JP2006078494A - Polarimeter for measuring electron density of tokamak device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure polarization angle rotation for measuring electron density of a tokamak device, and to stably measure the electron density of the tokamak device with high reliability. <P>SOLUTION: A light source for generating a single wavelength of light is arranged in an outside of the tokamak device. The single wavelength of light gets incident into plasma inside the tokamak device, by the light source. The wavelength has a length of a wavelength of a Faraday rotation angle due to the plasma exhibiting the Faraday rotation angle larger than a measured polarization angle resolution. The single wavelength of light emitted from the plasma is detected to measure the Faraday rotation angle by a polarization detecting/measuring means. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、偏光計に関し、詳細には被測定対象以外の物によるファラデー回転が測定の際含まれる場合に被測定対象のファラデー回転を測定することができる偏光計及びトカマク装置の電子密度測定に適した偏光計に関する。   The present invention relates to a polarimeter, and in particular, for measuring the electron density of a polarimeter and a tokamak device that can measure the Faraday rotation of the object to be measured when Faraday rotation by an object other than the object to be measured is included in the measurement. It relates to a suitable polarimeter.

トカマク装置の運転では、電子密度を常時信頼性高く測定することが必要不可欠である。この目的で、一般に干渉法による密度測定が多数のトカマク装置で行われてきている。大型トカマクの電子密度測定用レーザー干渉計は、その測定原理から来る弱点、即ち、干渉条件がある理由で壊れたとき「フリンジ跳び」と呼ばれる現象を有する。一旦「フリンジ跳び」が生じると、密度信号の信頼性はその後低減されることになる。トカマクの運転では、プラズマの電子密度をフィードバック制御し所定の値に維持することが通常行われる。このとき、多くの場合レーザー干渉計やマイクロ波干渉計がフィードバックの参照信号を生成する電子密度モニタとして用いられている。一般に干渉計ではプラズマ生成時よりの時間発展を追うため、途中、何らかの理由でフリンジ跳びが発生したり、ノイズが混入したりした場合、それ以降のデータの信頼性が低下してしまう。電子密度の信頼性のあるフィードバック制御は正確な密度信号を必要とするので、一層安定なシステムが開発されるべきである。   In the operation of tokamak devices, it is essential to always measure the electron density with high reliability. For this purpose, density measurement by interferometry has generally been performed in a number of tokamak devices. The laser interferometer for measuring the electron density of a large tokamak has a weak point that comes from its measurement principle, that is, a phenomenon called “fringe jump” when it breaks due to interference conditions. Once a “fringe jump” occurs, the reliability of the density signal will then be reduced. In the operation of the tokamak, the plasma electron density is usually feedback controlled and maintained at a predetermined value. In many cases, a laser interferometer or a microwave interferometer is used as an electron density monitor for generating a feedback reference signal. In general, since interferometers follow the time development from the time of plasma generation, if for some reason a fringe jump occurs or noise is mixed in during the process, the reliability of the subsequent data is lowered. Since reliable feedback control of electron density requires an accurate density signal, a more stable system should be developed.

干渉計においては、問題とする時制までの位相シフト信号の時間履歴がその時制に関するデータを得るため通常必要とされる。これと対照的に、偏光計においていずれのサンプリング時間に測定されたファラデー回転角は、個々にデータ、即ち電子密度とレーザー・ビームに平行な磁界との積を提供することができる。垂直コードに沿ったCOレーザー偏光測定を指向した2、3の研究があるにも拘わらず、予備的なデータのみしか得られなかった。更に、現在のトカマクにおける実際の接線コード偏光測定に関する研究はなかった。従って、トロイダル接線ファラデー回転の有効性を実地で立証することが、国際熱核融合実験炉(ITER)についての密度測定を確立するために必要とされていた。なお、参考として図7にトカマク装置の一つであるJT−60Uの接線コードを示す。 In an interferometer, a time history of the phase shift signal up to the tense in question is usually required to obtain data relating to that tense. In contrast, the Faraday rotation angle measured at any sampling time in the polarimeter can individually provide the data, ie the product of the electron density and the magnetic field parallel to the laser beam. Despite a few studies aimed at CO 2 laser polarization measurements along the vertical code, only preliminary data were obtained. Furthermore, there were no studies on actual tangential code polarimetry in current tokamaks. Therefore, demonstration of the effectiveness of toroidal tangential Faraday rotation was needed to establish density measurements for the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). For reference, FIG. 7 shows a tangent code of JT-60U which is one of the tokamak devices.

トカマク装置におけるレーザー光を光源とする偏光測定の方法としては、従来、ヘテロダイン光干渉検出で偏光角の直交成分強度を計測するもの、レーザー光として右回りと左回りの円偏光レーザーを用いるもの、レーザー光の偏光角を電気光学変調器で変調するもの、などがある。しかし、大型トカマクで想定されるようなレーザー光軸の変位による入射レーザー光強度変化や光学部品の劣化によるレーザー光品質の低下などが大きい条件下では、上記の方法では、信頼性の高い計測は困難であると考えられ、また干渉計測との両立が難しくなることが考えられる。   As a method of measuring polarization using a laser beam as a light source in a tokamak device, conventionally, measuring the orthogonal component intensity of the polarization angle by heterodyne light interference detection, using a clockwise and counterclockwise circularly polarized laser as the laser beam, There are those that modulate the polarization angle of laser light with an electro-optic modulator. However, under the conditions where the incident laser beam intensity changes due to the displacement of the laser beam axis as expected in a large tokamak and the laser beam quality decreases due to degradation of optical components, the above method does not provide reliable measurements. It may be difficult, and it may be difficult to achieve compatibility with interference measurement.

また、実際のトカマク装置では、レーザー光のファラデー回転はプラズマによるものの他に真空窓、即ち真空封じきり窓によるものが加算されると考えられ、しかも真空窓によるファラデー回転は計測上無視できないほどの大きさを有する場合がある。この場合、従来の偏光計ではプラズマによるもののみのファラデー回転を測定できないことになる。   In an actual tokamak device, the Faraday rotation of the laser beam is considered to be added by the vacuum window, that is, the vacuum sealed window in addition to the plasma, and the Faraday rotation by the vacuum window is not negligible for measurement. May have a size. In this case, the conventional polarimeter cannot measure the Faraday rotation only due to the plasma.

本発明の課題は、トカマク装置の電子密度測定用偏光計を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a polarimeter for measuring electron density of a tokamak device.

