JPH05110163A - レ−ザ−管 - Google Patents
レ−ザ−管Info
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- JPH05110163A JPH05110163A JP29829691A JP29829691A JPH05110163A JP H05110163 A JPH05110163 A JP H05110163A JP 29829691 A JP29829691 A JP 29829691A JP 29829691 A JP29829691 A JP 29829691A JP H05110163 A JPH05110163 A JP H05110163A
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Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオンレ−ザは発振効率が悪いので放電のパ
ワ−の殆どが熱になる。放電路をなす細管部には耐熱
性、熱伝導度、耐スパッタ性が必要である。現在はＳｉ
Ｃの細管が使われている。高出力のイオンレ−ザを得よ
うとすると細管部がＳｉＣでは不十分である。 【構成】 イオンレ−ザの放電路を成す細管部をダイヤ
モンド、ダイヤモンド状炭素膜で作るかまたは耐熱性部
材で作りこれをダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素
膜で被覆する。熱伝導度、耐スパッタ性、耐熱性が向上
するからより高出力のレ−ザ管を得ることができる。
ワ−の殆どが熱になる。放電路をなす細管部には耐熱
性、熱伝導度、耐スパッタ性が必要である。現在はＳｉ
Ｃの細管が使われている。高出力のイオンレ−ザを得よ
うとすると細管部がＳｉＣでは不十分である。 【構成】 イオンレ−ザの放電路を成す細管部をダイヤ
モンド、ダイヤモンド状炭素膜で作るかまたは耐熱性部
材で作りこれをダイヤモンドまたはダイヤモンド状炭素
膜で被覆する。熱伝導度、耐スパッタ性、耐熱性が向上
するからより高出力のレ−ザ管を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はイオンレ−ザ管の改良に
関する。イオンレ−ザというのは、ガスをイオン化しイ
オン準位間での電子遷移により光を発生するレ−ザであ
る。ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガ
スや酸素、塩素等の１価あるいは多価電離イオンの励起
状態間遷移により可視，紫外領域に発光領域を持つ。特
にアルゴンレ−ザ、クリプトンレ−ザはイオンレ−ザの
中でも実用的価値が高く。広く使用されている。イオン
レ−ザは波長の大出力の短波長光を出すことができ有用
である。しかし発振効率が極めて悪いので、大電流を流
して発振を維持する一方強制冷却しなければならない。
投入された電力の殆ど全てが熱になってしまうからであ
る。イオンレ−ザはガスレ−ザの１種である。ガスは炭
酸ガスレ−ザやヘリウムネオンレ−ザのようなイオンの
準位間遷移を利用しないものもある。アルゴンレ−ザは
ガスレ−ザとよばれることがあり間違いではない。ここ
ではイオンレ−ザはガスレ−ザの１種であって、ガスレ
−ザの全てを差すものではない。
関する。イオンレ−ザというのは、ガスをイオン化しイ
オン準位間での電子遷移により光を発生するレ−ザであ
る。ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガ
スや酸素、塩素等の１価あるいは多価電離イオンの励起
状態間遷移により可視，紫外領域に発光領域を持つ。特
にアルゴンレ−ザ、クリプトンレ−ザはイオンレ−ザの
中でも実用的価値が高く。広く使用されている。イオン
レ−ザは波長の大出力の短波長光を出すことができ有用
である。しかし発振効率が極めて悪いので、大電流を流
して発振を維持する一方強制冷却しなければならない。
投入された電力の殆ど全てが熱になってしまうからであ
る。イオンレ−ザはガスレ−ザの１種である。ガスは炭
酸ガスレ−ザやヘリウムネオンレ−ザのようなイオンの
準位間遷移を利用しないものもある。アルゴンレ−ザは
ガスレ−ザとよばれることがあり間違いではない。ここ
ではイオンレ−ザはガスレ−ザの１種であって、ガスレ
−ザの全てを差すものではない。
【０００２】
【従来の技術】イオンレ−ザは、長いレ−ザ管の中にガ
