JPH05137966A - Vapor photochemical reaction device using laser beam - Google Patents

Vapor photochemical reaction device using laser beam

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JPH05137966A
JPH05137966A JP32988591A JP32988591A JPH05137966A JP H05137966 A JPH05137966 A JP H05137966A JP 32988591 A JP32988591 A JP 32988591A JP 32988591 A JP32988591 A JP 32988591A JP H05137966 A JPH05137966 A JP H05137966A
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JP
Japan
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laser
reflection mirror
total reflection
laser beam
resonator
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JP32988591A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoya Hamada
直也 浜田
Tatsuhiko Sakai
辰彦 坂井
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Japan Science and Technology Agency
Nippon Steel Corp
Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Research Development Corp of Japan
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To greatly improve the photochemical reaction efficiency per laser power and to provide a reaction stage of a low cost by effectively utilizing all of the laser powers which can be taken out of a laser medium in laser photochemical reaction. CONSTITUTION:This laser photochemical reaction device is provided with telescopes and a total reflection mirror M3 on the outer side of a partial reflection mirror M2 constituting laser resonators together with a total reflection mirror M1. A reaction vessel 2 is installed between the telescopes and the focal lengths and spacings of the telescopes are so controlled that the space mode profiles in the three resonators M1-M2, M2-M3, M1-M3 are respectively aligned, by which the laser beam is multiple-reflected without having a diffraction loss.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レーザビームを利用し
て同位体分離等の光化学反応を行うための反応装置に係
わり、特にレーザ媒質から取り出し得るレーザエネルギ
の大半を光化学反応に有効に利用できる気相光化学反応
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reaction apparatus for performing a photochemical reaction such as isotope separation using a laser beam, and in particular, most of laser energy that can be extracted from a laser medium is effectively used for the photochemical reaction. The present invention relates to a gas phase photochemical reaction device.

【0002】[0002]

【従来技術】近年のレーザ技術における大出力化、発振
波長の多様化はレーザを光化学反応に利用しようという
研究を促進させてきた。レーザの光化学反応への応用の
最も典型的な例は、水素からウランに至る種々の元素の
同位体分離・濃縮技術であり、これは原料物質の光吸収
特性の同位体シフトを利用し、所望の同位体元素を含む
物質のみの化学反応を促進させることによるものであ
る。そして、従来この様なレーザビームによる同位体分
離・濃縮反応については種々の方法及び装置が提案され
ている。例えば、特開昭60−132,629号公報の
第1図に開示されているものは、パルス炭酸ガスレーザ
光を長焦点レンズで集光して反応器内に導入し、その焦
点面近傍で光化学反応を行わせるものである。この様な
赤外多光子吸収を用いた光化学反応においては、一般に
レーザのエネルギ密度がある値まではその増加と共に指
数関数的に反応効率が向上し、それ以上では反応効率は
飽和するという所謂クリティカルフルーエンスが存在す
る。このために、レーザビームはその集光された位置で
クリティカルフルーエンスが得られるような焦点距離の
集光レンズで収束され、その焦点近傍で反応が進行す
る。従って、この様な反応器においては反応器内の一部
でのみレーザパワーが有効に使われるに過ぎず、反応器
内でクリティカルフルーエンスに満たない領域では、反
応に寄与することなくレーザエネルギが吸収され、更に
残存したエネルギは反応器出射端から散逸するため、実
際にレーザ発振器から出力されたレーザパワーの数%か
ら20%程度しか有効に化学反応に用いられないという
問題点があった。
2. Description of the Related Art In recent years, the increase in output power and the diversification of oscillation wavelength in laser technology have promoted research into utilizing laser for photochemical reactions. The most typical example of the application of laser to photochemical reaction is isotope separation / enrichment technology of various elements from hydrogen to uranium. This is because the chemical reaction of only the substance containing the isotope of is promoted. Various methods and devices have been proposed for the isotope separation / concentration reaction using a laser beam. For example, in the one disclosed in FIG. 1 of JP-A-60-132,629, pulsed carbon dioxide laser light is condensed by a long focus lens and introduced into a reactor, and photochemistry is performed in the vicinity of the focal plane. The reaction is carried out. In such a photochemical reaction using infrared multiphoton absorption, generally, the energy density of the laser increases exponentially with the increase of the energy density up to a certain value, and beyond that, the so-called critical efficiency is saturated. Fluence exists. For this reason, the laser beam is converged by a condensing lens having a focal length such that a critical fluence can be obtained at the condensing position, and the reaction proceeds near the focal point. Therefore, in such a reactor, the laser power is effectively used only in a part of the reactor, and in the region where the critical fluence is less than the inside of the reactor, the laser energy is absorbed without contributing to the reaction. Since the remaining energy is dissipated from the exit end of the reactor, there is a problem that only a few percent to 20% of the laser power actually output from the laser oscillator can be effectively used for the chemical reaction.

【0003】また、レーザビームを用いた光化学反応工
程においては、初期コストやランニングコストの何れに
おいてもレーザの占める割合が最も高く、低コストのレ
ーザ光化学反応工程を実現するためには、レーザパワー
の有効利用技術が必須の要件となる。そこで、この様な
問題に対応するため、特開昭59−123,517号公
報の第3図に示されている様な直列多段集光系が提案さ
れている。しかしながら、この方法では、集光段数が多
くなればなるほど上記の方法に比べてレーザパワーの利
用率が高くなるが、反応器が莫大な長さとなり、光軸の
安定性の確保が困難であること、各段の焦点前後での原
料物質の吸収による反応に寄与しないレーザエネルギの
損失が大きい等の問題点があった。前者の問題点の対応
として、反応器の長さが短く、かつレーザパワーを有効
に利用できる方式として、特開昭54−12,290号
公報の第1図に示される様な多重反射鏡対を設けた反応
器の例がある。この場合、ビームの多重反射においては
焦点を結ぶことなく重畳を繰り返すので、要求されるク
リティカルフルーエンスが1J/cm2 程度の低い値の
場合には非常に有効な方法であるが、高フルーエンス、
例えば5〜6J/cm2 が要求されるような場合には重
畳領域全域でこれを実現することは困難である。更に、
反射鏡の表面形状が複雑になり、また反射鏡の近傍でも
反応が起きるので、反応生成物によって反射鏡表面が汚
損され、長時間にわたる安定した反応が実現出来ない問
題点もある。
In the photochemical reaction process using a laser beam, the ratio of the laser is the highest in both the initial cost and the running cost, and in order to realize the low cost laser photochemical reaction process, the laser power Effective utilization technology is an essential requirement. Therefore, in order to deal with such a problem, a series multistage light condensing system as shown in FIG. 3 of JP-A-59-123,517 has been proposed. However, in this method, as the number of light collecting stages increases, the utilization rate of laser power becomes higher than that in the above method, but the reactor becomes enormous in length and it is difficult to secure the stability of the optical axis. However, there is a problem that the loss of laser energy that does not contribute to the reaction due to the absorption of the raw material before and after each focus is large. As a measure against the former problem, a multi-reflecting mirror pair as shown in FIG. 1 of JP-A-54-12 / 290 is proposed as a method in which the reactor length is short and the laser power can be effectively utilized. There is an example of a reactor provided with. In this case, since overlapping is repeated without focusing in multiple reflection of the beam, it is a very effective method when the required critical fluence is a low value of about 1 J / cm 2 , but high fluence,
For example, when 5 to 6 J / cm 2 is required, it is difficult to realize this in the entire overlapping area. Furthermore,
Since the surface shape of the reflecting mirror becomes complicated and a reaction occurs near the reflecting mirror, there is a problem that the reaction product stains the surface of the reflecting mirror and a stable reaction cannot be realized for a long time.

