JPH0131317B2 - - Google Patents

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JPH0131317B2
JPH0131317B2 JP58131245A JP13124583A JPH0131317B2 JP H0131317 B2 JPH0131317 B2 JP H0131317B2 JP 58131245 A JP58131245 A JP 58131245A JP 13124583 A JP13124583 A JP 13124583A JP H0131317 B2 JPH0131317 B2 JP H0131317B2
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JP
Japan
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laser
sealed tube
carbon dioxide
perovskite oxide
dioxide laser
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JP58131245A
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JPS6022386A (ja
Inventor
Koji Matsuo
Kuniaki Fukaya
Nobuaki Iehisa
Norio Karube
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/038Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高出力、長寿命化を可能とした炭酸ガ
スレーザ封止管に関する。
従来例の構成とその問題点 炭酸ガスレーザ(以下CO2レーザと記す)は出
力ならびにエネルギー効率に秀れた特性を有する
波長10.6μの遠赤外レーザであつて加工、医療、
計測、通信、情報処理などに広い応用が期待され
ている。しかしながらレーザガスの中で中心的な
役割を演ずるCO2分子は結合エネルギーが3.75eV
と低いので電子の持つ平均エネルギーが3.5eVで
あるCO2レーザガスプラズマの中では容易に電子
衝突によつて解離してしまう。
解離生成物CO、O、O2の密度が増大すると逆
反応である再結合が起るのでやがて系は平衡状態
に達する。この関係を化学方程式 CO2CO+1/2O2 (1) で書くことができ、平衡に達する迄の時定数は通
常のCO2レーザプラズマのパラメータでは約1秒
である。平衡状態に於けるCO2濃度は初期値の約
30〜40%程度であつて一度この平衡状態に到達す
るとその後は短期には不変であり長期には徐々に
平衡点の移動がある。この長期現象としては次に
挙げる2種の現象がある。
第1は電極その他の固体と酸素、特に発生期酸
素の化学反応であり、この時O2が漸次減少する
ので(1)式の平衡点は右辺方向に移動して出力が漸
減する。第2はO2、CO2、COなどの分子性ガス
のスパツタ膜による吸着である。第1の現象を回
避するために電極に白金や金などの貴金属を用い
る時このスパツタ膜の成長が著るしく促進され
て、云わばゲツタ作用を封止管内に導入したこと
になり、平衡点が(1)式で右辺方向に移動したり或
いは直接CO2分子の吸着により、何れにしても
CO2分子濃度が漸減することになり出力も低下す
る。これら2種の現象のため長寿命、高出力の封
止管CO2レーザの作製は困難であつてCO2レーザ
は通常のガスフローの状態で使用されている。そ
の時はボンベやガス排気用ポンプが必要であつて
装置全体が大型、高価格になつたり、ガスボンベ
の購入、交換などのメンテナンス及び維持費の負
担が生じたり、或いは排出ガスに含まれるCOの
毒性などの種々の問題を有しCO2レーザ普及の阻
害因となつている。このため電極を特別な合金製
にして化学反応やスパツタリングを防止したり、
或いは酸化物製にするなど種々の試みがあるが未
だ十分なる出力および動作寿命を有する封止管
CO2レーザの開発は未発達技術分野に属するもの
と云わなければならない。
本発明者たちはこれらの困難を回避する方法と
してLaSrCoO3やLaSrMnO3などのペロブスカイ
ト構造酸化物を電極とする封止管CO2レーザ技術
の開発を行ない、種々の発明を行つた。これらの
発明によればペロブスカイト電極は、(i)酸化現象
の発生によるレーザガス中O2やCO2の消耗がない
こと、(ii)スパツタ生成膜によるガス吸着により
CO2の消耗が少いこと、(iii)ペロブスカイト酸化物
の触媒作用により(1)式に示したCO2分子解離の逆
反応である再結合が促進されないこと等の現象の
