JP2012243850A - Beam dump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザービームの終端処理を行うビームダンプに関するものである。 The present invention relates to a beam dump that performs termination processing of a laser beam.
レーザー散乱測定は、測定しようとする物質にレーザービームを照射し、その散乱光を検出することにより分析を行う手法である。このようなレーザー散乱測定において、核融合実験炉における炉心プラズマの電子密度や電子温度を測定する装置として、トムソン散乱装置がある。このトムソン散乱装置は、トムソン散乱断面積が小さいことから大きな信号量を得ることが難しく、一般的に小さなＳ／Ｎ比となる。このため、迷光の存在は測定精度に大きな影響を与えることから様々な迷光対策が行われている。その中の一つに、レーザービームの終端処理を行うビームダンプがある。 Laser scattering measurement is a technique for performing analysis by irradiating a substance to be measured with a laser beam and detecting the scattered light. In such laser scattering measurement, there is a Thomson scattering device as a device for measuring the electron density and electron temperature of the core plasma in the fusion experimental reactor. This Thomson scattering device has a small Thomson scattering cross section, so it is difficult to obtain a large signal amount, and generally has a small S / N ratio. For this reason, since the presence of stray light greatly affects the measurement accuracy, various countermeasures against stray light have been taken. One of them is a beam dump for terminating the laser beam.
従来のビームダンプの一例（非特許文献１）の構成を図８に示す。図中１１がビームダンプであり、熱伝導性の良好な金属等からなるヒートシンク１２の上にウェッジ状のレーザーム吸収材１３を複数並設させて構成されている。レーザー吸収材１３にはレーザービームの吸収性に優れ反射率が低く熱伝導性の良好な金属等の材料が使用されている。また、図示はしていないがヒートシンクには水冷式等の冷却機構が設けられている。 FIG. 8 shows a configuration of an example of a conventional beam dumper (Non-Patent Document 1). In the figure, reference numeral 11 denotes a beam dump, which comprises a plurality of wedge-shaped laser absorbers 13 arranged side by side on a heat sink 12 made of a metal having good thermal conductivity. The laser absorber 13 is made of a material such as a metal having excellent laser beam absorptivity, low reflectance, and good thermal conductivity. Although not shown, the heat sink is provided with a cooling mechanism such as a water cooling type.
このような構成のビームダンプ１１では、図中上方からレーザービームがヒートシンク１２に入射し、レーザービームは隣合ったレーザー吸収材１３の傾斜面で反射を繰り返し、ヒートシンク１２の上面部分で終端する。 In the beam dump 11 having such a configuration, a laser beam is incident on the heat sink 12 from above in the figure, and the laser beam repeats reflection on the inclined surface of the adjacent laser absorber 13 and terminates on the upper surface portion of the heat sink 12.
この場合、上記したように、レーザービームが効果的に終端する必要がある。しかしながら、図８の構成のビームダンプ１１では、ビームダンプ１１の終端部がレーザービームの入射側に対し、開いた状態となっているため、ビームダンプ１１の戻り光が迷光となってしまい、測定精度の向上のためには戻り光の量をできるだけ少なくすることが要求される。 In this case, as described above, the laser beam needs to be effectively terminated. However, in the beam dump 11 having the configuration shown in FIG. 8, since the end of the beam dump 11 is open with respect to the incident side of the laser beam, the return light of the beam dump 11 becomes stray light, and measurement is performed. In order to improve accuracy, it is required to reduce the amount of return light as much as possible.
