JPH02148777A - 金属蒸気レーザ発振管 - 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） 本発明は金属蒸気レーザ発振管に係り、特に横励起金属
蒸気レーザ発斑管に関する。

（従来の技術） この種のレーザ発Ｊｔｉ管は、例えば第５図に示すよう
に構成されている。即ち、耐熱性に優れたセラミックか
ら成る内管１内には、軸方向に沿って板状のモリブデン
等から成る陽極２と陰極３をそれぞれ一体に設けた金属
製の位置決め部材４ａ。

４ｂが配設されている。位置決め部材４ａは内管１にね
じ５で固定され、位置決め部材４ｂは内管１の内壁面１
ａに圧接されている。また、内管１の外側には、内管１
を高温に保持するための断熱材６を充填した保護管７が
配設されており、更にその外側には導電体から成る外管
８が配設されている。

内管１は断熱板９ａ、９ｂを介して外管８に支持されて
おり、内管１を挿入した保護管７はＯリング１０ａ、１
０ｂを介して外管８に支持されている。保護管７と外管
８の間には真空断熱室１１がロータリーポンプ１２によ
る排気によって形成されている。また、外管８と陽極２
．陽極３は、リード板１３ａ、１３ｂを介して接続され
ており、パルス高電圧電源１４からｌＱｉ電圧パルス（
電圧が数ＫＶ〜１０数ＫＶで、繰返し周波数が数ＫＨ２
〜１０数ＫＨｚ　）が外管８を介して陽極２と陰極３間
に印加される。外管８には、陽極２側と陰極３側とを電
気的に分離する絶縁管１５が配設されている。

また、外管８の両端面には、ブリュースタ窓１５ａ、１
６ｂが取付けられており、その外側にはそれぞれ出力ミ
ラー１７と全反射ミラー１８が配置されている。ブリュ
ースタ窓１６ａ、１６ｂを両端に取付けて密封された外
管８内は、ロータリーポンプ１９で排気されて真空状態
に保持され、ガス供給源２０からト１ｅやＮａ等の放電
用のバッフ７ガスが供給される。

従来の金属蒸気レーザ光（辰管は前述のように構成され
ており、レーザ発振を行うには先ず、ロータリーポンプ
１９の排気により外管８内を高真空に保持し、ガス供給
源２０からＨｅやＮｅ等の放電用バッファガスを供給す
る。そして、予め所望の金属粒子２１が配置されている
陽極２と陰極３間に、高電圧パルスをパルス高電圧電源
１４から外管８、リード板１３ａ、１３ｂを介して印加
することにより、陽極２と陰極３間に放電プラズマを発
生させて金属粒子２１を蒸気化し、レーザ媒質となる金
属蒸気を生成する。この金属蒸気は、陽極２と陰極３間
に一様に１０１４〜１ＱＩ５ｎ／　ｃｍ：ｌの密度で分
布され、ＩＩｌ電プラズマ中の自由電子により励起され
ることによって、その金属特有の波長の光を発光し、ブ
リュースタｆｉ１６ａ。

１６ｂを通してその外側に配置した出力ミラー１７と全
反射ミラー１８で構成される光杖振器で増幅され、出力
ミラー１７側よりレーザ光となって出力される。

（発明が解決しようとする課題） 前記した従来のレーザ発振管では、レーザ発（歴時にｌ
１１極２と陰極３間に高電圧を印加してプラズマ放電を
行うので、内管１内は１５００℃程度の高温になる。と
ころで、内管１は両端が開放状態なので、内管１内の熱
は両端から外へ逃げるため、内管１内の温度は、中央部
近傍より両端近傍の方が低くなる。

このため、レーザ発振時に陽極２と陰極３間の放電に寄
与する有効な高温領域（約１５００℃）は内管１内の中
央部近傍だけとなるので、有効な高温領域が狭くなり、
効率の良いレーザ出力を１ｑることかできない欠点があ
った。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、内管内
の温度を【よぼ均一にして有効なｌＯｉ温順戚を広くと
り、効率の良いレーザ出力を得ることができる金属蒸気
レーザ発振管を促供しようとするしのである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記した課題を解決するために本発明は、金属粒子を配
置した耐熱材から成る第１の管内に放電用バッファガス
を供給し、前記第１の管内に配設した陽極と陰極間に高
電圧を印加することにより放電プラズマを発生させて前
記金属粒子を蒸気化し、蒸気化された金属粒子を放電プ
ラズマ中の自由電子により励起してレーザ発振を行うレ
ーザ発振管において、前記第１の管の外側にこの管と略
同心円状に耐熱材から成る第２の管を配置し、前記第２
の管の外周面上に、レーザ発ｊ届時に前記第１の管の中
央部近傍と両端部近傍の温度が略均一になるように加熱
する加熱手段を配設する構成とした。

（作用） 本発明によれば、レーザ発据時に、加熱手段による加熱
によって第１の管の軸方向の温度が略均一になるので、
陽極と陰極間の放電に寄与する有効な高ＱＣｎ域を広く
とることができ、効率の良いレーザ出力が得られる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。尚、従来と同一部分には同一符号を付し、重複する説
明は省略する。

第１図は本発明の第１実施例に係る金属蒸気シー１１発
振管を示す概略断面図である。この図に示すように、セ
ラミックから成る第１の管（以後、内管という）１の外
側には、同心円状に保護管７と外管８が配設されている
。内管１はリング状の断熱板９ａ、９ｂを介して外管８
に支持され、保ｉ管７はＯリングｌＱａ、１０ｂを介し
て外管８に支持されている。

内管１には、内管１と同じ材質のセラミックから成り軸
方向を略一致させた２個の短管２２ａ。

２２ｂが軸方向に移動自在に配置されている。短管２２
ａ、２２ｂは内管１よりやや小径に形成して、内管１と
短管２２ａ、２２ｂ間に隙間が設けられており、短管２
２ａ　、２２ｂの内側には、位置決め部材２３ａ　、２
３ｂに固着された陽極２と陰極３が対向して支持されて
いる（第２図参照）。

位置決め部材２３ａ　、２３ｂは短管２２ａ、２２ｂに
ねじ２４で固定されている。

また、１１はロータリーポンプ１２の排気によって形成
される真空断熱室、１３ａ、１３ｂは陽極２、陰極３と
外管８を接続するリード板、１４１よ陽極２と陰極３間
に高電圧パルスを印加するパルス高電圧電源、１５は絶
縁管、１６ａ、１６ｂはブリュースタ窓、１７．１８は
出力ミラーと全反射ミラー　１９は外管８内を真空にす
るロータリーポンプ、２０は陽極２と陰極３間にＨｅ等
の放電用のバッファガスを供給するガス供給源である。

そして、本発明は、内管１と保護管７の間に内管１と略
同心円のセラミックから成る第２の管（以後、セラミッ
ク外管という）２５を配設して、保護管７とセラミック
外管２５の間に内管１を高温に保持するための断熱材６
を充填すると共に、セラミック管２５の外周面上に軸方
向に沿って断面が四角状のヒータ２６が巻回されている
。ヒータ２６は、レーザ発撮時にその発熱によって内管
１の中央部近傍と両端部近傍の温度が略均一になるよう
に、両端部近傍で密に、中央部近傍で粗に巻回されてい
る。このように、本実施例では、内管１の加熱手段とし
てセラミック外管２５の外周面」二にヒータ２６が巻回
されている。

本発明に係る金属蒸気レーザ発振管は上記のように構成
されており、レーザ発１辰を行う時には、外管８内をロ
ータリーポンプ１９の排気によって高真空に保持してガ
ス供給源２０からＨｅやＮｅ等の放電用バッファガスを
供給する。その後、ヒータ２６に通電すると共に、予め
所望の今風粒子２１が配置されている陽極２と陰極３間
に、パルス高電圧電源１４から高電圧パルスを外管８、
リード板１３ａ、１３ｂを介して印加することにより、
陽極２と陰極３間に放電プラズマを発生させて金属粒子
２１を蒸気化し、レーザ媒質となる金属蒸気を生成する
。そして、この金属蒸気をｒＪＡ極２と陰極３間に発生
される放電プラズマ中の自由電子により励起し、出力ミ
ラー１７と全反射ミラー１８で構成される光共娠器で増
幅して、出力ミラー１７側よりレーザ光となって発振さ
れる。

この時、セラミック管２５の両端部近傍で密に、中央部
近傍で粗に巻回されているヒータ２６への通電による発
熱によりセラミック外管２５が加熱され、更に、その内
側の内管１が中央部近傍と両端部近傍の温度が略均一に
なるように加熱される。

この際、ヒータ２６をセラミック外管２５の外周面上に
軸方向に巻回したことによって、ヒータ２６が巻回され
ている面と巻回されていない面の温度分布が略均一にな
り、また、゛ヒータ２６の断面が四角状なのでセラミッ
ク外管２５との有効接触面積が広くなり、内管１を効率
良く加熱できる。

よって、レーザ発振時に陽極２と陰８１ｉ３間の放電に
寄与する有効な高温領域（約１５００℃）が内管１の両
端部近傍まで広がり、高効率のレーザ発振を行うことが
できる。、 また、レーザ発］歴時に陽極２と陰極３間は放電によっ
て高温状態となるので、内管１、陽極２、陰極３及び短
管２２ａ、２２ｂに熱膨張が生じるが、内管１と短管２
２ａ、２２ｂに生じる円周方向の熱膨張は内管１と短管
２２ａ、２２ｂが同一材質（セラミック）であることか
ら等しく、円周方向の隙間は常に一定に保たれ、また、
陽極２と陰極３に生じる軸方向の熱膨張は、陽極２と陰
極３を位置決め部材２３ａ　、２３ｂを介して支持して
いる短管２２ａ　、２２ｂが内管１内を軸方向に移動す
ることによって吸収される。

このように、内管１と短管２２ａ、２２ｂを同材質のセ
ラミックで形成したことにより、内管１と短管２２ａ、
２２ｂ間に熱膨張が生じても焼付き坦采は生じないので
、内管１の破損を防止することができる。また、陽極２
と陰極３に軸方向の熱膨張が生じても、短管２２ａ、２
２ｂが軸方向に移動することによって陽極２と陰極３の
熱膨張を吸収することができるので、陽極２と陰極３の
相対位置の精度を確保することができる。

第３図は本発明の第２実施例に係る金属蒸気レーザ発振
管を示す概略断面図である。本例においては、セラミッ
ク外管２５の外周面上に軸方向に沿って両端部近傍では
太く、中央部近傍では細い断面が四角状のヒータ２６ａ
を巻回した構成である。他の構成は第１図に示した第１
実施例と同様である。

このように、本例では、ヒータ２６ａはセラミック外管
２５の両端部近傍で太く、中央部近傍では細くしたこと
により、ヒータ２６ａへの通電による発熱はその太さに
比例するので、レーザ発振時に、内管１は中央部近傍と
両端部近傍の４１９が略均一になるように加熱される。

第４図は本発明の第３実施例に係る金属蒸気レーザ発振
管を示す概略断面図である。本例においては、セラミッ
ク外管２５の外周面上に軸方向に沿って両端部近傍では
熱容量が大きく、中央部近傍では熱容Ｈ）が小さい断面
が四角状のヒータ２６ｂ、２６ｃをそれぞれ別体にして
巻回した構成である。伯の構成は第１図に示した第１実
施例と同様である。

このように、本例では、セラミック外管２５の両端部近
傍では熱容量の大きいヒータ２６ｂ１中央部近傍では熱
容量の小さいヒータ２６ｃを巻回したことにより、レー
ザ発振時に、内管１は中央部近傍と両端部近傍の温度が
略均一になるように加熱される。

よって、第２、第３実施例においても、レープ発振時に
陽極２と陰極３間のＭ電に寄与する有効な高温領域（約
１５００℃）が内管１の両端部近傍まで広がり、高効率
のレーザ発振を行うことができる。

また、本発明の他の実施例としては、セラミック外管２
５の両端部にそれぞれコイルを巻回して通電する構成で
も良い。この場合、レーザ発振時に、内管１の両端部近
傍がコイルの発熱によって加熱されるので、内管１は中
央部近傍と両端部近傍の温度が略均一になり、前記同様
高効率のレーザ発振を行うことができる。

尚、前記した各実施例は横励起金属蒸気レーザ発振管の
場合であったが、縦励起金属蒸気し−ザ発据管において
も適用可能である。

［発明の効果］ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
によれば、加熱手段によってレーザ発振時に、内管内の
温度を略均〜にして有効な高温領域を広くとることがで
きるので、効率の良い安定したレーザ発（辰を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属蒸気レーザ発１辰管を示す概
略断面図、第２図は第１図■−■線所面図、第３図及び
第４図はそれぞれ本発明の他の実施例を示す概略断面図
、第５図は従来の金属蒸気し−ザ発振管を示す概略断面
図である。 １・・・内管（第１の管）　２・・・ｇ！極３・・・陰
極　７・・・保護管　８・・・外管１４・・・パルス高
電圧電源 １７・・・出力ミラー　１８・・・全反射ミラー２０・
・・ガス供給源　２１・・・金属粒子２２ａ、２２ｂ＝
・・短管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属粒子を配置した耐熱材から成る第１の管内に
   放電用バッファガスを供給し、前記第１の管内に配設し
   た陽極と陰極間に高電圧を印加することにより放電プラ
   ズマを発生させて前記金属粒子を蒸気化し、蒸気化され
   た金属粒子を放電プラズマ中の自由電子により励起して
   レーザ発振を行うレーザ発振管において、前記第１の管
   の外側にこの管と略同心円状に耐熱材から成る第２の管
   を配置し、前記第２の管の外周面上に、レーザ発振時に
   前記第１の管の中央部近傍と両端部近傍の温度が略均一
   になるように加熱する加熱手段を配設したことを特徴と
   する金属蒸気レーザ発振管。
2. （２）前記加熱手段として、前記第２の管の外周面上を
   軸方向に沿つて両端部近傍で密に、中央部近傍で粗に巻
   回したヒータを用いることを特徴とする請求項（１）記
   載の金属蒸気レーザ発振管。
3. （３）前記加熱手段として、前記第２の管の外周面上を
   軸方向に沿って両端部近傍で太く、中央部近傍では細い
   ヒータを巻回したことを特徴とする請求項（１）記載の
   金属蒸気レーザ発振管。
4. （４）前記加熱手段として、前記第２の管の外周面上を
   軸方向に沿って両端部近傍で熱容量が大きく、中央部近
   傍では熱容量が小さいヒータをそれぞれ巻回したことを
   特徴とする請求項（１）記載の金属蒸気レーザ発振管。
5. （５）前記第１の管及び第２の管はセラミックから成る
   ことを特徴とする請求項（１）、（２）、（３）又は（
   ４）記載の金属蒸気レーザ発振管。