上記課題を解決するため、本発明によるトカマク装置の電子密度測定用偏光計は、1つの波長の光を発生する光源であって、トカマク装置の外部に配置され、前記1つの波長の光を前記トカマク装置内のプラズマに入射し、前記波長は、前記プラズマによるファラデー回転角であってその測定偏光角分解能より大きいファラデー回転角を呈する波長の長さを有する、前記光源と、前記プラズマから出射された前記1つの波長の光の偏光を検出して、前記ファラデー回転角を測定する偏光検出・測定手段とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a polarimeter for measuring electron density of a tokamak device according to the present invention is a light source that generates light of one wavelength, and is disposed outside the tokamak device, and transmits the light of the one wavelength. The light is incident on the plasma in the tokamak device, and the wavelength is a Faraday rotation angle by the plasma and has a length of a wavelength that exhibits a Faraday rotation angle larger than the resolution of the measured polarization angle, and is emitted from the plasma. And a polarization detecting / measuring means for detecting the polarization of the light having the one wavelength and measuring the Faraday rotation angle.

本発明は、上記の構成を有することにより、トカマク装置の電子密度を測るため偏光角回転が測定できるようになり、そしてトカマク装置の電子密度を高い信頼性でもって安定に測定することができる。   According to the present invention having the above-described configuration, the polarization angle rotation can be measured to measure the electron density of the tokamak device, and the electron density of the tokamak device can be stably measured with high reliability.

本発明のトカマク装置の電子密度測定用偏光計の1つの好適態様においては、光源の波長として2つの異なる波長を用いることにより、被測定対象物以外の偏光させる物がある場合にも被測定対象物により生じる偏光を測定できる。   In one preferred embodiment of the polarimeter for measuring electron density of the tokamak device of the present invention, the object to be measured can be obtained even when there is an object to be polarized other than the object to be measured by using two different wavelengths as the wavelength of the light source. The polarization generated by the object can be measured.

更に、本発明のトカマク装置の電子密度測定用偏光計の別の好適態様においては、偏光検出のため光弾性変調手段を用いることにより、次のとおりの効果を奏する。
(1)偏光計測において光干渉プロセスが無いので、光干渉に要求される高いレーザー光品質が不要となる。
Furthermore, in another preferred embodiment of the polarimeter for measuring the electron density of the tokamak device of the present invention, the following effects can be obtained by using the photoelastic modulation means for detecting the polarization.
(1) Since there is no optical interference process in polarization measurement, high laser light quality required for optical interference becomes unnecessary.

(2)レーザー光の変調が不要なので、構成が簡単になり、干渉計との両立を容易に達成できる。
(3)光弾性変調器を1対にした場合には、更に1つの光検出器で偏光角の2つの直交成分を検出し、その信号比により偏光角を測定することができ、これにより入射レーザー光強度及び伝搬軸の変動の影響を受けないようにすることができる。即ち、レーザー出力の揺らぎやミラーの機械的振動変位などによるレーザー受光強度変動及び伝搬軸の変動に影響されず安定した回転角検出ができる。
(2) Since the modulation of the laser beam is not required, the configuration is simplified and compatibility with the interferometer can be easily achieved.
(3) When a pair of photoelastic modulators is used, two orthogonal components of the polarization angle can be detected by a single photodetector, and the polarization angle can be measured based on the signal ratio. It is possible to avoid the influence of fluctuations in the laser light intensity and the propagation axis. In other words, stable rotation angle detection can be performed without being affected by fluctuations in the received light intensity of the laser and fluctuations in the propagation axis due to fluctuations in laser output, mechanical vibration displacement of the mirror, and the like.

(4)トカマク装置に使用した場合、トロイダル接線方向に伝搬するレーザー光のプラズマによるファラデー回転角を偏光計測することによりプラズマ電子密度を測定できる。特に、ITERにおいては、炭酸ガスレーザー光を光源とした偏光計は、電子密度モニタとして一般的な干渉計より安定な計測が可能である。   (4) When used in a tokamak device, the plasma electron density can be measured by measuring the Faraday rotation angle of the laser light plasma propagating in the toroidal tangential direction. In particular, in ITER, a polarimeter using a carbon dioxide laser beam as a light source can measure more stably than a general interferometer as an electron density monitor.

(5)本発明の偏光計は干渉法によるものと比べて、外来ノイズに影響されにくい。   (5) The polarimeter of the present invention is less susceptible to external noise than the interferometric method.

初めに、本発明の2波長偏光計(2色光偏光計ともいう。)についてトカマク装置におけるプラズマによる偏光を測定する事例で説明する。
プラズマにおいて直線偏光レーザー・ビームのファラディー回転角αはほぼ次のとおり表される。
First, the two-wavelength polarimeter (also referred to as a two-color light polarimeter) of the present invention will be described with reference to an example of measuring polarization by plasma in a tokamak device.
In the plasma, the Faraday rotation angle α p of the linearly polarized laser beam is approximately expressed as follows.

Figure 2006078494
Figure 2006078494

ここで、eは電子の電荷、mは電子の質量、εは真空の誘電率、cは真空における光の速度、kはレーザー・ビームの波数(2π/λ)、λはレーザーの波長、nは電子密度、B‖(以下この記号はBに‖を下付きとした記号を表すものとする。)はビーム伝搬方向に対して平行な磁界強度をそれぞれ表し、積分はレーザー・ビームの伝搬経路に沿って実行される。 Where e is the charge of the electron, m e is the mass of the electron, ε 0 is the vacuum dielectric constant, c is the speed of light in vacuum, k is the wave number of the laser beam (2π / λ), and λ is the wavelength of the laser. , n e is the electron density, B‖ (hereinafter this symbol denote the symbols have the ‖ to B and subscript.) represents respectively a parallel magnetic field strength with respect to the beam propagation direction, integral laser beam It is executed along the propagation path.

通常、測定された回転角は、プラズマによるばかりでなく真空窓によるファラデー回転を含む。   Usually, the measured rotation angle includes Faraday rotation not only by the plasma but also by the vacuum window.

Figure 2006078494
Figure 2006078494

ここで、Vは窓材料のベルデ定数、B‖は窓でのビーム伝搬に対して平行な磁界強度、dは窓の実効的厚さをそれぞれ表す。αが重大なオフセット成分として無視し得ない場合、αは測定された回転角から排除されねばならない。この目的のため、異なる波長レーザーを有する2つの偏光計により測定し、以下のように書ける回転角α及びαのため2波長レーザー偏光計を案出した。 Here, V is the Verdet constant of the window material, B‖ w is parallel magnetic field strength relative to the beam propagation in the window, d w respectively represent the effective thickness of the window. If α w cannot be ignored as a significant offset component, α w must be excluded from the measured rotation angle. For this purpose, a two-wavelength laser polarimeter was devised for the rotation angles α 1 and α 2 measured with two polarimeters with different wavelength lasers and written as:

Figure 2006078494
Figure 2006078494

ここで、下付き文字1及び2は異なる波長を示す。式(3)における積分は容易に以下のように得られる。 Here, subscripts 1 and 2 indicate different wavelengths. The integral in equation (3) is easily obtained as follows.