エンジニアリング的な応用によつて封止管CO2
ーザの出力増大ならびに寿命延長を実現させるこ
とができる。
発明の目的 本発明は以上のような本発明者らの先行出願を
更に発展改良させたもので、特に酸化物からの
O2放出がレーザ出力特性に有利に作用すること
をその後の実験によつて確かめ、この点に着目し
て同特性が最有利に作用するべく電極を製作しレ
ーザ管内に設置することによつてレーザ出力と動
作寿命を大幅に改善することを目的としている。
発明の構成 本発明はレーザ励起のための放電用電極材料を
放電による電極自己発熱により適量の酸素ガスを
放出する化学式A1-xA′xBO3で表わされるペロブ
スカイト酸化物で構成したCO2レーザ封止管であ
る。
実施例の説明 以下本発明の実施例について図面とともに詳細
に説明する。
本発明の封止管CO2レーザは陰電極或いは陰電
極、陽電極の双方を構造式A1-xA′xBO3を有する
ペロブスカイト酸化物から構成される。特にこの
酸化物はレーザ励起のための放電を行わせる時適
量の酸素放出を行う様に特徴づけられる。
第1図a〜cに3種の実施例を示す。同図aは
冷却水用ジヤケツト6を付したレーザ管1から成
る封止管を示す。封止管の両端にはレーザ共振器
を構成する反射鏡2及び2′がよく光学調整され
た状態で接着されている。これは同図の様に固定
されているのでなくてベローズを介して可撓的に
設置されていてもよい。又反射鏡2,2′の代り
にブリユースター窓などの透明窓がとりつけられ
ていて外部鏡共振器と組合わせて用いることもで
きる。レーザ管には側枝3及び3′が付けられて
いるが、これらは電極用側枝であつて各々の内部
には陰極4ならびに陽極4′が設けられている。
陰極4は詳細を後述するペロブスカイト酸化物か
ら成り、放電中に適量の酸素放出を行う特性を有
している。一方陽極4′は白金ロツドなどから構
成される。レーザ管1の冷却水は出入口5及び
5′から導入排出される。レーザ管は排気後レー
ザガスを封入し封じ切られる。レーザガスの組成
としては一例としてCO22.4Torr、N26Torr、
He13.8Torr、Xe0.3Torrの全圧22.5Torrである。
本構成では陰極のみペロブスカイト酸化物で構成
されているので図に示す如く直流励起電源しか用
いることができない。これに対して第1図bに示
す構成では電極4及び41の双方がペロブスカイ
ト酸化物で構成されているので直流励起の他図に
示す如く交流或いは高周波励起を行うこともでき
る。同図の電極4,41以外の各部の名称と機能
はa図に示すものに等しいので説明を省略する。
第1図cに示すものは第3の構成である。この封
止管では3個の電極4,42,43が側枝3,3
1,3′の中に設けられている。このうち電極4
および43がペロブスカイト酸化物製陰極であ
り、中央の電極42は白金製の陽極である。電極
を3個にしたのは放電間隔を短縮して電源電圧を
低下させる効用とペロブスカイト酸化物の量を増
大して酸素放出量を増大せしめ本発明の効果を一
段と向上させるなどの効用がある。同図では中央
電極を陽極、両端の2個の電極を陰極としたがこ
れを逆の極性にしてもよいし、3個の電極全部を
ペロブスカイト酸化物製にしてもよい。これらは
本発明の主旨を実現する数種の実施例をあげたも
のであつて本発明の効果は少なくとも陰極を後述
する特性のペロブスカイト酸化物で構成すること
により広範囲の構成に対して実現しうるものであ
ることは論を待たない。
ペロブスカイト酸化物のうち化学式A1-xA′x
BO3で代表されるものは金属なみの導電性、触媒
性能などを有するが本発明では陰極として用いた
時の酸素放出特性を利用している。ここでAは
La、Nd、Gdなどの希土類元素、A′はSrなどの
アルカリ土類元素、BはMn、Coなどの遷移金属
元素である。この材料は通常の焼結体セラミツク
と同様に出発原料を秤量、混合、予焼、粉砕、プ
レス、焼成等のプロセスを通じて作ることができ
る。発明者らの一連の研究を通してA1-xA′xBO3
なるペロブスカイト酸化物において希土類元素A
のアルカリ土類元素A′による置換量xが0.1≦x
≦0.5の範囲にあり、本焼温度が950℃から1200℃
の範囲内にある時出来上つた酸化物を封止型CO2
レーザ用電極として用いると、イオン衝撃による
陰極自己加熱により陰極温度が200℃〜300℃に加
熱されO2ガスが陰極から放出されレーザガス組
成中にO2の混入が発生しこれが封止管レーザ出
力特性に大きな影響を与えることが分つた。通常
の封止管CO2レーザでは励起用放電の開始される
と約1秒の時定数でCO2の約60〜70%のものは解
離してしまい、レーザ出力用低下がおこることは
前記した。この時COはCO2解離分に化学当量発
生するがO2の発生は化学当量の約10〜60%しか
発生せず発生期の酸素は電極などとの化学反応に
消耗されてしまうことが質量分析測定の結果判明
