JP4867032B2 - Solar pumped laser equipment - Google Patents

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本発明は、太陽光励起レーザー装置に関する。 The present invention relates to a solar light pumped 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媒質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. In particular, a high power laser often causes cooling water to flow between the light source and the laser medium.

太陽光励起固体レーザーは、非特許文献1に示すように、1965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媒質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、2005年9月 矢部孝は非特許文献5において、冷却水中にレーザーヘッドを入れ、レーザー媒質の冷却と排水の熱水利用を提案している。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、その中のレーザー媒質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。そこで次に残された課題は太陽光を効率良くレーザー媒質に吸収させる方法の開発である。太陽光から得られたレーザーの利用として、特許文献2には太陽光励起レーザーを用いたエネルギー供給ネットワークと題して、宇宙空間で発振させたレーザー光を人工衛星で反射させて、成層圏に浮かぶ飛行船に照射し、ここでマイクロウエーブ変換して地上の電力網に送ることが開示されている。 As shown in Non-Patent Document 1, the CGYoung of the United States of America collected sunlight with a parabolic mirror and irradiates 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, 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 used the laser medium in the core part as 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 September 2005, Yabe Takashi put a laser head in the cooling water to cool the laser medium. It proposes the use of hot water for wastewater. As shown in Patent Document 1, the present inventor circulates sunlight condensed by a toroidal mirror or a toroidal lens in a toroidal glass container with cooling water, and excites high density parallel light through the water in the laser medium therein. Is disclosed. Therefore, the next remaining issue is the development of a method for efficiently absorbing sunlight into the laser medium. As an application of lasers obtained from sunlight, Patent Document 2 describes an energy supply network using sunlight-excited lasers, which reflects laser light oscillated in outer space with an artificial satellite and creates an airship floating in the stratosphere. It is disclosed to irradiate, where it is microwave converted and sent to the terrestrial power grid.

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媒質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6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大部分を冷却除去あるいはバンドパスフィルターや回折格子あるいはプリズムなどで必要な励起波長のみで選択励起する事は勿論の事、それ以上にこれらの波長域に吸収を持つドーピング剤を探す事が急務である。
特願2005−338425 特願2001−330673 (特開2003−134700) 特願2006−41870 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) 矢部孝;東工大クロニクルNo. 402, p4 (2005. Sep.) 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 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 medium, high-efficiency laser oscillation can be expected. According to Non-Patent Document 6, a double clad fiber laser doped with Yb absorbs at 975 nm, so that it is optically pumped with a 2.2 W high-power semiconductor laser diode into a 20-meter fiber at 100 μφ, that is, 1.3 W output, ie 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, it is necessary to cool and remove most of the sunlight that is not used for excitation, or to use a bandpass filter, diffraction grating, or prism. In addition to selective excitation using only the excitation wavelength, there is an urgent need to search for a doping agent having absorption in these wavelength regions.
Japanese Patent Application No. 2005-338425 Japanese Patent Application No. 2001-330673 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-134700) Japanese Patent Application No. 2006-41870 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) Takashi Yabe; Tokyo Tech Chronicle No. 402, p4 (2005. Sep.) 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 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。とくにファイバーレーザーは励起光の閉じ込めや吸収が可能であり、コアー部の体積容量が大きく、断面の直径に対する長さが比大きいため表面積が大きくなり、冷却能率も高い。このためファイバーレーザーでは半導体レーザー光を集光してファイバーの光軸に沿って光を入れる方式が取られている。本願発明者は特許文献3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媒質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媒質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、レーザー媒質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、固体レーザー媒質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. In particular, the fiber laser can confine or absorb the excitation light, has a large volume capacity of the core part, and has a large surface area because of its length relative to the diameter of the cross section, and has a high cooling efficiency. For this reason, the fiber laser employs a method in which semiconductor laser light is condensed and light is introduced along the optical axis of the fiber. The inventor of the present application discloses a method in which a quartz glass container having a spherical surface, a cylinder, or a toroidal surface is filled with cooling water and a fiber laser medium is arranged on the outer wall thereof. However, it is difficult to dissipate heat with a cylindrical laser medium with a large core diameter, and unless the large amount of cooling water is cooled with a high-speed flow, thermal destruction of the laser medium is inevitable. 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 medium. Due to this thermal action, continuous oscillation is impossible.

従って、本願発明では、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分光後の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剤として水やシリコーンオイルを介してレーザー媒質に投入することを目的とする。 Therefore, in the present invention, water or silicone is used as a coolant with high-density light such as sunlight, semiconductor laser light, xenon lamp or mercury lamp light after spectroscopy from the incident window of the integrating sphere glass container whose outer wall is coated with a reflection film. It is intended to be injected into the laser medium through oil.

