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波多江 仰紀; 林 利光; 谷塚 英一; 梶田 信*; 吉田 英次*; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; 矢作 鎌一*; 信夫 克也*; 小野 武博; et al.
Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.253 - 258, 2010/08
An edge Thomson scattering system for ITER is a diagnostic system which measures electron temperature and density at the peripheral region in the plasma (r/a 
0.85). Required measurement ranges for the electron temperature and density are 50 eV 
T
10 keV and 5
10
n 310
m
, respectively. The spatial and the temporal resolutions are 5 mm and 10 ms, respectively. A high-energy (5 J) and high repetition-rate (100 Hz) Q-switch Nd:YAG laser system is necessary to satisfy measurement requirements above. We have been developing the YAG laser system for ITER. We have developed a prototype high-power laser amplifier. Since the laser efficiency of solid-state laser is low in generally (
2%), heat removal from the amplifier is crucial. In the amplifier design, we carried out heat analysis to optimize the cooling design. To realize 5 J of output energy, more than 1.6 J of energy needs to be extracted from one laser rod. In the initial laser amplification test, the extracted energy was limited 1.4 J by a lateral depumping effect. We have changed a cooling flow tube for the laser rod made by borosilicate glass to samarium-doped glass in order to deplete an infrared light emission. The Sm-doped flow tube was successfully suppressed the lateral depumping, and consequently the extracted energy reached up to 1.76 J. We have obtained a prospect of the real laser amplifier production from the results.
波多江 仰紀; Howard, J.*; 海老塚 昇*; 吉田 英次*; 中塚 正大*; 藤田 尚徳*; 成原 一途*; 山田 一博*; 舟場 久芳*; 平野 洋一*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 227, p.012002_1 - 012002_6, 2010/06
被引用回数：2 パーセンタイル：66.93(Physics, Applied)We have developed new technologies for an advanced Thomson scattering diagnostics to meet various requirements for understanding physical phenomena in fusion plasmas. These technologies for the advanced Thomson scattering diagnostics may contribute future Thomson scattering diagnostics. For example, a polarization interferometer is applicable for T measurement with wide range and imaging measurement. A multipass Thomson scattering and high average power laser employing SBS-PCM may improve the S/N ratio and repetition rate for the measurement, and allows measurement with high spatial resolution. An SBS-PC is a promising technology for LIDAR to generate short laser pulse. A Cr, Nd:YAG will be used for high-efficiency and high average power laser system. Fully relativistic formulae will contribute to the spectrum analysis with wide Te range. A guideline to optimize wavelength channels will be useful for a design of spectrometer.
Ostermeyer, M.*; Kong, H.-J.*; Kovalev, V. I.*; Harrison, R. G.*; Fotiadi, A. A.*; M
gret, P.*; Kalal, M.*; Slezak, O.*; Yoon, J. W.*; Shin, J. S.*; et al.
Laser and Particle Beams, 26(3), p.297 - 362, 2008/09
被引用回数：41 パーセンタイル：55.6(Physics, Applied)An overview on current trends in stimulated Brillouin scattering and optical phase conjugation is given. This report is based on the results of the "Second International Workshop on stimulated Brillouin scattering and phase conjugation" held in Potsdam/Germany in September 2007. The properties of stimulated Brillouin scattering are presented for the compensation of phase distortions in combination with novel laser technology like ceramics materials but also for e.g., phase stabilization, beam combination, and slow light. Photorefractive nonlinear mirrors and resonant refractive index gratings are addressed as phase conjugating mirrors in addition.
吉田 英次*; 竹内 徳洋*; 岡田 大; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*
レーザー研究, 36(9), p.573 - 578, 2008/09
We have successfully demonstrated the compensation of thermal lens effect in Nd:YAG laser rods regardless of pumping condition by inserting a solid-state self-adaptive CE (Compensation Element), having negative dn/dT property between two Nd:YAG rods. Several organic resins and a LiF crystal of higher negative dn/dT which have high damage threshold and low absorbance are very useful to compensate thermal effects in the amplifier. The results revealed that the use of several organic resins resulted in the complete reduction of the thermal lens effect by an order of magnitude. This compensation scheme is an ultimate method because of its dynamic compensation feature of the pumping power level.