Figure 2006078494
Figure 2006078494

ここで、Rはベルデ定数の比R=V/Vである。こうして、真空窓でのファラデー回転成分は2波長偏光計の構成を用いて排除される。ベルデ定数の波長依存性、即ちV≒(k/kが使用のため有効であるとき、式(4)は次のように書き得る。 Here, R V is the ratio of Verde constants R V = V 1 / V 2 . Thus, the Faraday rotation component at the vacuum window is eliminated using the dual wavelength polarimeter configuration. When the wavelength dependence of the Verde constant, ie V 2 ≈ (k 2 / k 1 ) 2 V 1, is valid for use, equation (4) can be written as:

Figure 2006078494
Figure 2006078494

上記の2波長構成における実効的な分解能は、信号対雑音比S/Nを考慮することにより評価される。式(5)から、S/Nは、以下のように最後の括弧の精度により決定される。 The effective resolution in the above two-wavelength configuration is evaluated by considering the signal to noise ratio S / N. From equation (5), S / N is determined by the precision of the last parenthesis as follows.

Figure 2006078494
Figure 2006078494

ここで、rαは各偏光計の回転角の元の分解能であり、xは波長の比k/kであり、rα effは2波長偏光計における回転角の実効的な分解能である。従って、実効的な分解能は元の分解能より(1−1/x)のファクタだけ小さくなる。 Here, r α is the original resolution of the rotation angle of each polarimeter, x is the wavelength ratio k 2 / k 1 , and r α eff is the effective resolution of the rotation angle in the two-wave polarimeter. . Therefore, the effective resolution is smaller than the original resolution by a factor of (1-1 / x 2 ).

以上説明したように、異なる2つの波長レーザーを用いることにより、トカマク装置における真空窓により生じる偏光は測定結果から排除され、プラズマによる偏光のみが測定できる。本発明は、上記の説明から明らかなように、用いる光源はレーザーに限定されず、いずれの種類の光源でも良い。また、被測定対象物及びそれ以外の偏光させる物もそれぞれプラズマや真空窓に限定されず、偏光を生じさせる物であれば良いことは明らかである。   As described above, by using two different wavelength lasers, the polarization generated by the vacuum window in the tokamak device is excluded from the measurement result, and only the polarization by the plasma can be measured. As is clear from the above description, the light source used in the present invention is not limited to a laser, and any type of light source may be used. Further, the object to be measured and the other polarizing object are not limited to the plasma and the vacuum window, respectively, and it is obvious that the object to be polarized may be used.

次に、本発明によるトカマク装置の電子密度測定用偏光計の好適な実施形態を説明する。
本発明の2波長偏光計に関する上記に示された結果に従って、2波長レーザー偏光計をJT−60U及びITERに対して検討した。表1は、真空窓の数個のパラメータを含むJT−60U及びITERの典型的なパラメータを示す。
Next, a preferred embodiment of a polarimeter for measuring electron density of a tokamak device according to the present invention will be described.
In accordance with the results shown above for the dual wavelength polarimeter of the present invention, a dual wavelength laser polarimeter was studied against JT-60U and ITER. Table 1 shows typical parameters for JT-60U and ITER, including several parameters for the vacuum window.

Figure 2006078494
Figure 2006078494

表1の見方は次のとおりである。Rは真空容器の中心の主半径であり、αはプラズマの副半径である。nは電子密度であり、Bt0はRでのトロイダル磁界である。Rは真空窓の位置の主半径であり、B‖はRでのレーザー・ビームに平行のトロイダル磁界であり、dはレーザー・ビームがそこを通るのを経験する真空窓の厚さである。JT−60Uの場合、典型的なプラズマ・パラメータと、現在の2波長COレーザー干渉計の幾何学的形状とが選択される。ITERにとって、Rに対する接線を有するトロイダル接線コードが考慮される。R及びdは、JT−60Uにとって適切な半径及び及び同じ厚さであるようそれぞれ選択される。 The view of Table 1 is as follows. R 0 is the main radius of the center of the vacuum vessel, and α p is the secondary radius of the plasma. ne is the electron density and B t0 is the toroidal magnetic field at R 0 . R w is the major radius of the position of the vacuum window, B‖ w are parallel toroidal magnetic field to the laser beam at R w, d w is the vacuum window experiencing the laser beam therethrough thickness That's it. For JT-60U, typical plasma parameters and current two-wavelength CO 2 laser interferometer geometry are selected. For ITER, a toroidal tangent code with a tangent to R0 is considered. R w and d w are each selected to be the appropriate radius and the same thickness for JT-60U.

ここで、真空窓の法線が接線ビーム経路に殆ど平行であるように真空窓が向けられている場合を議論する。この場合、トロイダル磁界が、水平磁界よりむしろ真空窓でのファラデー回転に対して検討されるべきである。トロイダル磁界成分が無視し得るにも拘わらず真空窓がそれらの法線が半径方向であるように向けられる場合は議論されない。それは、接線コードを実現するため折り返しミラーが真空容器の内部に設置されねばならないからである。実際の装置においては、トカマク運転によりこれらのミラーの損傷は重大であり得る。偏光計の波長の組み合わせの考慮のため、表2は、可視から遠赤外までの範囲にある波長の幾つかのレーザーに対して評価されたファラデー回転角を示す。   Now consider the case where the vacuum window is oriented so that the normal of the vacuum window is almost parallel to the tangential beam path. In this case, the toroidal field should be considered for Faraday rotation in the vacuum window rather than the horizontal field. It is not discussed when the vacuum windows are oriented so that their normals are radial, despite the negligible toroidal field component. This is because the folding mirror must be installed inside the vacuum vessel to realize the tangential cord. In actual equipment, damage to these mirrors can be significant due to tokamak operation. For consideration of polarimeter wavelength combinations, Table 2 shows the Faraday rotation angles evaluated for several lasers with wavelengths ranging from the visible to the far infrared.

Figure 2006078494
Figure 2006078494

表2において、λはレーザー光の波長であり、αはプラズマ内でのレーザー伝搬の往復経路に対するプラズマによるファラデー回転角であり、αは真空窓の材料によるファラデー回転角である。αの評価に対して、プラズマの空間一様な密度分布が仮定されている。αの評価に対して、硫化鉛(ZnS)が真空窓の材料であると仮定されている。ここで、ZnSのベルデ定数はλ−2に比例することが仮定されている。 In Table 2, λ is the wavelength of the laser light, α p is the Faraday rotation angle by the plasma with respect to the round trip path of laser propagation in the plasma, and α w is the Faraday rotation angle by the material of the vacuum window. for the evaluation of alpha p, spatial uniform density distribution of the plasma is assumed. for the evaluation of alpha w, it is assumed that the lead sulfide (ZnS) is a material of the vacuum window. Here, it is assumed that the Verde constant of ZnS is proportional to λ- 2 .

