JPH02392A - レーザ管 - 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】 く技術分野〉 本発明は、負グローを利用するレーザ管、更に詳しくは
、陽極とホロー陰極とを具備し、ホロー陰極の内部空間
に生成される負グローを利用してレーザ光を発振せしめ
るレーザ管に関する。

〈従来技術及びその欠点〉 当業者には周知の如く、ガスレーザ発振器の１種として
、ホロー陰極の内部空間に生成される負グローを利用し
てレーザ光を発振せしめるレーザ管が提案されている。

かようなレーザ管の一例としては、”Ｊａｐａｎｅｓｅ
　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉ
ｃｓＶｏｌ、９．　１９７０．第５８８頁乃至第５８９
頁に開示されている所謂筒型レーザ管を挙げることがで
きる。この箱型レーザ管においては、両端にブリュース
タ窓を有する密閉ハウジング内に、上面には軸線方向に
適宜の間隔を置いて複数個の孔（かかる孔はホロー陰極
の内部空間に負グローを生成するのに寄与する）が形成
されている筒状円筒部材から成るホロー陰極と、このホ
ロー陰極の上記複数個の孔の各々に対向して配置し且つ
上記ホロー陰極の軸線方向に対して実質上直角に延びる
複数本の棒状乃至針状部月から成る複数個の陽極とが配
置されている。密閉ハウジング内にはＨｅの如きキャリ
アガスが封入され、またホロー陰極内には活性媒体とし
て機能する金属蒸気に蒸発せしめられ得るＣｄの如き金
属が装填される。

かような箱型レーザ管においては、ホロー陰極の内部空
間（即ち笛状円筒部材内の空間）に負グローが生成され
、かかる負グローと蒸発せしめられた金属蒸気との相互
作用によってレーザ光が発振される。

他方、”Ｉ［ｉ［ｉ［！　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕ
ａｎｔｕｍ　ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ、ＱＥ　　
ｌ　６．　Ｎａ６．Ｊｕｎｅ　１９８０．第５９０頁乃
至第５９２頁には、所謂同軸型レーザ管が開示されてい
る。この同軸型レーザ管においては、両端にブリュース
タ窓を有する密閉ハウジング内に、周方向及び軸線方向
に適宜の間隔を置いて複数個の孔（かかる孔の一部はホ
ロー陰極の内部空間に負グローを生成するのに寄与し、
その他の孔はホロー陰極の内部空間と外部空間を連通せ
しめるのに寄与する）が形成されている比較的小径の円
筒状部材から成るホロー陰極と、このホロー陰極を同心
状に囲繞する比較的大径の円筒状部材から成る陽極とが
配置されている。密閉ハウジング内には、箱型レーザ管
の場合と同様にＨｅの如きキャリアガスが封入される。

一方、活性媒体として機能する金属蒸気に蒸発せしめら
れ得るＣｄの如き金属は、陽極内に装填される。かよう
な同軸型レーザ管においては、ホロー陰極の内部空間に
負グローが生成され、一方蒸発せしめられた金属把 蒸気はホロー陰極に形成されている上気孔を通してホロ
ー陰極の内部空間に供給され、かくして負グローと金属
蒸気との相互作用によってレーザ光が発振される。

しかしながら、従来の箱型レーザ管及び同軸型レーザ管
には、次の通りの解決すべき問題がある。

第１に、ボロー陰極の内部空間に生成される負グローが
ホロー陰極の軸線方向に充分に均一でなく、負グローの
不均一に起因して発振されるレーザ光に所謂雑音が相当
存在する。第２に、発振されるレーザ光、特にその色調
（例えば、発振されるレーザ光における青色レーザ光、
緑色レーザ光及び赤色レーザ光の相対的強度）を所要の
通りに調整することが著しく困難乃至不可能である。

〈発明の目的〉 本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その第
１の目的は、ホロー陰極の内部空間に生成される負グロ
ーがホロー陰極の軸線方向に充分に均一であり、従って
雑音が著しく抑制されたレーザ光を発振することができ
る、改良されたレーザ管を提供することである。

