JPS6239554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、グラフアイト板から成るプラズマ
細管を備えた希ガスイオンレーザ管に関する。

希ガスイオンレーザ管は、イオン準位でのレー
ザ遷移を利用するためプラズマ細管に10Aから
50Aにおよぶ放電電流を通じる。プラズマ細管は
レーザ利得を得るのに十分な電流密度を達成する
ため、通常２〜５mmの内径とするので電圧降下が
大きく、希ガスイオンレーザ管の放電電力の大部
分はプラズマ細管で消費される。従つてプラズマ
細管は数KWから数10KWの発生熱に耐える材料
と構造を用いる必要がある。プラズマ細管を構成
する１つの方法は、１本または数本を縦続接続し
たベリリア磁器のような良好な熱伝導特性を持つ
絶縁体の管を用い、これを真空外囲器とすると共
にその外側を直接水冷するものである。しかし、
ベリリア磁器細管は材料の入手が困難で、レーザ
管の構造が複雑になる欠点がある。

別な方法は、グラフアイトなどの耐熱性と熱放
射性のすぐれたデイスク状導電材料を絶縁物を介
して複数個接続してデイスク列とし、このデイス
ク列を冷却水におおわれた石英などの耐熱絶縁容
器内に収納して真空気密とし、デイスク中央部に
設けた小孔を通して放電を行い、放電により発生
する熱をデイスクから放射によつて放散するもの
である。しかるにグラフアイトデスクを用いる方
法は材料の入手とレーザ管の構成が容易である
が、大電流放電によるイオン衝撃と、グラフアイ
ト自身が機械的に脆弱のためグラフアイトが微粉
化しやすく微粉化したグラフアイトが拡散や大電
流放電により生じる希ガス流によつてレーザ管の
末端に運ばれブルースタ窓の内面に附着し、レー
ザ発振に損失を与え、発振レーザ出力の低下や発
振モードの乱れを生じ、遂にはレーザ発振が停止
して寿命となるという問題や、ブルースタ窓まで
到達しない微粉も細管内に堆積してレーザ発振領
域を狭めてレーザ出力を低下させたりデイスク間
に堆積してデイスク間の絶縁不良を起し遂には放
電不能となるなどの欠点がある。

本発明の目的は大電流放電に耐え、微粉を生じ
にくいグラフアイトデイスクプラズマ細管を有す
る長寿命の希ガスイオンレーザ管を提供すること
にある。

すなわち本発明は、レーザ光を発生する放電用
中心孔と、その周辺に設けられたガス帰還用の小
孔を有する複数のグラフアイト板を一定間隔に配
置して成るプラズマ細管を備え、グラフアイト板
の放電用小孔の内面を炭化珪素でおおい、グラフ
アイトの微粉化を最小限におさえることによつて
レーザ管の長寿命化を図つたものである。なおま
た、炭化珪素はグラフアイト板の外周表面を除く
表面をおおうようにして設けてもよい。

以下図面を参照して本発明を説明する。

従来のグラフアイトデイスクプラズマ細管を有
する希ガスイオンレーザ管は、第１図に示すよう
に、カソード１と、プラズマ細管を構成するグラ
フアイトから成る複数のデイスクと、アノード３
と、一対のブルースタ窓４，４′と透明外囲器５
とから成る。外囲器５の内部にはレーザ媒質とし
てAr，Krなどの希ガス６が封入され、デイスク
の中心孔を通してレーザ光軸７が設定される。高
純度グラフアイトから成るデイスク２は、第２図
に示すように、デイスク状を成し、中心に放電径
路を構成する小孔８があけられ、その周辺にガス
帰還用の複数の小孔９が設けられている。小孔９
は、この部分で放電径路が構成されないように、
各々は小孔８よりも直径が小さくコンダクタンス
を小さくしてある。デイスク２は、図に示されな
い電気絶縁体で一定間隔離され、多数が並べられ
てプラズマ細管を構成する。

放電によつて生じる発熱によりデイスク２は高
温となり、この発生熱はデイスク２の外周表面１
０から放射によつて透明外囲器５を通してその周
辺に設けられる図に示されていない冷却水中に放
散される。デイスク２の温度Ｔ（〓）は主として
デイスクの外周表面１０の熱放射率εによつて、
次のようにシユテフアン・ボルツマンの法則で定
まる。

