金属ミラーの表面の改質方法
【課題】本発明は、金属ミラーの表面におけるレーザ光の光反射率を向上させて、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることの可能な金属ミラーの表面の改質方法を提供することを課題とする。
【解決手段】光透過性反応用容器２１を囲むように配置され、かつ光化学反応に用いるレーザ光を反射する金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法であって、金属ミラー１９の表面１９ａに、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングするアニーリング工程を有する。
【解決手段】光透過性反応用容器２１を囲むように配置され、かつ光化学反応に用いるレーザ光を反射する金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法であって、金属ミラー１９の表面１９ａに、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングするアニーリング工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いた光化学反応装置に使用する金属ミラーの表面の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いる光化学反応装置は、大別して２種類ある。1つは光化学反応セルと呼ばれる光化学反応容器にレーザ光を1度だけ通過させるｏｎｅ−ｐａｓｓ方式であり、もう１つはレーザ光を複数回反射させる多重反射(ｍｕｌｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ)方式である。
【０００３】
多重反射方式は、反射ミラーを設置し、位置決めなど光学的に複雑かつ精密さを必要とするが、レーザ光を光化学反応に効率よく利用できる。ガス分析用の市販の多重反射セル(例えば、Ｗｈｉｔｅｃｅｌｌ；Ｗｈｉｔｅは人名)では、光路長が２００〜３００ｍのものがあり、２００〜３００回反射させている。
この場合の光吸収は、下記（１）式に示すようにＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則で表される。
【数１】
上記（１）式において、Ｉ０は初期光量［Ｗ］、Ｉ（z）は光路長ｚ［ｃｍ］における光量［Ｗ］、σは光吸収断面積［ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌｅ］、Ｎは分子密度［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３］を示している。上記（１）式では、光路長ｚが大きいほど光吸収が大きくなる。
【０００４】
また、光利用率ηは、下記（２）式で表され（但し、σＮｚ≪１の場合）、光路長zに比例して大きい。
【数２】
【０００５】
特許文献１，２には、酸素同位体である１７Ｏや１８Ｏを含むオゾン分子にレーザ光を照射し、オゾン分子を選択的に分解して１７Ｏや１８Ｏを濃縮する方法が開示されている。
この場合、オゾンのｗｕｌｆ ｂａｎｄ（近赤外領域７００〜１２００ｎｍ）における比較的吸収が大きい波長での光吸収断面積σは、１０−２３ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌeという小さな値（水の光吸収断面積より約４桁小さい）であり、光化学反応セルの光路長としては１０００ｍ以上が望まれる。
したがって、上記光吸収断面積が小さい光化学反応を行う場合、光化学反応セルは多重反射方式が有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３６４５２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７２０９０号公報
【特許文献３】特開平５−１３７９６５号公報
【特許文献４】特開平７−７−２６５６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、多重反射方式の光化学反応セルについて考えると、ミラーの反射率が０．９０程度では、反射を１０回（５往復）させると、最終光強度は０．９０１０＝０．３５であり、ミラーにおける光損失は６５％となることから、光の利用効率をあまり大きくできないという問題がある。
【０００８】
例えば、室温（例えば、２０℃）において、波長１０００ｎｍにおける金（ｇｏｌｄ）ミラーの反射率は、０．９８であり、室温では大きな反射回数をとれない（反射回数５０回での最終光強度は、０．９８５０＝０．３６）。
また、反射回数が１０００回以上でも光損失が小さいようにするためには、反射率は０．９９９以上を必要とする（この場合の最終光強度は、０．９９９１０００＝０．３７）。例えば、反射率が０．９９９９で反射回数を１００００回とした場合、最終光強度は０．９９９９１００００＝０．３７となり、1回反射するまでの平均光路長を1ｍとすると、全光路長は１００００ｍ以上となる。
【０００９】
誘電体多層膜は、０．９９９９以上の高い反射率を有するが、入射角が大きいと反射率が低下する問題がある。そのため、多重反射方式の光化学反応装置に誘電体多層膜を適用するためには、レーザの入射方法や光軸調整など難しい課題を有する。
【００１０】
例えば、キャビティーリングダウン分光分析に使用される誘電体多層膜は、０．９９９９以上の高い反射率を有する。しかし、初めに誘電体多層膜に光を透過させて入射させる方式をとる場合、透過率は数％以下であるため、透過損失が大きく、分光分析には使用できるが光化学反応には向いていない。
【００１１】
このように、従来、高い反射率をもつミラーの種類が限られていたため、金属ミラーの表面におけるレーザ光の光反射効率を向上させることが望まれていた。
【００１２】
そこで、本発明は、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることの可能な金属ミラーの表面の改質方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本願発明者らは、以下に説明するように、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを金属ミラーの表面に照射し、アニーリングすることで、金属ミラーの表面が改質（具体的には、結晶性を高める）されて、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることが可能であることを見出した。
【００１４】
ところで、レーザ耐力とよばれる最大光量[Ｊ／ｃｍ２]以上のレーザ光量のレーザ光を金属ミラーの表面に照射した場合、金属ミラーの表面は損傷する。例えば、Ｃｒ膜を極薄くアンダーコートした金ミラーのレーザ耐力は、１．２ｋＷ／ｃｍ２程度と言われている。
上記金属ミラーの表面の損傷は、金属ミラーの表面における光吸収により生じた熱により、金属ミラーを構成する金属が部分的に溶融する現象であると考えられる。
【００１５】
上記現象を利用することにより、具体的には、例えば、光ファイバを使用して、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを用いて１ｋＷ以上の高出力レーザ光を高純度の金属よりなるミラーの表面に照射すると、該金属をアニーリングすることができる。このときのレーザ光の出力は、レーザ耐力よりも少しだけ小さい値とすることが好ましい。
【００１６】
ここで、アニーリング(ａｎｎｅａｌｉｎｇ)、或いはアニール(ａｎｎｅａｌ)とは、焼きなますことであって、アニーリングすることにより、金属表面の原子のマイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が発生して結晶性が高まる効果を得ることができる。
このとき、金属ミラーのアニーリングは、金属ミラーを加温する必要はなく、室温で行なうことができる。
【００１７】
また、本願発明者らの検討結果によれば、金属ミラーの表面に数ｎｍの酸化物層が存在する場合、光化学反応に好ましくない程度に光反射率を低下させることが確認できた。
本願発明者らは、室温（例えば、２０℃）〜２００℃の温度におけるアニーリングを、水素と不活性ガスとの混合ガス（以下、「水素含有ガス」という）の雰囲気で行なうことで、上記酸化物層を除去可能なことを見出した。