本発明の第２の目的は、発振されるレーザ光、特にその
色調を所要の通りに容易に調整することができる、改良
されたレーザ管を提供することである。

〈発明の要約〉 本発明によれば、上記第１の目的を達成するために、陽
極とホロー陰極とを具備し、該ホロー陰極の内部空間に
生成される負グローを利用してレーザ光を発振せしめる
レーザ管において；該陽極に近接して位置する導電性格
子を備えていることを特徴とするレーザ管が提供される
。

また、本発明によれば、上記第２の目的を達成するため
に、陽極と十ロー陰極とを具備し、該ホロー陰極の内部
空間に生成される負グローを利用してレーザ光を発振せ
しめるレーザ管において：陰極暗部に位置する導電性格
子を備えていることを特徴とするレーザ管が提供される
。

〈発明の具体例〉 以下、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

本発明に従って構成されたレーザ管の好適具体例を図示
している第１図及び第２図を参照して説明すると、図示
のレーザ管は全体を番号２で示す密閉ハウジングを具備
している。この密閉ハウジング２は、適宜のガラスから
形成されているのが好都合である、全体として円筒形状
の主部４を有する。主部４の両端の各々にはフランジ６
が設けられている。かかるフランジ６には、それ自体は
公知のブリュースタ窓８に設けられているフランジ１０
が適宜の方式によって固定され、かくして主部４の両端
にブリュースタ窓８が固定される。

フランジ６及びＩＯには、ブリュースタ窓８に対応する
部位に開口が形成されている。ブリュースタ窓８の各々
の外側には、適宜の支持機構（図示していない）によっ
て共振用反射鏡１２及び１４が所要位置に位置付けられ
ている。

上記密閉ハウジング２内には、適宜の電気絶縁材料から
形成された一対の環状スペーサ１６によって、筒状部材
１８が所定位置に保持されている。

この筒状部材１８は、断面外形が正四角形又は正六角形
等の多角筒形状のものでもよいが、−船釣には、第２図
に明確に図示する如く断面外形が円形である比較的大径
の円筒形状であるのが好都合であり、そしてまた密閉ハ
ウジング２の主部４に対して同心状に位置付けられてい
るのが好都合である。筒状部材１８は、後にも言及する
如く必ずしもそうである必要はないが、例えば銅の如き
高導電性材料から形成されているのが好ましい。

上記筒状部材１８の両端部内には、適宜の電気絶縁材料
から形成された一対のスペーサ２ｏが配設されている。

そして、かかる一対のスペーサ２゜によって、上記筒状
部材１８内には陽極２２とホロー陰極２４とが相互に対
向せしめて位置付けられている。タングステンの如き適
宜の材料から形成することができる陽極２２は、図示の
具体例においては、細長い棒状部材から成り、筒状部材
１８の内面に対して間隔を置いて且つ筒状部材１８の軸
線に対して実質上平行に延びるように筒状部材１８内の
上部に配置されている。一方、ステンレス鋼の如き適宜
の材料から形成することができるホロー陰極２４は、図
示の具体例においては、周壁に軸線方向及び周方向に適
宜の間隔を置いて複数個の孔２６が形成されている比較
的小径の円筒部材から成る。そして、かようなホロー陰
極２４は、第２図に明確に図示する如く、筒状部材１８
に内接して且つ筒状部材【８の軸線に対して実質上平行
に延びるように筒状部材ｌＢ内に下端部に配置されてい
る。ホロー陰極２４を構成する円筒部材の周壁に形成さ
れている複数個の孔２６は、ホロー陰極２４の内部空間
２Ｂを外部空間と連通せしめるための連通孔として機能
すると共に、ホロー陰極２４の内部空間２８（第２図）
に負グローを生成−きしめるための放電孔として機能す
る。