吉田 英次*; 長沢 宗幸*; 岡田 大; 藤田 尚徳*; 中塚 正大*; Park, H.*
レーザー研究, 36(9), p.566 - 572, 2008/09
Heavy fluorocarbons and perfluoropolyether liquids are ideal media for high power stimulated Brillouin scattering experiments from ultraviolet to infrared laser. Stimulated Brillouin scattering (SBS) reflectivity and threshold of new SBS liquids were measured systematically at four wavelengths (1064, 532, 355 and 266 nm). Fluorinert FC-72, -75, -77 and Galden HT-70, -135 exhibits high reflectivity of over 90 percents and excellent fidelity in phase conjugation for over 100 mJ, 10 ns optical pulse at 1064, 532 and 355 nm. Among them, FC-77 and HT-70 were found to be good candidates to replace FC-72, -75 liquids which previously were known to be a good SBS media up to now. Heavy fluorocarbons and perfluoropolyether liquids are most promising as a phase conjugate SBS mirror for all solid-state high-energy lasers because of its high damage threshold and low absorbance.
井澤 靖和*; 西原 功修*; 田沼 肇*; 佐々木 明; 村上 匡且*; 砂原 淳*; 西村 博明*; 藤岡 慎介*; 青田 達也*; 島田 義則*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 112, p.042047_1 - 042047_4, 2008/00
被引用回数：8 パーセンタイル：93.57(Physics, Fluids & Plasmas)高出力EUV光源システムの開発のために、レーザー生成Snプラズマの理論的,実験的なデータベースの構築を行った。プラズマの基礎過程の理解のもとに、デブリ粒子の発生を抑止しつつ、高効率で高出力の発光を得るための、最適なレーザー及びプラズマの条件が明らかになった。先進的なターゲット製造技術や、高出力レーザーの技術の開発についても併せて報告する。
波多江 仰紀; Howard, J.*; 平野 洋一*; 内藤 磨; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Plasma and Fusion Research (Internet), 2, p.S1026_1 - S1026_5, 2007/11
核融合プラズマの電子温度・密度分布を測定するトムソン散乱では、散乱スペクトルの分光器として従来、回折格子を用いた分光器や干渉フィルターを用いたフィルターポリクロメータが使われてきた。これらの手法では、スループットが小さい、相対波長感度較正が必要といった課題がある。近年、フーリエ分光に基づく偏光干渉計をトムソン散乱へ応用することが提案され、この手法は上記の課題を改善できる可能性がある。本研究ではこの手法の原理実証のため、トムソン散乱計測のための偏光干渉計を開発中である。この手法では、干渉計の遅延光路長を適切に選んだとき、トムソン散乱光のコヒーレンスが電子温度と電子密度の関数で表現できることから、干渉信号強度から電子温度と電子密度が評価できる。JT-60での本格的な測定に先立ちTPE-RXで初期的な測定実験を行う予定である。プロトタイプの分光器では、TPE-RXの運転領域にあわせて、1001000eVの電子温度レンジ,510m
以上の電子密度をターゲットとして設計を行った。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 海老沢 克之*; 草間 義紀; 佐藤 和義; 勝沼 淳*; 久保村 浩之*; 信夫 克也*
Fusion Science and Technology, 51(2T), p.58 - 61, 2007/02
被引用回数：6 パーセンタイル：42.5(Nuclear Science & Technology)ITERの周辺トムソン散乱計測装置では、測定領域としてr/a0.9,電子温度0.0510keV,電子密度510310m,測定周期10ms,空間分解能5mmの測定性能が要求されている。本研究では、おもに計測用レーザーシステム,ポートプラグ内光学系(集光光学系,レーザー入射光学系)の検討を行った。計測用レーザーシステムには、波長1064nm,エネルギー5J,繰り返し周波数100Hz,パルス幅10nsの性能が要求される。この要求を満たすため、(1)高効率のCr,Nd:YAGセラミックスの使用,高平均出力レーザー増幅器で誘起される熱的影響はJT-60で実証された位相共役鏡で補正することを検討した。位相共役鏡を効果的に動作させるためには、特に単一縦モード性能が重要であり、レーザーダイオード励起のリング共振器型のレーザー発振器の試作を行った。さらに、フラッシュランプ励起方式ではフラッシュランプの寿命が問題となり、寿命の伸長を図るために、6本のフラッシュランプを内蔵した高平均出力レーザー増幅器の試作を行った。ポートプラグ内光学系はITER工学設計活動(EDA)中に初期検討が行われた。この検討では、(a)プラズマから比較的近い位置にレンズが配置されており、放射線による光学特性の劣化が懸念される。(b)真空境界がポートプラグの中央部に位置しており保守が容易でない、などの問題が考えられる。そこで、真空境界はポートプラグの終端部とし、ポート内光学系の最適化を行った。
木村 晴行; 犬竹 正明*; 菊池 満; 小川 雄一*; 鎌田 裕; 小関 隆久; 内藤 磨; 高瀬 雄一*; 井手 俊介; 長崎 百伸*; et al.
