JP2008210999A - White light exciting laser device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To excite a laser medium and cool a laser head by using all spectra of sun light, and to oscillate a sun-light excited laser by wastelessly utilizing the irradiation energy of sun light. <P>SOLUTION: Sun light is demultiplexed into infrared, red and other light by a dichroic mirror or the like, the infrared light is used for temperature difference electric generation with use of a semiconductor thermoelectric element, the red light is used for solar cell electric generation, and powers obtained from these rays are used as a power supply of a Peltier cooling element for cooling a laser rod with use of a coolant silicone oil or water. Demultiplexed ultraviolet light is converted to a visible ray with use of a phosphor to excite a laser medium together with direct incident visible light. Consequently, a laser can be continuously oscillated with a high efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、白色光励起レーザー装置に関する The present invention relates to a white light excitation laser device.

固体レーザーや液体レーザーなどの光励起源はXeやKrフラッシュランプや半導体レーザーがある。XeやKrフラッシュランプによる励起には楕円鏡の2つの焦点の一方にランプを、他方にレーザーロッドを配置する方法が取られている。また半導体励起では固体レーザーヘッドやロッドの極近傍に光学系を介さず半導体レーザーを置く。とくに高出力レーザーでは光源とレーザーロッドの間に冷却水を流す事が多い。 There are Xe and Kr flash lamps and semiconductor lasers as optical excitation sources such as solid state laser and liquid laser. Excitation using Xe or Kr flash lamps employs a method in which a lamp is placed at one of the two focal points of the elliptical mirror and a laser rod is placed at the other. In semiconductor excitation, a semiconductor laser is placed in the vicinity of a solid laser head or rod without an optical system. Especially with high-power lasers, cooling water often flows between the light source and the laser rod.

太陽光励起固体レーザーは、非特許文献1に示すように、1966年米国のC.G.Youngが太陽光を放物面鏡で集光してレーザーロッドに照射し、1.3 Wの連続発振に世界で最初に成功した。1998年イスラエルのワイツマン研究所では、非特許文献2に示すように太陽光をNd、Hoドープのアレキサンドライトレーザーに照射して、変換効率30%でkW級のレーザー発振に成功している。2001年(財)レーザー技術総合研究所では、非特許文献3に示すように太陽光をフレネルレンズで集光し、その光をファイバーレーザーのクラッド部分に入れ、コアー部のレーザーロッドをクラッドでの反射光によりレーザー励起する方法を提案している。2002年米国航空宇宙局(NASA)のジェット推進研究所では、非特許文献4に示すように光ファイバーレーザーを束ねる方式を提案している。この様に放物面鏡やフレネルレンズを用い太陽光を千倍から一万倍に集光して、3準位または4準位レーザー媒質に効率良く吸収させると、発振に至る十分な反転分布を得ることができる。しかし太陽光を直接入射した時の熱的効果によるビーム品質や媒質のダメージが考えられるが、それを解決するために、本願発明者は特許文献1に示すようにトロイダル鏡やトロイダルレンズで集光した太陽光をトロイダル型ガラス容器の中を冷却水で循環させ、その中のレーザーロッドに水を介して高密度平行光励起を行うことを開示している。さらに本願発明者は特許文献2において内部に冷却水あるいはシリコーンオイルが満たされた積分球や円筒あるいは円錐台など軸対称円形ガラス容器両端面の一方の入射窓から対物レンズやミラーで集光した高密度太陽光を入射し、入射した光はガラス容器内部に進み、ガラス容器の外壁にコーティングされた反射膜で何回も反射されてレーザーロッド全体を励起することが開示されている。そこで次に残された課題は太陽光の有する幅広いスペクトルを効率良くレーザーロッドに吸収させる方法の開発である。 As shown in Non-Patent Document 1, a solar-excited solid-state laser is the first in the world to achieve 1.3 W continuous oscillation by CGYoung in the United States in 1966 collecting sunlight with a parabolic mirror and irradiating the laser rod. Successful. In 1998, at the Weitzmann Institute in Israel, as shown in Non-Patent Document 2, sunlight was irradiated to an Nd, Ho-doped alexandrite laser and succeeded in kW-class laser oscillation with a conversion efficiency of 30%. In 2001, the Research Institute of Laser Technology focused sunlight with a Fresnel lens as shown in Non-Patent Document 3, puts the light into the cladding part of the fiber laser, and puts the laser rod in the core part in the cladding. A laser excitation method using reflected light is proposed. In 2002, NASA's Jet Propulsion Laboratory proposed a method of bundling optical fiber lasers as shown in Non-Patent Document 4. In this way, if a parabolic mirror or Fresnel lens is used to concentrate sunlight from 1,000 to 10,000 times and efficiently absorb it in a three-level or four-level laser medium, a sufficient inversion distribution will result in oscillation. Can be obtained. However, the beam quality and medium damage due to the thermal effect when sunlight is directly incident can be considered. In order to solve the problem, the present inventor condenses light with a toroidal mirror or a toroidal lens as shown in Patent Document 1. It discloses that circulating sunlight is circulated in a toroidal type glass container with cooling water, and high-density parallel light excitation is performed on the laser rod therein through water. Furthermore, the inventor of the present application disclosed in Patent Document 2 that the light collected by an objective lens or a mirror from one incident window on both end surfaces of an axisymmetric circular glass container such as an integrating sphere, a cylinder, or a truncated cone filled with cooling water or silicone oil. It is disclosed that incident sunlight with a density is incident, the incident light travels inside the glass container, and is reflected many times by a reflective film coated on the outer wall of the glass container to excite the entire laser rod. Therefore, the next remaining problem is the development of a method for efficiently absorbing the broad spectrum of sunlight into the laser rod.

太陽から地球に注がれるエネルギー密度は1kW/m2あり、このエネルギーの可視光線を半導体の量子光電効果を利用して発電するのが太陽電池である。太陽電池のエネルギー変換効率は太陽電池に入射されたエネルギーと太陽電池の電気出力エネルギーの比をパーセントで表したものである。現在市場に出回っている太陽電池の99%がシリコン系材料を使ったものであり、電池素子が単結晶シリコンの場合の変換効率は17〜21%、た結晶シリコンで15〜17%、アモルファスシリコンで10〜12%である。 The energy density poured from the sun to the earth is 1 kW / m 2, and a solar cell generates visible light of this energy using the quantum photoelectric effect of a semiconductor. The energy conversion efficiency of a solar cell is the ratio of the energy incident on the solar cell and the electrical output energy of the solar cell, expressed as a percentage. 99% of solar cells currently on the market use silicon-based materials, and the conversion efficiency is 17 to 21% when the battery element is single crystal silicon, 15 to 17% with crystalline silicon, and amorphous silicon 10 to 12%.

太陽電池の変換効率が高々20%と低い理由は、太陽電池が熱エネルギーを媒介しないエネルギー変換だからである。地球上に降注ぐ太陽光の波長域は250〜1800nmである。しかし太陽電池はその中の400〜800nmの光のみしか使われていない。特に単結晶シリコンでは励起波長のピークが800nm、アモルファスシリコンでは600nm前後にあり、太陽光のピーク波長550nmに比べ長波長側にずれている。そこで太陽光のピーク波長550nmによって色素を励起して長波長の光に変換する方法の特許出願が多い。二酸化チタンを光電変換の基幹部品に用いる色素増感型太陽電池の研究がそれを物語っている。例えば、金属イオンをドープした酸化チタン半導体層の表面に、遷移金属錯体などの分光増感色素を吸着させた色素増感型太陽電池が特許文献3に記載されている。色素増感された酸化物半導体微粒子薄膜を用いた太陽電池について特許文献4に開示されている。しかしこれら色素増感型太陽電池の吸収波長域がシリコンより狭いため実用にはいたっていない。 The reason why the conversion efficiency of a solar cell is as low as 20% at most is that the solar cell does not mediate thermal energy. The wavelength range of sunlight falling on the earth is 250 to 1800 nm. However, only 400-800nm light is used in solar cells. In particular, single crystal silicon has an excitation wavelength peak of 800 nm, and amorphous silicon has a peak of around 600 nm, which is shifted to a longer wavelength side than the peak wavelength of sunlight 550 nm. Therefore, there are many patent applications for a method of exciting a pigment with a peak wavelength of sunlight of 550 nm and converting it into light having a long wavelength. The study of dye-sensitized solar cells using titanium dioxide as a key component for photoelectric conversion speaks out. For example, Patent Document 3 describes a dye-sensitized solar cell in which a spectral sensitizing dye such as a transition metal complex is adsorbed on the surface of a titanium oxide semiconductor layer doped with metal ions. A solar cell using a dye-sensitized oxide semiconductor fine particle thin film is disclosed in Patent Document 4. However, these dye-sensitized solar cells have not been put into practical use because the absorption wavelength region is narrower than that of silicon.

太陽電池に使われていない短波長域の光を利用する試みとして特許文献5には太陽電池表面に蒸着されている無反射膜にEuなどの希土類金属をドープして熱拡散することにより、短波長領域の光を希土類イオンに一旦吸収させて、長波長側に発光させ、この発光光をシリコンに効率よく吸収させた量のキャリアを励起して高効率で光電変換を行うことができることが開示されている。 As an attempt to use light in a short wavelength region that is not used in a solar cell, Patent Document 5 discloses that a non-reflective film deposited on the surface of the solar cell is doped with a rare earth metal such as Eu to thermally diffuse. It is disclosed that light in the wavelength region can be absorbed once by rare earth ions and emitted to the longer wavelength side, and the amount of carriers that efficiently absorbs the emitted light can be excited to perform photoelectric conversion with high efficiency. Has been.

熱電素子はペルチェ素子とも言い異種の半導体を接合して電流を流すと、一方の接合部で発熱が、他方の接合部で吸熱が起こる。このことは一方で吸熱した熱を他方で放出することを意味し、電流の向きを逆にすると発熱、吸熱が逆になる。また両接合面に温度差を持たすと電位差が現れ、これが温度差発電素子としても働く。本願発明者はこの熱電素子に正弦波直流電圧をプラス電位からマイナス電位に変化するようにして熱電素子に印加して、温度差を周期的に変化させて、その熱変化を岩石試料に与え、岩石の熱定数測定装置を作ったことが非特許文献5に開示されている。また熱電素子の一方をレーザーミラーに密接させ、他方を冷却水で冷却した状態で素子に直流を流す事によってレーザーミラーを冷却する装置を特許文献6に開示されている。またこの熱電素子を一方に500℃以下の高温を与え、他方を100℃以下にした温度差を発電素子に使うことが非特許文献6に、その素子の製作方法が特許文献7に開示されている。 When a thermoelectric element is also called a Peltier element and different types of semiconductors are joined to each other and a current flows, heat is generated at one junction and heat is absorbed at the other junction. This means that the heat absorbed on the one hand is released on the other hand. If the direction of the current is reversed, the heat generation and the heat absorption are reversed. Further, if there is a temperature difference between the two joint surfaces, a potential difference appears, which also functions as a temperature difference power generation element. The present inventor applied a sine wave DC voltage to the thermoelectric element so that the thermoelectric element changes from a positive potential to a negative potential, periodically changes the temperature difference, and gives the thermal change to the rock sample. Non-Patent Document 5 discloses that a device for measuring a thermal constant of rock is made. Further, Patent Document 6 discloses an apparatus that cools a laser mirror by causing a direct current to flow through the element in a state where one of the thermoelectric elements is in close contact with the laser mirror and the other is cooled with cooling water. In addition, Non-Patent Document 6 discloses that a temperature difference in which one of the thermoelectric elements is given a high temperature of 500 ° C. or less and the other is set to 100 ° C. or less is used as a power generation element, and a manufacturing method of the element is disclosed in Patent Document 7. Yes.

太陽電池の裏側に赤外線のみ透過する層と熱吸収層の背後に熱電素子を、その背後に冷却装置を付けて太陽光発電と熱発電を併用する方法が特許文献8に開示されている。太陽電池の裏側と熱伝素子の裏側との間に熱交換用のフィンを付け、太陽電池と熱伝素子を冷却して太陽光発電と熱発電を併用する方法が特許文献9に開示されている。ドーナツ型の中央部は太陽光の入射口、周辺部はフレネルレンズからなりこのレンズにより集められた太陽エネルギーと中央部の開口部を通過した太陽光とを重畳して集光し、太陽電池または熱電素子に照射する方法が特許文献10に開示されている。 Patent Document 8 discloses a method of using both solar power generation and thermoelectric power generation by attaching a thermoelectric element behind a layer that transmits only infrared rays to the back side of a solar cell and a heat absorption layer, and a cooling device behind it. Patent Document 9 discloses a method in which a fin for heat exchange is provided between the back side of the solar cell and the back side of the heat transfer element, and the solar cell and the heat transfer element are cooled to use both solar power generation and thermoelectric power generation. Yes. The central part of the donut shape is a sunlight entrance, and the peripheral part is a Fresnel lens, and the solar energy collected by this lens and the sunlight passing through the opening in the central part are superposed and condensed to form a solar cell or A method of irradiating a thermoelectric element is disclosed in Patent Document 10.

地球に降注ぐ太陽光のエネルギー密度は1kW/m2あり、このエネルギーの可視光線を半導体の量子光電効果を利用して発電するのが太陽電池であるが、その光電効率は高々20%である。この効率を上げる最も容易な方法が、太陽光の密度を高くすることである。本願発明者は円筒鏡を製造する方法として、耐熱煉瓦表面を円筒状にNCフライス加工したミラー鋳型を作り、その上に電気炉中でガラス板を載せ、ガラスの軟化点近くまで炉の温度を上げ、鋳型の下部から真空脱気することによりガラス表面が予め計算された曲面まで馴染ませル事により、大口径球面ミラーを作る方法を非特許文献7および特許文献11に開示している。この手法は昭和49年4月から通産省工業技術院のサンシャイン計画の中で「筒型法物面鏡」として日立製作所原子力研究所が「太陽熱発電システムの開発」で使用した事が非特許文献8に開示されている。さらに本願発明者は特許文献1で太陽励起レーザーに集光鏡としてトロイダル鏡を使うことを開示している。
The energy density of sunlight falling on the earth is 1 kW / m 2, and a solar cell generates visible light of this energy using the quantum photoelectric effect of a semiconductor, but its photoelectric efficiency is at most 20%. The easiest way to increase this efficiency is to increase the density of sunlight. As a method of manufacturing a cylindrical mirror, the inventor of the present application makes a mirror mold in which a heat-resistant brick surface is NC-milled into a cylindrical shape, and a glass plate is placed thereon in an electric furnace, and the temperature of the furnace is increased to near the softening point of the glass. Non-Patent Document 7 and Patent Document 11 disclose a method of making a large-diameter spherical mirror by raising and evacuating from the lower part of the mold to adjust the glass surface to a curved surface calculated in advance. This technique was used by Hitachi, Ltd. in the “Development of solar thermal power generation system” as a “cylindrical method mirror” in the Sunshine project of the Ministry of International Trade and Industry of Industrial Technology from April 1974. Is disclosed. Further, the inventor of the present application discloses the use of a toroidal mirror as a condensing mirror in a solar-excited laser in Patent Document 1.

