JPH0276274A - 金属蒸気レーザ装置 - 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） 本発明は金属蒸気レーザ装置に係り、特に金属蒸気をレ
ーザ媒体とし、この金属蒸気の発生量を良好にしてレー
ザ発振出力、効率等を向上させた金属蒸気レーザ装置に
関する。

（従来の技術） 従来の金属蒸気レーザ装置の構成と作用を第３図を参照
しながら説明する。

すなわち、金属蒸気源１が内部に配置されたセラミック
管２の両端には、接合部材２ａを介して陽極４および陰
極５が接続されて放電管が形成されている。この放電管
における陽極４および陰極５には、それぞれ電極フラン
ジ６が設けられている。

電極フランジ６は前記した放電管を包囲する胴体９およ
び絶縁管１０とブリュスタ管１１との間に介在された電
極支持フランジ７に取着固定されている。

陽極４および陰極５の各電極は、電極フランジ６を介し
て電極支持フランジ７に固定されている。

セラミック管２および陽極４と陰極５の外周面は断熱材
１３で包囲され、断熱材１３の外部は前記胴体９および
絶縁管フランジ１９を有する絶縁管１０で覆われている
。それぞれの電極支持フランジ７には一対のブリュスタ
管１１が接続されており、このブリュスタ管１１の関口
部にはそれぞれ窓１２が取着され、これらの窓１２の外
側には出力ミラー２３と全反射ミラー１４が配置され共
振器を形成している。

第３図中において左側に示されるブリュスタ管１１には
、たとえばネオン（Ｎ５１）ガスを供給するガス供給管
３が接続され、また右側に示されるブリュスタ管１１に
はガス排気管８が接続されている。左側の電極支持フラ
ンジ７と絶縁管フランジ１９との間には直流高電圧が印
加される。なお、同図中符号１５は充電コンデンサＣい
１６は中間コンデンサＣ２，１７は抵抗Ｒ１１８はサイ
ラトロン、２２はダイオードＤをそれぞれ示している。

このような構成の金属蒸気レーザ装置では、次のように
してレーザを発振する。

まず、金属蒸気源１が内部に配置された放電管としての
セラミック管２内に、ガス供給管３から放電用バッファ
ガスたとえばネオンガスを供給する０次に、セラミック
管２の両端に設けられた陽極４と陰極５間に高電圧を印
加して、放電プラズマを形成する。この放電プラズマに
よりセラミック管２が高温に加熱されて、金属蒸気源１
からレーザ媒体となる蒸気化された金属粒子（金属蒸気
）が生成される。さらに、この金属蒸気はセラミック管
２内に拡散し、セラミック管２内の放電プラズマ中の自
由電子により励起される。この励起金属蒸気が低いエネ
ルギー準位に遷移する際にレーザ光を発振する。

前述したようにレーザ媒体となる金属蒸気の生成は、パ
ルス高電圧源を起動させて画電極４，５間に放電させ、
このパルス二極放電のエネルギーをセラミック管２に付
与して、このセラミック管２を加熱することにより行っ
ているが、たとえば、金属蒸気［１として銅を使用する
場合は、セラミック管２を常温から１５００℃まで加熱
している。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように金属蒸気レーザ装置では、セラミック管
２内に形成した放電プラズマの熱によってセラミック管
２内の金属蒸気源１を加熱し、レーザ発振に適した金属
蒸気量を発生させている。

この場合もし発生する金属蒸気量が多過ぎると、レーザ
光発振に必要な放電エネルギーが金属蒸気で消費され、
発振効率が低下する。また発生する金属蒸気量が少ない
と、レーザ発振に必要な励起される金属蒸気が少なくな
るため、レーザ発振効率は小さくなる。こＮにおいて金
属蒸気発生量は金属蒸気ＷＸ１の温度に対して指数的に
増加するため、金属蒸気量を最適値にするためには、金
属蒸気源１の温度を精度よく、制御する必要がある。

ところで、セラミック管２内の温度は放電プラズマによ
って上昇するが、これによって発生した熱の放散は断熱
材１３を通過して外側へ放出される径方向分の他にブリ
ュスタ管１１の開口部の窓１２などから外側へ放出され
る軸方自分があり、セラミック管２内の温度は窓１２に
向って急激に低下するため、その軸方向にも山形の分布
を持つ、したがって、金属蒸気源１は最適な温度を持つ
位置に設置する必要があるが、セラミック管２内に！置
したることができない、金属蒸気源１を最適な位置に設
置できないことは、レーザ発振を効率よく行なえない原
因となる。

本発明は上記した事情を考慮してなされたものであり、
所要の蒸気発生量が得られる温度となる位置に金属蒸気
源を設置することが可能な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、内側に金属蒸気を生成する金属蒸気
源が配置された放電管を放電加熱してレーザ光を発生さ
せる金属蒸気レーザ装置において、これの金属蒸気源を
放電管の内側に移動可能に設置された容器内に収容する
ようにした。

（作　用） 放電管にバッファガスを導入して放電を開始するとプラ
ズマが生起されて放電管の温度は次第に上昇し、やがて
金属蒸気源が金属蒸気を生成し得る温度に達すると放電
管内に金属蒸気が一様に分布する。この金属蒸気にプラ
ズマ中の自由電子が衝突して金属蒸気が励起され、放電
管内は反転分布の状態になリレーザ光が発生する。ここ
で放電管内の温度分布は一様ではないが、金属蒸気源は
放電管の内側を移動可能な容器内に収容されているので
、金属蒸気が最も効率良く発生できる温度を持つ位置に
移動して設置することによって、し−ザ発振が効率的に
行なえるようになる。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図および第２図を参照しながら
説明する。なお第１図および第２図において、第３図に
示した装置と同一な部材には同一符号を使用している。

第１図において、金属蒸気レーザ装置には放電管として
のセラミック管２が設けられ、このセラミック管２の両
端部には接続部２ａを介して陽極４および陰極５が対向
して接続されている。これらの電極４，５間でパルス二
極放電が行われる。セラミック管２の外周には断熱材１
３が配置され、その外周には金属製胴体９が配置されて
いる。

金属蒸気源１は容器２０内に収容されてセラミック管２
の内側壁に設置されている。容器２０は第２図に拡大し
て示したように、高温になって溶融した金属蒸気源１が
流出しないように壁２１を有する構造となっている。容
器２０の材質は例えばセラミック材等が適する。

セラミック管２の両端部の電極外側にはブリュスタ管１
１が接続されている。左側のブリュスタ管１１にはガス
供給系に接続されたガス供給管３が、また右側のブリュ
スタ管１１にはガス排気系に接続されたガス排気管８が
設けられている。ガス供給管３はセラミック管２内へネ
オンガス等の放電用バッファガスを供給するものである
。また、ガス排気管８はセラミック管２内のバッファガ
ス等を外部へ排出するものである。

ブリュスタ管１１の窓１２の外側には、それぞれ出力ミ
ラー２３と全反射ミラー１４が配置され、この出力ミラ
ー２３および全反射ミラー１４は光共振器を構成してい
る。

さて、前述したパルス二極放電は、陽極４および陰極５
を支持しこれらに電流を流す電極支持フランジ７に接続
されたパルス高圧電源によりなされる。パルス高圧電源
は、充電コンデンサ１５、中間コンデンサ１６、抵抗１
７、サイラトロン１８およびダイオード２２等からなる
周知の回路によって構成されている。

このパルス高圧電源は、充電コンデンサ１５に充電され
た電荷がサイラトロン１８を点弧することにより、はぼ
１０−７秒以下の立上り時間で放電電流を発生するよう
にされている。サイラトロン１８はパルス放電スイッチ
ング素子である１発生させるパルス高電圧は、電圧が数
ＫＶ〜１０数ＫＶ、繰返し周波数が数ｋ　Ｈｚ〜数１０
ｋ　Ｈｚである。図中記号Ａはアノード端子であり、Ｃ
はカソード端子であり、Ｇはトリガー信号導入端子であ
る。

次に作用を説明する。

まず、排気系（図示省略）を作動させて、セラミック管
２内を排気し、ガス供給管３を経由してネオンガス等の
バッファガスを供給する６次にパルス高圧電源を作動さ
せて、セラミック管２内にプラズマを生起させ、このプ
ラズマによって金属蒸気源１が金属蒸気を生成し得る温
度まで昇温する。レーザ発振に必要な温度は、たとえば
金属蒸気源１が銅の場合には約１５００℃である。この
状態が保持されることにより、セラミック管２内に金属
蒸気が一様に分布する。

この金属蒸気にプラズマ中の自由電子が衝突して金属蒸
気が励起され、やがてセラミック管２内は反転分布の状
態となる。この状態では励起された金属蒸気が低エネル
ギー準位に遷移する際にレーザ光を発生する。セラミッ
ク管２内で発生したレーザ光は窓１２を通過し、光共振
器を構成する出力ミラー２３および全反射ミラー１４で
反射する間にその振幅が増加し、やがて出力ミラー２３
を通過して取出されるレーザ光が十分な出力に達する。

ここで、レーザ光を効率よく発振するためには。

金属蒸気源１を、約１５００℃の位置に配置することが
必要であるが、金属蒸気源１は容器２０内に設置され、
容器２０を移動することができるので、約１５００℃の
位置に配置することが容易に行なえる。

また溶融した金属蒸気源１が冷却後にセラミック管２に
固着することがないので、これによってセラミック管２
が破損する危険性を防止することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば金属蒸気源を放電管内で移動することが
できるので、放電管内の温度分布を利用して所要の金属
蒸気発生量が得られる位置に設置することが可能となり
、レーザ発振の効率を向上し大出力のレーザ出力を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を回路結線図を併用して示す
断面図、第２図は第１図の要部を取出し拡大して示す断
面図、第３図は従来の金属蒸気レーザ装置を回路結線図
を併用して示す断面図である。 １・・・金属蒸気源　　　　２・・・セラミック管２０
・・・容器 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　第子丸　　　健 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内側に金属蒸気を生成する金属蒸気源が配置された
   放電管を放電加熱してレーザ光を発生させる金属蒸気レ
   ーザ装置において、前記金属蒸気源が前記放電管の内側
   に移動可能に設置された容器内に収容されてなることを
   特徴とする金属蒸気レーザ装置。