プラズマ・核融合学会誌, 83(1), p.81 - 93, 2007/01
JT-60公募型研究協力(以下、共同研究)は平成11年度から開始され、特に、平成15年1月にJT-60がトカマク国内共同研究の中核装置に位置づけられて以来、共同企画・共同研究の運営体制の構築とともに、研究課題数,研究協力者数が顕著に増加した。共同研究の成果の発表件数はJT-60全体の20-30%を占める。ブートストラップ電流による中心ソレノイド無し運転,電子サイクロトロン波によるMHD不安定性制御,プラズマ・壁相互作用,先進レーザー技術のプラズマ計測への応用,トカマクとヘリカルの比較研究などに、顕著な成果が上がっている。これらJT-60共同研究の全体像につき解説する。
波多江 仰紀; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Journal of the Korean Physical Society, 49, p.S160 - S164, 2006/12
誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。液体フロン化合物を用いた位相共役鏡はレーザー平均出力145W(50Hz)の入力で95%以上の反射率を示した。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。初期実験ではJT-60に位相共役鏡を取り付けダブルパス散乱させた結果、散乱光を1.6倍に増加させることができた。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。また、散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化を行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みが効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える368W(7.4J50Hz)に到達した。この結果からITERの周辺トムソン散乱用レーザーで必要とされる5J, 100Hzの出力を得る見通しがついた。これらを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステム、さらに高空間分解型LIDARトムソン散乱用レーザーシステムの設計・検討を行った。
波多江 仰紀; 内藤 磨; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10E508_1 - 10E508_6, 2006/10
被引用回数：30 パーセンタイル：76.98(Instruments & Instrumentation)誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。液体フロン化合物を用いた位相共役鏡はレーザー平均出力145W(50Hz)の入力で95%以上の反射率を示した。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。初期実験ではJT-60に位相共役鏡を取り付けダブルパス散乱させた結果、散乱光を1.6倍に増加させることができた。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。また、散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化を行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みを効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える373W(7.46J50Hz)に到達した。この結果からITERの周辺トムソン散乱用レーザーで必要とされる5J, 100Hzの出力を得る見通しがついた。これらを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステムの検討を行った。
桐山 博光; 山川 考一; 影山 進人*; 宮島 博文*; 菅 博文*; 吉田 英次*; 中塚 正大*
Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 44(10), p.7464 - 7471, 2005/10
被引用回数：2 パーセンタイル：9.29(Physics, Applied)高平均出力・高繰り返しチタンサファイアレーザーの小型化,高効率化を目的として半導体レーザー(LD)励起Nd:YAGレーザーMOPA(Master-Oscillator-Power-Amplifier)システムの開発を行った。本システムは、低い入力エネルギーで高いエネルギー抽出効率を達成するため、レーザービームが励起領域を6回通過できる多重パス増幅方式を採用している。高ビーム品質の増幅を行うためにジグザグスラブ型増幅器で、さらにファラデーローテーター及びSBS位相共役鏡を用いて、それぞれ熱複屈折効果と熱レンズ効果を保証できる構成としている。また、高い変換効率で第二高調波光を発生させるために、非線形光学定数の大きいKTP結晶を採用した。本システムの動作試験を1kHzの高繰り返しで行った。平均のLD入力パワー2.6kWにおいて362Wの高平均出力(1064-nm)を達成した。1500の増幅度並びに14%の光-光変換効率を得た。また、波長変換試験において222Wの入力パワーに対して132Wの高平均第二高調波出力光(532-nm)が60%の高い変換効率で得られた。
