JPH08316550A - パルスガスレーザーの励起方法及びパルスガスレーザー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電方式を縦方向放電である同軸励起方式を
採用して媒体ガスを封止できる放電管構造とし、装置の
小型化を図るとともに、予備電離を新たな電極を導入す
ることなく主放電に先立って自動的に行うことができる
パルスガスレーザーの励起方法及びパルスガスレーザー
装置を提供する。 【構成】 レーザー光の光軸６と同軸状に配した円筒状
絶縁体７の内外面に内部円筒電極８と外部円筒導体９を
設け、放電空間５となる絶縁体内を媒体ガスで満たすと
ともに、少なくとも外部円筒導体の端部を媒体ガスに接
触させ、内部円筒電極と外部円筒導体間に電圧を印加
し、この印加電圧によって絶縁体の内面で沿面コロナ放
電を発生させて、放電空間を自動的に予備電離した後、
光軸と同方向に均一な主放電電流を発生させて媒体ガス
を励起し、レーザー光を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルスガスレーザーの
励起方法及びパルスガスレーザー装置に係わり、更に詳
しくは短いパルス幅の紫外線による蛍光分析等の光源に
使用される短波長のレーザー光を発生するためのパルス
ガスレーザーの励起方法及びパルスガスレーザー装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、蛍光分析等の光源に使用される紫
外線レーザーとしては、小型の装置では窒素レーザーが
主に使用されてきたが、このレーザーでは大電流の高速
放電が必要であったため、高い出力を得る目的で横放電
方式が採用されてきた。

【０００３】従来のパルスガスレーザー装置における横
放電方式とは、図４に示すように、レーザー光の発生す
る光軸１００と、放電電流の流れる方向が直交するよう
に放電を発生する方式である。このパルスガスレーザー
装置の基本構造は、全反射鏡１０１と半透過鏡１０２と
を光軸１００に直交するように容器１０３に設けるとと
もに、表裏面に導体板１０５，１０６を積層した基板１
０４を容器１０３を貫通させて気密状に設け、一方の導
体板１０５の縁切り端縁に沿って一対の棒状電極１０
７，１０７を立設し、該棒状電極１０７，１０７を光軸
１００に平行に配設したものである。ここで、一対の棒
状電極１０７，１０７間が放電空間１０８となり、また
絶縁基板１０４を挟んだ導体板１０５，１０６がバッフ
ァキャパシターを構成するのである。更に、前記容器１
０３には媒体ガスの供給口１０９と排出口１１０が設け
られ、媒体ガスを放電空間１０８に供給している。そし
て、前記両導体板１０５，１０６間に図示しない蓄積キ
ャパシターからパルス電圧を印加するのである。

【０００４】この従来のパルスガスレーザー装置におけ
る横放電方式では、放電長（５〜６０ｃｍ）に渡って、
一様な放電を発生させる必要があるため、放電空間１０
８の媒体ガスを放電に先立って弱電離する特別な予備電
離機構が必要である。例えば、予備電離機構の代表的な
ものは、放電空間内に光軸１００と平行にワイヤー電極
１１１を張り、該ワイヤー電極１１１と棒状電極１０７
間で先ず放電を発生させて予備電離する機構である。し
かし、この横放電方式では、放電電流は回転対称形では
なく、両棒状電極１０７，１０７に偏って発生し、それ
より発生するレーザー光の強度分布も二つのピークを有
するものになる。また、バッファキャパシターを絶縁基
板１０４と両導体板１０５，１０６とで構成しているの
で、装置が平面的に広がるため、小型化が困難であり、
また構造そのものも複雑となっていた。また、本来この
ような装置は、媒体ガスを封止して使用することが望ま
しいが、上記の方式では放電回路が複雑な形状であるた
め、媒体ガスを封止するのが困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の放電方式では、
放電方式が横方向励起であったため、放電管の構造が放
電長方向に長い導体を放電空間に導入する必要があり、
ガス封止を行う場合の大きな障害となっていた。即ち、
媒体ガスを封入した放電管を作成する場合、管状のガラ
ス、セラミックス、金属を用いる場合には非常に高い気
密性が得られるが、光軸方向に長い板状の導体等を導入
しようとすると、極端に封止性能が低下する。従って、
横放電方式では長いガス寿命を得ることは非常に困難で
あるため、放電管にガス供給口及び排出口を設けて媒体
ガスを連続的に流すガスフロー方式を採用していた。こ
れらの理由によって、大電流放電を必要とする従来のパ
ルスガスレーザー装置は、小型化することが不可能であ
った。