【００１８】
上記水素含有ガス雰囲気においてアニーリングを行う場合、酸化物層を除去する際、高温（例えば、４００℃）に加熱することを必要としないので、一般的な機器の耐熱温度である２００℃以下の温度で酸化物層の除去を行うことができる。
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、光透過性反応用容器を囲むように配置され、かつ光化学反応に用いるレーザ光を反射する金属ミラーの表面の改質方法であって、前記金属ミラーの表面に、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、前記金属ミラーの表面をアニーリングするアニーリング工程を有することを特徴とする金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２０】
また、請求項２に係る発明によれば、前記アニーリング工程では、前記金属ミラーの表面を露出する空間内に、水素と不活性ガスとの混合ガスを導入し、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第１ステップと、前記第１のステップ後、前記空間から前記混合ガスを排出して、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第２ステップと、を有することを特徴とする請求項１記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２１】
また、請求項３に係る発明によれば、前記混合ガスが導入される前記空間の圧力は、大気圧以下であることを特徴とする請求項２記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２２】
また、請求項４に係る発明によれば、前記不活性ガスとして、ヘリウム、アルゴン、ネオン、代替フロン、窒素のうち、少なくともいずれか１つよりなることを特徴とする請求項２または３記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２３】
また、請求項５に係る発明によれば、前記混合ガスの温度が、室温〜２００℃以下であることを特徴とする請求項２ないし４のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２４】
また、請求項６に係る発明によれば、前記炭酸ガスレーザ及び前記チタンサファイヤレーザは、前記レーザ光を照射するレーザ光導波部材を用いて照射することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２５】
また、請求項７に係る発明によれば、前記レーザ光導波部材として、光ファイバを用いることを特徴とする請求項６記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２６】
また、請求項８に係る発明によれば、前記光透過性反応用容器の材料として、石英ガラスまたはアクリル樹脂を用いることを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２７】
また、請求項９に係る発明によれば、前記石英ガラスとして、純度が９９％以上で、かつ光透過損失０．１ｄＢ／ｍ以下の高純度石英ガラスを用いることを特徴とする請求項８記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２８】
また、請求項１０に係る発明によれば、前記金属ミラーを構成する金属として、金、銀、銅、アルミニウムのうちのいずれか１つを用いることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２９】
また、請求項１１に係る発明によれば、前記金属の純度が、９９．９９９９以上であることを特徴とする請求項１０記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００３０】
また、請求項１２に係る発明によれば、前記金属ミラーとして、金属膜を用いることを特徴とする請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の金属ミラーの表面の改質方法によれば、金属ミラーの表面に、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、金属ミラーの表面をアニーリングすることで、金属ミラーの表面に存在する原子に発生するマイグレーションにより、金属ミラーの表面を構成する金属の結晶性が高められる。
これにより、金属ミラーの表面におけるレーザ光の光反射率を向上可能となるので、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。
【００３４】
始めに、図１を参照して、第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置１０について説明する。
図１を参照するに、光化学反応装置１０は、クライオスタット１１と、蓋体１３と、環状部材１５と、金属容器１６と、フランジ１７と、金属ミラー１９と、光透過性反応用容器２１と、第１の真空断熱空間２３と、ヒータ線２４と、レーザ光導波部材２５と、再液化装置２６と、管路２７と、を有する。
【００３５】
クライオスタット１１は、第１の容器３１と、第２の容器３２と、第２の真空断熱空間３３と、を有する。第１の容器３１は、極低温液体１２を収容する容器である。
第２の容器３２は、第１の容器３１に対して離間した状態で、第１の容器３１の外壁を囲むように配置されている。第２の容器３２は、第１の容器３１を収容している。第２の容器３２は、第１の容器３１と一体に構成されている。
【００３６】
第２の真空断熱空間３３は、第１の容器３１と第２の容器３２との間に設けられた気密された空間である。第２の真空断熱空間３３は、真空とされている。
このように、第１の容器３１と第２の容器３２との間に、真空とされた第２の真空断熱空間３３を設けることにより、第１の容器３１に収容された極低温液体１２の温度が上昇すること抑制できる。
上記構成とされたクライオスタット１１は、極低温液体１２により、金属ミラー１９の温度を極低温（１００Ｋ以下）に冷却保持する。
【００３７】
冷却された金属ミラー１９の温度は、目的に応じて、１００Ｋ以下の範囲内で適宜選択することができる。また、極低温液体１２としては、例えば、液体ヘリウム（温度４．２Ｋ）を用いることができる。
【００３８】
蓋体１３は、クライオスタット１１の上端に設けられている。これにより、第１の容器３１内の空間３１Ａ（極低温液体１２、及び金属容器１６が収容される空間）は、気密されている。蓋体１３は、環状部材１５を貫通させるための貫通部１３Ａを有する。
【００３９】
環状部材１５は、蓋体１３を貫通するように、貫通部１３Ａに固定されている。環状部材１５の上端は、光透過性反応用容器２１を構成する後述する管状部３５を貫通させるための貫通部１５Ａを有する。環状部材１５の下端は、開放端とされている。環状部材１５の材料としては、例えば、ステンレスを用いることができる。
【００４０】
金属容器１６は、その一部が極低温液体１２に浸漬するように、第１の容器３１内（空間３１Ａ）に収容されている。金属容器１６の上端は、環状部材１５の下端に対して、フランジ１７により固定されている。フランジ１７による固定方法としては、溶接フランジ、またはねじ込みフランジを用いることができる。フランジ１７は、金属容器１６と環状部材１５との接合部に設けられている。
金属容器１６は、光透過性反応用容器２１との間に隙間を介在させた状態で、光透過性反応用容器２１を収容している。
【００４１】
金属容器１６は、金属ミラー１９を構成する金属と同じ種類で、かつ金属ミラー１９を構成する金属よりも純度の低い金属により構成されている。金属容器１６の材料となる金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウムのうち、いずれか１つの金属を用いることができる。金属容器１６の材料となる金属として、金、銀、銅、アルミニウム等を用いた場合、該金属の純度は、９９．９９９９％以上の範囲内とすることができる。
【００４２】