波多江 仰紀; 近藤 貴; 内藤 磨; 中塚 正大*; 吉田 英次*
Proceedings of 12th International Symposium on Laser-Aided Plasma Diagnostics (LAPD-12) (CD-ROM), 6 Pages, 2005/09
JT-60の近年のトムソン散乱計測の開発研究について報告を行う。非協同トムソン散乱計測では、誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を応用し、トムソン散乱計測の測定性能改善を図った。トムソン散乱への直接的な応用としては、位相共役鏡によりレーザービームを往復させ、迷光を著しく増加させることなく散乱光を倍増させる手法(ダブルパス散乱)を開発した。ダブルパス散乱を発展させ、一対の位相共役鏡間にレーザー光を閉じ込め、数倍以上の散乱光を発生することができるマルチパス散乱も考案した。散乱光のS/N改善のため、位相共役鏡を既存のYAGレーザー装置に組み込み、レーザー装置の高出力化も行った。位相共役鏡は高出力増幅器で誘起される波面歪みを効果的に補正し、レーザー出力が当初の8倍を超える368W(7.4J50Hz)に到達した。これを踏まえ位相共役鏡を搭載した、最適化されたITER用レーザーシステムの設計・検討を行った。また、JT-60では核燃焼プラズマのイオン温度や高速
粒子の振る舞いを測定する炭酸ガスレーザを用いた協同トムソン散乱計測の開発を行っている。初期実験結果に基づきレーザーの縦モードの質,ヘテロダイン受信機の電気ノイズの低減,光軸調整の改善を進め、2005年冬から始まるJT-60実験では改善された計測装置で測定を行う予定である。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*
プラズマ・核融合学会誌, 80(10), p.870 - 882, 2004/10
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。
桐山 博光; 山川 考一; 永井 亨; 影山 進人*; 宮島 博文*; 菅 博文*; 吉田 英次*; 中塚 正大*
Optics Letters, 28(18), p.1671 - 1673, 2003/09
被引用回数：29 パーセンタイル：74.02(Optics)高平均出力・高繰り返しチタンサファイアレーザーの小型化,高効率化を目的として半導体レーザー(LD)励起Nd:YAGレーザーMOPA(Master-Oscillator-Power-Amplifier)システムの開発を行った。本システムは、低い入力エネルギーで高いエネルギー抽出効率を達成するため、レーザービームが励起領域を6回通過できる多重パス増幅方式を採用している。高ビーム品質の増幅を行うためにジグザグスラブ型増幅器で、さらにファラデーローテーター及びSBS位相共役鏡を用いて、それぞれ熱複屈折効果と熱レンズ効果を補償できる構成としている。また、高い変換効率で第二高調波光を発生させるために、非線形光学定数の大きいKTP結晶を採用した。本システムの動作試験を1kHzの高繰り返し率で行った。平均のLD入力パワー2.6kWにおいて362Wの高平均出力(1064-nm)を達成した。1500の増幅度並びに14%の光-光変換効率を得た。また、波長変換試験において222Wの入力パワーに対して132Wの高平均第二高調波出力光(532-nm)が60%の高い変換効率で得られた。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 内藤 磨; 北村 繁; 佐久間 猛*; 濱野 隆*; 塚原 美光
Proceedings of 29th European Physical Society Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, 4 Pages, 2002/00
誘導ブリルアン散乱(SBS)を用いた位相共役鏡を既存のYAGレーザトムソン散乱装置に応用し、同装置の測定性能の向上を図った。すなわち、YAGレーザ装置に位相共役鏡を組込み、レーザ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レーザの性能は[エネルギー:1.7J,繰り返し:30Hz,平均出力:51W]から[4.1J,50Hz,205W]となり、レーザ性能を著しく向上することができた。一方、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。この性質を利用し位相共役鏡をJT-60U 装置に取り付けることにより、プラズマ中でレーザ光を往復させ散乱光量を約2倍にする原理実証試験を行った。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 内藤 磨
