JP2659934B2

JP2659934B2 - フレキシブル導波管

Info

Publication number: JP2659934B2
Application number: JP61040749A
Authority: JP
Inventors: 章長島; 武司福田; 道雄近藤; 茂夫青木; 敏之村上; 淳名取
Original assignee: NIPPON GENSHIRYOKU KENKYUSHO; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NIPPON GENSHIRYOKU KENKYUSHO; NEC Corp
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1986-02-26
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPS62198812A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は互いに動きの異なる光学系の光学軸を互いの
動きを機械的に補正して連結するフレキシブル光導波管
に関する。

［従来の技術］従来、核融合炉で発生するプラズマの計測系には第１
図に示すように２種類のプラズマ計測系がある。

核融合炉１のプラズマの第１のプラズマ計測系は、気
体レーザ４と干渉計11とを含む。気体レーザ４は定盤５
の上に固定され、この定盤はエアダンパー６を介して台
100の上に浮いている。７は気体レーザービームの光軸
および干渉計11の理想光軸、破線８は気体レーザの揺れ
により干渉計11の理想光軸からはずれたレーザービーム
の光軸を表わす。

干渉計11は、マイケルソン型干渉計で、気体レーザ４
から出射されたレーザービームはビームスプリッター10
で互いに直角な２方向のビームに分割される。すなわち
反射光は核融合炉内に設置したコーナーキューブ・ミラ
ー13で反射した後ビームスプリッター10を透過し、透過
光はミラー12で反射した後ビームスプリッター10で反射
し、それぞれの光が干渉し合って検出器９に入射する。
検出器では干渉縞を測定する。

光励起、あるいは放電励起などによる連続発振気体レ
ーザの安定性に悪影響を与える排気系ポンプ等の振動を
除去するために、図の如く気体レーザ４全体をエアーダ
ンパー付きの定盤５上に乗せることが理想的である。こ
れにより、高周波の振動はほとんど除去できるからであ
る。また核融合炉から発生する漏磁場（レーザの放電に
影響する）等の影響を避けるために、レーザ本体を炉か
ら（したがって干渉計11から）離すことが必要である。

炉から離して、エアーダンパー６付きの定盤５に気体
レーザ４を設置することにより、その出力および周波数
の安定度を向上させることはできるが、気体レーザービ
ームの出射位置、および出射方向は当然不確定となる。
その理由は定盤５は床から独立に空中に浮いた状態にな
っていることによる。このようにエアーダンパー６付き
の定盤５に乗せた気体レーザの出射ビームを、それとは
独立に離れた干渉計11の光源として使用する場合、レー
ザービームの出射方向のふらつき、たとえばレーザービ
ームの光軸が光軸８のように移動すると正確な干渉測定
ができなくなる。このふらつきは通常、光源である気体
レーザ４と干渉計11の距離が大きいほど問題となる。

第１図において、第２のプラズマ計測系はプラズマか
ら発生する放射光３を取り外し、コーナー内部に反射ミ
ラー12を有するマイクロ波導波路型の導波管33と、この
導波管からの光を分光する分光器14とを含み、分光法に
よりプラズマを計測するものである。点線12′はプラズ
マ２を閉込めている真空容器（核融合炉１）が動いて点
線15の位置まで移動した場合の導波管の位置を示す。分
光器14も核融合炉１から離れた場所に設置することが、
その安定性の問題から望ましい。しかし、この場合も２
つの光学系の光軸（放射光を取り出す導波管の軸と分光
器の理想光軸）を連結する必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、前述した第１のプラズマ計測系では出射方
向がふらつく気体レーザービームの光軸と干渉計の理想
的な光軸を連結するには下記の２つの方式が考えられ
る。