更に詳述すると、ホロー陰極２４を構成する円筒部材の
上面に位置する孔２６は放電孔として機能すると共に連
通孔として機能し、両側面に位置する孔２６は連通孔と
して機能する。

陽）！１ｉ２２とホロー陰極２４との間には直流放電電
圧が印加される。図示の具体例においては、直流放電電
圧ａ３Ｏの正端子は陽極２２に直接的に接続されるが、
直流放電電圧源３ｏの負端子は筒状部材１８に接続され
、従って高導電性材料から形成されている筒状部材１８
を介して筒状部材１８に内接されているホロー陰極２４
に接続される。

かくの通りであるので、図示の具体例においては、筒状
部材１８も陰極として機能することが理解されよう。

かかるレーザ管においては、陽極２２に近接して位置す
る導電性格子３２と、ホロー陰極２４の陰極暗部に位置
する導電性格子３４（第２図）とが設けられている。ス
テンレス鋼製メツシュから形成することができる図示の
導電性格子３２は、円筒形状であって陽極２２を同心状
に囲繞するように位置付けられている。同様に、ステン
レス鋼製メツシュから形成することができる図示の導電
性格子３４は、第２図に図示する如く、円筒形状であっ
てホロー陰極２４の陰極暗部（即ちホロー陰極２４の内
面近傍）にホロー陰極２４と同心状に位置付けられてい
る。第２図に図示する如く、導電性格子３４には、好ま
しくは電圧が調整自在である直流格子電圧源３６が接続
される。所望ならば、導電性格子３２にも直流格子電圧
源（図示していない）を接続することもできる。

上述した通りのレーザ管においては、密閉ハウジング２
内の空気が排気され、そしてＨｅの如き適宜のキャリア
ガスが密閉ハウジング２内に封入される。加えて、筒状
部材１８内、更に詳しくは筒状部材１８内の下端部で筒
状部材１８とホロー陰極２４との相互接触部位の近傍に
は、金属蒸気に蒸発せしめられるＣｄの如き金属３８が
装填される。この金属３８は、粉末又は粒状等でもよい
が、ホロー陰極２４の軸線方向に実質上均一に分布せし
めるために、実質上均一な断面形状でホロー陰極２４の
軸線方向に延びる棒状であるのが好都合である。

次に、上述した通りのレーザ管の作用について説明する
。直流放電電圧源３ｏによって陽極２２と筒状部材１８
及びホロー陰極２４との間に直流放電電圧を印加すると
、容易に理解される如く、ホロー陰極２４の内部空間２
８（即ち第２図において交差細線を付した部分）に負グ
ローが生成される。加えて、放電によって生成される熱
とスパッタリング作用との双方によって金属３８が比較
的迅速に蒸発される。そして、蒸発された金属蒸気は、
封入されているキャリアガスと共に筒状部材１８内を第
２図に２点鎖線矢印４０で示す如くに環流し、ホロー陰
極２４の内部空間２８、即ち負グローが生成されている
領域に供給される。かくして、ホロー陰極２４の内部空
間２８において、負グローと金属蒸気との相互作用によ
ってレーザ光が発振せしめられる。発振されたレーザ光
は、従来のレーザ管の場合と同様に、共振用反射鏡１２
及び１４間で増幅され、共振用反射鏡１２及び１４の一
方を通して外部へ取出される。

而して、上述した通りのレーザ管においては、放電によ
って生成される熱とスパッタリング作用の双方によって
金属が比較的迅速に且つ効果的に蒸発せしめられ、そし
て蒸発せしめられた金属蒸気が第２図に２点鎖線矢印４
０で示す如くの環流によって効果的にホロー陰極２４の
内部空間２８に供給される。それ故に、比較的短時間の
内に所要のレーザ光を発振することができると共に、所
要のレーザ光を安定して発振することができる。

