JPH0445586A

JPH0445586A - 金属蒸気レーザー装置

Info

Publication number: JPH0445586A
Application number: JP15254390A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Takahashi; 知幸高橋; Ryoichi Otani; 大谷　良一
Original assignee: LASER NOUSHIYUKU GIJUTSU KENKYU KUMIAI; Toshiba Corp
Current assignee: LASER NOUSHIYUKU GIJUTSU KENKYU KUMIAI; Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1992-02-14

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ー装置に係り、特にレーザー発
振を効率よく行うことができ、かつ長時間運転が可能な
長寿命の金属蒸気レーザー装置に関する。

（従来の技術）第４図を参照しながら従来の金属蒸気レーザー装置の構
成を説明する。すなわち、発振管本体１の中心部には耐
熱性を有する放電管としてのレーザー管２が収容される
。このレーザー管２の両端部には陽電極３および陰電極
４が対向して配設され、これらの電極３，４はそれぞれ
電極支持フランジ５，６によって支持され、この電極３
，４間に形成される放電空間７においてパルス二極放電
が行なわれる。レーザー管２内の底部には金属蒸気を発
生する例えば銅粒などの金属蒸気源８が配置される。

また、レーザー管２の外周にはアルミナファイバなどの
材料からなる断熱層９が形成され、その断熱層９を所定
位置に固定し保護するため、石英等で形成した保護管１
０が断熱層９の外周に設けられている。保護管１０と、
その外側に配設された外部真空容器１１との間には真空
断熱室１２が形成される。この真空断熱室１２およびレ
ーザー管２内の放電空間７は排気装置１３に接続されて
、内部が真空状態に維持される。

また、陽電極３と陰電極４とを絶縁し、良好な放電を得
るため、外部真空容器１１と電極支持フランジ６との間
にセラミックスまたはガラス等の絶縁材で形成したブレ
ーク管１４が介装されている。

レーザー光を発振させる操作はまず排気装置１３を作動
させて真空断熱室１２および放電空間７内を排気し、続
いて、バッファガス供給源１５から放電空間７内にＮｅ
等のバッファガスを導入し、内部を一定圧力に保持する
。

この状態で高電圧電源１６、パルス回路１７、パルスド
ライブ電源１８を起動すると、陽電極３と陰電極４との
間にパルス状高電圧が印加されて放電空間７において放
電プラズマが生起する。この放電プラズマ中の自由電子
に浮遊状態の金属蒸気が衝突して金属蒸気が励起され、
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
所定波長のレーザー光が発生する。放電空間７内で発生
したレーザー光はブリュースター窓１９．２０を通過し
、さらにレーザー光共振器２１を構成する出力ミラー２
２および全反射ミラー２３で反射する間にその振幅が増
大し、出力ミラー２２から発振する。

（発明が解決しようとする課題）上述のような従来構造の金属蒸気レーザー装置ではレー
ザー管２にセラミックス製の円筒管を使用している。

ところが、レーザー装置の動作中、レーザー管２内に配
置した金属蒸気源８からの金属蒸気がレーザー管２の中
央部の高温領域からレーザー管２の両端部の低温領域へ
移動して凝縮し、レーザー発振に悪影響を与えて発振効
率が低下し長時間運転ができない課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、レ
ーザー管内の両端部に凝縮する金属蒸気レーザー管内の
低温領域から中央部の高温領域へ還流させて有効に利用
させレーザー発振を効率よく行うことができる長寿命の
金属蒸気レーザー装置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）本発明は金属に放電エネルギーを付与してレーザー媒質
となるプラズマを発生させるレーザー管と、このレーザ
ー管の両端部に対向して設けられ前記レーザー管内にパ
ルス放電を行う一対の一電極と、この一対の電極を支持
する電極支持フランジと、前記レーザー管内の放電熱を
保持するために前記レーザー管の外周に形成された断熱
層とを備え、前記レーザー管内の低温領域面にアルミナ
製ウィックを設けてなることを特徴とする。

（作　用）レーザーの発振はネオンガスなどの放電用ガスをレーザ
ー管内に流し、一対の電極間に高電圧を印加し、放電を
生じさせて金属蒸気が十分発生する温度まで加熱し、発
生した金属蒸気を励起させることによって生じる。レー
ザー管の温度は断熱材によって金属蒸気がレーザー発振
に必要な濃度が得られる高温度に維持される。ウィック
が設けられたレーザー管の内側は金属蒸気が発生する温
度、例えば銅の場合は約１５００℃、レーザー管の外側
端部は金属蒸気が凝固する温度、例えば銅の場合は１０
８５℃以上の温度に維持される。レーザー管の高温領域
の蒸気はレーザー管の端部の低温領域に拡散し、凝縮す
るが、ウィックの毛細管現象によって高温領域側へ移送
され循環する。この循環によって金属蒸気の消耗による
レーザー発振時間の短縮がなくなり、長時間の運転が可
能となる。