本願発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究した結果、容器内部に冷却水またはシリコーンオイルが満たされあるいは循環する積分球や円筒あるいは円錐台型ガラス容器外壁に金、アルミニューム、銀などの金属蒸着膜や誘電体多層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媒質を直接冷却水を介してガラス容器の入射窓から入射した高密度太陽光で励起することができる。このようにガラス容器にはレーザー媒質の励起波長のみを入射するためレーザー媒質の熱変性や熱破壊を回避でき、連続発振も可能である。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と僅かに低いが、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。また水は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媒質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。すなわちレーザー媒質が高密度太陽光を受けてあるいはレーザー発振して高温になれば冷却水は蒸発してレーザー媒質の周囲は気泡だらけに成る。しかし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泡は出ない。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、レーザー媒質の冷却効率は高い。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800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。潮解性のあるKDPやCLBOあるいはBBOなどの非線形光学結晶は紫外線域で倍波を出すが、水で冷却することはできない。しかしシリコーンオイル中では励起レーザー光も倍波もだすことができる。 As a result of earnest research to achieve the above object, the inventor of the present application has found that the outer wall of an integrating sphere, cylinder, or truncated cone glass container filled or circulated with cooling water or silicone oil is made of gold, aluminum, silver or the like. Since the metal vapor deposition film and the dielectric multilayer film are coated, the laser medium fixed inside the glass container can be excited by high-density sunlight incident from the incident window of the glass container directly through the cooling water. Thus, since only the excitation wavelength of the laser medium is incident on the glass container, thermal denaturation and thermal destruction of the laser medium can be avoided, and continuous oscillation is also possible. On the other hand, the thermal conductivity of silicone oil is about 1/4 of water and the specific heat is about 1/3 of water, but the water freezes at 0 ° C, while silicone oil is fluid at -65 ° C. Indicates. Furthermore, water boils at 100 ° C, but silicone oil does not change to 200 ° C. In addition, when the wavelength of water becomes longer than 650 nanometers, the transmittance is extremely lowered. 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 medium side, it can be seen that silicone oil has characteristics that cannot be considered with water. That is, if the laser medium receives high-density sunlight or becomes laser-oscillated and becomes a high temperature, the cooling water evaporates and the periphery of the laser medium becomes full of bubbles. However, although silicone oil has a low viscosity, it has fluidity up to 200 ° C. and above, and no gas is generated. Moreover, since silicone oil has a defoaming action, no foam is produced. 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 medium is high. In addition, although light excitation such as a neodymium-doped yag laser or fiber laser uses a wavelength of 800 nanometers or more, it is inefficient to perform excitation in cooling water. However, efficient excitation is possible in silicone oil. Deliquescent non-linear optical crystals such as KDP, CLBO and BBO emit double waves in the ultraviolet region, but cannot be cooled with water. However, in silicone oil, both excitation laser light and harmonics can be emitted.

対物レンズやミラーで集光した高密度太陽光は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入射される。この高密度光の入射にあたっては太陽光の焦点の手前あるいは後方に位置するガラス容器の入射窓から入射する。そして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媒質全体を励起する。このように本願発明の特徴は積分球や円筒あるいは円錐台などの回転軸対称2次曲面ガラス容器に入射した光を内部で閉じ込めその光をレーザー媒質の励起に使うことである。この観点から励起形状として積分球型ガラス容器が最も相応しい。 The high-density sunlight condensed by the objective lens and the mirror is incident from one incident window on both end faces of an axisymmetric circular glass container such as an integrating sphere filled with cooling water or silicone oil, a cylinder or a truncated cone. The high-density light is incident from an incident window of a glass container located before or behind the focus of sunlight. The light then travels into the glass container and is reflected many times by the reflective film coated on the outer wall of the glass container to excite the entire laser medium. As described above, the present invention is characterized in that light incident on a rotationally axisymmetric quadratic curved glass container such as an integrating sphere, a cylinder, or a truncated cone is confined inside and used for excitation of the laser medium. From this point of view, an integrating sphere type glass container is most suitable as an excitation shape.

非特許文献7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媒質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媒質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。さらにレーザー媒質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水である。ところが励起光が半導体レーザーに比べ太陽光はスペクトル幅が広すぎる。 As disclosed in Non-Patent Document 7, trivalent neodymium (Nd 3+ ), the most popular solid-state laser medium, is a four-level laser that performs an efficient laser transition from 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 media are excited with high-density light, the laser element itself becomes high temperature due to excitation light or laser output, and laser oscillation when cooling is insufficient causes a thermal lens effect or the like inside the laser medium, leading to destruction of the medium. Forced cooling is essential to prevent this. Furthermore, in order to optically excite the laser medium, the refrigerant needs to transmit the excitation light. The best refrigerant that satisfies both is water. However, the spectral width of sunlight is too wide compared to semiconductor lasers.

地上での太陽光は300から1900ナノメーターの波長の光を含んでおり、ファイバーレーザーを含む固体レーザー媒質の励起波長は400から1000ナノメーターの間の極狭い波長帯の光である。この様に太陽光励起レーザーでは太陽光の1%以下のエネルギーしか使われず、残りはレーザー媒質を加熱・熱破壊するために使われるのが落ちである。この落ちを軽減するために冷却が行われる。勿論将来はレーザー媒質を選択してさらに短波長側にする事が可能に成ると考えるが、それでもエネルギーの有効利用ではない。そこで集光された太陽光をバンドパスフィルターや短波長カットフィルターと長波長カットフィルターを組み合わせたバンドパスフィルター、コールドミラーやコールドフィルターなどを通過させるか、あるいは平行光に変換した後分光プリズムで分波して各レーザー媒質の励起波長帯のスペクトルを1つまたは複数個のスリットまたは反射鏡で分離した後各励起レーザー媒質毎に集光照射して各固体レーザー発振の励起に使う。これによりレーザー媒質励起以外の光は排除でき、効率の良いレーザー発振ができる。勿論連続発振もできる。そして残りのスペクトルは1から複数の球面鏡で夫々集光して冶金や融解あるいは金属酸化物の還元に使われる。さらに熱水や水蒸気発電の熱源としても使う。さらに300から400ナノメートルの光は太陽電池励起光源としてあるいは光化学反応光源として使われる。太陽光を分光するには対物鏡や対物レンズに入射する前の平行光の時点で分光プリズムやバンドパスフィルターあるいは回折格子で分波した後必要波長のみ集光したり、対物鏡や対物レンズあるいはレーザー媒質を励起するためのハウジングの入射窓にバンドパスフィルターを蒸着して特定波長のみ透過させたり反射させたり、あるいは対物レンズにレンズ効果と分光効果を持たせたフレネルレンズを作り特定波長の光のみを選択集光することもできる。 The sunlight on the ground contains light having a wavelength of 300 to 1900 nanometers, and the excitation wavelength of a solid laser medium including a fiber laser is light in an extremely narrow wavelength band between 400 and 1000 nanometers. In this way, sunlight-excited lasers use less than 1% of the energy of sunlight, and the rest are used to heat and thermally destroy the laser medium. Cooling is performed to reduce this drop. Of course, in the future, it will be possible to select a laser medium to make it shorter, but this is not an effective use of energy. The collected sunlight is passed through a bandpass filter, a bandpass filter that combines a short wavelength cut filter and a long wavelength cut filter, a cold mirror, a cold filter, etc. The excitation waveband spectrum of each laser medium is separated by one or a plurality of slits or reflecting mirrors and then condensed and irradiated for each excitation laser medium to be used for excitation of each solid-state laser oscillation. As a result, light other than laser medium excitation can be eliminated, and efficient laser oscillation can be achieved. Of course, continuous oscillation is also possible. The remaining spectrum is condensed by one to a plurality of spherical mirrors and used for metallurgy, melting or metal oxide reduction. It is also used as a heat source for hot water and steam power generation. Furthermore, light of 300 to 400 nanometers is used as a solar cell excitation light source or a photochemical reaction light source. In order to split sunlight, the light is condensed by a spectroscopic prism, bandpass filter or diffraction grating at the time of parallel light before entering the objective mirror or objective lens, and only the necessary wavelength is collected, or the objective mirror or objective lens or A band-pass filter is deposited on the incident window of the housing for exciting the laser medium to transmit or reflect only a specific wavelength, or create a Fresnel lens with a lens effect and a spectral effect on the objective lens, and light of a specific wavelength. It is also possible to selectively focus only.