また、核融合実験炉等で利用されるレーザー利用プラズマ計測では、ビームダンプ１１を利用できる空間が限られているため、ビームダンプ１１の寸法は極めて小さくなり、レーザー吸収材１３の寸法も極めて小さくなる。上記のようなパワーが非常に大きなレーザービームが寸法が極めて小さいビームダンプ１１に入射すると、レーザー吸収材１３の蒸発や、レーザーパルスが繰り返し入射することによる材料疲労に伴う性能劣化が懸念される。 Further, in laser-based plasma measurement used in a nuclear fusion experimental reactor or the like, the space in which the beam dump 11 can be used is limited, so the size of the beam dump 11 is extremely small and the size of the laser absorber 13 is also extremely small. Become. When a laser beam having a very large power as described above enters the beam dump 11 having a very small size, there is a concern about evaporation of the laser absorber 13 and performance deterioration due to material fatigue due to repeated incidence of laser pulses.
また、上記のようなパワーが非常に大きなレーザービームがレーザー吸収材１３の傾斜面で反射すると非常に高温の状態となるため、外部からの熱（輻射、核発熱等）を効率的に除去する必要がある。 In addition, when a laser beam having a very large power as described above is reflected by the inclined surface of the laser absorber 13, it becomes a very high temperature state, so that external heat (radiation, nuclear heat generation, etc.) is efficiently removed. There is a need.
さらに、長寿命化（許容できるレーザーパルスの入射回数が多い）でき、高温下、高強度放射線環境下での使用が可能であるという要求もある。 Furthermore, there is a demand that the lifetime can be extended (the number of allowable incidences of laser pulses can be increased) and that it can be used under high temperature and high intensity radiation environment.
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、レーザービームをより効果的に終端させ、戻り光による迷光を著しく低減させることができるビームダンプを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a state of the art, and it is an object of the present invention to provide a beam dump capable of terminating a laser beam more effectively and significantly reducing stray light due to return light. To do.
また、本発明は、非常に大きなパワー（１０７Ｗ／ｃｍ２オーダー）のレーザービームが入射しても、レーザー吸収材の蒸発や、レーザーパルスの繰り返し入射による性能劣化を防止できる長寿命化したビームダンプを提供することを別の課題とする。 In addition, the present invention has a long service life that can prevent degradation of performance due to evaporation of laser absorbers and repeated incidence of laser pulses even when a laser beam with a very large power (10 7 W / cm 2 order) is incident. Another issue is to provide a beam dump.
さらに、本発明は、高温下や高強度放射線環境下でも使用することが可能なビームダンプを提供することも別の課題とする。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a beam dump that can be used under high temperature or high intensity radiation environment.
上記課題を解決するため、本発明は、第１には、使用済みのレーザービームの終端処理を行うビームダンプであって、レーザービームの入射側の第１段目のレーザー吸収板が終端処理するレーザービームの入射方向に対して一定角度傾斜して設けられ、少なくとも第２段目以降のレーザー吸収板が前段のレーザー吸収板に対し前段のレーザー吸収板とは反対の方向に一定角度傾斜するように設けられてなるレーザー吸収材を複数枚、ヒートシンクの上にレーザービーム入射方向とは直角な方向に一定間隔を隔てて、レーザービームの終端部がレーザービーム入射方向から見て隠れるように配設して構成されることを特徴とするビームダンプを提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a beam dump that firstly terminates a used laser beam, and the first stage laser absorption plate on the incident side of the laser beam terminates. Provided with a certain angle of inclination with respect to the incident direction of the laser beam, so that at least the second and subsequent laser absorbers are inclined with respect to the previous laser absorber in a direction opposite to the previous laser absorber A plurality of laser absorbers are provided on the heat sink, arranged at regular intervals in a direction perpendicular to the laser beam incident direction on the heat sink so that the end of the laser beam is hidden when viewed from the laser beam incident direction. A beam dump characterized by being configured as described above is provided.
第２には、上記第１の発明において、ヒートシンクの底部に冷却機構を設けたことを特徴とするヒートシンクを提供する。 Second, a heat sink according to the first invention, wherein a cooling mechanism is provided at the bottom of the heat sink.
第３には、上記第１又は第２の発明において、レーザービームが入射する第１段目のレーザー吸収板の先端部にブレード加工が施されていることを特徴とするビームダンプを提供する。 Thirdly, in the first or second aspect of the invention, there is provided a beam dump characterized in that blade processing is applied to a tip portion of a first stage laser absorbing plate on which a laser beam is incident.
第４には、上記第１から第３のいずれかの発明において、前記レーザー吸収材の傾斜角は、前記レーザー吸収材でのレーザービームの反射角が６７〜８１度となるように設定されていることを特徴とするビームダンプを提供する。 Fourth, in any one of the first to third inventions, the inclination angle of the laser absorber is set so that the reflection angle of the laser beam on the laser absorber is 67 to 81 degrees. A beam dump is provided.
第５には、上記第１から第４のいずれかの発明において、前記レーザー吸収材は、Ｂｅ、Ｍｏ、Ｗ及びＴｉのうちのいずれか、又はＢｅ、Ｍｏ、Ｗ及びＴｉのうちのいずれかで表面被覆した材料で構成されることを特徴とするビームダンプを提供する。 Fifth, in any one of the first to fourth inventions, the laser absorber is any one of Be, Mo, W, and Ti, or any one of Be, Mo, W, and Ti. A beam dump characterized in that it is made of a material coated with a surface.
第６には、上記第１から第５のいずれかの発明において、前記レーザー吸収材の表面を透明誘電体層で被覆したことを特徴とするビームダンプを提供する。 Sixth, in any one of the first to fifth inventions, there is provided a beam dump characterized in that the surface of the laser absorbing material is covered with a transparent dielectric layer.
本発明によれば、前段と次段のレーザー吸収材が「くの字」状あるいは逆「くの字」状となり、複数のレーザー吸収材が、ヒートシンクの上にレーザービーム入射方向とは直角な方向に一定間隔を隔てて、レーザービームの終端部がレーザービーム入射方向から見て隠れるように配設されているので、ビームダンプに入射したレーザービームは隣合ったレーザー吸収材の対向する傾斜面に対する反射を繰り返し終端部へ向かい、レーザービームをより効果的に終端させ、戻り光による迷光を著しく低減させることが可能となる。 According to the present invention, the laser absorbers in the previous stage and the next stage are in a “U” shape or reverse “U” shape, and the plurality of laser absorbers are perpendicular to the laser beam incident direction on the heat sink. Since the end of the laser beam is arranged so as to be hidden from the incident direction of the laser beam with a certain interval in the direction, the laser beam incident on the beam dump is opposed to the inclined surface of the adjacent laser absorber. Thus, the laser beam is terminated more effectively and the stray light due to the return light can be remarkably reduced.
また、ヒートシンクの底部に冷却機構を設けることにより、ビームダンプの除熱効果を向上させ、高温下や高強度放射線環境下での使用が可能となる。 In addition, by providing a cooling mechanism at the bottom of the heat sink, the heat removal effect of the beam dump is improved, and it can be used at high temperatures and in high-intensity radiation environments.
また、第１段目のレーザー吸収板の先端部をブレード加工することにより、先端部からの迷光の低減を図ることができる。 Also, stray light from the tip can be reduced by blade processing the tip of the first stage laser absorbing plate.
また、レーザービームがＰ偏光の場合でのレーザービームの反射率が６７〜８１％となるように設定することにより、レーザービームの吸収効率が高まり、さらに効果的にレーザービームを終端させ、戻り光による迷光をより一層著しく低減させることが可能となる。 Further, by setting the reflectance of the laser beam to be 67 to 81% when the laser beam is P-polarized light, the absorption efficiency of the laser beam is increased, and the laser beam is terminated more effectively, and the return light This makes it possible to significantly reduce the stray light due to.
また、レーザー吸収材を、反射率の小さいＢｅ、Ｍｏ、Ｗ及びＴｉのうちのいずれか、又はＢｅ、Ｍｏ、Ｗ及びＴｉのうちのいずれかで表面被覆した材料で構成することにより、より一層効果的に終端処理を行うことができる。 Further, the laser absorber is made of a material whose surface is coated with any one of Be, Mo, W and Ti having a low reflectance, or any one of Be, Mo, W and Ti. Termination can be effectively performed.