太陽光のように広いスペクトルを持つ場合は発熱量が大きくなるため、大規模な冷却装置が必要である。一方半導体レーザーの発振波長はファイバーレーザーロッドの吸収帯に近接しているため、高効率レーザー発振が期待できる。非特許文献9によるとYbをドープしたダブルクラッドファイバーレーザーは975nmに吸収があるため、100μφで20メーターのファイバーに2.2Wの高出力半導体レーザーダイオードで光励起して1.3Wの出力、すなわち63%の高効率を出している。しかし、地上で350〜1500nmと広帯域のスペクトルを有する太陽光を用い効率よく発振するには、励起に使われない太陽光の紫外線や可視光線をレーザーの励起光に波長変換し、励起波長より波長の長い赤外線を冷却水に吸収させるかあるいはそれらの赤外線をコールドミラーで系外に反射させ熱源として使うことが急務である。
特願2005−338425 特願2006−239990 特公平8-15097号公報 特願2001−272252 (特開2003−86257) 特願平7−027359 (特開平8−204222) 特願昭53−024972 特願2000−399255 (特開2002−203993) 特願平8−264144 (特開平10−110670) 特願平4−324162 (特開平6−174249) 特願2003−1106 (特開2004−214491) 特願昭51−79055 (特開昭53−5647) 特願2003−298124 (特開2005−070243) 特願2005−251257 (特開2006−104046) 特願2003−298158 (特開2005−070245) C.C.Young; Applied Optics, 5, p993 (1966) Israel' ;IEEE Spectrum, May, p30 (1998) 今崎一男;レーザー・クロス、No. 158, p2 (2001) D. Maynard; "Power Beaming Technology Vision & Goal" ,Proceeding of Space Solar Power Concept And Technology Maturation Program Technical Interchenge Meeting (2002) 村原正隆、岩石の熱拡散率熱半導体で測定、日刊工業新聞、昭和52年3月30日 東芝プレスリリース、2004年3月29日号、上下面の温度差を利用して発電する熱伝モジュール開発について 村原正隆・萩原義一、応用物理、第45巻 第9号、700−703(1976) 稲垣清和、隅田 勲、梶浦宗次、土井 彰、大島亮一郎、応用物理、第46巻 第10号、1040−1044(1977) 伊藤秀明他;三菱電線工業時報 第101号 p21-24 (2004) レーザーハンドブック、編者レーザー学会、発行者株式会社オーム社、昭和57年12月15日発行 光物性ハンドブック、発行者株式会社朝倉書店、1984年3月20日発行 村原正隆、「エキシマランプを用いた石英ガラスの室温接着とコーティング」、セラミックス、41[6]、440−443(2006) M.Murahara, N.Sato,and A.Ikadai, Optics Letters, 30[24]
When it has a broad spectrum like sunlight, the calorific value becomes large, so a large-scale cooling device is required. On the other hand, since the oscillation wavelength of the semiconductor laser is close to the absorption band of the fiber laser rod, high-efficiency laser oscillation can be expected. According to Non-Patent Document 9, since the double clad fiber laser doped with Yb has absorption at 975 nm, it is optically pumped with a high power semiconductor laser diode of 2.2 W to a 20-meter fiber at 100 μφ, that is, 1.3 W output, that is, 63% High efficiency is achieved. However, in order to oscillate efficiently using sunlight with a broad spectrum of 350 to 1500 nm on the ground, the wavelength of sunlight or UV light that is not used for excitation is converted to laser excitation light, and the wavelength is longer than the excitation wavelength. It is an urgent need to absorb the long infrared rays in the cooling water or to reflect these infrared rays outside the system with a cold mirror and use them as a heat source.
Japanese Patent Application No. 2005-338425 Japanese Patent Application No. 2006-239990 Japanese Patent Publication No. 8-15097 Japanese Patent Application No. 2001-272252 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-86257) Japanese Patent Application No. 7-027359 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-204222) Japanese Patent Application No. 53-024972 Japanese Patent Application No. 2000-399255 (JP 2002-20993) Japanese Patent Application No. 8-264144 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-110670) Japanese Patent Application No. 4-324162 (Japanese Patent Laid-Open No. 6-174249) Japanese Patent Application No. 2003-1106 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-214491) Japanese Patent Application No. 51-79055 (Japanese Patent Laid-Open No. 53-5647) Japanese Patent Application No. 2003-298124 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-070243) Japanese Patent Application No. 2005-251257 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-104046) Japanese Patent Application No. 2003-298158 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-070245) CCYoung; Applied Optics, 5, p993 (1966) Israel '; IEEE Spectrum, May, p30 (1998) Kazuo Imasaki; Laser Cross, No. 158, p2 (2001) D. Maynard; "Power Beaming Technology Vision &Goal", Proceeding of Space Solar Power Concept And Technology Maturation Program Technical Interchenge Meeting (2002) Masataka Murahara, Thermal diffusivity of rock measured with thermal semiconductor, Nikkan Kogyo Shimbun, March 30, 1977 Toshiba Press Release, March 29, 2004, Development of heat transfer module that generates electricity using temperature difference between upper and lower surfaces Murahara Masataka and Sugawara Yoshikazu, Applied Physics, Vol. 45, No. 9, 700-703 (1976) Kiyokazu Inagaki, Isao Sumida, Souji Kajiura, Akira Doi, Ryoichiro Oshima, Applied Physics, Vol. 46, No. 10, 1040-1044 (1977) Hideaki Ito et al .; Mitsubishi Electric Industrial Time Report No. 101, p. 21-24 (2004) Laser Handbook, Editor Laser Society of Japan, Publisher Ohm Co., Ltd. Published December 15, 1982 Optical physical property handbook, publisher Asakura Shoten, published on March 20, 1984 Masataka Murahara, “Room-temperature adhesion and coating of quartz glass using excimer lamps”, Ceramics, 41 [6], 440-443 (2006) M.Murahara, N.Sato, and A.Ikadai, Optics Letters, 30 [24]

太陽光を千倍から一万倍に集光して、3準位または4準位レーザー媒質に効率良く吸収させると、発振に至る十分な反転分布を得ることができる。本願発明者は特許文献1に球面あるいは円筒あるいはトロイダル面を有する石英ガラス容器内部を冷却水で満たし、その外壁にファイバーレーザーロッドを配列する方法を開示している。しかしコアー径が太い円筒型レーザーロッドでは熱放散が困難で、大量の冷却水を高速流で冷却しない限り、レーザーロッドの熱破壊を免れない。とくに太陽光は広いスペクトルを有するため発熱量も大きく、固体レーザーロッドに高密度太陽光を直接入射する事は難しい。この熱作用のため連続発振は無理である。 When sunlight is condensed 1000 to 10,000 times and efficiently absorbed by a three-level or four-level laser medium, a sufficient inversion distribution leading to oscillation can be obtained. The inventor of the present application discloses a method in which the inside of a quartz glass container having a spherical surface, a cylinder or a toroidal surface is filled with cooling water and a fiber laser rod is arranged on the outer wall thereof. However, it is difficult to dissipate heat with a cylindrical laser rod with a large core diameter. Unless a large amount of cooling water is cooled with a high-speed flow, the laser rod is subject to thermal destruction. In particular, since sunlight has a wide spectrum, it generates a large amount of heat, and it is difficult to directly enter high-density sunlight into a solid laser rod. Due to this thermal action, continuous oscillation is impossible.

本願発明者は特許文献2において、外壁に反射膜をコーティングした積分球型ガラス容器の入射窓から赤外線を分離した太陽光や半導体レーザー光あるいはキセノンランプや水銀ランプ光などの高密度光を冷却液として水やシリコーンオイルを介してレーザーロッドに投入することを開示している。しかしこの文献でもレーザーロッドに投入される紫外線や可視光線は有効利用されていなかった。さらに特許文献1において固体レーザーヘッドの冷却水の中に色素レーザー媒質を混入させ、長紫外線による発光によるレーザー媒質の間接励起を開示している。しかしこの方法では循環中に色素の周囲に気泡が発生し、発光効率を下げる欠点があった。そこで本願発明では、太陽光の全てのスペクトルを使ってレーザー媒質の励起やレーザーロッドの冷却に用い、太陽光の輻射するエネルギーを無駄なく利用することが課題である。 The inventor of the present application disclosed in Patent Document 2 a high-density light such as sunlight, semiconductor laser light, xenon lamp, or mercury lamp light from which infrared rays were separated from the incident window of an integrating sphere glass container whose outer wall was coated with a reflection film. It is disclosed that it is introduced into the laser rod through water or silicone oil. However, even in this document, ultraviolet rays and visible rays injected into the laser rod have not been effectively used. Further, Patent Document 1 discloses indirect excitation of a laser medium by light emission by long ultraviolet rays by mixing a dye laser medium in cooling water of a solid laser head. However, this method has a drawback in that bubbles are generated around the pigment during circulation and the luminous efficiency is lowered. Therefore, in the present invention, it is an object to use all the spectrum of sunlight to excite the laser medium and cool the laser rod, and to use the energy radiated by sunlight without waste.

本願発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、ガラス容器内部に冷却水またはシリコーンオイルを満たした1個または複数個連結した積分球や円筒あるいは円錐台やラッパ管などのから成り、ガラス容器が1連の場合はその両端面の一方は入射窓、他端は対称軸を光軸として置かれた円筒型レーザーロッドの出口であり、2連の場合は各ガラス容器の任意の場所に入射窓を付ける事が出来る。本願発明では入射した高密度ランプ光や太陽光などの白色光を光学系内に閉じ込めるために、積分球に代表される様な回転軸対称2次曲面ガラス容器を用いている。さらに同様な効果を得るために、14、26、32、38、62面体などの多面体を用いることを推奨する。その中でも正6角形を20個、正5角形を12個有する32面体は積分球と同様な効果が期待できる。光や音の均一な伝播や外力の分散など球型が最良であるが、本発明の様に球面ガラス容器の外壁にぺルチェ冷凍素子を密着させるには平面が簡便である。そこで内外壁とも32面体ガラス容器、あるいはガラス容器の内壁は球面で外壁は32面多面体にすることが望ましい。円筒型ガラス容器の場合は内壁を円筒、外壁は多面柱型にすることが望ましい。そして、ガラス容器の外壁には蛍光体を塗布し、その上皮に金、アルミニウム、銀などの金属蒸着膜や誘電体多層膜などの反射膜をコーティングするため、ガラス容器内部に固定したレーザーロッドを直接冷却液を介してガラス容器の入射窓から対物鏡やレンズで集光したランプ光や太陽光などの白色光を有効利用できる。他方、シリコーンオイルの熱伝導率は水の約1/4、比熱は水の約1/3と低いが、しかし、水が0℃で凍るのに対しシリコーンオイルは−65℃でも流動性を示す。さらに水は100℃で沸騰するが、シリコーンオイルは200℃まで変化しない。本願発明者が特許文献2 に開示してあるように、水は650ナノメーターより長波長になると透過率が極端に下がる。ところがシリコーンオイルは2000ナノメーターでも透明である。紫外線透過については短波長になるに連れて両者とも透過率は下がるが、共に190ナノメーターまで透過する。以上の性質をレーザーロッドの側から考察すると、水では考えられない特質がシリコーンオイルには在ることがわかる。 もし太陽光励起レーザーの冷却水に水を用いれば、水が赤外線を吸収してお湯に成り、これがレーザーロッドを暖め、しいては熱破壊に繋がる。レーザーロッドの温度が上がれば発振効率も下がる。そこで素子の温度を下げるために高速冷却水を循環させる事になる。冷却が目的の水が太陽光の赤外線を吸熱して冷却水を暖めているのでは何にも成らない。この熱によって気泡も発生し、レーザー励起光や反射鏡の界面に反射のイレギュラーを発生させる。シリコーンオイルは粘度が低くは成るものの200℃以上まで流動性があり気体の発生は無く、しかもシリコーンオイルには消泡作用があるため例え泡が発生してもシリコーンオイル自身が吸収するため泡による光散乱は起こらない。冷媒としての水は冷やしても高々0℃である。ところがシリコーンオイルは−65℃まで冷却する事ができ、レーザーロッドの冷却効率は高い。しかも水は太陽光の内、紫外線や赤外線を吸収するがシリコーンオイルは殆ど吸収しない。またネオジウムドープヤグレーザーやファイバーレーザーなどの光励起は808ナノメーター以上の波長を用いるが、冷却水中で励起を行うには効率が悪い。しかしシリコーンオイル中では効率の良い励起ができる。 As a result of earnest research to achieve the above object, the inventors of the present application consisted of one or a plurality of integrating spheres, cylinders, truncated cones, trumpet tubes, etc. connected to the inside of the glass container filled with cooling water or silicone oil, In the case of a single glass container, one of both end faces is an entrance window, and the other end is an exit of a cylindrical laser rod placed with the symmetry axis as the optical axis. An entrance window can be attached. In the present invention, in order to confine incident white light such as high-density lamp light and sunlight in the optical system, a rotationally axisymmetric quadratic curved glass container represented by an integrating sphere is used. In order to obtain the same effect, it is recommended to use a polyhedron such as a 14, 26, 32, 38, 62-hedron. Among them, a 32-hedron having 20 regular hexagons and 12 regular pentagons can be expected to have the same effect as an integrating sphere. A spherical shape such as uniform propagation of light and sound and dispersion of external force is the best, but the flat surface is simple for bringing the Peltier refrigeration element into close contact with the outer wall of the spherical glass container as in the present invention. Therefore, it is desirable that the inner and outer walls be a 32-hedral glass container, or the inner wall of the glass container is a spherical surface and the outer wall is a 32-sided polyhedron. In the case of a cylindrical glass container, it is desirable that the inner wall be a cylinder and the outer wall be a multifaceted pillar type. A phosphor is applied to the outer wall of the glass container, and a laser rod fixed inside the glass container is used to coat the epithelium with a metal deposition film such as gold, aluminum, silver, or a reflective film such as a dielectric multilayer film. White light such as lamp light or sunlight condensed by an objective mirror or lens from the entrance window of the glass container directly through the coolant can be used effectively. On the other hand, the thermal conductivity of silicone oil is as low as about 1/4 of water and the specific heat is as low as about 1/3 of water. However, while water freezes at 0 ° C, silicone oil shows fluidity even at -65 ° C. . Furthermore, water boils at 100 ° C, but silicone oil does not change to 200 ° C. As disclosed in Patent Document 2 by the inventor of the present application, when water has a wavelength longer than 650 nanometers, the transmittance extremely decreases. However, silicone oil is transparent even at 2000 nanometers. As for ultraviolet light transmission, both transmittances decrease as the wavelength becomes shorter, but both transmit up to 190 nanometers. Considering the above properties from the laser rod side, it can be seen that silicone oil has characteristics that cannot be considered with water. If water is used as the cooling water for the solar-excited laser, the water absorbs infrared rays and turns into hot water, which warms the laser rod and leads to thermal destruction. If the temperature of the laser rod increases, the oscillation efficiency also decreases. Therefore, high-speed cooling water is circulated to lower the temperature of the element. If the water for cooling absorbs infrared rays from sunlight and warms the cooling water, nothing will happen. Bubbles are also generated by this heat, and irregular reflection is generated at the interface between the laser excitation light and the reflecting mirror. Although silicone oil has a low viscosity, it has fluidity up to 200 ° C or higher and does not generate gas. Moreover, silicone oil has a defoaming action, so even if foam is generated, it is absorbed by the silicone oil itself. Light scattering does not occur. Water as a refrigerant is at most 0 ° C. even when cooled. However, silicone oil can be cooled to -65 ° C, and the cooling efficiency of the laser rod is high. Moreover, water absorbs ultraviolet rays and infrared rays in sunlight, but hardly absorbs silicone oil. In addition, although light excitation of a neodymium-doped yag laser or fiber laser uses a wavelength of 808 nanometers or more, it is inefficient to perform excitation in cooling water. However, efficient excitation is possible in silicone oil.