金属ミラー１９は、金属容器１６の内面１６ａを覆うように設けられている。金属ミラー１９は、光透過性反応用容器２１の外側に、光透過性反応用容器２１を囲むように配置されている。金属ミラー１９は、レーザ光導波部材２５から照射されたレーザ光を反射することで、反射したレーザ光を光透過性反応用容器２１内に封入されたプロセスガスに照射する。
【００４３】
金属ミラー１９の材料となる金属としては、高純度の金、銀、銅、及びアルミニウム等を用いることができる。
金属ミラー１９を構成する金属として、金、銀、銅、アルミニウム等を用いる場合、金属ミラー１９を構成する金属の純度は、例えば、９９．９９９９以上とすることができる。
【００４４】
金属ミラー１９としては、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)）法、めっき法、コーティング法、及び蒸着法等の方法により形成された金属膜（具体的には、金膜、銀膜、銅膜、アルミニウム膜等）を用いることができる。
【００４５】
金属ミラー１９として金属膜を非金属表面にコーティングする場合、該金属膜の厚さは、例えば、０．０２〜１０μｍとすることができる。また、金属ミラー１９として金属膜を金属表面にコーティングする場合、該金属膜の厚さは、例えば、２０ｎｍ〜１ｍｍ（或いは１ｍｍ以上）とすることができる。
【００４６】
光透過性反応用容器２１は、管状部３５と、反応室３６と、を有する。管状部３５は、貫通部１５Ａに固定されており、金属容器１６の内部に延在している。管状部３５の内径は、反応室３６の内径よりも狭くなるように構成されている。管状部３５は、一方の端部は、プロセスガスを供給するプロセスガス供給装置（図示せず）と接続されており、他方の端部が反応室３６と接続されている。
【００４７】
反応室３６は、金属ミラー１９に対して隙間を介在させた状態で、金属容器１６内に収容されている。反応室３６は、管状部３５と一体に構成されている。反応室３６では、管状部３５を介してプロセスガスが供給された際、レーザ光によりプロセスガスを光化学反応させる。光透過性反応用容器２１の材料としては、純度９９％以上、かつ光透過損失０．１ｄＢ／ｍ以下の高純度の石英ガラス、或いは、アクリル樹脂を用いるとよい。
【００４８】
第１の真空断熱空間２３は、光透過性反応用容器２１と金属ミラー１９との間に設けられている。第１の真空断熱空間２３は、真空とされた空間である。
このように、光透過性反応用容器２１と金属ミラー１９との間に、第１の真空断熱空間２３を設けることで、極低温液体１２により光透過性反応用容器２１が冷却されにくくすることが可能となる。これにより、光透過性反応用容器２１内に供給されたプロセスガスが固化することを抑制できる。
【００４９】
ヒータ線２４は、反応室３６の外壁３６ａに巻きつけられている。このように、反応室３６の外壁３６ａにヒータ線２４を巻きつけることで、反応室３６を加熱可能となるので、反応室３６内の温度を光化学反応に適した温度に調整できる。
【００５０】
レーザ光導波部材２５は、管状部３５、及び反応室３６の上部に配置されている。レーザ光導波部材２５は、プロセスガスを光化学反応させるためのレーザ光を照射すると共に、金属ミラー１９の表面１９ａの改質を行なう際に使用する炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射する。レーザ光導波部材２５は、その先端２５Ａに、レーザ光と、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザと、を照射するレーザ照射面２５ａを有する。
【００５１】
本発明におけるレーザ光導波部材２５とは、レンズ・ミラー等により構成された光学システム機器であって、レーザ光と、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザと、を光透過性反応用容器２１に導入するための部材である。レーザ光導波部材２５としては、光ファイバが好適である。
【００５２】
光ファイバは、低損失な材料であるため、プロセスガスを光化学反応させるためのレーザ光のみでなく、１ｋＷ以上の高出力とされた炭酸ガスレーザ光及びチタンサファイヤレーザ光を照射することができる。
【００５３】
なお、レーザ光、炭酸ガスレーザ、及びチタンサファイヤレーザは、レーザ照射面２５ａから広がった状態で照射してもよいし、レーザ光導波部材２５の先端２５Ａにレンズ（図示せず）を配置することで平行光として照射してもよい。
【００５４】
再液化装置２６は、クライオスタット１１の外部に設けられている。再液化装置２６は、クライオスタット１１の側壁を貫通し、かつ第１の容器３１内の空間３１Ａと接続された管路２７と接続されている。再液化装置２６は、蒸発した極低温液体１２をパルスチューブ式冷凍機あるいはギフォード・マクマホン式冷凍機などで冷却して再液化して極低温液体１２へ戻す装置である。
【００５５】
このように、第１の容器３１内に収容された極低温液体１２を再液化させる再液化装置２６を設けることにより、連続して極低温液体１２を冷却することが可能となるので、金属ミラー１９の温度を安定して極低温に保つことができる。
【００５６】
ここで、上記構成とされた光化学反応装置１０を用いた第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法について説明する。
第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法では、レーザ光導波部材２５として光ファイバを使用し、該光ファイバにより、１ｋＷ以上の高出力レーザ光とされた炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを高純度の金属よりなる金属ミラー１９の表面１９ａに照射することで、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングする。
【００５７】
本発明におけるアニーリング(ａｎｎｅａｌｉｎｇ)、或いはアニール(ａｎｎｅａｌ)とは、焼きなますことである。
上記アニーリングすることにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する原子のマイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が発生するため、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する金属の結晶性が高められる。
【００５８】
これにより、金属ミラー１９の表面１９ａにおけるレーザ光の光反射率を向上させることが可能となるので、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
上記アニーリング時間は、例えば、３０分〜数時間程度の範囲内で適宜選択することができる。
【００５９】
また、金属ミラー１９の表面１９ａを改質する際に使用する炭酸ガスレーザ光またはチタンサファイヤレーザ光の出力は、レーザ耐力よりも少しだけ小さい値とすることが好ましい。
一般的に、金属の結晶性を高めるアニーリング温度は、融点より少し低い温度（数１０℃低め）が好ましい。本発明では、炭酸ガスレーザ光等でこの効果を得ようとしており、レーザ耐力の出力で溶融するので、レーザ耐力の９割程度の出力が好ましい。しかし、溶融しないように余裕を考えると、レーザ耐力の８割程度がより好ましい。
また、上記金属ミラー１９のアニーリングは、金属ミラー１９を加温する必要はなく、室温（例えば、２０℃）で行なうことができる。例えば、Ｃｒ膜を極薄くアンダーコートした金ミラー１９のレーザ耐力は、１．２ｋＷ／ｃｍ２程度である。
【００６０】
第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法によれば、光透過性反応用容器２１を囲むように配置され、レーザ光を反射する金属ミラー１９の表面１９ａに、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングすることにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する原子にマイグレーションが発生して結晶性が高められる。