【０００６】本発明では、放電方式を従来の横放電方式
から、放電電流が光軸と同一方向に流れる縦放電方式に
変更するとともに、放電を一様に行うため光軸に対して
回転対称形の同軸励起方式に変更し、放電管の構造を単
純化し、媒体ガスの封止を容易にするとともに、ガス寿
命の延命を図るのである。それにより、放電管が同軸構
造となるため、装置の構造が著しく単純化し、信頼性を
増すことができる。但し、同軸構造を採用することで、
従来大きな束縛なしに、主放電空間の近くで発生させる
ことが可能であった予備電離のための放電を行う機構に
新しい方式が必要となってくる。

【０００７】そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決
しようとするところは、放電方式を縦方向放電である同
軸励起方式を採用して媒体ガスを封止できる放電管構造
とし、装置の小型化を図るとともに、予備電離を新たな
電極を導入することなく主放電に先立って自動的に行う
ことができるパルスガスレーザーの励起方法及びパルス
ガスレーザー装置を提供する点にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、パルス放電により媒体ガスを励起するパル
スガスレーザーの励起方法において、レーザー光の光軸
と同軸状に配した円筒状絶縁体の内外面に設けた内部円
筒電極と外部円筒導体間に電圧を印加し、この印加電圧
によって絶縁体の内面で沿面コロナ放電を発生させて、
絶縁体内の放電空間を自動的に予備電離した後、光軸と
同方向に均一な主放電電流を発生させて媒体ガスを励起
してなるパルスガスレーザーの励起方法を提供する。

【０００９】また、パルス放電により媒体ガスを励起し
てレーザー光を発生するパルスガスレーザー装置におい
て、レーザー光の光軸と同軸状に配した円筒状絶縁体の
内外面に内部円筒電極と外部円筒導体を設け、放電空間
となる絶縁体内を媒体ガスで満たすとともに、少なくと
も外部円筒導体の端部を媒体ガスに接触させ、前記内部
円筒電極と外部円筒導体間に電圧を印加し、この印加電
圧によって絶縁体の内面で沿面コロナ放電を発生させ
て、放電空間を自動的に予備電離した後、光軸と同方向
に均一な主放電電流を発生させて媒体ガスを励起し、レ
ーザー光を発生してなるパルスガスレーザー装置を構成
した。

【００１０】ここで、前記内部円筒電極と外部円筒導体
の端部間であって、円筒状絶縁体の内面で囲まれた放電
空間自体を組み合わせてギャップスイッチを形成して放
電空間にスイッチ機能を持たせ、外部よりトリガー電圧
を与えることにより高速電流スイッチを用いることなく
均一放電を発生させてなるのである。

【００１１】

【作用】以上の如き内容からなる本発明のパルスガスレ
ーザーの励起方法及びパルスガスレーザー装置は、レー
ザー光の光軸と同軸状に配した円筒状絶縁体の内外面に
設けた内部円筒電極と外部円筒導体間に電圧を印加する
と、放電空間を形成する絶縁体の内面に沿って沿面コロ
ナ放電が発生して、放電空間内に満たされた媒体ガスを
自動的に予備電離し、この予備電離によって導電率が高
くなった媒体ガスを主放電により光軸と同一方向の放電
電流を発生させて媒体ガスを励起するものである。ここ
で、円筒状絶縁体内の放電空間で発生する放電は、内部
円筒電極と外部円筒導体の同軸構造の中を流れるため、
全体のインダクタンスが極めて低くなって、高速放電が
可能となり、また横方向の放電の不均一性が存在しなく
なるので、残留電荷があっても良いため、例えば数ｋＨ
ｚ程度の高繰り返しが可能である。

