Cavity Ring Down干渉法によるプラズマ密度の高分解測定

• Project/Area Number: 14658133
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: プラズマ理工学
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 間瀬 淳 九州大学, 産学連携センター, 教授 (00023325)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 手塚 勉 (株)日立機械研究所第6部, 主任研究員 ; 内野 喜一郎 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (10160285) ; 村岡 克紀 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (80038546) ; 手束 勉 (株)日立機械研究所第6部, 主任研究員
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2002: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
• Keywords: プラズマ計測 / 干渉計 / 電子密度 / 多重反射

Research Abstract

1.パルス幅3-5ns,出力10mJのアルゴンイオンレーザーを入射波として用いたパルスCRD(Cavily Ring Down)光学系と,連続出力50mWのHeNeレーザーと音響光学変調素子(AOM : Acousto-Optic Modulator)を使用したCW-CRD光学系を製作し両者を比較した結果,指数関数的な出力波形とそのCRD時間など,同様な性能が得られることを示した。後者の場合,干渉計参照光路にはCRD Mirrorが不要であり,システム構成が容易であるとともに,実用性にも適していることを示した。
2.干渉計のシミュレーションを実験および計算機実験の両面から行い,その原理的実証を行なった。本手法の原理を利用した計測法の種々の応用について,以下のように明らかにした。
1)誘電体の多層膜コーティングの膜厚測定
2)薄膜プラズマの密度測定に実用化できる可能性があることを実証した。この場合プラズマは入射波長に対するカットオフ密度より大きい値で測定可能で,使用波長の制限が大きく緩和される。応用分野としては,最近注目されているプラズマディスプレイパネル(PDP)用プラズマの密度測定などが考えられる。PDPのプラズマ測定は未だ確立されていない状況であり,本手法は有望なものと期待される。
3)多層で形成されるプラズマを用いたフォトニック結晶とその応用について示した。
3.FDTD(Finite Difference Time Domain)法と解析解を結合した電磁界の3次元計算を行ない,イメージング光学系の最適化設計に関する考察を行なった。その結果2系統の集光系を利用したシステムがプラズマ画像の再構成に重要であることを示した。