スを流し、陽極と陰極の間に電圧を印加しガスを励起し
てイオンとする。レ−ザ管の両端にはブル−スタ−窓が
設けられ共振器を構成している。放電路となる中間は細
管部となっており、水冷ジャケットで囲まれる。またプ
ラズマを中央に閉じ込めるために軸方向磁場を生ずるコ
イルがレ−ザ管の周囲に設けられる。イオンレ−ザはプ
ラズマ中のイオンのエネルギ−遷移より発光させるもの
であるから、高出力を得ようとするとイオン密度を高密
度化しなければならない。そのため内径数ｍｍの細管部
において数十Ａもの大電流放電をおこさせている。この
電力のごく一部が光になる。一般にイオンレ−ザの発振
効率は極めて悪く、供給された電力の殆どが熱になる。
放電路に接した部分とその近傍は著しく高温化する。こ
の熱は放置すればレ−ザ管全体の温度を上昇させ熱変
形、熱損傷を引き起こし、装置を痛め、レ−ザ光の質を
低下させる。そこでレ−ザ発振時にはレ−ザ管を積極的
に冷却する。
スを流し、陽極と陰極の間に電圧を印加しガスを励起し
てイオンとする。レ−ザ管の両端にはブル−スタ−窓が
設けられ共振器を構成している。放電路となる中間は細
管部となっており、水冷ジャケットで囲まれる。またプ
ラズマを中央に閉じ込めるために軸方向磁場を生ずるコ
イルがレ−ザ管の周囲に設けられる。イオンレ−ザはプ
ラズマ中のイオンのエネルギ−遷移より発光させるもの
であるから、高出力を得ようとするとイオン密度を高密
度化しなければならない。そのため内径数ｍｍの細管部
において数十Ａもの大電流放電をおこさせている。この
電力のごく一部が光になる。一般にイオンレ−ザの発振
効率は極めて悪く、供給された電力の殆どが熱になる。
放電路に接した部分とその近傍は著しく高温化する。こ
の熱は放置すればレ−ザ管全体の温度を上昇させ熱変
形、熱損傷を引き起こし、装置を痛め、レ−ザ光の質を
低下させる。そこでレ−ザ発振時にはレ−ザ管を積極的
に冷却する。
【０００３】放電路近傍に用いる材料は、高温に耐え、
しかも冷却の効率を高めるために高い熱伝導性を備えな
ければならない。さらにレ−ザガスのプラズマが衝突し
これをスパッタするのでスパッタに対して強い材料でな
けばならない。そうでないと材料が損耗するということ
のほかガス成分に不純物が含まれるのでレ−ザ光出力が
不安定になる。このように放電路の材料には、耐熱性、
高熱伝導度、耐スパッタ性が要求される。そこで放電路
細管部には、ＡｌＮ等のセラミックが使われる。またレ
−ザガスのプラズマが直接に当たる部分には耐スパッタ
性が良い炭化けい素（ＳｉＣ）やタングステン（Ｗ）を
設けることが提案されている（特開昭６３−１８４３７
８）。しかしそれでも未だ十分でない。
しかも冷却の効率を高めるために高い熱伝導性を備えな
ければならない。さらにレ−ザガスのプラズマが衝突し
これをスパッタするのでスパッタに対して強い材料でな
けばならない。そうでないと材料が損耗するということ
のほかガス成分に不純物が含まれるのでレ−ザ光出力が
不安定になる。このように放電路の材料には、耐熱性、
高熱伝導度、耐スパッタ性が要求される。そこで放電路
細管部には、ＡｌＮ等のセラミックが使われる。またレ
−ザガスのプラズマが直接に当たる部分には耐スパッタ
性が良い炭化けい素（ＳｉＣ）やタングステン（Ｗ）を
設けることが提案されている（特開昭６３−１８４３７
８）。しかしそれでも未だ十分でない。
【０００４】両端にブリュ−スタ−窓を備えた外部ミラ
−型レ−ザ管の代表的なものの構成を図１に示す。この
イオンレ−ザ管は、放電用貫通穴１を有する細管２を中
央に配置した円盤状部材３を複数個同一直線上に並べて
これらを結合したものである。円盤状部材３には軸方向
にガス循環用孔４が穿孔されている。複数の円盤状部材
３は、放電用貫通穴１が一直線状にならぶように、短い
環状の金属接続部材５によって軸方向に接続される。両
端の円盤状部材３には環状の金属管部材６、７が連結さ
れる。一方の金属管部材６の内部にはアノ−ド８が設け
られる。またこの空間にはガス導入管９が接続される。
反対側の金属管部材７の内部にはカソード１０が設けら
れる。両端にはブリュ−スタ−窓１１、１１が端板１
２、１３の先に設けられる。図示していないが、レ−ザ
管の外周には冷却水ジャケットが設けられ水冷される。
−型レ−ザ管の代表的なものの構成を図１に示す。この
イオンレ−ザ管は、放電用貫通穴１を有する細管２を中
央に配置した円盤状部材３を複数個同一直線上に並べて