冷却はシリコーンオイルをペルチェ冷凍素子で冷却することが装置を簡略化する。ペルチェ冷凍素子は熱電素子とも言い異種の半導体を接合して電流を流すと、一方の接合部で発熱が、他方の接合部で吸熱が起こる。このことは一方で吸熱した熱を他方で放出することを意味し、電流の向きを逆にすると発熱、吸熱が逆になる。また両接合面に温度差を持たすと電位差が現れ、これが温度差発電素子としても働く。本願発明は太陽光が輻射するすべてのエネルギーをレーザー発振に使うことである。したがってレーザー媒質の励起に直接関与しない波長の光、すなわち冷却効果を妨げる赤外線は系外に外し、その赤外線で半導体熱電素子を加熱しての温度差発電を行い、これによって得られた電力によりペルチェ冷凍素子を作動させてレーザーロッドの冷却に利用する。レーザー媒質がNd3+の時は820nm以上の赤外線により半導体熱電素子による温度差発電を行い、600nmから790nmの赤外線で太陽電池による太陽光発電に利用する。これら太陽熱発電と太陽光発電で得られた電力はペルチェ熱電素子の電力に使われる。また長紫外線や可視光線の短波長側は蛍光体を励起してその発光をレーザーロッドの励起に利用する。ここで長紫外線とは300〜400ナノメートルの波長域を意味する。 Cooling simplifies the apparatus by cooling the silicone oil with a Peltier refrigeration element. When a Peltier refrigeration element is also called a thermoelectric element and different types of semiconductors are joined to each other and an electric current is passed, heat is generated at one junction and heat is absorbed at the other junction. This means that the heat absorbed on the one hand is released on the other hand. If the direction of the current is reversed, the heat generation and the heat absorption are reversed. Further, if there is a temperature difference between the two joint surfaces, a potential difference appears, which also functions as a temperature difference power generation element. The present invention is to use all energy radiated by sunlight for laser oscillation. Therefore, light with a wavelength that does not directly participate in the excitation of the laser medium, that is, infrared rays that interfere with the cooling effect, is removed from the system, and the thermoelectric power generation is performed by heating the semiconductor thermoelectric element with the infrared rays. The refrigeration element is activated and used to cool the laser rod. When the laser medium is Nd 3+ , temperature difference power generation using semiconductor thermoelectric elements is performed with infrared rays of 820 nm or more, and solar power generation using solar cells is performed with infrared rays of 600 nm to 790 nm. The electric power obtained by these solar thermal power generation and solar power generation is used for the power of Peltier thermoelectric elements. On the short wavelength side of long ultraviolet rays and visible rays, the phosphor is excited and the emitted light is used for exciting the laser rod. Here, the long ultraviolet ray means a wavelength region of 300 to 400 nanometers.

以上述べた役割を効果的に実施するためにレーザーロッドを励起する容器の形状を積分球や茄子型球あるいは円筒または円錐台やラッパ管など回転軸対称2次曲面あるいは多面体ガラス容器とし積分球のように入射した光が励起系外に逃がさないようにし、そのガラス容器の対称軸に円筒型レーザーロッドの光軸を合わせ、ガラス容器の外壁あるいはレーザーロッドの外壁に蛍光体を塗布あるいはドーピングまたは焼結し、ガラス容器の最外壁に反射膜を蒸着し、ガラス容器内部は冷却液として水あるいはシリコーンオイルを満たし、ガラス容器の最外壁の反射膜層上から直接冷却する。特にシリコーンオイルは熱によって気泡を発生することも無く、200℃でも液体であり、−60℃でも液体である。このように−60℃まで素子を冷却できる。このため本願では2次曲面ガラス容器の最外壁の反射膜層上にペルチェ冷凍素子を球面に沿ってモザイク状に並べ、その素子の外壁を二重管構造をなす冷却水で冷却するか、あるいは冷却液を循環させて、チラーで冷却する。 In order to effectively carry out the above-mentioned role, the shape of the container for exciting the laser rod is an integrating sphere, insulator-type sphere, cylinder, truncated cone, trumpet tube, etc. In this way, the incident light does not escape outside the excitation system, the optical axis of the cylindrical laser rod is aligned with the axis of symmetry of the glass container, and a phosphor is applied to the outer wall of the glass container or the outer wall of the laser rod. As a result, a reflective film is deposited on the outermost wall of the glass container, the inside of the glass container is filled with water or silicone oil as a cooling liquid, and is directly cooled from the reflective film layer on the outermost wall of the glass container. In particular, silicone oil does not generate bubbles due to heat, is liquid even at 200 ° C., and is liquid even at −60 ° C. In this way, the device can be cooled to −60 ° C. Therefore, in this application, Peltier refrigeration elements are arranged in a mosaic pattern along the spherical surface on the reflective film layer on the outermost wall of the quadratic curved glass container, and the outer walls of the elements are cooled with cooling water having a double tube structure, or Circulate the coolant and cool with a chiller.

非特許文献10に開示してあるように固体レーザー媒質として最もポピュラーな3価のネオジウム(Nd3+)は4準位レーザーで720から830ナノメーターで効率の良いレーザー遷移を行い、ネオジウムドープヤグレーザーでは808ナノメーター励起で1060ナノメーターのパルス・連続発振が行われている。一方3準位レーザーに代表される3価のクロム(Cr3+)はルビーレーザーは吸収帯のピーク波長が406と550ナノメーターであるため、Xeフラッシュランプ励起で694ナノメーターのパルス発振が得られる。また514.5ナノメーターのAr+レーザーでは連続発振ができる。しかし、これら固体レーザーロッドを高密度光で励起すると励起光やレーザー出力でレーザー素子自身が高温に成り、冷却不足時のレーザー発振はレーザーロッド内部に熱レンズ効果などを起こし媒質破壊に至る。これを防止するには強制冷却が不可欠である。さらにレーザーロッドを光励起するには冷媒が励起光を透過する必要がある。この両者を満たす最も優れた冷媒はシリコーンオイルである。 As disclosed in Non-Patent Document 10, trivalent neodymium (Nd 3+ ), the most popular solid-state laser medium, is a four-level laser that performs an efficient laser transition at 720 to 830 nanometers. The laser emits 1060 nanometer pulses and continuous oscillation with 808 nanometer excitation. On the other hand, trivalent chromium (Cr 3+ ) represented by a three-level laser has a peak wavelength of 406 and 550 nanometers in the ruby laser. It is done. The 514.5 nanometer Ar + laser can continuously oscillate. However, when these solid-state laser rods are excited with high-density light, the laser element itself becomes high temperature due to excitation light or laser output, and laser oscillation when the cooling is insufficient causes a thermal lens effect or the like in the laser rod, leading to destruction of the medium. Forced cooling is essential to prevent this. Furthermore, in order to photoexcite the laser rod, the refrigerant needs to transmit the excitation light. Silicone oil is the best refrigerant that satisfies both of these requirements.

さらにレーザー媒質の励起効率を上げるために、積分球や茄子型球あるいは円筒または円錐台やラッパ管など回転軸対称2次曲面あるいは多面体ガラス容器を夫々連結し、レーザー媒質固有の励起波長で励起するための励起室と間接的にレーザーロッドを励起するための蛍光体を長紫外線や短波長可視光線で励起する励起室に分離し、共通するそれらのガラス容器の対称軸に1本の円筒型レーザーロッドの光軸を合わせ、ガラス容器の外壁あるいはレーザーロッドの外壁に蛍光体を塗布あるいはドーピングまたは焼結し、両方のガラス容器の最外壁に反射膜を蒸着し、ガラス容器内部は冷却液として水あるいはシリコーンオイルを満たし、ガラス容器の最外壁の反射膜上から直接あるいは冷却液を循環させて間接的にペルチェ冷凍素子で冷却し、かつガラス容器の任意の場所に開けた入射窓から対物鏡やレンズで集光したランプ光や太陽光などの白色光あるいは熱線を除外した光を入射させる。 In order to further increase the excitation efficiency of the laser medium, an integrating sphere, an insulator sphere, a cylinder, a truncated cone, a trumpet tube, or other rotationally axisymmetric quadratic surface or a polyhedral glass container is connected to excite at the excitation wavelength specific to the laser medium. The excitation chamber and the phosphor for indirectly exciting the laser rod are separated into an excitation chamber that is excited by long ultraviolet rays or short-wavelength visible light, and a single cylindrical laser is placed on the axis of symmetry of the glass containers in common. Align the optical axis of the rod, and apply or dope or sinter phosphor on the outer wall of the glass container or laser rod, and deposit a reflective film on the outermost wall of both glass containers. Alternatively, fill with silicone oil and cool directly from the reflective film on the outermost wall of the glass container or indirectly with a Peltier refrigeration element by circulating a coolant. And light enters excluding white light or heat rays, such as lamp light or sunlight condensed by an objective lens and lens from the entrance window opened anywhere in the glass container.

前記回転軸対称2次曲面ガラス容器の壁面に塗布または焼結された蛍光体は、例えばNd3+をドープしたレーザー媒質の場合、励起波長が808nmであるため発光中心が808nm付近の蛍光体が望ましい。このスペクトルに近い蛍光体としては非特許文献11に開示してあるように、励起波長200〜360nmで発光中心スペクトルが628nmの(Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+または発光中心スペクトルが620nmのYVO4:Euや発光中心スペクトルが626nmのY2O2:Eu等を使う。またCr3+ やCe3+などをドープしたレーザー媒質の場合、励起波長が406nm付近あるいは550nm付近であるため、発光中心波長が419nmのSr2P2O7:Eu2+ や発光中心が412nmのCaWO4や発光中心スペクトル495.2nmで励起波長200〜320nm LaPO4:Ce3+ ,Tb3+ 、あるいは励起波長200〜300nm Ca5(PO4)3(F,Cl): Sb3+ ,Mn2+、発光中心スペクトルが513nm の(Ba,Eu)(Mg,Mn)Al10O17あるいは発光中心スペクトルが530nmのZnS:Cu,Alや発光中心スペクトルが535nmのZnS:Cu,Au,Alが望ましい。また発光中心スペクル480nmで励起波長200〜350nmの MgWO4は406nm と550nmの両方に発光体を有するため励起用蛍光体として望ましい。これら蛍光体を格子、水玉、モザイクなどパターン状に塗布し、その上皮とガラス容器外壁をアルミニウム反射膜を蒸着することにより、蛍光体が存在しない部分ではガラス容器に外部から入射してきた光も、長紫外線によって励起発生した光も共に反射され、最終的にはレーザーロッドを励起する。ここで反射膜に対する蛍光体の占める割合は30から70%が望ましい。 The phosphor coated or sintered on the wall surface of the rotationally axisymmetric quadratic curved glass container, for example, in the case of a laser medium doped with Nd 3+, has an excitation wavelength of 808 nm, and therefore a phosphor having an emission center near 808 nm. desirable. As disclosed in Non-Patent Document 11, phosphors close to this spectrum are (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Sn 2+ or emission centers having an emission center spectrum of 628 nm at an excitation wavelength of 200 to 360 nm. YVO 4 : Eu having a spectrum of 620 nm, Y 2 O 2 : Eu having an emission center spectrum of 626 nm, or the like is used. In the case of a laser medium doped with Cr3 +, Ce3 +, etc., since the excitation wavelength is around 406 nm or 550 nm, Sr 2 P 2 O 7 : Eu 2+ with an emission center wavelength of 419 nm, CaWO 4 with an emission center of 412 nm, Emission center spectrum 495.2 nm, excitation wavelength 200-320 nm LaPO 4 : Ce 3+ , Tb 3+ , or excitation wavelength 200-300 nm Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, Cl): Sb 3+ , Mn 2+ , emission (Ba, Eu) (Mg, Mn) Al 10 O 17 having a center spectrum of 513 nm, ZnS: Cu, Al having an emission center spectrum of 530 nm, and ZnS: Cu, Au, Al having an emission center spectrum of 535 nm are desirable. In addition, MgWO 4 having an emission center spectrum of 480 nm and an excitation wavelength of 200 to 350 nm is desirable as an excitation phosphor because it has light emitters at both 406 nm and 550 nm. By applying these phosphors in a pattern such as a lattice, polka dots, mosaic, etc., and depositing an aluminum reflective film on the epithelium and the outer wall of the glass container, the light that has entered the glass container from the outside in the part where the phosphor does not exist, The light excited and generated by the long ultraviolet rays is also reflected and finally excites the laser rod. Here, the ratio of the phosphor to the reflection film is preferably 30 to 70%.

集光された太陽光を分波し、選択されたスペクトルによりレーザーロッドの励起光源として使い、残りのスペクトルの内、長紫外線は蛍光体を励起し間接的にレーザーロッドを光励起し、赤外線は半導体熱電素子による温度差発電に使われる。ここで注意しなければ成らない事は、水が赤外線を吸収してお湯に成り、これがレーザーロッドを暖め、しいては熱破壊に繋がる。レーザーロッドの温度が上がれば発振効率も下がる。素子の温度を下げたいために高速冷却水を循環させるのだろうが、それを太陽光が暖めているのでは何にも成らない。そこで、先ずレーザーロッドの冷却液へ赤外線を進入させないために、回転軸対称2次曲面ガラス容器の励起光入射窓には赤外線を反射し、長紫外線と可視光線を透過すダイクロイックミラーやダイクロイックフィルターあるいは赤外線カットフィルターを蒸着する。そしてこの反射光を半導体熱電素子に導く。あるいはダイクロイックミラーやダイクロイックフィルターあるいは赤外線カットフィルターやコールドミラーを容器の励起光入射窓の前面に置き、そこで赤外線を反射し半導体熱電素子に導き、透過した長紫外線と可視光線はガラス容器の窓から冷却液を通ってレーザーロッドを励起する。あるいは赤外線を透過し長紫外線と可視光線を反射するダイクロイックミラーやダイクロイックフィルターあるいはコールドミラーなどを用いる場合には、透過した赤外線を半導体熱電素子に導き、反射した長紫外線と可視光線はガラス容器の窓から冷却液を通ってレーザーロッドを励起する。回転軸対称2次曲面ガラス容器を複数個連結した場合には更にダイクロイックミラーで可視光線と長紫外線とに分光した後、夫々別個の窓からガラス容器の入射窓に投入し、可視光線は直接、長紫外線は蛍光体を励起後間接的にレーザーロッドを励起する。例えばここでドーピングされたレーザー媒質がNd3+の場合には分光した830nm以上光で温度差発電を、Cr3+ やCe3+の場合には570nm以上で温度差発電を行う。 The collected sunlight is demultiplexed and used as a laser rod excitation light source by the selected spectrum. Of the remaining spectrum, long ultraviolet light excites the phosphor and indirectly photoexcites the laser rod, and infrared light is a semiconductor. Used for temperature difference power generation with thermoelectric elements. What must be noted here is that water absorbs infrared rays and turns into hot water, which heats the laser rod and leads to thermal destruction. If the temperature of the laser rod increases, the oscillation efficiency also decreases. High-speed cooling water will be circulated to reduce the temperature of the device, but nothing will happen if the sunlight is warming up. Therefore, in order to prevent infrared rays from entering the coolant of the laser rod, a dichroic mirror or dichroic filter that reflects infrared rays and transmits long ultraviolet rays and visible rays through the excitation light incident window of the rotationally symmetrical secondary curved glass container or Evaporate an infrared cut filter. And this reflected light is guide | induced to a semiconductor thermoelectric element. Alternatively, a dichroic mirror, dichroic filter, infrared cut filter or cold mirror is placed in front of the excitation light entrance window of the container, where it reflects infrared light and directs it to the semiconductor thermoelectric element, and the transmitted long ultraviolet rays and visible light are cooled from the glass container window. Excites the laser rod through the liquid. Alternatively, when using a dichroic mirror, dichroic filter, or cold mirror that transmits infrared rays and reflects long ultraviolet rays and visible rays, the transmitted infrared rays are guided to a semiconductor thermoelectric element, and the reflected long ultraviolet rays and visible rays are reflected in the window of the glass container. To excite the laser rod through the coolant. When a plurality of rotationally axisymmetric quadratic curved glass containers are connected, they are further split into visible rays and long ultraviolet rays by a dichroic mirror, and then injected into the entrance window of the glass vessel through separate windows. Long UV light indirectly excites the laser rod after exciting the phosphor. For example, when the doped laser medium is Nd 3+ , temperature difference power generation is performed with a spectral light of 830 nm or more, and when Cr 3+ or Ce 3+ is used, temperature difference power generation is performed at 570 nm or more.

