JPH0770793B2 - 金属蒸気レ−ザ装置 - Google Patents
金属蒸気レ−ザ装置Info
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- JPH0770793B2 JPH0770793B2 JP4356687A JP4356687A JPH0770793B2 JP H0770793 B2 JPH0770793 B2 JP H0770793B2 JP 4356687 A JP4356687 A JP 4356687A JP 4356687 A JP4356687 A JP 4356687A JP H0770793 B2 JPH0770793 B2 JP H0770793B2
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- JP
- Japan
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- discharge tube
- metal vapor
- level
- metal
- laser device
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- 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
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
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、金属蒸気レーザ装置に関し、特に放電管内に
封入する金属蒸気発生源として金もしく銅を用いた金属
蒸気レーザ装置の改良に係わる。
封入する金属蒸気発生源として金もしく銅を用いた金属
蒸気レーザ装置の改良に係わる。
（従来の技術） 従来、この種の金属蒸気レーザ装置では金、銅の金属を
Ne、Heもしくはこれらの混合ガスをバッファガスとして
封入したセラミック等からなる放電管の中でパルス放電
させ、前記金属の蒸気圧を0.1torr前後になるまで加熱
させことで金では628nm、銅では510.6nm、578.2nmのパ
ルスレーザ発振を行っている。このレーザ出力は、金で
は0.3％、銅では１％程度であり、これらの発振器の発
振出力の増大と発振効率の向上が実用上重要となってい
る。
Ne、Heもしくはこれらの混合ガスをバッファガスとして
封入したセラミック等からなる放電管の中でパルス放電
させ、前記金属の蒸気圧を0.1torr前後になるまで加熱
させことで金では628nm、銅では510.6nm、578.2nmのパ
ルスレーザ発振を行っている。このレーザ出力は、金で
は0.3％、銅では１％程度であり、これらの発振器の発
振出力の増大と発振効率の向上が実用上重要となってい
る。
ところで、発振出力を増大させる手段としては放電管を
大口径化して大きな体積から出力をとる方法や、長い放
電管から出力をとる方法が考えられる。しかしながら、
前者の手段ではレーザビームの指向性や放電が不安定と
なる問題がある。後者の手段では、発振の立上がりまで
の時間が長くなり、効率低下を招き、しかもパルスの立
上がり部分でのビームの指向性が悪化する等の問題があ
る。
大口径化して大きな体積から出力をとる方法や、長い放
電管から出力をとる方法が考えられる。しかしながら、
前者の手段ではレーザビームの指向性や放電が不安定と
なる問題がある。後者の手段では、発振の立上がりまで
の時間が長くなり、効率低下を招き、しかもパルスの立
上がり部分でのビームの指向性が悪化する等の問題があ
る。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、放電管を大口径化、長尺化させることなく発振
効率の向上化を達成した小型で大出力の金属蒸気レーザ
装置を提供しようとするものである。
もので、放電管を大口径化、長尺化させることなく発振
効率の向上化を達成した小型で大出力の金属蒸気レーザ
装置を提供しようとするものである。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、放電管内で金属蒸気発生源である金、銅もし
くはこれらの複合金属塩をバッファガスと共に放電させ
て励起し、金もしくは銅のレーザ発振光を出力する金属
蒸気レーザ装置において、前記金属蒸気発生源と共にク
ロムもしくはクロムの複合金属塩を前記放電管内に混入
したことを特徴とする金属蒸気レーザ装置である。
くはこれらの複合金属塩をバッファガスと共に放電させ
て励起し、金もしくは銅のレーザ発振光を出力する金属
蒸気レーザ装置において、前記金属蒸気発生源と共にク
ロムもしくはクロムの複合金属塩を前記放電管内に混入
したことを特徴とする金属蒸気レーザ装置である。
（作用） 本発明によれば、放電管内内に金属蒸気発生源である
金、銅もしくはこれらの複合金属塩と共にクロムもしく
はクロムの複合金属塩を封入することによって、これら
金属をバッファガスと共に放電させて励起させる際、ク
ロムの発光エネルギーにより金もしくは銅の蒸気の励起
を促進すると共に、前記クロム蒸気が上準位レベルに励
起され、下位に遷移された時の下位準位レベルが金もし
