JPH06101605B2 - 金属イオンレ−ザ− - Google Patents
金属イオンレ−ザ−Info
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- JPH06101605B2 JPH06101605B2 JP60160079A JP16007985A JPH06101605B2 JP H06101605 B2 JPH06101605 B2 JP H06101605B2 JP 60160079 A JP60160079 A JP 60160079A JP 16007985 A JP16007985 A JP 16007985A JP H06101605 B2 JPH06101605 B2 JP H06101605B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/031—Metal vapour lasers, e.g. metal vapour generation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/09705—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser with particular means for stabilising the discharge
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、安定な光出力を発生する金属イオンレーザ
ーに関するものである。
ーに関するものである。
近年、ホロー陰極放電を用いた金属イオンレーザーが種
々提案されている。この種のレーザーはその励起の強さ
から多色発振が可能で、現在のところHe−Cdイオンレー
ザーでは12本の発振線が観測されており、その中には光
三原色の赤，青，緑が含まれ、液体レーザーおよび固体
レーザーにみられない優れた特色を有している。
々提案されている。この種のレーザーはその励起の強さ
から多色発振が可能で、現在のところHe−Cdイオンレー
ザーでは12本の発振線が観測されており、その中には光
三原色の赤，青，緑が含まれ、液体レーザーおよび固体
レーザーにみられない優れた特色を有している。
しかしながらこの種の金属イオンレーザーはある種の気
体中に金属を蒸気化し混合させて励起状態を作つている
ため、金属蒸気の分布状態によつては安定な光出力が得
難いという欠点を有していた。
体中に金属を蒸気化し混合させて励起状態を作つている
ため、金属蒸気の分布状態によつては安定な光出力が得
難いという欠点を有していた。
このような欠点を解決するためにこの発明は、陽極電流
を一定にする定電流回路と、金属溜を加熱するヒータに
供給する電流を各陽極電圧の平均値に基づいて制御する
ヒータ制御回路とを設けたものである。
を一定にする定電流回路と、金属溜を加熱するヒータに
供給する電流を各陽極電圧の平均値に基づいて制御する
ヒータ制御回路とを設けたものである。
金属蒸気の蒸発量が制御され、レーザー管内の金属蒸気
の分布を一定（最適化）にすることにより、光出力が安
定する。
の分布を一定（最適化）にすることにより、光出力が安
定する。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図であり、１は
Heガスを封入したレーザー管、101〜105は定電流回路、
106はヒータ制御回路、107〜112は抵抗、113は電圧差検
出回路、114は補助陽極用電源、115は高圧発生回路であ
るレーザー管１は第１図および、そこに示すレーザー管
１のII−II断面図のようになつており、2,3はブリュス
ター窓、４はホロー陰極、5a,5b,5cは主陽極、6a,6bは
主陽極5a,5b,5cの両側に配設された補助陽極、７は陰
極、8a,8b,8cはCd金属等の金属イオン発生材料９の溜部
である金属溜、10A,10Bはヒーター、11はHeガス供給
源、12はレーザー管１内の不純物を取り除くためのゲツ
ター、13は陽光柱放電通路、14はグロー領域、15は陰極
暗部である。