高密度太陽光の赤外線を半導体熱電素子で効率よく吸収させるために一方の半導体熱電素子表面にはグラファイットやカーボンなの吸収体が塗布され、他方表面には冷却フィンが付けられ、冷却水中あるいは宇宙空間におけるように真空中にある時などに発生する低温との温度差で発電された電力をレーザーロッド冷却用ペルチェ冷凍素子の電源として用いる。この太陽輻射熱と真空中の輻射冷却を半導体熱電素子の表裏で行う事により、高効率の温度差発電が出来るため、宇宙空間で発振させる太陽光励起レーザーの冷却に使われる。 In order to efficiently absorb the infrared rays of high-density sunlight with a semiconductor thermoelectric element, one surface of the semiconductor thermoelectric element is coated with an absorber such as graphite or carbon, and the other surface is provided with a cooling fin so that it can be used in cooling water or space. The power generated by the temperature difference from the low temperature generated when in a vacuum as in a space is used as a power source for the Peltier refrigeration element for cooling the laser rod. This solar radiant heat and radiant cooling in vacuum are performed on the front and back of the semiconductor thermoelectric element, so that a highly efficient temperature difference power generation can be performed. Therefore, it is used to cool solar-excited lasers that oscillate in outer space.

本発明によれば、太陽光の有するスペクトルの内、レーザー媒質励起に必要とする僅かな波長域の光は勿論のこと、従来使われなかった長紫外光で蛍光体を励起し、当該レーザーロッドの励起光に変換し、さらに赤色光は太陽電池による発電に、あるいは赤外線は半導体熱電素子による温度差発電などに用い、これらから得られた電力をレーザーロッドの冷却液としてのシリコーンオイルを介してペルチェ冷凍素子の電力として用い、レーザーロッドを高効率で連続発振させることができる。 According to the present invention, in the spectrum of sunlight, not only the light in the slight wavelength range necessary for laser medium excitation, but also the phosphor rod is excited by long ultraviolet light that has not been used in the past. In addition, red light is used for power generation by solar cells, or infrared light is used for temperature difference power generation by semiconductor thermoelectric elements, and the power obtained from these is passed through silicone oil as a cooling liquid for the laser rod. The laser rod can be oscillated continuously with high efficiency by using it as electric power of the Peltier refrigeration element.

集光された太陽光をダイクロイックミラーやダイクロイックフィルターあるいは赤外線カットフィルターやコールドミラーなどで分光し、赤外部は温度差発電、長紫外線は蛍光体を励起し、可視光線はレーザーロッドを直接励起と太陽電池に供することにより、太陽光の全てのスペクトルをレーザー発振に利用することが出来る。 The condensed sunlight is dispersed with a dichroic mirror, dichroic filter, infrared cut filter, cold mirror, etc., the infrared region generates temperature difference power, long ultraviolet light excites the phosphor, and visible light directly excites the laser rod and the sun. By using the battery, the entire spectrum of sunlight can be used for laser oscillation.

以下、本発明の実施の形態を図1〜図27に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1で本発明の白色光励起太陽レーザー装置の動作原理を説明する。積分球や円筒あるいは円錐台などの回転軸対称2次曲面あるいは多面体ガラス容器1の両端面の入射窓2の前面にコールドフィルターやコールドミラーあるいはダイクロイックミラーなどの波長選択板3を置き、太陽光や白色光の高密度光4の内波長選択板3で反射した赤外線5は集光されて半導体熱電素子6の前面の吸収板7に照射される。この半導体熱電素子6の背後にはラジエータ8が付き冷却水で冷却して温度差発電を行う。一方波長選択板3を透過した可視光線9はレーザーロッド10の側面の酸化シリコン膜11がコーティングしてある。この酸化シリコン膜11は本願発明者が特許文献12、13、14および非特許文献12、13にシリコーンオイルの光酸化方法が開示しているように、コーティングされたシリコーンオイルを酸素雰囲気で光酸化して生成した膜である。入射した可視光線9はガラス容器1の外壁に蒸着されたアルミ膜12で反射を繰り返しながらレーザーロッド10を励起する。同様に波長選択板3を透過した長紫外線13はガラス容器1の内壁や外壁に蒸着されたアルミ膜12で反射を繰り返しながらレーザーロッド10を励起する。このときレーザーロッド10の側面にコーティングされた光酸化シリコン膜11にはEuやTbなどの希土類元素14をドーピングし、またガラス容器1の外壁には蛍光体15を塗布し、長紫外線13により変換された可視光線によってレーザーロッド10は再励起される。レーザーロッド10とガラス容器1の内壁の間には水あるいはシリコーンオイルなどの冷却液16は冷却液出入り口17により循環し、レーザーロッド10の端面からレーザー出力18される。 The operation principle of the white light excitation solar laser device of the present invention will be described with reference to FIG. A wavelength selection plate 3 such as a cold filter, a cold mirror or a dichroic mirror is placed on the front surface of the incident window 2 on both end faces of the rotationally symmetric secondary curved surface such as an integrating sphere, a cylinder or a truncated cone or a polyhedral glass container 1, and sunlight or The infrared rays 5 reflected by the inner wavelength selection plate 3 of the high-density light 4 of white light are collected and irradiated to the absorption plate 7 on the front surface of the semiconductor thermoelectric element 6. A radiator 8 is attached behind the semiconductor thermoelectric element 6 and is cooled with cooling water to perform temperature difference power generation. On the other hand, the visible light 9 transmitted through the wavelength selection plate 3 is coated with the silicon oxide film 11 on the side surface of the laser rod 10. This silicon oxide film 11 is obtained by photo-oxidizing a coated silicone oil in an oxygen atmosphere as disclosed in Patent Documents 12, 13, and 14 and Non-Patent Documents 12 and 13 by the present inventors. It is the film | membrane produced | generated in this way. The incident visible light 9 excites the laser rod 10 while being repeatedly reflected by the aluminum film 12 deposited on the outer wall of the glass container 1. Similarly, the long ultraviolet rays 13 transmitted through the wavelength selection plate 3 excite the laser rod 10 while being repeatedly reflected by the aluminum film 12 deposited on the inner wall and the outer wall of the glass container 1. At this time, the photo-oxide silicon film 11 coated on the side surface of the laser rod 10 is doped with a rare earth element 14 such as Eu or Tb, and a phosphor 15 is applied to the outer wall of the glass container 1 and converted by the long ultraviolet rays 13. The laser rod 10 is re-excited by the generated visible light. A coolant 16 such as water or silicone oil circulates between the laser rod 10 and the inner wall of the glass container 1 through a coolant inlet / outlet 17 and a laser output 18 is output from the end face of the laser rod 10.

図2は各形状の回転軸対称2次曲面および多面体ガラス容器製レーザー発振器概略図である。(a)は茄子型球、(b)は積分球、(c)はラッパ管、(d)は円錐台、(e)は円筒、(f)は多面体であり、夫々のガラス容器の対称軸には円筒型レーザーロッド10の光軸が一致して置かれている。赤外線が除かれた高密度太陽光や白色光は、ガラス容器1の前面に付けられた入射窓2からシリコーンオイルや水などの冷却液16を通って進み、ガラス容器1の外壁にコーティングされたアルミニウム反射膜12で何回も反射され、殆どの光が円筒型レーザーロッド10に入射する事を目論んで積分球形状を採用している。このままでもレーザー発振効率は向上するが、入射された長紫外線など直接レーザーロッドの励起に供しない光も存在するため、それらの光を有効利用するために、長紫外線をガラス容器の外壁または内壁あるいはレーザーロッドの外壁に塗布またはドーピングされた蛍光体でレーザー励起波長光に変換し、高効率のレーザー発振を行う。さらにガラス容器内部に満たされたシリコーンオイルは、ガラス容器の最外壁の反射膜層上部からペルチェ冷凍素子で直接冷却液を冷却することにより、−60℃から+200℃まで光吸収が無く、かつ高温時の気泡発生も無い光学材料のための冷却材として使われる。 FIG. 2 is a schematic diagram of rotationally symmetric secondary curved surfaces of various shapes and a laser oscillator made of a polyhedral glass container. (a) is an insulator sphere, (b) is an integrating sphere, (c) is a trumpet tube, (d) is a truncated cone, (e) is a cylinder, and (f) is a polyhedron, the symmetry axis of each glass container The optical axis of the cylindrical laser rod 10 is placed in the same position. High-density sunlight or white light from which infrared rays have been removed travels from the entrance window 2 attached to the front surface of the glass container 1 through the coolant 16 such as silicone oil or water, and is coated on the outer wall of the glass container 1. An integrating sphere shape is adopted in order to reflect most of the light reflected by the aluminum reflecting film 12 and most of the light is incident on the cylindrical laser rod 10. Although the laser oscillation efficiency is improved as it is, there is also light that is not directly used for excitation of the laser rod, such as incident long ultraviolet light. Therefore, in order to make effective use of the light, long ultraviolet light is used on the outer wall or inner wall of the glass container or The phosphor is coated or doped on the outer wall of the laser rod and converted to laser excitation wavelength light to perform highly efficient laser oscillation. Furthermore, the silicone oil filled in the glass container has no light absorption from −60 ° C. to + 200 ° C. and has a high temperature by directly cooling the cooling liquid from the upper part of the reflective film layer on the outermost wall of the glass container with a Peltier refrigeration element. Used as a coolant for optical materials that do not generate air bubbles.

図3はペルチェ冷凍素子付き円筒ガラス容器製レーザー発振器概略図である。図1に示した円筒ガラス容器1内の冷却液16の循環を止め、ガラス容器1の外壁にコーティングしたアルミニウム反射膜12の上皮にペルチェ冷凍素子19を密着させ、その反対面に冷却水20を循環させ、二重管構造の外壁22で覆っている。ここで冷却液16は水でも良いが、シリコーンオイルが望ましい。シリコーンオイルは粘度が低くは成るものの200℃以上まで流動性があり気体の発生は無く、しかもシリコーンオイルには消泡作用があるためたとえ泡が発生してもシリコーンオイル自身が吸収するため泡による光散乱は起こらない。冷媒としての水は0℃で凍る。ところがシリコーンオイルは−65℃まで冷却する事ができるため、レーザーロッドの冷却効率は高い。しかも水は太陽光の内、紫外線や赤外線を吸収するがシリコーンオイルは殆ど吸収しない。またネオジウムドープヤグレーザーやファイバーレーザーなどの光励起は808ナノメーター以上の波長を用いるが、冷却水中で励起を行うには効率が悪い。しかしシリコーンオイル中では効率の良い励起ができる。
FIG. 3 is a schematic diagram of a laser oscillator made of a cylindrical glass container with a Peltier refrigeration element. The circulation of the cooling liquid 16 in the cylindrical glass container 1 shown in FIG. 1 is stopped, the Peltier freezing element 19 is brought into close contact with the epithelium of the aluminum reflecting film 12 coated on the outer wall of the glass container 1, and the cooling water 20 is put on the opposite surface. It is circulated and covered with an outer wall 22 having a double pipe structure. Here, the coolant 16 may be water, but is preferably silicone oil. Although silicone oil has a low viscosity, it has fluidity up to 200 ° C or higher, no gas is generated, and silicone oil has a defoaming action. Light scattering does not occur. Water as a refrigerant freezes at 0 ° C. However, since silicone oil can be cooled to -65 ° C, the cooling efficiency of the laser rod is high. Moreover, water absorbs ultraviolet rays and infrared rays in sunlight, but hardly absorbs silicone oil. In addition, although light excitation of a neodymium-doped yag laser or fiber laser uses a wavelength of 808 nanometers or more, it is inefficient to perform excitation in cooling water. However, efficient excitation is possible in silicone oil.

図4は固体レーザー励起用2連積分球型白色光励起レーザー装置動作原理図である。ガラス容器23を可視光線直接励起部とし、他方のガラス容器24を紫外線による蛍光体15励起可視光変換部とする。夫々のガラス容器23および24の任意の場所に入射窓25および26を備え、これら連結したガラス容器の対称軸に、冷却液16を介して円筒型レーザーロッド10の光軸が一致して置かれ、2連結型白色光励起レーザー装置が構成されている。このレーザー装置へ入射する高密度太陽光4は、カットオフ波長900nmのダイクロイックミラー3に斜入射で入射し、その反射赤外線5をカーボン製集熱板7に照射し、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(東芝熱電モジュールギガトパーズ)6を介して、ラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差により発生した電力をレーザーロッドの冷却水循環用冷凍器の電力として用いた。一方ダイクロイックミラー3を透過した250〜900nmの光はダイクロイックミラー27により反射された250〜400nmの長紫外線13は入射窓26から紫外線励起蛍光体可視光線変換部24のガラス容器1の外壁に塗布した蛍光体15の励起およびレーザーロッド10の外周にドーピングした希土類元素の励起用に使われる。紫外線による蛍光体励起可視光変換部24のガラス容器1の外壁には水玉模様に蛍光体15を塗布し、その上皮および蛍光体が塗布されていない部分すなわちガラス容器1の最外壁にアルミニウム反射膜を蒸着し、この反射膜により入射光は何回も反射を繰り返しながら冷却液16を介してレーザーロッド10を励起する。他方ダイクロイックミラー27を透過した可視光線9は反射ミラー28で反射され、入射窓25を通過して冷却液16中を進み、ガラス容器1の最外壁に蒸着したアルミニウム反射膜12により何回も反射を繰り返しながら冷却液16を介して、外周に蛍光体(希土類Eu)15がドーピングされたレーザーロッド10を励起する。これら分離された波長域毎の励起部23,24により太陽光の全スペクトルを有効利用したレーザー光18が出力される。ここで固体レーザー励起用2連積分球型白色光励起太陽レーザー装置(図4)を傾け、入射窓を共に側面に付ければ、反射ミラー28を省略することが出来る。この側面入射窓付き固体レーザー励起用2連積分球型白色光励起太陽レーザー装置動作原理図を図5に示す。 FIG. 4 is an operation principle diagram of a double integrating sphere type white light excitation laser device for solid laser excitation. Let the glass container 23 be a visible light direct excitation part, and let the other glass container 24 be the fluorescent substance 15 excitation visible light conversion part by an ultraviolet-ray. Incidence windows 25 and 26 are provided at arbitrary locations on the respective glass containers 23 and 24, and the optical axis of the cylindrical laser rod 10 is placed so as to coincide with the symmetry axis of the connected glass containers via the cooling liquid 16. A two-connection white light excitation laser device is configured. The high-density sunlight 4 incident on the laser device is incident obliquely on the dichroic mirror 3 having a cutoff wavelength of 900 nm, and the reflected infrared ray 5 is irradiated on the carbon heat collecting plate 7 to generate heat of about 500 ° C. The radiator 8 is cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. through the semiconductor thermoelectric element (Toshiba thermoelectric module Gigatopaz) 6, and the electric power generated by the temperature difference of 450 degrees is used as the electric power of the cooling water circulation refrigerator of the laser rod. Using. On the other hand, 250-900 nm long ultraviolet rays 13 having been transmitted through the dichroic mirror 3 and reflected by the dichroic mirror 27 were applied from the incident window 26 to the outer wall of the glass container 1 of the UV-excited phosphor visible light conversion unit 24. It is used for excitation of the phosphor 15 and excitation of rare earth elements doped on the outer periphery of the laser rod 10. The phosphor 15 is coated in a polka dot pattern on the outer wall of the glass container 1 of the phosphor-excited visible light converting unit 24 by ultraviolet rays, and the aluminum reflecting film is applied to the epithelium and the part where the phosphor is not coated, that is, the outermost wall of the glass container 1. The laser rod 10 is excited through the cooling liquid 16 while the incident light is repeatedly reflected many times by the reflective film. On the other hand, the visible light 9 transmitted through the dichroic mirror 27 is reflected by the reflecting mirror 28, passes through the incident window 25, travels through the coolant 16, and is reflected many times by the aluminum reflecting film 12 deposited on the outermost wall of the glass container 1. The laser rod 10 having the outer periphery doped with the phosphor (rare earth Eu) 15 is excited through the coolant 16 while repeating the above. Laser light 18 that effectively uses the entire spectrum of sunlight is output by the excitation units 23 and 24 for each of the separated wavelength regions. Here, if the double integrating sphere type white light excitation solar laser device for solid laser excitation (FIG. 4) is tilted and both incident windows are provided on the side surfaces, the reflection mirror 28 can be omitted. Fig. 5 shows the principle of operation of this double-integrated sphere type white-light-excited solar laser device for exciting a solid-state laser with a side entrance window.