くは銅の上準位レベルと合致して金もしくは銅の上準位
レベル数を増大させ、その反転分布の発生を増大できる
ため、発振効率が著しく向上された金属蒸気レーザ装置
を得ることができる。
金、銅もしくはこれらの複合金属塩と共にクロムもしく
はクロムの複合金属塩を封入することによって、これら
金属をバッファガスと共に放電させて励起させる際、ク
ロムの発光エネルギーにより金もしくは銅の蒸気の励起
を促進すると共に、前記クロム蒸気が上準位レベルに励
起され、下位に遷移された時の下位準位レベルが金もし
くは銅の上準位レベルと合致して金もしくは銅の上準位
レベル数を増大させ、その反転分布の発生を増大できる
ため、発振効率が著しく向上された金属蒸気レーザ装置
を得ることができる。
（発明の実施例） 以下、本発明の実施例を第１図を参照して詳細に説明す
る。
る。
図中の１は、アルミナセラミックス等の耐熱絶縁材料か
らなる放電管であり、この放電管１の外周面にはアルミ
ナセラミックスファイバー等からなる管状断熱材２及び
金属製外包管３が同芯円状に設けられている。なお、外
包管３の両端部は途中に設けられた絶縁管3aにより電気
的に分離されている。前記放電管１、管状断熱材２及び
外包管３の両端面には放電電極41、42が取着され、かつ
これら放電電極41、42はパルス電源５にリード線を介し
て夫々接続されている。前記角放電電極41、42の端面に
は、窓保持用金属フランジ61、62が夫々取着されてい
る。これらフランジ61、62には、夫々石英等からなる窓
材71、72が保持されている。これら窓材71、72の外側に
は、共振器ミラー81、82がそれら窓材71、72に対向して
配置されている。なお、これら共振器ミラーの一方のミ
ラー（例えば81）は部分反射して出力鏡として機能し、
他方のミラー82は全反射させる機能を有する。前記一方
のフランジ61の側壁には、Ne、He又はこれらの混合ガス
を供給するバッファガス供給部９が導管10を介して連結
され、かつ他方のフランジ62の側壁にはガス排気部材11
が導管12を介して連結されている。前記外包管３の外周
面には、循環ポンプ13により冷却水が循環される冷却パ
イプ14が巻装されている。そして、前記放電管１内には
例えば粒状の銅15及びクロム16が封入されている。
らなる放電管であり、この放電管１の外周面にはアルミ
ナセラミックスファイバー等からなる管状断熱材２及び
金属製外包管３が同芯円状に設けられている。なお、外
包管３の両端部は途中に設けられた絶縁管3aにより電気
的に分離されている。前記放電管１、管状断熱材２及び
外包管３の両端面には放電電極41、42が取着され、かつ
これら放電電極41、42はパルス電源５にリード線を介し
て夫々接続されている。前記角放電電極41、42の端面に
は、窓保持用金属フランジ61、62が夫々取着されてい
る。これらフランジ61、62には、夫々石英等からなる窓
材71、72が保持されている。これら窓材71、72の外側に
は、共振器ミラー81、82がそれら窓材71、72に対向して
配置されている。なお、これら共振器ミラーの一方のミ
ラー（例えば81）は部分反射して出力鏡として機能し、
他方のミラー82は全反射させる機能を有する。前記一方
のフランジ61の側壁には、Ne、He又はこれらの混合ガス
を供給するバッファガス供給部９が導管10を介して連結
され、かつ他方のフランジ62の側壁にはガス排気部材11
が導管12を介して連結されている。前記外包管３の外周
面には、循環ポンプ13により冷却水が循環される冷却パ
イプ14が巻装されている。そして、前記放電管１内には
例えば粒状の銅15及びクロム16が封入されている。
次に、上述した金属蒸気レーザ装置の動作を説明する。
まず、バッファガス供給部９からバッファガス（例えば
Neガス）を導管10及び一方のフランジ61を通して放電管
１内に供給すると共に、他方のフランジ62に連結したガ
ス排気部材11を作動してフランジ61、62を含めた放電管
１内のガスを排気する。また、循環ポンプ13を作動して
冷却水を冷却パイプ14内を循環させて外包管３等を冷却
する。つづいて、パルス電源５からパルス電圧を放電電
極41、42に印加すると、放電管１内に供給されたNeガス
により放電がなされ、放電管１内部が発熱する。この
時、放電管１の外部は管状断熱材２で囲われているた
め、放電管１内部は温度上昇し、熱平衡状態になった時
点で温度が一定になる。放電管１内に封入された銅（C
u）15は、1400℃で0.1torr、1600℃で1torr程度の蒸気
圧を示し、一方クロム（Cr）16は1400℃で0.01torr、15
50℃で0.1torr、1720℃で1torrの蒸気圧を示す。このた
め、前記Cu及びCrの蒸気圧との関係で熱平衡温度が1400
〜1600℃になるように前記電源５からのパルス電圧と断
熱条件とを設定する。このような条件に設定すると、放
電管１内部はCuとCrの両金属蒸気が存在し、放電によっ
て励起される。この時、Cuは第２図のエネルギー準位に
示すように基底レベル21から上準位レベル22に励起さ
れ、それが準安定準位レベル23に遷移する過程でレーザ
光24を放出する。Cuの準安定準位は、上準位より寿命が
長いため、上準位レベル22、準安定準位レベル23の間に