太陽光と冷却水との関係も複雑である。地表に降注ぐ太陽光のスペクトル分布は300から2000ナノメーターであるが、その強度は450から500ナノメーターが最も高く、700ナノメーター以下は極端に小さくなる。他方、水の吸収は200から800ナノメーターであり、それ以上の近赤外線での吸収は非常に大きい。すなわち800ナノメーターより長波長の光は全て水に吸収され熱湯に変換される。熱湯に変換されるのなら高速流冷却を行えば良いが、最も注意したいことは、高出力が得られる太陽励起レーザー媒質として注目されているネオジウムドープヤグレーザーの励起波長が808ナノメーターであり、この波長の光を水中を通過させてレーザー媒質の励起を行うぎりぎりの線である。すなわち本願発明のガラス容器の外壁にコーティングした反射膜によって数回の反射を繰り返しながら容器中心の回転軸上に置かれたレーザー媒質を励起することはできるが効率は悪い。太陽光水中励起レーザーで最も推奨するのが、地表での太陽光スペクトルで最も強いエネルギーを得られる波長域と水の吸収が最も弱い波長域が共通している450から530ナノメーターであり、ルビーレーザーやクロムドープヤグレーザーが望ましい。しかし最も高出力が得られるネオジウムドープヤグレーザーに執着する場合は水の代わりに、紫外線300から2000ナノメーターの近赤外線まで透明で水程度の粘性と比較的大きい熱伝導率を有するシリコーンオイルを1次冷却液として用いる。ただしシリコーンオイルにレーザー媒質を浸漬した場合にはレーザー媒質表面の反射膜や反射防止膜あるいは保護膜などの形成は必要ない。 The relationship between sunlight and cooling water is also complex. The spectral distribution of sunlight falling on the earth's surface is 300 to 2000 nanometers, but its intensity is highest at 450 to 500 nanometers and extremely small below 700 nanometers. On the other hand, the absorption of water is 200 to 800 nanometers, and the absorption in the near infrared region beyond that is very large. That is, all light having a wavelength longer than 800 nanometers is absorbed by water and converted into hot water. If converted to hot water, high-speed flow cooling may be performed, but the most important thing to note is that the excitation wavelength of a neodymium-doped yag laser that is attracting attention as a solar-excited laser medium that can obtain high output is 808 nanometers, This is the last line that excites the laser medium by passing light of this wavelength through water. That is, the laser medium placed on the rotation axis at the center of the container can be excited while repeating reflection several times by the reflection film coated on the outer wall of the glass container of the present invention, but the efficiency is low. The most recommended laser pump in the water is 450 to 530 nanometers, which share the wavelength range where the strongest energy can be obtained in the sunlight spectrum on the surface and the wavelength range where water absorption is the weakest. A laser or a chrome-doped yag laser is desirable. However, when sticking to the neodymium-doped yag laser that provides the highest output, instead of water, a silicone oil that is transparent from the ultraviolet ray 300 to the near infrared ray of 2000 nanometers and has a water-like viscosity and a relatively high thermal conductivity is used. Used as secondary coolant. However, when a laser medium is immersed in silicone oil, it is not necessary to form a reflection film, an antireflection film or a protective film on the surface of the laser medium.

ガラス容器の外壁に太陽光を反射する反射膜がコーティングされているため冷却水による膜剥離や高出力レーザーの熱破壊は考え難い。しかしレーザー媒質やその端面に蒸着された反射膜も高速冷却水に曝される。そこでこれらレーザー媒質の側面に反射防止膜やレーザー共振器たる反射膜に保護膜を付ける必要がある。しかし水中でレーザー耐性を示す硬質膜は少ない。本願発明者の一人村原は特許文献4および5や非特許文献8および9に示すように光学試料表面に酸素ガス雰囲気でシリコーンオイルを塗布し、これにXe2エキシマランプ光を照射して耐水性に優れ、紫外線透過にも優れ、耐熱性にも優れ、水中で完全反射防止し、かつモース硬度5の高硬度保護膜が出来ることを開示している。 Since the outer wall of the glass container is coated with a reflective film that reflects sunlight, it is difficult to think of film peeling by cooling water or thermal destruction of a high-power laser. However, the laser medium and the reflective film deposited on its end face are also exposed to high-speed cooling water. Therefore, it is necessary to attach a protective film to the reflection film as the antireflection film or laser resonator on the side surface of these laser media. However, there are few hard films that show laser resistance in water. As shown in Patent Documents 4 and 5 and Non-Patent Documents 8 and 9, the inventor of this application applies silicone oil to the surface of an optical sample in an oxygen gas atmosphere, and irradiates it with Xe2 excimer lamp light to make it water resistant. It is disclosed that a high hardness protective film having a Mohs hardness of 5 can be obtained.