これにより、金属ミラー１９の表面におけるレーザ光の光反射率を向上可能となるので、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。図２に示す光化学反応装置４０において、図１に示す光化学反応装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。
【００６２】
始めに、図２を参照して、第２の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置４０について説明する。
図２を参照するに、光化学反応装置４０は、図１に示す光化学反応装置１０の構成に、さらに混合ガス供給及び排出管４１を設けた以外は、光化学反応装置１０と同様に構成される。
【００６３】
混合ガス供給及び排出管４１は、環状部材１５の上端を貫通するように設けられている。これにより、混合ガス供給及び排出管４１の下端は、第１の真空断熱空間２３に露出されている。混合ガス供給及び排出管４１は、水素と不活性ガスとの混合ガス（水素含有ガス）を第１の真空断熱空間２３内に供給するための供給管である。
【００６４】
上記混合ガスを構成する不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、アルゴン、ネオン、代替フロン、窒素のうち少なくとも一種の不活性ガスを用いることができる。上記混合ガスは、室温（２０℃）〜２００℃以下の温度にして第１の真空断熱空間２３内に供給する。このとき、第１の真空断熱空間２３内の圧力は、大気圧以下とする。
【００６５】
また、混合ガス供給及び排出管４１は、図示していない真空ポンプと接続されており、第１の真空断熱空間２３内に存在する混合ガスを排出する。
【００６６】
ここで、上記構成とされた光化学反応装置４０を用いた第２の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法について説明する。
第２の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法では、始めに、金属ミラー１９の表面１９ａを露出する第１の真空断熱空間２３内に、水素と不活性ガスとの混合ガス（温度が室温（２０℃）〜２００℃以下とされたガス）を導入し、金属ミラー１９の表面１９ａに、１ｋＷ以上の高出力とされた炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射する（第１ステップ）。
【００６７】
これにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在し、かつ金属ミラー１９の表面１９ａの光反射率を低下させる酸化物層（図示せず）を除去することが可能となる。これにより、金属ミラー１９の表面１９ａの光反射率を向上させることができる。
【００６８】
次いで、第１の真空断熱空間２３から上記混合ガスを排出しながら、金属ミラー１９の表面１９ａに、１ｋＷ以上の高出力とされた炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射することで、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングする（第２ステップ）。
【００６９】
これにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する原子にマイグレーションが発生して結晶性が高められるため、金属ミラー１９の表面におけるレーザ光の光反射率を向上させることが可能となり、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
上記アニーリング時における炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザの照射時間は、例えば、３０分〜数時間の範囲内で適宜選択することができる。
【００７０】
第２の実施の形態の金属ミラーの表面の改質方法によれば、金属ミラー１９の表面１９ａに存在し、かつ金属ミラー１９の表面１９の光反射率を低下させる酸化物層（図示せず）を除去し、その後、該酸化物層が除去された金属ミラー１９の表面１９ａの結晶性を高めることで、金属ミラー１９の表面１９ａの光反射率をさらに向上できる。これにより、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、プロセスガスに照射するレーザ光を反射する金属ミラーを備えた光化学反応装置、及び該光化学反応装置を用いた金属ミラーの表面の改質方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，４０…光化学反応装置、１１…クライオスタット、１２…極低温液体、１３…蓋体、１３Ａ，１５Ａ…貫通部、１５…環状部材、１６…金属容器、１６ａ…内面、１７…フランジ、１９…金属ミラー、１９ａ…表面、２１…光透過性反応用容器、２３…第１の真空断熱空間、２４…ヒータ線、２５…レーザ光導波部材、２５ａ…レーザ照射面、２５Ａ…先端、２６…再液化装置、２７…管路、３１…第１の容器、３１Ａ…空間、３２…第２の容器、３３…第２の真空断熱空間、３５…管状部、３６…反応室、３６ａ…外壁、４１…混合ガス供給及び排出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いた光化学反応装置に使用する金属ミラーの表面の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いる光化学反応装置は、大別して２種類ある。1つは光化学反応セルと呼ばれる光化学反応容器にレーザ光を1度だけ通過させるｏｎｅ−ｐａｓｓ方式であり、もう１つはレーザ光を複数回反射させる多重反射(ｍｕｌｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ)方式である。
【０００３】
多重反射方式は、反射ミラーを設置し、位置決めなど光学的に複雑かつ精密さを必要とするが、レーザ光を光化学反応に効率よく利用できる。ガス分析用の市販の多重反射セル(例えば、Ｗｈｉｔｅｃｅｌｌ；Ｗｈｉｔｅは人名)では、光路長が２００〜３００ｍのものがあり、２００〜３００回反射させている。
この場合の光吸収は、下記（１）式に示すようにＬａｍｂｅｒｔ−Ｂｅｅｒの法則で表される。
【数１】
上記（１）式において、Ｉ０は初期光量［Ｗ］、Ｉ（z）は光路長ｚ［ｃｍ］における光量［Ｗ］、σは光吸収断面積［ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌｅ］、Ｎは分子密度［ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３］を示している。上記（１）式では、光路長ｚが大きいほど光吸収が大きくなる。
【０００４】
また、光利用率ηは、下記（２）式で表され（但し、σＮｚ≪１の場合）、光路長zに比例して大きい。
【数２】
【０００５】
特許文献１，２には、酸素同位体である１７Ｏや１８Ｏを含むオゾン分子にレーザ光を照射し、オゾン分子を選択的に分解して１７Ｏや１８Ｏを濃縮する方法が開示されている。
この場合、オゾンのｗｕｌｆ ｂａｎｄ（近赤外領域７００〜１２００ｎｍ）における比較的吸収が大きい波長での光吸収断面積σは、１０−２３ｃｍ２／ｍｏｌｅｃｕｌeという小さな値（水の光吸収断面積より約４桁小さい）であり、光化学反応セルの光路長としては１０００ｍ以上が望まれる。
したがって、上記光吸収断面積が小さい光化学反応を行う場合、光化学反応セルは多重反射方式が有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４３６４５２９号公報
【特許文献２】特開２００６−２７２０９０号公報
【特許文献３】特開平５−１３７９６５号公報
【特許文献４】特開平７−７−２６５６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、多重反射方式の光化学反応セルについて考えると、ミラーの反射率が０．９０程度では、反射を１０回（５往復）させると、最終光強度は０．９０１０＝０．３５であり、ミラーにおける光損失は６５％となることから、光の利用効率をあまり大きくできないという問題がある。
【０００８】
例えば、室温（例えば、２０℃）において、波長１０００ｎｍにおける金（ｇｏｌｄ）ミラーの反射率は、０．９８であり、室温では大きな反射回数をとれない（反射回数５０回での最終光強度は、０．９８５０＝０．３６）。