【００１２】

【実施例】本発明は、パルスガスレーザー装置における
放電方式を従来の横方向放電から縦方向（光軸と放電電
流が同一方向）に変更し、放電管の構造を同軸構造とし
て単純化且つ小型化し、更に媒体ガスの封止を容易にす
るとともにガスの寿命の延長を図るものである。

【００１３】次に本発明の詳細を添付した図面に基づき
説明する。図１は本発明の第１実施例を示し、１は同軸
構造の放電管、２は容器、３は全反射鏡、４は半透過鏡
をそれぞれ示している。放電管１と容器２内には、媒体
ガスが満たされ、放電管１に電圧を印加することによっ
てその内部の放電空間５に光軸６に沿った方向の放電電
流を流して媒体ガスを励起し、その励起分子又は原子か
ら光軸６の方向に放出された光（電磁波）が光軸６と直
角に配した全反射鏡３と半透過鏡４間を往復する間に他
の励起分子又は原子から光を誘導放出させて増幅し、そ
の一部が半透過鏡４からレーザー光として出射するので
ある。

【００１４】前記放電管１は、ガラス又はセラミックス
等で作製された円筒状絶縁体７の内外面に内部円筒電極
８と外部円筒導体９を気密状に密着させて設けたもので
ある。前記内部円筒電極８は、円筒状絶縁体７の内面の
長さ方向一部に設け、外部円筒導体９は円筒状絶縁体７
の外面であって内部円筒電極８を設けてない部分に設け
ている。ここで、内部円筒電極８と外部円筒導体９と
は、円筒状絶縁体７の内外において一部が重なっても良
い。また、外部円筒導体９の一端部は、円筒状絶縁体７
の端部よりも突出させて外部電極１０を形成している。

【００１５】更に具体的には、本実施例では、円筒状絶
縁体７の一端部に内部円筒電極８を設け、外部円筒導体
９は円筒状絶縁体７の一端部内方から他端部にかけて設
け、内部円筒電極８の一端縁からは、円筒状絶縁体７の
一端部を迂回して半径方向外方へ円盤状導体１１を延設
するとともに、外部円筒導体９の一端縁からは、半径方
向外方へ円盤状導体１２を延設し、両円盤状導体１１，
１２間にバッファキャパシター１３を接続している。そ
して、前記円盤状導体１１には、容器２を構成する分割
容器２ａを気密状に連結するとともに、外部円筒導体９
の他端部には、外部電極１０を取り囲むように分割容器
２ｂを気密状に連結し、前記分割容器２ａには半透過鏡
４を設け、分割容器２ｂには全反射鏡３を設けている。
更に、前記分割容器２ａには、媒体ガスの供給口１４を
設け、分割容器２ｂには媒体ガスの排出口１５を設け
て、分割容器２ａから放電管１内の放電空間５を通り、
分割容器２ｂにかけてガスフローを生じさせるようにし
ているが、一旦媒体ガスを満たした後は、供給口１４及
び排出口１５は閉じても良い。

【００１６】そして、前記放電管１に電圧を印加する電
源回路は、高圧電源１６で充電される蓄積キャパシター
１７を、高電圧スイッチ１８を介して前記円盤状導体１
１と円盤状導体１２に接続するものである。尚、この電
圧回路は、従来公知のもので良いが、数ｋＨｚ程度の高
い繰り返し周期で、パルス電圧を印加できるものであ
る。