これらを結合したものである。円盤状部材３には軸方向
にガス循環用孔４が穿孔されている。複数の円盤状部材
３は、放電用貫通穴１が一直線状にならぶように、短い
環状の金属接続部材５によって軸方向に接続される。両
端の円盤状部材３には環状の金属管部材６、７が連結さ
れる。一方の金属管部材６の内部にはアノ−ド８が設け
られる。またこの空間にはガス導入管９が接続される。
反対側の金属管部材７の内部にはカソード１０が設けら
れる。両端にはブリュ−スタ−窓１１、１１が端板１
２、１３の先に設けられる。図示していないが、レ−ザ
管の外周には冷却水ジャケットが設けられ水冷される。
【０００５】ガス導入管９からイオン化すべきガスを導
入し、アノ−ド８、カソード１０の間に電圧を印加す
る。両電極の間で放電が起こりガスがプラズマになる。
ガス原子がイオンになっているが放電によって高準位に
励起される。この状態にあるものが誘導放出をおこしレ
−ザ発振する。放電用貫通穴１には放電による熱、プラ
ズマが大量に発生する。そこで細管２は炭化けい素（Ｓ
ｉＣ）、タングステン（Ｗ）、などプラズマに対して耐
スパッタ特性の良い材料で構成される。円盤状部材３は
耐熱性、高熱伝導度を有する材料例えば窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）で作られる。
入し、アノ−ド８、カソード１０の間に電圧を印加す
る。両電極の間で放電が起こりガスがプラズマになる。
ガス原子がイオンになっているが放電によって高準位に
励起される。この状態にあるものが誘導放出をおこしレ
−ザ発振する。放電用貫通穴１には放電による熱、プラ
ズマが大量に発生する。そこで細管２は炭化けい素（Ｓ
ｉＣ）、タングステン（Ｗ）、などプラズマに対して耐
スパッタ特性の良い材料で構成される。円盤状部材３は
耐熱性、高熱伝導度を有する材料例えば窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）で作られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】イオンレ−ザのパワ−
をさらに大きくしようとすると放電路となる細管２の部
分の温度が高くなり過ぎる。これが高パワ−化を押し進
める上で重大な障害となっている。レ−ザ管の外周部は
冷却水ジャケットによって冷却されているが、内部の細
管２の部分は、放電による発熱が最も激しくしかも冷却
水ジャケットから離れているので、かなりの高温にな
る。それだけでなく細管２では不均一な温度上昇が起こ
ることもある。こういうわけで細管２に熱損傷を生ずる
こともあった。放電路を形成する細管２とその近傍での
熱損傷を防止しレ−ザ管の高出力化を図ることが本発明
の目的である。
をさらに大きくしようとすると放電路となる細管２の部
分の温度が高くなり過ぎる。これが高パワ−化を押し進
める上で重大な障害となっている。レ−ザ管の外周部は
冷却水ジャケットによって冷却されているが、内部の細
管２の部分は、放電による発熱が最も激しくしかも冷却
水ジャケットから離れているので、かなりの高温にな
る。それだけでなく細管２では不均一な温度上昇が起こ
ることもある。こういうわけで細管２に熱損傷を生ずる
こともあった。放電路を形成する細管２とその近傍での
熱損傷を防止しレ−ザ管の高出力化を図ることが本発明
の目的である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のレ−ザ管は、放
電路である細管を、ダイヤモンド或はダイヤモンド状炭
素膜によって作るか、耐熱材料をダイヤモンド或はダイ
ヤモンド状炭素膜でコ−テイングしたもので作る。これ
が特徴である。細管に用いるダイヤモンドは気相合成法
で作ることができる。ダイヤモンドの気相合成法として
は、熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法など公知の方法を用いることができる。
電路である細管を、ダイヤモンド或はダイヤモンド状炭
素膜によって作るか、耐熱材料をダイヤモンド或はダイ
ヤモンド状炭素膜でコ−テイングしたもので作る。これ
が特徴である。細管に用いるダイヤモンドは気相合成法
で作ることができる。ダイヤモンドの気相合成法として
は、熱フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法など公知の方法を用いることができる。