【0004】本願出願人らは、簡便な光学系を用いて反
射重畳を実現する方法として、行きと帰りのビームの集
光位置を一致させ、かつ2つ以上のビームがその焦点位
置近傍で重畳するレーザ集光方法として、2パス重畳の
例を特開平2−251,227号公報に、また多重パス
反射重畳の例を特願平2−126,836号として提示
した。これらの方法においては、反射鏡の曲率を適宜選
択することにより任意の所望のフルーエンスを実現で
き、かつ反射ビーム光軸とレーザ発振光軸が最終的に一
致するように設定されるので、最低2ビーム以上の重畳
が確実に実現される。しかしながら、これらの方法にお
いてはレーザエネルギの利用効率を改善するため反射パ
ス数を増加させ、レーザ伝搬距離を長くすると、反射鏡
のアライメントの安定な保持が困難になる問題がある。
更に、多重反射系においては、レーザ発振器における回
折に起因するビーム発散ならびに反応物質によるレーザ
ビームの自己集束・拡散効果のためレーザ集光プロフィ
ルが逐次変化して行くため、反射パス数に自ずから最大
値が存在し、レーザ発振器から取り出された全てのエネ
ルギを反応に用いることは不可能であった。また反応に
寄与しなかった残存レーザエネルギはレーザ発振器側に
戻るが、一般にこの反射ビームの空間モードはレーザ発
振器のそれと一致しないことから、たとえレーザ発振器
内に反射ビームが戻っても、回折損失によって失われ
る。また甚だしい場合には、レーザ発振器に係わる光学
部品の破損につながる可能性もある。
As a method of realizing reflection superposition using a simple optical system, the present applicants make the converging positions of outgoing and returning beams coincide and superimpose two or more beams in the vicinity of their focal positions. As a laser focusing method, an example of 2-pass superposition is presented in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-251,227, and an example of multi-pass reflection superposition is presented in Japanese Patent Application No. 2-126,836. In these methods, any desired fluence can be realized by appropriately selecting the curvature of the reflecting mirror, and the reflection beam optical axis and the laser oscillation optical axis are finally set to coincide with each other. Superimposition of more than the beam is surely realized. However, in these methods, if the number of reflection paths is increased and the laser propagation distance is increased in order to improve the utilization efficiency of laser energy, there is a problem that it becomes difficult to maintain stable alignment of the reflecting mirror.
Furthermore, in the multiple reflection system, the laser focusing profile changes sequentially due to the beam divergence caused by diffraction in the laser oscillator and the self-focusing / diffusing effect of the laser beam due to the reaction material. Existed, and it was impossible to use all the energy extracted from the laser oscillator for the reaction. Also, the residual laser energy that did not contribute to the reaction returns to the laser oscillator side, but in general the spatial mode of this reflected beam does not match that of the laser oscillator. Lost. In addition, in extreme cases, there is a possibility that the optical parts related to the laser oscillator may be damaged.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
の2パス重畳、多重反射重畳において問題となっている
発振器側に戻ってくるレーザビームの残存エネルギを回
折損失などで失うことなく、再度反応物質に投入し、こ
れを繰り返すことによってレーザ媒質から取り出し得る
エネルギの殆ど全てを反応に有効に寄与させる簡便な装
置を実現することで、レーザ光化学気相反応工程におい
て最も高い価格を占めるレーザビームのエネルギの利用
効率を従来法に比べて大幅に改善し、廉価なプロセスを
実現できる反応装置を提供することにある。
The object of the present invention is to prevent the residual energy of the laser beam returning to the oscillator side, which is a problem in the above-mentioned two-pass superposition and multiple reflection superposition, from being lost due to diffraction loss and the like. A laser occupies the highest price in the laser photochemical vapor phase reaction process by realizing a simple device that effectively contributes almost all of the energy that can be extracted from the laser medium to the reaction medium by re-injecting it into the reaction substance and repeating this process. It is an object of the present invention to provide a reactor capable of significantly improving the utilization efficiency of beam energy as compared with the conventional method and realizing an inexpensive process.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、レーザビーム
を集光して気相原料物質が存在する反応容器内の反応領
域に導入し、原料物質の光吸収特性を用いて所望の化学
反応を行うためのレーザ光を用いた気相光化学反応装置
において、全反射鏡M1 と部分反射鏡M2 によって構成
されるレーザ共振器の部分反射鏡M2 の外側に一対の集
光光学系からなるテレスコープを設置し、その間のレー
ザ集光位置に反応容器を設置し、さらにテレスコープの
後方に全反射鏡M3 を設置し、全反射鏡対M1 ,M3
らびにそれらの間に存在する光学部品からなるファブリ
ペロ共振器において形成されるレーザビームの空間モー
ドのM1 ,M2 間での空間プロフィルならびにM2 ,M
3 間での空間プロフィルと、全反射鏡・部分反射鏡対M
1 ,M2 ならびにM3 ,M2 からなるそれぞれのファブ
リペロ共振器において形成されるレーザビームの空間プ
ロフィルとを一致させることを特徴とするレーザ光を用
いた気相光化学反応装置であり、これによってレーザ媒
質から取り出し得るレーザエネルギの殆ど全てを光化学
反応に有効に利用し得る装置を提供するものである。
According to the present invention, a laser beam is condensed and introduced into a reaction region in a reaction vessel in which a gas phase raw material is present, and a desired chemical reaction is performed by using the light absorption property of the raw material. In a gas-phase photochemical reaction device using laser light for performing the above, a pair of condensing optical systems is provided outside a partial reflection mirror M 2 of a laser resonator constituted by a total reflection mirror M 1 and a partial reflection mirror M 2 . The telescope is installed, the reaction container is installed at the laser condensing position between them, and the total reflection mirror M 3 is installed behind the telescope, and the total reflection mirror pair M 1 and M 3 exists between them. Profile of the spatial mode of the laser beam formed in the Fabry-Perot resonator formed by the optical components M 1 and M 2 and M 2 and M
Space profile between 3 and total reflection mirror / partial reflection mirror pair M
A gas-phase photochemical reaction device using a laser beam, characterized in that the spatial profile of a laser beam formed in each Fabry-Perot resonator consisting of 1 , M 2 and M 3 , M 2 is matched. It is intended to provide an apparatus capable of effectively utilizing almost all of laser energy that can be extracted from a laser medium in a photochemical reaction.