JT−60Uにおける2波長COレーザー干渉計の経験に基づいて、COレーザーの10.6及び9.27μmの2つの異なる波長が考慮される。表2を用いて、YAG緑色レーザー及びYAG−近赤外レーザーが除外される。それは、プラズマ内でのそれらのファラデー回転角が実質的に小さく、一方真空窓でのそれらのファラデー回転角は大き過ぎて容易に測定することができないからである。CHOHレーザーも、プラズマ内のそのファラデー回転が測定するには大き過ぎるので除外される。COレーザーは使用の可能性があるが、しかしCOガスを取り扱う危険は好ましくない。プラズマ内及び真空窓内の双方における中庸の回転角が、10.6及び9.27μmの2つの異なるCO波長に対して示されている。従って、それらは、偏光計にとって最も好ましい組み合わせを提供する。当然に、この偏光計は2波長COレーザー偏光計と呼ばれるべきであるが当該偏光計は2波長COレーザー干渉計と互換性がある。2波長CO偏光計の〜100のS/NがITERにとって必要とされるとき、式(5)を用いることにより、rα effが0.42°より良くあるべきであり、又はrαは0.1°より良くあるべきである。 Based on experience with a two-wavelength CO 2 laser interferometer in JT-60U, two different wavelengths of CO 2 laser of 10.6 and 9.27 μm are considered. Table 2 is used to exclude YAG green lasers and YAG-near infrared lasers. This is because their Faraday rotation angle in the plasma is substantially small, while their Faraday rotation angle in the vacuum window is too large to be easily measured. A CH 3 OH laser is also excluded because its Faraday rotation in the plasma is too large to measure. CO lasers may be used, but the danger of handling CO gas is undesirable. Moderate rotation angles both in the plasma and in the vacuum window are shown for two different CO 2 wavelengths of 10.6 and 9.27 μm. They therefore provide the most preferred combination for the polarimeter. Naturally, this polarimeter It should be called two-wavelength CO 2 laser polarimeter The polarimeter has two laser interferometers compatible 2-wavelength CO. When ˜100 S / N of a two-wavelength CO 2 polarimeter is required for ITER, by using equation (5), r α eff should be better than 0.42 °, or r α is Should be better than 0.1 °.

大型トカマク用の偏光測定は検出器での測定用レーザー・ビームにおけるいずれの変化に対しても感応すべきでない。しかしながら、大型の装置においては、検出器での測定用レーザー・ビームの強度は、幾つかの理由のため、例えば、プラズマ内のレーザー・ビームの屈折、ミラー取り付け構造体の変位及び振動、レーザー・ガイド光学系の伝送低減、発振器の出力パワーの揺らぎ等のため変化する場合がある。ミラー取り付け構造体の変位及び振動はまた測定用レーザーの伝搬ビーム軸のシフトを生じる。これらの問題を考慮し、且つフリンジ跳びのようなエラーを避けるため、干渉信号の偏光面の2つの直交成分を測定する通常の偏光計は適切でない。電気光学変調器を用いる偏光変調技術はまたこの状況においては不利であるように見える。上記技術により得られる回転角は測定用レーザー・ビームの強度に直接関係するので、データの正確さは、レーザー・ビームの強度が著しく変化するとき低減される。従って、本発明者は、大型トカマクについての安定な偏光測定のため1対の光弾性変調器(PEM)を用いる偏光検出を案出した。図1は、本発明の好適な1実施形態によるPEMを用いるCOレーザー偏光計の概略図を示す。偏光計は、2つの光弾性変調器(PEM1及びPEM2)10及び12、偏光子14、及びHgCdTe検出器16を備える。なお、偏光計としては、光源、この場合はCOレーザーを有するが、図1には図示していない。各PEM 10及び12はf(37kHz)及びf(50kHz)の異なる駆動周波数により駆動され、双方のPEM 10及び12は入射COレーザー・ビームの偏光面に対して45°と0°との異なる偏光配位角に整列されている。このように、駆動周波数の異なる2つの光弾性変調器を光軸の回りに45度回転して組み合わせ、1つの検出器で偏光角の2つの直交成分を計測できることが本実施形態の特徴の1つである。検出された信号は、PEM1及びPEM2の駆動周波数に対して2倍にされた周波数、即ち2f(74kHz)及び2f(100kHz)に対応する異なるロックイン周波数により2つのロックイン増幅器18及び19により分析される。 Polarization measurements for large tokamaks should not be sensitive to any changes in the measuring laser beam at the detector. However, in large devices, the intensity of the measurement laser beam at the detector can be due to several reasons, such as refraction of the laser beam in the plasma, displacement and vibration of the mirror mounting structure, laser It may change due to reduction in transmission of the guide optical system, fluctuation of the output power of the oscillator, and the like. Displacement and vibration of the mirror mounting structure also causes a shift of the propagation beam axis of the measuring laser. To account for these problems and avoid errors such as fringe jumping, a conventional polarimeter that measures the two orthogonal components of the plane of polarization of the interference signal is not appropriate. Polarization modulation techniques using electro-optic modulators also appear to be disadvantageous in this situation. Since the rotation angle obtained by the above technique is directly related to the intensity of the measuring laser beam, the accuracy of the data is reduced when the intensity of the laser beam changes significantly. The inventor has therefore devised polarization detection using a pair of photoelastic modulators (PEMs) for stable polarization measurements on large tokamaks. FIG. 1 shows a schematic diagram of a CO 2 laser polarimeter using a PEM according to a preferred embodiment of the present invention. The polarimeter comprises two photoelastic modulators (PEM 1 and PEM 2) 10 and 12, a polarizer 14, and an HgCdTe detector 16. The polarimeter has a light source, in this case a CO 2 laser, which is not shown in FIG. Each PEM 10 and 12 is driven by a different drive frequency of f 1 (37 kHz) and f 2 (50 kHz), both PEMs 10 and 12 being 45 ° and 0 ° with respect to the plane of polarization of the incident CO 2 laser beam. Are aligned at different polarization coordination angles. As described above, one feature of the present embodiment is that two orthogonal components of the polarization angle can be measured with one detector by combining two photoelastic modulators having different driving frequencies by rotating 45 degrees around the optical axis. One. The detected signal has two lock-in amplifiers 18 and 19 with different lock-in frequencies corresponding to the frequency doubled with respect to the driving frequency of PEM1 and PEM2, ie 2f 1 (74 kHz) and 2f 2 (100 kHz). Is analyzed.

入射COレーザー・ビームの偏光面の回転角は、単純に以下のとおり決定される。 The rotation angle of the plane of polarization of the incident CO 2 laser beam is simply determined as follows.

