JPS5915511Y2 - レ−ザ放電管 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はレーザ放電管、特にその放電細管に係るもので
ある。

ガスレーザ放電管、特にイオンレーザ放電管では光増幅
の活性媒介部として、大電流ガス放電部を持っている。

大電流放電をガス放電部つまり放電細管の中で行なわせ
ているため放電細管部分での発熱量が非常に大きい。

例えば小形アルゴンイオンレーザで有効放電長が約４ｃ
ｍ・内径約１ｍｍのものでは電流値５Ａで動作させた時
放電部の電流密度は６４０Ａ／ｃｍ２であり、１５Ｖ／
ｃｍ程度の電圧降下が生じている。

この時の消費電力は単位長当り１５ Ｘ ５ ＝ ７５
（Ｗ／ｃｎｎ）となり、これが殆んど全部熱になる。

第１図は従来のレーザ放電管の一例を示すもので、セラ
ミックス等からなる放電細管１１の外側には、放電板１
２を備えた熱伝導のよい金属でできたアノード側結合部
材１３及びカソード側結合部材１４が設けられ、アノー
ド側結合部材１３はアノードを兼用するもので、カソー
ド側結合部材１４とは電気的絶縁を保つため放電細管１
１の中央部１５で分離して取付けられている。

アノード側結合部材１３の他端にはレーザ光透過窓１８
が取付部材１６を介して、またカソード側結合部材１４
の他端には外囲器１７を介してレーザ光透過窓１９が取
付けられている。

外囲器１７内には円筒状のカソード２０が備えられてい
る。

アノード側結合部材１３と外囲器１７の間には、ガス圧
力の均衡化のためのガス帰還路２１が設けられている。

従来構造の放電管において、放電細管１１内で発生した
熱は、放電細管１１を介して結合部材１３．１４へまた
放熱板１２へと伝導し、放熱板１２及び結合部材１３．
１４より放散される。

また結合部材等が取付けられていない中央部１５では、
熱は放電細管１１の表面より直接放散される。

これら部材の表面からの熱放散には、自然空冷・強制空
冷、又は水その他媒体を用いた流体冷却の手段が用いら
れる。

しかしながら、放電細管１１の中央部１５にはアノード
・カソード間の絶縁確保のため、熱伝導のよい金属部材
及び放熱板は設けられず、熱放散のための表面積が小さ
く他の部分に比べ冷却効率が悪い。

しかし放電細管１１内においては一様に熱が発生してい
るため、この部分の温度が過剰に上昇し、熱膨張による
変形・ガス放出あるいは熱衝撃の増加等から、寿命の短
縮・放電細管の破壊等特性や信頼性に悪影響を及ぼして
いる。

またこの部分の温度上昇の程度により、放電細管の適正
動作時の電流密度が決められてしまう。

尚、放電細管の中央部１５に電気的絶縁物による放熱部
材を設けることも考えられるが、一般に絶縁物は熱伝導
特性が悪くあまり有効ではない。

また放電細管に熱伝導特性がよいベリリアを用いれば冷
却効率はよくなるが、高価でありしかも有毒であるため
適切なものとはいえない。

本考案は従来のように放電細管の一部が過熱されること
がなく、シかも高電流密度で使用できるレーザ放電管を
提供することを目的とし、有毒かつ高価なベリリア製放
電細管を用いたレーザ放電管に替る放電管を提供するも
のである。

本考案は放電細管に内径の太い部分を設け、その部分で
の電圧降下すなわち消費電力を減らしその部分の温度上
昇を抑え、更には内径の太い部分を複数設けることによ
り、放電細管内の発熱部を分散させ放熱効果を良好にさ
せたものである。

次に本考案を図面を参照し説明する。

第２図は本考案レーザ放電管の要部、すなわち放電細管
、放熱板及び結合部材を示したものである。

放電細管１１はアノード側及びカソード側の放電細管１
１ａ、１１−ｂよりなるセラミックスでつくられた組合
わせ細管で、両者接合部２２は表面がメタライズ処理さ
れていて金属のろう付けにより接合されている。

