JPS62501461A - ガスレ−ザ、とくにイオンレ−ザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ガスレーザ゛、とくにイオンレーサ゛ 本発明は、ガスレーデ、とくにイオンレーデに関する。このようなレーデの場合 、陽極および負極間に配置されたガス充填放電管中でプラズマ放電が点灯され、 このプラズマ放電中でガス原子まだはガスイオンが励起されかつ発光せしめられ る。

イオンレーデの場合、作動中に放電管が極めて高温となり、このことがとりわけ レーザ゛−の定格出力および寿命を制限する。

米国特許明細書第４３７８６００号からは、放電管が冷却されるイオンレーデが 公知である。このレーデの場合、放電管が多数のジスクを使用しガス充填キャリ ヤ管中に支持されているが、このキャリヤ管は外管により距離をおいて包囲され ている。これら２つの管により形成された外室が冷媒により貫流される。支持ジ スクが、銅から形成され、かつ熱伝導により熱を放電管からキャリヤ管に搬送す る。キャリヤ管に接触流動する冷媒が、熱をこの管から搬出する。

この公知のイオンレーずは、支持ジスクおよびキャリヤ管を介する熱伝導により 放電管の冷却が迅速かつ有効に行なわれず、その結果放電管の温度がなお実際に 大きい価に達するという欠点を有する。

本発明の課題は、高寿命および発光の十分な再現性により優れているガスレーデ 、とくにイオンレーデをつくり出すことである。

本発明によればこの課題は、請求の範囲第１項の上位概念によるガスレーザから 出発し、外室が軸方向に延びる多数のセクターに分割され、かつ支持ジスクが冷 媒貫流用のチャンネルを有し、その流入−および流出口がそれぞれ外室の対応セ クターに開口することにより解決される。

本発明によるレーずにおいて、外室の１つのセクター中に流入する冷媒が平行に 全ての支持ジスクな経て流動し、従ってこれを直倭如冷却しかつ外室の他の１つ のセクターを経て再び流出する。放電管全体にわたり分配された全ての支持ジス クにより同時かつ平行に行なわれるこのような冷媒流動が、放電管を熱交換によ り迅速かつ有効に冷却する。冷媒および冷媒流速を選択することにより、冷却は 、放電管が所定のレーず出力で予定温度を上廻らないように制御されることがで きる。

殊に極めて有利に、わずかな流動断面積により、し〜デ外室の相応する流入−お よび流出口に閉じられた冷媒循環系を接続しうろことである。この循環系にサー モスタットが接続された場合、冷媒の温度および従って予定のレーデ出力で生じ る放電管温度も一定に維持されることができる。

直接に明白なのは、本発明によるレーデの場合、放電管が有効に冷却されること によりレーデの長い寿命が得られることである。冷媒パラメータを相応に選択す ることにより、レーデがまた高出力における作動を許容し、それも詳しくは低出 力で作動される公知の構造のイオンレーザ゛と比べその寿命が低減されることが ない。最後に、本発明によるレーずの場合放電管に高電流が負荷されることがで き、その結果従来のガスレ−ｒと比べ大きい出力が同じ寸法のレーずで得られる ことができる。

本発明によるレーずの場合、放電管が有効に冷却されることにより、この管は作 動中にその状態および長さが不変に維持され、すなわちレーず容積が不変に維持 される。従って、生じたレーデ光束の出力およびスペクトル分布の十分な安定性 が得られる；このレーデは安定なペースモードで発光する。

支持ジスクおよび冷媒孔の有利な実施例が従属請求項第２項〜第４項から明白で ある。支持ジスクは、大きい熱伝導率を有する材料、例えば銅から製造される。

有利に、これらジスク自体は１体であり、かつ冷媒孔がポーリングにより形成さ れている。しかしながら、冷媒孔が湾曲経路を有する場合、それぞれのジスクを ２つのハーフから組立てることも可能である。

放電−およびキャリヤ管の有利な構造を従属請求項第５項〜第８項に示す。

以下に、本発明を添付図面の第１図〜第５図につき詳説する。それぞれの図面ｔ ておいて：第１図は本発明によるレーずの１実施例の縦断面図；第２図は他の実 施例の１部分の縦断面図；第３図は第２図の■−ＩＩＩ線による断面図：第４図 は支持ジスクの他の実施例の第３図１で相応する断面図； 第５図は支持ジスクのもう１つの実施例の第３図に相応する断面図； 第６図は閉じられた冷媒循環系を有するレーザ゛の略示図を示す。