Figure 2006078494
Figure 2006078494

ここで、αは入射レーザーの偏光面の回転角であり、Vout1及びVout2は2つのロックイン増幅器の出力電圧である。偏光計のこの構成は、光の検出可能な波長を除いて、トカマクにおけるプラズマ電流分布測定のためのモーショナルシュタルク効果偏光計に使用されるものと大部分同じである。即ち、この方式は可視領域ではモーショナルシュタルク効果測定などに実績があるが、炭酸ガスレーザーの赤外波長領域(〜10μm)における性能については新たに評価する必要がある。そこで、偏光角検出部の較正試験を行ったところ、ITERで想定されるファラデー回転角〜40度程度までの範囲では、適当な近似関数を用いることにより0.1度以内の偏光角分解能が得られることが分かった。図1に示す構成により、十分な精度でファラデー回転角測定を行えることが期待できる。単一の検出器がレーザー・ビームの偏光角の2つの直交成分を提供するので、偏光計は、PEM1の変調周波数内で測定用レーザー・ビームの伝搬軸及び強度の変化に基本的に感応しない。1対の偏光計は、2波長COレーザー偏光計に用いられる。 Here, α is the rotation angle of the polarization plane of the incident laser, and V out1 and V out2 are the output voltages of the two lock-in amplifiers. This configuration of the polarimeter is largely the same as that used in the motional Stark effect polarimeter for plasma current distribution measurements in the tokamak, except for the detectable wavelength of light. That is, although this method has a track record in measuring the motional Stark effect in the visible region, it is necessary to newly evaluate the performance of the carbon dioxide laser in the infrared wavelength region (-10 μm). Therefore, when a calibration test of the polarization angle detection unit was performed, a polarization angle resolution within 0.1 degrees was obtained by using an appropriate approximate function in the range from the Faraday rotation angle assumed to ITER to about 40 degrees. I found out that With the configuration shown in FIG. 1, it can be expected that the Faraday rotation angle can be measured with sufficient accuracy. Since a single detector provides two orthogonal components of the polarization angle of the laser beam, the polarimeter is essentially insensitive to changes in the propagation axis and intensity of the measuring laser beam within the modulation frequency of PEM1. . A pair of polarimeters are used in a two wavelength CO 2 laser polarimeter.

従って、本発明の偏光計は、光弾性変調器を採用することにより、次のとおりの効果を生じる。即ち、
(1)偏光計測において光干渉プロセスが無いので、光干渉に要求される高いレーザー光品質が不要となる。
Therefore, the polarimeter of the present invention produces the following effects by adopting the photoelastic modulator. That is,
(1) Since there is no optical interference process in polarization measurement, high laser light quality required for optical interference becomes unnecessary.

(2)レーザー光の変調が不要なので、構成が簡単になり、また後述するように、干渉計との両立を容易に達成できる。
(3)光弾性変調器を1対にした場合には、更に1つの光検出器で偏光角の2つの直交成分を検出し、その信号比により偏光角を測定することができ、これにより入射レーザー光強度及び伝搬軸の変動の影響を受けないようにすることができる。即ち、レーザー出力の揺らぎやミラーの機械的振動変位などによるレーザー受光強度変動及び伝搬軸の変動に影響されない安定した回転角を検出できる。
(2) Since the modulation of the laser beam is not required, the configuration is simplified, and compatibility with the interferometer can be easily achieved as will be described later.
(3) When a pair of photoelastic modulators is used, two orthogonal components of the polarization angle can be detected by a single photodetector, and the polarization angle can be measured based on the signal ratio. It is possible to avoid the influence of fluctuations in the laser light intensity and the propagation axis. That is, it is possible to detect a stable rotation angle that is not affected by fluctuations in the received light intensity of the laser and fluctuations in the propagation axis due to fluctuations in laser output, mechanical vibration displacement of the mirror, and the like.

(4)トカマク装置に使用した場合、トロイダル接線方向に伝搬するレーザー光のプラズマによるファラデー回転角を偏光計測することによりプラズマ電子密度を測定できる。特に、ITERにおいては、炭酸ガスレーザー光を光源とした偏光計は、電子密度モニタとして一般的な干渉計より安定な計測が可能である。   (4) When used in a tokamak device, the plasma electron density can be measured by measuring the Faraday rotation angle of the laser light plasma propagating in the toroidal tangential direction. In particular, in ITER, a polarimeter using a carbon dioxide laser beam as a light source can measure more stably than a general interferometer as an electron density monitor.

(5)本発明の偏光計は干渉法によるものと比べて、外来ノイズに影響されにくい。
次に、本発明のトカマク装置の電子密度測定用偏光計が干渉計との共用に適したものであることを説明する。
(5) The polarimeter of the present invention is less susceptible to external noise than the interferometric method.
Next, it will be described that the polarimeter for measuring electron density of the tokamak device of the present invention is suitable for use with an interferometer.

従来の技術によれば、前述のように、偏光と干渉を同時に測定する方法としては次の3つが大きく考えられる。1つは、偏光角が互いに直交している2つの干渉計を用い、干渉を計ると共に、干渉させて偏光をも計るものである。2つめは、直線偏波を右回りと左回りの円偏波変調して干渉させて干渉と同時に偏光を計るものである。3つめは、直線偏波の偏光角を時間と共に変えて干渉させ、干渉と同時に偏光を計るものである。これらの方法においては、干渉させること、又は円偏波変調、あるいは偏光角を時間と共に変えることが大変で、偏光と干渉を同時に測定することは容易ではなかった。   According to the prior art, as described above, the following three methods can be considered as a method for simultaneously measuring polarization and interference. One is to use two interferometers whose polarization angles are orthogonal to each other to measure interference and to measure polarization by causing interference. The second is to measure the polarization at the same time as the interference by modulating the linearly polarized light in the clockwise and counterclockwise circular polarization to cause interference. The third is to change the polarization angle of linearly polarized light with time to cause interference and measure the polarization simultaneously with the interference. In these methods, it is difficult to cause interference, circular polarization modulation, or changing the polarization angle with time, and it is not easy to measure polarization and interference simultaneously.