また、反射回数が１０００回以上でも光損失が小さいようにするためには、反射率は０．９９９以上を必要とする（この場合の最終光強度は、０．９９９１０００＝０．３７）。例えば、反射率が０．９９９９で反射回数を１００００回とした場合、最終光強度は０．９９９９１００００＝０．３７となり、1回反射するまでの平均光路長を1ｍとすると、全光路長は１００００ｍ以上となる。
【０００９】
誘電体多層膜は、０．９９９９以上の高い反射率を有するが、入射角が大きいと反射率が低下する問題がある。そのため、多重反射方式の光化学反応装置に誘電体多層膜を適用するためには、レーザの入射方法や光軸調整など難しい課題を有する。
【００１０】
例えば、キャビティーリングダウン分光分析に使用される誘電体多層膜は、０．９９９９以上の高い反射率を有する。しかし、初めに誘電体多層膜に光を透過させて入射させる方式をとる場合、透過率は数％以下であるため、透過損失が大きく、分光分析には使用できるが光化学反応には向いていない。
【００１１】
このように、従来、高い反射率をもつミラーの種類が限られていたため、金属ミラーの表面におけるレーザ光の光反射効率を向上させることが望まれていた。
【００１２】
そこで、本発明は、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることの可能な金属ミラーの表面の改質方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本願発明者らは、以下に説明するように、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを金属ミラーの表面に照射し、アニーリングすることで、金属ミラーの表面が改質（具体的には、結晶性を高める）されて、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることが可能であることを見出した。
【００１４】
ところで、レーザ耐力とよばれる最大光量[Ｊ／ｃｍ２]以上のレーザ光量のレーザ光を金属ミラーの表面に照射した場合、金属ミラーの表面は損傷する。例えば、Ｃｒ膜を極薄くアンダーコートした金ミラーのレーザ耐力は、１．２ｋＷ／ｃｍ２程度と言われている。
上記金属ミラーの表面の損傷は、金属ミラーの表面における光吸収により生じた熱により、金属ミラーを構成する金属が部分的に溶融する現象であると考えられる。
【００１５】
上記現象を利用することにより、具体的には、例えば、光ファイバを使用して、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを用いて１ｋＷ以上の高出力レーザ光を高純度の金属よりなるミラーの表面に照射すると、該金属をアニーリングすることができる。このときのレーザ光の出力は、レーザ耐力よりも少しだけ小さい値とすることが好ましい。
【００１６】
ここで、アニーリング(ａｎｎｅａｌｉｎｇ)、或いはアニール(ａｎｎｅａｌ)とは、焼きなますことであって、アニーリングすることにより、金属表面の原子のマイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が発生して結晶性が高まる効果を得ることができる。
このとき、金属ミラーのアニーリングは、金属ミラーを加温する必要はなく、室温で行なうことができる。
【００１７】
また、本願発明者らの検討結果によれば、金属ミラーの表面に数ｎｍの酸化物層が存在する場合、光化学反応に好ましくない程度に光反射率を低下させることが確認できた。
本願発明者らは、室温（例えば、２０℃）〜２００℃の温度におけるアニーリングを、水素と不活性ガスとの混合ガス（以下、「水素含有ガス」という）の雰囲気で行なうことで、上記酸化物層を除去可能なことを見出した。
【００１８】
上記水素含有ガス雰囲気においてアニーリングを行う場合、酸化物層を除去する際、高温（例えば、４００℃）に加熱することを必要としないので、一般的な機器の耐熱温度である２００℃以下の温度で酸化物層の除去を行うことができる。
【００１９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明によれば、光透過性反応用容器を囲むように配置され、かつ光化学反応に用いるレーザ光を反射する金属ミラーの表面の改質方法であって、前記金属ミラーの表面に、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、前記金属ミラーの表面をアニーリングするアニーリング工程を有することを特徴とする金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２０】
また、請求項２に係る発明によれば、前記アニーリング工程では、前記金属ミラーの表面を露出する空間内に、水素と不活性ガスとの混合ガスを導入し、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第１ステップと、前記第１のステップ後、前記空間から前記混合ガスを排出して、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第２ステップと、を有することを特徴とする請求項１記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２１】
また、請求項３に係る発明によれば、前記混合ガスが導入される前記空間の圧力は、大気圧以下であることを特徴とする請求項２記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２２】
また、請求項４に係る発明によれば、前記不活性ガスとして、ヘリウム、アルゴン、ネオン、代替フロン、窒素のうち、少なくともいずれか１つよりなることを特徴とする請求項２または３記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２３】
また、請求項５に係る発明によれば、前記混合ガスの温度が、室温〜２００℃以下であることを特徴とする請求項２ないし４のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２４】
また、請求項６に係る発明によれば、前記炭酸ガスレーザ及び前記チタンサファイヤレーザは、前記レーザ光を照射するレーザ光導波部材を用いて照射することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２５】
また、請求項７に係る発明によれば、前記レーザ光導波部材として、光ファイバを用いることを特徴とする請求項６記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２６】
また、請求項８に係る発明によれば、前記光透過性反応用容器の材料として、石英ガラスまたはアクリル樹脂を用いることを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２７】
また、請求項９に係る発明によれば、前記石英ガラスとして、純度が９９％以上で、かつ光透過損失０．１ｄＢ／ｍ以下の高純度石英ガラスを用いることを特徴とする請求項８記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２８】
また、請求項１０に係る発明によれば、前記金属ミラーを構成する金属として、金、銀、銅、アルミニウムのうちのいずれか１つを用いることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００２９】
また、請求項１１に係る発明によれば、前記金属の純度が、９９．９９９９以上であることを特徴とする請求項１０記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【００３０】
また、請求項１２に係る発明によれば、前記金属ミラーとして、金属膜を用いることを特徴とする請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法が提供される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の金属ミラーの表面の改質方法によれば、金属ミラーの表面に、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、金属ミラーの表面をアニーリングすることで、金属ミラーの表面に存在する原子に発生するマイグレーションにより、金属ミラーの表面を構成する金属の結晶性が高められる。