第１は、２枚の制御ミラーを使用する第２図に示す方
式である。出て来る位置も方向も不確定のレーザービー
ムは、制御ミラー16の不特定の位置に当たる。レーザー
ビームが所定範囲内で振れたとしても反射するように、
制御ミラー16は大口径にしてある。制御ミラー16は、制
御ミラー17の反射面の中心にレーザービームが当たるよ
うに反射面のレーザービームに対する傾き角度が制御さ
れる。この制御によりレーザービームの一点が固定され
る。さらに、制御ミラー17は制御ミラー18の反射面の中
心に反射レーザービームが当たるように反射面のレーザ
ービームに対する傾き角度が制御される。制御ミラー1
6,17の角度制御によりレーザービームの方向（方位）が
固定される。この２つの制御ミラー16,17により、制御
ミラー17から以後の反射光は常に位置、方位とも一定と
なる。したがって固定ミラー12の反射レーザービームは
常に同じ光軸に沿って干渉計11に入射する。これは、つ
まり「直進（レーザービーム）の２点を固定すればその
直線は一意に決定される」という定理に基づく。

しかし、この方式では次のような問題点がある。すな
わち、レーザービームがミラー17,18の中心に当ってい
ることを検出するためにミラー17,18の裏に位置検出セ
ンサーが必要である。このためミラー17,18は半透鏡に
する必要があり光のエネルギーを一部使用することにな
る。また合計４台のミラー角度制御用の駆動機が必要で
ある。さらにこの方式では、レーザービームの出力の空
間分布（レーザーの伝播方向に垂直に立てた面上での出
力分布）は点対称でかつ安定している必要がある。たと
えば、ミラー16,17間の空気の密度のゆらぎによるレー
ザービームの空間分布の変動があっても問題である。そ
の理由は、空間分布の変動によりレーザービームの位置
を位置検出センサーによって正確に決定できないからで
ある。また、レーザービームの伝播方向が一定であるに
もかかわらず、レーザービームの空間分布の変動のため
に制御系では伝播方向が変化したものと判断し、不要な
ミラー制御を加える可能性があるからである。

出射方向がふらつく気体レーザービームの光軸と干渉
計の理想的な光軸とを連結する第２の方式は、フレキシ
ブルな導波管で２つの光学系の光軸を連結する方式であ
る。

第３図はすでに市販されているフレキシブルな導波管
の構造を示す。折曲げ部分21は光路変換用のミラーを内
蔵し、合計６ヶ所にあるこの折曲げ部分に継がる導波管
23a〜23fはそれぞれ回転できる構造になっており、これ
により出口の導波管23gは任意位置で任意方向に向ける
ことが可能である。第４図に折曲げ部分21の動きの様子
を示す。このように導波管23f（23a,23b,23c,23d,23fも
同じ）の周りを折曲げ部分は回転し、入射ビーム19′の
出射ビーム20を出射ビーム20′の位置に移動させること
ができる。

しかし、この方式は次のような問題点がある。

すなわち、第１に折曲げ部分が６ヶ所あるためミラー
が６枚必要である。したがって、ミラーによる損失が大
きい。第２にレーザービームを導波管伝播モード（たと
えばEH₁₁モード）で伝播させる場合には各折曲げ部でモ
ード変換に伴う損失が発生するが、折曲げ部が６ヶ所も
ありその損失が大きい。第３に折曲げ部が多いので導波
管長が長くなる。このためレーザービームを、導波管内
で自由空間モード（たとえばTEM₀₀モード）にて伝播さ
せる場合、広がり角の大きい（つまり波長の長い）レー
ザービームでは、レーザービームが導波管にふれないよ
うに導波管径を多くしなければならない。第４に導波管
23aの回転方向に死角が存在することである。すなわ
ち、導波管23gは第３図に示す矢印22の方向に動かすこ
とはできない。この方向の動きを行うためには、いった
ん各折曲げ部を回転して矢印方向22の動きが可能なよう
に導波管の形を整えることが必要になる。

一般に、プラズマの電子密度計測用の気体レーザの最
適波長は100μｍ程度であり広がり角の大きなレーザー
ビームであるので、第１図に示したレーザと干渉計の連
結部に上記のフレキシブル導波管を使用することは望ま
しくない。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記のフレキシブル導波管の改良であり、
折曲げ部を２ヶ所に減らすことにより、ミラーの枚数を
減らし、かつ導波管長を短かくし、さらに死角のないフ
レキシブル導波管を提供することにある。