分光プリズムから出たスペクトルを励起媒質や物体の照射部で高密度エネルギーにするために出射面が円柱面でありその円柱軸がプリズムの主断面と平行に成るような構造を有する石英ガラス製プリズムを作ると効果的に目的とする波長帯のエネルギーを得る事ができる。 A quartz glass prism having a structure in which the exit surface is a cylindrical surface and the cylinder axis is parallel to the main cross section of the prism in order to make the spectrum emitted from the spectroscopic prism have high density energy at the irradiation part of the excitation medium or object Can effectively obtain the energy of the target wavelength band.

本発明によれば、外壁が反射膜でコーティングされた積分球型ガラス容器の入射窓に入射した分光後の太陽光を冷却水あるいはシリコーンオイルを介してレーザー媒質に投入することにより高効率レーザー装置を提供することができる。 According to the present invention, a high-efficiency laser device is obtained by introducing spectrally-divided sunlight incident on an incident window of an integrating sphere glass container whose outer wall is coated with a reflective film into a laser medium via cooling water or silicone oil. Can be provided.

集光された太陽光を平行光にした後分光プリズムで分波し、選択されたスペクトルによりレーザー媒質の励起光源として使い、残りのスペクトルは複数の球面鏡で夫々集光して冶金や融解あるいは熱水や水蒸気発電の熱源、あるいは太陽電池励起光源や光化学反応光源として提供することができる。 The condensed sunlight is converted into parallel light and then demultiplexed by a spectroscopic prism. The selected spectrum is used as an excitation light source for the laser medium. It can be provided as a heat source for water or steam power generation, a solar cell excitation light source or a photochemical reaction light source.

シリコーンオイルの光酸化によるガラス化を利用して、レーザー媒質の表面コーティングやレーザー媒質の端面の耐水保護膜形成や平面石英ガラスの光接着により、レーザー出力の減衰を抑え、かつ、レーザー耐性を有する高出力高効率光励起レーザー装置を提供することができる。 Utilizing the vitrification of silicone oil by photo-oxidation, the laser medium surface coating, the formation of a water-resistant protective film on the end face of the laser medium, and the optical adhesion of flat quartz glass suppress the attenuation of laser output and have laser resistance. A high-output and high-efficiency optically pumped laser device can be provided.

以下、本発明の実施の形態を図1〜図8に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1で本発明の太陽光励起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次曲面ガラス容器1の両端面の入射窓2にコールドフィルターやコールドミラーなどの波長選択膜3を蒸着し、励起光4のみが入射し、それ以外の光は反射除去する。 ここで入射する光5がレーザー媒質の励起光に分光されている場合には波長選択膜3は蒸着せず入射窓2のままとする。ガラス容器1の他端には対称軸6を光軸として置かれた円筒型レーザー媒質7を取り付け冶具8で固定し、ガラス容器1の外壁9にはレーザー媒質7を励起するために入射高密度光を反射させるために、金、アルミ、銀などの金属膜10や誘電体多層膜10を蒸着する。そしてガラス容器内部11には冷却剤として水12あるいはシリコーンオイル13を液体入出バルブ14から循環させ、ガラス容器1の入射窓2から対物鏡やレンズで集光された高密度太陽光15あるいは分光された高密度太陽光15を集光後あるいは集光前にガラス容器1の入射窓2から入射させる。ここで円筒型レーザー媒質7を冷却水中12で使用する場合には高密度光入射窓側の反射膜部分16およびレーザー媒質側面17にはシリコーンオイルを塗布した後真空紫外光で光酸化して耐水性膜18をコーティングする。他方、シリコーンオイル13を冷却剤として用いる場合は酸化膜コーティングの必要は無い。 The operation principle of the solar light excitation laser device of the present invention will be described with reference to FIG. A wavelength selective film 3 such as a cold filter or a cold mirror is deposited on the incident windows 2 on both end faces of the rotationally symmetric quadric curved glass container 1 such as an integrating sphere, cylinder or truncated cone, and only the excitation light 4 is incident thereon. Light other than is removed by reflection. Here, when the incident light 5 is split into the excitation light of the laser medium, the wavelength selection film 3 is not evaporated and remains the incident window 2. A cylindrical laser medium 7 placed with the symmetry axis 6 as the optical axis is fixed to the other end of the glass container 1 with an attachment jig 8, and the outer wall 9 of the glass container 1 has an incident high density to excite the laser medium 7. In order to reflect light, a metal film 10 such as gold, aluminum, or silver or a dielectric multilayer film 10 is deposited. Then, water 12 or silicone oil 13 is circulated through the liquid inlet / outlet valve 14 as a coolant in the glass container 11, and the high-density sunlight 15 collected by the objective mirror or lens from the incident window 2 of the glass container 1 is separated. The concentrated high-density sunlight 15 is incident from the incident window 2 of the glass container 1 after or before condensing. Here, when the cylindrical laser medium 7 is used in the cooling water 12, the reflective film portion 16 on the high-density light incident window side and the laser medium side face 17 are coated with silicone oil and then photooxidized with vacuum ultraviolet light to be water resistant. The membrane 18 is coated. On the other hand, when silicone oil 13 is used as a coolant, there is no need for oxide film coating.

図2は高密度光を積分球型光励起レーザー装置に入射する概略図である。積分球型ガラス容器24(回転軸対称2次曲面ガラス容器1)の両端面の入射窓2にコールドフィルターやコールドミラーなどの波長選択膜3を蒸着し、励起光4のみが入射し、それ以外の光は反射除去する。ガラス容器1の他端には対称軸6を光軸として置かれた円筒型レーザー媒質7を取り付け冶具8で固定し、ガラス容器1の外壁9にはレーザー媒質7を励起するために入射高密度光を反射させるために、金、アルミ、銀などの金属膜10や誘電体多層膜10を蒸着する。そしてガラス容器内部11には冷却剤として水12あるいはシリコーンオイル13を循環させ、ガラス容器1の入射窓2から対物鏡やレンズで集光された高密度太陽光15を集光後(焦点21)あるいは集光前にガラス容器1の入射窓2から入射させる。積分球型ガラス容器24の外壁9に蒸着された反射膜10により何回も反射された入射光4はレーザー媒質7を励起しレーザー光20が出力される。 FIG. 2 is a schematic view in which high-density light is incident on an integrating sphere type optically pumped laser device. A wavelength selective film 3 such as a cold filter or a cold mirror is deposited on the incident windows 2 on both end faces of the integrating sphere type glass container 24 (rotation-axisymmetric quadratic curved glass container 1), and only the excitation light 4 is incident. The light is reflected and removed. A cylindrical laser medium 7 placed with the symmetry axis 6 as the optical axis is fixed to the other end of the glass container 1 with an attachment jig 8, and the outer wall 9 of the glass container 1 has an incident high density to excite the laser medium 7. In order to reflect light, a metal film 10 such as gold, aluminum, or silver or a dielectric multilayer film 10 is deposited. Then, water 12 or silicone oil 13 is circulated inside the glass container 11 as a coolant, and after collecting high-density sunlight 15 collected by an objective mirror or lens from the incident window 2 of the glass container 1 (focal point 21). Or it is made to inject from the entrance window 2 of the glass container 1 before condensing. The incident light 4 reflected many times by the reflective film 10 deposited on the outer wall 9 of the integrating sphere glass container 24 excites the laser medium 7 and the laser light 20 is output.