これにより、金属ミラーの表面におけるレーザ光の光反射率を向上可能となるので、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。
【００３４】
始めに、図１を参照して、第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置１０について説明する。
図１を参照するに、光化学反応装置１０は、クライオスタット１１と、蓋体１３と、環状部材１５と、金属容器１６と、フランジ１７と、金属ミラー１９と、光透過性反応用容器２１と、第１の真空断熱空間２３と、ヒータ線２４と、レーザ光導波部材２５と、再液化装置２６と、管路２７と、を有する。
【００３５】
クライオスタット１１は、第１の容器３１と、第２の容器３２と、第２の真空断熱空間３３と、を有する。第１の容器３１は、極低温液体１２を収容する容器である。
第２の容器３２は、第１の容器３１に対して離間した状態で、第１の容器３１の外壁を囲むように配置されている。第２の容器３２は、第１の容器３１を収容している。第２の容器３２は、第１の容器３１と一体に構成されている。
【００３６】
第２の真空断熱空間３３は、第１の容器３１と第２の容器３２との間に設けられた気密された空間である。第２の真空断熱空間３３は、真空とされている。
このように、第１の容器３１と第２の容器３２との間に、真空とされた第２の真空断熱空間３３を設けることにより、第１の容器３１に収容された極低温液体１２の温度が上昇すること抑制できる。
上記構成とされたクライオスタット１１は、極低温液体１２により、金属ミラー１９の温度を極低温（１００Ｋ以下）に冷却保持する。
【００３７】
冷却された金属ミラー１９の温度は、目的に応じて、１００Ｋ以下の範囲内で適宜選択することができる。また、極低温液体１２としては、例えば、液体ヘリウム（温度４．２Ｋ）を用いることができる。
【００３８】
蓋体１３は、クライオスタット１１の上端に設けられている。これにより、第１の容器３１内の空間３１Ａ（極低温液体１２、及び金属容器１６が収容される空間）は、気密されている。蓋体１３は、環状部材１５を貫通させるための貫通部１３Ａを有する。
【００３９】
環状部材１５は、蓋体１３を貫通するように、貫通部１３Ａに固定されている。環状部材１５の上端は、光透過性反応用容器２１を構成する後述する管状部３５を貫通させるための貫通部１５Ａを有する。環状部材１５の下端は、開放端とされている。環状部材１５の材料としては、例えば、ステンレスを用いることができる。
【００４０】
金属容器１６は、その一部が極低温液体１２に浸漬するように、第１の容器３１内（空間３１Ａ）に収容されている。金属容器１６の上端は、環状部材１５の下端に対して、フランジ１７により固定されている。フランジ１７による固定方法としては、溶接フランジ、またはねじ込みフランジを用いることができる。フランジ１７は、金属容器１６と環状部材１５との接合部に設けられている。
金属容器１６は、光透過性反応用容器２１との間に隙間を介在させた状態で、光透過性反応用容器２１を収容している。
【００４１】
金属容器１６は、金属ミラー１９を構成する金属と同じ種類で、かつ金属ミラー１９を構成する金属よりも純度の低い金属により構成されている。金属容器１６の材料となる金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウムのうち、いずれか１つの金属を用いることができる。金属容器１６の材料となる金属として、金、銀、銅、アルミニウム等を用いた場合、該金属の純度は、９９．９９９９％以上の範囲内とすることができる。
【００４２】
金属ミラー１９は、金属容器１６の内面１６ａを覆うように設けられている。金属ミラー１９は、光透過性反応用容器２１の外側に、光透過性反応用容器２１を囲むように配置されている。金属ミラー１９は、レーザ光導波部材２５から照射されたレーザ光を反射することで、反射したレーザ光を光透過性反応用容器２１内に封入されたプロセスガスに照射する。
【００４３】
金属ミラー１９の材料となる金属としては、高純度の金、銀、銅、及びアルミニウム等を用いることができる。
金属ミラー１９を構成する金属として、金、銀、銅、アルミニウム等を用いる場合、金属ミラー１９を構成する金属の純度は、例えば、９９．９９９９以上とすることができる。
【００４４】
金属ミラー１９としては、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ)）法、めっき法、コーティング法、及び蒸着法等の方法により形成された金属膜（具体的には、金膜、銀膜、銅膜、アルミニウム膜等）を用いることができる。
【００４５】
金属ミラー１９として金属膜を非金属表面にコーティングする場合、該金属膜の厚さは、例えば、０．０２〜１０μｍとすることができる。また、金属ミラー１９として金属膜を金属表面にコーティングする場合、該金属膜の厚さは、例えば、２０ｎｍ〜１ｍｍ（或いは１ｍｍ以上）とすることができる。
【００４６】
光透過性反応用容器２１は、管状部３５と、反応室３６と、を有する。管状部３５は、貫通部１５Ａに固定されており、金属容器１６の内部に延在している。管状部３５の内径は、反応室３６の内径よりも狭くなるように構成されている。管状部３５は、一方の端部は、プロセスガスを供給するプロセスガス供給装置（図示せず）と接続されており、他方の端部が反応室３６と接続されている。
【００４７】
反応室３６は、金属ミラー１９に対して隙間を介在させた状態で、金属容器１６内に収容されている。反応室３６は、管状部３５と一体に構成されている。反応室３６では、管状部３５を介してプロセスガスが供給された際、レーザ光によりプロセスガスを光化学反応させる。光透過性反応用容器２１の材料としては、純度９９％以上、かつ光透過損失０．１ｄＢ／ｍ以下の高純度の石英ガラス、或いは、アクリル樹脂を用いるとよい。
【００４８】
第１の真空断熱空間２３は、光透過性反応用容器２１と金属ミラー１９との間に設けられている。第１の真空断熱空間２３は、真空とされた空間である。
このように、光透過性反応用容器２１と金属ミラー１９との間に、第１の真空断熱空間２３を設けることで、極低温液体１２により光透過性反応用容器２１が冷却されにくくすることが可能となる。これにより、光透過性反応用容器２１内に供給されたプロセスガスが固化することを抑制できる。
【００４９】
ヒータ線２４は、反応室３６の外壁３６ａに巻きつけられている。このように、反応室３６の外壁３６ａにヒータ線２４を巻きつけることで、反応室３６を加熱可能となるので、反応室３６内の温度を光化学反応に適した温度に調整できる。
【００５０】
レーザ光導波部材２５は、管状部３５、及び反応室３６の上部に配置されている。レーザ光導波部材２５は、プロセスガスを光化学反応させるためのレーザ光を照射すると共に、金属ミラー１９の表面１９ａの改質を行なう際に使用する炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射する。レーザ光導波部材２５は、その先端２５Ａに、レーザ光と、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザと、を照射するレーザ照射面２５ａを有する。
【００５１】
本発明におけるレーザ光導波部材２５とは、レンズ・ミラー等により構成された光学システム機器であって、レーザ光と、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザと、を光透過性反応用容器２１に導入するための部材である。レーザ光導波部材２５としては、光ファイバが好適である。
【００５２】
光ファイバは、低損失な材料であるため、プロセスガスを光化学反応させるためのレーザ光のみでなく、１ｋＷ以上の高出力とされた炭酸ガスレーザ光及びチタンサファイヤレーザ光を照射することができる。
【００５３】
なお、レーザ光、炭酸ガスレーザ、及びチタンサファイヤレーザは、レーザ照射面２５ａから広がった状態で照射してもよいし、レーザ光導波部材２５の先端２５Ａにレンズ（図示せず）を配置することで平行光として照射してもよい。
【００５４】
