JPH0294582A - 金属蒸気レーザの出力安定化方法 - 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】 一産業上の利用分野〕 本発明は、金属蒸気レーザ装置から発振される金属蒸気
レーザの出力安定化方法に関する。

〔技術の背景〕

金属蒸気レーザは、レーザ管内に金属とキャリアガスと
を封入し、当該金属の蒸気を利用してレーザ発振を起こ
させるものである。

現在において、実用化されている金属蒸気レーザとして
は、放電の陽光柱部分を用いてレーザ発振させるいわゆ
る陽光柱型があり、具体的には、キャリアガスとしてヘ
リウムを、金属としてカドミウムを用いてなる陽光柱型
のＨｅ−Ｃｄ”　レーザが知られている。

このＨｅ−Ｃｄ”　レーザは、例えば波長３２５ｎｍの
紫外線を連続発振することができ、また波長４４２ｎｍ
の短波長域の可視光線も連続発振することができること
から、近年需要が増加し、例えばレーザプリンター、ホ
ログラフィ−、フォトプロッターカラースキャナー等の
光源として種々の分野で利用されている。

しかして、金属蒸気レーザにおいては、使用時間の経過
に伴い金属蒸気が管内壁等に凝結する際にヘリウムガス
がトラップされて当該ヘリウムガ・ス圧力が低下するた
めレーザが不安定となりやすい。

これを防止するため、従来は、ヘリウムガス供給器を金
属蒸気レーザ管に接続してヘリウムガスを適宜金属蒸気
レーザ管内に補充するようにしている。

第３図は、斯かるヘリウムガス供給器を備えた従来の金
属蒸気レーザ装置の一例を示し、７０は金属蒸気レーザ
管、７１は金属溜、７２はカソード、７３はアノード、
８０はヘリウムガス供給器、８１は低圧室、８２は中圧
室、８３は高圧室、８４．８５は隔壁、８６はヒータ、
８７は圧力検出器である。

低圧室８１は金属蒸気レーザ管７０内に連通し、高圧室
８３には高圧のヘリウムガスが充填されている。

隔壁８４．８５　は、低圧室８１、中圧室８２、高圧室
８３を区画するものであり、温度によりヘリウムガス透
過率が変化する例えば石英ガラス等により構成されてい
る。

圧力検出器８７は低圧室８１内のヘリウムガス圧力を検
出するものであり、この金属蒸気レーザ装置においては
、圧力検出器８７による検出結果に基づいてヒータ８６
への供給電力を制御して隔壁８４．８５の温度を変化さ
せることによりヘリウムガス透過率を調整し、これによ
り金属蒸気レーザ管７０内のヘリウムガス圧力を一定化
し、いわば間接的に金属蒸気レーザの出力を安定化する
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の出力安定化手段は、障壁８４．８５の温
度を変化させてヘリウムガス透過量を制御することによ
り、金属蒸気レーザの出力を安定化する手段であるため
、金属蒸気レーザ装置の周囲温度の急激な低下により金
属レーザ管７０内のヘリウムガス圧力が低下した場合に
起因して生ずる出力変化に対しては、出力の安定化を迅
速に達成することができない。これは、出力の変化を検
出してからヘリウムガスが金属蒸気レーデ管７０内に補
充されるまでに相当の時間を要するからである。

また、周囲温度が上昇して金属蒸気レーザ管７０内のヘ
リウムガス圧力が上昇した場合に起因して生ずる出力変
化に対しては、ヘリウムガス透過量を制御する手段によ
っては出力の安定化を達成することができない。

本発明は以上の如き事情に基づいてなされたものであっ
て、その目的は、上記の問題を解決し、金属蒸気レーザ
の出力を短期的に迅速に安定化できる金属蒸気レーザの
出力安定化方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、金属蒸気レーザ装
置から発振される金属蒸気レーザの出力安定化方法にお
いて、前記金属蒸気レーザ装置が、金属蒸気レーザ管と
、この金属蒸気レーザ管内にキャリアガスを補充するキ
ャリアガス供給器と、当該金属蒸気レーザ管の雰囲気温
度を検出する温度検出器とを備え、前記キャリアガス供
給器が、温度によりキャリアガス透過率が変化する隔壁
により区画された、前記金属蒸気レーザ管内に連通ずる
低圧室と、キャリアガスが高圧で充填された高圧室と、
前記隔壁の温度を制御する第１のヒータと、前記低圧室
の温度を制御する第２のヒータとを備え、前記温度検出
器よりの検出信号に基づいて前記第２のヒータへの供給
電力をフィードバック制御して前記金属蒸気レーザ管内
のキャリアガス圧力を一定化することにより金属蒸気レ
ーザの出力を短期的に安定化することを特徴とする。