第１図において、１は図示せるガスレーデの陰極、および２は対向する陽極を表 わす。陰極１および陽極２が、多数の部材より成るキャリヤ管３中に配置されて いる。図示せる実施例の場合、良好な熱伝導率の材料より成る多数の支持ジスク ４がキャリヤ管３の部分を形成する。それぞ社の支持ジスク４が中心孔を有し、 その中に短小な短管５が支持されている。これら全ての短管５は、それらの軸が レーデの元軸６と１線Ｕてなるように配置されている。これが−緒になって放電 管を形成する。

キャリヤ管３は、その両端で真空密に密閉されかつ活性ガス、例えばアルゴンま たはクリプトンが充填されている。レーザの作動中、陰極１および陽極２間にプ ラズマ放電が点灯し、これが放電管５に沿って延びイ）６、この放電により、放 電管５中のガスが励起さ第する３、放電管５０え）回内に、大きいイーイズ、・ ・エネルギがべ、しる。

この理由から、放電管の部＋１５が耐スバツごリング性の材料、すなわち生じζ ）太き（・イオンエネルＡ、４においてできるだ（づ低い損耗；トを有する月料 から製造される。

例えばこのような利料として、タングステンあるいはまた、酸化アノトミ４−ウ ムまたは窒化アルミニウムのようなセラミックが使用さ第１−ることかできる。

ギヤリヤ管３が支持ジスク４より成り、これらの間に例えばセラミックより成る リング７がそれぞれ配置されている。例えば、ジスク４およびリング７は、真空 密な結合を得るため硬ろうにより接続されている。

ギヤリヤ管３が外管８により包囲され、かつこれにより得られた外室１０中で、 冷媒が流入１］から流出口へ流動する。例えば冷媒として、水、オイルまたは他 の常用の玲却欣が使用されることができる。冷媒がキャリーヤ管３と接触流動す るだけでなく、また支持ジスク４中のチャンネル１１を経て流動し、すなわち放 電管５の全長にわたり冷媒を使用する熱交換が行なわれ、この冷媒が放電管５か ら生じた熱を搬出する１、レーずの陰極１がキャリヤ管３０カップ形部材１３中 に配置され、この部材中に、ブルースター窓１５を支持する短管１４が取付けら れている。この短管が、孔１６を経てキャリヤ管の内部空間に接続する。

陽極２がキャリヤ！３のカップ形部材１７中に取イ側゛られかつそこで２つの支 持ジスク１８，１９により支持されるが、これらジスクには支持ジスク４と同じ く冷媒貫流用の孔が設けられている。この部材１７に、同じくブルースター窓２ １を支持する短管２０が取付けられている。この短管２０が孔２２を経てキャリ ヤ管′３の内部空間に接続する。

第２図の実施例において、銅より成る支持ジスク２４が備えられ、これらジスク が中心孔中に放電管の短管５を支持する。支持ジスク２４の外周がリング状に増 厚され、かつ熱膨張率の低い材料、例えばステンレス鋼より成るリング２５によ り包囲されている。支持ジスクツ４間にリング状のセラミック部材２７が接合さ れている。これらセラミック部材は、少くともその外周の縁がメタライズされか つその水平方向の接触２７およびジスク２４の増厚部間のスリットを過大ならし めないために役立つ。

第６図に示すように、外管８およびキャリヤ管３間の外室１０が軸方向に延びる 部材２Ｂ、２９，３０゜３１により４つのセクター３２，３３，３４，３５に分 割されている。それぞれの支持ジスク２４に孔が設けられ・これら孔が放電管の 方向へ延びかつ一緒になって多数の冷媒チャンネル３６，３７，３８，３１形成 する。図示せる実施例において、冷媒チャンネル３６にチャンバ３２から冷媒が 供給さｉｌｌ、これが矢印方向に冷媒チャンネル３６中へ流入しかつこれからセ クター３３中に再び流出する。セクター３２および３４にそれぞれ冷媒用の流入 口が設けられるとともに、セクター３３および３５にそれぞれ流出口が設けられ ている。さらに支持ジスク２４に孔４０が設けられ、これら孔が、キャリヤ管３ の、ジスク２４（（より相互に仕切られた個々の部分間のガス貫流を可能にする 。

第４図に示した実施例の場合、冷媒チャンネルが直線状に延びる孔４１，４２， ４３，４４により形成されている。この実施例は、製造に際し第３図の形状より も簡単に製造可能であるが、但し第３図のもののような冷却効果がない。

