JPH03155689A - Iodine laser generation method - Google Patents

Iodine laser generation method

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JPH03155689A
JPH03155689A JP29573389A JP29573389A JPH03155689A JP H03155689 A JPH03155689 A JP H03155689A JP 29573389 A JP29573389 A JP 29573389A JP 29573389 A JP29573389 A JP 29573389A JP H03155689 A JPH03155689 A JP H03155689A
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JP
Japan
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iodine
resonator
laser
energy
laser light
Prior art date
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Pending
Application number
JP29573389A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiichirou Yoshida
吉田 賛一郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SANGYO SOUZOU KENKYUSHO
Original Assignee
SANGYO SOUZOU KENKYUSHO
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH03155689A publication Critical patent/JPH03155689A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/095Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using chemical or thermal pumping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To make it possible to change easily a laser light mode as occasion needs by injecting iodine in a direction parallel to a flowing direction of a mixed gas at an arbitrary position selected from a specified range. CONSTITUTION:In this iodine laser device, fluids including oxygen under an excitation state and gaseous iodine are supplied at a specified velocity to a resonator 3 which excites iodine based on the reaction of energy transfer from excitated oxygen to iodine. When an attempt is made to set an injector 6 at a position where the reaction of energy transfer takes place most actively at the center of the resonator 3, the greatest laser conversion is carried out at the central point of the resonator 3, thereby obtaining laser light whose energy density is focussed to the center of laser flux. If an attempt is made to set the injector 6 at a position deviated to the left side as for the center of the resonator 3, it will be possible to obtain the laser light having a mode responding with the distribution of energy in which the laser light thus obtained indicates high energy at one side of the luminous flux and the energy distribution is lowered gradually as it is directed outward.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は、ヨウ素レーザ光を発生するためのヨウ素レ
ーザ発生方法に関する。
The present invention relates to an iodine laser generation method for generating iodine laser light.

【従来の技術】[Conventional technology]

レーザ光の発生源として、ルビー、ガラス、YAGある
いはCO□などの多くの物質が用いられているが、近年
、化学励起ヨウ素レーザ(ChemicallyPum
ped Iodine La5er : CPIL)の
研究開発が進み、1.315μmの波長の高出力レーザ
の発生に成功している。このCPILは、レーザ発振の
ためのボンピング源として電気エネルギを必要とせず、
化学燃料によってレーザ発振を行うことができ、構造が
比較的簡単であるという利点を有し、穴あけ、切断、微
小量除去、溶接および表面処理を含む加工に工業的に広
く応用されている。CPILの基本原理は、次式で示さ
れるエネルギ移乗反応である。 0?CΔ) +I(Fizz) :e−0□(3Σ)+
I“(P17□)・・・(1)ここで、0!”(’Δ)
は励起状態の酸素、I責P i /Z)は励起状態のヨ
ウ素を示す。 (1)式の反応において、左辺から右辺への反応速度が
速いため、効率よくボンピングが行われ、ビ(P17□
)が生成される。このI” (Fizz)がレーザ媒質
となり、波長1.315μmのレーザ光を発生する。 ここで最も重要なことは、ボンピング源であるoz′″
CΔ)をいかに効率よく発生させるか、ということであ
る。現在知られている最も効率のよい方法は、次式で示
す過酸化水素の分解反応である。 t+、o、+ 2NaOH+C1g40!”+ 2Lo
+ 2NaC1・ (2)この原理にもとづ〈従来のヨ
ウ素レーザ装置の構成を第3図に示す。図において、符
号1は励起酸素発生部、2はトラップ、3は共振器であ
る。 励起酸素発生部lは、内部に収容されたアルカリ性高濃
度過酸化水素水溶液中に塩素ガスをバブリングして(h
”(’Δ)を発生させたもので、ここに発生したOx”
(’Δ)を含むガスは、ダクト4を介してトラップ2に
導かれ、ここで水分の除去が行われる。このガスは、ダ
クト5を介して共振器3に送られ、この間に、ダクト5
に設けられたインジェクタ6からのヨウ素の注入を受け
る。インジェクタ6は、ヨウ素タンク7から、流量調整
バルブ8を有するパイプ9を介して供給されたガス状の
ヨウ素を、ダクト5内を流れるガス中に注入する機能を
有するもので、共振器3からの距離は、注入後のヨウ素
分子の解離およびエネルギの移乗に要する時間と、励起
ヨウ素原子の寿命とから決まる最適値に選ばれている。 なお図示していないが、ダクト5内に注入されるヨウ素
を原子の状態に解離するための解離手段、一般的には加
熱装置が設けられている。
Many materials such as ruby, glass, YAG, or CO□ have been used as sources of laser light, but in recent years, chemically excited iodine lasers (Chemically Pump) have been used as sources of laser light.
Research and development of ped iodine La5er (CPIL) has progressed, and a high-power laser with a wavelength of 1.315 μm has been successfully generated. This CPIL does not require electrical energy as a pumping source for laser oscillation,
Laser oscillation can be performed using chemical fuel, and it has the advantage of having a relatively simple structure, and is widely applied industrially to processing including drilling, cutting, microscopic removal, welding, and surface treatment. The basic principle of CPIL is an energy transfer reaction expressed by the following equation. 0? CΔ) +I(Fizz) :e−0□(3Σ)+
I"(P17□)...(1) Here, 0!"('Δ)
is oxygen in an excited state, and P i /Z) is iodine in an excited state. In the reaction of equation (1), the reaction speed from the left side to the right side is fast, so the bombing is performed efficiently and the bi(P17□
) is generated. This I" (Fizz) becomes a laser medium and generates a laser beam with a wavelength of 1.315 μm. The most important thing here is that the bombing source oz'"
The question is how efficiently CΔ) can be generated. The most efficient method currently known is the decomposition reaction of hydrogen peroxide shown by the following formula. t+, o, + 2NaOH+C1g40! ”+2Lo
+2NaC1. (2) Based on this principle, the configuration of a conventional iodine laser device is shown in FIG. In the figure, numeral 1 is an excited oxygen generating section, 2 is a trap, and 3 is a resonator. The excited oxygen generating unit l bubbles chlorine gas into an alkaline high concentration hydrogen peroxide aqueous solution housed inside (h
``('Δ) is generated, and the Ox generated here''
The gas containing ('Δ) is led to the trap 2 via the duct 4, where water is removed. This gas is sent to the resonator 3 via the duct 5, during which the duct 5
iodine is injected from an injector 6 installed at the The injector 6 has the function of injecting gaseous iodine supplied from the iodine tank 7 through a pipe 9 having a flow rate adjustment valve 8 into the gas flowing in the duct 5. The distance is selected to be an optimal value determined from the time required for dissociation of iodine molecules and energy transfer after implantation, and the lifetime of excited iodine atoms. Although not shown, dissociation means, generally a heating device, is provided for dissociating the iodine injected into the duct 5 into an atomic state.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