さらに、レーザー吸収材の表面を透明誘電体層で被覆することにより、レーザー吸収材の表面損傷の低減と反射率のより一層の低下が可能となる。 Further, by covering the surface of the laser absorbing material with a transparent dielectric layer, it is possible to reduce the surface damage of the laser absorbing material and further reduce the reflectance.
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図１は本発明の一実施形態に係るビームダンプの構造を模式的に示す図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図、図１（ｄ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線断面図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a beam dump according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a perspective view, FIG. 1 (b) is a top view, and FIG. 1 (c) is FIG. FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1B, and FIG. 1D is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG.
本実施形態のビームダンプ１は、側面が４枚の金属板２、２ａ、２、２ａにより閉じられており、底面は銅などの熱伝導度の高い物質で形成されたヒートシンク３となっており、全体として直方体状となっている。側面の金属板２、２ａ、２、２とヒートシンク３は溶接などの方法で接合されている。ビームダンプ１の上面は開放され、側面の金属板２、２ａ、２、２ａとヒートシンク３で囲まれた内部空間には、「くの字」状に折り曲げたレーザー吸収材４が複数枚、ヒートシンク３上に一定間隔隔てて並設されている。使用済みのレーザービームはヒートシンク３の上面から底面に向かう方向に入射する。このときレーザービームの偏光は図１（ｂ）のＡ−Ａ’方向と平行とする（Ｐ偏光）。 The beam dump 1 of this embodiment is closed by four metal plates 2, 2 a, 2, and 2 a on the side surface, and the bottom surface is a heat sink 3 formed of a material having high thermal conductivity such as copper. The overall shape is a rectangular parallelepiped. The side metal plates 2, 2a, 2, 2 and the heat sink 3 are joined by a method such as welding. The upper surface of the beam dump 1 is open, and a plurality of laser absorbers 4 bent in a “U” shape are formed in the inner space surrounded by the metal plates 2, 2 a, 2, 2 a on the side surface and the heat sink 3. 3 are arranged in parallel at regular intervals. The used laser beam is incident in a direction from the upper surface to the bottom surface of the heat sink 3. At this time, the polarization of the laser beam is parallel to the A-A ′ direction in FIG.
レーザー吸収材４は矩形状の金属板を折り曲げて形成され、レーザービームが入射してくる初段のレーザー吸収板５ａとその下方の後段のレーザー吸収板５ｂよりなる。レーザー吸収材４は、比較的レーザー反射率が低く（３０％以下程度が望ましい）、熱伝導度が高く、耐熱性が良好な金属材料を用いて構成される。このような材料としては、Ｂｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉなどが挙げられる。また、ステンレス鋼などの他の金属の表面をＢｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉなどで被覆したものも用いることができる。レーザービームの入射方向に対する初段のレーザー吸収板５ａの傾斜角は、好ましくは６７〜８１゜、より好ましくは７５〜８０゜程度の反射率の極小値を与える角度付近に設定する。このような範囲の傾斜角に設定すると、単位面積当たりのレーザーエネルギー密度の低減ができるため、材料の疲労を起こりにくくすることができ、またレーザービームの吸収性が良好となり、終端効率を向上させることができる。また、後段のレーザー吸収板５ｂの傾斜角は初段のレーザー吸収板５ａの傾斜角と同じに設定されるが、傾斜方向は逆となっている。複数枚のレーザー吸収材４は一定間隔隔てて配置されるが、その間隔はレーザービームの終端部（ヒートシンク３の上面）がレーザービーム入射方向から見て隠れるように配置する。 The laser absorbing material 4 is formed by bending a rectangular metal plate, and includes a first stage laser absorbing plate 5a on which a laser beam enters and a lower stage laser absorbing plate 5b below it. The laser absorbing material 4 is made of a metal material having a relatively low laser reflectance (desirably about 30% or less), high thermal conductivity, and good heat resistance. Examples of such a material include Be, Mo, W, and Ti. Moreover, what coated the surface of other metals, such as stainless steel, with Be, Mo, W, Ti, etc. can also be used. The inclination angle of the first-stage laser absorption plate 5a with respect to the incident direction of the laser beam is preferably set in the vicinity of an angle that gives a minimum value of reflectivity of about 67 to 81 °, more preferably about 75 to 80 °. When the tilt angle is set in such a range, the laser energy density per unit area can be reduced, so that the material is less likely to be fatigued, the laser beam absorbability is improved, and the termination efficiency is improved. be able to. Further, the inclination angle of the latter stage laser absorption plate 5b is set to be the same as the inclination angle of the first stage laser absorption plate 5a, but the inclination direction is reversed. The plurality of laser absorbers 4 are arranged at regular intervals, and the intervals are arranged such that the end portion of the laser beam (the upper surface of the heat sink 3) is hidden when viewed from the laser beam incident direction.
