立松芳典
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第35回年会
  • [Presentation] 400 GHz帯二次高調波ジャイロトロンにおけるTE8,4/TE8,5モード複合共振器の実験的検証2018

    • Author(s)
      小椋大聖, 福成雅史, 前田悠斗, 上山達也, 高山京也, 峠正範, 山口裕資,立松芳典, 斉藤輝雄
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第35回年会
  • [Presentation] 二次高調波多周波数ガウスビーム出力ジャイロトロンのモード変換器設計及びビーム形状計測2018

    • Author(s)
      高山京也,立松芳典,上山達也,中川和輝,前田悠斗,小椋大聖,神谷亮汰,笹野準貴,若林優次,山森英智,峠正範,青山直樹,川﨑孝俊,山口裕資,福成雅史,斉藤輝雄
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第35回年会
  • [Presentation] 複合共振器搭載ジャイロトロンにおける超多周波発振の観測2018

    • Author(s)
      山口裕資,小椋大聖,上山達也,前田悠斗,高山京也,福成雅史,立松芳典,斉藤輝雄
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第35回年会
  • [Presentation] 400 GHz帯二次高調波ジャイロトロンにおける複合共振器の改良2018

    • Author(s)
      前田悠斗,福成雅史,小椋大聖,笹野準貴,若林優次,峠正範,山口裕資,立松芳典,斉藤輝雄
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第35回年会
  • [Presentation] サブミリ波ジャイロトロン開発と応用2018

    • Author(s)
      立松芳典
    • Organizer
      プラズマ・核融合学会第35回年会

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Published: 2019-12-27  

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