JP2007227406A - 太陽光励起レーザー装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】曲率の異なる2つの円柱面の軸が直交して構成する対物レンズ、あるいは曲率の異なる2つの円柱面の軸が直交して構成する放物面鏡の主鏡と副鏡を組み合わせたカセグレーン式光学系による対物鏡などで太陽光を矩形または楕円状に集光し、その光路中に備したビア樽型、鼓型、円筒型または箱型の冷却用水槽中で太陽光の集光面よりも短い点に、両凹トロイダル面と一体化したレーザー媒質を配置し、レーザー媒質に平行に高密度太陽光を均一に垂直入射する。
【選択図】 図18
Description
冷却水中で凹トロイダル面に効果的に太陽光を投入するためにはそれら光学材料面に完全反射膜をコーティングする必要が有る。単層膜で完全反射防止を行なう為の条件は、非特許文献7に開示してあるように 位相条件:n1 d = (2m+1)λ/4、と 振幅条件:n1 2 = n0ns(d=膜厚、λ=入射光の波長、m= 整数、n1=膜の屈折率、n0=光の入射する側の媒質の屈折率、ns=試料面の屈折率)であり、この2つを満たせば膜表面での反射光は0に成る。位相条件を満たす膜厚はd= (2m+1)λ/ 4n1 である。振幅条件を満たすためには、試料をガラスとすると(ns=1.5)、空気中(n0=1)での反射率を0にするには膜の屈折率をn1=1.22にしなければ成らない。しかしこのような低屈折率の材料は無い。ところが水の屈折率はn0=1.33であるから、固体レーザー媒質やガラスの屈折率をns=1.5とすると、膜の屈折率はn1=1.412と計算できる。本発明者は「光学材料のガラスコーティング方法」特許文献7においてシリコーンオイルを試料表面にスピーンコーティングして空気中でXe2エキシマランプを照射すると高硬度で耐水性が有る保護膜の形成方法を開示している。この膜は図23に示すようにXe2ランプの照射時間が増加すると光酸化反応が進行するため、それに応じて屈折率n1=は1.39から1.44ぐらいまで変化させる事が出来る。そこで、レーザー媒質の屈折率nsに応じて膜の屈折率n1を設定できるため反射防止と保護膜を兼ね備えた膜が出来る。
2 両凹トロイダルレンズ
3 太陽光線
4 曲率の小さい円柱面
5 曲率が符号4よりも大きな円柱面
6 冷却水槽
7 冷却水
8 円柱面(符号4)の焦点
9 曲率が小さいトロイダルレンズの円柱面
10 曲率が符号9よりも大きなトロイダルレンズの円柱面
11 固体レーザー媒質
12 平行な高密度太陽光線
13 レーザー光線
14 曲率が大きい凸トロイダルレンズの曲面
15 曲率が符号14よりも小さい凸トロイダルレンズの曲面
16 両凸トロイダルレンズ
17 角柱の幅が大きな多面体両凸プリズムの角柱面
18 角柱の幅が符号17よりも小さな多面体両凸プリズムの角柱面
19 多面体両凸面プリズム
20 曲率の長いトロイダル鏡面
21 曲率が符号20よりも小さなトロイダル鏡面
22 両凸トロイダル鏡
23 大口径球放物面鏡(主鏡)
24 帯状放物面鏡(副鏡)
25 開口部
26 副鏡のあおり方向を示す回転矢印
27 副鏡の回転方向を示す回転矢印
28 円筒型ガラス管製冷却管
29 冷却水入り口
30 冷却水出口
31 パルスレーザー発振のための回転方向を示す矢印
32 ビア樽型凸トロイダル面を有する冷却水槽
33 鼓型凹トロイダル面を有する冷却水槽
34 箱型冷却水槽
35 レーザーロッド
36 液体レーザー媒質
37 両凹トロイダル鏡
38 両凸トロイダル鏡
Claims (14)
- トロイダル面または円柱面あるいは球面などの対物面で受光した太陽光を直接あるいは光路中に置かれたトロイダル面あるいは円柱面で変形して矩形状または楕円状太陽光にした後、その焦線に平行で僅かに隔てた軸に対して回転可能なビア樽状または鼓状あるいは円筒状または平面状あるいは両凹トロイダル面状の入射窓を有する冷却水槽の中央部に設置したトロイダル面で矩形状高密度平行ビームに変換した後、あるいは平行ビームの場合はそのままで、そのビームをレーザー媒質の光軸に垂直入射することを特徴とする太陽光励起レーザー装置。
- 前記トロイダル面を有する対物面が両凸トロイダルレンズまたは両凹トロイダル鏡であり、それらの矩形状または楕円状に集光された太陽光を直接ビア樽状または鼓状あるいは円筒状または平面状窓を有する冷却水槽に入射するか、主鏡としての両凹トロイダル鏡で矩形状に集光された太陽光を副鏡としての両凸トロイダル鏡で反射した後、主鏡の中央の開口部後方に置かれた平面状あるいは鼓状あるいは円筒状またはビア樽状入射窓を有する冷却水槽に入射することを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記円柱面を有する対物面が円柱凸レンズやフレネルレンズまたは凹円柱鏡であり、それらの短冊状に集光された太陽光を対物面に直交した軸を有する短冊状凸円柱レンズで矩形状または楕円状に集光した後、直接円筒状または平面状あるいはビア樽状または鼓状窓を有する冷却水槽に入射するか、主鏡としての凹円柱鏡で短冊状に集光された太陽光を副鏡として対物面の軸に平行な凹面でその直交軸を凸面有する短冊状凸凹トロイダル鏡で反射した後、主鏡の中央の開口部後方に置かれた平面状あるいは鼓状あるいは円筒状またはビア樽状入射窓を有する冷却水