no journal, ,
トムソン散乱は、プラズマの電子温度・密度を測定する計測方法であり、燃焼プラズマの最も重要な診断手法の一つである。核融合炉では、装置が大型かつ複雑になり、また放射線照射に常時さらされるため、トムソン散乱測定系の構成にさまざまな制約が課せられる。この制約を満たし燃焼プラズマ計測のために必須とされているのがレーダーの原理を応用したLIDAR(LIght Detection And Ranging)トムソン散乱法(以下、LIDARと略す)である。一般にLIDARではレーザー入射と観測用のポートは1つで十分であり、多くの計測ポートを占有しない利点がある。国際熱核融合実験炉(ITER)のコアプラズマ計測においてもLIDARが検討されているが、空間分解能は10cm程度が限界であり、輸送障壁などの研究を行うには今後より高い空間分解能のLIDARが必要と考えられている。本研究では、最新のレーザー技術に着目し、LIDARを用いた燃焼プラズマの温度・密度の高空間・高時間分解診断システムの検討を進めている。測定性能としては、空間分解能1cm程度,測定周期100ms以下,電子温度測定領域100eV40keV,密度測定範囲310
310mを目標として設計を行った。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*
no journal, ,
本研究は誘導ブリルアン散乱位相共役鏡を世界に先駆けてトムソン散乱計測へ応用したもので、2倍以上の散乱光を得るマルチパストムソン散乱を提案し、その有効性を初めて大型トカマク装置で実証するとともに、位相共役鏡を搭載した散乱計測用の世界最高性能のレーザー装置を開発している。これらの成果によりトムソン散乱の測定性能を格段に向上し、トムソン散乱の新しい可能性を拓くものとして世界的にも関心を持たれている。以上の理由により平成17年度プラズマ・核融合学会賞(第10回技術進歩賞)を受賞することが決定し、当学会において受賞講演を行うものである。
吉田 英次*; 中塚 正大*; 波多江 仰紀; Lee, S.-K.*; Kong, H.-J.*
no journal, ,
ITERのトムソン散乱計測では電子温度50eV30keVを測定対象としており、コアLIDARではチタンサファイアレーザー(波長800nm,出力0.6J,パルス幅1ns,繰り返し100Hz、及び波長800nm,出力1.8J,パルス幅300ps,繰り返し10Hz),周辺トムソン散乱ではYAGレーザー(波長1064nm,出力5J,パルス幅10ns,繰り返し数100Hz)が必要とされている。その中で、われわれはITERの周辺トムソン散乱計測用YAGレーザの開発研究を進めている。本研究では特に(1)レーザー材料の研究,(2)ビーム結合技術による高出力化の検討をおもに行った。前者では、レーザー媒質として、Cr;Nd共添加YAGセラミックに着目し、レーザー効率の向上、それに伴う励起用電源容量と冷却器の容量の低減を図った。また、後者では、現状のレーザー材料サイズで高出力化を図るためには、多ビーム結合による高出力化が有望であるため、特にSBS位相共役鏡による多ビーム結合による高出力化の検討を行った。この手法では、干渉効果のないマルチビーム結合が実現でき、高出力動作システムの拡張性が広がる。
波多江 仰紀; 中塚 正大*; 吉田 英次*; 内藤 磨; Howard, J.*
no journal, ,
トムソン散乱法は、プラズマの電子温度・密度を測定する計測方法であり、燃焼プラズマの最も重要な診断手法の一つである。核融合炉では、装置が大型かつ複雑になり、また放射線照射に常時さらされるため、トムソン散乱測定系の構成にさまざまな制約が課せられる。この制約を満たし燃焼プラズマ計測のために必須とされているのがLIDARトムソン散乱法(以下、「LIDAR」と略す。)である。国際熱核融合実験炉(ITER)のコアプラズマ計測においてもLIDARが検討されているが、空間分解能は10cm程度が限界であり、輸送障壁などの研究を行うには今後より高い空間分解能のLIDARが必要と考えられている。本研究では、LIDAR方式による燃焼プラズマのための温度・密度の高空間・高時間分解診断システムの検討を進めている。測定性能としては、空間分解能1cm程度,測定周期100ms以下,電子温度測定領域100eV40keV,密度測定範囲
310mを目標とした。おもにレーザー,分光器,検出器について検討を行い、次のことがわかった。(1)レーザーとしてはアレキサンドライトレーザーが最も有望である。(2)高いスループット,波長チャンネル光路を等しくした新型ポリクロメータを提案した。(3)検出器であるストリークカメラは、光電面にGaAsPを用いることにより、従来の数倍の量子効率が得られS/N比が改善される。