急激な励起によってのみ短時間だけ反転分布を生じ、こ
の間に放出されたレーザ光は共振器ミラー81、82間でレ
ーザ発振の立上がりがなされ、レーザ光が出力鏡である
ミラー81から出力される。
Neガス）を導管10及び一方のフランジ61を通して放電管
１内に供給すると共に、他方のフランジ62に連結したガ
ス排気部材11を作動してフランジ61、62を含めた放電管
１内のガスを排気する。また、循環ポンプ13を作動して
冷却水を冷却パイプ14内を循環させて外包管３等を冷却
する。つづいて、パルス電源５からパルス電圧を放電電
極41、42に印加すると、放電管１内に供給されたNeガス
により放電がなされ、放電管１内部が発熱する。この
時、放電管１の外部は管状断熱材２で囲われているた
め、放電管１内部は温度上昇し、熱平衡状態になった時
点で温度が一定になる。放電管１内に封入された銅（C
u）15は、1400℃で0.1torr、1600℃で1torr程度の蒸気
圧を示し、一方クロム（Cr）16は1400℃で0.01torr、15
50℃で0.1torr、1720℃で1torrの蒸気圧を示す。このた
め、前記Cu及びCrの蒸気圧との関係で熱平衡温度が1400
〜1600℃になるように前記電源５からのパルス電圧と断
熱条件とを設定する。このような条件に設定すると、放
電管１内部はCuとCrの両金属蒸気が存在し、放電によっ
て励起される。この時、Cuは第２図のエネルギー準位に
示すように基底レベル21から上準位レベル22に励起さ
れ、それが準安定準位レベル23に遷移する過程でレーザ
光24を放出する。Cuの準安定準位は、上準位より寿命が
長いため、上準位レベル22、準安定準位レベル23の間に
急激な励起によってのみ短時間だけ反転分布を生じ、こ
の間に放出されたレーザ光は共振器ミラー81、82間でレ
ーザ発振の立上がりがなされ、レーザ光が出力鏡である
ミラー81から出力される。
上述したCuのレーザ発振に際してCuと共に放電管１に封
入したCrの金属蒸気によりCuのレーザ出力を大幅に向上
させることができる。これは、Crの金属蒸気が次に示す
ようにCuの反転分布やCuの励起に作用することによるも
のと考えられる。即ち、Crの金属蒸気は既述した放電に
よって励起され、基底レベル21から48661〜60871cm-1の
高エネルギー準位レベル25に励起され、それが下位の30
967〜31393cm-1の準位レベル26に遷移する。この下位準
位レベルと前記Cuの30784cm-1の上準位レベル22は原子
が高温状態下にあるため、重なりが生じており、衝突な
どによりCrの下位準位レベル26のエネルギーがCuに遷移
され、Cuの上準位レベル22の状態数を増大することな
り、その結果強力なCuの反転分布の発生によって前述し
たレーザ発振が効率的に生じたものと考えられる。ま
た、Crの励起イオンからの発光のうちで324.544nm、32
5.184nmの発光は銅蒸気レーザの基底レベル21から上準
位レベル22の励起に合致するエネルギーを有するため、
Cuの励起に効果的に作用していると考えられる。
入したCrの金属蒸気によりCuのレーザ出力を大幅に向上
させることができる。これは、Crの金属蒸気が次に示す
ようにCuの反転分布やCuの励起に作用することによるも
のと考えられる。即ち、Crの金属蒸気は既述した放電に
よって励起され、基底レベル21から48661〜60871cm-1の
高エネルギー準位レベル25に励起され、それが下位の30
967〜31393cm-1の準位レベル26に遷移する。この下位準
位レベルと前記Cuの30784cm-1の上準位レベル22は原子
が高温状態下にあるため、重なりが生じており、衝突な
どによりCrの下位準位レベル26のエネルギーがCuに遷移
され、Cuの上準位レベル22の状態数を増大することな
り、その結果強力なCuの反転分布の発生によって前述し
たレーザ発振が効率的に生じたものと考えられる。ま
た、Crの励起イオンからの発光のうちで324.544nm、32
5.184nmの発光は銅蒸気レーザの基底レベル21から上準
位レベル22の励起に合致するエネルギーを有するため、
Cuの励起に効果的に作用していると考えられる。
以上の２つのCu蒸気に対するCr蒸気の挙動が考えられる
が、いずれにしても放電管１内にCu15と共にCr16を封入
して励起されることによってCuのレーザ出力を大幅に向
上できる。
が、いずれにしても放電管１内にCu15と共にCr16を封入
して励起されることによってCuのレーザ出力を大幅に向
上できる。
なお、上記実施例では放電管内にCuとCrを封入し、1400
〜1600℃の高温にして動作させる場合について説明した
が、金属（Cu又はAu、Cr）・AlnBrmなどの複合金属塩を
用いてもよい。このような複合金属塩を用いれば低温動
作が可能となり、しかも複合Cr塩の封入はCr単体を用い
た場合と同様なレーザ発振効率の向上を達成できる。
〜1600℃の高温にして動作させる場合について説明した
が、金属（Cu又はAu、Cr）・AlnBrmなどの複合金属塩を
用いてもよい。このような複合金属塩を用いれば低温動
作が可能となり、しかも複合Cr塩の封入はCr単体を用い
た場合と同様なレーザ発振効率の向上を達成できる。
上記実施例では、Cu蒸気のレーザ発振について説明した