【0007】[0007]

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。図2は本発明
に基づく光学部品の配置例を示したものである。レーザ
媒質に対するレーザ共振器はレーザ発振波長を選択する
ためにリトロウ型に配置されたグレーテイングからなる
全反射鏡M1と部分反射鏡M2 で構成される。レーザ出
力鏡である部分反射鏡M2 から出力されたレーザビーム
1はレンズL1 によって集光され反応容器2を通過した
後、レンズL2 でビーム変換され、全反射鏡M3 に到り
反射される。反射されたレーザビーム1は、部分反射鏡
2 から全反射鏡M3 に到る経路におけるビームプロフ
ィルと同一のプロフィルを保ったままレンズL2 、反応
容器2、レンズL1 を介して部分反射鏡M2 に戻る。部
分反射鏡M2 に到ったレーザビーム1は、部分反射鏡M
2 の反射率に従って二つのビームに分割され、一方は全
反射鏡M1 の方へ透過し、また他方はレンズL1 の方へ
反射される。ここで、全反射鏡M1 の方へ透過したレー
ザビームの空間モードは元々のM1 ,M2 によって構成
されるレーザ共振器のそれと一致するように制御されて
いるので、回折損失を被ることなく全反射鏡M1 に到
り、反射された後、部分反射鏡M2 へ到る。また、レン
ズL1 の方へ反射されたレーザビームの空間プロフィル
は、元々の発振ビームのそれと一致していることから、
最初のビームと完全に同一の空間プロフィルで反応容器
2へ到る。全反射鏡対M1 ,M3 によって構成される共
振器のM1 ,M2 間のモード並びにM2 ,M3 間のモー
ドは、それぞれM1 ,M2 ならびにM2 ,M3 によって
構成される個々の共振器の空間モードと一致しているこ
とから、以上の動作は、回折損失を被ることなく無限回
数の反射重畳を繰り返すことになる。ここで、レンズL
1 ,L2 はレーザ発振波長に対する無反射コーテイング
がほどこされており、また反応容器2のレーザ光導入用
の窓は反射損失を防止するためにブリュースター角に設
定されていることから、原理的にはレーザ媒質から取り
出し得るエネルギの内、反射鏡における反射損失以外は
全て反応容器2内で消費され反応に寄与することにな
る。図3は以上の動作におけるレーザパワーの流れを模
式的に示したものである。図中、P0 はレーザ発振器か
ら初めに取り出されたパワー、r1 ,r2 ,r3 はそれ
ぞれ反射鏡M1 ,M2 ,M3 の反射率(r1 〜r3
1、r2 <1)、Gはレーザ媒質を一往復した際のパワ
ー利得、αは反応容器2を一往復した際に反応媒質によ
って吸収されるパワーの割合を示す。図に示されている
ようにレーザビームは部分反射鏡M2 に到達する度に二
つの成分に分割されるため複雑な挙動を示すが、反射を
繰り返す内にレーザ媒質から取り出し得るパワー(レー
ザ利得Gに相当)は、反応容器2内に存在する反応媒質
による吸収パワー(パワー損失αに相当)へと移行して
ゆくことになる。
The present invention will be described in detail below. FIG. 2 shows an example of arrangement of optical components according to the present invention. The laser resonator for the laser medium is composed of a total reflection mirror M 1 and a partial reflection mirror M 2 which are arranged in a Littrow type and are made of grating so as to select the laser oscillation wavelength. The laser beam 1 output from the partial reflection mirror M 2 which is a laser output mirror is condensed by the lens L 1 and passes through the reaction container 2, and then is converted into a beam by the lens L 2 and reaches the total reflection mirror M 3 and is reflected. To be done. The reflected laser beam 1 is partially reflected through the lens L 2 , the reaction container 2, and the lens L 1 while maintaining the same profile as the beam profile in the path from the partial reflection mirror M 2 to the total reflection mirror M 3. Return to mirror M 2 . The laser beam 1 that reaches the partial reflection mirror M 2 receives the partial reflection mirror M 2.
It is split into two beams according to a reflectivity of 2 , one being transmitted towards the total reflection mirror M 1 and the other being reflected towards the lens L 1 . Here, since the spatial mode of the laser beam transmitted to the total reflection mirror M 1 is controlled so as to match that of the original laser cavity constituted by M 1 and M 2 , diffraction loss is incurred. Instead, it reaches the total reflection mirror M 1 , is reflected, and then reaches the partial reflection mirror M 2 . In addition, since the spatial profile of the laser beam reflected toward the lens L 1 matches that of the original oscillation beam,
The reaction vessel 2 is reached with the same spatial profile as the first beam. Mode between the total reflection mirror pair M 1, M 1 of the resonator constituted by M 3, M-mode and M 2 between 2, M 3 is constituted by M 1, M 2 and M 2, M 3 respectively Since this matches the spatial mode of each resonator, the above operation repeats the reflection superposition an infinite number of times without suffering diffraction loss. Where lens L
In principle, 1 and L 2 are non-reflection coated with respect to the laser oscillation wavelength, and the window for introducing the laser light of the reaction vessel 2 is set to Brewster's angle to prevent reflection loss. In the energy that can be extracted from the laser medium, all energy other than the reflection loss in the reflecting mirror is consumed in the reaction container 2 and contributes to the reaction. FIG. 3 schematically shows the flow of laser power in the above operation. In the figure, P 0 is the power initially extracted from the laser oscillator, and r 1 , r 2 and r 3 are the reflectances (r 1 to r 3 ...) of the reflecting mirrors M 1 , M 2 and M 3 , respectively.
1, r 2 <1), G represents the power gain when the laser medium makes one round trip, and α represents the ratio of the power absorbed by the reaction medium when making one round trip in the reaction vessel 2. As shown in the figure, the laser beam shows a complicated behavior because it is divided into two components each time it reaches the partial reflection mirror M 2 , but the power (laser gain) that can be extracted from the laser medium while repeating reflection is increased. (Corresponding to G) is transferred to absorption power (corresponding to power loss α) by the reaction medium existing in the reaction container 2.