Heガスを封入したレーザー管、101〜105は定電流回路、
106はヒータ制御回路、107〜112は抵抗、113は電圧差検
出回路、114は補助陽極用電源、115は高圧発生回路であ
るレーザー管１は第１図および、そこに示すレーザー管
１のII−II断面図のようになつており、2,3はブリュス
ター窓、４はホロー陰極、5a,5b,5cは主陽極、6a,6bは
主陽極5a,5b,5cの両側に配設された補助陽極、７は陰
極、8a,8b,8cはCd金属等の金属イオン発生材料９の溜部
である金属溜、10A,10Bはヒーター、11はHeガス供給
源、12はレーザー管１内の不純物を取り除くためのゲツ
ター、13は陽光柱放電通路、14はグロー領域、15は陰極
暗部である。
前記ホロー陰極４は、スパツタリングの少ない導電性の
肉厚パイプで形成され、その中心孔が前記グロー領域14
の発生する陰極ボア21を構成し、該ホロー陰極４の両端
にはセラミツクス等からなる筒状の絶縁体22a,22bがそ
れぞれ嵌合固定され、また前記各主陽極5a,5b,5cに対応
する周面には透孔がそれぞれ形成され、この透孔にもセ
ラミツクス等からなるリング状の絶縁体23a,23b,23cが
それぞれ嵌合固定されている。このような絶縁体22a,22
b,23a,23b,23cは、Heイオンによるスパツタリングによ
りホロー陰極４の表面から飛び出した陰極物質が主陽極
5a,5b,5cに付着凝固したり、この陰極物質によりホロー
陰極４と主陽極5a,5b,5cが短絡したりするのを防止する
上で有効とされる。
肉厚パイプで形成され、その中心孔が前記グロー領域14
の発生する陰極ボア21を構成し、該ホロー陰極４の両端
にはセラミツクス等からなる筒状の絶縁体22a,22bがそ
れぞれ嵌合固定され、また前記各主陽極5a,5b,5cに対応
する周面には透孔がそれぞれ形成され、この透孔にもセ
ラミツクス等からなるリング状の絶縁体23a,23b,23cが
それぞれ嵌合固定されている。このような絶縁体22a,22
b,23a,23b,23cは、Heイオンによるスパツタリングによ
りホロー陰極４の表面から飛び出した陰極物質が主陽極
5a,5b,5cに付着凝固したり、この陰極物質によりホロー
陰極４と主陽極5a,5b,5cが短絡したりするのを防止する
上で有効とされる。
前記主陽極5a,5b,5cはタングステン，モリブデン等によ
つて製作され、第３図に示すようにレーザー管１に設け
られた筒状の取付け部27に封着用ガラス28を介して取付
けられている。また、各主陽極5a,5b,5cの挿入端は放電
効果を高めると共に放電に伴う焼損を防止するため略円
錐形状もしくは截頭円錐形状に形成されて前記絶縁体23
a,23b,23cの外周面との間に僅かな間隔が設定されてお
り、これによつてホロー陰極４をレーザー管１内に嵌合
する際、ホロー陰極４が主陽極5a,5b,5cに当つて破損す
るのを防止している。そして、主陽極5a,5b,5c間の間隔
は比較的小さく、例えば活性長30cm,ボア径（Ｄ）0.4cm
の場合、2cm程度に設定されている。
つて製作され、第３図に示すようにレーザー管１に設け
られた筒状の取付け部27に封着用ガラス28を介して取付
けられている。また、各主陽極5a,5b,5cの挿入端は放電
効果を高めると共に放電に伴う焼損を防止するため略円
錐形状もしくは截頭円錐形状に形成されて前記絶縁体23
a,23b,23cの外周面との間に僅かな間隔が設定されてお
り、これによつてホロー陰極４をレーザー管１内に嵌合
する際、ホロー陰極４が主陽極5a,5b,5cに当つて破損す
るのを防止している。そして、主陽極5a,5b,5c間の間隔
は比較的小さく、例えば活性長30cm,ボア径（Ｄ）0.4cm
の場合、2cm程度に設定されている。
前記各金属溜部8a,8b,8cは、レーザー管１を略半楕円形
状に膨出させることにより、該レーザー管１に一体に設
けられ、前記ホロー陰極４に形成された軸方向のスリツ
ト30a,30b,30cによつて前記グロー領域14とそれぞれ連
通している。また、各金属溜8a,8b,8cは、前記主陽極5
a,5b,5cの間隔ピツチとほぼ等しく、かつ半ピツチだけ
