JPH07212950A - Laser lighting attracting device - Google Patents
Laser lighting attracting deviceInfo
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- JPH07212950A JPH07212950A JP6003416A JP341694A JPH07212950A JP H07212950 A JPH07212950 A JP H07212950A JP 6003416 A JP6003416 A JP 6003416A JP 341694 A JP341694 A JP 341694A JP H07212950 A JPH07212950 A JP H07212950A
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- laser
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
- H02G13/00—Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure
- H02G13/20—Active discharge triggering
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザ光によって雷を人
為的に誘導するレーザ誘雷を行うための装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for laser-induced lightning in which lightning is artificially induced by laser light.
【０００２】[0002]
【従来の技術】レーザ光を凹面鏡や凸レンズなどで大気
中に集光すると、集光点付近では、大気中の分子がプラ
ズマ化することが広く知られている。2. Description of the Related Art It is widely known that when laser light is focused into the atmosphere by a concave mirror or a convex lens, molecules in the atmosphere are turned into plasma near the focusing point.
【０００３】また、プラズマは導電性を有するため、レ
ーザ光により生成されたプラズマに雷を伝搬させて避雷
針などに導く技術が検討されており、これはレーザ誘雷
と呼ばれている。尚、レーザ誘雷に関しては、例えば、
「レーザー研究」第１６巻，第５号，第２６７頁から第
２７７頁において説明されている。Further, since plasma has conductivity, a technique of propagating lightning to plasma generated by laser light and guiding it to a lightning rod or the like has been studied, which is called laser-induced lightning. Regarding laser-induced lightning, for example,
"Laser Research," Vol. 16, No. 5, pp. 267-277.
【０００４】一方、雷を導くための避雷針と雷雲との距
離は、一般に１００ｍ以上離れているため、効率良くレ
ーザ誘雷させるためには、この距離の全域にわたって、
長い線状のプラズマチャネルを生成させたり、あるいは
多数のプラズマチャネルを並ぶように生成させる必要が
あると考えられている。On the other hand, the distance between the lightning rod for guiding lightning and the thundercloud is generally 100 m or more. Therefore, in order to efficiently induce laser lightning, the entire range of this distance is
It is considered necessary to generate long linear plasma channels, or to generate a large number of plasma channels in a line.
【０００５】そこで、レーザ光を集光させるための凹面
鏡として多重焦点鏡を利用すると、大気中の複数個所で
プラズマを生成できるため、レーザ誘雷し易くなると考
えられている。尚、これに関しては、例えば、レーザ学
会学術講演会第１１回年次大会，講演予稿集，３１ａＩ
４，第１０９頁において説明されている。Therefore, it is considered that when a multifocal mirror is used as a concave mirror for converging laser light, plasma can be generated at a plurality of places in the atmosphere, so that laser-induced lightning is easy to occur. Regarding this, for example, the 11th Annual Conference of the Laser Society Academic Lecture, Proceedings, 31aI
4, page 109.
【０００６】また、より長距離にわたってレーザ誘雷さ
せるために、焦点距離が半径方向で連続的に変化してい
く特殊な多重焦点鏡を用いることも検討されており、こ
れに関しては、例えば、特開平4−253200 号公報におい
て示されている。In order to induce laser lightning over a longer distance, it is also considered to use a special multifocal mirror whose focal length continuously changes in the radial direction. It is disclosed in the publication of Kaihei 4-253200.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、焦点距離が
半径方向で連続的に変化していく多重焦点鏡は、その反
射面の形状が半径方向の距離をパラメータとする特殊な
関数で厳密に規定され、一般の凹面鏡に比べて複雑な形
状になっている。そのため、精度良く製作することが困
難で、それにより高価格になることが第１の問題であっ
た。However, in the multifocal mirror in which the focal length continuously changes in the radial direction, the shape of the reflecting surface is strictly defined by a special function whose parameter is the radial distance. It has a more complicated shape than a general concave mirror. Therefore, the first problem is that it is difficult to manufacture it with high precision, which results in a high price.
【０００８】特に、レーザ誘雷を行う場合、レーザ光を
雷雲までのおよそ１００ｍ以上も伝搬させてから強く集
光できるように、直径数十ｃｍ以上の太いビームに対応
した大きな多重焦点鏡が必要になる。その結果、多重焦
点鏡の製作が困難になるため、高価格になることがあっ
た。In particular, when performing laser-induced lightning, a large multifocal mirror corresponding to a thick beam with a diameter of several tens of cm or more is required so that the laser beam can be strongly focused after propagating the laser beam to the thundercloud for about 100 m or more. become. As a result, it becomes difficult to manufacture the multifocal mirror, which may result in high price.