以上のように構成された従来のヨウ素レーザ装置におい
て、(1)式の反応が最も活発に行われる位置に共振器
3の中心位置が設定されている。この構成によって、エ
ネルギ分布がレーザ光束の中心に集中したモードのレー
ザ光が得られる。このようなモードのレーザ光は、穴あ
け、切断などの加工に使用するのに適するが、それ以外
のモード、たとえば金属の表面処理などにおいて比較的
広い面積内にエネルギが均一に分布しているようなモー
ドのレーザ光が望まれる場合、従来の装置でこのような
要求に対処するためには、共振器3のミラーを交換する
などの面倒な作業が必要である。 この発明は、上記のような従来のヨウ素レーザ発生方法
の欠点を解消するためになされたもので、レーザ光のモ
ードを必要に応じて容易に変更することができるように
改良されたヨウ素レーザ発生方法を提供することを目的
とする。
In the conventional iodine laser device configured as described above, the center position of the resonator 3 is set at the position where the reaction of equation (1) takes place most actively. With this configuration, a laser beam having a mode in which the energy distribution is concentrated at the center of the laser beam can be obtained. Laser light in this mode is suitable for processing such as drilling and cutting, but it is also used in other modes, such as surface treatment of metals, where the energy is uniformly distributed over a relatively wide area. When a laser beam of a specific mode is desired, in order to meet such a request with a conventional device, troublesome work such as replacing the mirror of the resonator 3 is required. This invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional iodine laser generation method as described above. The purpose is to provide a method.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

この発明のヨウ素レーザ発生方法においては、励起酸素
を含むガスにヨウ素を注入するインジェクタは、共振器
の中心に対して、混合ガスの流れ方向と平行な方向にそ
の位置を変更できるように構成される。すなわち、ヨウ
素の注入位置から共振器の中心までの距離が、得られる
レーザ光の所望のエネルギパターンに応じて任意に変更
される。
In the iodine laser generation method of the present invention, the injector that injects iodine into the gas containing excited oxygen is configured to be able to change its position with respect to the center of the resonator in a direction parallel to the flow direction of the mixed gas. Ru. That is, the distance from the iodine injection position to the center of the resonator is arbitrarily changed depending on the desired energy pattern of the resulting laser light.