ずれて設けられている。
状に膨出させることにより、該レーザー管１に一体に設
けられ、前記ホロー陰極４に形成された軸方向のスリツ
ト30a,30b,30cによつて前記グロー領域14とそれぞれ連
通している。また、各金属溜8a,8b,8cは、前記主陽極5
a,5b,5cの間隔ピツチとほぼ等しく、かつ半ピツチだけ
ずれて設けられている。
前記補助陽極6a,6bは前記ブリユースター窓2,3をCd蒸気
から保護するためのもので、前記主陽極5a,5b,5cと同
様、封着用ガラス35を介してレーザー管１に配設され、
前記ホロー陰極４の両側に位置している。
から保護するためのもので、前記主陽極5a,5b,5cと同
様、封着用ガラス35を介してレーザー管１に配設され、
前記ホロー陰極４の両側に位置している。
前記陰極７は前記主陽極5a,5b,5cおよび補助陽極6a,6b
と同様、レーザー管１に封着ガラス36を介して配設さ
れ、これに前記ホロー陰極４が導通されている。
と同様、レーザー管１に封着ガラス36を介して配設さ
れ、これに前記ホロー陰極４が導通されている。
前記レーザー管１の両端部には小径部40,41が設けられ
ている。これらの小径部40,41は、セラミツクス、放熱
特性が大きい金属等によつて形成された管体42,43をレ
ーザー管１内に嵌合することにより形成され、これによ
つて該管体42,43と前記ホロー陰極４の絶縁体22a,22bと
の間に金属蒸気溜め用空室44,45を形成している。前記
各小径部40,41、換言すれば管体42,43の内径D1は前記ボ
ア径Ｄとほぼ等しいかもしくは若干小さく設定されてい
る。
ている。これらの小径部40,41は、セラミツクス、放熱
特性が大きい金属等によつて形成された管体42,43をレ
ーザー管１内に嵌合することにより形成され、これによ
つて該管体42,43と前記ホロー陰極４の絶縁体22a,22bと
の間に金属蒸気溜め用空室44,45を形成している。前記
各小径部40,41、換言すれば管体42,43の内径D1は前記ボ
ア径Ｄとほぼ等しいかもしくは若干小さく設定されてい
る。
そして、各管体42,43はレーザー管１に設けた保持部48,
49によつて軸方向の移動を防止されている。保持部48,4
9の形成に際しては、外周に周溝46,47が形成された管体
42,43をレーザー管１の内周に嵌合し、しかる後該レー
ザー管１の前記周溝46,47に対応する部分を加熱溶融
し、周溝46,47に溶し込むようにすれば簡単に形成する
ことができる。
49によつて軸方向の移動を防止されている。保持部48,4
9の形成に際しては、外周に周溝46,47が形成された管体
42,43をレーザー管１の内周に嵌合し、しかる後該レー
ザー管１の前記周溝46,47に対応する部分を加熱溶融
し、周溝46,47に溶し込むようにすれば簡単に形成する
ことができる。
このような構成からなる金属イオンレーザーにおいて、
主陽極5a,5b,5c、補助陽極6a,6bおよびホロー陰極４と
の間に所要の電圧を印加すると、主陽極5a,5b,5cとホロ
ー陰極４間に負グロー放電が発生する。ここで、金属イ
オン発生材料９としてCdを用いたHe−Cdレーザーの場合
について説明すると、上記負グロー放電の熱損および金
属溜をヒータで加熱することによりCd蒸気が発生し、こ
れがHeイオンなどの励起粒子によつて高いエネルギー準
位へ遷移される。この場合、ホロー陰極４を肉厚パイプ
で形成しておくと、熱伝導および熱容量が大きく、グロ
ー領域14の温度分布を均一化するので、異常グロー放電
からアーク放電への移行を防止することができる。He供
給源11はHe圧検出装置と、He供給部とからなり、常に最
適な内部He圧を保つている。
主陽極5a,5b,5c、補助陽極6a,6bおよびホロー陰極４と
の間に所要の電圧を印加すると、主陽極5a,5b,5cとホロ
ー陰極４間に負グロー放電が発生する。ここで、金属イ
オン発生材料９としてCdを用いたHe−Cdレーザーの場合
について説明すると、上記負グロー放電の熱損および金
属溜をヒータで加熱することによりCd蒸気が発生し、こ
れがHeイオンなどの励起粒子によつて高いエネルギー準