【0008】次に、テレスコープを構成する集光光学系
の焦点距離ならびにそれらの間隙によってそれぞれの共
振器における空間モードを制御する方法について説明す
る。図4は、図2の光学部品配置において l1 =2000mm, l2 =200mm, l3 =14
20mm, l4 =200mm f1 =f2 =800mm R1 =4000mm(凹面), R2 =R3=∞(平面),
4 =4000mm(凹面) の条件の際の、ガウスビームの空間伝搬プロフィルをA
BCD行列を用いて光線追跡法による解析を行った結果
を示したものである。図4は全反射鏡M1 ,部分反射鏡
2 で構成される共振器において発生するガウスビーム
のプロフィルと、そのガウスビームが全反射鏡M3 まで
伝搬する空間プロフィルを実線で描き、全反射鏡M3
ら部分反射鏡M2まで反射して戻ってくるビームのプロ
フィルを一点鎖線で描いたものである。図に示されてい
るように、この条件下においては全反射鏡M3 からの反
射ビームは、部分反射鏡M2 からの出力ビームが初めに
集光された位置よりも全反射鏡M3 に近い位置で集光さ
れていることがわかる。図5は図4と同一の条件に対し
てM1 −M2 ,M2−M3 ,M1 −M3 をそれぞれ独立
のファブリペロ共振器と見なして、それぞれの共振器に
対して立ち得るガウスビームのプロフィルをM1 −M3
に対して実線で、M1 −M2 に対して一点鎖線で、M2
−M3 に対して波線で示したものである。図から明らか
なように、それぞれの共振器に対する空間モードプロフ
ィルは一致していないことから、M1 −M2 共振器から
取り打されたレーザビームは全反射鏡M3 で反射した
後、大半の成分が回折損失によって失われる。それに対
してテレスコープレンズL1 ,L2 の間隙のみをl3
1300mmに変更し、全反射鏡M3 は固定した状態と
し、すなわちl4 =320mm とした場合の図4及び
図5と同様の計算結果を図6及び図7に示す。図6よ
り、図2において説明したように、全反射鏡M3 によっ
て反射されたレーザビームはほぼ同じ空間プロフィルを
保って、部分反射鏡M2 まで反射することがわかり、ま
た図7より三つの共振器におけるレーザビームの空間モ
ードプロフィルはほぼ一致していることがわかる。な
お、テレスコープレンズ間隙l3 をさらに制御すること
で、それぞれの空間モードを完全に一致させることが出
来るが、ここではそれぞれを判別できるように若干ずれ
ている例を示した。以上の結果より、テレスコープレン
ズL1,L2 の間隙を制御することによりそれぞれの共
振器における空間モードプロフィルの整合をとることが
可能であることが判明した。また、レンズL1 ,L2
焦点距離f1,f2は反応容器2内で要求されるフルーエ
ンスに従って適宜選択される。
Next, a method of controlling the spatial mode in each resonator by the focal length of the condensing optical system constituting the telescope and the gap between them will be described. FIG. 4 shows that in the optical component arrangement of FIG. 2, l 1 = 2000 mm, l 2 = 200 mm, l 3 = 14
20 mm, l 4 = 200 mm f 1 = f 2 = 800 mm R 1 = 4000 mm (concave surface), R 2 = R 3 = ∞ (flat surface),
The spatial propagation profile of the Gaussian beam under the condition of R 4 = 4000 mm (concave surface) is A
It shows the result of analysis by ray tracing method using BCD matrix. FIG. 4 shows a profile of a Gaussian beam generated in a resonator composed of a total reflection mirror M 1 and a partial reflection mirror M 2 and a spatial profile in which the Gaussian beam propagates to the total reflection mirror M 3 , drawn with a solid line. The profile of the beam reflected back from the mirror M 3 to the partial reflecting mirror M 2 is drawn by a chain line. As shown in the figure, under this condition, the reflected beam from the total reflection mirror M 3 is directed to the total reflection mirror M 3 rather than the position where the output beam from the partial reflection mirror M 2 was first collected. It can be seen that the light is condensed at a close position. FIG. 5 regards M 1 -M 2 , M 2 -M 3 , and M 1 -M 3 as independent Fabry-Perot resonators under the same conditions as in FIG. Beam profile M 1 -M 3
Is a solid line and M 1 -M 2 is a dash-dotted line and M 2
It illustrates by broken lines with respect -M 3. As can be seen from the figure, since the spatial mode profiles for the respective resonators do not match, most of the laser beam hit from the M 1 -M 2 resonator is reflected by the total reflection mirror M 3 and then most of it is reflected. Components are lost due to diffraction losses. On the other hand, only the gap between the telescopic lenses L 1 and L 2 is l 3 =
6 and 7 show the same calculation results as those in FIGS. 4 and 5 when the total reflection mirror M 3 is fixed, that is, l 4 = 320 mm. It can be seen from FIG. 6 that the laser beam reflected by the total reflection mirror M 3 maintains almost the same spatial profile and is reflected up to the partial reflection mirror M 2 as described with reference to FIG. It can be seen that the spatial mode profiles of the laser beams in the resonator are almost the same. It should be noted that the spatial modes can be made to completely match by further controlling the telescope lens gap l 3 , but here an example is shown in which they are slightly shifted so that they can be distinguished. From the above results, it was found that it is possible to match the spatial mode profile in each resonator by controlling the gap between the telescope lenses L 1 and L 2 . The focal lengths f 1 and f 2 of the lenses L 1 and L 2 are appropriately selected according to the fluence required in the reaction container 2.