【０００８】
【作用】ダイヤモンドは最も熱伝導度の高い物質であ
る。半導体レ−ザのヒ−トシンクにも用いられている。
ダイヤモンドは最も硬い物質でもある。硬いので加工が
難しく用途も限られていたが気相合成法によれば多様な
形状のものが作られる。またダイヤモンドは耐スパッタ
特性も特に優れている。ダイヤモンド状炭素膜もそれに
次ぐ優れた特性を持つ。本発明はダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状炭素膜を細管部分に用いる。つまり細管全
体をダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素膜とするか、ま
たは耐熱材料で作ったものの上にダイヤモンド又はダイ
ヤモンド状炭素膜を被覆するのである。ダイヤモンド、
ダイヤモンド状炭素膜は、耐熱性、熱伝導度、耐スパッ
タ性に優れるので、これを放電路である細管に用いると
より高温に耐えることができるからレ−ザをさらに高出
力とすることができる。さらに従来の細管部分に用いら
れたＳｉＣやＷは、円盤状部材のＡｌＮよりも熱伝導度
が低いので細管部分は薄いものになっていたが、ダイヤ
モンド、ダイヤモンド状炭素膜にすると熱伝導度が高い
のでもっと厚くできる。厚くすると機械的強度も増すの
で耐スパッタ性が高まり、冷却効率も高まる。
る。半導体レ−ザのヒ−トシンクにも用いられている。
ダイヤモンドは最も硬い物質でもある。硬いので加工が
難しく用途も限られていたが気相合成法によれば多様な
形状のものが作られる。またダイヤモンドは耐スパッタ
特性も特に優れている。ダイヤモンド状炭素膜もそれに
次ぐ優れた特性を持つ。本発明はダイヤモンドまたはダ
イヤモンド状炭素膜を細管部分に用いる。つまり細管全
体をダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素膜とするか、ま
たは耐熱材料で作ったものの上にダイヤモンド又はダイ
ヤモンド状炭素膜を被覆するのである。ダイヤモンド、
ダイヤモンド状炭素膜は、耐熱性、熱伝導度、耐スパッ
タ性に優れるので、これを放電路である細管に用いると
より高温に耐えることができるからレ−ザをさらに高出
力とすることができる。さらに従来の細管部分に用いら
れたＳｉＣやＷは、円盤状部材のＡｌＮよりも熱伝導度
が低いので細管部分は薄いものになっていたが、ダイヤ
モンド、ダイヤモンド状炭素膜にすると熱伝導度が高い
のでもっと厚くできる。厚くすると機械的強度も増すの
で耐スパッタ性が高まり、冷却効率も高まる。
【０００９】
【実施例】図１に示すイオンレ−ザ管を気相合成法によ
るダイヤモンド細管を用いて作製した。この細管２は、
直径２ｍｍの円柱型のＳｉ基材の周りに厚さ２００μｍ
のダイヤモンドを熱フィラメントＣＶＤ法によって成長
させ、成長後に基材を溶解させたものである。従って細
管は、内径が２ｍｍで外径は２．４ｍｍの円筒である。
このダイヤモンドは１８Ｗ／ｃｍ．Ｋの良好な熱伝導度
を持つことが確認された。これを窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）よりなる円盤状部材３に取付けた。このような円
盤状部材３を複数個直列に金属接続部材５によって接続
し、両端に金属管部材６、７を設け、電極８、１０を設
置してイオンレ−ザ管を作製した。このレ−ザ管は放電
電流が５０Ａになるまで安定したレ−ザ発振を続けた。
るダイヤモンド細管を用いて作製した。この細管２は、
直径２ｍｍの円柱型のＳｉ基材の周りに厚さ２００μｍ
のダイヤモンドを熱フィラメントＣＶＤ法によって成長
させ、成長後に基材を溶解させたものである。従って細
管は、内径が２ｍｍで外径は２．４ｍｍの円筒である。
このダイヤモンドは１８Ｗ／ｃｍ．Ｋの良好な熱伝導度
を持つことが確認された。これを窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）よりなる円盤状部材３に取付けた。このような円
盤状部材３を複数個直列に金属接続部材５によって接続
し、両端に金属管部材６、７を設け、電極８、１０を設
置してイオンレ−ザ管を作製した。このレ−ザ管は放電
電流が５０Ａになるまで安定したレ−ザ発振を続けた。
【００１０】比較のために、細管２を炭化けい素（Ｓｉ
Ｃ）で作りこれを円盤状部材３に取り付けた後同様のイ
オンレ−ザ管を作った。細管の材料がダイヤモンドとＳ