位へ遷移される。この場合、ホロー陰極４を肉厚パイプ
で形成しておくと、熱伝導および熱容量が大きく、グロ
ー領域14の温度分布を均一化するので、異常グロー放電
からアーク放電への移行を防止することができる。He供
給源11はHe圧検出装置と、He供給部とからなり、常に最
適な内部He圧を保つている。
ヒータ制御回路106は定電流回路101〜103の出力電圧を
分圧した電圧の平均値が、基準電圧Vsとなるようにヒー
タ10Bに供給するヒータ電流を調節してCd蒸気の蒸発量
を制御するようになつている。基準電圧Vsは次のような
値に設定される。
分圧した電圧の平均値が、基準電圧Vsとなるようにヒー
タ10Bに供給するヒータ電流を調節してCd蒸気の蒸発量
を制御するようになつている。基準電圧Vsは次のような
値に設定される。
各記号の意味は次の通りである。
R1：抵抗R108，R110，R112の抵抗値 R2：抵抗R107，R109，R111の抵抗値 VA：発振最適陽極電圧 ヒータ10Aは陽極の保温用であり、陽極および陽極取付
部内にCdが付着するのを防止しており、このヒータに供
給する電流は図示しない電源から供給されるようになつ
ている。
部内にCdが付着するのを防止しており、このヒータに供
給する電流は図示しない電源から供給されるようになつ
ている。
電圧差検出回路113は定電流回路101の両端電圧の差に対
応した電圧を出力し、陽極用可変電圧源107は電圧差検
出回路113の出力電圧に基づいて、電圧差検出回路113の
入力電圧差が常に一定値、例えば50ボルトになるように
出力電圧を制御するようになつている。
応した電圧を出力し、陽極用可変電圧源107は電圧差検
出回路113の出力電圧に基づいて、電圧差検出回路113の
入力電圧差が常に一定値、例えば50ボルトになるように
出力電圧を制御するようになつている。
このように構成された装置の動作は次の通りである。電
源が投入されるとレーザー管１は放電を開始するが、放
電の開始直後はCd蒸気がホロー陰極内に入つていないた
め、主陽極5a,5b,5cの対地電圧は各陽極の放電電流を50
mAとした場合260〜270ボルト程度（陽極構造、内部のガ
ス圧により多少異なる）であるから、陽極用可変電圧源
107はこれより50ボルト高い310〜320ボルトの電圧を出
力する。放電を開始して数分間経過してCdの蒸気がホロ
ー陰極４に入り、発振を行なうようになると、主陽極5
a,5b,5cの対地電圧は350〜360ボルトになるので、陽極
用可変電圧源107はこれより50ボルト程度高い400〜410
ボルトの電圧を送出するようになる。このように、発振
初期と安定発振時とで陽極用可変電圧源107の出力電圧
を変えることによつて、発振初期における消費電力（定
電流回路101〜103の損失分）を低く抑えることができ
る。また、陽極用可変電圧源107は出力電圧によつてそ
れほど効率が変らないようになつている。
源が投入されるとレーザー管１は放電を開始するが、放
電の開始直後はCd蒸気がホロー陰極内に入つていないた
め、主陽極5a,5b,5cの対地電圧は各陽極の放電電流を50
mAとした場合260〜270ボルト程度（陽極構造、内部のガ
ス圧により多少異なる）であるから、陽極用可変電圧源
107はこれより50ボルト高い310〜320ボルトの電圧を出
力する。放電を開始して数分間経過してCdの蒸気がホロ
ー陰極４に入り、発振を行なうようになると、主陽極5
a,5b,5cの対地電圧は350〜360ボルトになるので、陽極
用可変電圧源107はこれより50ボルト程度高い400〜410
ボルトの電圧を送出するようになる。このように、発振
初期と安定発振時とで陽極用可変電圧源107の出力電圧
を変えることによつて、発振初期における消費電力（定
電流回路101〜103の損失分）を低く抑えることができ
る。また、陽極用可変電圧源107は出力電圧によつてそ
れほど効率が変らないようになつている。
発振状態に達してもCdの蒸気圧の変化は放電インピーダ
ンスの変動をもたらす。陽極電流は定電流回路101〜103
を介して供給されるため、この放電インピーダンスの変
化は定電流回路101〜103の出力電圧の変化として現われ
