Applications of stimulated brillouin scattering phase conjugate mirror to Thomson scattering diagnostics in JT-60U and ITER

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。

Design and operation of high-energy and high-average-power diode-pumped single Nd:YAG amplifier with stimulated-Brillouion-scattering phase conjugate mirror

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

https://doi.org/10.1143/JJAP.44.7464

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。

Recent R&D of Thomson scattering diagnostics for JT-60U and ITER

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。

Investigation of photo neutralization efficiency of high intensity H beam with Nd:YAG laser in J-PARC

富澤 哲男; 秋川 藤志; 佐藤 進; 上野 彰; 近藤 恭弘; 大井川 宏之; 佐々 敏信; 長谷川 和男; Lee, S.*; 五十嵐 前衛*; et al.

Proceedings of 7th European Workshop on Beam Diagnostics and Instrumentation for Particle Accelerators (DIPAC 2005), p.275 - 277, 2005/00

http://accelconf.web.cern.ch/Accelconf/d05/PAPERS/POW018.PDF

負水素イオンにNd:YAGレーザーを当てると電子が一つはがれて水素イオンに変わる。これがレーザー荷電変換であるが、J-PARCにおけるビームプロファイルモニターや核変換実験施設への低出力陽子ビームの取り出しに応用できる技術である。これらの可能性を確認するために、実際に高周波四重極リニアック(RFQ)出力後のビーム輸送系(MEBT1)に実験装置を設置し、レーザーが当たった時の荷電変換効率を計測した。本稿ではこの実験装置の設置状況とレーザーが当たったすべてのビームが荷電変換した結果を報告する。

リモートモニター用高繰り返しNd:YAGレーザー共振器長制御システムの開発(共同研究)

丸山 庸一郎; 久保村 浩之*; 笠松 直史*; 松岡 伸一*; 中野 文彦*; 菅 博文*

JAERI-Tech 2004-056, 14 Pages, 2004/09

JAERI-Tech-2004-056.pdf:3.49MB

リアルタイムモニター用高平均出力波長可変固体レーザーは、単一周波数で発振する高繰り返しNd:YAGレーザー(ポンプレーザー)の第二高調波によって駆動される。ポンプレーザーは単一周波数で発振する発振器とその増幅器より構成され、光の質は発振器の特性によって決定される。発振器を外部から周波数幅の狭いシーダー光を入射させて単一周波数発振させる場合、ポンプレーザー発振器の共振周波数をシーダーの発振周波数と一致させなければならない。このためポンプレーザー発振器の共振器長を長時間一定に維持するための制御システムを試作し、その制御特性を測定した。この結果、開発した制御システムは3時間以上にわたって共振器長を一定に制御でき、共振器長が変化した場合でも1ショットで単一周波数発振にフィードバックできることを確認した。発振器光のパルス時間幅は約36ns,波長1064nmの基本波を波長532nmの光に変換して測定したポンプレーザー発振器の周波数幅は116MHzであった。また、横モードはTEM00であった。さらに、制御時の発振器のパルスエネルギーは3mJで、増幅器への入力エネルギーとしては十分高い値であった。

ITER NBI保守用セシウム除去装置の概念設計

岡 潔; 柴沼 清

JAERI-Tech 2003-004, 57 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-004.pdf:2.36MB

ITERプラズマ加熱装置の1つである中性子入射装置(NBI装置)において、負イオンを安定に発生させるためにセシウムが必要となる。しかし、NBI装置を長時間運転したあと、セシウムは電極の支持部分を絶縁する部分(碍子)に付着するため、碍子の絶縁抵抗値が低下し、運転の継続が困難となる。このため、一定期間ごとに碍子部分のセシウムを除去及び清掃する必要がある。NBI装置は、プラズマからの中性子照射によって放射化されるため、遠隔操作によるセシウム除去及び清掃を実施するためのシナリオとセシウム除去装置の検討が必要である。このような背景の下、本報告では、レーザーアブレーション法をセシウム除去に適用した場合の除去手順と、遠隔によるセシウム除去装置の概念設計について、その検討結果を報告するものである。

Four-pass quadrature arrangement for highly efficient second-harmonic generation

桐山 博光; 松岡 伸一*; 有澤 孝

JAERI-Research 2001-031, 8 Pages, 2001/05

JAERI-Research-2001-031.pdf:0.44MB

Ti:sapphireレーザーに用いる励起光源のエネルギー利用効率の向上を目的としてNd:YAGレーザー光を効率よく第二高調波光に変換する方式を新たに考案した。KTP結晶を用いた基礎実験において、この方式を用いることにより、76MW/cmの低い入射Nd:YAGレーザー光強度に対して80%の高い変換効率が得られた。607mJの入射Nd:YAGレーザー光に対して486mJの第二高調波出力光が10Hzの繰り返し率で得られた。

Demonstration of quadrature arrangement using CsLiBO crystals

桐山 博光; 松岡 伸一*; 中野 文彦*; 山川 考一

JAERI-Research 2001-019, 7 Pages, 2001/03

JAERI-Research-2001-019.pdf:0.39MB

高出力Nd:YAGレーザーの第二高調波光発生に対してCsLiBO(CLBO)結晶を用いた矩象波長変換方式の可能性について実験的に評価した。3.21Jの入射Nd:YAGレーザー光に対して2.25Jの第二高調波光発生光出力が繰り返し率10Hzで得られた。このときのパワー変換効率は70%以上に相当する。

Optics developments for CPA lasers in JAERI

杉山 僚; 福山 裕康*; 桂山 政道*; 安斎 裕*

電気学会光・量子デバイス研究会OQD-00-50, p.23 - 28, 2000/10

ペタワット級CPAレーザーには、従来になく大型かつ光学的品質の優れたNd:YAG及びチタンサファイア結晶が不可欠である。われわれは、これらの結晶を作成するために、2つの全く異なる方法について研究を行っている。第一の方法である2重るつぼ法により、全長185mmのNd:YAG結晶の育成に成功した。育成方向に現れるNdのドープ濃度変化量は、4%と、従来比の1/4の均一な結晶を得ることができた。また、第二の直接接合法により、石英ガラスや各種レーザー結晶の接合を行った。接合したチタンサファイア結晶について3種類の測定方法により評価した結果、接合部は光学的に良好であり、レーザー素子として使用できることを明らかにした。

Development of in-pipe access welding and cutting tool using YAG laser

岡 潔; 多田 栄介; 木村 盛一郎*; 小川 正*; 佐々木 奈美*

High-power Lasers in Manufacturing (Proceedings of SPIE Vol.3888), p.702 - 709, 1999/11

国際熱核融合実験炉(ITER)ではD-T燃焼により炉内機器は放射化されるため、遠隔機器による保守・交換作業が必要となる。これら炉内機器には、冷却配管が付属しているため、配管内からのアクセスによる溶接・切断・検査装置の開発が急務であった。これまでに、ブランケットの冷却配管を対象とし、曲がり部を通過後、枝管を溶接・切断することを可能とした加工ヘッド及び移動機構を製作してきた。今回、この装置を使用して、実際に溶接・切断試験を実施し、配管での最適な加工パラメータの取得を行った。さらに、通常の溶接・切断試験だけでなく、同じ配管試験片を使用した繰り返し溶接・切断試験を実施し、レーザ切断後の繰り返し再溶接が可能であることを確認した。併せて、溶接・切断・観察を1本の光ファイバで兼用可能なシステムを開発し、基礎試験を行うことで、その有効性を確認した。