Ｓ＝εσT⁴ ただし、Ｓはデイスクからの単位時間、単位外
周表面積あたりの放射エネルギー、σはシユテフ
アン・ボルツマン定数である。通常のアルゴンイ
オンレーザではＴは約1000℃に設定される。しか
しグラフアイト材料は硬度が１〜２で機械的にも
ろくくずれやすい性質があり大電流放電によるイ
オン衝撃と高温動作により特にデイスク２の放電
領域８の内壁が長時間動作によりくずれ、グラフ
アイトが微粉化する。この結果、微粉が放電用小
穴８の内壁に堆積し、放電用小穴８が次第に狭ま
り、レーザの発振モード体積が減少し、レーザ出
力が低下する。

また放電用小穴８から出た微粉はグラフアイト
デイスク間に蓄積され、デイスク間を絶縁してい
る絶縁体に附着して絶縁を劣化させ、遂には放電
不能となる。

さらに微粉化したグラフアイトの一部は放電時
のアルゴンガス流によつてレーザ管内を移動して
レーザ発振出力を低下させたり、発振モードを悪
化する。グラフアイトデイスク希ガスイオンレー
ザはこのようなグラフアイトの微粉化により、寿
命となることが多かつた。

第３図は本発明の一実施例に基づく、希ガスイ
オンレーザ管のプラズマ細管用グラフアイトデイ
スクの断面構造である。本発明に基づくデイスク
２は、従来と同様の高純度グラフアイト１１から
成り、放電用小孔内面が炭化珪素１２によりおお
われている。炭化珪素は高耐熱（1500℃まで使用
可能）高硬度（硬度9.5）の材料として従来から
知られ、グラフアイトに対し、デボジツト法また
はコンバージヨン法によつて数10μｍから数mmま
での薄膜を特定の表面に形成することができる。

この構造のデイスクをプラズマ細管として希ガ
スイオンレーザ管に用いると、放電は中心の小孔
８を通して行なわれ、デイスク全体の温度は上昇
するが、放電用小孔内面が炭化珪素でおおわれて
いるため、微粉の発生は最低におさえられる。ま
たデイスクからの放熱は主として外周表面１３に
より行なわれるが、この部分は炭化珪素膜が存在
せず、グラフアイトそのものが露出しているので
問題はない。炭化珪素の熱放射率は約0.75であ
り、グラフアイトの熱放射率0.9に比較して、同
一デイスク温度にするには、全面炭化珪素にした
場合には20％だけ外周面積、すなわちデイスク直
径を増大する必要があるが放電用小孔内面以外の
グラフアイトを残すことにより、熱放射の低下を
防ぎ、デイスクの温度上昇を同一寸法の従来グラ
フアイトデイスクとほぼ同一にすることができ
る。

以上の実施例では炭化珪素をグラフアイト板の
放電用小穴の内面にのみ設けた場合を示したが、
グラフアイト板の外周表面１０を除く他の全表面
に設けてもよい。

従つて本発明によれば、希ガスイオンレーザ管
の構造としては全く従来通りで、微粉の発生の少
い長寿命の希ガスイオンレーザ管を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はグラフアイトデイスクを用いた希ガス
イオンレーザ管を示す断面図、第２図は従来のグ
ラフアイトデイスクの構造を示す断面図、第３図
は本発明の一実施例を示すグラフアイトデイスク
の構造を示す断面図である。 １……カソード、２……グラフアイトデイス
ク、３……アノード、４，４′……ブルースタ
窓、５……外囲器、６……希ガス、７……レーザ
光軸、８……放電用小孔、９……ガス帰還用小
孔、１０……外周表面、１１……グラフアイト、
１２……炭化珪素膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光を発生する放電用中心孔とその周辺
   に設けられたガス帰還用の小孔を有する複数のグ
   ラフアイト板を一定間隔に配置して成るプラズマ
   細管を備え、前記グラフアイト板の外周表面を除
   く少なくとも放電用中心孔内面が炭化珪素でおお
   われたことを特徴とする希ガスイオンレーザ管。 ２ グラフアイト板の外周表面を除く他の全表面
   が炭化珪素でおおわれたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の希ガスイオンレーザ管。