レーザー植物工場用高出力半導体レーザーアレイ光源に関する研究

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1. 研究の背景現在までの植物工場では、人工光源として高圧ナトリウムランプ等高輝度放電ランプを用いたものが実用化されてきた。最近半導体発光デバイスとして、発光ダイオード(LED)を用いたLED植物工場が稼働している。そこで、LEDよりも高出力で高効率光励起の観点から、民生用半導体レーザー(LD)を多数個バー状に一次元に配列した。さらに必要な照射面積に対応するため、並列接続して二次元化を図った半導体レーザー二次元アレイ光源を設計製作して実験的研究を行う必要があった。2. 研究目的(1) 近紫外光から、遠赤色光に至る半導体発光素子による単色光光源を試作し、植物栽培に使用する。(2) 単色光照射により、どのような波長構成で、照射強度があれば良好な成長をなすのか、定量的に把握する必要がある。(3) LD励起固体レーザー用二次元LDアレイ光源のような構造をもち、一次元アレイの二波長スタック構造をもつ植物栽培用二次元アレイ光源の新たな提案を行う。3. 研究方法`(1) 一次元バー構造をもち、コネクタ接続により二次元化への拡張性ある半導体発光デバイスの設計製作を行った。(2) 植物栽培実験を通して、この二次元アレイ光源の有用性と問題点を抽出した。(3) プレゼンテーション教材案を作成した。4. 研究成果(1) 定格動作させながら、冷却方法や温湿度対策などが、素子の安定動作に欠かせない。また実用に際して出力低下により光源ユニットの容易な交換性も必要である。照射波長により生育状況が異なるため、光源構成の任意性も重要であることがわかった。(2) 単一一次元バーアレイのスタック構造をもつ多波長の二次元アレイ光源の提案を行った。(3) 工業科、理科および農業科用教材の一つとしてプレゼンテーション教材とホームページ制作ができた。