図3は高密度光を円筒型光励起レーザー装置に入射する概略図である。円筒ガラス容器25(回転軸対称2次曲面ガラス容器1)の両端面の入射窓2にコールドフィルターやコールドミラーなどの分光フィルター26で波長選択された光27のみが入射し、それ以外の光は分光フィルター26で反射除去する。ガラス容器1の他端には対称軸6を光軸として置かれた円筒型レーザー媒質7を取り付け冶具8で固定し、ガラス容器1の外壁9にはレーザー媒質7を励起するために入射高密度光を反射させるために、金、アルミ、銀などの金属膜10や誘電体多層膜10を蒸着する。そしてガラス容器内部11には冷却剤として水12あるいはシリコーンオイル13を循環させ、ガラス容器1の入射窓2から対物鏡やレンズで集光された高密度太陽光15を集光後(焦点21)あるいは集光前にガラス容器1の入射窓2から入射させる。円筒型ガラス容器25の外壁9に蒸着された反射膜10により何回も反射された入射光4はレーザー媒質7を励起しレーザー光20が出力される。 FIG. 3 is a schematic view in which high-density light is incident on a cylindrical photoexcitation laser device. Only light 27 having a wavelength selected by a spectral filter 26 such as a cold filter or a cold mirror is incident on the incident windows 2 on both end faces of the cylindrical glass container 25 (rotation-axisymmetric quadratic curved glass container 1). Reflection is removed by the spectral filter 26. A cylindrical laser medium 7 placed with the symmetry axis 6 as the optical axis is fixed to the other end of the glass container 1 with an attachment jig 8, and the outer wall 9 of the glass container 1 has an incident high density to excite the laser medium 7. In order to reflect light, a metal film 10 such as gold, aluminum, or silver or a dielectric multilayer film 10 is deposited. Then, water 12 or silicone oil 13 is circulated inside the glass container 11 as a coolant, and after collecting high-density sunlight 15 collected by an objective mirror or lens from the incident window 2 of the glass container 1 (focal point 21). Or it is made to inject from the entrance window 2 of the glass container 1 before condensing. The incident light 4 reflected many times by the reflective film 10 deposited on the outer wall 9 of the cylindrical glass container 25 excites the laser medium 7 and the laser light 20 is output.

図4は高密度光を円錐台型光励起レーザー装置に入射する概略図である。円錐台型ガラス容器27(回転軸対称2次曲面ガラス容器1)の両端面の入射窓2にコールドフィルターやコールドミラーなどの波長選択膜3を蒸着し、励起光4のみが入射し、それ以外の光は反射除去する。ガラス容器1の他端には対称軸6を光軸として置かれた円筒型レーザー媒質7を取り付け冶具8で固定し、ガラス容器1の外壁9にはレーザー媒質7を励起するために入射高密度光を反射させるために、金、アルミ、銀などの金属膜10や誘電体多層膜10を蒸着する。そしてガラス容器内部11には冷却剤として水12あるいはシリコーンオイル13を循環させ、ガラス容器1の入射窓2から対物鏡やレンズで集光された高密度太陽光15をガラス容器1の入射窓2から入射窓2の後方に焦点21がなるようにして入射する。円錐台型ガラス容器27の外壁9に蒸着された反射膜10により何回も反射された入射光4はレーザー媒質7を励起しレーザー光20が出力される。 FIG. 4 is a schematic view in which high-density light is incident on a truncated cone type optically pumped laser device. A wavelength selective film 3 such as a cold filter or a cold mirror is deposited on the incident windows 2 on both end faces of the truncated cone glass container 27 (rotary axis symmetrical quadratic curved glass container 1), and only the excitation light 4 is incident thereon. The light is reflected and removed. A cylindrical laser medium 7 placed with the symmetry axis 6 as the optical axis is fixed to the other end of the glass container 1 with an attachment jig 8, and the outer wall 9 of the glass container 1 has an incident high density to excite the laser medium 7. In order to reflect light, a metal film 10 such as gold, aluminum, or silver or a dielectric multilayer film 10 is deposited. Then, water 12 or silicone oil 13 is circulated inside the glass container 11 as a coolant, and high-density sunlight 15 collected by an objective mirror or lens from the incident window 2 of the glass container 1 is incident on the incident window 2 of the glass container 1. To the rear of the entrance window 2 so that the focal point 21 is formed. The incident light 4 reflected many times by the reflective film 10 deposited on the outer wall 9 of the truncated cone-shaped glass container 27 excites the laser medium 7 and the laser light 20 is output.