【作 用】[For use]

前述のように、(1)式の反応が最も活発に行われる位
置(反応の中心位置)は、注入後のヨウ素分子の解離お
よびエネルギの移乗に要する時間と、励起ヨウ素原子の
寿命とから決まる。したがって共振器の中心に対して、
混合ガスの流れ方向と平行な方向にヨウ素の注入位置を
変更することにより、反応の中心位置を共振器の中心に
対して移動させることができる。たとえば共振器の中心
を中心とする所定の範囲内で反応の中心位置を変更する
ことによって、この移動範囲内で任意のエネルギ分布を
有するモードのレーザ光を得ることができる。また、所
定の時間内でヨウ素の注入位置を固定したり移動させた
りすることによって、レーザ光のモードを連続的に変え
ることもできる。
As mentioned above, the position where the reaction in formula (1) is most active (reaction center position) is determined by the time required for dissociation of iodine molecules and energy transfer after injection, and the lifetime of excited iodine atoms. . Therefore, for the center of the resonator,
By changing the injection position of iodine in a direction parallel to the flow direction of the mixed gas, the center position of the reaction can be moved with respect to the center of the resonator. For example, by changing the reaction center position within a predetermined range centered on the center of the resonator, it is possible to obtain a mode of laser light having an arbitrary energy distribution within this movement range. Furthermore, by fixing or moving the iodine injection position within a predetermined period of time, the mode of the laser beam can be changed continuously.