【０００９】また、第２の問題を以下に説明する。従来
の多重焦点鏡では、焦点位置や線状のプラズマチャネル
が生成される位置までの距離が定まっている。これに対
して、雷雲の発生する位置は定まっておらず、特に、夏
期雷雲と冬期雷雲とでは、発生する高度がそれぞれ約１
０００ｍ、及び１００ｍと一桁も異なるため、高度の低
い冬期雷雲用に設計された多重焦点鏡を用いても、夏期
雷雲に対してはその適用が困難であった。The second problem will be described below. In the conventional multifocal mirror, the distance to the focal position and the position where the linear plasma channel is generated is fixed. On the other hand, the position where the thundercloud is generated is not fixed, and especially in the summer thundercloud and the winter thundercloud, the generated altitude is about 1 each.
Since it is different by one digit from 000 m and 100 m, it is difficult to apply it to the summer thundercloud even if the multifocal mirror designed for the low altitude winter thundercloud is used.
【００１０】本発明の第１の目的は、線状のプラズマチ
ャネルを生成できる低価格のレーザ誘雷装置を提供する
ことにある。A first object of the present invention is to provide a low-cost laser lightning striker capable of producing a linear plasma channel.
【００１１】本発明の第２の目的は、雷雲の発生する位
置に対応させて線状のプラズマチャネルを生成できるレ
ーザ誘雷装置を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a laser lightning striker capable of generating a linear plasma channel corresponding to a position where a thundercloud is generated.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、レーザ発振器、外面に反射面を有する凸面
鏡、及び内面に反射面を有する円錐鏡を含み、それぞれ
の円錐鏡の中心軸がほぼ同軸上になるように配置したも
のである。尚、凸面鏡とは、その断面形状が２本の直
線，放物線、あるいは双曲線などで表されるものとす
る。ただし、２本の直線で表される場合は円錐鏡に相当
し、放物線で表される場合は放物面鏡と呼ばれる。To achieve the first object, a laser oscillator, a convex mirror having a reflecting surface on the outer surface, and a conical mirror having a reflecting surface on the inner surface are included, and the central axes of the respective conical mirrors are included. Are arranged so that they are almost coaxial. The convex mirror has a cross-sectional shape represented by two straight lines, a parabola, or a hyperbola. However, when represented by two straight lines, it corresponds to a conical mirror, and when represented by a parabola, it is called a parabolic mirror.
【００１３】上記第２の目的を達成するために、外面に
反射面を有する凸面鏡と内面に反射面を有する円錐鏡と
の間隔を調整可能にしたものである。In order to achieve the second object, the distance between the convex mirror having a reflecting surface on the outer surface and the conical mirror having a reflecting surface on the inner surface can be adjusted.
【００１４】また、雷雲までの距離が比較的長くなって
も、レーザ誘雷しにくくさせないために、内面に反射面
を有する円錐鏡の反射面を、その円錐の包絡線に沿って
凹凸状にしたものである。Further, even if the distance to the thundercloud becomes relatively long, the reflecting surface of the conical mirror having a reflecting surface on the inner surface is made uneven so as not to make it difficult to induce laser lightning. It was done.
【００１５】[0015]
【作用】レーザ発振器からのレーザ光を、外面に反射面
を有する凸面鏡に対して、その凸面鏡の中心軸に沿って
入射させてから、そこでの反射光を内面に反射面を有す
る円錐鏡に入射させると、反射していくレーザ光を中空
ビームにして、部分的には平行ビームのまま全体を中心
軸上に向かうように進ませることができる。その結果、
レーザ光は中心軸上のある範囲にわたって集光されるた
め、中心軸上に線状のプラズマチャネルを生成させるこ
とができる。The laser light from the laser oscillator is incident on the convex mirror having the reflecting surface on the outer surface along the central axis of the convex mirror, and then the reflected light is incident on the conical mirror having the reflecting surface on the inner surface. By doing so, the reflected laser light can be made into a hollow beam, and the entire laser beam can be made to proceed toward the central axis as a parallel beam. as a result,
Since the laser light is condensed over a certain range on the central axis, it is possible to generate a linear plasma channel on the central axis.