【００１７】前記高圧電源１６で蓄積キャパシター１７
を充電した後、高電圧スイッチ１８を閉成すると、蓄積
キャパシター１７からバッファキャパシター１３にパル
ス高電圧が印加され、バッファキャパシター１３でピー
キングして、内部円筒電極８と外部円筒導体９の外部電
極１０の間にパルス高電圧が印加される。前記円筒状絶
縁体７の内部の放電空間５には、媒体ガスが満たされて
おり、内部円筒電極８と外部円筒導体９との間にパルス
高電圧が印加されると、媒体ガスに接した内部円筒電極
８の端縁と外部電極１０の間の円筒状絶縁体７の内面に
沿って沿面コロナ放電が発生し、このコロナ放電により
放電空間５内の媒体ガスが一様に予備電離されて、その
後に主放電電流が放電空間５の内部に高速且つ均一に形
成される。尚、前記外部円筒導体９は、放電電流の帰還
導体の作用をするのである。本発明の放電管１は、内部
円筒電極８と外部円筒導体９とで円筒状絶縁体７を挟ん
だ同軸構造であるので、回路のインピーダンスが小さい
ため、電流の立ち上がりが早く且つ光軸６に対して回転
対称形の電流分布を持つ均一な大電流放電が形成され
る。これの大電流、短パルスの放電によって、空間的に
均一で且つ高出力のレーザー発振が可能となる。

【００１８】図２は本発明の第２実施例を示している。
本実施例の放電管１は、中央部に対して光軸６に沿った
方向で対称形の構造を有し、即ち、円筒状絶縁体７の内
面中央部に内部円筒電極８を設け、その両端部外面に一
対の外部円筒導体９を設けた構造のものである。そし
て、当該放電管１は、内部円筒電極８に対応する円筒状
絶縁体７の外面に固定した支持部材１９で、内部空間が
連続した気密容器２の内面に固定している。また、内部
円筒電極８と両外部円筒導体９，９には、それぞれステ
ムリード２０，２１を接続し、ステムリード２０，２１
は容器２を気密状に貫通させている。この容器２には、
媒体ガスを満たして封止している。そして、容器２の外
部であって内部円筒電極８に接続したステムリード２０
と外部円筒導体９に接続したステムリード２１間には、
前記同様にバッファキャパシター１３を接続している。
その他の構成は、前記同様であるので、同一構成には同
一符号を付してその説明は省略する。

【００１９】図３は本発明の第３実施例を示している。
本実施例は、前述の第１実施例と第２実施例の構造を組
み合わせ、放電長の長さを２：１に近い比で組み合わ
せ、全体を一つの放電管として扱ったものである。即
ち、第２実施例と同様に一対の外部円筒導体９ａ，９ｂ
を用いるが、光軸６に沿った長さにおいて一方の外部円
筒導体９ａの長さに対して他方の外部円筒導体９ｂの長
さを約２倍に設定したものである。高圧電源１６の高電
圧出力端子からの電圧パルスは左右の外部円筒導体９
ａ，９ｂ間のバッファキャパシター１３に印加され、中
間の内部円筒電極８に高電圧出力とは逆極性のトリガー
電圧パルスを印加することにより、左右の放電空間５
ａ，５ｂに同時に均一放電が発生する。尚、図中２２は
トリガースイッチである。ここで、内部円筒電極８にト
リガー電圧パルスを印加すると、短い方の外部円筒導体
９ａの先端の外部電極１０と内部円筒電極８間及び長い
方の外部円筒導体９ｂの先端の外部電極１０と内部円筒
電極８間で放電が同時に発生するので、放電空間が光軸
６に沿って長い場合でも縦方向に均一な放電が得られ
る。この場合、従来横方向放電では空間的な均一放電を
得るために必要であった予備電離用のギャップなどは、
この方式では同軸構造であるため不要となる。その他の
構成は、前記同様であるので、同一構成には同一符号を
付してその説明は省略する。