【0009】次に、従来技術と本発明の差異について説
明する。図8は、従来技術との対比を行うために、評価
の対象とした光学部品の配置を示したものであり、図2
に比べてレーザ発振器を構成する全反射鏡M1 の表面形
状が平面であり、部分透過鏡M2 の全反射鏡M1 側の表
面形状が凹面であり、さらに光学部品数を減らすために
テレスコープ用レンズL2 と全反射鏡M3 を同一のもの
にした構成となっている。以上の構成は従来技術である
特開平2−251,227号公報の第1図と反応容器の
形状を除いて同一の構成となっている。図9は図8の光
学部品配置において l1 =2800mm, l2 =500mm, l3 =33
60mmf1 =2000mm R1 =∞(平面), R2 =15000mm (凹面),
3 =∞(平面),R4 =1500mm(凹面) の条件の際の、ガウスビームの空間伝搬プロフィルを光
線追跡した結果を示したものであり、同図9及び図10
は図4及び図5と同一の様式で描かれている。図9に示
されているように部分反射鏡M2 からのレーザ発振器の
出力ビームの集光位置と全反射鏡M3 からの反射ビーム
の集光位置は一致しているが二つのビームの空間モード
は一致しない条件となっている。その結果、図10に示
されているように三つの共振器に対するガウスモードの
空間プロフィルはそれぞれ一致しなくなり回折損失によ
って大きなエネルギ損失を被ることになる。これに対し
て、図8の光学部品配置において l1 =2800mm, l2 =500mm, l3 =40
10mm f1 =2000mm R1 =∞(平面), R2 =15000 mm (凹面), R3
=∞(平面), R4 =2000mm(凹面) とした場合の、図9及び図10と同様の光線追跡計算結
果を図11及び図12に示す。この例においては図1
1、図12共、それぞれの空間モードプロフィルが完全
に一致しているので、一本の線によって表されている。
以上のごとく、本発明においてはテレスコープに相当す
る球面鏡の焦点距離(曲率半径R4 )とテレスコープ間
隙(l3)を制御することにより、それぞれの共振器に対
する空間モードの整合をとることができるので、回折損
失によるエネルギ損失を防止することができる。
Next, the difference between the prior art and the present invention will be described. FIG. 8 shows the arrangement of the optical components to be evaluated in order to make a comparison with the prior art.
Compared with the above, the surface shape of the total reflection mirror M 1 constituting the laser oscillator is flat, and the surface shape of the partial transmission mirror M 2 on the side of the total reflection mirror M 1 is concave, and in order to reduce the number of optical parts, The configuration is such that the scope lens L 2 and the total reflection mirror M 3 are the same. The above-mentioned structure is the same as that shown in FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 2-251,227, which is a conventional technique, except for the shape of the reaction vessel. FIG. 9 shows the optical component arrangement of FIG. 8 with l 1 = 2800 mm, l 2 = 500 mm, l 3 = 33.
60 mmf 1 = 2000 mm R 1 = ∞ (flat), R 2 = 15000 mm (concave),
9 shows the results of ray tracing of the spatial propagation profile of the Gaussian beam under the conditions of R 3 = ∞ (plane) and R 4 = 1500 mm (concave surface).
Are drawn in the same manner as in FIGS. As shown in FIG. 9, the converging position of the output beam of the laser oscillator from the partial reflecting mirror M 2 and the converging position of the reflected beam from the total reflecting mirror M 3 are the same, but the space between the two beams is the same. The conditions are that the modes do not match. As a result, as shown in FIG. 10, the Gaussian mode spatial profiles for the three resonators do not match, resulting in a large energy loss due to diffraction loss. On the other hand, in the optical component arrangement of FIG. 8, l 1 = 2800 mm, l 2 = 500 mm, l 3 = 40
10 mm f 1 = 2000 mm R 1 = ∞ (flat), R 2 = 15000 mm (concave), R 3
= ∞ (plane), R 4 = 2000 mm (concave surface), the same ray tracing calculation results as in FIGS. 9 and 10 are shown in FIGS. 11 and 12. In this example, FIG.
Both 1 and FIG. 12 are represented by a single line because the respective spatial mode profiles are completely the same.
As described above, in the present invention, by controlling the focal length (radius of curvature R 4 ) and the telescope gap (l 3 ) of the spherical mirror corresponding to the telescope, the spatial modes can be matched to the respective resonators. Therefore, energy loss due to diffraction loss can be prevented.

【0010】図13は本発明のさらに別の形態の光学部
品の配置例を示したものである。この例においては、図
8の配置に比べて光学部品の点数をさらに減らすため、
部分反射鏡M2 の形状をメニスカス凸レンズとして、部
分反射鏡M2 とレンズL1 を同一のものとした例であ
る。この配置における空間モード挙動として、空間モー
ド整合がとれていない条件として、 l1 =2000mm, l2 =3100mm R1 =∞(平面), R2 =4000mm(凹面), R3
=1167mm(凸面), R4 =1500mm(凹面) の場合の計算結果を図4及び図5と同様な様式で描いた
ものを図14及び図15に、また空間モード整合がとれ
ている条件として l1 =2000mm, l2 =2630mm R1 =∞(平面), R2 =4000mm(凹面), R3
=1167mm(凸面), R4 =1500mm(凹面) の場合の計算結果を図4及び図5と同様な様式で描いた
ものを図16及び図17に示す。前出の例と同様に全反
射鏡M3 の位置を制御することで、空間モードの整合を
実現できることが明かである。
FIG. 13 shows an arrangement example of an optical component according to still another embodiment of the present invention. In this example, in order to further reduce the number of optical components as compared with the arrangement of FIG.
This is an example in which the shape of the partial reflection mirror M 2 is a meniscus convex lens and the partial reflection mirror M 2 and the lens L 1 are the same. The spatial mode behavior in this arrangement is as follows: 1 1 = 2000 mm, 1 2 = 3100 mm R 1 = ∞ (flat), R 2 = 4000 mm (concave), R 3
= 1116 mm (convex surface), R 4 = 1500 mm (concave surface), the calculation results drawn in the same manner as in FIGS. 4 and 5 are shown in FIG. 14 and FIG. 15, and the conditions for spatial mode matching are shown. l 1 = 2000 mm, l 2 = 2630 mm R 1 = ∞ (flat), R 2 = 4000 mm (concave), R 3
16 and 17 show the calculation results in the case of = 1167 mm (convex surface) and R 4 = 1500 mm (concave surface) in the same manner as in FIGS. 4 and 5. It is apparent that the spatial mode matching can be realized by controlling the position of the total reflection mirror M 3 as in the above example.

【0011】以上ここまでは、三つのファブリペロ共振
器における空間モード整合の実現の仕方について説明し
てきた。ここで、全反射鏡M1 と部分反射鏡M2 によっ
て構成されるレーザ共振器から考えると、空間モードが
整合するように全反射鏡M3 を設置することは外部共振
器を設けることと等しい。これは、レーザ共振器内で共
振している光波に対して外部共振器からのレーザ光がフ
ィードバックされることを意味し、共振光とフィードバ
ック光との間で位相干渉を引き起こすことになる。この
位相干渉は、一般に短パルス発振動作に対しては大きな
問題とならないが、連続波発振動作の場合は発振の不安
定性の要因となり得る。このような位相干渉はM1 −M
2 共振器と、M2 −M3 共振器の長さの差が発振波長の
整数倍となるように制御することによって解決すること
が出来る。このような制御は、例えば全反射鏡M1 もし
くは全反射鏡M3 をピエゾ素子で駆動する構成とし、複
合共振器中のレーザ出力を基準としてその出力が最大と
なるようにピエゾ素子の駆動電圧を制御することによっ
て実現される。
Up to this point, the method of achieving spatial mode matching in three Fabry-Perot resonators has been described. Here, considering the laser resonator constituted by the total reflection mirror M 1 and the partial reflection mirror M 2 , installing the total reflection mirror M 3 so that the spatial modes are matched is equivalent to providing an external resonator. .. This means that the laser light from the external resonator is fed back to the light wave resonating in the laser resonator, which causes phase interference between the resonance light and the feedback light. This phase interference generally does not cause a big problem for the short pulse oscillation operation, but can cause the instability of the oscillation in the case of the continuous wave oscillation operation. Such phase interference is M 1 -M
And second resonator, M 2 -M 3 difference in length of the resonator can be solved by controlling so as to be an integral multiple of the oscillation wavelength. For such control, for example, the total reflection mirror M 1 or the total reflection mirror M 3 is driven by a piezo element, and the drive voltage of the piezo element is set so that the output is maximized with reference to the laser output in the composite resonator. It is realized by controlling.