【００１６】また、凸面鏡と円錐鏡との間隔が調整可能
になっているならば、円錐鏡で反射して伝搬していく中
空ビームの径を変化させることができる。その結果、こ
のビームが中心軸上に集光される位置までの距離を変化
でき、線状のプラズマチャネルの生成する位置を調整す
ることができる。If the distance between the convex mirror and the conical mirror can be adjusted, the diameter of the hollow beam reflected by the conical mirror and propagating can be changed. As a result, the distance to the position where this beam is focused on the central axis can be changed, and the position where the linear plasma channel is generated can be adjusted.
【００１７】また、円錐鏡の反射面を、その円錐の包絡
線に沿って凹凸状にすると、ここで反射していくレーザ
光の進行方向を周期的に微小に変化させることができる
ため、レーザ光が集光される線状の範囲内で、レーザ光
のエネルギ密度（単位長さ当りのレーザエネルギ）を周
期的に変化させることができる。したがって、平均的に
線状に集光させる場合よりも、局部的に高いエネルギ密
度となる部分を多数作ることができ、線状に集光される
部分が長くなっても、プラズマが生成しにくくなること
はない。If the reflecting surface of the conical mirror is made uneven along the envelope of the cone, the traveling direction of the laser light reflected here can be periodically and minutely changed. The energy density of laser light (laser energy per unit length) can be periodically changed within a linear range where light is condensed. Therefore, it is possible to make a large number of locally high energy density portions as compared with the case of converging linearly on average, and it is difficult to generate plasma even if the portion to be linearly condensed becomes long. It never happens.
【００１８】[0018]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
【００１９】本発明の第１実施例を図１を用いて説明す
る。図１は、本発明のレーザ誘雷装置１００の断面図で
ある。A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view of a laser lightning strike device 100 of the present invention.
【００２０】レーザ誘雷装置１００では、レーザ発振器
１として不安定共振器型のＣＯ2 レーザが用いられるた
め、発振するレーザ光は中空状ビーム２ａ−２ａ′とな
っている。本実施例では、外面に反射面を有する凸面鏡
として円錐鏡３が用いられている。その理由は、円錐鏡
が上記に示した凸面鏡の中で最も製作しやすいからであ
る。In the laser lightning striker 100, since an unstable resonator type CO 2 laser is used as the laser oscillator 1, the oscillating laser light is a hollow beam 2a-2a '. In this embodiment, the conical mirror 3 is used as a convex mirror having a reflecting surface on the outer surface. The reason is that the conical mirror is the easiest to manufacture among the above convex mirrors.
【００２１】レーザ光は円錐鏡３に対して、その中空部
分の中心が円錐鏡３の中心軸上と同軸になるように入射
する。ここで反射した後、円錐鏡３と同軸上に設置され
た内面に反射面を有する円錐鏡４に入射する。この円錐
鏡４では、中心軸と包絡線とのなす角（図１にφで示さ
れた角度と等しい。）が、円錐鏡３における中心軸と包
絡線とのなす角（図１にθで示された角度と等しい。）
よりも小さくなっている。その結果、円錐鏡４で反射す
ると、中空状ビーム２ｂ−２ｂ′のように、部分的には
平行ビームのまま全体的に集光していくように進む。し
たがって、レーザ光が、伝搬方向を制御するための反射
鏡６で反射して、雷雲７に向かって大気中を伝搬してい
くと、中空状ビーム２ｃ−２ｃ′の中空部分がなくなる
位置から集光され始めるため、レーザ光全体が一点で集
光されることはなく、ある範囲にわたって集光される。
したがって、図１の８で示した部分にレーザ光が線状に
集光され、ここに線状のプラズマチャネルが発生し、こ
こを雷が伝わり、誘雷塔９に導かれる。The laser light is incident on the conical mirror 3 such that the center of its hollow portion is coaxial with the central axis of the conical mirror 3. After being reflected here, it is incident on the conical mirror 4 which has a reflecting surface on the inner surface provided coaxially with the conical mirror 3. In the conical mirror 4, the angle formed by the central axis and the envelope (equal to the angle indicated by φ in FIG. 1) is the angle formed by the central axis and the envelope in the conical mirror 3 (in FIG. 1 by θ). Equal to the angle shown.)