図6は各形状の2連結型回転軸対称2次曲面および多面体ガラス容器製レーザー発振器概略図である。2連のガラス容器はレーザーロッド10を直接光励起する可視光線励起部24と長紫外線によって蛍光体を励起して可視光線に変換する長紫外線励起部23から構成されている。(g)は前面入射窓付き2連円筒型、(h)は側面入射窓付き2連円筒型、(i)は前面入射窓付き2連積分球、(j)は側面入射窓付き2連積分球、(k)は前面入射窓付き2連茄子型球、(l)は前・側面入射窓付き2連32面体であり、夫々のガラス容器の対称軸には円筒型レーザーロッド10の光軸が一致して置かれている。円筒型レーザーロッドの共振器前方からレーザーの光軸に沿って高密度太陽光を入射するタイプを前・側面入射窓付きガラス容器と命名し、円筒型レーザーロッドの光軸に対し斜め方向から入射するタイプを側面入射窓付きと命名する。 FIG. 6 is a schematic diagram of a laser oscillator made of a double-connected rotationally axisymmetric quadratic curved surface and a polyhedral glass container of each shape. The double glass container includes a visible light excitation unit 24 that directly photoexcites the laser rod 10 and a long ultraviolet excitation unit 23 that excites a phosphor with long ultraviolet rays to convert it into visible light. (g) is a double cylinder with a front entrance window, (h) is a double cylinder with a side entrance window, (i) is a double integration sphere with a front entrance window, (j) is a double integral with a side entrance window. Sphere, (k) is a double insulator sphere with front entrance window, (l) is a double 32 facer with front and side entrance windows, and the symmetry axis of each glass container is the optical axis of cylindrical laser rod 10 Are placed in agreement. The type that enters high-density sunlight along the optical axis of the laser from the front of the resonator of the cylindrical laser rod is named a glass container with front and side entrance windows, and is incident from an oblique direction with respect to the optical axis of the cylindrical laser rod. This type is named with a side entrance window.

図7はNd:YAGレーザー励起用円筒型白色光励起レーザー装置である。ミラーやレンズで集光された太陽光4をカットオフ波長900nmの赤外透過フィルター3に斜入射で入射し、その透過赤外線5をカーボン製集熱板7に照射し、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差による発生電力をレーザーロッドの冷却水循環用冷凍器の電力として用いた。一方赤外線透過フィルター3で反射した250〜900nmの長紫外線13および可視光線9および900nm以下の赤外線は入射窓2を通過して水などの冷却液16中を進み、ガラス容器1の最外壁に蒸着したアルミニウム反射膜12により何回も反射を繰り返しながら冷却液16を介してレーザーロッド10に到達するが、ここではレーザーロッド10に励起波長808nmのNd:YAGを用いるため、波長750〜900nmは直接レーザー媒質励起に使われ、250〜400nmの光はガラス容器1の外壁に塗布した蛍光体15を励起するためと、レーザーロッド10の外周に希土類をドーピングした蛍光体15に使われる。ガラス容器1の外壁に塗布した蛍光体15は628nmが発光中心の(Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+または発光中心スペクトルが620nmのYVO4:Euや発光中心スペクトルが626nmのY2O2:Eu等を使う。他方レーザーロッド10の外周には希土類元素Euをドーピングした蛍光体14を用いたレーザー装置を試作した。ガラス容器1の入射窓2か入射した集光された高密度太陽光4は、ガラス容器1の最外壁に蒸着されたアルミニウム反射膜12により何回も反射されながらレーザーロッド10を励起してレーザー光18が出力される。 FIG. 7 shows a cylindrical white light excitation laser device for Nd: YAG laser excitation. Sunlight 4 collected by a mirror or lens is incident obliquely on an infrared transmission filter 3 having a cutoff wavelength of 900 nm, and the transmitted infrared ray 5 is applied to a carbon heat collecting plate 7 to generate heat of about 500 ° C. The radiator 8 was cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. via a semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6, and the generated electric power due to the temperature difference of 450 ° C. was used as electric power for the cooling water circulation refrigerator of the laser rod. On the other hand, 250 to 900 nm long ultraviolet rays 13 and visible rays 9 and infrared rays of 900 nm or less reflected by the infrared transmission filter 3 pass through the incident window 2 and travel through the coolant 16 such as water, and are deposited on the outermost wall of the glass container 1. The laser reflecting film 12 reaches the laser rod 10 through the coolant 16 while being repeatedly reflected. However, since Nd: YAG having an excitation wavelength of 808 nm is used for the laser rod 10, the wavelength of 750 to 900 nm is directly set. The light of 250 to 400 nm is used for exciting the phosphor 15 applied to the outer wall of the glass container 1 and for the phosphor 15 in which the outer periphery of the laser rod 10 is doped with rare earth. The phosphor 15 applied to the outer wall of the glass container 1 has (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Sn 2+ with an emission center of 628 nm or YVO 4 : Eu with an emission center spectrum of 620 nm or an emission center spectrum of 626 nm. Use Y 2 O 2 : Eu etc. On the other hand, a laser device using a phosphor 14 doped with a rare earth element Eu on the outer periphery of the laser rod 10 was made as an experiment. The condensed high-density sunlight 4 incident from the entrance window 2 of the glass container 1 excites the laser rod 10 while being reflected many times by the aluminum reflecting film 12 deposited on the outermost wall of the glass container 1, and lasers. Light 18 is output.

図8はNd:YAGレーザー励起用2連積分球型白色光励起レーザー装置図である。ガラス容器23を可視光線直接励起部とし、他方のガラス容器24を紫外線による蛍光体15励起可視光変換部とする。夫々のガラス容器23および24の任意の場所に入射窓25および26を備え、これら連結したガラス容器の対称軸に、冷却液16を介して円筒型レーザーロッド10の光軸が一致して置かれ連結型白色光励起レーザー装置が構成されている。このレーザー装置へ入射する高密度太陽光4は、カットオフ波長900nmのダイクロイックミラー3に斜入射で入射し、その反射赤外線5をカーボン製集熱板7に照射し、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(東芝熱電モジュールギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差による発生電力をレーザーロッドの冷却水循環用冷凍器の電力として用いた。一方ダイクロイックミラー3を透過した250〜900nmの光はダイクロイックミラー27により反射された250〜400nmの長紫外線13は入射窓26から紫外線励起部24のガラス容器1の外壁に塗布した蛍光体15を励起するためとレーザーロッド10の外周にドーピングした希土類元素励起のために使われる。ガラス容器1の外壁に水玉模様に塗布した蛍光体(YVO4:Eu)15の上皮および蛍光体が塗布されていない部分すなわちガラス容器1の最外壁に蒸着されたアルミニウム反射膜12により何回も反射されながら水などの冷却液16を介してレーザーロッド(Nd:YAG)10を励起する。他方ダイクロイックミラー27を透過した可視光線9および900nm以下の赤外線は入射窓25を通過して水などの冷却液16中を進み、ガラス容器1の最外壁に蒸着したアルミニウム反射膜12により何回も反射を繰り返しながら冷却液16を介して、外周にドーピングした希土類元素Euによりレーザーロッド10(Nd:YAG)を励起する。これら分離された波長域毎の励起部23,24により太陽光の全スペクトルを有効利用してレーザー光18が出力される。 FIG. 8 is a diagram of a double integrating sphere type white light excitation laser apparatus for exciting an Nd: YAG laser. Let the glass container 23 be a visible light direct excitation part, and let the other glass container 24 be the fluorescent substance 15 excitation visible light conversion part by an ultraviolet-ray. Incidence windows 25 and 26 are provided at arbitrary locations on the respective glass containers 23 and 24, and the optical axis of the cylindrical laser rod 10 is placed so as to coincide with the symmetry axis of the connected glass containers via the cooling liquid 16. A concatenated white light excitation laser device is configured. The high-density sunlight 4 incident on the laser device is incident obliquely on the dichroic mirror 3 having a cutoff wavelength of 900 nm, and the reflected infrared ray 5 is irradiated on the carbon heat collecting plate 7 to generate heat of about 500 ° C. The radiator 8 was cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. via a semiconductor thermoelectric element (Toshiba thermoelectric module Gigatopaz) 6, and the generated power due to the temperature difference of 450 ° C. was used as power for the cooling water circulation refrigerator of the laser rod. . On the other hand, the 250 to 400 nm long ultraviolet rays 13 reflected by the dichroic mirror 27 pass through the dichroic mirror 3 and the 250 to 400 nm long ultraviolet rays 13 excite the phosphor 15 applied to the outer wall of the glass container 1 of the ultraviolet excitation unit 24 from the incident window 26. And is used for exciting rare earth elements doped on the outer periphery of the laser rod 10. The phosphor (YVO 4 : Eu) 15 epithelium coated in a polka dot pattern on the outer wall of the glass container 1 and the portion where the phosphor is not coated, that is, the aluminum reflecting film 12 deposited on the outermost wall of the glass container 1 many times. The laser rod (Nd: YAG) 10 is excited through a coolant 16 such as water while being reflected. On the other hand, the visible light 9 transmitted through the dichroic mirror 27 and the infrared rays of 900 nm or less pass through the incident window 25 and travel through the coolant 16 such as water, and many times by the aluminum reflecting film 12 deposited on the outermost wall of the glass container 1. The laser rod 10 (Nd: YAG) is excited by the rare earth element Eu doped on the outer periphery through the coolant 16 while repeating the reflection. The laser light 18 is output by effectively utilizing the entire spectrum of sunlight by the separated excitation units 23 and 24 for each of the separated wavelength regions.

図9はCr:YAGレーザー励起用2連積分球型白色光励起レーザー装置図である。この図は実施例2(図8)のダイクロイックミラー27の反射波長と透過波長を逆にしたためにガラス容器の可視光線直接励起部23と紫外線による蛍光体励起可視光変換部24を入れ替えたもので、レーザー媒質による違いは皆無である。このレーザー装置へ入射する高密度太陽光4は、先ずカットオフ波長600nmのダイクロイックミラー3に斜入射で入射し、その600nm以上の反射赤外線はカーボン製集熱板7に照射され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(東芝熱電モジュールギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差による発生電力をレーザーロッドの冷却水循環用ペルチェ冷凍素子の電力として用いた。一方ダイクロイックミラー3を透過した200〜600nmの光はダイクロイックミラー27を透過した200〜350nmの長紫外線13は入射窓26から紫外線励起部24のガラス容器1の外壁に塗布した蛍光体15を励起するために使われる。さらに2連積分球23,24にまたがるレーザーロッド10の外周には希土類元素をドーピングした。ガラス容器1の外壁に水玉模様に塗布した蛍光体(LaPO4:Ce,Tb)15の上皮および蛍光体が塗布されていない部分すなわちガラス容器1の最外壁に蒸着されたアルミニウム反射膜により何回も反射されながら水などの冷却液16を介してレーザーロッド(Cr:YAG)10を励起する。他方ダイクロイックミラー27を透過した350〜600nmの可視光線9は入射窓25を通過して水などの冷却液16中を進み、ガラス容器1の最外壁に蒸着したアルミニウム反射膜12により何回も反射を繰り返しながら冷却液16を介して、レーザーロッド10(Cr:YAG)を励起する。さらにレーザーロッド10の外周の酸化シリコン膜にドーピングした希土類元素(Tb)の励起により太陽光の全スペクトルを有効利用したレーザー光18が出力される。 FIG. 9 is a diagram of a double integrating sphere type white light excitation laser apparatus for exciting a Cr: YAG laser. In this figure, since the reflection wavelength and the transmission wavelength of the dichroic mirror 27 of Example 2 (FIG. 8) are reversed, the visible light direct excitation unit 23 of the glass container and the phosphor-excited visible light conversion unit 24 by ultraviolet rays are replaced. There is no difference between laser media. The high-density sunlight 4 incident on the laser device is first incident obliquely on the dichroic mirror 3 having a cutoff wavelength of 600 nm, and the reflected infrared light of 600 nm or more is irradiated on the carbon heat collecting plate 7 and about 500 ° C. The radiator 8 is cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. through a semiconductor thermoelectric element (Toshiba thermoelectric module Gigatopaz) 6, and the generated power due to the temperature difference of 450 ° C. is generated by the Peltier refrigeration element for cooling water circulation of the laser rod. Used as power. On the other hand, the 200 to 600 nm light transmitted through the dichroic mirror 3 and the 200 to 350 nm long ultraviolet light 13 transmitted through the dichroic mirror 27 excite the phosphor 15 applied to the outer wall of the glass container 1 of the ultraviolet excitation unit 24 from the incident window 26. Used for. Further, the outer periphery of the laser rod 10 extending over the double integrating spheres 23 and 24 was doped with a rare earth element. How many times the phosphor (LaPO 4 : Ce, Tb) 15 epithelium coated on the outer wall of the glass container 1 and the part where the phosphor is not coated, that is, the aluminum reflecting film deposited on the outermost wall of the glass container 1 The laser rod (Cr: YAG) 10 is excited through the coolant 16 such as water while being reflected. On the other hand, the visible light 9 having a wavelength of 350 to 600 nm transmitted through the dichroic mirror 27 passes through the incident window 25 and travels through the coolant 16 such as water, and is reflected many times by the aluminum reflecting film 12 deposited on the outermost wall of the glass container 1. The laser rod 10 (Cr: YAG) is excited through the coolant 16 while repeating the above. Further, laser light 18 that effectively utilizes the entire spectrum of sunlight is output by excitation of rare earth elements (Tb) doped in the silicon oxide film on the outer periphery of the laser rod 10.