また、蒸発せしめられた金属蒸気は筒状部材１日内に効
果的に拘束され、それ故に金属蒸気が密閉ハウジング２
の内面に沈着して損失せしめられることが少なく、加え
て筒状部材Ｉ８内には充分な量の金属を装填することが
でき、かくして充分に長い寿命を有する。更にまた、第
２図に２点鎖線矢印４０で示す如くのキャリアガス及び
金属蒸気の環流によってホロー陰極２４の内部空間２８
が効果的に冷却されると共に、ホロー陰極２４の内部空
間２８の熱がホロー陰極２４及びこれが直接的に接触し
ている筒状部材１８を通して充分効果的に放散され、そ
れ故に所謂ドツプラー幅が広がってレーザ利得が低下す
ることが効果的に防止され、所要のレーザ光が安定して
発振される。

次に、陽極２２に近接して位置する導電性格子３２の作
用効果について言及すると、導電性格子３２が設けられ
ていない場合には、陽極２２の表面の軸線方向における
不均一性等に起因して、陽極２２とホロー陰極２４との
間の放電が両者の軸線方向において不均一になり、ホロ
ー陰極２４の内部空間２日内に生成される負グローが不
均一になると共に、陽極２２とホロー陰極２４との間に
て局部的にアーク放電が発生する傾向がある。然るに、
陽極２２に近接して導電性格子３２を配設すると、導電
性格子３２が存在する部位にて放電空間の電位が軸線方
向に等電位に矯正され放電空間の電位が軸線方向に均一
化される、陽極２２とホロー陰極２４との間の電子の移
動が導電性格子３２によって制御される、等の理由によ
り、陽極２２とホロー陰極２４との間の放電が軸線方向
に均一化され、局部的なアーク放電の発生が回避される
と共に、ホロー陰極２４の内部空間２８に軸線方向に充
分に均一な負グローが生成され、かくして雑音が著しく
抑制された優れたレーザ光を発振することができる。必
要に応じて、導電性格子３２に、正（又は負）の直流格
子電圧（この直流格子電圧は脈流成分が充分に小さいこ
とが望まれる）を印加し、かくして陽極２２とホロー陰
極２４との間の放電を更に一層均一化することもできる
。

更に、ホロー陰極２４の陰極暗部に位置付けられた導電
性格子３４の作用効果について言及すると、ホロー陰極
２４の陰極暗部に導電性格子３４を配設すると、陰極降
下電圧が変化せしめられ、従って負グローに突入せしめ
られる電子のエネルギが変化せしめられる。電子のエネ
ルギが変化せしめられると、後述する実施例から理解さ
れる如く、発振されるレーザ光の色調、更に詳しくは発
振されるレーザ光における■色し−ザ光、緑色レーザ光
及び赤色レーザ光の相対的強度が変化せしめられる。そ
して、負グローに突出せしめられる電子のエネルギの変
化の度合は、導電性格子３４のメツシュ粗さ、ホロー陰
極２４の内面と導電性格子３４との間の間隔、及び直流
格子電圧源３６によって導電性格子３４に印加される正
又は負の印加電圧の大きさ等に依存する。従って、導電
性格子３４のメツシュ粗さ、ホロー陰極２４の内面と導
電性格子３４との間の間隔、及び直流格子電圧源３６に
よって導電性格子３４に印加される印加電圧の大きさ等
を適宜に設定すれば、発振されるレーザ光の色調を所要
の通りに設定することができる。特に直流格子電圧？Ｈ
Ａ３６によって導電性格子３４に印加される印加電圧は
、直流格子電圧源３６として電圧が調整自在な電圧源を
使用することによって著しく容易に調整することができ
、従って導電性格子３４に印加される印加電圧を調整す
ることによって著しく容易に発振されるレーザ光の色調
を調整することができる。

以上、第１図及び第２図に図示する好適具体例について
詳細に説明したが、本発明はかかる具体例に限定される
ものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく種々
の変形乃至修正が可能であることは多言を要しない。

例えば、上述した具体例においては、ホロー陰極２４を
筒状部材１８に内接、即ちホロー陰極２４の外面の一部
を筒状部材１８の内面の一部に直接的に接触せしめるこ
とによって、ホロー陰極２４と筒状部材１８を電気的に
接触しているが、所望ならば適宜の導電性部材を介して
ホロー陰極２４と筒状部材１８を電気的に接続すること
もできる。

また、上術した具体例においては、筒状部材１８を導電
性材料から形成すると共に、ホロー陰極２４と筒状部材
１８とを電気的に接続し、かくして筒状部材１８も陰極
として機能せしめているが、筒状部材１８を電気絶縁材
料から形成又はホロー陰極２４と筒状部材１８とを電気
的に絶縁すると共に、直流放電電圧ｔＡ３０の負端子を
筒状部材１８ではなくてホロー陰極２４に直接的に接続
することもできる（かくすると、筒状部材１８は陰極と
して機能しない）。

更にまた、上述した具体例においては、主部４を有する
密閉ハウジング２内に筒状部材１８を配設しているが、
所望ならば、筒状部材１８自体を密閉ハウジング２の主
部として利用し、上述した具体例における主部４を省略
することもできる。

また、ホロー陰極２４は第１図及び第２に図示する形態
のものに限定されることなく、負グローが生成される内
部空間を規定すると共に、内部空間と外部空間を連通せ
しめるための複数個の連通孔が形成されているものであ
る限り任意の形態のものでよく、例えば第３−Ａ図、第
３−Ｂ図、第３−Ｃ図及び第３−Ｄ図に図示する通りの
形態のものでもよい。第３−Ａ図に図示するホロー陰極
２４Ａは、円筒部材４２の上面に軸線方向に連続して延
びる細長い孔４４を形成すると共に、円筒部材の両側面
に軸線方向に間隔を置いて複数個の円形孔４６を形成す
ることによって構成されている。第３−Ｂ図に図示する
ホロー陰極２４Ｂにおいては、円柱４８の上半部に溝５
０が形成されており、この溝５０によって上面が開放さ
れた内部空間が規定されている。そして、溝５０の両側
面には、軸線方向に間隔を置いて複数個の矩形孔５２が
形成されている。第３−Ｃ図に図示するホロー陰極２４
Ｃは、相互に間隔を置いて平行に延びる２枚の平板５４
によって構成されており、２枚の細長い平板５４間に内
部空間が規定されている。

そして、２枚の平板５４の各々には軸線方向に間隔を置
いて複数個の円形孔５６が形成されている。

第３＝Ｄ図に図示するホロー陰極２４Ｄは、略逆凹形状
の断面形状を有する細長い部材５８から構成されており
、かかる部材の上面及び両側面の各々には、軸線方向に
間隔を置いて複数個の円形孔６０が形成されている。

更に、上述した説明においては、Ｈｅの如きキャリアガ
スと共に活性媒体としてＣｄ蒸気を使用するレーザ管に
関して説明したが、本発明は、適宜のキャリアガスと共
に或いはキャリアガスなしで、Ｎ、　、Ｋｒ、Ａｒ、Ｌ
及びＣＯ２等の気体或いはＳｅ、Ｚｎ及びＡｓ等の金属
蒸気を単独で或いは適宜に組合せて活性媒体として使用
するレーザ管にも適用することができる。

更にまた、陽極に近接せしめて導電性格子を配設する技
術的思想及びホロー陰極の陰極暗部に導電性格子を配設
する技術的思想を負グローを利用する特定のレーザ管に
適用して説明したが、これらの技術的思想は、夫々単独
で或いは両者を組合せて、上術した箱型レーザ管及び同
軸型レーザ管、並びに公知の同軸型レーザ管とは逆に筒
状ホロー陰極中に陽極を配置した形態のレーザ管（かか
るレーザ管においては筒状ホロー陰極自体を密閉ハウジ
ングの主部として利用することもできる）、等の種々の
形態のレーザ管に適用し得るものである。