（実施例）第１図および第２図を参照しながら本発明に係る金属蒸
気レーザー装置の一実施例を説明する。

第１図において、符号１で示す発振管本体の中心部には
耐熱性を有する放電管としてのアルミナ製レーザー管２
が収容される。このレーザー管２の両端部には陽電極３
および陰電極４が対向して配設され、これらの電極３．
４はそれぞれ電極支持フランジ５，６によって支持され
、この電極３゜４間に形成される放電空間７においてパ
ルス二極放電が行なわれ゛る。レーザー管２内の底部に
は金属蒸気を発生させる例えば銅粒などの金属蒸気源８
が配置される。前記電極３，４の近傍、つまり、低温領
域には高純度アルミナ製の短管状ウィック２４．２５が
設けられている。

また、レーザー管２の外周にはアルミナファイバなどの
材料からなる断熱層９が形成され、その断熱層９を所定
位置に固定し保護するため、石英等で形成した保護管１
Ｇが断熱層９の外周に設けられている。保護管１０と、
その外側に配設された外部真空容器１１との間には真空
断熱室１２が形成される。この真空断熱室１２およびレ
ーザー管２内の放電空間７は排気装置１３に接続されて
、内部が真空状態に維持される。

また、陽電極３と陰電極４とを絶縁し、良好な放電を得
るため、外部真空容器１１と電極支持フランジ６との間
にセラミックスまたはガラス等の絶縁材で形成したブレ
ーク管１４が介挿されている。

高純度アルミナ製ウィック２４．２５は液化した金属を
毛細現象によって移送することが可能な結晶構造をもた
せることが必要である。そのため、第２図にそのアルミ
ナ粒子の結晶構造を拡大して模写的に示したように粒子
径２０〜３０ミクロンの高純度アルミナ粒子２６を結合
させて１０〜２０ミクロンの空孔２７を形成させたアル
ミナセラミックス、またはアルミナウールなどを短管状
に成形したものを使用する。

しかして、レーザー光を発振させる操作はまず排気装置
１３を作動させて真空断熱室１２および放電空間７内を
排気し、続いて、バッファガス供給源１５から放電空間
７内にＮｅ等のバッファガスを導入し、内部を一定圧力
に保持する。

この状態で高電圧電源１６、パルス回路１７、パルスド
ライブ電源１８を起動すると、陽電極３と陰電極４との
間にパルス状高電圧が印加されて放電空間７において放
電プラズマが生起する。この放電プラズマ中の自由電子
に浮遊状態の金属蒸気が衝突して金属蒸気が励起され、
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
所定波長のレーザー光が発生する。放電空間７内で発生
したレーザー光はブリュースター窓１９．２０を通過し
、さらにレーザー光共振器２１を構成する出力ミラー２
２および全反射ミラー２３で反射する間にその振幅が増
大し、出力ミラー２２から発振する。この発振によって
レーザー管２の温度は断熱材９によって金属蒸気がレー
ザー発振に必要な濃度が得られる高温度に維持される。

レーザー管２内の高温部の蒸気は端部の低温領域に拡散
して凝縮するが、−ウィック２４．２５の毛細管現象に
よって中央部の高温領域側へ移送され循環する。この循
環によって金属蒸気の消耗によるレーザー発振時間の短
縮がなくなり長時間運転ができるようになる。

ここで、ウィック２４．２５の材質が金属製の場合には
金属酸化物が高温度のため放出されてレーザー発振出力
を低下させるので好ましくない。したがって、レーザー
管２と同じ材質の高純度アルミナを使用する必要がある
。高純度アルミナ製のウィックは不純物の発生がなく、
レーザー発振出力が得られるため、レーザー発振効率が
高く長寿命な金属蒸気レーザー装置が得られる。

なお、ウィック２４．２５の材質としては第３図に示し
たように高純度アルミナ材２８を発泡させて多数の空孔
２９を形成させた・発泡アルミナを使用することもでき
る。レーザー管２内で液化した金属は空孔２９による毛
細管現象によって移送され、ウィック内を還流する。

［発明の効果］本発明によればレーザー発振効率が向上しかつ長時間運
転が可能な長寿命型金属蒸気レーザー装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属蒸気レーザー装置の一実施例
を示す断面図、第２図および第３図はそｔぞれ第１図に
おけるウィックの結晶構造を部分的に拡大して示す模写
図、第４図は従来の金属蒸気レーザー装置を示す断面図
である。１・・・発振管本体２・・・レーザー管３．４・・・電極５．６・・・電極支持フランジ７・・・放電空間８・・・金属蒸気源９・・・断熱層Ｏ・・・保護管１・・・外部真空容器２・・・真空断熱室３・・・排気装置４・・・ブレーク管５・・・バッファガス供給源６・・・高電圧電源７・・・パルス回路訃・・パルスドライブ電源９．２０・・・ブリュースター窓２１・・・レーザー共振器２２・・・出力ミラー２３・・・全反射ミラー２４、２５・・・ウィック２６・・・アルミナ粒子２７・・・空孔２８・・・高純度アルミナ材２９・・・空孔二二二しへう〜第図０００＼足凸

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属に放電エネルギーを付与してレーザー媒質と
なるプラズマを発生させるレーザー管と、このレーザー
管の両端部に対向して設けられ前記レーザー管内にパル
ス放電を行う一対の電極と、この一対の電極を支持する
電極支持フランジと、前記レーザー管内の放電熱を保持
するために前記レーザー管の外周に形成された断熱層と
を備え、前記レーザー管内の低温領域にアルミナ製ウィ
ックを設けてなることを特徴とする金属蒸気レーザー装
置。