再液化装置２６は、クライオスタット１１の外部に設けられている。再液化装置２６は、クライオスタット１１の側壁を貫通し、かつ第１の容器３１内の空間３１Ａと接続された管路２７と接続されている。再液化装置２６は、蒸発した極低温液体１２をパルスチューブ式冷凍機あるいはギフォード・マクマホン式冷凍機などで冷却して再液化して極低温液体１２へ戻す装置である。
【００５５】
このように、第１の容器３１内に収容された極低温液体１２を再液化させる再液化装置２６を設けることにより、連続して極低温液体１２を冷却することが可能となるので、金属ミラー１９の温度を安定して極低温に保つことができる。
【００５６】
ここで、上記構成とされた光化学反応装置１０を用いた第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法について説明する。
第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法では、レーザ光導波部材２５として光ファイバを使用し、該光ファイバにより、１ｋＷ以上の高出力レーザ光とされた炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを高純度の金属よりなる金属ミラー１９の表面１９ａに照射することで、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングする。
【００５７】
本発明におけるアニーリング(ａｎｎｅａｌｉｎｇ)、或いはアニール(ａｎｎｅａｌ)とは、焼きなますことである。
上記アニーリングすることにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する原子のマイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が発生するため、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する金属の結晶性が高められる。
【００５８】
これにより、金属ミラー１９の表面１９ａにおけるレーザ光の光反射率を向上させることが可能となるので、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
上記アニーリング時間は、例えば、３０分〜数時間程度の範囲内で適宜選択することができる。
【００５９】
また、金属ミラー１９の表面１９ａを改質する際に使用する炭酸ガスレーザ光またはチタンサファイヤレーザ光の出力は、レーザ耐力よりも少しだけ小さい値とすることが好ましい。
一般的に、金属の結晶性を高めるアニーリング温度は、融点より少し低い温度（数１０℃低め）が好ましい。本発明では、炭酸ガスレーザ光等でこの効果を得ようとしており、レーザ耐力の出力で溶融するので、レーザ耐力の９割程度の出力が好ましい。しかし、溶融しないように余裕を考えると、レーザ耐力の８割程度がより好ましい。
また、上記金属ミラー１９のアニーリングは、金属ミラー１９を加温する必要はなく、室温（例えば、２０℃）で行なうことができる。例えば、Ｃｒ膜を極薄くアンダーコートした金ミラー１９のレーザ耐力は、１．２ｋＷ／ｃｍ２程度である。
【００６０】
第１の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法によれば、光透過性反応用容器２１を囲むように配置され、レーザ光を反射する金属ミラー１９の表面１９ａに、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングすることにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する原子にマイグレーションが発生して結晶性が高められる。
これにより、金属ミラー１９の表面におけるレーザ光の光反射率を向上可能となるので、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
【００６１】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る金属ミラーの表面の改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置の概略構成を示す断面図である。図２に示す光化学反応装置４０において、図１に示す光化学反応装置１０と同一構成部分には、同一符号を付す。
【００６２】
始めに、図２を参照して、第２の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法を行なう際に使用する光化学反応装置４０について説明する。
図２を参照するに、光化学反応装置４０は、図１に示す光化学反応装置１０の構成に、さらに混合ガス供給及び排出管４１を設けた以外は、光化学反応装置１０と同様に構成される。
【００６３】
混合ガス供給及び排出管４１は、環状部材１５の上端を貫通するように設けられている。これにより、混合ガス供給及び排出管４１の下端は、第１の真空断熱空間２３に露出されている。混合ガス供給及び排出管４１は、水素と不活性ガスとの混合ガス（水素含有ガス）を第１の真空断熱空間２３内に供給するための供給管である。
【００６４】
上記混合ガスを構成する不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、アルゴン、ネオン、代替フロン、窒素のうち少なくとも一種の不活性ガスを用いることができる。上記混合ガスは、室温（２０℃）〜２００℃以下の温度にして第１の真空断熱空間２３内に供給する。このとき、第１の真空断熱空間２３内の圧力は、大気圧以下とする。
【００６５】
また、混合ガス供給及び排出管４１は、図示していない真空ポンプと接続されており、第１の真空断熱空間２３内に存在する混合ガスを排出する。
【００６６】
ここで、上記構成とされた光化学反応装置４０を用いた第２の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法について説明する。
第２の実施の形態に係る金属ミラー１９の表面１９ａの改質方法では、始めに、金属ミラー１９の表面１９ａを露出する第１の真空断熱空間２３内に、水素と不活性ガスとの混合ガス（温度が室温（２０℃）〜２００℃以下とされたガス）を導入し、金属ミラー１９の表面１９ａに、１ｋＷ以上の高出力とされた炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射する（第１ステップ）。
【００６７】
これにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在し、かつ金属ミラー１９の表面１９ａの光反射率を低下させる酸化物層（図示せず）を除去することが可能となる。これにより、金属ミラー１９の表面１９ａの光反射率を向上させることができる。
【００６８】
次いで、第１の真空断熱空間２３から上記混合ガスを排出しながら、金属ミラー１９の表面１９ａに、１ｋＷ以上の高出力とされた炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射することで、金属ミラー１９の表面１９ａをアニーリングする（第２ステップ）。
【００６９】
これにより、金属ミラー１９の表面１９ａに存在する原子にマイグレーションが発生して結晶性が高められるため、金属ミラー１９の表面におけるレーザ光の光反射率を向上させることが可能となり、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
上記アニーリング時における炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザの照射時間は、例えば、３０分〜数時間の範囲内で適宜選択することができる。
【００７０】