本発明によれば、第１の固定台に固定される第１の支
持筐体と、光が入射する開口を有し、前記第１の支持筐
体内部で同軸上で回転するよう固定された第１の導波管
と、前記第１の導波管の前記開口と反対側の端部を固定
し、その端部から出射される前記光を反射するミラーが
内蔵された第１の屈曲運動部と、前記第１の屈曲運動部
の前記第１の導波管が接続された以外の部分に一端が接
続され、前記ミラーの反射光を導波し、管軸の回りの回
転運動と管軸方向の摺動運動とを吸収するような機構を
備えた第２導波管と、前記第２の導波管の他端が接続さ
れ、その他端から出射される光を反射するミラーが内蔵
された第２の屈曲運動部と、前記第１の固定台と異なる
位置に配置される第２の固定台に固定される第２の支持
筐体と、光が出射する開口を有し、前記第２の支持筐体
内部で同軸上に回転するよう固定された第３の導波管と
を含むフレキシブル導波管において、（ｉ）第１の導波管とその支持筐体との間ならびに第３
の導管とその支持筐体との間に、それぞれ、回転ボール
ベアリングが設置されており、（ii）第２の導波管が内部管（60）とその外径より大き
い内径を有する２個の外部管（30），（61）とから構成
され、内部管（60）と外部管（30）との間に上下方向に
摺動する摺動ボールベアリングが設置され、そして内部
管（60）と外部管（61）との間に回転ボールベアリング
が設置されていることを特徴とするフレキシブル導波管
が得られる。

すなわち、本発明のフレキシブル導波管は、核融合炉
の上記２種のプラズマ計測の光の光路を形成するものと
して、使用することができ、核融合炉における、プラズ
マ電子密度計測に適したフレキシブル導波管において、
第１の固定台（100）に固定される第１の支持筺体（4
1）と、水平方向からレーザービーム（19）が入射する
開口を有し、前記第１の支持筺体（41）内部で同軸上で
回転するように、第１の導波管（40）と当該第１の支持
筺体（41）との間の、互いに離れた水平方向の複数箇所
に回転ボールーベアリング（24）が設けられた、第１の
導波管（40）と、前記第１の導波管（40）の前記開口と
反対側の端部を固定し、その端部から出射される前記レ
ーザービームを反射するミラーが内蔵された、第１の屈
曲運動部（28）と、前記第１の屈曲運動部（28）の前記
第１の導波管（40）接続された以外の部分に、一端が接
続され、前記ミラーの反射レーザービームを導波する第
２の導波管（60）であって、その外径より大きい内径を
有する２個の外部管（30）と（61）から構成されてい
て、当該第２の導波管（60）と外部管（30）の間の互い
に離れた上下方向の複数箇所に、摺動可能なボールベア
リング（25）が設けられており、そして、該摺動可能な
ボールベアリング（25）の下方の離れた位置であって、
当該第２の導波管（60）と外部管（61）との間の、互い
に離れた上下方向の複数箇所に、回転ボールベアリング
（24）が設けられた、第２の導波管（60）と、前記第２
導波管（60）の他端が接続され、その他端が接続され、
その他端から出射されるレーザービームを反射するミラ
ー（12）が内蔵された、第２の屈曲運動部（28）と、前
記第１の固定台（100）と異なる位置に配置される第２
の固定台（200）に固定される第２の支持筺体（27）
と、レーザービームが水平方向に出射する開口を有し、
前記第２の支持筺体（51）内部で同軸上に回転するよう
に、第３の導波管（50）と該第２の支持筺体（51）との
間に回転ボールーベアリングが設けられた、第３の導波
管（50）とを含むことを特徴とするフレキシブル導波管
である。