〈実施例〉 ホロー陰極の陰極暗部に配設した導電性格子に印加する
電圧の変化による発振レーザ光の色調の変化を確認する
ために、第４図に図示する通りの形態のレーザ管を使用
して後衛する通りの実験を遂行した。

第４図に図示するレーザ管においては、内径１７ｍｍの
ガラス製円筒部材を主部１０４とする密閉ハウジング１
０２内に、内径１２ｎ＋ｍ、肉厚１ｍｍ、長さ７００　
ｍｍのステンレス製円筒部材から形成されたホロー陰極
１２４が同心状に配置されている。

ホロー陰極１２４内には、内径９ｍｎ＋、目幅０．４　
ｍｍ、長さ７５０ｎｕ＋＋のステンレス鋼製円筒状メン
シュから形成された導電性格子１３４が同心状に配置さ
れている。導電性格子１３４内には、その軸線から略４
．５　＋＋＋＋ｎ上方の位置に、直径２　ｍｍ、長さ８
００価のステンレス鋼製丸棒から形成された陽極１２２
が配置されている。密閉ハウジング１０２内にはＨｅを
圧力１４　ｔｏｒｒで封入し、また、ホロー陰極１２４
内にはＣｄ１３Ｂを装填し、作動の際のＣｄ蒸気の圧力
を５　Ｘ　１０−”　ｔｏｒｒにせしめた。

上記の通りのレーザ管において、直流放電電圧源１３０
によって陽極１２２とホロー陰極１２４との間に放電電
圧１０００Ｖ　（放電電流ＩＡ）を印加し、か（して交
差細線で示す領域１２８にレーザ光を発振せしめた。こ
の際に、直流格子電圧源１３６によって導電性格子１３
４に印加する電圧を−）３００Ｖ乃至＋８００■の範囲
で変化せしめ、発振されるレーザ光を青色レーザ光、緑
色レーザ光及び赤色レーザ光に分光して夫々の相対的強
度を測定した（尚、導電性格子１３４に印加する電圧が
＋８００■を越えると、放電及びレーザ光発振が不安定
になった）。その結果は第５図に図示する通りであった
。第５図から、ホロー陰極！２４の陰極暗部に配設され
た導電性格子１３４に印加する電圧の変化によって、青
色レーザ、緑色レーザ光及び赤色レーザ光の相対的強度
が夫々別個の特性に従って変化し、従って発振レーザ光
の色調が変化せしめられることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従って構成されたレーザ管の好適具
体例を示す簡略縦断面図。 第２図は、第１図の線■−Ｈにおける簡略横断面図。 第３−Ａ図、第３−Ｂ図、第３−Ｃ図、及び第３−Ｄ図
は、夫々、ホロー陰極の変形例を示す部分斜面図。 第４図は、実施例において使用したレーザ管を示す簡略
横断面図。 実施例における測定結果を示す線図。 密閉ハウジング 筒状部材 陽極 ホロー陰極 ホロー陰極に形成された孔 ホロー陰極の内部空間（負グロー生 成領域） 直流放電電圧源 陽極に近接して位置する導電性格子 ホロー陰極の陰極暗部に位置する導 電性格子 直流格子電圧源 金属 ＝二二二ド僧 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、陽極とホロー陰極とを具備し、該ホロー陰極の内部
   空間に生成される負グローを利用してレーザ光を発振せ
   しめるレーザ管において； 該陽極に近接して位置する導電性格子を備えていること
   を特徴とするレーザ管。 ２、陽極とホロー陰極とを具備し、該ホロー陰極の内部
   空間に生成される負グローを利用してレーザ光を発振せ
   しめるレーザ管において； 陰極暗部に位置する導電性格子を備えていることを特徴
   とするレーザ管。 ３、該導電性格子には直流電圧が印加される特許請求の
   範囲第２項記載のレーザ管。 ４、該導電性格子に印加される該直流電圧は調整自在で
   ある特許請求の範囲第３項記載のレーザ管。