【0012】[0012]

【実施例】以下、実施例に基づいて、本発明に係わるレ
ーザ光を用いた気相光化学反応装置を具体的に説明す
る。図1に、本発明による気相光化学反応装置の一例を
示す。同図において、レーザ発振器3は大気圧動作横方
向励起(TEA)CO2 レーザである。レーザ用全反射
鏡M1 は多数存在するCO2 レーザの発振線の内の一本
を選択するためにリトロウ型に配置された平面グレーテ
イングであり、その角度は発振波長が9.57μmにな
るように設定されている。出力ミラーである部分反射鏡
2 はレーザ共振器側が曲率半径15mの凹面、大気側
が平面のZnSe部分透過鏡であり、レーザ共振器側に
反射率30%のコーテイングが、大気側に無反射コーテ
イングが施されている。レーザ共振器長は2.8mであ
る。以上のレーザ発振器から、パルス半値幅約80ns
ec.、パルスエネルギ8J/パルスのレーザパルスが
出力される。焦点距離2mの無反射コーテイングが施さ
れたZnSe集光レンズL1 は部分透過鏡M2 から50
cmの位置に設置され、そこから4.01mの位置に曲
率半径2mの凹面全反射鏡M3 が設置されている。以上
の条件は図11及び図12の計算条件と一致するもので
ある。全反射鏡M3 はGe基板に高反射コーテイング(反
射率99.6%)が施されたものであり、その後方にエ
ネルギメーター4が設置され、わずかに透過するエネル
ギから複合共振器内のレーザエネルギを推定する。さら
に全反射鏡M3 の裏面にはピエゾ素子5が装着され、そ
の駆動電圧は前記エネルギメーターの指示値が最大にな
るようにコントローラ6によってフィードバック制御さ
れている。反応容器2は、円筒形のガラス製容器であ
り、その両端には、入射角がブリュースター角度に設定
されたNaCl基板がレーザビーム導入用の窓として設
置されている。反応物質7は、反応容器2の一端から導
入され、レーザ照射を受けた後、他端から排出される構
成となっている。
EXAMPLES A gas phase photochemical reaction apparatus using laser light according to the present invention will be specifically described below based on Examples. FIG. 1 shows an example of a gas phase photochemical reaction device according to the present invention. In the figure, the laser oscillator 3 is an atmospheric pressure operating transversely excited (TEA) CO 2 laser. The laser total reflection mirror M 1 is a plane grating arranged in a Littrow type in order to select one of a large number of CO 2 laser oscillation lines, and its angle has an oscillation wavelength of 9.57 μm. Is set. The partial reflection mirror M 2 which is an output mirror is a ZnSe partial transmission mirror having a concave surface with a radius of curvature of 15 m on the laser resonator side and a flat surface on the atmosphere side. Has been applied. The laser cavity length is 2.8 m. From the above laser oscillator, pulse half width of about 80 ns
ec. , A laser pulse having a pulse energy of 8 J / pulse is output. The ZnSe condensing lens L 1 provided with a non-reflection coating having a focal length of 2 m is 50 to 50 from the partial transmissive mirror M 2.
A concave total reflection mirror M 3 having a radius of curvature of 2 m is installed at a position of 4.0 cm from the position of cm. The above conditions are consistent with the calculation conditions of FIGS. 11 and 12. The total reflection mirror M 3 is a Ge substrate provided with high reflection coating (reflectance 99.6%), and an energy meter 4 is installed behind the Ge substrate so that the laser in the compound resonator can be generated from slightly transmitted energy. Estimate energy. Further, a piezo element 5 is mounted on the back surface of the total reflection mirror M 3 , and its drive voltage is feedback-controlled by the controller 6 so that the indicated value of the energy meter becomes maximum. The reaction vessel 2 is a cylindrical glass vessel, and an NaCl substrate whose incident angle is set to Brewster's angle is installed at both ends thereof as windows for introducing a laser beam. The reactant 7 is introduced from one end of the reaction container 2, receives laser irradiation, and then is discharged from the other end.

【0013】以上に示した系を用いて炭素13の同位体
濃縮をCHClF2を原料気体として用いて行った。そ
の結果、炭素13が天然濃度の50倍に濃縮されたC2
4 が生成物として得られ、レーザパルス当りの13C
分離効率として7×10-7mol/パルスの効率が得ら
れた。比較のために、従来法に相当する図9及び図10
の条件に系を変更して同様な濃縮実験を行った結果、レ
ーザパルス当りの13C分離効率として3×10-7mo
l/パルスの効率が得られた。従って、本発明により、
単位レーザパルスエネルギ当りの光化学反応効率は従来
技術に比べて2倍以上に改善された。
Carbon 13 isotope enrichment was carried out by using the system shown above using CHClF 2 as a source gas. As a result, C 2 carbon 13 is concentrated 50-fold of a natural concentration
F 4 obtained as product, 13 C per laser pulse
A separation efficiency of 7 × 10 −7 mol / pulse was obtained. 9 and 10 corresponding to the conventional method for comparison.
As a result of conducting a similar concentration experiment by changing the system to the condition of, the 13C separation efficiency per laser pulse was 3 × 10 -7 mo.
An efficiency of 1 / pulse was obtained. Therefore, according to the present invention,
The photochemical reaction efficiency per unit laser pulse energy is more than doubled as compared with the prior art.