本発明のトカマク装置の電子密度測定用偏光計を用いて、2つの波を干渉させること、円偏波変調させること、偏光角を時間と共に変えることのいずれもしないで干渉と偏光とを同時に測定することができるようにした本発明の好適な一実施形態を図2に示す。なお、干渉測定系は既知のものである。図2において、参照番号20及び22は、光源である炭酸ガスレーザーであり、2つの炭酸ガスレーザーは異なる波長、9.27μmと10.6μmとを有する。炭酸ガスレーザー20は干渉と偏光の両方の測定用光源として用いられ、炭酸ガスレーザー22は干渉測定用の光源として用いられている。参照番号24は偏光検出部を示し、該偏光検出部24は、2つの光弾性変調器(PEM1及びPEM2)50及び52、偏光子(P)54、フィルタ56及び検出ユニット58を含む。光弾性変調器50及び52は、図1に示す実施形態における光弾性変調器10及び12のそれぞれと同じである。検出ユニット58は、図1に示す実施形態におけるHgCdTe検出器16及び2つのロックイン増幅器18及び20と同じ構成要素を含む。フィルタ56は、9.27μmのレーザー・ビームを透過し、10.6μmのレーザー・ビームを遮断する。参照番号26は干渉検出部であり、該干渉検出部26は、2つの検出器60及び62、2つのフィルタ64及び66、複数の全反射ミラーTM、9.27μmのみ用の反射器として作用する複数のダイクロイック・ミラーDM、及び複数の半反射ミラーHMを有する。フィルタ64は10.6μmのレーザー・ビームを透過し、9.27μmを遮断し、一方フィルタ66はその逆である。炭酸ガスレーザー20及び22と偏光検出部24及び干渉検出部26との間に設けられた構成要素はそれぞれ次のとおりである。参照符号BE1〜BE3で示される構成要素は遅延光学部に伝搬されるようにレーザー・ビーム・パラメータを変更するためのビーム・エクスパンダーであり、参照符号AOM1〜AOM2は、ヘテロダイン検出のための周波数シフターとして用いられる音響−光学変調器であり、参照符号TMは全反射ミラーであり、参照符号HMは半反射ミラーであり、参照符号MDは9.27μmのみ用の反射器として作用する複数のダイクロイック・ミラーであり、参照符号Lはレンズである。そして、レンズLの後に設けられたビーム・スプリッタ(BS)28は、偏光と干渉とを同時に測定するために特に設けられたものであり、図2に示す本発明の実施形態を特徴付けるものの1つである。該ビーム・スプリッタ28の透過と反射の割合は2:8にされている。参照符号Vis−HeNeは可視HeNeレーザーであり、該可視HeNeレーザーは光学部品を整列させるため用いられるが、偏光及び干渉を測定するのに直接用いるものではない。   Using the polarimeter for electron density measurement of the tokamak device of the present invention, it is possible to measure interference and polarization simultaneously without interfering two waves, modulating the circular polarization, or changing the polarization angle with time. A preferred embodiment of the present invention which can be made is shown in FIG. The interference measurement system is known. In FIG. 2, reference numerals 20 and 22 are carbon dioxide lasers that are light sources, and the two carbon dioxide lasers have different wavelengths, 9.27 μm and 10.6 μm. The carbon dioxide laser 20 is used as a light source for both interference and polarized light, and the carbon dioxide laser 22 is used as a light source for interference measurement. Reference numeral 24 denotes a polarization detection unit, which includes two photoelastic modulators (PEM1 and PEM2) 50 and 52, a polarizer (P) 54, a filter 56, and a detection unit 58. The photoelastic modulators 50 and 52 are the same as the photoelastic modulators 10 and 12 in the embodiment shown in FIG. The detection unit 58 includes the same components as the HgCdTe detector 16 and the two lock-in amplifiers 18 and 20 in the embodiment shown in FIG. The filter 56 transmits the 9.27 μm laser beam and blocks the 10.6 μm laser beam. Reference numeral 26 is an interference detection unit, which acts as a reflector for only two detectors 60 and 62, two filters 64 and 66, a plurality of total reflection mirrors TM, and 9.27 μm. It has a plurality of dichroic mirrors DM and a plurality of semi-reflective mirrors HM. Filter 64 transmits a 10.6 μm laser beam and blocks 9.27 μm, while filter 66 is vice versa. The components provided between the carbon dioxide lasers 20 and 22 and the polarization detector 24 and the interference detector 26 are as follows. The components indicated by the reference symbols BE1 to BE3 are beam expanders for changing the laser beam parameters so that they are propagated to the delay optical unit, and the reference symbols AOM1 to AOM2 are frequencies for heterodyne detection. An acousto-optic modulator used as a shifter, reference symbol TM is a total reflection mirror, reference symbol HM is a semi-reflection mirror, and reference symbol MD is a plurality of dichroic acting as a reflector for 9.27 μm only. A mirror, and reference symbol L is a lens. A beam splitter (BS) 28 provided after the lens L is specially provided for simultaneously measuring polarization and interference, and is one of the features of the embodiment of the present invention shown in FIG. It is. The ratio of transmission and reflection of the beam splitter 28 is set to 2: 8. The reference sign Vis-HeNe is a visible HeNe laser, which is used to align the optical components, but not directly to measure polarization and interference.

炭酸ガスレーザー20及び22からそれぞれの波長で放射されたレーザー・ビームは、ビーム・エクスパンダーBE1及びBE2を介して複数の全反射ミラーTM、半反射ミラーHM及びダイクロイック・ミラーDMに入射され、これらミラーにより2つのレーザー・ビームに分けられ、それぞれ周波数シフターAOM1及びAOM2を介して遅延光学部及びプラズマを通過する測定光と参照光として用いられる。図2において、実線で示すレーザー・ビームの流れは測定光を、破線で示すレーザー・ビームの流れは参照光を示す。遅延光学部及びプラズマを通過した2つの波長のレーザー・ビームはレンズLの後ろのビーム・スプリッタ(BS)28でその約80%が反射されて干渉検出部26に入射され、一方2つの波長のレーザー・ビームである参照光はレンズLの手前の全反射ミラーTMにより干渉検出部26に入射される。干渉検出部26に入射された測定光と参照光とはフィルタ64及び66により一方のみの波長のレーザー・ビームにされて、検出器60及び62に入射され、各検出器で各波長の測定光と参照光の干渉信号が検出され、その結果に基づいて干渉フリンジ量が求められる。なお、異なる2つの波長を用いて測定するのは、被測定系の測定中の位置の変動等による干渉への影響を排除するためであり、原理的には、例えばこのような変動がない又は無視できる場合には1つの波長、即ち1つの光源と1つの検出器でよい。   The laser beams emitted at the respective wavelengths from the carbon dioxide lasers 20 and 22 are incident on a plurality of total reflection mirrors TM, semi-reflection mirrors HM, and dichroic mirrors DM through beam expanders BE1 and BE2. The laser beam is divided into two laser beams by a mirror and used as measurement light and reference light that pass through the delay optical unit and the plasma via frequency shifters AOM1 and AOM2, respectively. In FIG. 2, the flow of the laser beam indicated by the solid line indicates the measurement light, and the flow of the laser beam indicated by the broken line indicates the reference light. About 80% of the two-wavelength laser beam that has passed through the delay optical section and the plasma is reflected by the beam splitter (BS) 28 behind the lens L and is incident on the interference detection section 26, while the two-wavelength laser beams are incident on the interference detection section 26. The reference light, which is a laser beam, is incident on the interference detection unit 26 by the total reflection mirror TM in front of the lens L. The measurement light and the reference light incident on the interference detection unit 26 are converted into a laser beam having only one wavelength by the filters 64 and 66 and are incident on the detectors 60 and 62. The measurement light of each wavelength is detected by each detector. The interference signal of the reference light is detected, and the interference fringe amount is obtained based on the result. Note that the measurement using two different wavelengths is for eliminating the influence on the interference due to the position change during the measurement of the system under measurement. In principle, for example, there is no such a change or If negligible, one wavelength, i.e. one light source and one detector.