また、本発明の別な具体的態様として、前記核融合炉
におけるプラズマ電子密度計測が、レーザー光源から出
射された、広がり角の大きなレーザー光を、ビームスプ
リッタ、ミラーおよび検出器を含む干渉計に導入し、当
該干渉計内に設けられたビームスプリッターにより、広
がり角の大きなレーザー光を、当該互いに直角な２方向
のビーム１とビーム２に分割し、ビーム１は核融合炉に
導入し、そして核融合炉のビームの入射方向と反対側の
位置に設けられたミラーにより反射させ、再度ビームス
プリッターにビーム１を導入し、また、ビームスプリッ
ターで分割されたもう一方のビーム２は、干渉計内に設
けられたミラーにより反射させ、再度ビームスプリッタ
ーにビーム２を導入し、前記反射されたビーム１とビー
ム２を干渉させ、検出器により検出するものであって、
そして、さらに、前記フレキシブル導波管が、当該レー
ザー光源と干渉計の間に配置されたことを特徴とするフ
レキシブル導波管である。

本発明によるフレキシブル導波管は、回転運動部３ヶ
所、ミラーを含む屈曲運動部２ヶ所、摺動運動部１ヶ所
（合計自由度６個）により、２つの光管系の光軸をフレ
キシブルに連結する。

［実施例］次に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。

第５図は本発明の一実施例を示す斜視図、第６図は第
５図の一部断面を示す正面図である。

図において、100,200は固定台、26,27はこれら固定台
に固定された回転運動部である。回転運動部26では導波
管40とそれより大きい内径の支持筐体41との間に、また
回転運動部27では導波管50とそれより大きい内径の支持
台筐体51との間に、それぞれ回転ボールベアリング24が
２ヶ所互いに離れて設置してある。２個の回転ボールベ
アリング24の間隔が大きいほど、回転ボールベアリング
のガタによる導波管軸の支持筐体対する角度ずれが小さ
くなる。29も回転運動部で、回転運動部26,27と同じよ
うに導波管60とその外径より大きい内径を有する導波管
61との間に回転ボールベアリング24を互いに離して設置
してある。30は摺動運動部で、導波管60とその外径より
大きい内径を有する導波管30との間に上下方向に摺動す
る摺動ボールベアリング25を互いに離して設置してあ
る。これにより導波管30と60および導波管60と61の２つ
の導波管軸に生じる角度ずれを小さくしている。28は、
特願昭58−050361号に記載された屈曲運動部で、光路を
90゜変更する反射ミラー12を内蔵し、導波管30,40,50,6
1の一端をそれぞれ連結し固定している。

本実施例のフレキシブル導波管は、第３図に示すフレ
キシブル導波管に比較して出射側の屈曲運動部28の動き
の範囲は小さくなるものの上下、左右あらゆる方向に死
角なく滑らかに回転あるいは移動する。しかも、合計の
導波路長が短いので、広がり角の大きなレーザービーム
に対しても、導波管径をそれほど大きくすることなくレ
ーザービームを自由空間モードで通過させうる。さら
に、折曲げ部２ヶ所、ミラー枚数が２枚と少ないことに
より、前述した第３図に示すフレキシブル導波管が持つ
欠点を大幅に低減している。

以上説明した実施例は、第１図に示す気体レーザ４を
固定した定盤５と干渉計11とを連結するレーザ光の導波
路、又は核融合炉１のプラズマ放射光取出口と分光器14
とを連結するプラズマ放射光の導波路として使用すれ
ば、非常に効果的である。