【実施例】【Example】

以下に図面を参照して、この発明の一実施例を説明する
。第1図において、符号1は励起酸素発生部、2はトラ
ップ、3は共振器である。励起酸素発生部1で前述の作
用によって発生された02′″CΔ)を含むガスは、ダ
クト4、トラップ2およびダクト5を介して共振器3に
送られるようになっている。またダクト5内において、
ヨウ素タンク7から、流量調整バルブ8を有するパイプ
9を介して供給されたガス状のヨウ素が、インジェクタ
6を介して、ダクト5内を流れるガス中に注入される。 インジェクタ6は、たとえば中空な円盤の形態をなし、
ダクト5と共軸的に配置され、共振器3側の面に複数の
ノズルを有する。第2図において、符号10は、ダクト
5内においてその軸方向に延びるように設けられたガイ
ドを示し、インジエクタロは、適当な駆動機構11を介
してこのガイド10にその長さ方向に沿って移動可能な
状態で支持されている。駆動機構11はたとえばパルス
モータのような駆動要素を備え、外部からの駆動信号に
応じて、インジェクタ6をガイド10に沿って所定の範
囲で移動させることができる。さらに、このインジェク
タ6の移動に対応できるように、パイプ9とインジェク
タ6とはフレキシブルなホース12によって接続され、
ヨウ素の連続的な供給が維持できるようになっている。 このように構成されたヨウ素レーザ装置において、励起
酸素からヨウ素へのエネルギ移乗反応によりヨウ素を励
起してレーザ発振を行わせる共振器3には、励起状態の
酸素とガス状のヨウ素とを含む液体が所定の流速で供給
される。いま、インジェクタ6が、(1)式の反応が共
振器3の中心で最も活発に行われるような位置に設定さ
れているとすると、この共振器3の中心位置において最
大のレーザ変換が行われ、レーザ光束の中心部にエネル
ギ密度が集中したレーザ光が得られる。また共振器3の
中心に対して、インジェクタ6の位置をたとえば図面の
左側に偏位させた状態では、得られたレーザ光は、光束
の一側でエネルギが高く、他側に向かうにしたがって順
次に低くなったエネルギ分布に対応するモードを有する
レーザ光が得られる。さらに、インジェクタ6を所定の
範囲内で連続的に往復移動させることによりて、この移
動範囲内で任意のエネルギ分布を有するモードのレーザ
光を得ることができる。また所定の時間内でインジェク
タ6の位置を固定したり移動させたりすることによって
、レーザ光のモードを連続的に変えることもできる。 なお上記の実施例では、インジェクタ6として円板状の
ものを使用した例を示したが、混合ガスの流れ方向と平
行な方向に移動させうる構造のものであれば、インジェ
クタの構造に制限を受けない。 またインジェクタ6の移動とともに、調整バルブ8によ
って注入されるヨウ素ガスの流量を調節することによっ
て、得られるレーザ光のエネルギのビーク値とともに、
エネルギ分布のパターンをある程度変えることができる
。実験の結果によれば、注入されるヨウ素ガスの流量が
減少するにしたがって、得られるレーザ光のエネルギ分
布がブロードになることが判明している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 indicates an excited oxygen generating section, 2 a trap, and 3 a resonator. The gas containing 02''CΔ) generated by the above-mentioned action in the excited oxygen generating section 1 is sent to the resonator 3 via the duct 4, the trap 2, and the duct 5. In,
Gaseous iodine is supplied from the iodine tank 7 via a pipe 9 having a flow rate regulating valve 8 and is injected into the gas flowing in the duct 5 via the injector 6. The injector 6 has the form of a hollow disk, for example,
It is arranged coaxially with the duct 5 and has a plurality of nozzles on the surface on the resonator 3 side. In FIG. 2, reference numeral 10 indicates a guide provided in the duct 5 so as to extend in its axial direction, and the injector is moved along the length of this guide 10 via a suitable drive mechanism 11. Supported where possible. The drive mechanism 11 includes a drive element such as a pulse motor, and can move the injector 6 within a predetermined range along the guide 10 in response to an external drive signal. Furthermore, in order to accommodate the movement of the injector 6, the pipe 9 and the injector 6 are connected by a flexible hose 12.
A continuous supply of iodine can be maintained. In the iodine laser device configured in this way, a liquid containing excited oxygen and gaseous iodine is used in the resonator 3 that excites iodine to perform laser oscillation by an energy transfer reaction from excited oxygen to iodine. is supplied at a predetermined flow rate. Now, assuming that the injector 6 is set at a position where the reaction in equation (1) occurs most actively at the center of the resonator 3, the maximum laser conversion will occur at the center of the resonator 3. , a laser beam with energy density concentrated at the center of the laser beam can be obtained. Furthermore, when the position of the injector 6 is shifted, for example, to the left in the drawing with respect to the center of the resonator 3, the obtained laser light has high energy on one side of the light beam, and gradually increases in energy as it goes to the other side. A laser beam having a mode corresponding to a lower energy distribution is obtained. Furthermore, by continuously moving the injector 6 back and forth within a predetermined range, it is possible to obtain laser light of a mode having an arbitrary energy distribution within this movement range. Furthermore, by fixing or moving the position of the injector 6 within a predetermined period of time, the mode of the laser beam can be changed continuously. In the above embodiment, a disc-shaped injector 6 was used, but there are no restrictions on the structure of the injector as long as it can be moved in a direction parallel to the flow direction of the mixed gas. I don't accept it. In addition, by adjusting the flow rate of the iodine gas injected by the adjustment valve 8 along with the movement of the injector 6, the peak value of the energy of the laser beam obtained and the
The pattern of energy distribution can be changed to some extent. According to the results of experiments, it has been found that as the flow rate of the injected iodine gas decreases, the energy distribution of the obtained laser light becomes broader.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上に説明したようにこの発明によれば、共振器の中心
に対して、混合ガスの流れ方向と平行な方向にヨウ素の
注入位置を変更することができるように構成したので、
任意のモード、すなわちエネルギ分布パターンのレーザ
光を得ることができる。これによって、レーザ加工の多
様な要求に対応することが可能になる。
As explained above, according to the present invention, since the iodine injection position can be changed in the direction parallel to the flow direction of the mixed gas with respect to the center of the resonator,
Laser light of any mode, ie, energy distribution pattern, can be obtained. This makes it possible to meet various requirements for laser processing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第り図はどの発明方法の実施に用いられた装置を示す系
統図、第2図は第1図の装置の要部の側面図、第3図は
従来のヨウ素レーザ装置を示す系統図である。 図において、1は励起酸素発生部、2はトラップ、3は
共振器、4.5はダクト、6はインジェクタ、7はヨウ
素タンク、8は調整バルブ、10はガイド、11は駆動
機構、12はホースをそれぞれ示す。
Figure 2 is a system diagram showing the equipment used to implement which invented method, Figure 2 is a side view of the main parts of the equipment in Figure 1, and Figure 3 is a system diagram showing the conventional iodine laser equipment. . In the figure, 1 is an excited oxygen generator, 2 is a trap, 3 is a resonator, 4.5 is a duct, 6 is an injector, 7 is an iodine tank, 8 is a regulating valve, 10 is a guide, 11 is a drive mechanism, and 12 is a Each hose is shown.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 励起状態の酸素を含むガス中にヨウ素を注入し、ここに
得られた混合ガスを共振器に供給して、励起状態の酸素
からヨウ素へのエネルギ移乗反応にもとづいてヨウ素レ
ーザを発生させる方法において、ヨウ素の注入を、前記
混合ガスの流れ方向と平行な方向に所定の範囲内から選
択された任意の位置で行うようにしたことを特徴とする
ヨウ素レーザ発生方法。
In a method of injecting iodine into a gas containing oxygen in an excited state and supplying the resulting mixed gas to a resonator to generate an iodine laser based on an energy transfer reaction from oxygen in an excited state to iodine. An iodine laser generation method, characterized in that iodine is injected at any position selected from within a predetermined range in a direction parallel to the flow direction of the mixed gas.
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