図5はレーザー媒質の共振器部を積分球型ガラス容器の外に出した場合の光励起レーザー装置概略図である。積分球型ガラス容器24(回転軸対称2次曲面ガラス容器1)の両端面の入射窓2にコールドフィルターやコールドミラーなどの波長選択膜3を蒸着し、励起光4のみが入射し、それ以外の光は反射除去する。ガラス容器1の両端には対称軸6を光軸として置かれた円筒型レーザー媒質7を取り付け冶具8で固定し、レーザー媒質の共振器部を積分球型ガラス容器の外に出してある。ガラス容器1の外壁9にはレーザー媒質7を励起するために入射高密度光を反射させるために、金、アルミ、銀などの金属膜10や誘電体多層膜10を蒸着する。そしてガラス容器内部11には冷却剤として水12あるいはシリコーンオイル13を循環させ、ガラス容器1の入射窓2から対物鏡やレンズ23で集光された高密度太陽光15を集光後(焦点21)ガラス容器1の入射窓2から入射する。積分球型ガラス容器27の外壁9に蒸着された反射膜10により何回も反射された入射光4はレーザー媒質7を励起しレーザー光20が出力される。 FIG. 5 is a schematic diagram of an optically pumped laser apparatus when the resonator portion of the laser medium is taken out of the integrating sphere glass container. A wavelength selective film 3 such as a cold filter or a cold mirror is deposited on the incident windows 2 on both end faces of the integrating sphere type glass container 24 (rotation-axisymmetric quadratic curved glass container 1), and only the excitation light 4 is incident. The light is reflected and removed. A cylindrical laser medium 7 placed with the symmetry axis 6 as the optical axis at both ends of the glass container 1 is fixed by an attachment jig 8, and the resonator portion of the laser medium is brought out of the integrating sphere glass container. A metal film 10 such as gold, aluminum, silver, or a dielectric multilayer film 10 is deposited on the outer wall 9 of the glass container 1 in order to reflect incident high-density light to excite the laser medium 7. Then, water 12 or silicone oil 13 is circulated in the glass container 11 as a coolant, and the high-density sunlight 15 collected by the objective mirror or the lens 23 from the incident window 2 of the glass container 1 is collected (focal point 21). ) It enters from the entrance window 2 of the glass container 1. The incident light 4 reflected many times by the reflective film 10 deposited on the outer wall 9 of the integrating sphere glass container 27 excites the laser medium 7 and the laser light 20 is output.

図6はレーザー媒質の共振器部を円筒型ガラス容器の外に出した場合の光励起レーザー装置概略図である。円筒型ガラス容器25(回転軸対称2次曲面ガラス容器1)の両端面の入射窓2にコールドフィルターやコールドミラーなどの波長選択膜3を蒸着し、励起光4のみが入射し、それ以外の光は反射除去する。ガラス容器1の両端には対称軸6を光軸として置かれた円筒型レーザー媒質7を取り付け冶具8で固定し、レーザー媒質の共振器部を積分球型ガラス容器の外に出してある。ガラス容器1の外壁9にはレーザー媒質7を励起するために入射高密度光を反射させるために、金、アルミ、銀などの金属膜10や誘電体多層膜10を蒸着する。そしてガラス容器内部11には冷却剤として水12あるいはシリコーンオイル13を循環させ、ガラス容器1の入射窓2から対物鏡やレンズ23で集光された高密度太陽光15を集光後(焦点21)ガラス容器1の入射窓2から入射する。円筒型ガラス容器25の外壁9に蒸着された反射膜10により何回も反射された入射光4はレーザー媒質7を励起しレーザー光20が出力される。 FIG. 6 is a schematic diagram of an optically pumped laser device when the resonator portion of the laser medium is taken out of the cylindrical glass container. A wavelength selective film 3 such as a cold filter or a cold mirror is deposited on the incident windows 2 on both end faces of the cylindrical glass container 25 (rotation-axisymmetric quadratic curved glass container 1), and only the excitation light 4 is incident. Light is reflected off. A cylindrical laser medium 7 placed with the symmetry axis 6 as the optical axis at both ends of the glass container 1 is fixed by an attachment jig 8, and the resonator portion of the laser medium is brought out of the integrating sphere glass container. A metal film 10 such as gold, aluminum, silver, or a dielectric multilayer film 10 is deposited on the outer wall 9 of the glass container 1 in order to reflect incident high-density light to excite the laser medium 7. Then, water 12 or silicone oil 13 is circulated in the glass container 11 as a coolant, and the high-density sunlight 15 collected by the objective mirror or the lens 23 from the incident window 2 of the glass container 1 is collected (focal point 21). ) It enters from the entrance window 2 of the glass container 1. The incident light 4 reflected many times by the reflective film 10 deposited on the outer wall 9 of the cylindrical glass container 25 excites the laser medium 7 and the laser light 20 is output.

図7はレーザー媒質の共振器部を円錐台型ガラス容器の外に出した場合の光励起レーザー装置概略図である。円錐台ガラス容器27(回転軸対称2次曲面ガラス容器1)の両端面の入射窓2にコールドフィルターやコールドミラーなどの波長選択膜3を蒸着し、励起光4のみが入射し、それ以外の光は反射除去する。ガラス容器1の両端には対称軸6を光軸として置かれた円錐台型レーザー媒質7を取り付け冶具8で固定し、レーザー媒質の共振器部を円錐台型ガラス容器の外に出してある。ガラス容器1の外壁9にはレーザー媒質7を励起するために入射高密度光を反射させるために、金、アルミ、銀などの金属膜10や誘電体多層膜10を蒸着する。そしてガラス容器内部11には冷却剤として水12あるいはシリコーンオイル13を循環させ、ガラス容器1の入射窓2から対物鏡やレンズ23で集光された高密度太陽光15を集光後(焦点21)ガラス容器1の入射窓2から入射する。円錐台型ガラス容器27の外壁9に蒸着された反射膜10により何回も反射された入射光4はレーザー媒質7を励起しレーザー光20が出力される。 FIG. 7 is a schematic diagram of an optically pumped laser apparatus when the resonator portion of the laser medium is taken out of the truncated cone glass container. A wavelength selective film 3 such as a cold filter or a cold mirror is deposited on the incident windows 2 on both end surfaces of the truncated cone glass container 27 (rotation-axisymmetric quadratic curved glass container 1), and only the excitation light 4 is incident. Light is reflected off. A frustoconical laser medium 7 placed with the axis of symmetry 6 as the optical axis is fixed to both ends of the glass container 1 with an attachment jig 8, and the resonator portion of the laser medium is brought out of the frustoconical glass container. A metal film 10 such as gold, aluminum, silver, or a dielectric multilayer film 10 is deposited on the outer wall 9 of the glass container 1 in order to reflect incident high-density light to excite the laser medium 7. Then, water 12 or silicone oil 13 is circulated in the glass container 11 as a coolant, and the high-density sunlight 15 collected by the objective mirror or the lens 23 from the incident window 2 of the glass container 1 is collected (focal point 21). ) It enters from the entrance window 2 of the glass container 1. The incident light 4 reflected many times by the reflective film 10 deposited on the outer wall 9 of the truncated cone-shaped glass container 27 excites the laser medium 7 and the laser light 20 is output.