第２の実施の形態の金属ミラーの表面の改質方法によれば、金属ミラー１９の表面１９ａに存在し、かつ金属ミラー１９の表面１９の光反射率を低下させる酸化物層（図示せず）を除去し、その後、該酸化物層が除去された金属ミラー１９の表面１９ａの結晶性を高めることで、金属ミラー１９の表面１９ａの光反射率をさらに向上できる。これにより、光化学反応におけるレーザ光の利用効率を高めることができる。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、プロセスガスに照射するレーザ光を反射する金属ミラーを備えた光化学反応装置、及び該光化学反応装置を用いた金属ミラーの表面の改質方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０，４０…光化学反応装置、１１…クライオスタット、１２…極低温液体、１３…蓋体、１３Ａ，１５Ａ…貫通部、１５…環状部材、１６…金属容器、１６ａ…内面、１７…フランジ、１９…金属ミラー、１９ａ…表面、２１…光透過性反応用容器、２３…第１の真空断熱空間、２４…ヒータ線、２５…レーザ光導波部材、２５ａ…レーザ照射面、２５Ａ…先端、２６…再液化装置、２７…管路、３１…第１の容器、３１Ａ…空間、３２…第２の容器、３３…第２の真空断熱空間、３５…管状部、３６…反応室、３６ａ…外壁、４１…混合ガス供給及び排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性反応用容器を囲むように配置され、かつ光化学反応に用いるレーザ光を反射する金属ミラーの表面の改質方法であって、
前記金属ミラーの表面に、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、前記金属ミラーの表面をアニーリングするアニーリング工程を有することを特徴とする金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項２】
前記アニーリング工程では、前記金属ミラーの表面を露出する空間内に、水素と不活性ガスとの混合ガスを導入し、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第１ステップと、
前記第１のステップ後、前記空間から前記混合ガスを排出して、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第２ステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項３】
前記混合ガスが導入される前記空間の圧力は、大気圧以下であることを特徴とする請求項２記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項４】
前記不活性ガスとして、ヘリウム、アルゴン、ネオン、代替フロン、窒素のうち、少なくともいずれか１つよりなることを特徴とする請求項２または３記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項５】
前記混合ガスの温度が、室温〜２００℃以下であることを特徴とする請求項２ないし４のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項６】
前記炭酸ガスレーザ及び前記チタンサファイヤレーザは、前記レーザ光を照射するレーザ光導波部材を用いて照射することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項７】
前記レーザ光導波部材として、光ファイバを用いることを特徴とする請求項６記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項８】
前記光透過性反応用容器の材料として、石英ガラスまたはアクリル樹脂を用いることを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項９】
前記石英ガラスとして、純度が９９％以上で、かつ光透過損失０．１ｄＢ／ｍ以下の高純度石英ガラスを用いることを特徴とする請求項８記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項１０】
前記金属ミラーを構成する金属として、金、銀、銅、アルミニウムのうちのいずれか１つを用いることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項１１】
前記金属の純度が、９９．９９９９以上であることを特徴とする請求項１０記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項１２】
前記金属ミラーとして、金属膜を用いることを特徴とする請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項１】
光透過性反応用容器を囲むように配置され、かつ光化学反応に用いるレーザ光を反射する金属ミラーの表面の改質方法であって、
前記金属ミラーの表面に、炭酸ガスレーザまたはチタンサファイヤレーザを照射して、前記金属ミラーの表面をアニーリングするアニーリング工程を有することを特徴とする金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項２】
前記アニーリング工程では、前記金属ミラーの表面を露出する空間内に、水素と不活性ガスとの混合ガスを導入し、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第１ステップと、
前記第１のステップ後、前記空間から前記混合ガスを排出して、前記金属ミラーの表面に前記炭酸ガスレーザまたは前記チタンサファイヤレーザを照射する第２ステップと、
を有することを特徴とする請求項１記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項３】
前記混合ガスが導入される前記空間の圧力は、大気圧以下であることを特徴とする請求項２記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項４】
前記不活性ガスとして、ヘリウム、アルゴン、ネオン、代替フロン、窒素のうち、少なくともいずれか１つよりなることを特徴とする請求項２または３記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項５】
前記混合ガスの温度が、室温〜２００℃以下であることを特徴とする請求項２ないし４のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項６】
前記炭酸ガスレーザ及び前記チタンサファイヤレーザは、前記レーザ光を照射するレーザ光導波部材を用いて照射することを特徴とする請求項１ないし５のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項７】
前記レーザ光導波部材として、光ファイバを用いることを特徴とする請求項６記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項８】
前記光透過性反応用容器の材料として、石英ガラスまたはアクリル樹脂を用いることを特徴とする請求項１ないし７のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項９】
前記石英ガラスとして、純度が９９％以上で、かつ光透過損失０．１ｄＢ／ｍ以下の高純度石英ガラスを用いることを特徴とする請求項８記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項１０】
前記金属ミラーを構成する金属として、金、銀、銅、アルミニウムのうちのいずれか１つを用いることを特徴とする請求項１ないし９のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項１１】
前記金属の純度が、９９．９９９９以上であることを特徴とする請求項１０記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【請求項１２】
前記金属ミラーとして、金属膜を用いることを特徴とする請求項１ないし１１のうち、いずれか１項記載の金属ミラーの表面の改質方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２２６１６５（Ｐ２０１２−２２６１６５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４３９０（Ｐ２０１１−９４３９０）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００２３１２３５）大陽日酸株式会社 (642)
【Ｆターム（参考）】
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