Research Products

• [Publications] A.Mase et al.: "Electron Cyclotron Emission Imaging on LHD"Review of Scientific Instruments. 74・3. 1445-1448 (2003)
• [Publications] L.G.Bruskin et al.: "Measurement of Density Fluctuations in Reflectometry of Cylindrical Plasma"Review of Scientific Instruments. 74・3. 1473-1476 (2003)
• [Publications] Y.Kogi, A.Mase, S.Osako, T.Yasuda, L.Bruskin, H.Hojo: "Ultrashort-Pulse Reflectometry for Steady-State Plasmas"Review of Scientific Instruments. 74・3. 1510-1513 (2003)
• [Publications] Y.Kogi, A.Mase et al.: "Application of Ultrashort-Pulse Reflectometry to Large Helical Device"Proc.30th IEEE Int.Conf.on Plasma Science, Jeju. 480 (2003)
• [Publications] S.Sudo et al.: "Recent Diagnostics Development on LHD"Plasma Physics and Controlled Fusion. 45・7. 1127-1142 (2003)
• [Publications] L.Bruskin, A.Mase, N.Oyama, K.Shinohara, Y.Miura: "Reflectometry Study of Mode Coupling in Fusion Plasma Turbulence"Plasma Physics and Controlled Fusion. 45・7. 1222-1245 (2003)
• [Publications] H.Hojo, A.Mase: "Coherent THz Radiation from Bunched Electrons Produced by Subcycle Laser Pulses"Proc.11^<th> Int.Conf.on Terahertz Electronics, Sendai. 580 (2003)
• [Publications] L.Bruskin, N.Oyama, A.Mase, K.Shinohara, Y.Miura: "Observation of the Phase Coupling in Tokamak Plasma Using Microwave Reflectometer"Conf.Digest of 28th Int.Conf.on Infrared and Millimeter Waves, Ohtsu. 43-44 (2003)
• [Publications] H.Hojo, A.Fukuchi, A.Mase, T.Watanabe, A.Ejiri: "Ultrashort-Pulse Reflectometry for LHD Plasma"Conf.Digest of 28th Int.Conf.on infrared and Millimeter Waves, Ohtsu. 49-50 (2003)
• [Publications] A.Mase et al.: "Advancement of Millimeter-Wave Imaging Diagnostics on LHD"Conf.Digest of 28th Int.Conf.on infrared and Millimeter Waves, Ohtsu. 83-84 (2003)
• [Publications] H.Hojo, K.Akimoto, A.Mase.: "Enhanced Wave Transmission in One-Dimensional Plasma Photonic Crystal"Conf.Digest of 28th Int.Conf.on Infrared and Millimeter Waves, Ohtsu. 347-348 (2003)
• [Publications] H.Park et al.: "Recent Advancements in Microwave Imaging Plasma Diagnostics"Review of Scientific Instruments. 74・10. 4239-4262 (2003)
• [Publications] 北條仁士, 間瀬淳: "過密度プラズマを利用したファブリー・ペロー干渉計"Optics Japan, 2003. 230-231 (2003)
• [Publications] S.Sudo et al.: "Recent Diagnostic Development on LHD"Plasma Physics and Controlled Fusion. 45・12. A425-A443 (2003)
• [Publications] M.Ignatenko, A.Mase, L.Bruskin, Y.Kogi, H.Hojo: "Microwave Imaging Reflectometry of Corrugated Metal Targets"Journal of Plasma and Fusion Research. 80・2. 85-86 (2004)
• [Publications] H.Hojo, A.Mase: "Dispersion Relation of Electromagnetic Wayes in One-Dimensional Plasma Photonic Crystals"Journal of Plasma and Fusion Research. 80・2. 89-90 (2004)
• [Publications] H.Hojo, K.Akimoto, A.Mase: "Reflectionless Transmission of Electromagnetic Wave in One-Dimensional Multi-Layer Plasmas"Journal of Plasma and Fusion Research. 80・3(印刷中). (2004)
• [Publications] 共著(プラズマ・核融合学会編): "プラズマの生成と診断(応用への道)"コロナ社. 456 (2004)
• [Publications] H.Hojo, G.Uruta, K.Nakayama, A.Mase: "2D Full Wave Simulation on Electormagnetic Wave Propagation in Toroidal Plasma"Journal of Plasma and Fusion Research. 78・5. 387-388 (2002)
• [Publications] A.Mase et al.: "Development and Application of Millimeter-Wave Imaging Radar"Journal of Plasma and Fusion Research. 78・5. 439-446 (2002)
• [Publications] L.G.Bruskin, A.Mase: "Effect of Plasma Profile Curvature on Microwave Scattering in Reflectometry"Journal of the Physical Society of Japan. 71・5. 1274-1279 (2002)
• [Publications] K.Watanabe, N.Oyama, A.Mase, K.Mizuno: "Millimeter-Wave two-Dimensional Imaging Optical System for Interferometer of the GAMMA 10 Tandem Mirror"Review of Scientific Instruments. 72・6. 2282-2286 (2002)
• [Publications] L.G.Bruskin, N.Oyama, K.Shinohara, Y.Miura, A.Mase: "Experimental Evidence of the Turbulence Anisotropy in the Edge Plasma and an Indication of a Zonal Flow Formation"Bulletin of the American Physical Society. 74・9. 84 (2002)
• [Publications] L.G.Bruskin, A.Mase, Y.Miura: "Fluctuation Reflectometry of Azimuthally Symmetric Plasmas"Plasma Physics and Controlled Fusion. 44. 2305-2325 (2002)
• [Publications] A.Mase et al.: "Progress in Millimeter-Wave Imaging Diagnositics"Transactions of Fusion Science and Technology. 43・1T. 237-242 (2003)
• [Publications] A.Mase et al.: "Electron Cyclotron emission Imaging on LHD"Review of Scientific Instruments. 74・3(in press). (2003)
• [Publications] L.G.Bruskin et al.: "Measurement of Density Fluctuations in Reflectometry of Cylindrical"Review of Scientific Instruments. 74・3(in press). (2003)
• [Publications] Y.Kogi, A.Mase, S.Ohsako, T.Yasuda, L.Bruskin, H.Hojo: "Ultrashort-Pulse Reflectometry for Steady-State Plasmas"Review of Scientific Instruments. 74・3(in press). (2003)
• [Publications] S.Sudo et al.: "Overview of Large Helical Device Diagnostics"Advanced Diagnostics for Magnetic and Inertial Fusion (Plenum Press, New York). (in press). (2003)
• [Publications] N.C.Luhman, Jr.et al.: "Recent progress in Microwave Imaging Diagnostics"Advanced Diagnostics for Magnetic and Inertial Fusion (Plenum Press, New York). (in press). (2003)
• [Publications] H.Park et al.: "Recent Advancements in Microwave Imaging Plasma Diagnositcs"Review of Scientific Instruments. 74(to be published). (2003)