図8は高密度光を分光後積分球型光励起レーザー装置に入射する概略図である。凹面鏡や放物面鏡28で集光された太陽光22、15は凹レンズ29で平行光線30に変換後分光プリズム31により分波して各レーザー媒質の励起波長帯のスペクトルを反射鏡32で分離した後、その1つの波長の光33を集光して積分球型ガラス容器24に入射する。残りのスペクトルは球面鏡32で夫々集光して熱源や光化学反応光源あるいは太陽電池励起光源などの反応装置35に集める。 FIG. 8 is a schematic diagram in which high-density light is incident on an integrating sphere type optically pumped laser device after spectral separation. Sunlights 22 and 15 collected by a concave mirror or parabolic mirror 28 are converted into parallel rays 30 by a concave lens 29 and then demultiplexed by a spectral prism 31 to separate the excitation wavelength band spectrum of each laser medium by a reflecting mirror 32. After that, the light 33 having the one wavelength is condensed and made incident on the integrating sphere glass container 24. The remaining spectra are collected by a spherical mirror 32 and collected in a reaction device 35 such as a heat source, a photochemical reaction light source, or a solar cell excitation light source.

本発明によれば、外壁が反射膜でコーティングされた積分球や円筒あるいは円錐台などの回転軸対称2次曲面ガラス容器の入射窓に入射した分光後の太陽光を冷却水あるいはシリコーンオイルを介してレーザー媒質に投入することにより、集光された高密度太陽光でレーザー媒質が熱破壊を起こす事も無く、かつ連続発振が可能な高出力高効率太陽励起レーザー装置を提供することができる。 According to the present invention, the spectrally separated sunlight that has entered the entrance window of a rotationally axisymmetric quadratic curved glass container such as an integrating sphere, cylinder, or truncated cone whose outer wall is coated with a reflective film is passed through cooling water or silicone oil. Therefore, the high-power high-efficiency solar-excited laser device capable of continuous oscillation without causing the laser medium to be thermally destroyed by the concentrated high-density sunlight can be provided.

集光された太陽光を分光プリズムで分波し、選択されたスペクトルによりレーザー媒質の励起光源として使い、残りのスペクトルは複数の球面鏡で夫々集光して冶金や融解あるいは熱水や水蒸気発電の熱源、あるいは太陽電池励起光源や光化学反応光源として提供することができる。 The collected sunlight is demultiplexed by the spectral prism and used as the excitation light source of the laser medium according to the selected spectrum. It can be provided as a heat source, a solar cell excitation light source or a photochemical reaction light source.

太陽光励起レーザー装置の動作原理図Operation principle diagram of solar pumped laser equipment 高密度光を積分球型光励起レーザー装置に入射する概略図Schematic diagram in which high-density light is incident on an integrating sphere optically pumped laser device 高密度光を円筒型光励起レーザー装置に入射する概略図Schematic diagram of high-density light entering a cylindrical optically pumped laser device 高密度光を円錐台型光励起レーザー装置に入射する概略図Schematic diagram in which high-density light is incident on a truncated cone type pumped laser device レーザー媒質の共振器部を積分球型ガラス容器の外に出した場合の光励起レーザー装置概略図Schematic diagram of an optically pumped laser device when the resonator part of the laser medium is taken out of the integrating sphere glass container レーザー媒質の共振器部を円筒型ガラス容器の外に出した場合の光励起レーザー装置概略図Schematic diagram of an optically pumped laser device when the resonator part of the laser medium is out of the cylindrical glass container レーザー媒質の共振器部を円錐台型ガラス容器の外に出した場合の光励起レーザー装置概略図Schematic diagram of an optically pumped laser device when the resonator part of the laser medium is moved out of the frustoconical glass container 高密度光を分光後積分球型光励起レーザー装置に入射する概略図Schematic diagram of high-density light entering the integrating sphere-type optically pumped laser device after spectroscopy

