光学冷却器は、全固体で振動のない能動的低温冷却技術として、宇宙探査や量子精密測定などの分野で重要な応用展望を有しています。並列構造の光学冷却器は、冷却能力をさらに向上させ、より大きな熱負荷の要求に応えられますが、それに伴う蛍光の追加熱負荷の管理も重要な課題となっています。本論文は並列構造光学冷却器に焦点を当て、重要な熱伝達部品である熱リンクの設計を行いました。材料選定においては、熱伝導率と熱膨張の適合性に基づき、MgF₂を熱リンク材料として決定しました。構造設計では、幾何学的光路制御と表面散乱の協調作用により蛍光を管理することを目的とし、これに基づいて6種類の熱リンク構成を提案しました。これに基づき、蛍光逃逸係数と冷却端に到達する蛍光パワーを定量指標として光学シミュレーションを実施し、異なる構造および表面状態の影響を体系的に評価しました。結果は、表面粗さを高めることで全ての構造の蛍光逃逸能力が一般的に向上し、追加熱負荷が削減されることを示しました。その中でも、高い粗さで最も優れた幾何学的構成は蛍光逃逸係数が最低0.013に達し、幾何学的設計と表面散乱戦略の協調効果の有効性を実証しました。本研究は並列構造光学冷却器の熱リンク設計に対して体系的なシミュレーション方法と明確な最適化根拠を提供し、蛍光熱負荷の抑制およびシステムの正味冷却能力向上に重要な理論的および工学的意義を持ちます。

固体材料レーザー冷却;光学冷却器;熱リンク;二重結晶冷却;光学シミュレーション