Improvement of Thomson scattering diagnostics using stimulated-Brillouin-scattering-based phase conjugate mirrors

誘導ブリルアン散乱による位相共役鏡を用いたトムソン散乱計測の改善

波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*

Hatae, Takaki; Nakatsuka, Masahiro*; Yoshida, Hidetsugu*

高性能の誘導ブリルアン散乱(SBS)位相共役鏡を、初めてJT-60のトムソン散乱計測システムへ応用し測定性能の改善を図った。SBS位相共役鏡は一般の全反射鏡と異なり精密な光学調整を必要とせず、比較的簡単な位置合わせを行うだけで反射光が入射光と全く同じ光路を逆進する。この性質を利用し、プラズマ中でレーザー光を往復させ散乱光量を約2倍にするダブルパストムソン散乱測定法を開発した。初期実験では1.6倍の散乱光を観測し、この測定手法の有効性を確認した。さらに、この手法を発展させ、レーザー光を何度も往復させ散乱光を数倍以上発生させるマルチパストムソン散乱法も新たに提案した。一方、既存のYAGレーザーに組み込むことにより、レーザー増幅器で誘起される波面の乱れを補正しダブルパス増幅を行った結果、YAGレーザーの性能は[エネルギー:1.5J,繰り返し:30Hz,平均出力:45W]から[7.4J, 50Hz, 368W]となり、著しくレーザー性能を向上することができた。将来展望として、このレーザーシステムをITERのトムソン散乱計測へ応用することについて考察した。

A high performance phase conjugate mirror by stimulated Brillouin scattering (SBS-PCM) is applied to Thomson scattering diagnostics in JT-60U for the first time. To improve the measurement performance, two developments were performed with SBS-PCM. First, we developed a new optical design to provide a double-pass scattering scheme with SBS-PCM. A laser beam passing through the plasma is reflected by the SBS-PCM, and a reflected beam returned back through the same path as coming one by the phase conjugate effect, and passed through the plasma again. The double path Thomson scattering scheme demonstrated in JT-60U plasma that a factor of 1.6 increase of the scattered light in contrast with single-pass scattering. Second, an improvement of the output power of YAG laser system using the SBS-PCM was performed. As a result, average power was increased over 8 times in contrast with conventional system, and was achieved up to 368 W (7.4 J 50 Hz). A multi-pass Thomson scattering scheme is also proposed based on the results of double-pass scattering.