【0014】以上の実施例においては、パルスCO2
ーザの代表であるTEAレーザを例にとって示したが、
本発明がQスイッチ技術等によるその他のパルスCO2
レーザや連続波レーザ、さらには固体レーザや色素レー
ザなどの他のレーザに対しても適用が可能であることは
言うまでもない。
In the above embodiments, the TEA laser, which is a typical pulse CO 2 laser, is shown as an example.
The present invention is applicable to other pulse CO 2 by Q switch technology or the like.
It goes without saying that the present invention can also be applied to lasers, continuous wave lasers, and other lasers such as solid-state lasers and dye lasers.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上に説明したごとく、本発明によれ
ば、レーザビームによる気相光化学反応工程の中で最も
高い価格を占めるレーザビームのパワーを有効に利用す
ることができ、レーザエネルギに対する光化学反応効率
の改善、並びにレーザの各種の費用の低減が可能であ
り、低コストのレーザ気相光化学反応工程を実現できる
利点を有する。
As described above, according to the present invention, the power of the laser beam, which occupies the highest price in the gas phase photochemical reaction process by the laser beam, can be effectively utilized, and the photochemistry with respect to the laser energy can be effectively used. The reaction efficiency can be improved and various laser costs can be reduced, and there is an advantage that a low-cost laser gas phase photochemical reaction process can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のレーザ光を用いた気相光化学反応装置
の一実施例を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a gas phase photochemical reaction device using laser light of the present invention.

【図2】本発明における光学部品の配置例を示した模式
図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an arrangement example of optical components in the present invention.

【図3】図2の配置におけるレーザパワーの流れを説明
するための模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a laser power flow in the arrangement of FIG.

【図4】図2の光学部品配置において三つの共振器の空
間モード整合がとれない条件に対して、M1 −M2 共振
器から発振したガウスビームが全反射鏡M3 に到り、更
に反射され部分透過鏡M2 に到るまでの挙動を光線追跡
した結果を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a condition in which spatial modes of three resonators cannot be matched in the optical component arrangement of FIG. 2, a Gaussian beam oscillated from the M 1 -M 2 resonator reaches a total reflection mirror M 3 , and behavior up to the reflected partially transmissive mirror M 2 is a graph showing the results of ray tracing.

【図5】図4と同条件について、M1 −M2 ,M2 −M
3 ,M1 −M3 それぞれの共振器に対して立ち得るガウ
スビームの空間モードを光線追跡によって解析した結果
を示す図である。
FIG. 5 shows M 1 −M 2 and M 2 −M under the same conditions as in FIG.
3, M 1 -M 3 is a diagram showing a result of analyzing the spatial mode by ray tracing of a Gaussian beam, which may stand for the respective resonators.

【図6】図2の光学部品配置において、本発明に相当す
る三つの共振器の空間モード整合がほぼとれている条件
に対して、M1 −M2 共振器から発振したガウスビーム
が全反射鏡M3 に到り、更に反射され部分透過鏡M2
到るまでの挙動を光線追跡した結果を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the optical components shown in FIG. 2 under the condition that the spatial mode matching of the three resonators corresponding to the present invention is almost taken; the Gaussian beam oscillated from the M 1 -M 2 resonator is totally reflected. led to the mirror M 3, it is a diagram showing the results of ray tracing behavior further to reach the reflected partially transmissive mirror M 2.

【図7】図6と同条件について、M1 −M2 ,M2 −M
3 ,M1 −M3 それぞれの共振器に対して立ち得るガウ
スビームの空間モードを光線追跡によって解析した結果
を示す図である。
FIG. 7 shows M 1 −M 2 and M 2 −M under the same conditions as in FIG.
3, M 1 -M 3 is a diagram showing a result of analyzing the spatial mode by ray tracing of a Gaussian beam, which may stand for the respective resonators.

【図8】本発明における他の光学部品の配置例を示した
模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an arrangement example of another optical component in the present invention.

【図9】図8の光学部品配置において従来法に相当し三
つの共振器の空間モード整合がとれない条件に対して、
1 −M2 共振器から発振したガウスビームが全反射鏡
3 に到り、更に反射され部分透過鏡M2 に到るまでの
挙動を光線追跡した結果を示す図である。
9 is a diagram showing a condition corresponding to the conventional method in the arrangement of the optical components shown in FIG. 8 in which spatial mode matching of three resonators cannot be achieved,
M 1 -M 2 Gaussian beam oscillated from the resonator is led to the total reflection mirror M 3, a diagram illustrating the behavior results of ray tracing of up further reach the reflected partially transmissive mirror M 2.

【図10】図9と同条件について、M1 −M2 ,M2
3 ,M1 −M3 それぞれの共振器に対して立ち得るガ
ウスビームの空間モードを光線追跡によって解析した結
果を示す図である。
FIG. 10 shows M 1 −M 2 and M 2 − under the same conditions as in FIG.
M 3, M 1 -M 3 is a diagram showing a result of analyzing the spatial mode by ray tracing of a Gaussian beam, which may stand for the respective resonators.

【図11】図8の光学部品配置において本発明に相当す
る三つの共振器の空間モード整合がとれている条件に対
して、M1 −M2 共振器から発振したガウスビームが全
反射鏡M3 に到り、更に反射され部分透過鏡M2 に到る
までの挙動を光線追跡した結果を示す図である。
11 is a total reflection mirror M of the Gaussian beam oscillated from the M 1 -M 2 resonator under the condition that the three resonators corresponding to the present invention have the spatial mode matching in the optical component arrangement of FIG. 8; Italy 3 is a diagram showing the results of ray tracing behavior further to reach the reflected partially transmissive mirror M 2.

【図12】図11と同条件について、M1 −M2 ,M2
−M3 ,M1 −M3 それぞれの共振器に対して立ち得る
ガウスビームの空間モードを光線追跡によって解析した
結果を示す図である。
FIG. 12 shows M 1 −M 2 and M 2 under the same conditions as in FIG.
-M 3, M 1 -M 3 is a diagram showing a result of analyzing the spatial mode by ray tracing of a Gaussian beam, which may stand for the respective resonators.

【図13】本発明における他の光学部品の配置例を示し
た模式図である。
FIG. 13 is a schematic view showing an arrangement example of another optical component in the present invention.

【図14】図13の光学部品配置において三つの共振器
の空間モード整合がとれない条件に対して、M1 −M2
共振器から発振したガウスビームが全反射鏡M3 に到
り、更に反射され部分透過鏡M2 に到るまでの挙動を光
線追跡した結果を示す図である。
[14] In the optical component arrangement of Figure 13 for the condition it is not possible to spatial mode matching of the three resonators, M 1 -M 2
It is a figure which shows the result of having carried out the ray tracing of the behavior until the Gaussian beam oscillated from the resonator reaches the total reflection mirror M 3 and is further reflected and reaches the partial transmission mirror M 2 .