偏光測定においては、プラズマを通過した測定光のみを用いるので、レンズLの手前の全反射ミラーTMにより参照光は全て干渉検出部26に入射させ、測定光のみがレンズLの後のビーム・スプリッタ28で約20%を通過させ、更にダイクロイック・ミラーDMにより測定光のうちの9.27μmの波長のレーザー・ビームが反射されて偏光検出部24に入射される。偏光検出部24においては、図1に示す実施形態と同様にして、偏光が測定される。上述の動作により、従来の方法における容易でない2つの波を干渉させること、円偏波変調すること、時間と共に偏光角を変えることのいずれをも用いることなく、偏光と干渉とを同時に容易に測定できる。   In the polarization measurement, only the measurement light that has passed through the plasma is used, so that all the reference light is incident on the interference detection unit 26 by the total reflection mirror TM in front of the lens L, and only the measurement light is a beam splitter after the lens L. The laser beam having a wavelength of 9.27 μm of the measurement light is reflected by the dichroic mirror DM and is incident on the polarization detector 24. In the polarization detector 24, the polarization is measured in the same manner as the embodiment shown in FIG. The above-described operation makes it easy to measure polarization and interference at the same time, without using any of the two methods that interfere with conventional methods, such as interference between two waves, circular polarization modulation, or changing the polarization angle over time. it can.

なお、図2に示す実施形態においては、偏光測定については1つの波長を用いる例を示したが、2つの波長を用いる場合は偏光検出部24に更に例えば10.6μm用について図示の9.27μmと同様のものを一系列設ければよいことは明らかである。   In the embodiment shown in FIG. 2, an example in which one wavelength is used for the polarization measurement has been shown. However, when two wavelengths are used, the polarization detection unit 24 further uses, for example, 9.27 μm illustrated for 10.6 μm. Obviously, it is sufficient to provide a series of the same.

図2に示される測定系で測定されるべきトカマク装置のプラズマによるファラデー回転角を試算した結果を表3に示す。なお、プラズマについては空間一様な密度分布を仮定している。   Table 3 shows the result of the trial calculation of the Faraday rotation angle by the plasma of the tokamak device to be measured by the measurement system shown in FIG. It is assumed that the plasma has a uniform density distribution in space.

Figure 2006078494
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偏光検出部24単体で較正を行った結果を図3及び図4に示す。図3は、直線性を確認するためのもので、フィッティング関数1として次式が得られ、良好な直線性を示していることが分かる。

測定角=0.99×設定角+0.53(度)

図4は、精度の確認のためで、フィッティング関数2として次式が得られ、この適切なフィッティング関数により0.1度以下の精度を期待できる。

測定角=0.95×設定角+6.7×10−4×設定角
+9.2×10−6×設定角+0.74 (度)

図5は、図2に示される測定系で測定された接線ファラデー回転角(偏光角の変化)の測定結果を示す。この図から、偏光角の変化は同一視線の接線炭酸ガスレーザー干渉計の線密度波形と良く一致しており、従って電子密度を反映し、プラズマによるファラデー回転が正しく測定されていることが分かる。また、図から分解能はほぼ0.1度程度であると言え、目標値を達成している。
3 and 4 show the results of calibration using the polarization detector 24 alone. FIG. 3 is for confirming the linearity, and it can be seen that the following expression is obtained as the fitting function 1 and shows a good linearity.

Measurement angle = 0.99 x set angle + 0.53 (degrees)

FIG. 4 is for confirmation of accuracy, and the following equation is obtained as the fitting function 2, and accuracy of 0.1 degrees or less can be expected by this appropriate fitting function.

Measurement angle = 0.95 × setting angle + 6.7 × 10 −4 × setting angle 2
+ 9.2 × 10 −6 × set angle 3 +0.74 (degrees)

FIG. 5 shows a measurement result of the tangential Faraday rotation angle (change in polarization angle) measured by the measurement system shown in FIG. From this figure, it can be seen that the change in the polarization angle is in good agreement with the line density waveform of the tangential carbon dioxide laser interferometer of the same line of sight, thus reflecting the electron density and correctly measuring the Faraday rotation by the plasma. Moreover, it can be said from the figure that the resolution is about 0.1 degree, and the target value is achieved.

図6は、図2に示される測定系で測定された各種測定波形を示す。図の(e)は、接線炭酸ガスレーザー光の偏光角検出に初めて成功したこと、また真空窓によると思われるファラデー回転を検出できることを示している。また、入射レーザー光強度が変動しても安定した測定が行えることを確認し、更に偏光を干渉と同時計測することができることを確認し、従って精度の高いプラズマの電子密度測定を行うことが可能である。   FIG. 6 shows various measurement waveforms measured by the measurement system shown in FIG. (E) of the figure shows that the polarization angle of the tangential carbon dioxide laser beam was successfully detected for the first time, and that the Faraday rotation that seems to be caused by the vacuum window can be detected. In addition, it is confirmed that stable measurement can be performed even if the incident laser beam intensity fluctuates, and further, it is confirmed that polarized light can be measured simultaneously with interference, so that it is possible to measure the electron density of plasma with high accuracy. It is.

図1は、本発明の好適な1実施形態による光弾性変調器PEMを用いるCOレーザー偏光計の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a CO 2 laser polarimeter using a photoelastic modulator PEM according to a preferred embodiment of the present invention. 図2は、干渉と偏光とを同時に測定することができるようにした本発明の好適な一実施形態を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a preferred embodiment of the present invention that enables simultaneous measurement of interference and polarization. 図3は、図2に示す偏光検出部24単体で直線性を確認するため較正を行った結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a result of calibration for confirming linearity with the polarization detection unit 24 alone shown in FIG. 図4は、図2に示す偏光検出部24単体で精度の確認のため較正を行った結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the result of calibration for confirming the accuracy of the polarization detector 24 shown in FIG. 2 alone. 図5は、図2に示される測定系で測定された接線ファラデー回転角(偏光角の変化)の測定結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing measurement results of the tangential Faraday rotation angle (change in polarization angle) measured by the measurement system shown in FIG. 図6は、図2に示される測定系で測定された各種測定波形を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing various measurement waveforms measured by the measurement system shown in FIG. 図7は、トカマク装置の一つであるJT−60Uの接線コードを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a tangent code of JT-60U which is one of the tokamak devices.