図10はペルチェ冷凍器付き円筒型白色光励起レーザー装置詳細断面図である。この図は円筒型であるが、積分球や茄子型球あるいは円錐台やラッパ管など回転軸対称2次曲面あるいは多面体を1個あるいは複数個連結したガラス容器全てを代表する白色光励起レーザー装置21として、実施例5から27まで同じ装置21の詳細図を用いる。回転軸対称2次曲面や多面体ガラス容器1の対称軸に円筒型レーザーロッド10の光軸を合わせ、ガラス容器1の外壁に蛍光体15を水玉状に塗布あるいは焼結し、あるいはレーザーロッド10の外壁に形成した酸化シリコン膜14に希土類元素11をドーピングし、ガラス容器の最外壁にアルミニウム反射膜12を蒸着し、かつガラス容器内部は冷却液16としてシリコーンオイル29を満たし、ガラス容器の最外壁の反射膜12にペルチェ冷凍素子19を密着し、その背面を電気的絶縁層を介して冷却水19を循環する。冷却部は曲面であるため、ガラス容器1の最外層に蒸着されたアルミニウム反射膜12の上に電気的絶縁膜を形成しその上から5mm×5mm内外のP型素子とN型素子とが夫々を直列になるように半田で電極を結び、多面体型曲面を形成する。そしてP型素子とN型素子が直列に成る様に半田で電極付けを行った後、熱伝導性があり電気絶縁性があり、かつ耐水性がある物質で固定した。このペルチェ冷凍素子加工は煩雑であった。一般にペルチェ冷凍素子は平面状の物が市販されている。そこで円筒ガラス容器1の内壁は円筒とし、外壁は多面体柱として加工し、市販のペルチェ冷凍素子を直接密着させた。その上部からカバー22をして、その間隙に冷却水20を水出入り口17で循環する。この2次冷却水20はシリコーンオイルにこだわらず、冷媒であればオイルでもガスでも液体でも良い。この図10ではシリコーンオイルは封じ込めと成っているが、シリコーンオイルの熱伝達率が水の3分の1と低いため、図1記載の様にシリコーンオイルを循環させることも必要である。ここで使用する蛍光体15はレーザー媒質によって異なるが、NdをドープしたNd:YAGレーザーの場合は(Sr,Mg)3(PO4)2:Sn2+やYVO4:EuあるいはY2O2:Eu等を使う。またCr3+ やCe3+などをドープしたCr:YAGレーザーの場合はSr2P2O7:Eu2+ やCaWO4あるいはLaPO4:Ce3+ ,Tb3+ やCa5(PO4)3(F,Cl): Sb3+ ,Mn2+ または(Ba,Eu)(Mg,Mn)Al10OやZnS:Cu,AlあるいはZnS:Cu,Au,Alや MgWO4が望ましい。さらに直接レーザーロッドを励起する波長の光や蛍光体からの発光を満遍なくレーザーロッドに照射するためにガラス容器1の最外層にはアルミ反射膜12を蒸着する。この反射膜12での反射光を多くし、かつ蛍光体15と反射面の面積比を一定に保つために、蛍光体15は水玉模様や碁盤の目のように間隔を置いて塗布している。さらに励起効率を向上するためにレーザーロッド10の外壁に形成したSiO2膜11にEuやTbあるいはTmなどの希土類元素14をドーピングしている。ペルチェ冷凍素子付白色光励起レーザー装置21の入射窓2から入射した赤外線を除外した可視光線や長紫外線により励起されたレーザーロッド10からレーザー出力18が得られる。 FIG. 10 is a detailed cross-sectional view of a cylindrical white light excitation laser device with a Peltier refrigerator. This figure shows a cylindrical type, but as a white light excitation laser device 21 that represents all glass containers in which one or a plurality of rotationally symmetric secondary curved surfaces or polyhedrons such as integrating spheres, insulator spheres, truncated cones, and trumpet tubes are connected. The detailed view of the same apparatus 21 from Examples 5 to 27 is used. The optical axis of the cylindrical laser rod 10 is aligned with the rotationally symmetric secondary curved surface or the symmetry axis of the polyhedral glass container 1, and the phosphor 15 is applied or sintered in the form of polka dots on the outer wall of the glass container 1. The silicon oxide film 14 formed on the outer wall is doped with the rare earth element 11, the aluminum reflecting film 12 is deposited on the outermost wall of the glass container, and the inside of the glass container is filled with the silicone oil 29 as the cooling liquid 16, and the outermost wall of the glass container The Peltier refrigeration element 19 is brought into close contact with the reflective film 12, and the cooling water 19 is circulated through the electrical insulating layer on the back surface thereof. Since the cooling part is a curved surface, an electrical insulating film is formed on the aluminum reflecting film 12 deposited on the outermost layer of the glass container 1, and a P-type element and an N-type element inside and outside 5 mm × 5 mm are respectively formed thereon. The electrodes are connected with solder so as to be in series to form a polyhedral curved surface. Then, the electrodes were attached with solder so that the P-type element and the N-type element were in series, and then fixed with a material having thermal conductivity, electrical insulation and water resistance. This Peltier refrigeration element processing was complicated. In general, a flat Peltier refrigeration element is commercially available. Therefore, the inner wall of the cylindrical glass container 1 was formed into a cylinder, the outer wall was processed as a polyhedral column, and a commercially available Peltier refrigeration element was directly adhered. The cover 22 is covered from above, and the cooling water 20 is circulated through the gap at the water inlet / outlet port 17. The secondary cooling water 20 is not limited to silicone oil, and may be oil, gas, or liquid as long as it is a refrigerant. In FIG. 10, the silicone oil is contained. However, since the heat transfer rate of the silicone oil is as low as one third of water, it is necessary to circulate the silicone oil as shown in FIG. The phosphor 15 used here varies depending on the laser medium, but in the case of a Nd-doped Nd: YAG laser, (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 : Sn 2+ , YVO 4 : Eu or Y 2 O 2 : Use Eu etc. In the case of Cr: YAG laser doped with Cr3 + or Ce3 +, Sr 2 P 2 O 7 : Eu 2+ or CaWO 4 or LaPO 4 : Ce 3+ , Tb 3+ or Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, Cl): Sb 3+ , Mn 2+ or (Ba, Eu) (Mg, Mn) Al 10 O, ZnS: Cu, Al, ZnS: Cu, Au, Al, or MgWO 4 are desirable. Further, an aluminum reflecting film 12 is deposited on the outermost layer of the glass container 1 in order to uniformly irradiate the laser rod with light having a wavelength that directly excites the laser rod or light emitted from the phosphor. In order to increase the amount of reflected light on the reflecting film 12 and to keep the area ratio of the phosphor 15 and the reflecting surface constant, the phosphor 15 is applied at intervals like a polka dot pattern or a grid pattern. . Further, in order to improve excitation efficiency, a rare earth element 14 such as Eu, Tb or Tm is doped in the SiO 2 film 11 formed on the outer wall of the laser rod 10. A laser output 18 is obtained from the laser rod 10 excited by visible light or long ultraviolet light excluding infrared light incident from the incident window 2 of the white light excitation laser device 21 with Peltier refrigeration element.

図11はレンズで集光した白色光励起レーザー模式図である。水銀ランプ光や太陽光などの白色光をレンズ30で集光した高密度光4をカットオフ波長900nmの赤外透過フィルター3に斜入射で入射し、その透過赤外線5をカーボン製集熱板7に照射し、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方赤外線透過フィルター3で反射した250〜900nmの長紫外線13および可視光線9および900nm以下の赤外線は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 11 is a schematic diagram of a white light excitation laser focused by a lens. High-density light 4 obtained by condensing white light such as mercury lamp light or sunlight with a lens 30 is incident on an infrared transmission filter 3 having a cutoff wavelength of 900 nm at an oblique incidence, and the transmitted infrared light 5 is transmitted to a carbon heat collecting plate 7. The radiator 8 is cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. through a semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 to generate about 450 ° C. temperature difference power generation. On the other hand, long ultraviolet rays 13 of 250 to 900 nm and visible rays 9 and infrared rays of 900 nm or less reflected by the infrared transmission filter 3 are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and cools the Nd: YAG laser rod through the silicone oil 29 as the cooling liquid by the Peltier freezing element 19 to obtain the laser output 18 with high efficiency. The device was prototyped.

図12はレンズで集光した白色光励起Cr:YAGレーザー模式図である。水銀ランプ光や太陽光などの白色光をレンズ30で集光した高密度光4をカットオフ波長600nmのダイクロイックミラー3に斜入射で入射し、その600nm以上の反射赤外線はカーボン製集熱板7に照射され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(東芝熱電モジュールギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。
一方ダイクロイックミラー3を透過した200〜600nmの光は入射窓2から白色光励起レーザー発振装置21に投入する、ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。
FIG. 12 is a schematic diagram of white light excitation Cr: YAG laser focused by a lens. The high-density light 4 obtained by condensing white light such as mercury lamp light and sunlight with the lens 30 is incident on the dichroic mirror 3 having a cutoff wavelength of 600 nm at an oblique incidence, and the reflected infrared radiation of 600 nm or more is the carbon heat collecting plate 7. The radiator 8 is cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. through the semiconductor thermoelectric element (Toshiba Thermoelectric Module Gigatopaz) 6 and the temperature difference power generation of 450 degrees is performed.
On the other hand, the light of 200 to 600 nm that has passed through the dichroic mirror 3 is input to the white light excitation laser oscillation device 21 from the incident window 2, where the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and is supplied by the Peltier refrigeration element 19. An apparatus for producing a laser output 18 with high efficiency by cooling a Cr: YAG laser rod through silicone oil 29 as a coolant was manufactured.

図12はフレネルレンズで集光した白色光励起レーザー装置外略図である。水銀ランプ光や太陽光などの白色光をフレネルレンズレンズ31で集光した高密度光4をカットオフ波長600nmのダイクロイックミラー3に斜入射で入射し、その600nm以上の反射赤外線はカーボン製集熱板7に照射され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(東芝熱電モジュールギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックミラー3で反射した250〜900nmの長紫外線13および可視光線9および900nm以下の赤外線は入射窓2から白色光励起レーザー発振装置21に投入する、ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 12 is a schematic view of a white light excitation laser device condensed by a Fresnel lens. The high-density light 4 obtained by condensing white light such as mercury lamp light or sunlight by the Fresnel lens lens 31 is incident obliquely on the dichroic mirror 3 having a cutoff wavelength of 600 nm, and the reflected infrared rays of 600 nm or more are collected by carbon. The plate 7 is irradiated with the heat generated at about 500 ° C. through the semiconductor thermoelectric element (Toshiba Thermoelectric Module Gigatopaz) 6 and the radiator 8 is cooled with cooling water inside and outside 25 ° C., and this temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, 250 to 900 nm long ultraviolet rays 13 and visible rays 9 and 900 nm or less infrared rays reflected by the dichroic mirror 3 are input to the white light excitation laser oscillation device 21 from the incident window 2, where the laser rod 10 is obtained by the semiconductor thermoelectric element 6. Using the generated electric power, an Nd: YAG laser rod was cooled by a Peltier refrigeration element 19 through silicone oil 29 as a cooling liquid, and a device for obtaining a laser output 18 with high efficiency was manufactured.

図14はメニスカスレンズで集光した白色光励起Nd:YAGレーザー模式図である。大口径メニスカスレンズ32の凹面部に波長900nmの赤外線を反射し、250〜900nmを透過するダイクロイックフィルター膜33を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜で反射した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方透過した250〜900nmの長紫外線13および可視光線9および900nm以下の赤外線は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 14 is a schematic diagram of white light pumped Nd: YAG laser condensed by a meniscus lens. A dichroic filter film 33 that reflects infrared light with a wavelength of 900 nm is reflected on the concave portion of the large-diameter meniscus lens 32 and transmits 250 to 900 nm, and the infrared light 5 reflected by the dichroic filter film is absorbed by the carbon heat collecting plate 7. The heat generation of about 500 ° C. is performed by cooling the radiator 8 with cooling water inside and outside 25 ° C. via a semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6, and this temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, the transmitted long ultraviolet rays 13 of 250 to 900 nm and visible rays 9 and infrared rays of 900 nm or less are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and cools the Nd: YAG laser rod through the silicone oil 29 as the cooling liquid by the Peltier freezing element 19 to obtain the laser output 18 with high efficiency. The device was prototyped.

図15はメニスカスレンズで集光した白色光励起Cr:YAGレーザー模式図である。大口径メニスカスレンズ32の凹面部に波長600nmの赤外線を透過し、200〜600nmを反射するダイクロイックフィルター膜34を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜で透過した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方反射した200〜600nmの長紫外線13および可視光線9は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 15 is a schematic diagram of white light excitation Cr: YAG laser focused by a meniscus lens. A dichroic filter film 34 that transmits infrared light having a wavelength of 600 nm and reflects 200 to 600 nm is deposited on the concave portion of the large-diameter meniscus lens 32, and the infrared light 5 that has passed through the dichroic filter film is absorbed by the carbon heat collecting plate 7. The heat generation of about 500 ° C. is performed by cooling the radiator 8 with cooling water inside and outside 25 ° C. via a semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6, and this temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, the reflected 200 to 600 nm long ultraviolet rays 13 and visible rays 9 are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6, and the Cr: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid to obtain a laser output 18 with high efficiency. The device was prototyped.

図16は凹面型台座に並べた正方形セグメントミラーで集光した白色光励起Nd:YAGレーザー模式図である。凹面型台座36に並べた正方形セグメントミラー37で反射した高密度太陽光4はメニスカス凸レンズ35の凸面部に波長900nmの赤外線を反射し、250〜900nmを透過するダイクロイックフィルター膜33を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜で反射した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方透過した250〜900nmの長紫外線13および可視光線9および900nm以下の赤外線は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 16 is a schematic diagram of white light pumped Nd: YAG laser focused by square segment mirrors arranged on a concave pedestal. The high-density sunlight 4 reflected by the square segment mirror 37 arranged on the concave pedestal 36 reflects the infrared light having a wavelength of 900 nm to the convex surface portion of the meniscus convex lens 35 and deposits a dichroic filter film 33 that transmits 250 to 900 nm. The infrared ray 5 reflected by the dichroic filter film is absorbed by the carbon heat collecting plate 7 and the heat generated at about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 with the cooling water inside and outside the 25 ° C. This temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, the transmitted long ultraviolet rays 13 of 250 to 900 nm and visible rays 9 and infrared rays of 900 nm or less are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and cools the Nd: YAG laser rod through the silicone oil 29 as the cooling liquid by the Peltier freezing element 19 to obtain the laser output 18 with high efficiency. The device was prototyped.

図17は凹面型台座に並べた正方形セグメントミラーで集光した白色光励起Cr:YAGレーザー模式図である。凹面型台座36に並べた正方形セグメントミラー37で反射した高密度太陽光4はメニスカス凸レンズ35の凸面部に波長600nmの赤外線を透過し、200〜600nmを反射するダイクロイックフィルター膜34を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜で透過した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方反射した200〜600nmの長紫外線13および可視光線9は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 17 is a schematic diagram of white light excitation Cr: YAG laser focused by square segment mirrors arranged on a concave pedestal. The high-density sunlight 4 reflected by the square segment mirror 37 arranged on the concave pedestal 36 deposits a dichroic filter film 34 that transmits infrared light having a wavelength of 600 nm and reflects 200 to 600 nm on the convex surface of the meniscus convex lens 35. The infrared rays 5 transmitted through the dichroic filter membrane are absorbed by the carbon heat collecting plate 7, and the heat generated at about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 with the cooling water inside and outside 25 ° C. This temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, the reflected 200 to 600 nm long ultraviolet rays 13 and visible rays 9 are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6, and the Cr: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid to obtain a laser output 18 with high efficiency. The device was prototyped.

