JPH01228183A - 金属蒸気レーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、改良された炉心管を具備する金属蒸気レーザ
発振装置に関する。

（従来の技術） レーザ発振装置は、素材切削加工、光通信、医療、化学
産業など広い分野で使用されている。特に化学産業分野
では、同位元素を分離し濃縮するためにたとえば金属の
同位体を選択的に励起するレーザの発光源として採用さ
れている。

第２図は、金属の同位体を分離濃縮する装置に組み込ま
れている従来の金属蒸気レーザ発振装置１の構造を示す
縦断面図であり、レーザの動作物質として銅の蒸気を使
用したものである。この銅蒸気レーザ発振装置１は、中
心軸方向に対向して配設した電極２，３間に形成される
放電領域Ａを囲むように炉心管４が配設され、炉心管４
の外側には断熱材として多層金属フォイル５が巻回され
て輻射断熱構造を有している。なお炉心管４の外周に例
えばアルミナ、セラミックファイバ等の断熱材によって
断熱層を形成し、さらに真空断熱層を形成して、二重断
熱構造とすることもある。

炉心管４内部の放電領域Ａにはガス供給系６からヘリウ
ム（Ｈｅ）　、ネオン（Ｎｅ）等の放電用緩衝ガスが供
給される。

軸方向に対向して配置された電極２，３の間に、パルス
高電圧電源７からのパルス高電圧が印加されると、電極
２，３の間で放電が起り、放電領域Ａに放電プラズマが
発生する。ここでパルス高電圧は、一般に電圧が数ＫＶ
〜１０数ＫＶ、繰返し周波数は数ＫＨｚ〜１０数ＫＨｚ
に設定される。

炉心管４内には、金属蒸気源として複数の金属銅粒子８
が予め配置され、この金属銅粒子８が放電プラズマと接
触して、１５００℃程度の高温状態に加熱されて蒸発す
ることにより、レーザの動作物質となる金属蒸気が発生
する。金属蒸気は、放電プラズマ中の自由電子により一
時的に励起され、励起準位から基底準位に戻る際に、エ
ネルギー準位の変化に対応して金属特有の波長を有する
レーザ光が発振される。レーザ光は、外筒９の両端部に
配設されたブリュースタ窓１０を通り、ブリュースタ窓
１０の外方に配置された出力ミラー１１と全反射ミラー
１２とで構成される共振器を往復する間に増幅され、出
力ミラー１１側より単一波長を有するコヒーレントなレ
ーザ光となって出力される。

金属蒸気レーザ発振装置１の運転時においては、炉心管
４を高温度に維持し一定のレーザ出力を確保するために
、炉心管４の外周には、前述したとおり輻射熱を遮断す
る多層金属フォイル５を巻回する一方、真空断熱室１３
を形成し、もしこの部分が気体で囲まれていた場合に発
生する気体の対流、および伝導による熱損失の防止を図
っている。

真空断熱室１３、放電領域Ａを形成する空間部には、そ
れぞれロータリポンプ１４ａ、　１４ｂが接続され、一
般に真空断熱室１３内の真空度は放電領域Ａを形成する
空間部の真空度より高く設定される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の金属蒸気レーザ発振装置１におい
ては、炉心管４は放電領域Ａに発生した放電プラズマに
より１５００℃程度の高温状態に保たれることから熱膨
張により、炉心管４は中央部が含らんだたる型形状に変
形する。この炉心管４の変形により炉心管４の内部の温
度分布がかわり、レーザ光の出力が不安定になることが
あった。

本発明は、上記した問題点を解決するためになされたも
ので、炉心管の変形による影響を低減し、長期間に亘っ
て安定した性能を発揮する金属蒸気レーザ発振装置を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明においては、金属蒸気源が付設された内腔が、放
電加熱されてイオンレーザの発光源となる炉心管を有す
る金属蒸気レーザ発振装置の炉心管を、両端部より漸次
減径されて軸線方向中心部に至る円筒状に形成したこと
を特徴とする。

（作　用） 装置が起動すると、炉心管は内腔に発生した放電プラズ
マにより高温に保たれ、熱膨張して変形を起こす、ここ
で炉心管の軸線方向の温度分布は両端に比べて中心部の
方が高くなり、従って中心部の膨張による拡径量も大き
くなるが、中心部は常温時に予め両端部より少径に形成
されているので、高温時における炉心管の形状はほぼ真
円筒となり、安定したレーザ出力が得られる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について第１図を参照して説明す
る。第１図は本発明に係る金属蒸気レーザ発振装置の一
実施例を示す断面図である。なお、第２図に示す従来の
装置と同一部品、同一要素には同一符号を付している。