符号の説明Explanation of symbols

1 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選択膜(蒸着膜)
4 励起光
5 入射光
6 対称軸(光軸)
7 円筒型レーザー媒質(レーザーロッド)
8 取り付け冶具
9 ガラス容器外壁
10 金、アルミ、銀などの金属膜あるいは誘電体多層膜
11 ガラス容器内部
12 水(冷却)反射膜あるいは膜が無い部分
13 シリコーンオイル(冷却)
14 冷却溶液出入り口
15 対物鏡やレンズで集光された高密度太陽光あるいは分光された高密度太陽光
16 誘電体反射膜(レーザー共振器)
17 円筒型レーザー媒質側面
18 レーザー光取り出し窓
19 アモルファスSiO2保護膜(反射防止膜)
20 レーザー光出力
21 焦点
22 太陽光
23 対物レンズ(放物面鏡、凹面鏡、レンズ、フレネルレンズ)
24 積分球型ガラス容器
25 円筒型ガラス容器
26 波長選択フィルター(コールドフィルター、コールドミラー、バンドパスフィルター)
27 円錐台型ガラス容器
28 球面鏡(放物面鏡、凹面鏡)
29 凹レンズ
30 分光後の平行光線
31 分光プリズム
32 凹面鏡
33 波長選択された励起光
34 レーザー励起以外の波長の光(紫外線、赤外線)
35 反応容器(熱源、光化学反応光源、太陽電池励起光源
1 Rotating Axisymmetric Secondary Curved Glass Container such as Integral Sphere, Cylinder, or Frustum 2 Incident Window 3 Wavelength Selective Film (Deposition Film) such as Cold Filter and Cold Mirror
4 Excitation light 5 Incident light 6 Axis of symmetry (optical axis)
7 Cylindrical laser medium (laser rod)
8 Mounting jig 9 Glass container outer wall 10 Metal film such as gold, aluminum, silver or dielectric multilayer film 11 Glass container inside 12 Water (cooling) reflective film or part without film 13 Silicone oil (cooling)
14 Cooling solution entrance / exit 15 High-density sunlight focused by an objective mirror or lens or high-density sunlight dispersed 16 Dielectric reflection film (laser resonator)
17 Cylindrical laser medium side surface 18 Laser light extraction window 19 Amorphous SiO2 protective film (antireflection film)
20 Laser light output 21 Focus 22 Sunlight 23 Objective lens (parabolic mirror, concave mirror, lens, Fresnel lens)
24 Integrating Sphere Glass Container 25 Cylindrical Glass Container 26 Wavelength Selection Filter (Cold Filter, Cold Mirror, Band Pass Filter)
27 Frustum glass container 28 Spherical mirror (parabolic mirror, concave mirror)
29 Concave lens 30 Parallel light after spectroscopy 31 Spectral prism 32 Concave mirror 33 Wavelength-selected excitation light 34 Light of wavelength other than laser excitation (ultraviolet ray, infrared ray)
35 reaction vessel (heat source, photochemical reaction light source, solar cell excitation light source

Claims (6)

対称軸廻りに回転される軸対称2次曲面で外壁が形成され、この対称軸に沿った一端面に高密度光が入射される入射窓が一体的に設けられているガラス容器と、
ガラス容器の対称軸に沿った他端面が出口とされ、対称軸を光軸として置かれた円筒型レーザー媒質と、
を有する太陽光励起レーザー装置であって、
ガラス容器の外壁にガラス容器内に入射された高密度光を反射する反射膜蒸着し、
ガラス容器の一端面寄りの箇所及び他端面寄りの箇所に、冷媒を入出する各一つのみのバルブが設置されて、ガラス容器内に循環される冷媒として冷却水あるいはオイルが満たされ、
集光前後における高密度光を入射窓からガラス容器内に入射させることを特徴とする太陽光励起レーザー装置。
A glass container in which an outer wall is formed of an axially symmetric quadric surface rotated around a symmetric axis, and an incident window through which high-density light is incident is integrally provided on one end surface along the symmetric axis ;
The other end surface along the symmetry axis of the glass container is an exit, and a cylindrical laser medium placed with the symmetry axis as the optical axis,
A solar pumped laser device having
A reflective film that reflects high-density light incident on the glass container is deposited on the outer wall of the glass container ,
Only one valve for entering and exiting the refrigerant is installed at a location near the one end surface and the other end surface of the glass container , and is filled with cooling water or oil as the refrigerant circulating in the glass container,
The solar light pumped laser device for causing incidence of high-density optical before and after condensing the entrance window into the glass container.
前記冷媒としてのオイルがシリコーンオイルであることを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。 Oil as the refrigerant, the solar light pumped laser device according to claim 1, characterized in that the silicone oil. ガラス容器の軸対称2次曲面の外壁が、積分球や円筒あるいは円錐台に形成され、
前記高密度光が、集光された太陽光キセノンランプ光水銀ランプ光あるいは半導体レーザー光であることを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
The outer wall of the axisymmetric quadratic surface of the glass container is formed on an integrating sphere, cylinder or truncated cone,
The high density light, focused solar light, a xenon lamp light, the solar light pumped laser device according to claim 1, characterized in that a mercury lamp light or semiconductor laser beam.
前記円筒型レーザー媒質を冷却水中で使用する場合入射窓側の反射膜部分および円筒型レーザー媒質側面シリコーンオイルを塗布した後真空紫外光で光酸化して耐水性膜をコーティングすることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽光励起レーザー装置。 When using the cylindrical laser medium in the cooling water, after applying the silicone oil to the reflective film portion and the cylindrical laser medium side of the incidence window side, characterized in that coating the water-resistant film by photooxidation with vacuum ultraviolet light The solar light excitation laser device according to claim 1 or 2. コールドフィルターあるいはコールドミラーとされる波長選択膜が入射窓に蒸着され、
凹面鏡や凸レンズにより集光された高密度光の焦点がガラス容器の入射窓の手前にあり、この入射窓に蒸着した波長選択膜により高密度光が分波して分光され、
前記円筒型レーザー媒質の励起波長帯のスペクトルのみを入射窓から入射することを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
A wavelength selective film to be a cold filter or cold mirror is deposited on the entrance window,
The focus of the concave mirror and a high density light condensed by the convex lens is located in front of the entrance window of the glass container, high-density light by wavelength selection film was deposited on the entrance window of this is spectrally demultiplexed,
2. The solar light pumped laser device according to claim 1, wherein only a spectrum in an excitation wavelength band of the cylindrical laser medium is incident from an incident window.
凹面鏡や凸レンズにより集光された高密度光の焦点の手前においてこの高密度光を平行光線に変換後、分光プリズムにより高密度光が分波して分光され
前記円筒型レーザー媒質の励起波長帯のスペクトルのみをスリットまたは反射鏡で分離した後、前記円筒型レーザー媒質に集光して照射し、
残りのスペクトル球面鏡で集光して熱源光化学反応光源あるいは太陽電池励起光源として利用することを特徴とする請求項1に記載の太陽光励起レーザー装置。
After converting the high-density light into parallel rays in front of the focal point of the high density light condensed by the concave mirror and a convex lens, is spectrally high-density light demultiplexed by spectroscopic prism,
After separation in the spectral Nomiosu lit or reflector excitation wavelength band of the cylindrical laser medium irradiated by focusing on the cylindrical laser medium,
2. The sunlight-excited laser device according to claim 1, wherein the remaining spectrum is condensed by a spherical mirror and used as a heat source , a photochemical reaction light source, or a solar cell excitation light source.
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