第５図の実施例において、４つの冷媒チャンネル４５．４６，４７．４８が備え られ、これらが湾曲せる経路を有しかつ従って放電管５に極めて接近している。

このような冷却チャンネルは、もはや中実な部材をポーリングすることにより形 成されることができず、従ってこの実施例の場合それぞれの支持ジスク２４が２ つのハーフから組立てられる。

これら図面に示した本発明によるがスレーサ゛は、支持ジスク４により有効に冷 却されるだめ放電管５の側面方向の貯蔵範囲内で相対的に大きいガス密度を有す る。これにより、いわゆるガスポンピングが低減され、かつこれにより生じる不 純分が低減される。これら図面から明白なように、ジスク４な℃・しは２４中の ガス透過孔が、放電管５を収容するのに使用される中心孔よりも小さい直径を有 する。

図面に示した実施例において、放電管がそれぞれ部材５から形成されている。し かしながら、放電管を、支持ジスク４ないしは２４中に支持された唯一の部材か ら製造することも可能である。このような１体形のガス管には、その軸に直角に ガス透過孔を設けることができる。

一般に、本発明によるレーずの場合、不導電性である冷媒が使用され、かつこれ が第６図の実施例に相応に閉じられた冷媒循環系中を循環する。第６図にこの循 環系が略示され、その場合５０が循環ポンプおよび５１がサーモスタットを表わ し、このサーモスタットが冷媒を予定の温度に維持するために使用される。

明白に、冷媒として一般的な水も使用されることができるが、その場合電圧の加 わる部材を絶縁層で被覆する必要がある。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．陰極（１）および陽極（２）間に配置され、多数のジスク（４）を使用しガ ス充填されたキヤリヤ管（３）中に支持されている放電管（５）、並びに、キヤ リヤ管（３）およびこれを包囲する外管（８）により形成された、冷媒により貫 流される外室（１０）を有するガスレーザ、とくにイオンレーザにおいて、外室 （１０）が軸方向に延びる多数のセクター（３２〜３５）に分割され、かつ支持 ジスク（４，２４）が冷媒貫流用のチヤンネル（１１，３６〜３９）を含有し、 それらの流入−および流出口がそれぞれ外室の対応セクターに開口していること を特徴とするガスレーザ、とくにイオンレーザ。 ２．支持ジスク（４，２４）が放電管（５）を支持するために使用される中心孔 を有し、かつ冷媒チヤンネル（１１，３６〜３９）が大体においてこの中心孔の 方向へ延びることを特徴とする、請求の範囲第１項記載のガスレーザ、とくにイ オンレーザ。 ３．それぞれの支持ジスク（４，２４）中に、相互に分離された多数の冷媒チヤ ンネル（３６〜３９）が備えられていることを特徴とする、請求の範囲第１項ま たは第２項のいずれかに記載のガスレーザ、とくにイオンレーザ。 ４．支持ジスク（４，２４）が、ガス透過に使用される付加的な孔（４０）を有 することを特徴とする、請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載 のガスレーザ、とくにイオンレーザ。 ５．放電管（５）が１体形でありかつ多数の半径方向の孔を有することを特徴と する、請求の範囲第１項または第２項のいずれかに記載のガスレーザ、とくにイ オンレーザ。 ６．放電管が多数の短小な短管（５）より成り、これらがそれぞれ支持ジスク（ ４，２４）の中心孔中に支持されていることを特徴とする、請求の範囲第１項ま たは第２項のいずれかに記載のガスレーザ、とくにイオンレーザ。 ７．キヤリヤ管（３）が、高電気抵抗性の材料より成るリング（７，２７）より 成り、その場合連続するリング（７，２７）間にそれぞれ１つの支持ジスク（４ ，２４）が配置されかつ真空密にリングに接続されていることを特徴とする、請 求の範囲第１項または第２項のいずれかに記載のガスレーザ、とくにイオンレー ザ。 ８．リング（７，２７）がセラミツクより成ることを特徴とする、請求の範囲第 ７項記載のガスレーザ、とくにイオンレーザ。 ９．外室（１０）中に形成されたそれぞれのセクター（３２〜３５）に冷媒用の 流入−ないしは流出孔が設けられ、かつこれら孔に閉じられた冷媒循環系が接続 されていることを特徴とする、請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項 に記載のガスレーザ、とくにイオンレーザ。 １０．冷媒循環系が、冷媒を一定温度に調節するためのサーモスタツト（５１） を含有することを特徴とする、請求の範囲第９項記載のガスレーザ、とくにイオ ンレーザ。