槽に入射することを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記球面を有する対物面が両凸または平凸レンズやフレネルレンズまたは凹面鏡または放物面鏡であり、それらの焦点の手前に円柱凹レンズを置き楕円状に集光された太陽光を直接ビア樽状または鼓状あるいは円筒状または平面状窓を有する冷却水槽に入射するか、主鏡としての凹面鏡または放物面鏡の焦点の手前に置かれた円柱凸面鏡で楕円状に集光された太陽光を直接ビア樽状または鼓状あるいは円筒状または平面状窓を有する冷却水槽に入射することを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記副鏡とは主鏡の焦線に平行な面が凹面であり、垂直な面が凸面である短冊状あるいは矩形状トロイダル鏡であり、かつ、副鏡を2軸方向に煽ることにより太陽を追尾することを特徴とする請求項1、2,3に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記焦線に平行で僅かに隔てた軸が共に焦線の前方にあるときはビア樽状の入射窓あるいは円筒状を有する冷却水槽の中央部に設置したトロイダル凹面で、軸が焦線の一方が後方、他方が前方にあるときは鼓状あるいは円筒状の入射窓を有する冷却水槽の中央部に設置したトロイダル凸凹面で、軸が共に焦線の後方にある時は両凹トロイダル面状あるいは平面状の入射窓を有する冷却水槽の中央部に設置したトロイダル両凸面で、夫々矩形状高密度平行ビームに変換した後、そのビームをレーザー媒質の光軸に垂直入射することを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記回転可能なビア樽状または鼓状あるいは円筒状または平面状あるいは両凹トロイダル面状の入射窓を有する冷却水槽とは集光された太陽光の入射波面が両方向共に冷却水槽の窓に垂直に入射するために2つの凸曲面によって構成されるトロイダル面を有するビア樽形状、太陽光の一方が発散で他方が集光の場合は太陽光の入射波面が両方向共に冷却水槽の窓に垂直に入射するために凹凸曲面によって構成されるトロイダル面を有する鼓形状、太陽光の両方が発散の場合は太陽光の入射波面が両方向共に冷却水槽の窓に垂直に入射するために両凸曲面によって構成されるトロイダル面形状、片方の波面のみ垂直に入射する円筒形状、光軸に沿って進む波面のみを垂直に入射する平面状窓であり、夫々の水槽が回転軸に沿って前記トロイダル凹レンズとレーザー媒質とが固定されており、かつ、この回転軸に沿って冷却水の入水口と排水口を有し、かつ、冷却水槽を回転することにより1回転で凹トロイダル面の数だけパルス発振させるパルスレーザー発振を行うことを特徴とする請求項1、6に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記両凹トロイダル鏡の短い方の焦線の手前に前記凹トロイダルレンズと一体化したレーザー媒質の入った前記回転可能なビア樽状または円筒状あるいは平面状の入射窓を有する冷却水槽を配置することを特徴とする請求項1、2、6,7に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記両凹トロイダル鏡を主鏡として一方の焦線の手前に副鏡として凸凸トロイダ鏡を置き、そこでの反射光を主鏡の中央の開口部を通してレーザー媒質の入った前記平面状の入射窓を有する冷却水槽を配置することを特徴とする請求項1、2に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記レーザー媒質がスラブ型あるいはロッド型固体レーザー、液体レーザー、ガスレーザーあるいは液体レーザー励起固体レーザーであることを特徴とする請求項1記載の太陽光励起レーザー装置。
- レーザー媒質に矩形状平行ビームを入射する為の前記トロイダル両凹レンズが石英ガラスであり、前記スラブ型あるいはロッド型固体レーザー媒質が異種材料から成る時、当該凹トロイダル面を有する合成石英レンズと固体レーザー媒質とをシリコーンオイルで光接着することを特徴とする請求項1,10に記載の太陽光励起レーザー装置。
- レーザー媒質に矩形状平行ビームを入射する為の前記トロイダル両凹レンズと前記スラブ型あるいはロッド型固体レーザーが同一母材であり、かつ、レーザー母材の中央部のみレーザー媒質がドープされており、レーザー媒質がドープされていない周辺部に凹トロイダル面を1から4面あるいは円周に沿って鼓状に形成することを特徴とする請求項1、10に記載の太陽光励起レーザー装置。
- レーザー媒質に矩形状平行ビームを入射する為に前記トロイダル両凹レンズを通した後、冷却水を介してレーザー媒質に平行ビームを入射することを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
- 前記両凹トロイダル面と一体化したレーザー媒質の凹トロイダル面、あるいは凹トロイダルレンズとレーザー媒質とが分離している時にはレーザー媒質の太陽光が入射する面に夫夫シリコーンオイルを塗布た後、紫外線で光酸化して冷却水中での完全反射防止膜を形成させることを特徴とする請求項1,11,12,13に記載の太陽光励起レーザー装置。
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