初段のレーザー吸収板５ａは側面の金属板２ａ、２ａに溶接などの方法で接合固定する。後段のレーザー吸収板５ｂは側面の金属板２ａ、２ａに溶接などの方法で接合固定するか、ヒートシンク３に溶接などの方法で接合固定するか、あるいはその両者の接合固定を行ってもよい。 The first stage laser absorbing plate 5a is joined and fixed to the side metal plates 2a and 2a by a method such as welding. The latter laser absorbing plate 5b may be bonded and fixed to the side metal plates 2a and 2a by welding or the like, or bonded and fixed to the heat sink 3 by welding or the like, or both of them may be bonded and fixed.
また、初段のレーザー吸収板５ａは、図１（ｃ）に示すように、先端部６にブレード加工を施すことにより、ビームダンプ１からのレーザービームの戻り光を発生しにくい構造とすることが望ましい。さらに、ブレード加工した先端部６にＣｕなどのレーザ反射率が高い金属でめっきすることにより、先端部１０へのレーザーエネルギーの吸収を低減し、先端部の損傷を起こりにくくすることもできる。 In addition, as shown in FIG. 1C, the first stage laser absorbing plate 5a is structured so as not to generate the return light of the laser beam from the beam dump 1 by performing blade processing on the tip portion 6. desirable. Furthermore, by plating the blade-processed tip portion 6 with a metal having a high laser reflectance such as Cu, absorption of laser energy to the tip portion 10 can be reduced, and damage to the tip portion can be prevented.
本実施形態のビームダンプ１では、水冷又は熱伝導性の良い物質との接触による放熱により、ヒートシンク３の底面を冷却することにより、ビームダンプ全体を冷却する。この場合、側面の金属板２、２ａ、２、２ａに熱伝導性の良い物質を採用し、冷却効果をより高めるようにしてもよい。 In the beam dump 1 of the present embodiment, the entire beam dump is cooled by cooling the bottom surface of the heat sink 3 by heat radiation by water cooling or contact with a material having good thermal conductivity. In this case, a material having good thermal conductivity may be employed for the side metal plates 2, 2a, 2, 2a to further enhance the cooling effect.
ビームダンプ１の各部材の寸法は、用途や設置場所、レーザー強度などに応じて適切な値に設定されるが、一例を挙げると、核融合実験炉等で利用されるレーザー利用プラズマ計測に使用する場合、幅６０ｍｍ、高さ３０ｍｍ、レーザー吸収材４の厚さ１ｍｍ、レーザー吸収材４の配置間隔６．５ｍｍであり、小型化されたものとなっている。レーザー吸収材材料としてはタングステンを用いた。このビームダンプは１０７Ｗ／ｃｍ２程度の非常に高いレーザー強度にも対応可能であり、また高温下、高強度放射線環境下での使用も可能である。 The dimensions of each member of the beam dump 1 are set to appropriate values according to the application, installation location, laser intensity, etc. For example, it is used for laser-based plasma measurement used in nuclear fusion experimental reactors. In this case, the width is 60 mm, the height is 30 mm, the thickness of the laser absorbing material 4 is 1 mm, and the arrangement interval of the laser absorbing material 4 is 6.5 mm. Tungsten was used as the laser absorber material. This beam dump can cope with a very high laser intensity of about 10 7 W / cm 2 , and can also be used under high temperature and high intensity radiation environment.