第１図において金属蒸気レーザ発振装置１は、本体軸方
向に対向して、電極２，３を配設し、これらにパルス高
電圧電源７が接続されている。しかして電極２，３間に
形成される放電領域Ａを囲むように、例えばセラミック
などの断熱材料で形成した炉心管４が設けられている。

炉心管４の内底部には、金属蒸気源となる複数の金属銅
粒子８が配置されている。

ここで炉心管４は大略円筒状に形成されているが、正確
には両端部の直径に比べ、中心部の直径が最も小さくな
るように、あたかも鼓型の形状をなすように形成されて
いる。

炉心管４の最外部には外筒９が取り付けられ、外筒９と
炉心管４との間に真空断熱室１３が形成される。真空断
熱室１３はロータリポンプ１４ａに接続され、その吸引
作用により所定の真空度に保持されるようになっている
。また真空断熱室１３内の炉心管４の外周部には、例え
ば多層金属フォイル５などの熱遮蔽体が収容されている
。

炉心管４の両端部には、外リング１７が装着され、外リ
ング１７と外筒９の内周縁とがベローズ１８によって接
続されている。このベローズ１８によって、炉心管４の
熱による軸方向の伸縮が吸収される。

また炉心管４の外リング１７はシール材１９を介して炉
心管４に装着され、真空断熱室１３は気密にシールされ
る。

一方放電領域Ａに連通する外筒９の内部空間には、　ガ
ス供給系６およびロータリポンプ１４ｂが接続されてい
る。ガス供給系６は、放電領域Ａ内にヘリウム、ネオン
等の放電用緩衝ガスを供給する。

っている。

外筒９の両端には電極２，３と対向してそれぞれブリュ
ースタ窓１０．１０が設けられ、このブリュースタ窓１
０．１０の外側にそれぞれ出力ミラー１１と全反射ミラ
ー１２とが配置され、両者で光共振器を構成している。

なお、冷水管２０を巻回した外筒９は真空断熱室１３の
隔壁を構成するとともに、放電電流の帰還路を兼ねる。

また、外筒９に介装された絶縁管２１は電極２，３間の
放電状態を良好に維持するための絶縁機能を有する。

次にこれの作用を説明する。

ますロータリポンプ１４ａ、　１４ｂを作動させて、放
電領域Ａおよび真空断熱室１３内を排気し所定の真空度
に設定する０次にガス供給系６からヘリウム等の緩衝用
ガスを供給する。この状態でパルス高電圧電源７からパ
ルス状の高電圧を印加すると、放電領域Ａに放電プラズ
マを生じ、その熱によって炉心管４が加熱され、約１５
００℃に加熱された段階で金属銅粒子８が蒸発し、レー
ザの動作物質となる金属蒸気が生成される。

金属蒸気は放電プラズマの自由電子により励起され、所
定波長のレーザ光を発振する。レーザ光は、ブリュース
タ窓１０を通過し、出力ミラー１１と全反射ミラー１２
とを往復する間に増幅されて出力ミラー１１を透過し、
コヒーレントなレーザ光として出力される。

二重で加熱後の炉心管４の状態を詳しくみると、その温
度上昇は炉心管４の軸線方向中心部が最も高く、両端部
に近付くほど低くなっている。これにともなって熱膨張
による管径の→拡大も中心部が最も大きくなるが、炉心
管４は常温で中心部の直径が両端部より小さくなるよう
に作製されているので、使用温度（約１５００℃）にお
ける中心部直径が両端部とほぼ等しくなるように、常温
における中心部の直径を定めておけば、装置作動時には
炉心管４はほぼ真円筒状に保たれ、炉心管４の不整形状
に基づくレーザ光出力の不安定状態の発生を防止するこ
とができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、使用状態における炉心管内部の温度分
布が変わりレーザ光出力が不安定になることが回避され
、長期間安定した連続運転が可能な金属蒸気レーザ発振
装置を提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は従来
の金属蒸気レーザ発振装置を示す断面図である。 ４・・・炉心管　　　　　８・・・金属銅粒子代理人　
弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　　健

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属蒸気源が付設された内腔が放電加熱されてイオ
   ンレーザの発光源となる炉心管を有する金属蒸気レーザ
   発振装置において、前記炉心管は両端部より漸次減径さ
   れて軸線方向中心部に至る円筒状に形成されてなること
   を特徴とする金属蒸気レーザ発振装置。