(57)【要約】【課題】ジャイロトロン等によって発生するマイクロ波、テラヘルツ波、赤外光のビームの位置またはプロファイルのより簡便な観測方法及びシステムを提供すること。【解決手段】酸化亜鉛結晶からの発光を用いることによってジャイロトロンなどから出る電磁波のビームの位置またはプロファイルを観測する方法及びシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波、テラヘルツ波または赤外光のビームの位置またはプロファイルを観測する方法において、酸化亜鉛結晶からの発光を用いることを特徴とする電磁波のビーム観測方法。
【請求項２】
前記酸化亜鉛結晶からの発光は可視光であることを特徴とする請求項１記載の電磁波のビーム観測方法。
【請求項３】
前記ビームは、ジャイロトロンによって発生するビームであることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波のビーム観測方法。
【請求項４】
前記酸化亜鉛結晶は単結晶であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測方法。
【請求項５】
前記酸化亜鉛結晶は、テラヘルツ波のエネルギー透過率が０．１ＴＨｚ〜１．０ＴＨｚにおいて５０％以下である結晶であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測方法。
【請求項６】
前記ビームのパワーは１平方ミリメートルあたり１０Ｗ〜３０Ｗ、周波数は１００ＧＨｚ〜２００ＧＨｚであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測方法。
【請求項７】
マイクロ波、テラヘルツ波または赤外光のビーム上に酸化亜鉛結晶が配置されていることを特徴とする電磁波のビーム観測システム。
【請求項８】
前記酸化亜鉛結晶からの発光は可視光であることを特徴とする請求項７記載の電磁波のビーム観測システム。
【請求項９】
前記ビームは、ジャイロトロンによって発生するビームであることを特徴とする請求項７又は８記載の電磁波のビーム観測システム。
【請求項１０】
前記酸化亜鉛結晶は単結晶であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測システム。
【請求項１１】
前記酸化亜鉛結晶は、テラヘルツ波のエネルギー透過率が０．１ＴＨｚ〜１．０ＴＨｚにおいて５０％以下である結晶であることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測システム。
【請求項１２】
前記ビームのパワーは１平方ミリメートルあたり１０Ｗ〜３０Ｗ、周波数は１００ＧＨｚ〜２００ＧＨｚであることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ジャイロトロンなどによって作られた電磁波のビームの観測方法及び観測システムに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロトロンはマイクロ波からテラヘルツ波帯の強力な電磁波を発生することができる装置であり、核融合炉でのプラズマ加熱を始めさまざまな用途に用いられている。
【０００３】
ジャイロトロンの運用および実験での使用において、出力される電磁波のビームの位置ないし形状（プロファイル）を把握することは重要である。ジャイロトロンから出るビームのプロファイルを調べるために何らかのターゲット板にビームを照射して温度分布をサーモグラフィーで観測する技術が提供さされている。
例えば、非特許文献１では、ジャイロトロンから出るビームを塩化ビニルの板に照射し温度変化を赤外線カメラで観測する技術が提供されている。
非特許文献２では、核融合炉内のサブテラヘルツ波を黒鉛の板に当ててその温度上昇を赤外線カメラで調べる技術が提供されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Characteristics of the mode converter of Gyrotron FU CW GIIradiating Gaussian beams in both the fundamenntal and second harmonic frequencybands,”Y.Tatematsu, Y,Yamaguchi, T.Idehara, T. Kawase, I. Ogawa, T. Saito, and T.Fujiwara, J. Infrared、Millimeter、Terahertz Waves 35, 517(2014)
【非特許文献２】"Electron cyclotron beam measurement system in the LargeHelical Device,"  S. Kamio, H. Takahashi, S. Kubo, T. Shimozuma, Y.Yoshimura, H. Igami, S. Ito, S. Kobayashi, Y. Mizuno, K. Okada, M. Osakabe, andT. Mutoh, Rev. Sci. Instrum. 85, 11E822 (2014).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１、２記載技術は、サーモグラフィー用のカメラ・赤外線カメラ等を用いており、可視光のカメラに比べ高価でありかつ大型である。
そこで、簡便かつ安価にビームのプロファイルを調べる手法が望まれる。
本発明は、サーモグラフィー等を用いずに、簡便かつ安価に、例えばジャイロトロンなどから出るマイクロ波、テラヘルツ波、または赤外光のビームの位置ないしプロファイルを観測することができる電磁波のビーム観測方法及び観測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、マイクロ波、テラヘルツ波または赤外光のビームの位置またはプロファイルを観測する方法において、酸化亜鉛結晶からの発光を用いることを特徴とする電磁波のビーム観測方法である。
請求項２に係る発明は、前記酸化亜鉛結晶からの発光は可視光であることを特徴とする請求項１記載の電磁波のビーム観測方法である。
請求項３に係る発明は、前記ビームは、ジャイロトロンによって発生するビームであることを特徴とする請求項１又は２記載の電磁波のビーム観測方法である。