図18は凹面型台座に並べた正方形セグメントミラーで集光した白色光を太陽電池と熱電素子および励起Nd:YAGレーザーに供給する装置模式図である。凹面型台座36に並べた正方形セグメントミラー37で反射した高密度太陽光4はメニスカス凸レンズ35の凸面部に波長900nmの赤外線を反射し、250〜900nmを透過するダイクロイックフィルター膜33を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜で反射した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方透過した250〜900nmの長紫外線13および可視光線9および900nm以下の赤外線はバンドパスフィルター39で600〜790nmの赤色波長40を反射させラジエータ8付き太陽電池38に入射する。ここで生成した起電力はペルチェ冷凍素子19の電力に供する。他方250〜600nmおよび800〜900nmの波長の光9,13は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 18 is a schematic view of an apparatus for supplying white light collected by square segment mirrors arranged on a concave pedestal to a solar cell, a thermoelectric element, and an excited Nd: YAG laser. The high-density sunlight 4 reflected by the square segment mirror 37 arranged on the concave pedestal 36 reflects the infrared light having a wavelength of 900 nm to the convex surface portion of the meniscus convex lens 35 and deposits a dichroic filter film 33 that transmits 250 to 900 nm. The infrared ray 5 reflected by the dichroic filter film is absorbed by the carbon heat collecting plate 7 and the heat generated at about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 with the cooling water inside and outside the 25 ° C. This temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, long ultraviolet rays 13 of 250 to 900 nm and visible rays 9 and infrared rays of 900 nm or less that have been transmitted are reflected by the bandpass filter 39 to a red wavelength 40 of 600 to 790 nm and enter the solar cell 38 with the radiator 8. The electromotive force generated here is used for the power of the Peltier refrigeration element 19. On the other hand, the light beams 9 and 13 having wavelengths of 250 to 600 nm and 800 to 900 nm are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Nd: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid, so that the laser is highly efficient. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図19は凹面型台座に並べた正方形セグメントミラーで集光した白色光を太陽電池と熱電素子および励起Cr:YAGレーザーに供給する装置模式図である。凹面型台座36に並べた正方形セグメントミラー37で反射した高密度太陽光4はメニスカス凸レンズ35の凸面部に波長600nm以上の波長を透過し、250〜600nmを反射するダイクロイックフィルター膜34を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜34を透過した光はバンドパスフィルターミラー39で600〜790nmの赤色波長40を透過し、ラジエータ8付き太陽電池38に入射する。ここのミラー39で反射した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックフィルター膜34で反射した250〜600nmの長紫外線13および可視光線9は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 19 is a schematic view of an apparatus for supplying white light collected by square segment mirrors arranged on a concave pedestal to a solar cell, a thermoelectric element, and an excited Cr: YAG laser. The high-density sunlight 4 reflected by the square segment mirror 37 arranged on the concave pedestal 36 deposits a dichroic filter film 34 that transmits a wavelength of 600 nm or more and reflects 250 to 600 nm on the convex surface of the meniscus convex lens 35, The light transmitted through the dichroic filter film 34 is transmitted through the band-pass filter mirror 39 through the red wavelength 40 of 600 to 790 nm and is incident on the solar cell 38 with the radiator 8. The infrared ray 5 reflected by the mirror 39 is absorbed by the carbon heat collecting plate 7, and the heat generated at about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 and the radiator 8 is cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. , This temperature difference power generation of 450 degrees. On the other hand, the 250 to 600 nm long ultraviolet rays 13 and the visible light rays 9 reflected by the dichroic filter film 34 are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the electric power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Cr: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図20は凹面型台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Cr:YAGレーザーに供給する装置模式図である。凹面型台座36に並べた太陽電池セグメント38の上部には600〜790nmの光は透過して、それ以外の波長を反射するバンドパスフィルター膜39を蒸着する。このバンドパスフィルター膜で反射した太陽光は集光されて高密度光4と成り、ダイクロイックミラー3で透過した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックミラー3で反射した250〜600nmの長紫外線13および可視光線9は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 20 is a schematic view of an apparatus for supplying the reflected light of the solar cells arranged on the concave pedestal to the thermoelectric element and the excited Cr: YAG laser. A band-pass filter film 39 that transmits light of 600 to 790 nm and reflects other wavelengths is deposited on top of the solar cell segments 38 arranged on the concave pedestal 36. The sunlight reflected by the bandpass filter film is condensed to form high-density light 4, and the infrared rays 5 transmitted through the dichroic mirror 3 are absorbed by the carbon heat collecting plate 7, and the heat generated at about 500 ° C. is absorbed by the semiconductor thermoelectric device. The radiator 8 is cooled with cooling water inside and outside 25 ° C. through the element (gigatopaz) 6, and this 450 ° C. temperature difference power generation is performed. On the other hand, the 250 to 600 nm long ultraviolet rays 13 and the visible light rays 9 reflected by the dichroic mirror 3 are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the electric power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Cr: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図21は凹面型台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Nd:YAGレーザーに供給する装置模式図である。凹面型台座36に並べた太陽電池セグメント38の上部には600〜790nmの光は透過して、それ以外の波長を反射するバンドパスフィルター膜39を蒸着する。このバンドパスフィルター膜で反射した太陽光は集光されて高密度光4と成り、メニスカス凸レンズ35の凸面部に波長900nmの赤外線を反射し、250〜900nmを透過するダイクロイックフィルター膜33を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜で反射した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックフィルター膜33を透過した250〜600nmおよび790〜900nmの光9、13は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池39で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 21 is a schematic view of an apparatus for supplying the reflected light of the solar cells arranged on the concave pedestal to the thermoelectric element and the pumped Nd: YAG laser. A band-pass filter film 39 that transmits light of 600 to 790 nm and reflects other wavelengths is deposited on top of the solar cell segments 38 arranged on the concave pedestal 36. The sunlight reflected by this bandpass filter film is condensed to become high-density light 4, and a dichroic filter film 33 that reflects infrared light having a wavelength of 900 nm on the convex surface of the meniscus convex lens 35 and transmits 250 to 900 nm is deposited. The infrared ray 5 reflected by the dichroic filter film is absorbed by the carbon heat collecting plate 7 and the heat generated at about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 with the cooling water inside and outside the 25 ° C. Then, this temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, 250 to 600 nm and 790 to 900 nm light 9 and 13 transmitted through the dichroic filter film 33 is input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar battery 39, and the Peltier refrigeration element 19 cools the Nd: YAG laser rod through the silicone oil 29 as a cooling liquid, so that the laser is highly efficient. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図22は凹面型台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および凹面型台座の下に並べたNd:YAGレーザーに供給する装置模式図である。凹面型台座36に並べた太陽電池セグメント38の上部には600〜790nmの光は透過して、それ以外の波長を反射するバンドパスフィルター膜39を蒸着する。このバンドパスフィルター膜で反射した太陽光は集光されて高密度光4と成り、メニスカス凸レンズ35の凸面部に波長900nmの赤外線を透過し、250〜900nmを反射するダイクロイックフィルター膜34を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜34を透過した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックフィルター膜34で反射した250〜600nmおよび790〜900nmの光9、13は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 22 is a schematic view of an apparatus for supplying the reflected light of the solar cells arranged on the concave pedestal to the thermoelectric element and the Nd: YAG laser arranged below the concave pedestal. A band-pass filter film 39 that transmits light of 600 to 790 nm and reflects other wavelengths is deposited on top of the solar cell segments 38 arranged on the concave pedestal 36. The sunlight reflected by this bandpass filter film is condensed to form high-density light 4, and a dichroic filter film 34 that transmits infrared light having a wavelength of 900 nm and reflects 250 to 900 nm is deposited on the convex surface of the meniscus convex lens 35. The infrared ray 5 that has passed through the dichroic filter film 34 is absorbed by the carbon heat collecting plate 7, and the heat generated at about 500 ° C. is passed through the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 to the radiator 8 with cooling water inside and outside 25 ° C. Cool and perform this 450 degree temperature difference power generation. On the other hand, the light 9 and 13 having a wavelength of 250 to 600 nm and 790 to 900 nm reflected by the dichroic filter film 34 is input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Nd: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid, so that the laser is highly efficient. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図23は平面台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Nd:YAGレーザーに供給する装置模式図である。平面台座41に並べた太陽電池セグメント38の上部には600〜790nmの光は透過して、それ以外の波長を反射するバンドパスフィルター膜39を蒸着する。このバンドパスフィルター膜で反射した太陽光は集光されて高密度光4と成り、メニスカス凸レンズ35の凸面部に波長900nmの赤外線を反射し、250〜900nmを透過するダイクロイックフィルター膜33を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜で反射した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックフィルター膜33を透過した250〜600nmおよび790〜900nmの光9、13は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 23 is a schematic view of an apparatus for supplying the reflected light of the solar cells arranged on a flat pedestal to the thermoelectric element and the excited Nd: YAG laser. A band-pass filter film 39 that transmits light of 600 to 790 nm and reflects other wavelengths is deposited on top of the solar cell segments 38 arranged on the flat base 41. The sunlight reflected by this bandpass filter film is condensed to become high-density light 4, and a dichroic filter film 33 that reflects infrared light having a wavelength of 900 nm on the convex surface of the meniscus convex lens 35 and transmits 250 to 900 nm is deposited. The infrared ray 5 reflected by the dichroic filter film is absorbed by the carbon heat collecting plate 7 and the heat generated at about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 with the cooling water inside and outside the 25 ° C. Then, this temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, 250 to 600 nm and 790 to 900 nm light 9 and 13 transmitted through the dichroic filter film 33 is input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Nd: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid, so that the laser is highly efficient. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図24は平面台座に並べた平面鏡の反射光を熱電素子および平面台座の下に並べたNd:YAGレーザーに供給する装置模式図である。平面台座41に並べた正方形セグメントミラー37で反射した高密度太陽光4はメニスカス凸レンズ35の凸面部に波長900nmの赤外線を透過し、250〜900nmを透過するダイクロイックフィルター膜34を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜を透過した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックフィルター膜34で反射した250〜900nmの長紫外線13および可視光線9は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してNd:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。この実施例のように平面台座上にセグメントミラーを並べると、セグメントミラーの平面台座となす傾き角を大きくすることによって、上部に置く光学系までの距離(高さ)を極端に短くすることが出来る。 FIG. 24 is a schematic view of an apparatus for supplying reflected light of a plane mirror arranged on a plane pedestal to a thermoelectric element and an Nd: YAG laser arranged below the plane pedestal. The high-density sunlight 4 reflected by the square segment mirrors 37 arranged on the plane pedestal 41 transmits infrared light having a wavelength of 900 nm to the convex surface portion of the meniscus convex lens 35 and deposits a dichroic filter film 34 that transmits 250 to 900 nm, and this dichroic. The infrared ray 5 that has passed through the filter membrane is absorbed by the carbon heat collecting plate 7, and the heat of about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 with the cooling water inside and outside the 25 ° C. Performs a temperature difference of 450 degrees. On the other hand, the 250 to 900 nm long ultraviolet rays 13 and the visible rays 9 reflected by the dichroic filter film 34 are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and cools the Nd: YAG laser rod through the silicone oil 29 as the cooling liquid by the Peltier freezing element 19 to obtain the laser output 18 with high efficiency. The device was prototyped. When the segment mirrors are arranged on the plane pedestal as in this embodiment, the distance (height) to the optical system placed on the upper part can be extremely shortened by increasing the inclination angle formed with the plane pedestal of the segment mirror. I can do it.

図25は平面台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および平面台座の下に並べたCr:YAGレーザーに供給する装置模式図である。平面台座41に並べた太陽電池セグメント38の上部には600〜790nmの光は透過して、それ以外の波長を反射するバンドパスフィルター膜39を蒸着する。このバンドパスフィルター膜で反射した太陽光は集光されて高密度光4と成り、メニスカス凸レンズ35の凸面部に波長790nm以上の赤外線を透過し、250〜600nmを反射するダイクロイックフィルター膜34を蒸着し、このダイクロイックフィルター膜34を透過した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックフィルター膜34で反射した250〜600nmの光9、13は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 25 is a schematic view of an apparatus for supplying the reflected light of the solar cells arranged on the plane pedestal to the thermoelectric element and the Cr: YAG laser arranged below the plane pedestal. A band-pass filter film 39 that transmits light of 600 to 790 nm and reflects other wavelengths is deposited on top of the solar cell segments 38 arranged on the flat base 41. The sunlight reflected by this bandpass filter film is condensed to form high-density light 4, and a dichroic filter film 34 that transmits infrared light having a wavelength of 790 nm or more and reflects 250 to 600 nm is deposited on the convex surface of the meniscus convex lens 35. The infrared ray 5 that has passed through the dichroic filter film 34 is absorbed by the carbon heat collecting plate 7, and the generated heat of about 500 ° C. is passed through the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 to the radiator 8 inside and outside the cooling water at 25 ° C. Cooling with this, this 450 degree temperature difference power generation is performed. On the other hand, the light 9 and 13 having a wavelength of 250 to 600 nm reflected by the dichroic filter film 34 is input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the electric power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Cr: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図26は平面台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Cr:YAGレーザーに供給する装置模式図である。平面台座41に並べた太陽電池セグメント38の上部には600〜790nmの光は透過して、それ以外の波長を反射するバンドパスフィルター膜39を蒸着する。このバンドパスフィルター膜で反射した太陽光は集光されて高密度光4と成り、600nm以上の波長を透過するダイクロイックミラー3を置き、このダイクロイックミラー3で透過した赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックミラー3で反射した250〜600nmの長紫外線13および可視光線9は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 26 is a schematic view of an apparatus for supplying the reflected light of the solar cells arranged on the flat pedestal to the thermoelectric element and the excited Cr: YAG laser. A band-pass filter film 39 that transmits light of 600 to 790 nm and reflects other wavelengths is deposited on top of the solar cell segments 38 arranged on the flat base 41. The sunlight reflected by this bandpass filter film is condensed to become high-density light 4, and a dichroic mirror 3 that transmits a wavelength of 600 nm or more is placed, and the infrared rays 5 transmitted by the dichroic mirror 3 are carbon heat collecting plates. 7, the heat generated at about 500 ° C. is cooled by cooling water inside and outside 25 ° C. through the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6, and this temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, the 250 to 600 nm long ultraviolet rays 13 and the visible light rays 9 reflected by the dichroic mirror 3 are input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the electric power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Cr: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

図27は平面台座に並べた帯状平面鏡の反射光を太陽電池および平面台座の下に並べた熱電素子とCr:YAGレーザーに供給する装置模式図である。平面台座41に並べた帯状平面鏡42を、水冷管8を有する帯状凹面台座43上に取り付けた太陽電池セグメント38の上部には600〜790nmの光は透過して、それ以外の波長を反射するバンドパスフィルター膜39を蒸着する。このバンドパスフィルター膜39で反射した太陽光は集光されて高密度光4と成り、平面台座41の中央部に取り付けたダイクロイックミラー3に集光される。このダイクロイックミラー3で反射された790nm以上の赤外線5はカーボン製集熱板7に吸収され、その約500℃の発熱を半導体熱電素子(ギガトパーズ)6を介してラジエータ8を25℃内外の冷却水で冷却し、この450度の温度差発電を行う。一方ダイクロイックミラー3を透過した250〜600nmの光9、13は入射窓2からペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置21に投入する。ここでレーザーロッド10は半導体熱電素子6および太陽電池38で得られた電力を用い、ペルチェ冷凍素子19により冷却液としてのシリコーンオイル29を介してCr:YAGレーザーロッドを冷却し、高効率でレーザー出力18を得る装置を試作した。 FIG. 27 is a schematic view of an apparatus for supplying the reflected light of the belt-like plane mirrors arranged on the plane pedestal to the solar cell and the thermoelectric elements arranged below the plane pedestal and the Cr: YAG laser. A band which transmits light of 600 to 790 nm and reflects other wavelengths on the upper part of the solar cell segment 38 in which the band-like plane mirror 42 arranged on the plane pedestal 41 is mounted on the band-like concave pedestal 43 having the water-cooled tube 8. A pass filter film 39 is deposited. The sunlight reflected by the bandpass filter film 39 is condensed to become high-density light 4 and is condensed on the dichroic mirror 3 attached to the central portion of the flat base 41. The infrared rays 5 of 790 nm or more reflected by the dichroic mirror 3 are absorbed by the carbon heat collecting plate 7, and the heat generated at about 500 ° C. is cooled by the semiconductor thermoelectric element (Gigatopaz) 6 to the inside and outside of the radiator 8 at 25 ° C. Cooling with water, this temperature difference power generation of 450 degrees is performed. On the other hand, the light 9 and 13 having a wavelength of 250 to 600 nm transmitted through the dichroic mirror 3 is input from the incident window 2 to the white light excitation laser oscillation device 21 with a Peltier refrigeration element. Here, the laser rod 10 uses the electric power obtained by the semiconductor thermoelectric element 6 and the solar cell 38, and the Cr: YAG laser rod is cooled by the Peltier refrigeration element 19 through the silicone oil 29 as a cooling liquid. A device for obtaining an output 18 was prototyped.

本発明によれば、太陽光の有するスペクトルの全てを有効利用したレーザー装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser apparatus which used effectively all the spectrum which sunlight has can be provided.

本発明によれば、太陽光の有する波長の内、レーザー媒質励起に必要とする僅かな波長域の光は勿論のこと、従来使われなかった長紫外光で蛍光体を励起し、当該レーザーロッドの励起光に変換し、さらに赤色光は太陽電池による発電に、あるいは赤外線は半導体熱電素子による温度差発電などに用い、これらから得られた電力をレーザーロッドの冷却液としての水やシリコーンオイルを介してペルチェ冷凍素子の電力として用い、レーザーロッドを高効率で連続発振させることができるレーザー装置を提供することができる。 According to the present invention, among the wavelengths of sunlight, not only the light in the slight wavelength range necessary for laser medium excitation, but also the phosphor rod is excited by long ultraviolet light that has not been used in the past. In addition, red light is used for power generation by solar cells, or infrared light is used for temperature difference power generation by semiconductor thermoelectric elements, and the power obtained from these is used as water for cooling the laser rod or silicone oil. Thus, it is possible to provide a laser device that can be used as electric power for the Peltier refrigeration element and can continuously oscillate the laser rod with high efficiency.