る。このことにより抵抗107〜112によつて得られる陽極
電圧を分圧した電圧、すなわちヒータ制御回路106の入
力電圧が変動する。ここでヒータ制御回路106はこの入
力電圧を基準電圧Vsと比較して一定になるようにCd金属
溜ヒータ10Bへの電力を制御しCd蒸気圧を最適化する。
このようにして放電の電圧・電流はともに一定となり、
安定した光出力が得られることとなる。
ンスの変動をもたらす。陽極電流は定電流回路101〜103
を介して供給されるため、この放電インピーダンスの変
化は定電流回路101〜103の出力電圧の変化として現われ
る。このことにより抵抗107〜112によつて得られる陽極
電圧を分圧した電圧、すなわちヒータ制御回路106の入
力電圧が変動する。ここでヒータ制御回路106はこの入
力電圧を基準電圧Vsと比較して一定になるようにCd金属
溜ヒータ10Bへの電力を制御しCd蒸気圧を最適化する。
このようにして放電の電圧・電流はともに一定となり、
安定した光出力が得られることとなる。
なお、第１図の実施例においてヒータ制御回路106は入
力電圧の平均値に基づいてヒータに供給する電流を制御
しており、各金属溜めはヒータ制御回路を共用している
が、ヒータ制御回路を個々に設けることによつて更に精
密な制御が行なえる。
力電圧の平均値に基づいてヒータに供給する電流を制御
しており、各金属溜めはヒータ制御回路を共用している
が、ヒータ制御回路を個々に設けることによつて更に精
密な制御が行なえる。
以上説明したようにこの発明は、複数の陽極に対応する
定電流回路から、陽極電流を供給するとともに陽極電圧
を分圧した電圧に基づいて金属溜のヒータに供給する電
流を制御して、ホロー陰極４内のCd蒸気圧分布を一定
（最適化）にすることで放電の電圧，電流はともに一定
となり安定な光出力が得られるという効果を有する。
定電流回路から、陽極電流を供給するとともに陽極電圧
を分圧した電圧に基づいて金属溜のヒータに供給する電
流を制御して、ホロー陰極４内のCd蒸気圧分布を一定
（最適化）にすることで放電の電圧，電流はともに一定
となり安定な光出力が得られるという効果を有する。
第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図に示すレーザー管のII−II断面図である。 １……レーザー管、5a,5b,5c……主陽極、10A,10B……
ヒータ、101〜105……定電流回路、106……ヒータ制御
回路、107……陽極用可変電圧源。
は第１図に示すレーザー管のII−II断面図である。 １……レーザー管、5a,5b,5c……主陽極、10A,10B……
ヒータ、101〜105……定電流回路、106……ヒータ制御
回路、107……陽極用可変電圧源。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−154990（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−41277（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭55−51349（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】管の長手方向に設けた複数の陽極のそれぞ
れに対応する金属溜を加熱するヒータを有する金属イオ
ンレーザーにおいて、 各陽極の電流を一定値に維持するため各陽極へ個別に挿
入した定電流回路と、 前記各定電流回路の出力電圧を分圧した電圧の平均値に
基づいて前記ヒータを加熱するヒータ制御回路とを備え
たことを特徴とする金属イオンレーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60160079A JPH06101605B2 (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | 金属イオンレ−ザ− |
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