Is smaller than. As a result, when the light is reflected by the conical mirror 4, it proceeds so as to condense it as a hollow beam 2b-2b ', partially as a parallel beam as a whole. Therefore, when the laser light is reflected by the reflecting mirror 6 for controlling the propagation direction and propagates through the atmosphere toward the thundercloud 7, the hollow beams 2c-2c 'are collected from the position where the hollow portion disappears. Since the light starts to be emitted, the entire laser light is not condensed at one point but is condensed over a certain range.
Therefore, the laser light is linearly focused on the portion indicated by 8 in FIG. 1, a linear plasma channel is generated there, and lightning is transmitted through this and guided to the lightning strike tower 9.
【００２２】ここで、レーザ発振器１として不安定共振
器型のＣＯ2レーザを用いた理由を以下に述べる。不安
定共振器型のＣＯ2レーザでは、一般に、中空ビームが
取り出されるため、円錐鏡３の中心軸付近にレーザ光が
当らない。その結果、図１のように、固定軸５が円錐鏡
３の頂点から突き出す構造になっていても良く、それに
より、円錐鏡３を移動させるため固定軸５に沿って円錐
鏡３を移動させる機構が簡単に組立てられる。Here, the reason why an unstable resonator type CO 2 laser is used as the laser oscillator 1 will be described below. In the unstable resonator type CO 2 laser, since a hollow beam is generally taken out, the laser beam does not hit the central axis of the conical mirror 3. As a result, as shown in FIG. 1, the fixed shaft 5 may have a structure protruding from the apex of the conical mirror 3, whereby the conical mirror 3 is moved along the fixed shaft 5 to move the conical mirror 3. The mechanism is easy to assemble.
【００２３】次に、本発明の特徴である線状のプラズマ
チャネルを生成させる位置までの距離を変化させる場合
の動作機構を図２を用いて説明する。Next, the operating mechanism for changing the distance to the position where the linear plasma channel is generated, which is a feature of the present invention, will be described with reference to FIG.
【００２４】図２では、レーザ誘雷装置１００により線
状のプラズマチャネルを生成させる位置までの距離を、
図１に示された状態よりも短くする場合の状態が示され
ている。それには、円錐鏡３を固定軸５に沿って図１の
場合より左に移動したものである。その結果、中空状ビ
ーム２ｂ−２ｂ′の外径が小さくなるため、中空状ビー
ム２ｃ−２ｃ′の中空部がなくなり始めるまでの位置が
手前側に近づく。したがって、線状のプラズマチャネル
の生成する位置までの距離が短くなり、低い位置に現れ
る雷雲７′に対応する。In FIG. 2, the distance to the position where a linear plasma channel is generated by the laser lightning striker 100 is
A state in which the length is made shorter than the state shown in FIG. 1 is shown. For this purpose, the conical mirror 3 is moved along the fixed axis 5 to the left of the case of FIG. As a result, the outer diameter of the hollow beam 2b-2b 'becomes smaller, and the position until the hollow portion of the hollow beam 2c-2c' begins to disappear approaches the front side. Therefore, the distance to the position where the linear plasma channel is generated becomes short, and it corresponds to the thundercloud 7'appearing at a low position.
【００２５】次に、本発明の他の実施例として、生成さ
せるプラズマチャネルを連続的では無く、多数の塊とし
て生成させる場合について図３を用いて説明する。この
実施例では、第１実施例におけるレーザ誘雷装置１００
の円錐鏡４の表面形状を変えた円錐鏡４′が用いられ
る。Next, as another embodiment of the present invention, a case where the plasma channels to be generated are not continuous but are generated as a large number of lumps will be described with reference to FIG. In this embodiment, the laser lightning strike device 100 in the first embodiment is used.
A conical mirror 4'in which the surface shape of the conical mirror 4 is changed is used.
【００２６】円錐鏡４′の内面の反射面は多数の凹面を
なしている。中空状ビーム２ｄ′−２ｄ′であるレーザ
光が円錐鏡３′で反射して円錐鏡４′に入射すると、反
射していくレーザ光は、同軸状の多数の中空状ビームに
分かれる。図３では３本の中空状ビーム２ｅ−２ｅ′，
２ｆ−２ｆ′、及び２ｇ−２ｇ′が作られる。これによ
り、レーザ光は長距離を伝搬していくと、３つの部分に
分かれて集光される。したがって、これら３ヵ所でプラ
ズマが特に生成し易くなる。The reflecting surface on the inner surface of the conical mirror 4'has a large number of concave surfaces. When the laser beam which is the hollow beam 2d'-2d 'is reflected by the conical mirror 3'and enters the conical mirror 4', the reflected laser beam is divided into a large number of coaxial hollow beams. In FIG. 3, three hollow beams 2e-2e ',
2f-2f ', and 2g-2g' are made. As a result, the laser light is condensed into three parts as it propagates over a long distance. Therefore, plasma is particularly likely to be generated at these three places.