白色光励起レーザー装置の動作原理図Operation principle diagram of white light excitation laser device 各形状の回転軸対称2次曲面および多面体ガラス容器製レーザー発振器概略図Schematic diagram of laser oscillator made of rotationally symmetrical secondary curved surface and polyhedral glass container of each shape ペルチェ冷凍素子付き円筒ガラス容器製レーザー発振器概略図Schematic diagram of laser oscillator made of cylindrical glass container with Peltier refrigeration element 固体レーザー励起用2連積分球型白色光励起レーザー装置動作原理図Operation principle diagram of double integrating sphere type white light excitation laser device for solid laser excitation 側面入射窓付き固体レーザー励起用2連積分球型白色光励起レーザー装置動作原理図Operation principle diagram of a double integrating sphere type white light pumped laser device for pumping solid state laser with side entrance window 各形状の2連結型回転軸対称2次曲面および多面体ガラス容器製レーザー発振器概略図Schematic diagram of a laser oscillator made of a double coupled rotationally symmetric quadric surface and a polyhedral glass container of each shape Nd:YAGレーザー励起用円筒型白色光励起レーザー装置(実施例1)Cylindrical white light pump laser device for pumping Nd: YAG laser (Example 1) Nd:YAGレーザー励起用2連積分球型白色光励起レーザー装置(実施例2)Nd: YAG laser excitation double integrating sphere type white light excitation laser device (Example 2) Cr:YAGレーザー励起用2連積分球型白色光励起レーザー装置(実施例3)Example 2: A double integrating sphere type white light excitation laser device for exciting a Cr: YAG laser ペルチェ冷凍素子付き円筒型白色レーザー装置詳細断面図(実施例4)Detailed sectional view of cylindrical white laser device with Peltier refrigeration element (Example 4) レンズで集光した白色光励起Nd:YAGレーザー模式図(実施例5)Example of white light pumped Nd: YAG laser focused by lens (Example 5) レンズで集光した白色光励起Cr:YAGレーザー模式図(実施例6)Example of white light pumped Cr: YAG laser focused by lens (Example 6) フレネルレンズで集光した白色光励起Cr:YAGレーザー模式図(実施例7)Example of white light pumped Cr: YAG laser focused by Fresnel lens (Example 7) メニスカスレンズで集光した白色光励起Nd:YAGレーザー模式図(実施例8)Example of white light pumped Nd: YAG laser focused by a meniscus lens (Example 8) メニスカスレンズで集光した白色光励起Cr;YAGレーザー模式図(実施例9)Example of white-light-excited Cr; YAG laser focused by a meniscus lens (Example 9) 凹面型台座に並べたセグメントミラーで集光した白色光励起Nd:YAGレーザー模式図(実施例10)Example of white light pumped Nd: YAG laser focused by segment mirrors arranged on a concave pedestal (Example 10) 凹面型台座に並べたセグメントミラーで集光した白色光励起Cr:YAGレーザー模式図(実施例11)Example of white-light-excited Cr: YAG laser focused by segment mirrors arranged on a concave pedestal (Example 11) 凹面型台座に並べたセグメントミラーで集光した白色光を太陽電池と熱電素子および励起Nd:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例12)Schematic diagram of an apparatus for supplying white light condensed by a segment mirror arranged on a concave pedestal to a solar cell, a thermoelectric element, and an excited Nd: YAG laser (Example 12) 凹面型台座に並べたセグメントミラーで集光した白色光を太陽電池と熱電素子および励起Cr:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例13)Schematic diagram of an apparatus for supplying white light condensed by a segment mirror arranged on a concave pedestal to a solar cell, a thermoelectric element, and an excited Cr: YAG laser (Example 13) 凹面型台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Cr:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例14)Schematic diagram of an apparatus for supplying reflected light of solar cells arranged on a concave pedestal to a thermoelectric element and an excited Cr: YAG laser (Example 14) 凹面型台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Nd:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例15)Schematic diagram of apparatus for supplying reflected light of solar cells arranged on concave pedestal to thermoelectric element and pumped Nd: YAG laser (Example 15) 凹面型台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および凹面型台座の下に並べたNd:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例16)Schematic diagram of apparatus for supplying reflected light of solar cells arranged on concave pedestal to thermoelectric element and Nd: YAG laser arranged below concave pedestal (Example 16) 平面台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Nd:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例17)Schematic diagram of apparatus for supplying reflected light of solar cells arranged on flat pedestal to thermoelectric element and pumped Nd: YAG laser (Example 17) 平面台座に並べた平面鏡の反射光を熱電素子および平面台座の下に並べたNd:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例18)Schematic diagram of an apparatus for supplying reflected light of a plane mirror arranged on a plane pedestal to a thermoelectric element and an Nd: YAG laser arranged below the plane pedestal (Example 18) 平面台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および平面台座の下に並べたCr:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例19)Schematic diagram of apparatus for supplying reflected light of solar cells arranged on flat pedestal to thermoelectric element and Cr: YAG laser arranged below flat pedestal (Example 19) 平面台座に並べた太陽電池の反射光を熱電素子および励起Cr:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例20)Schematic diagram of apparatus for supplying reflected light of solar cells arranged on flat pedestal to thermoelectric element and excitation Cr: YAG laser (Example 20) 平面台座に並べた帯状平面鏡の反射光を太陽電池および平面台座の下に並べた熱電素子および励起Cr:YAGレーザーに供給する装置模式図(実施例21)Schematic diagram of apparatus for supplying reflected light of strip plane mirrors arranged on a plane pedestal to a solar cell, a thermoelectric element arranged below the plane pedestal, and an excited Cr: YAG laser (Example 21)

符号の説明Explanation of symbols

(a) 茄子型球
(b) 積分球
(c) ラッパ管
(d) 円錐台
(e) 円筒
(f) 多面体(32面体)
(g) 前・側面入射窓付き2連円筒
(h) 側面入射窓付き2連円筒
(i) 前・側面入射窓付き2連積分球
(j) 側面入射窓付き2連積分球
(k) 前・側面入射窓付き2連茄子球
(l) 前・側面入射窓付き2連多面体(32面体)
1 ガラス容器
2 入射窓
3 コールドフィルターやコールドミラーなどの波長板
4 高密度白色光(太陽光)
5 赤外線
6 半導体熱電素子
7 集熱板
8 ラジエータ
9 可視光線
10 レーザーロッド
11 光酸化膜(シリコーンオイルの光酸化)
12 アルミニウム反射膜
13 長紫外線
14 希土類元素
15 蛍光体
16 冷却液(水・シリコーンオイル)
17 冷却液出入口
18 レーザー出力
19 ペルチェ冷凍素子
20 冷却水
21 ペルチェ冷凍素子付き白色光励起レーザー発振装置
22 二重管(冷却水外壁)
23 可視光線励起部
24 紫外線励起蛍光体可視光線変換部
25 可視光線入射窓
26 長紫外線入射窓
27 ダイクロイックミラー
28 反射ミラー
29 シリコーンオイル
30 球面レンズ
31 フレネルレンズ
32 大口径メニスカス凹レンズ
33 赤外線反射膜(ダイクロイックフィルター)
34 赤外線透過膜(ダイクロイックフィルター)
35 メニスカス凸レンズ
36 大口径凹面鏡台座
37 セグメントミラー
38 太陽電池
39 バンドパスフィルター
40 赤色波長(太陽電池励起用)
41 平面台座
42 帯状平面鏡
43 帯状凹面台座(冷却水循環パイプ含む)
(A) Insulator sphere (b) Integrating sphere (c) Trumpet tube (d) Frustum (e) Cylinder (f) Polyhedron (32-hedron)
(G) Dual cylinder with front and side entrance windows (h) Dual cylinder with side entrance window (i) Dual integration sphere with front and side entrance windows (j) Dual integration sphere with side entrance window (k) Front -Double insulator sphere with side entrance window (l) Front-Double polyhedron with side entrance window (32 facets)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass container 2 Incident window 3 Wave plates, such as a cold filter and a cold mirror 4 High-density white light (sunlight)
5 Infrared 6 Semiconductor thermoelectric element 7 Heat collecting plate 8 Radiator 9 Visible light 10 Laser rod 11 Photo-oxidation film (photo-oxidation of silicone oil)
12 Aluminum reflective film 13 Long ultraviolet ray 14 Rare earth element 15 Phosphor 16 Coolant (water / silicone oil)
17 Coolant inlet / outlet 18 Laser output 19 Peltier refrigeration element 20 Cooling water 21 White light excitation laser oscillation device with Peltier refrigeration element 22 Double tube (cooling water outer wall)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 Visible light excitation part 24 Ultraviolet excitation fluorescent substance Visible light conversion part 25 Visible light incident window 26 Long ultraviolet light incident window 27 Dichroic mirror 28 Reflective mirror 29 Silicone oil 30 Spherical lens 31 Fresnel lens 32 Large-diameter meniscus concave lens 33 Infrared reflective film (dichroic film) filter)
34 Infrared transparent membrane (dichroic filter)
35 Meniscus convex lens 36 Large-diameter concave mirror base 37 Segment mirror 38 Solar cell 39 Bandpass filter 40 Red wavelength (for solar cell excitation)
41 Flat pedestal 42 Strip flat mirror 43 Strip concave pedestal (including cooling water circulation pipe)

Claims (5)

積分球や茄子型球あるいは円筒または円錐台やラッパ管などの回転軸対称2次曲面あるいは多面体などの容器を1個あるいは複数個連結したガラス容器の対称軸に円筒型レーザーロッドの光軸を合わせ、ガラス容器の外壁または内壁あるいはレーザーロッドの外壁に蛍光体を塗布あるいは焼結またはドーピングし、ガラス容器の最外壁に反射膜を蒸着し、かつガラス容器内部は冷却液として水あるいはシリコーンオイルを満たし、ガラス容器の最外壁の反射膜上部からペルチェ冷凍素子で直接冷却液を冷却するかあるいは冷却液を循環させて間接的に冷却し、かつガラス容器の入射窓から赤外線を除外したランプ光や太陽光などを入射させレーザーロッドの励起に供し、レーザーロッドの励起に寄与しない赤色波長は太陽電池の励起用に、赤外線は半導体熱電素子で温度差発電を行い、当該ペルチェ冷凍素子の電力に供する事を特徴とする白色光励起レーザー装置。 Align the optical axis of the cylindrical laser rod with the axis of symmetry of a glass container in which one or more containers such as integrating spheres, insulator spheres, cylinders, circularly curved surfaces such as truncated cones and trumpet tubes, or polyhedrons are connected. , Apply or sinter or dope a phosphor on the outer or inner wall of the glass container or the outer wall of the laser rod, deposit a reflective film on the outermost wall of the glass container, and fill the glass container with water or silicone oil as a coolant. Cooling the cooling liquid directly from the top of the reflective film on the outermost wall of the glass container with a Peltier refrigeration element or indirectly by circulating the cooling liquid, and excluding infrared rays from the incident window of the glass container and the sun The red wavelength that does not contribute to the excitation of the laser rod by injecting light etc. is used for the excitation of the laser rod. Line performs a temperature difference power generation semiconductor thermoelectric elements, white light excitation laser device, characterized in that provided for the power of the Peltier refrigeration device. 前記蛍光体とは前記回転軸対称2次曲面あるいは多面体ガラス容器の外壁に1種類あるいは多種類の蛍光体をパターン状に塗布または焼結し、その蛍光体を含むガラス容器外壁にアルミニウムを蒸着したもの、あるいは円筒型レーザーロッドの外壁に形成した酸化シリコン膜内に蛍光体を微量混入させたもの、またはレーザーロッドの外壁の酸化シリコン膜に希土類元素イオン打ち込みしたものであることを特徴とする請求項1に記載の白色光励起レーザー装置。 The phosphor is applied to the outer wall of the rotationally symmetrical quadratic curved surface or the polyhedral glass container by coating or sintering one or more kinds of phosphors in a pattern, and aluminum is deposited on the outer wall of the glass container containing the phosphor. Or a silicon oxide film formed on the outer wall of a cylindrical laser rod in which a small amount of a phosphor is mixed, or a rare earth element ion is implanted into a silicon oxide film on the outer wall of a laser rod. Item 2. A white light excitation laser device according to Item 1. 前記回転軸対称2次曲面あるいは多面体ガラス容器の励起光入射窓には赤外線を反射し、長紫外線と可視光線を透過する多層膜を蒸着するか、あるいは前記ガラス容器の励起光入射窓の前面に赤外線を反射し、長紫外線と可視光線を透過するミラーやフィルター、または赤外線を透過し長紫外線と可視光線を反射するミラーやフィルターなどを置くことにより、ガラス容器への透過光の内可視光線はレーザーロッドの直接励起用に、長紫外線は蛍光体を励起して間接的にレーザーロッドを励起し、分光された赤外線は半導体熱電素子による太陽熱発電用に用い、複数個連結した回転軸対称2次曲面ガラス容器または多面体ガラス容器を用いる時は更に可視光線と長紫外線とに分光した後、夫々別個の窓からガラス容器の入射窓に投入し、可視光線は直接、長紫外線は蛍光体を励起後、間接的にレーザーロッドを励起することを特徴とする請求項1に記載の白色光励起レーザー装置。 A multilayer film that reflects infrared rays and transmits long ultraviolet rays and visible rays is deposited on the excitation light incident window of the rotationally axisymmetric quadratic curved surface or polyhedral glass container, or on the front surface of the excitation light incident window of the glass container. By placing a mirror or filter that reflects infrared light and transmits long ultraviolet light and visible light, or a mirror or filter that transmits infrared light and reflects long ultraviolet light and visible light, visible light within the transmitted light to the glass container is For direct excitation of laser rods, long ultraviolet rays excite phosphors and indirectly excite laser rods, and spectrally dispersed infrared rays are used for solar power generation by semiconductor thermoelectric elements. When using a curved glass container or a polyhedral glass container, it is further split into visible light and long ultraviolet light, and then injected into the entrance window of the glass container through a separate window. Line directly length ultraviolet white light excitation laser device according to claim 1, characterized in that after excitation excite the phosphor, indirectly laser rod. 前記ペルチェ冷凍素子を前記2次曲面あるいは多面体ガラス容器の最外壁の反射膜上に密着させ、その素子の外壁を冷却管で冷却することを特徴とする請求項1、2に記載の白色光励起レーザー装置。 3. The white light excitation laser according to claim 1, wherein the Peltier refrigeration element is closely attached to a reflective film on the outermost wall of the quadric curved surface or polyhedral glass container, and the outer wall of the element is cooled by a cooling pipe. apparatus. グラファイットやカーボンなの吸収体が塗布された前記半導体熱電素子の一方の面に照射された太陽光の赤外線による高温と、ラジエータ(冷却フィン)が付けられた他面側が冷却水中あるいは宇宙空間におけるように真空中にある時などに発生する低温との温度差で発電された電力を前記レーザーロッド冷却用ペルチェ冷凍素子の電源として用いることを特徴とする請求項1、2に記載の白色光励起レーザー装置。 The surface of the semiconductor thermoelectric element coated with graphite or carbon absorber is exposed to high temperature due to the infrared rays of sunlight, and the other side with a radiator (cooling fin) is in the cooling water or space. 3. The white light excitation laser device according to claim 1, wherein electric power generated at a temperature difference from a low temperature generated when in a vacuum is used as a power source of the Peltier refrigeration element for cooling the laser rod. .
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