請求項４に係る発明は、前記酸化亜鉛結晶は単結晶であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測方法である。
請求項５に係る発明は、前記酸化亜鉛結晶は、テラヘルツ波のエネルギー透過率が０．１ＴＨｚ〜１．０ＴＨｚにおいて５０％以下である結晶であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測方法である。
請求項６に係る発明は、前記ビームのパワーは１平方ミリメートルあたり１０Ｗ〜３０Ｗ、周波数は１００ＧＨｚ〜２００ＧＨｚであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測方法である。
請求項７に係る発明は、マイクロ波、テラヘルツ波または赤外光のビーム上に酸化亜鉛結晶が配置されていることを特徴とする電磁波のビーム観測システムである。
請求項８に係る発明は、前記酸化亜鉛結晶からの発光は可視光であることを特徴とする請求項７記載の電磁波のビーム観測システムである。
請求項９に係る発明は、前記ビームは、ジャイロトロンによって発生するビームであることを特徴とする請求項７又は８記載の電磁波のビーム観測システムである。
請求項１０に係る発明は、前記酸化亜鉛結晶は単結晶であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測システムである。
請求項１１に係る発明は、前記酸化亜鉛結晶は、テラヘルツ波のエネルギー透過率が０．１ＴＨｚ〜１．０ＴＨｚにおいて５０％以下である結晶であることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測システムである。
請求項１２に係る発明は、前記ビームのパワーは１平方ミリメートルあたり１０Ｗ〜３０Ｗ、周波数は１００ＧＨｚ〜２００ＧＨｚであることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項記載の電磁波のビーム観測システムである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の効果を、本発明をなすに際して得た知見とともに説明する。
酸化亜鉛は一般に、マイクロ波、テラヘルツ波、または赤外光のビームを照射しても発光しない。しかし、本発明者はマイクロ波、テラヘルツ波、または赤外光のビームを照射すると発光する酸化亜鉛を見出した。
その酸化亜鉛をさらに調べると、サブテラヘルツからテラヘルツ波を透過しないことも見出し、サブテラヘルツからテラヘルと波の透過率が５０％以下の場合にマイクロ波、テラヘルツ波、または赤外光のビームを照射した場合に発光することを知見した。
本発明によれば、サーモグラフィー等を用いることなくジャイロトロンなどから出るマイクロ波、テラヘルツ波、または赤外光のビームの位置またはプロファイルを観測することができる。
特に、本発明では、可視化が実現されており極めて上記電磁波の取扱いが容易となる。そのために、例えば、ジャイロトロンのビームを用いた実験系のアライメントの際に非常に有用となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例に係る電磁波の観測システムの概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る酸化亜鉛結晶の０．１ ＴＨｚから１．０ ＴＨｚにおけるエネルギー透過率スペクトルの例である。
【図３】本発明の実施例に係り、分光器で測定したスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
酸化亜鉛からの可視発光を利用する本発明により、ジャイロトロンなどから出る電磁波のビームの位置またはプロファイルを目視またはカメラ等で観測することができる。
【実施例１】
【００１０】
水熱合成法によって酸化亜鉛の単結晶を生成した。
生成した酸化亜鉛の単結晶を、厚さ０．５ミリメートル、面指数（０００１）でスライスして両面を研磨した。その後テラヘルツ時間分解分光測定により、テラヘルツ波の吸収が大きな結晶を選び出した。テラヘルツ波の吸収が生じる原因はまだ明らかになっていないが、不純物などの欠陥が含まれるためと推測される。
テラヘルツ波のエネルギー透過率が０．１ＴＨｚ〜１．０ＴＨｚにおいて５０％より大きな結晶を用いた場合はジャイロトロンの出力を照射しても可視発光を観測することができなかった。このことから酸化亜鉛の単結晶は、テラヘルツ時間分解分光測定装置で測定したテラヘルツ波のエネルギー透過率が０．１ＴＨｚ〜１．０ＴＨｚにおいて５０％以下である結晶が好ましい。
【００１１】
図１は本発明の実施例に係る電磁波の観測システムの概略図である。ジャイロトロンのビーム出射口１から出る電磁波のビーム２上に酸化亜鉛結晶３を配置する。酸化亜鉛結晶３からの可視の発光４が見えることを確認する。
ジャイロトロンのビーム２のパワーは１平方ミリメートルあたり１０
Ｗ〜３０ Ｗ、周波数は１００ ＧＨｚ〜２００
ＧＨｚであることが好ましい。
なお、酸化亜鉛結晶からの発光４が見えないあるいは強すぎる場合はジャイロトロンのデューティ比を変えるなどの方法でビームのパワーを調整する。
【００１２】
酸化亜鉛結晶３からの発光４の分布を観測してビームの位置およびプロファイルを得た。なお、観測は目視で行うか、あるいは酸化亜鉛結晶３の後ろにカメラ５を配置して分布を画像として得ることで行う。
【００１３】
図２は酸化亜鉛結晶の０．１ ＴＨｚから１．０ ＴＨｚにおけるエネルギー透過率スペクトルの例であり、点線で示した透過率の大きな結晶ではジャイロトロンの出力を照射した際に発光が観測されず、実線で示した透過率の低い結晶では発光が見られた。図３は酸化亜鉛結晶からの発光スペクトルの例である。ピークが可視域に位置しており、目視あるいは可視用のカメラで発光の分布を観察することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
例えばジャイロトロン開発施設やジャイロトロンを使用する核融合研究施設などでの利用が期待される。
【符号の説明】
【００１５】
１ 電磁波のビーム出射口
２ 電磁波のビーム
３ 酸化亜鉛結晶
４ 酸化亜鉛からの発光
５ カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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