JPH0451994B2

JPH0451994B2 -

Info

Publication number: JPH0451994B2
Application number: JP1002100A
Authority: JP
Inventors: Kanichi Fujii; Masahiro Ootaka
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1992-08-20
Also published as: JPH02392A

Description

【発明の詳細な説明】〈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
Physics”Vol.9、1970、第588頁乃至第589頁に開
示されている所謂笛型レーザ管を挙げることがで
きる。この笛型レーザ管においては、両端にブリ
ユ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）が形成されている笛状円筒部
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材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
如きキヤ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
な笛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つてレーザ光が発振され
る。

他方、“IEEE Journal of Quantum
Electronics”Vol.QE−16，No.６、June1980、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、
両端にブリユ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、笛型レーザ管の場合と同様にHeの如き
キヤ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
蒸気はホロー陰極に形成されている上記孔を通し
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つてレーザ光
が発振される。

しかしながら、従来の笛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、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
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。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであ
り、その技術的解決課題は、ホロー陰極の内部空
間に生成される負グローが充分に均一であり、従
つ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、そしてまた発振されるレーザ光の色
調を容易に調節することができる。改良されたレ
ーザ管を提供することである。

〈課題を解決するための手段〉上記技術的課題を解決するために、本発明にお
いては、陽極に近接せしめて導電性格子を配設す
ると共に、ホロー陰極の内部空間における陰極暗
部に導電性格子を配設し、陰極暗部に配設した導
電性格子には調節自在な直流格子電圧を印加す
る。

即ち、本発明によれば、陽極と、該陽極に対向
して配設されたホロー陰極と、該陽極と該ホロー
陰極との間に直流放電電圧を印加するための放電
電圧源とを具備し、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、該陽極と該ホロー陰極との間の放電を均一化せ
しめるために、該陽極に近接して配設された導電
性格子と、該ホロー陰極の内部空間における陰極
暗部に配設された導電性格子と、陰極暗部に配設
された該導電性格子に調節自在な直流格子電圧を
印加するための格子電圧源とを備えていることを
特徴とするレーザ管が供給される。

〈作用〉本発明のレーザ管においては、陽極に近接して
配設された導電性格子の作用によつて、陽極とホ
ロー陰極との間の放電が充分に均一化されると共
に局部的なアーク放電の発生が回避され、かくし
てホロー陰極の内部空間に充分に均一な負グロー
が生成され、従つて雑音が著しく抑制されたレー
ザ光が発振される。発振されるレーザ光の色調
は、陰極暗部に配設されている導電性格子に印加
する格子電圧を調節することによつて充分容易に
調整され得る。

〈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。

本発明に従つ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
公知のブリユースタ窓８に設けられているフラン
ジ１０が適宜の方式によつて固定され、かくして
主部４の両端にブリユースタ窓８が固定される。
フランジ６及び１０には、ブリユースタ窓８に対
応する部位に開口が形成されている。ブリユース
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）によつて共振用反射鏡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
つて、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、一
般的には、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２０が配
設されている。そして、かかる一対のスペーサ２
０によつて、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１
８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２
６は、ホロー陰極２４の内部空間２８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
負グローを生成せ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。

陽極２２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
流放電電圧源３０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３０の負端子は筒
状部材１８に接続され、従つ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１
８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。

本発明に従つて改良されたレーザ管において
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
レス鋼製メツシユから形成することができる図示
の導電性格子３２は、円筒形状であつて陽極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ユから形成するこ
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、円筒形状であつてホロー陰極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、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
適宜のキヤ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３０によつて陽極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２８（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、放電によつて生成される熱とスパ
ツタリング作用との双方によつて金属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、封入されているキヤ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つてレ
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、
放電によつて生成される熱とスパツタリング作用
の双方によつ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４０で示す如くの環流
によつ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１８
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１８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で示す如くのキヤリアガス及び金属蒸気
の環流によつてホロー陰極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
つ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２８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によつて制御される、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２
４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、
従つ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
のメツシユ粗さ、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
によつて導電性格子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。従つて、導電性
格子３４のメツシユ粗さ、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によつて導電性格子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。特に直流格子電圧源３６によつて導電性
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
ことによつて著しく容易に調整することができ、
従つて導電性格子３４に印加される印加電圧を調
整することによつ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。

以下、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２
４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つて、ホロー陰極２
４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２
４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１
８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、直流放電電圧源３０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限定すると共に、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つて構成されてい
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５０が形成されて
おり、この溝５０によつ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５
２が形成されている。第３−Ｃ図に図示するホロ
ー陰極２４Ｃは、相互に間隔を置いて平行に延び
る２枚の平板５４によつて構成されており、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５
８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
ヤ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
宜のキヤリアガスと共に或いはキヤリアガスなし
で、N₂、Kr、Ar、I₂及びCO₂等の気体或いは
SeZn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。

〈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述する通りの実験を
遂行した。

第４図に図示するレーザ管においては、内径17
mmのガラス製円筒部材を主部１０４とする密封ハ
ウジング１０２内に、内径12mm、肉厚１mm、長さ
700mm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９mm、目幅0.4mm、長
さ750mmのステンレス鋼製円筒状メツシユから形
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
4.5mm上方の位置に、直径２mm、長さ800mmのステ
ンレス鋼性丸棒から形成された陽極１２２が配置
されている。密封ハウジング１０２内にはHeを
圧力14torrで封入し、また、ホロー陰極１２４内
にはCd１３８を装填し、作動の際のCd蒸気の圧
力を５×10^-3torr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によつて陽極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、かく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１
３６によつて導電性格子１３４に印加する電圧を
＋300V乃至＋800V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＋
800Vを越えると、放電及びレーザ光発振が不安
定になつた）。その結果は第５図に図示する通り
であつた。第５図からホロー陰極１２４の陰極暗
部に配設された導電性格子１３４に印加する電圧
の変化によつて、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
つて変化し、従つ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、本発明に従つ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−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。第５図は、実施例における
測定結果を示す線図。２……密閉ハウジング、１８……筒状部材、２
２……陽極、２４……ホロー電極、２６……ホロ
ー陰極に形成された孔、２８……ホロー陰極の内
部空間（負グロー生成領域）、３０……直流放電
電圧源、３２……陽極に近接して位置する導電性
格子、３４……ホロー陰極の陰極暗部に位置する
導電性格子、３６……直流格子電圧源、３８……
金属。

Claims

【特許請求の範囲】１陽極と、該陽極に対向して配設されたホロー
陰極と、該陽極と該ホロー陰極との間に直流放電
電圧を印加するための放電電圧源とを具備し、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、該陽極と該ホロー陰極との間の放電を均一化せ
しめるために、該陽極に近接して配設された導電
性格子と、該ホロー陰極の内部空間における陰極
暗部に配設された導電性格子と、陰極暗部に配設
された該導電性格子に調節自在な直流格子電圧を
印加するための格子電圧源とを備えていることを
特徴とするレーザ管。２該陽極は細長い棒状部材から形成され、該ホ
ロー陰極は該陽極と実質上平行に延びる円筒部材
から形成されており、該陽極に近接して配設され
た該導電性格子は該陽極を同心状に囲繞する円筒
形状であり、陰極暗部に配設された該導電性格子
は該ホロー陰極内に同心状に位置付けられている
円筒形状である、特許請求の範囲第１項記載のレ
ーザ管。