【図15】図14と同条件について、M1 −M2 ,M2
−M3 ,M1 −M3 それぞれの共振器に対して立ち得る
ガウスビームの空間モードを光線追跡によって解析した
結果を示す図である。
FIG. 15 shows M 1 −M 2 and M 2 under the same conditions as in FIG.
-M 3, M 1 -M 3 is a diagram showing a result of analyzing the spatial mode by ray tracing of a Gaussian beam, which may stand for the respective resonators.

【図16】図13の光学部品配置において本発明に相当
する三つの共振器の空間モード整合がとれている条件に
対して、M1 −M2 共振器から発振したガウスビームが
全反射鏡M3 に到り、更に反射され部分透過鏡M2 に到
るまでの挙動を光線追跡した結果を示す図である。
16 is a total reflection mirror M of the Gaussian beam oscillated from the M 1 -M 2 resonator under the condition that the spatial mode matching of the three resonators corresponding to the present invention is achieved in the optical component arrangement of FIG. 13; Italy 3 is a diagram showing the results of ray tracing behavior further to reach the reflected partially transmissive mirror M 2.

【図17】図16と同条件について、M1 −M2 ,M2
−M3 ,M1 −M3 それぞれの共振器に対して立ち得る
ガウスビームの空間モードを光線追跡によって解析した
結果を示す図である。
FIG. 17 shows M 1 −M 2 and M 2 under the same conditions as in FIG.
-M 3, M 1 -M 3 is a diagram showing a result of analyzing the spatial mode by ray tracing of a Gaussian beam, which may stand for the respective resonators.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:レーザビーム 2:反応容器 3:レーザ発振器 4:エネルギメーター 5:ピエゾ素子 6:コントローラ 7:原料気体 M1 ,M3 :全反射鏡 M2 :部分反射鏡 L1 ,L2 :レンズ1: Laser beam 2: Reaction vessel 3: Laser oscillator 4: Energy meter 5: Piezo element 6: Controller 7: Raw material gas M 1 , M 3 : Total reflection mirror M 2 : Partial reflection mirror L 1 , L 2 : Lens

フロントページの続き (72)発明者 坂井 辰彦 神奈川県相模原市淵野辺5−10−1、新日 本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内Front page continuation (72) Inventor Tatsuhiko Sakai 5-10-1, Fuchinobe, Sagamihara City, Kanagawa Prefecture, Electronics Research Laboratory, Nippon Steel Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザビームを集光して気相原料物質が
存在する反応容器内の反応領域に導入し、原料物質の光
吸収特性を用いて所望の化学反応を行うためのレーザ光
を用いた気相光化学反応装置において、全反射鏡M1
部分反射鏡M2 によって構成されるレーザ共振器の部分
反射鏡M2 の外側に一対の集光光学系からなるテレスコ
ープを設置し、その間のレーザ集光位置に反応容器を設
置し、さらにテレスコープの後方に全反射鏡M3 を設置
し、全反射鏡対M1 ,M3 ならびにそれらの間に存在す
る光学部品からなるファブリペロ共振器において形成さ
れるレーザビームの空間モードのM1 ,M2 間での空間
プロフィルならびにM2 ,M3 間での空間プロフィル
が、全反射鏡・部分反射鏡対M1 ,M2 ならびにM3
2 からなるそれぞれのファブリペロ共振器において形
成されるレーザビームの空間プロフィルと一致すること
を特徴とするレーザ光を用いた気相光化学反応装置。
1. A laser beam for converging a laser beam and introducing it into a reaction region in a reaction vessel in which a gas-phase raw material is present, and performing a desired chemical reaction using the light absorption characteristics of the raw material. In the above gas-phase photochemical reaction device, a telescope consisting of a pair of condensing optical systems is installed outside the partial reflection mirror M 2 of the laser resonator constituted by the total reflection mirror M 1 and the partial reflection mirror M 2 , and in between. laser condensing the reaction vessel was placed in position, further established the total reflection mirror M 3 in the rear of the telescope, the total reflection mirror pair M 1, M 3 and Fabry-Perot resonator formed of the optical component that exists between them The spatial profile between M 1 and M 2 and the spatial profile between M 2 and M 3 of the spatial mode of the laser beam formed at are the total reflection mirror / partial reflection mirror pairs M 1 , M 2 and M 3 ,
A gas-phase photochemical reaction device using laser light, characterized in that it matches the spatial profile of a laser beam formed in each Fabry-Perot resonator made of M 2 .
【請求項2】 全反射鏡対M1 ,M3 ならびにそれらの
間に存在する光学部品からなるファブリペロ共振器にお
いて形成されるレーザビームの空間モードをテレスコー
プを構成する集光光学系の焦点距離ならびにそれらの間
隙によって制御することを特徴とする請求項1記載のレ
ーザ光を用いた気相光化学反応装置。
2. A focal length of a condensing optical system which constitutes a telescope of a spatial mode of a laser beam formed in a Fabry-Perot resonator consisting of a total reflection mirror pair M 1 and M 3 and optical components existing between them. The gas-phase photochemical reaction device using laser light according to claim 1, characterized in that it is controlled by the gap between them.
【請求項3】 反射鏡群M1 ,M2 ,M3 で構成される
複合共振器中のM1 ,M2 間のレーザビームと、全反射
鏡M1 ,部分透過鏡M2 で構成されるレーザ共振器中の
レーザビームが位相的に同期するよう、複合共振器中の
レーザ出力を基準として全反射鏡M1 ないしM3 の光軸
方向位置を制御する手段を備えたことを特徴とする請求
項1記載のレーザ光を用いた気相光化学反応装置。
3. A laser beam between M 1 and M 2 in a composite resonator constituted by a group of reflection mirrors M 1 , M 2 and M 3 , a total reflection mirror M 1 and a partial transmission mirror M 2. And a means for controlling the positions of the total reflection mirrors M 1 to M 3 in the optical axis direction on the basis of the laser output in the compound resonator so that the laser beams in the laser resonator are synchronized in phase. A gas phase photochemical reaction device using the laser beam according to claim 1.
【請求項4】 テレスコープを構成する一対の集光光学
系のうちの一つもしくは双方が全反射鏡M3 ないし部分
透過鏡M2 と一致する請求項1記載のレーザ光を用いた
気相光化学反応装置。
4. A gas phase using a laser beam according to claim 1, wherein one or both of a pair of focusing optical systems constituting the telescope coincide with the total reflection mirror M 3 or the partial transmission mirror M 2. Photochemical reactor.
JP32988591A 1991-11-19 1991-11-19 Vapor photochemical reaction device using laser beam Withdrawn JPH05137966A (en)

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WO2018038130A1 (en) * 2016-08-26 2018-03-01 日本電気株式会社 Chemical reaction device and method for producing same

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