耐電圧が考慮されるならば金属製の結合部材を用いても
よい。

放電細管１１−ａ 、１１−ｂは、熱伝導のよい金属で
できたアノード側及びカソード側の結合部材１３．１４
により内径の太い部分を残すように覆われる。

放電細管１１のこの覆われる部分は表面がメタライズさ
れており、結合部材１３．１４とはろう付けにより密封
された放電管としての気密を保つ。

アノード・カソード間の絶縁確保のため放熱部材を設け
ない部分を、この内径の太い部分に対応させる。

本考案レーザ放電管の他の部分は第１図と同様な構造を
していて、結合部材１３．１４の他端には、これらと同
等の膨張係数をもつガラスでできた外囲器１７及びレー
ザ光透過窓取付部材１６がはめ合わされ密封されており
、また取付部材１６及び外囲器１７には放電細管１１の
中心軸に対してブリュースタ角をなして取付けられた透
明板によるレーザ光透過窓１８．１９が設けられている
。

外囲器１７内にはカソード２０が備えられ、また外囲器
１７とアノード側結合部材１３との間にはガス圧均衡用
のガス帰還路２１が設けられている。

本考案の作用を説明する。

放電細管１１の内径の太い部分は、ここで内部発熱量を
減少させるものである。

例えば、放電細管の細い部分の内径が前述の従来と同じ
１ｍｍで太い部分の内径が５ｍｍの放電細管では、電流
値５Ａで作動させると太い部分の電流密度は、内径１ｍ
ｍの部分の１の１８Ａ／ｃｍ２となる。

また放電細管での電圧降下がほぼ管径の逆数に比例する
ことはＩＥＥＪ ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓ ｖｏ １．ＱＥ−Ｉ Ｐ 、２７４（Ｓｅｐｔ、１
９６５）よりわかっており、本考案者の実験からも第３
図の如くに確認された。

本実施例では太い部分の内径が６ｍｍで約２．５Ｖ／ｃ
ｍの電圧降下となる。

実施例の放電管を電流値５Ａで動作させたとき、前記部
分での消費電力は単位長当り５Ｘ２．５＝１２．５［Ｗ
／ｃｍ）となり、従来の７５Ｗ／ｃｍに比へ６に減少で
きそれだけ発熱量も少なくなる。

これにより、この部分に放熱部材が取付けられていなく
ても、放電細管の他の部分に比べ温度が過剰に高くなる
ことはなくなる。

このため従来この放熱部材を取付けることのできない部
分の温度上昇により決められていた放電電流密度を増加
することができ、例えば本実施例では６５０Ａ／ｃｍ２
を１１００Ａ／ｃｍ２にでき、より一層高出力のレーザ
放電管を得ることができる。

尚、この場合内径の太い部分はレーザ増幅には寄与せず
管長はわずかではあるが長くなる。

また、第４図のように内径の太い部分を複数設けて発熱
部を分散させ、その太い部分の周囲にも放熱部材を設け
るのもよい。

これにより放熱表面積が増加し放熱がより良くなり、放
電電流密度を増加できる。

尚、太い部分の少なくとも１ケ所はアノード・カソード
間の絶縁確保のため放熱部材は設けない。

第５図は別の変形例で、放電細管の肉厚を薄くシ、外側
にある金属部材に熱を伝え易くしたものである。

放電細管はセラミックス等の比較的熱伝導の悪い絶縁物
が使用されているため、肉厚を薄くすることは効果が大
である。

以上説明した放電細管は、内径の太い部分細い部分は１
つの部品でつくられなくとも、太い管と細い管とを接続
して用いてもよいのは云うまでもない。

以上のように本考案によれば、放電細管中に部分的に発
熱量の少ないところをつくることができる。

この部分を、放熱部材等を取付けることができず従来過
熱され勝ちであった部分に対応させることにより、熱膨
張の不均一による変形歪・放電細管の破壊あるいはガス
放出を妨ぐことができレーザ放電管の特性・信頼性を向
上できる。

また放電細管の発熱部を分散でき放電細管の放熱が良好
になり、放電電流密度を増加させることも可能となり、
高出力のレーザ放電管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ放電管の断面図、第２図は本考案
のレーザ放電管の要部断面図、第３図は放電細管内径と
電圧降下との関係を示す図、第４図・第５図は本考案の
他の変形例の要部断面図である。 １１・・・・・・放電細管、１２・・・・・・放熱板、
１３・・・・・・アノード側結合部材、１４・・・・・
・カソード側結合部材。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 絶縁体製の放電細管と、この放電細管の両端外方に設け
   られたアノードおよびカソードと、上記放電細管の外周
   を覆い前記アノード側およびカソード側に分離して設け
   られた金属製結合部材と、この結合部材の外周に固着さ
   れた放熱部材とを具備してなるレーザ放電管において、
   上記放電細管は少なくとも１つの内径が太い部分を有し
   、この内径の太い部分が上記結合部材および放熱部材の
   ない位置に対応する位置に設けられてなることを特徴と
   するレーザ放電管。