符号の説明Explanation of symbols

10、12、50、52 光弾性変調器
14、54 偏光子
16 HgCdTe検出器
18、19 ロックイン増幅器
20、22 炭酸ガスレーザー
24 偏光検出部
26 干渉検出部
28 ビーム・スプリッタ
56、62、64 フィルタ
58 検出ユニット
10, 12, 50, 52 Photoelastic modulator 14, 54 Polarizer 16 HgCdTe detector 18, 19 Lock-in amplifier 20, 22 Carbon dioxide laser 24 Polarization detector 26 Interference detector 28 Beam splitter 56, 62, 64 Filter 58 detection unit

Claims (8)

1つの波長の光を発生する光源であって、トカマク装置の外部に配置され、前記1つの波長の光を前記トカマク装置内のプラズマに入射し、前記波長は、前記プラズマによるファラデー回転角であってその測定偏光角分解能より大きいファラデー回転角を呈する波長の長さを有する、前記光源と、
前記プラズマから出射された前記1つの波長の光の偏光を検出して、前記ファラデー回転角を測定する偏光検出・測定手段と
を備える、トカマク装置の電子密度測定用偏光計。
A light source that generates light of one wavelength, and is disposed outside the tokamak device, and the light of the one wavelength is incident on plasma in the tokamak device, and the wavelength is a Faraday rotation angle by the plasma. The light source having a wavelength length exhibiting a Faraday rotation angle greater than the measured polarization angle resolution;
A polarimeter for measuring electron density of a tokamak device, comprising: polarization detection / measurement means for detecting polarization of light of the one wavelength emitted from the plasma and measuring the Faraday rotation angle.
前記プラズマ以外の不要物であってファラデー回転を生じさせる不要物が存在し、
前記1つの波長の光は、前記プラズマ及び不要物を伝搬して出射され、
前記1つの波長はまた、前記不要物によるファラデー回転角であってその測定偏光角分解能より大きいファラデー回転角を呈する波長の長さを有し、
前記偏光検出・測定手段は、前記プラズマ及び不要物を伝搬して出射された前記1つの波長の光の偏光を検出して、前記プラズマ及び不要物によるファラデー回転角を測定し、
前記1つの波長とは異なる1つの波長の光を発生する別の光源を更に備え、
前記別の光源は、前記トカマク装置の外部に配置され、前記異なる1つの波長の光を前記プラズマ及び不要物に入射して、伝搬させ、
前記異なる1つの波長は、前記プラズマ及び不要物のそれぞれによるファラデー回転角であってそれらの測定偏光角分解能より大きいファラデー回転角を呈する波長の長さを有し、
前記プラズマ及び不要物を伝搬して出射された前記異なる1つの波長の光の偏光を検出して、前記プラズマ及び不要物によるファラデー回転角を測定する別の偏光検出・測定手段と、
両方の前記偏光検出・測定手段により測定された2つのファラデー回転角を用いて、前記プラズマによるファラデー回転角を算出する演算手段と、を更に備える請求項1記載のトカマク装置の電子密度測定用偏光計。
There is an unnecessary object other than the plasma that causes Faraday rotation,
The light of the one wavelength propagates through the plasma and unnecessary materials and is emitted,
The one wavelength also has a length of wavelength that exhibits a Faraday rotation angle greater than its measured polarization angle resolution due to the unwanted Faraday rotation angle,
The polarization detection / measurement means detects the polarization of the light having the one wavelength that has been propagated through the plasma and the unnecessary object, and measures the Faraday rotation angle due to the plasma and the unnecessary object.
And further comprising another light source that generates light of one wavelength different from the one wavelength,
The another light source is disposed outside the tokamak device, and the light of one different wavelength is incident on the plasma and unwanted objects to propagate,
The one different wavelength has a length of a wavelength that exhibits a Faraday rotation angle by each of the plasma and the unwanted material and is larger than their measured polarization angle resolution,
Another polarization detection / measurement means for detecting the polarization of the light of one different wavelength emitted through the plasma and the unwanted object and measuring the Faraday rotation angle due to the plasma and the unwanted object;
The polarization for electron density measurement of the tokamak device according to claim 1, further comprising: an arithmetic unit that calculates a Faraday rotation angle by the plasma using two Faraday rotation angles measured by both of the polarization detection / measurement units. Total.
前記の光源がレーザー光である請求項1又は2記載のトカマク装置の電子密度測定用偏光計。   The polarimeter for measuring electron density of a tokamak device according to claim 1 or 2, wherein the light source is laser light. 前記レーザー光がCOレーザー光である請求項3記載のトカマク装置の電子密度測定用偏光計。 The polarimeter for measuring the electron density of the tokamak device according to claim 3, wherein the laser light is CO 2 laser light. 前記1つの波長の光を分割した一部である参照光と、前記1つの波長の光を分割した残りの光であって前記プラズマ又は前記プラズマ及び不要物を通過した測定光との間の干渉を偏光と同時に計るため干渉検出手段を更に備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のトカマク装置の電子密度測定用偏光計。   Interference between the reference light that is a part of the light of one wavelength and the remaining light of the light of the one wavelength that has passed through the plasma or the plasma and unwanted objects 5. The polarimeter for measuring the electron density of the tokamak device according to claim 1, further comprising interference detecting means for measuring the polarization simultaneously with the polarization. 前記1つの波長の光を分割して、前記参照光及び測定光を生成し、前記参照光を遅延させる遅延光学部に入射させ、且つ前記測定光を前記プラズマに入射させる光分割手段と、
前記測定光を2つに分割して、分割された一方の測定光を、前記ファラデー回転角を測定する偏光検出・測定手段に入射させ、且つ分割された他方の測定光を前記干渉検出手段に入射させる測定光分割手段と、
前記遅延光学部を通過した前記参照光を前記干渉検出手段に入射させる手段と
を更に備える請求項5記載のトカマク装置の電子密度測定用偏光計。
A light splitting unit that splits the light of one wavelength, generates the reference light and measurement light, enters the delay optical unit that delays the reference light, and causes the measurement light to enter the plasma;
The measurement light is divided into two, one of the divided measurement lights is incident on the polarization detection / measurement means for measuring the Faraday rotation angle, and the other measurement light divided is applied to the interference detection means. Measuring beam splitting means to be incident;
6. The polarimeter for measuring electron density of a tokamak device according to claim 5, further comprising means for causing the reference light that has passed through the delay optical unit to enter the interference detection means.
前記偏光検出手段が光弾性変調手段を備える請求項1から6のいずれか一項に記載のトカマク装置の電子密度測定用偏光計。   The polarimeter for measuring an electron density of a tokamak device according to any one of claims 1 to 6, wherein the polarization detection unit includes a photoelastic modulation unit. 前記光弾性変調手段を1対設ける請求項7記載のトカマク装置の電子密度測定用偏光計。   The polarimeter for measuring electron density of a tokamak device according to claim 7, wherein a pair of the photoelastic modulation means is provided.
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CN107121195A (en) * 2017-04-27 2017-09-01 北京航空航天大学 A kind of small smooth swing angle balanced differential detection means and method based on photoelastic modulation
KR101928846B1 (en) 2017-04-14 2018-12-13 한국기초과학지원연구원 Faraday effect correction device for polarization diagnostics of superconducting tokamak
CN115507952A (en) * 2022-09-09 2022-12-23 核工业西南物理研究院 Feedback optical isolator of Faraday polarizer and isolation method thereof

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