上記の構造のビームダンプ１に上方から底面に向けてレーザービームが入射したときのビームの軌跡を図２に示す。実際にはレーザービームはある程度のビーム径を有しているが、便宜上１本の細いビームとした場合の軌跡が図２に示されている。図２に示すように、ビームダンプ１の上方から入射したレーザービームは、隣合ったレーザー吸収材４の傾斜面を幾度か反射してエネルギーを減衰させながら、最終的に終端部に達し、終端する。そして、前段と次段のレーザー吸収材４が「くの字」状となり、複数のレーザー吸収材４が、レーザービームの終端部がレーザービーム入射方向から見て隠れるように配設されているので、レーザービームをより効果的に終端させ、戻り光による迷光を著しく低減させることが可能となる。 FIG. 2 shows a beam trajectory when the laser beam is incident on the beam dump 1 having the above structure from the upper side toward the bottom surface. Actually, the laser beam has a certain beam diameter, but for convenience, the locus in the case of one thin beam is shown in FIG. As shown in FIG. 2, the laser beam incident from above the beam dump 1 finally reaches the end portion while reflecting off the inclined surface of the adjacent laser absorber 4 several times to attenuate the energy. To do. And, the laser absorber 4 in the previous stage and the next stage is formed in a “U” shape, and the plurality of laser absorbers 4 are arranged so that the end portion of the laser beam is hidden when viewed from the incident direction of the laser beam. The laser beam can be terminated more effectively and stray light due to return light can be significantly reduced.
次に、典型的なレーザー吸収材材料（Ｂｅ、Ｍｏ，Ｗ、Ｔｉ）に関して、図３に、入射レーザービームの偏光が初段レーザー吸収材４に平行（Ｓ偏光）及び垂直（Ｐ偏光）のときの入射角と反射率の関係を示す。図３から、Ｐ偏光で、入射角が６７〜８１゜、より好ましくは７５〜８０゜程度となるように入射すると、レーザー反射率が極小値あるいはその付近となり、効果的にレーザービームを吸収できることがわかる。 Next, with respect to typical laser absorber materials (Be, Mo, W, Ti), FIG. 3 shows that the incident laser beam is polarized parallel to the first-stage laser absorber 4 (S-polarized light) and perpendicular (P-polarized light). The relationship between the incident angle and the reflectance is shown. From FIG. 3, when the incident light is P-polarized light with an incident angle of 67 to 81 °, more preferably about 75 to 80 °, the laser reflectivity is at or near the minimum value, and the laser beam can be absorbed effectively. I understand.
また、ビームダンプの機能は、入射されたレーザービームをビームダンプ内に閉じ込めることである。それを妨げる要因として、レーザービームによるレーザー吸収材表面の損傷がある。これが起こると、レーザー吸収材表面における反射角が入射角と一致しなくなる。レーザーパルスの入射回数が増加するにしたがって、反射角と入射角のずれが大きくなることが予測される。したがって、反射角と入射角のずれをどの程度許容できるかによって、ビームダンプの寿命を特徴づけることができる。反射角と入射角のずれの程度は、反射分布関数により定義できる。ここでは、反射分布関数として、ガウシアン散乱を仮定し、標準偏差σを用いて反射角の広がりを表すものとした。図４と式１に、反射分布関数の定義を示し、式２に、ガウシアン散乱の表式を示す。図４において、θｉは、入射角及び鏡面反射の場合の反射角、θｒは、散乱光の入射面内における反射角、φは、散乱光と入射面がなす角度である。ベクトルｘは、鏡面反射光と散乱光の単位ベクトルをそれぞれ反射面に射影し、差を取ったものとして定義される。 The function of the beam dump is to confine the incident laser beam in the beam dump. As a factor that hinders this, there is damage to the surface of the laser absorber by the laser beam. When this occurs, the reflection angle on the laser absorber surface does not coincide with the incident angle. It is predicted that the difference between the reflection angle and the incident angle increases as the number of incident laser pulses increases. Therefore, the lifetime of the beam dump can be characterized by how much the deviation between the reflection angle and the incident angle can be tolerated. The degree of deviation between the reflection angle and the incident angle can be defined by a reflection distribution function. Here, Gaussian scattering is assumed as the reflection distribution function, and the spread of the reflection angle is expressed using the standard deviation σ. 4 and Formula 1 show the definition of the reflection distribution function, and Formula 2 shows a Gaussian scattering expression. In FIG. 4, θ i is an incident angle and a reflection angle in the case of specular reflection, θ r is a reflection angle in the incident surface of scattered light, and φ is an angle formed by the scattered light and the incident surface. The vector x is defined as the difference between the unit vectors of specular reflection light and scattered light projected onto the reflection surface.
ここで、Ａは規格化定数で、考えられる全ての反射角で反射分布を積分した時に１になるように定められる。また、σは、反射角の広がりを与えるパラメータである。 Here, A is a normalization constant, and is determined to be 1 when the reflection distribution is integrated at all possible reflection angles. Also, σ is a parameter that gives the reflection angle spread.
さらに、図５に、代表的なσの値に対する反射分布の様子を示す。図６は、ビームダンプからの戻り光の量と反射角の広がりの関係について、光線追跡シミュレーションにより、従来技術の構成と本構成とを比較をしたものである。従来技術の構成としては、図８に示すウェッジ型のビームダンプを挙げた。レーザー光量に対する迷光量は従来構成のものが２×１０−４であるのに対し、本構成のものはσ＝０．０２のとき、３×１０−７であった。 Further, FIG. 5 shows a state of the reflection distribution with respect to a representative value of σ. FIG. 6 shows a comparison between the configuration of the related art and the present configuration by ray tracing simulation regarding the relationship between the amount of return light from the beam dump and the spread of the reflection angle. As a configuration of the prior art, a wedge-type beam dump shown in FIG. The stray light amount with respect to the laser light amount is 2 × 10 −4 in the conventional configuration, whereas it is 3 × 10 −7 in the present configuration when σ = 0.02.
図６から明らかなように、本構成では、従来技術の構成よりも戻り光量は少ないことがわかる。特に、σが０．２５以下である場合、本構成での戻り光量は、従来技術の構成で鏡面反射を仮定した場合、すなわち製作時における戻り光量以下であるため、σ＝０．２５で表される程度までレーザー吸収材に損傷が与えられても問題ないということになり、長寿命化が可能になったといえる。 As can be seen from FIG. 6, in this configuration, the amount of return light is less than in the configuration of the prior art. In particular, when σ is 0.25 or less, the amount of return light in this configuration is assumed to be specular reflection in the configuration of the prior art, that is, less than the amount of return light at the time of manufacture, so σ = 0.25. This means that there is no problem even if the laser absorber is damaged to such an extent that it can be said that the lifetime has been extended.
以上、本発明を一実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。 As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on one Embodiment, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation and change are possible.
例えば、上記では、１枚の板材を折り曲げて「くの字」状にしたが、初段と後段のレーザー吸収板を独立した２枚の板材とし、これらを接合してレーザー吸収材としてもよい。この場合のレーザー吸収板の側壁やヒートシンクへの固定は上記と同様に行うことができる。 For example, in the above description, a single plate material is bent into a "<" shape, but the first and second stage laser absorption plates may be two independent plate materials that are joined together to form a laser absorption material. In this case, the laser absorbing plate can be fixed to the side wall or the heat sink in the same manner as described above.
また、レーザー吸収板は、図７のように、３段としてもよく、それ以上の枚数としてもよい。この場合も、初段のレーザー吸収板は、図１の構成の場合と同様に先端にブレード加工を施し、レーザー反射率の高い材料でめっきすることにより戻り光除去性能の向上が可能である。残りのレーザー吸収板は、図１の後段レーザー吸収板と同様である。 Further, as shown in FIG. 7, the number of laser absorbing plates may be three or more. Also in this case, the first stage laser absorbing plate can improve the return light removal performance by performing blade processing on the tip and plating with a material having a high laser reflectivity as in the case of the configuration of FIG. The remaining laser absorbing plates are the same as the latter laser absorbing plates in FIG.
また、上記では、ビームダンプの全体形状を直方体状としたが、円柱形状等に変形することも可能である。円柱型の場合は、側面の板は円筒に置き換えられる。ヒートシンクの底面、ヒートシンクの側面、円筒のいずれか１つまたはそれ以上を、上記と同様に冷却することにより、ビームダンプ全体の冷却を行う。 In the above description, the overall shape of the beam dump is a rectangular parallelepiped, but it may be deformed into a cylindrical shape or the like. In the case of a cylindrical type, the side plate is replaced with a cylinder. The entire beam dump is cooled by cooling one or more of the bottom surface of the heat sink, the side surface of the heat sink, and the cylinder in the same manner as described above.
さらに、レーザー吸収材の表面の損傷をより効果的に防止するため、レーザー吸収板の表面をＰＬＺＴのような透明誘電体で被覆するようにしてもよい。このようにすると、レーザー吸収材の表面損傷防止効果の向上に加え、反射率をより低下させる効果も期待できる。 Furthermore, in order to more effectively prevent damage to the surface of the laser absorber, the surface of the laser absorber may be covered with a transparent dielectric such as PLZT. If it does in this way, in addition to the improvement of the surface damage prevention effect of a laser absorber, the effect of lowering a reflectance can also be expected.
上記では、ビームダンプを核融合実験炉等で利用されるレーザー利用プラズマ計測に使用する場合を例示したが、本発明のビームダンプは、それ以外に、超短パルスレーザーを利用した光学測定、プリズムなどを使用した偏光測定における迷光除去、ラマン分光装置におけるレーザー光の終端等、種々の用途に適用することができる。 In the above, the case where the beam dump is used for laser-based plasma measurement used in a nuclear fusion experimental reactor, etc. has been exemplified. However, the beam dump of the present invention is not limited thereto, but optical measurement using an ultrashort pulse laser, prism The present invention can be applied to various applications such as stray light removal in polarization measurement using a laser beam, and termination of laser light in a Raman spectroscopic device.
１ ビームダンプ
２、２ａ 金属板
３ ヒートシンク
４ レーザー吸収材
５ａ、５ｂ レーザー吸収板
６ 先端部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Beam dump 2, 2a Metal plate 3 Heat sink 4 Laser absorber 5a, 5b Laser absorber 6 Tip
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011110374A JP2012243850A (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Beam dump |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011110374A JP2012243850A (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Beam dump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012243850A true JP2012243850A (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=47465253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011110374A Withdrawn JP2012243850A (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Beam dump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012243850A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115371958A (en) * | 2022-10-24 | 2022-11-22 | 中国航天三江集团有限公司 | Liquid cooling heat dissipation and stray light processing integrated device for optical element and use method thereof |
-
2011
- 2011-05-17 JP JP2011110374A patent/JP2012243850A/en not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115371958A (en) * | 2022-10-24 | 2022-11-22 | 中国航天三江集团有限公司 | Liquid cooling heat dissipation and stray light processing integrated device for optical element and use method thereof |
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