【００２０】本発明は、前記内部円筒電極８と外部円筒
導体９の端部間であって、円筒状絶縁体７の内面で囲ま
れた放電空間５自体でギャップを形成しているので、別
に予備電離用の電極を放電空間５内に設ける必要がな
く、そのため内部円筒電極８と外部円筒導体９の間に高
電圧パルスを印加すると、円筒状絶縁体７の内面に沿っ
た沿面コロナ放電によって自動的に媒体ガスを予備電離
し、それにより放電空間５の導電率が高くなって全体に
主放電を誘起し、空間的に均一な放電を発生させること
が可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上にしてなる本発明のパルスガスレー
ザーの励起方法及びパルスガスレーザー装置によれば、
放電方式を縦方向放電である同軸励起方式を採用して媒
体ガスを封止できる放電管構造とし、即ち、レーザー光
の光軸と同軸状に配した円筒状絶縁体の内外面に内部円
筒電極と外部円筒導体を設けた放電管を採用することに
よって、予備電離を新たな電極を導入することなく主放
電に先立って自動的に行うことができ、また容器外にバ
ッファキャパシターを配列させることができので、容器
本体の構造が単純化し、また容器の気密性に優れ、媒体
ガスを封止することも可能であり、そのため構造が単純
化して装置の小型化を図ることができる。更に、放電空
間で発生する放電は、内部円筒電極と外部円筒導体の同
軸構造の中を流れるため、全体のインダクタンスが低く
なって、高速放電が可能となり、例えば数ｋＨｚ程度の
高繰り返しが可能であり、更に放電空間内で放電電流の
分布が均一になる。それにより、本装置によって発生す
るレーザー光の空間的強度分布が光軸に対して回転対称
で且つ均一になり、その上、単一モードの発振も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルスガスレーザー装置の第１実施例
を示す簡略断面図である。

【図２】同じく第２実施例を示す簡略断面図である。

【図３】同じく第３実施例を示す簡略断面図である。

【図４】従来のパルスガスレーザー装置を示し、(a) は
光軸に沿った方向の簡略断面図、(b) は光軸と直交する
方向の簡略断面図である。

【符号の説明】

１ 放電管 ２，２ａ，２ｂ 容器 ３ 全反射鏡 ４ 半透過鏡 ５，５ａ，５ｂ 放電空間 ６ 光軸 ７ 円筒状絶縁体 ８ 内部円筒電極 ９，９ａ，９ｂ 外部円筒導体 １０ 外部電極 １１ 円盤状導体 １２ 円盤状導体 １３ バッファキャパシター １４ 供給口 １５ 排出口 １６ 高圧電源 １７ 蓄積キャパシター １８ 高電圧スイッチ １９ 支持部材 ２０ ステムリード ２１ ステムリード ２２ トリガースイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス放電により媒体ガスを励起するパ
   ルスガスレーザーの励起方法において、レーザー光の光
   軸と同軸状に配した円筒状絶縁体の内外面に設けた内部
   円筒電極と外部円筒導体間に電圧を印加し、この印加電
   圧によって絶縁体の内面で沿面コロナ放電を発生させ
   て、絶縁体内の放電空間を自動的に予備電離した後、光
   軸と同方向に均一な主放電電流を発生させて媒体ガスを
   励起することを特徴とするパルスガスレーザーの励起方
   法。
2. 【請求項２】 パルス放電により媒体ガスを励起してレ
   ーザー光を発生するパルスガスレーザー装置において、
   レーザー光の光軸と同軸状に配した円筒状絶縁体の内外
   面に内部円筒電極と外部円筒導体を設け、放電空間とな
   る絶縁体内を媒体ガスで満たすとともに、少なくとも外
   部円筒導体の端部を媒体ガスに接触させ、前記内部円筒
   電極と外部円筒導体間に電圧を印加し、この印加電圧に
   よって絶縁体の内面で沿面コロナ放電を発生させて、放
   電空間を自動的に予備電離した後、光軸と同方向に均一
   な主放電電流を発生させて媒体ガスを励起し、レーザー
   光を発生することを特徴とするパルスガスレーザー装
   置。
3. 【請求項３】 前記内部円筒電極と外部円筒導体の端部
   間であって、円筒状絶縁体の内面で囲まれた放電空間自
   体を組み合わせてギャップスイッチを形成して放電空間
   にスイッチ機能を持たせ、外部よりトリガー電圧を与え
   ることにより均一放電を発生させてなる請求項２記載の
   パルスガスレーザー装置。