〔作用〕

金属蒸気レーザ管の雰囲気温度を検出する温度検出器の
検出信号に基づいて第２のヒータへの供給電力をフィー
ドバック制御して低圧室内の温度を制御すると、当該低
圧室内のキャリアガス圧力がボイル・シャルルの法則に
基づいて迅速に変化して金属蒸気レーザ管内のキャリア
ガス圧力が一定化される。従って、金属蒸気レーザ装置
の周囲温度の変化により金属レーザ管内のヘリウムガス
圧力が変化して出力が変化した場合に、短期的に迅速に
金属蒸気レーザの出力の安定化を達成することができる
。

〔発明の具体的構成〕

以下、本発明の構成を具体的に説明する。

第１図は本発明の実施に好適な金属蒸気レーザ装置の一
例を示す説明図である。

同図において、１０は例えばＨｅ−Ｃｄ＋レーザを発振
させるための金属蒸気レーザ管、１１は金属溜、１２は
出力ミラー、１３は反射ミラー、２０はキャリアガスを
補充するキャリアガス供給器、３０は第１のヒータ、４
０は第２のヒータ、５０は温度検出器、６０は第２のヒ
ータの制御回路である。

キャリアガス供給器２０において、２１は実質的にキャ
リアガス不透過性の外管、２２は外管２１の内部を低圧
室２３と高圧室２４とに区画する隔壁であって温度によ
りキャリアガス透過率が変化する材料により構成されて
いる。

低圧室２３は連結管２５により金属蒸気レーザ管１０の
放電空間に連通している。従って、低圧室２３内のキャ
リアガス圧力は金属蒸気レーザ管１０内のキャリアガス
圧力と実質的に同一である。低圧室２３の内容積は金属
蒸気レーザ管１０の内容積の例えば１ン３以上である。

そして、高圧室２４内には、キャリアガスが高圧で充填
されている。

この例の金属蒸気レーザ管１０はキャリアガスとしてヘ
リウムガスを用いるので、隔壁２２の構成材料としては
例えば石英ガラス等を用いることができる。特に石英ガ
ラスはヘ−リウムガス透過率の温度依存性が優れていて
ヘリウムガスの透過を迅速に達成することができる。ま
た、この例の隔壁２２は管状の形態を有しているので、
当該ｖ；ｉｋ壁２２の面積が大きくて透過量の制御範囲
が広く、また熱的な応答性が向上する。高圧室２４内に
はヘリウムガスが通常３００〜４００　Ｔｏｒｒ程度の
圧力で充填され、低圧室２３内のヘリウムガスの圧力は
、通常５〜６Ｔｏｒ、ｒ程度の範囲内である。外管２１
の構成材料としては、ヘリウムガスを実質上透過しない
例えばコバールガラス等の硬質ガラス等を用いることが
できる。

第１のヒータ３０は隔壁２２の温度を制御して当該隔壁
２２を透過するキャリアガスの景を制御するものである
。この例においては、出力検出器３１と、比較回路３２
と、基準電圧源３３と、電力増幅器３４とにより構成さ
れる電力制御回路により第１のヒータ３０がフィードバ
ック制御され、これにより金属蒸気レーザ管１０内に不
足分のキャリアガスが補充される。この第１のヒータ３
０は例えばニクロム線等の抵抗線よりなり、隔壁２２を
構成する石英ガラス管内に挿入されて配置されている。

第２のヒータ４０は、温度検出器５０よりの検出信号に
基づいて低圧室２３内の温度を制御するものである。こ
の例においては、温度検出器５０と、制御回路６０とに
より第２のヒータ４０への供給電力がフィードバック制
御される。この第２のヒータ４０は、第１のヒータ３０
とは別個独立に制御される。