ｉＣという違いだけでその他は同一である。比較例にお
いて放電電流が３５Ａの時に細管が熱損傷を起こしレ−
ザ発振が停止した。このことから細管部をダイヤモンド
で作製したことによる本発明の効果が明らかになる。
Ｃ）で作りこれを円盤状部材３に取り付けた後同様のイ
オンレ−ザ管を作った。細管の材料がダイヤモンドとＳ
ｉＣという違いだけでその他は同一である。比較例にお
いて放電電流が３５Ａの時に細管が熱損傷を起こしレ−
ザ発振が停止した。このことから細管部をダイヤモンド
で作製したことによる本発明の効果が明らかになる。
【００１１】
【発明の効果】放電路の発熱の著しいイオンレ−ザ管に
おいて本発明は、放電路をなす細管部をダイヤモンドで
全体を作るかあるいはダイヤモンドで被覆している。細
管部の耐熱性、熱伝導度、耐スパッタ性が向上し、非常
な高温にもよく耐えるので高出力のイオンレ−ザを提供
することができる。アルゴンレ−ザ、クリプトンレ−ザ
等のイオンレ−ザ管に最適である。
おいて本発明は、放電路をなす細管部をダイヤモンドで
全体を作るかあるいはダイヤモンドで被覆している。細
管部の耐熱性、熱伝導度、耐スパッタ性が向上し、非常
な高温にもよく耐えるので高出力のイオンレ−ザを提供
することができる。アルゴンレ−ザ、クリプトンレ−ザ
等のイオンレ−ザ管に最適である。
【図１】イオンレ−ザ管の構成を示す断面図。
１ 放電用貫通穴 ２ 細管 ３ 円盤状部材 ４ ガス循環用孔 ５ 金属接続部材 ６ 金属管部材 ７ 金属管部材 ８ アノ−ド ９ ガス導入孔 １０ カソード １１ ブリュ−スタ−窓
Claims (1)
- 【請求項１】 放電用貫通穴１を有する複数の細管２
と、細管２を内部に取り付けた同数の円盤状部材３と、
円盤状部材３を複数個軸方向に連結する金属接続部材５
と、円盤状部材３の両端に設けられる金属管部材６、７
と、両端部の金属管部材６、７に設けられる放電用の電
極８、１０と、金属管部材６、７の端に設けられるブリ
ュ−スタ−窓１１と、金属接続部材５、円盤状部材３、
細管２を冷却するための冷却水ジャケットを含み、放電
路である細管部分をダイヤモンドまたはダイヤモンド状
炭素膜で全体を作るか、耐熱材料で作りこれをダイヤモ
ンドまたはダイヤモンド状炭素膜で被覆したことを特徴
とするレ−ザ管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29829691A JP3064588B2 (ja) | 1991-10-17 | 1991-10-17 | レ−ザ−管 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0685351A (ja) * | 1992-07-09 | 1994-03-25 | Nec Corp | イオンレーザ管 |
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-
1991
- 1991-10-17 JP JP29829691A patent/JP3064588B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0685351A (ja) * | 1992-07-09 | 1994-03-25 | Nec Corp | イオンレーザ管 |
| WO2001067087A3 (en) * | 2000-03-05 | 2002-07-18 | 3M Innovative Properties Co | Fluid handling devices with diamond-like films |
| US6749813B1 (en) | 2000-03-05 | 2004-06-15 | 3M Innovative Properties Company | Fluid handling devices with diamond-like films |
| US7496255B2 (en) | 2000-03-05 | 2009-02-24 | 3M Innovative Properties Company | Radiation-transmissive films on glass articles |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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