が、金（Au蒸気のレーザ発振にも同様な効果を有する。
即ち、Au蒸気レーザにおけるCrからの発光には波長が１
価のCrイオンからは267.816nm、267.283nm、267.879n
m、中性Crからは267.816nmの発光が得られ、これはAu蒸
気の上準位レベルへの励起エネルギー（267.595nm）と
ほぼ一致するため、効率的なAu蒸気の励起を行なうこと
が可能となる。
が、金（Au蒸気のレーザ発振にも同様な効果を有する。
即ち、Au蒸気レーザにおけるCrからの発光には波長が１
価のCrイオンからは267.816nm、267.283nm、267.879n
m、中性Crからは267.816nmの発光が得られ、これはAu蒸
気の上準位レベルへの励起エネルギー（267.595nm）と
ほぼ一致するため、効率的なAu蒸気の励起を行なうこと
が可能となる。
本発明に係わる金属蒸気レーザ装置を構成する放電管、
放電電極、窓保持用金属フランジ等の各部材の形状及び
取付け方は、第１図図示に限定されず、自由に設計変更
できることは勿論であり、要は放電管内に金、銅もしく
はこれらの複合金属塩と共にクロムもしくはクロムの複
合金属塩を混入するか、或いは蒸気の形で放電管内に導
入する構造にすればよい。
放電電極、窓保持用金属フランジ等の各部材の形状及び
取付け方は、第１図図示に限定されず、自由に設計変更
できることは勿論であり、要は放電管内に金、銅もしく
はこれらの複合金属塩と共にクロムもしくはクロムの複
合金属塩を混入するか、或いは蒸気の形で放電管内に導
入する構造にすればよい。
［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば放電管を大口径化、
長尺化させることなく発振効率の向上化を達成でき、ひ
いては医療機器等に有効な小型、軽量で大出力の金属蒸
気レーザ装置を提供できる。
長尺化させることなく発振効率の向上化を達成でき、ひ
いては医療機器等に有効な小型、軽量で大出力の金属蒸
気レーザ装置を提供できる。
第１図は本発明の一実施例を示す金属蒸気レーザ装置の
断面図、第２図はCu及びCrのエネルギー準位を示す説明
図である。 １……放電管、２……管状断熱材、41、42……放電電
極、５……パルス電源、61、62……窓保持用金属フラン
ジ、81、82……共振器ミラー、９……バッファガス供給
部、11……ガス排気部材、14……冷却パイプ、15……
銅、16……クロム。
断面図、第２図はCu及びCrのエネルギー準位を示す説明
図である。 １……放電管、２……管状断熱材、41、42……放電電
極、５……パルス電源、61、62……窓保持用金属フラン
ジ、81、82……共振器ミラー、９……バッファガス供給
部、11……ガス排気部材、14……冷却パイプ、15……
銅、16……クロム。
Claims (1)
- 【請求項１】放電管内で金属蒸気発生源である金、銅も
しくはこれらの複合金属塩をバッファガスと共に放電さ
せて励起し、金もしくは銅のレーザ発振光を出力する金
属蒸気レーザ装置において、前記金属蒸気発生源と共に
クロムもしくはクロムの複合金属塩を前記放電管内に混
入したことを特徴とする金属蒸気レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4356687A JPH0770793B2 (ja) | 1987-02-26 | 1987-02-26 | 金属蒸気レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4356687A JPH0770793B2 (ja) | 1987-02-26 | 1987-02-26 | 金属蒸気レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63211690A JPS63211690A (ja) | 1988-09-02 |
| JPH0770793B2 true JPH0770793B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=12667291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4356687A Expired - Fee Related JPH0770793B2 (ja) | 1987-02-26 | 1987-02-26 | 金属蒸気レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770793B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2829479B2 (ja) * | 1993-08-18 | 1998-11-25 | 株式会社中央製作所 | 金属蒸気レーザー |
-
1987
- 1987-02-26 JP JP4356687A patent/JPH0770793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63211690A (ja) | 1988-09-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |