JPH02281773A

JPH02281773A - 金属蒸気レーザ発振管

Info

Publication number: JPH02281773A
Application number: JP10161589A
Authority: JP
Inventors: Shuntaro Hata; 秦　俊太郎; Kazuo Hayashi; 和夫林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1990-11-19

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）この発明は金属蒸気レーザ発振管に関する。

（従来の技術）金属蒸気レーザ発振管は、一般に第４図に示すような構
造となっている。第４図において１は耐熱性に優れたセ
ラミック内管であり、その内部の放電部２にガス供給系
３からＨｅ、Ｎｅ等の放電用バッファガスが供給される
と共に、ロータリーポンプ４により排気され、放電電極
５と外管１５と接触した放電電極６間にパルス高電圧電
源７から印加される電圧が数ＫＶ〜１０数ＫＶ、繰返し
周波数が数ＫＨｚ〜１０数ＫＨｚの高電圧パルスにより
パルス二極放電によりプラズマを発生する。セラミック
内管１内には金属粒子８が配置され、この金属粒子８が
放電プラズマと接触してセラミック内管１内が極めて高
温状態に加熱され、金属粒子８が蒸発することにより、
レーザ媒質となる金属蒸気が生成される。この金属蒸気
はセラミック内管１内に一様に１０〜１０１６ｎ／ｃＩ
ｎ３の密度で分布し、放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
光しブリュースタ窓９を通してセラミック内管１の両端
に置かれた出力ミラー１０と全反射ミラー１１で構成さ
れる光共振器で増巾され、出力ミラー１０側よりレーザ
光となって出力される。セラミック内管１には内部を高
温に保持するため断熱材１２が巻かれており、更にこれ
らは保護管１３内に挿入されている。セラミック内管１
゜断熱材１２及び保護管１３は両端側においてＯリング
１４を介して外管１５に支持されており、外管１５と保
護管１３との間はロータリポンプ１６により排気されて
真空断熱室１７となっている。

外管１５の途中には放電電極５と６を電気的に分離する
ための絶縁管１８が挿入されている。

ところで、近年の金属蒸気レーザ発振管への要求は大出
力化と高効率化である。

大出力化のためには、プラズマの体積を大きくし、プラ
ズマへの入力を大きくすることが考えられる。プラズマ
の体積を大きくするために外管１５を長く、あるいは太
くすると、電源回路としてのインダクタンスが大きくな
ってしまい、放電電流の立ち上がりが遅くなり励起効率
が悪く発振効率が低下する。

一方、高効率化のためには、外管１５を短かく、あるい
は細くしてレーザ発振管のインダクタンスを小さくする
ことが考えられる。インダクタンスを小さくすれば電流
の立ち上げ時間が速くなり効率は高まる。しかし、外管
１５が短かく、あるいは細くなってしまいプラズマ体積
が小さくなり大出力は望めな、い。

このように大出力化と高効率化は相反する関係にあり、
従来、大出力化と高効率化を同時に満たすのは困難であ
った。

（発明が解決しようとする課題）上述のように従来の金属蒸気レーザ発振管においては、
大出力でかつ高効率なものを得ることは困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、大出力でかつ高効率な金属蒸気レーザ発
振管を提供することにある。

［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、金属粒子を配置した管と、この管の
外部を覆うごとく設けられた断熱材と、この断熱材と隙
間を保持して覆うごとく設けられた発振管筐体とを具備
し、前記管内に放電用ガスを供給し、前記管の両端部近
傍に設けられた放電電極間に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なう金属レ
ーザ発振管において、前記断熱材と前記発振管筐体との隙間内に、前記放電電
極の一方および前記発振管筐体と電気的に導通する導体
部材を配設したことを特徴としている。

また前記、導体部材の軸方向及び円周方向に伸縮自在の
ベローズ（弾性部材）を配置する構成とした。　また、
導体部材のこれと非接触の放電電極に対向する端部を覆
う滑らかな導体カバーを設置した。　　　（作　　用）このように構成された金属蒸気レーザ発振管においては
、断熱材と発振管筐体との隙間に、放電電極の一方およ
び発振管筐体と電気的に導通する導体部材を配設したた
めに、インダクタンスが小さく電流立ち上げ時間が速（
なり、効率を低下させることなく大出力を図ることが出
来る。また、導体部材による放射熱の反射効果で、外部
への断熱効果が大になる。さらに、とうたカバーは、内
部導体とこれに接触しない放電電極間の断熱材と保護管
を横断する放電を抑制するので、放電による断熱材や保
護管の劣化が防止され、レーザ発振管が長寿命となる。

これにより全体を大型化することなく、レーザ出力が大
きい、金属蒸気レーザ発振管が可能になる。

（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図は本発明に係わる金属蒸気発振管を示す概略断面
図である。第１図に示すように断熱材１２を収容する保
護管１３の円周方向の外側、外管１５の内側、すなわち
真空断熱室１７内に同心円状に例えばアルミや銅等から
成る導体管１９を設け、更にこの導体管１９の両端部分
へ軸方向及び円周方向に伸縮自在のベローズ２０を配置
する構造となっている。前記ベローズ２０の両端部は陰
極６に導通し、又外管１５にも導通している。

このように陰極６および外管１５に導通する導体管１９
を設けることにより、インダクタンスを小さくして、か
つプラズマ体積を大きくすることが可能なため高効率で
かつ大出力化が可能となる。

つまり、従来の金属レーザ発振管においては、電源７か
ら陰極６への電圧印加は、アルミ等から成る外管１５を
通して行なわれている。しかし、インダクタンスを小さ
くして効率を高めるためには、外管１５の長さを短かく
するか、あるいは径を小さくする必要があり、プラズマ
の体積が必然的に小さくなり大出力化は達成できなかっ
た。

ここで外管１５の径のみを小さくしてプラズマの体積を
減らさないためには、断熱材１２や真空断熱室１７の体
積を減らさなければならず断熱効果が不十分となり実用
的でない。

本発明によれば、外管１５の径および長さを従来と同等
あるいは、プラズマ体積を大きくするために外管１５の
径を大きく、あるいは長さを長くしても導体管１９を設
けたためにインダクタンスを小さくすることが可能とな
り、大出力化および高効率化が同時に達成できる。

また、真空断熱室１７内に導体管１９を配置する構成と
なっているため、導体管１９による放射熱の反射効果に
より、外部への断熱効果が向上するというメリットも同
時に得られる。

なお、金属蒸気レーザ発振管のレーザ出力の向上はレー
ザ発振管のインダクタンスＬを小さくすることにより可
能であるが、放電プラズマの半径をｒ　、陰極６側の外
管１５（導体管）の変形をＲ，とすると、近似的にＬｏ
ｃｌｌｎ（ｒｒ／ｒ、）で表わされる。すなわち、ｒ　
を小さくすることによりインダクタンスＬが小さくなり
レーザの出力効率が向上するわけである。

また、保護管１３からの副射熱により導体管１９は軸方
向及び円周方向に熱膨張するがベローズ２０を配置した
ために導体管１９の長さの変化を吸収できる。なお、ベ
ローズ２０のかわりに、熱膨張を吸収できる弾性体、例
えばバネ等でもよい。

第２図は本発明の第２の実施例である。尚、第１の実施
例と同一部分には同一符号を記し、重複する説明は省略
する。第２図に示すように導体管１９自身をベローズ構
造として熱による長さの変化をヒダ２ＯＡにより吸収す
るもので第１の実施例と同様な作用・効果が得られる。

第３図は、本発明の第３の実施例である。第１および第
２の実施例において、レーザ発振管のインダクタンスを
小さくする目的で設置され導体管１９のこれに接触しな
い族１１電極５に対向する端部に、保護カバー２１を設
置したものである。この保護カバー２１は表面が滑らか
な導体（例えばアルミ、銅、銅合金等）から成り、この
保護カバー２１により、導体管１９の放電電極５に対向
する端部における電界強度の集中を緩和し、断熱材１２
と保護管１３を横断する放電を防止することができる。

このため、放電による断熱材１２と保護管１３の劣化が
なくなり、レーザ発振管の長寿命化を図るという、さら
なる作用・効果を得ることができる。

なお、以上の実施例においては導体部材は管形状として
導体管として説明したが、管形状に限られず、板状等の
導体を複数配置する構成でもよく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々変形して実施することができる
。

［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、導体部材を配置することにより金属蒸気レー
ザ発振管を高効率でかつ、レーザ出力の向上が可能であ
り、また、真空断熱室内に導体部材を配置したために断
熱効果も向上し、効率の良いレーザ発振を行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる金属蒸気レーザ
発振管を示す概略断面図、第２図及び第３図は本発明の
第２および第３の実施例を示す概略断面図、第４図は従
来の金属蒸気レーザ発振管を示す概略断面図である。１・・・セラミック内管、３・・・ガス供給系、５・・
・放電電極、６・・・放電電極、７・・・パルス高電圧
電源、８・・・金属粒子、１０・・・出力ミラー　１１
・・・全反射ミラー　１２・・・断熱材、１３・・・保
護管、１５・・・外管（発振管筐体）１６・・・ロータ
リーポンプ、１７・・・真空断熱室、１９・・・導体管
（導体部材）、２０・・・ベローズ、２０Ａ・・・ヒダ
、２１・・・保護カバく〉・９ゝ咬きＣ噂二二二＝：＝＝ヒ９

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属粒子を内部に配置した管と、この管の外部を
覆うごとく設けられた断熱材と、この断熱材と隙間を保
持して覆うごとく設けられた発振管筐体とを具備し、前
記管内に放電用ガスを供給し、前記管の両端部近傍に設
けられた放電電極間に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なう金属レーザ発
振管において、前記断熱材と前記発振管筐体との隙間内に、前記放電電
極の一方および前記発振管筐体と電気的に導通する導体
部材を配設したことを特徴とする金属蒸気レーザ発振管
。
（２）前記導体部材の前記管の軸方向に沿う熱膨張を補
償をするために熱膨張に応じて伸縮する弾性機能を持た
せ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。
（３）前記導体部材と非導通の他方の前記放電電極に対
向する前記導体部材の端部を滑らかな導体部材で覆った
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
。