この第２のヒータ４０は、例えばニクロム線等の抵抗線
よりなり、低圧室２３を囲む外管２１の外周に巻回され
ている。

温度検出器５０は、金属蒸気レーザ管１０の雰囲気温度
を検出するものであり、金属蒸気レーザ管１０の周囲に
配置されている。

制御回路６０において、６１は温度検出器５０よりの検
出信号を受ける温度比較回路、６２は温度比較回路の基
準電圧源、６３は温度比較回路６１よりの信号に基づい
て制御された電力を第２のヒータ４０へ供給する電力増
幅器である。この制御回路６０により温度検出器５０の
検出信号に基づいて第２のヒータ４０への供給電力がフ
ィードバック制御される。

すなわち、温度検出器５０により雰囲気温度が検出され
るとその検出信号が温度比較回路６１において基準電圧
１６２と比較され、この温度比較回路６１の出力端子か
らは、その差を打ち消すための出力信号、すなわち雰囲
気温度が基準電圧源６２によって規定される所定の一定
レベルとなるような出力信号が発生し、次いでこの出力
信号が電力増幅器６３に送られ、この電力増幅器６３に
より増幅された電力が第２のヒータ４０に供給される。

このように制御された電力で第２のヒータ４０により低
圧室２３内の温度が制御されるので、ボイル・シャルル
の法則に基づいて金属蒸気レーザ管１０内のキャリアガ
ス圧力が迅速に短期的に一定化される。

第２図は、Ｈｅ−Ｃｄゝレーザ管内のヘリウムガス圧力
と、Ｈｅ−Ｃｄ”　レーザの出力（実線で示す）との関
係を示す説明図である。この図から理解されるように、
両者には一定の相関関係があるので、・ヘリウムガス圧
力を変化させることにより　Ｈｅ−Ｃｄ＋レーザの出力
を制御することができる。そして、このような相関関係
はその他の金属蒸気レーザについても一般に適用できる
ことが判明している。第２図において、点Ａは発振時に
おいて出力が安定化されているときの動作点、点Ｂは非
発振時におけるＨｅ−Ｃｄ”″レーザ管内のヘリウムガ
ス圧力を示す。

以上の構成によれば、次のようにして金属蒸気レーザの
出力が短期的に迅速に安定化される。

金属蒸気レーザの出力が点Ａに対応する一定値Ｐに安定
化されている状態において、雰囲気温度が低下すると、
金属蒸気レーザ管１０内のヘリウムガス圧力が減少して
金属蒸気レーザの出力が点Ａよりも左側の点Ｃに移動す
る。しかして、雰囲気温度の低下は温度検出器５０によ
り検出されてその検出信号に基づいて制御回路６０によ
り第２のヒータ４０への供給電力がフィードバック制御
されるので、第２のヒータ４０への供給電力が増加して
低圧室２３内の加熱が迅速に行われる。従って、いわゆ
るボイル・シャルルの法則に基づいて金属蒸気レーザ管
１０内のヘリウムガス圧力が迅速に変化し、これにより
金属蒸気レーザ管１０内のヘリウムガス圧力が元の点Ａ
にまで迅速に復帰し、金属蒸気レーデの出力が短期的に
一定値Ｐに維持されるようになる。

また、雰囲気温度が上昇すると、金属蒸気レーザ管１０
内のヘリウムガス圧力が増加して金属蒸気レーザの出力
が点Ａよりも右側の点りに移動する。

しかして、雰囲気温度の上昇は温度検出器５０により検
出されて、第２のヒータ４０への供給電力が上記と逆方
向にフィードバック制御されるので、金属蒸気レーザの
出力が短期的に一定値Ｐに維持されるようになる。

一方、第１のヒータ３０への供給電力は、金属蒸気レー
ザの出力を検出する出力検出器３１により検出された結
果に基づいてフィードバック制御され、これにより隔壁
２２を透過するヘリウムガス量が制御されるので、金属
蒸気レーザ管１０内のヘリウムガス圧力の低下すなわち
雰囲気温度の低下に対しては有効に制御できるが、雰囲
気温度が上昇してヘリウムガス圧力が上昇した場合には
有効に制御することができない。斯かる欠点を補償する
のが、第２のヒータ４０である。すなわち、第２のヒー
タ４０は低圧室２３を囲む状態で巻かれており、この第
２のヒータ４０への供給電力が雰囲気温度に基づいてフ
ィードバック制御されるので、雰囲気温度が上昇してヘ
リウムガス圧力が増加した場合にもボイル・シャルルの
法則に基づいてこれを減少させる方向に有効に制御する
ことができる。

以上の実施例によれば、金属蒸気レーザ管１０の３囲気
温度を検出してその検出信号に基づいて第２のヒータ４
０への供給電力をフィードバック制御するので、当該低
圧室２３内のキャリアガス圧力がボイル・シャルルの法
則に基づいて迅速に変化する。従って、金属蒸気レーザ
装置の周囲温度の急激な変化が生じても、金、寓レーザ
管１０内のキャリアガス圧力を迅速に短期的に一定化す
ることができ、その結果、金属蒸気レーザの出力を短期
的に安定化することができる。

以上、本発明を一実施例に基づいて説明したが、本発明
の適用の対象となる金属蒸気レーザ装置の具体的構成は
、上記実施例に限定されず、種々の変形を施すことがで
きる。また、金属としてもカドミウムに限定されずその
他の金属を用いてもよく、さらに金属と組合せるキャリ
アガスとしてもヘリウムガスに限定されずその他のガス
を用いてもよい。

〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明によれば、第、２の
ヒータへの供給電力を、金属蒸気レーザ管の雰囲気温度
に基づいてフィードバック制御するので、雰囲気温度の
変化に起因して生ずる出力の変化を迅速に防止して金属
蒸気レーザの出力を短期的に安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に好適な金属蒸気レーザ装置の一
例を示す説明図、第２図はＨｅ−Ｃｄ”　レーザ管内の
ヘリウムガス圧力とＨｅ−Ｃｄ”　レーザの出力との関
係を示す説明図、第３図は従来の方法を適用した金属蒸
気レーザ装置の一例を示す説明図である。 ｌＯ・・・金属蒸気レーザ管　１１・・・金属溜１２・
・・出力ミラー　　　　１３・・・反射ミラー２０・・
・キャリアガス供給器 ２１・・・外管　　　　　　　２２・・・隔壁２３・・
・低圧室　　　　　　２４・・・高圧室（″ ２５・・・連結管　　　　　　３０・・・第１のヒータ
３１・・・出力検出器　　　　３２・・・比較回路３３
・・・基準電圧源　　　　３４・・・電力増幅器４０・
・・第２のヒータ　　　５０・・・温度検出器６０・・
・制御回路　　　　　６１・・・温度比較回路６２・・
・基２！ＩＩ電圧源　　　　６３・・・電力増幅器７０
・・・金属蒸気レーザ管　７１・・・金属溜７２・・・
カソード　　　　　７３・・・アノード８０・・・ヘリ
ウムガス供給器 ８１・・・低圧室 ８３・・・高圧室 ８６・・・ヒータ ８２・・・中圧室 ８４、８５・・・隔壁 ８７・・・圧力検出器 十 図 −Ａ−３図 ８゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属蒸気レーザ装置から発振される金属蒸気レー
   ザの出力安定化方法において、 前記金属蒸気レーザ装置が、金属蒸気レーザ管と、この
   金属蒸気レーザ管内にキャリアガスを補充するキャリア
   ガス供給器と、当該金属蒸気レーザ管の雰囲気温度を検
   出する温度検出器とを備え、前記キャリアガス供給器が
   、温度によりキャリアガス透過率が変化する隔壁により
   区画された、前記金属蒸気レーザ管内に連通する低圧室
   と、キャリアガスが高圧で充填された高圧室と、前記隔
   壁の温度を制御する第１のヒータと、前記低圧室の温度
   を制御する第２のヒータとを備え、 前記温度検出器よりの検出信号に基づいて前記第２のヒ
   ータへの供給電力をフィードバック制御して前記金属蒸
   気レーザ管内のキャリアガス圧力を一定化することによ
   り金属蒸気レーザの出力を短期的に安定化することを特
   徴とする金属蒸気レーザの出力安定化方法。