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明によれば、高価な多重焦点鏡を用
いずに、既存の技術で簡単に製作できる凸面鏡と円錐鏡
を利用するだけで、線状のプラズマチャネルを生成でき
るため、装置が製作し易く、コストダウンが図れた。According to the present invention, a linear plasma channel can be generated by using a convex mirror and a conical mirror, which can be easily manufactured by the existing technology, without using an expensive multifocal mirror. Was easy to manufacture, and the cost was reduced.
【００２８】また、線状のプラズマチャネルを生成させ
る位置までの距離を自由に変えられるようになったた
め、雷雲の発生する位置に対応させて、レーザ誘雷を行
えるようになった。Further, since the distance to the position where the linear plasma channel is generated can be freely changed, the laser-induced lightning can be performed in correspondence with the position where the thundercloud is generated.
【図１】本発明の装置の一実施例の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of the device of the present invention.
【図２】図１の動作を説明するための断面図。FIG. 2 is a sectional view for explaining the operation of FIG.
【図３】本発明の他の実施例の断面図。FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of the present invention.
１…レーザ発振器、２ａ−２ａ′,２ｂ−２ｂ′,２ｃ−
２ｃ′,２ｄ−２ｄ′,２ｅ−２ｅ′，２ｆ−２ｆ′，２
ｇ−２ｇ′…中空状ビーム、３，３′…外面に反射面を
有する凸面鏡としての円錐鏡、４，４′…内面に反射面
を有する円錐鏡、５…固定軸、６…反射鏡、７，７′…
雷雲、８…線状のプラズマチャネルが生成される部分、
９…誘雷塔、１００…レーザ誘雷装置。1 ... Laser oscillator, 2a-2a ', 2b-2b', 2c-
2c ', 2d-2d', 2e-2e ', 2f-2f', 2
g-2g '... Hollow beam, 3, 3' ... Conical mirror as a convex mirror having a reflecting surface on the outer surface, 4, 4 '... Conical mirror having a reflecting surface on the inner surface, 5 ... Fixed axis, 6 ... Reflecting mirror, 7,7 '...
Thundercloud, 8 ... the part where a linear plasma channel is generated,
9 ... Lightning strike tower, 100 ... Laser lightning striker.
Claims (3)
鏡、及び内面に反射面を有する円錐鏡を含み、前記凸面
鏡の中心軸と、前記円錐鏡の中心軸とが、ほぼ同軸上に
なるように、配置することを特徴とするレーザ誘雷装
置。1. A laser oscillator, a convex mirror having a reflecting surface on the outer surface, and a conical mirror having a reflecting surface on the inner surface, wherein the central axis of the convex mirror and the central axis of the conical mirror are substantially coaxial. The laser lightning striker is characterized in that
鏡との間隔が調整可能な構造になっているレーザ誘雷装
置。2. A laser lightning striker according to claim 1, wherein the convex mirror and the conical mirror have an adjustable distance.
が、前記円錐鏡の円錐の包絡線に沿って凹凸状になって
いるレーザ誘雷装置。3. A laser lightning striker according to claim 1, wherein the reflection surface of the conical mirror is uneven along the envelope of the cone of the conical mirror.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6003416A JPH07212950A (en) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | Laser lighting attracting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6003416A JPH07212950A (en) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | Laser lighting attracting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07212950A true JPH07212950A (en) | 1995-08-11 |
Family
ID=11556787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6003416A Pending JPH07212950A (en) | 1994-01-18 | 1994-01-18 | Laser lighting attracting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07212950A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109113939A (en) * | 2018-07-16 | 2019-01-01 | 北京乾源风电科技有限公司 | A kind of laser induced lightning discharge system for wind power generation plant |
-
1994
- 1994-01-18 JP JP6003416A patent/JPH07212950A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109113939A (en) * | 2018-07-16 | 2019-01-01 | 北京乾源风电科技有限公司 | A kind of laser induced lightning discharge system for wind power generation plant |
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