［発明の効果］以上のことから、本発明ではミラー枚数が２枚で、合
計の導波路長を短縮した、死角のない、コンパクトなフ
レキシブル導波管が得られる。これにより、２つの光学
系の光軸間を低損失で滑らかに連結できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の核融合炉内のプラズマ測定系を示すブ
ロック図、第２図は制御ミラーで光軸を連結したプラズ
マ測定系を示す正面図、第３図は従来のフレキシブル導
波管を示す正面図、第４図は第３図に示す１つの折曲げ
部の機能を説明するための図、第５図、第６図はそれぞ
れ本発明の実施例を示す斜視図、一部断面を示す正面図
である。１……核融合炉、２……プラズマ３……プラズマ放射光、４……気体レーザ５……定盤、６……エアーダンパー７……レーザービームおよび干渉計の理想光軸８……振らついたレーザービーム９……検出器 10……ビーム・スプリッター 11……干渉計、12……ミラー 13……コーナーキューブ・ミラー 14……分光器 15……位置変移した核融合炉 16……制御ミラー１、17……制御ミラー２ 18……固定ミラー、19′……入射ビーム 20……出射ビーム、21……折曲げ部 22……変位不可能な移動方向 23a〜23f……導波管 23g……出射ビーム口導波管 24……回転ボールベアリング 25……摺動ボールベアリング 26,27,29……回転運動部 28……屈折運動部、30……摺動運動部 33……プラズマ放射光取出し導波管 100,200……台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者近藤道雄東京都港区芝５丁目33番１号日本電気株式会社内 (72)発明者青木茂夫東京都港区芝５丁目33番１号日本電気株式会社内 (72)発明者村上敏之東京都港区芝５丁目33番１号日本電気株式会社内 (72)発明者名取淳東京都港区芝５丁目33番１号日本電気株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】核融合炉におけるプラズマ電子密度計測に
適したフレキシブル導波管において、（ａ）第１の固定台（100）に固定された第１の支持
筺体（41）と、（ｂ）水平方向からレーザービーム（19）が入射する
開口を有し、第１の支持筺体内部で同軸上で回転するよ
うに回転ボールベアリング（24）により回転自在に設け
られた第１の導波管（40）と、（ｃ）第１の導波管の前記開口と反対側の端部を固定
し、その端部から入射されるレーザービームを反射する
ミラーが内蔵された第１の屈曲運動部（28）と、（ｄ）第１の屈曲運動部の第１の導波管に接続された
以外の部分に、一端が接続され、第１の屈曲運動部に内
蔵されたミラーの反射レーザービームを導波する第２の
導波管（60）と、（ｅ）一端が第１の屈曲運動部（28）に固定された外
部管であって、その内部に設けられた駆動ボールベアリ
ング（25）により第２の導波管（60）の一端が摺動可能
に収納された外部管（30）と、（ｆ）一端が２の屈曲運動部（28′）に固定された外
部管であって、その内部に設けられた回転ボールベアリ
ング（24）により第２の導波管（60）の他端が回転可能
に収納された外部管（61）と、（ｇ）第２の導波管（60）の他端が接続され、その他
端から出射されるレーザービームを反射するミラー（1
2）が内蔵された第２の屈曲運動部（28′）と、（ｈ）第１の固定台（100）と異なる位置に配置され
た第２の固定台（200）に固定された第２の支持筺体（5
1）と、（ｉ）レーザービーム（20）が水平方向に出射する開
口を有し、第２の支持筺体内部で同軸上で回転するよう
に回転ボールベアリングにより回転自在に設けられた第
３の導波管（50）と、から構成されるフレキシブル導波
管。
【請求項２】核融合炉におけるプラズマ電子密度計測
が、レーザー光源から出射された、広がり角の大きなレーザ
ービームを、ビームスプリッター、ミラーおよび検出器
を含む干渉計に導入し、干渉計内に設けられたビームスプリッターにより、広が
り角の大きなレーザービームを、互いに直角な２方向の
ビーム１とビーム２に分割し、ビーム１は核融合炉に導入し、そして核融合炉のビーム
の入射方向と反対側の位置に設けられたミラーにより反
射させ、再度ビームスプリッター１にビーム１を導入
し、また、ビームスプリッターで分割されたもう一方のビー
ム２は、干渉計内に設けられたミラーにより反射させ、
再度ビームスプリッターにビーム２を導入し、前記反射されたビーム１とビーム２を干渉させ、検出器
により検出するものであって、そして、さらに前記フレ
キシブル導波管が、前記レーザー光源と干渉計の間に配
置されたことを特徴とする、請求項１に記載のフレキシ
ブル導波管。