した。この酸素の減少はその後もつづいて化学反
応式(1)を右辺方向に移動させてやがてレーザ動作
寿命がつきるのである。ところが上記した酸素放
出型陰極を採用した封止型CO2レーザではこれら
の二現象が防止できることを我々は確認した。予
焼温度900℃、プレス圧0.5ton/cm2、本焼温度
1150℃の条件で作製したLa0.7Sr0.3CoO3のペロブ
スカイト電極を設けた封止管CO2レーザにおいて
我々の質量分析測定結果によればCO2の解離率は
10%以下と小さく、また、COの生成量はCO2
解離分の化学当量に等しく一方O2の生成量は化
学当量の約5〜10倍に等しくなつていることがわ
かつた。この様にCO2の解離が防止されるのはO2
の発生が(1)式を左辺方向に移動させることに他な
らない。この種のレーザ封止管ではO2の消耗が
存在しないので方程式(1)を徐々に右辺に移動させ
るというCO2レーザが封止管の通常の寿命機構が
成立しないので非常に長い動作寿命が期待でき、
発明者らは動作寿命約4400Hを達成した。第2図
に本発明による封止管CO2レーザの出力特性を通
常の金属電極封止管のものと比較して示した。図
中aは本発明によるCO2レーザ封止管、bは従来
の金属電極封止管による特性である。レーザ管は
内径10mmφ、有効放電長1000mm、レーザガスは
CO210.7%、N226.7%、He61.3%、Xe1.3%の組
成のものを22.5Ton封入して測定した。レーザ管
の両端はZnSe製ブリユースター窓2枚によつて
封着されており、外部鏡共振器を用いて発振させ
た。図からわかるように、金属電極によるものは
出力が単位長当り20W/m程度で触媒を用いない
通常の封止管と同じレベルであるが、本発明によ
るペロブスカイト酸化物CO2レーザ封止管では、
単位長当りの出力が40〜50W/mとガスフロー
CO2レーザの出力レベルに等しく、前記した様に
CO2の解離がほぼ完全に抑制されていることがわ
かる。
発明の効果 以上のように本発明はレーザ励起のための放電
用電極材料を放電による電極自己発熱により酸素
ガスを放出する化学式A1-xA′xBO3で表わされる
ペロブスカイト酸化物で構成したCO2レーザ封止
管で、放出された酸素ガスによりCO2の解離を防
ぎレーザ動作寿命を著しく長くし、かつ出力を増
大させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図a,b,cは各々本発明によるCO2レー
ザ封止管の実施例を示す断面側面図、第2図は従
来および本発明によるCO2レーザ封止管の出力特
性図である。 1……レーザ封止管、2,2′……反射鏡、3,
3′,31……側枝。4,41,43……ペロブ
スカイト酸化物電極、4′,42……金属電極、
5,5′……冷却水出入口、6……冷却水用ジヤ
ケツト。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 放電用電極とレーザガスを内蔵し、上記放電
    用電極の少なくとも1つが化学式A1-xA′xBO3(こ
    こにAは希土類元素、A′はアルカリ土類元素、
    Bは遷移金属元素)で表わされるペロブスカイト
    酸化物で構成され、前記ペロブスカイト酸化物は
    950℃乃至1200℃の範囲の温度で焼成され放電に
    よる自己発熱により酸素ガスを放出する特性を有
    するものであることを特徴とする炭酸ガスレーザ
    封止管。 2 放電用電極の少なくとも陰極がペロブスカイ
    ト酸化物で構成された特許請求の範囲第1項記載
    の炭酸ガスレーザ封止管。 3 希土類元素がLa、Nd又はGdのいずれかであ
    る特許請求の範囲第1項記載の炭酸ガスレーザ封
    止管。 4 アルカリ土類元素Srがある特許請求の範囲
    第1項記載の炭酸ガスレーザ封止管。 5 遷移金属元素がCo、Mnのいずれかである特
    許請求の範囲第1項記載の炭酸ガスレーザ封止
    管。。 6 xが0.1≦x≦0.5の範囲に選定された特許請
    求の範囲第1項記載の炭酸ガスレーザ封止管。
JP58131245A 1983-07-18 1983-07-18 炭酸ガスレ−ザ封止管 Granted JPS6022386A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5841674B2 (ja) * 1981-02-27 1983-09-13 工業技術院長 ガスレ−ザ用電極

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JPS6022386A (ja) 1985-02-04

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