JPS6257268A - イオンレ−ザ管 - 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】 産業上の利用分野 本発明はイオンレーザ管、特に大電流放電により高出力
のレーザ光を放出する、アルゴン、クリプトンなどのガ
スを用いたイオンレーザ管の構造の改良に関するもので
ある。

従来の技術 ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス
や、塩素、酸素などの１価あるいは多価の電離イオンの
励起状態量遷移に基き、可視、紫外においてワット級の
連続出力を与えるものとしてイオンレーザが知られ、中
でも特に実用的なものとされているのはアルゴンレーザ
およびクリプトンレーザであり、グラフィックス、プリ
ンタ、分光、ホログラフィ、医療、製版、アニールなど
において利用されている。

これらイオンレーザは放電々流の素側に比例してレーザ
出力が増大する、レーザ利得が高い、共振器内部にエフ
ロン板を挿入すれば高出力の単一周波数発振が可能であ
る、光フィードバックによって出力の安定化を図ること
ができる、などの興味ある各種長所をもつ一方で、しき
い値電流が高く大電流放電が必要とされることから、レ
ーザ管の強制冷却が必要である、放電によりガスの片寄
りが生じ、ガス帰還路が必要である、またガスの消耗が
激しくその補給が必要とされる、軸方向磁界を印加し、
プラズマの拡散損失を防止する必要があるなどの不便さ
もある。

ところで、周知のごとくイオンレーザの高出力化のため
にはイオン密度を上げる必要があり、これを達成するた
めに例えば内径１〜３ｍｍの細管に１０Ａを越える大電
流を流す必要があり、そのため特に細管材料並びにその
構造はこのような大電流に耐え得るものを選択し、また
工夫する必要がある。即ち、例えば材料の選択には耐熱
性、放熱性等の面から種々の制約がある。

従来、この細管材料、構造としていくつかの方式が提案
されており、その代表的なものの１つは中央に細管用の
穴を有するグラファイトディスクを絶縁物を介して並べ
、これを石英管内に収納した構造を有するものであり、
細管の冷却は石英管外部に設けられた冷却套に冷却液を
通じ、これにディスクの輻射熱を吸収させる方法がとら
れている。また、代表的な他の例としてはＢｅＯセラミ
ックスの細管を用いるものであり、冷却はＢｅＯの高い
熱伝導性を利用してＢｅＯセラミックス管の外周を直接
冷却液で冷す熱伝導方式を利用している。

更に、最近の例ではアルミナセラミックスパイプ内にタ
ングステンディスクをカップ状の銅板を介してロー付け
した細管構造が提案されている（米国特許第４．３７８
．６００号明細書参照）。

発明が解決しようとする問題点 上述したように、イオンレーザ装置においては、使用す
るガスのしきい値電流が高く、また高出力化するために
はイオン密度を上げる必要があり、これを達成するため
に大電流を使用する必要がある。従って、レーザ細管（
プラズマ細管）の構成材料、構造はこの大放電電流、大
消費電力に耐え得るものでなければならない。

しかしながら、上述した従来技術の中で、グラファイト
ディスクを用いたレーザ管では、使用中にグラファイト
粉末が発生し易く、この粉末がブルーメタ窓に付着堆積
して透過度を減じ、その結果出力低下を招くことがあり
、さらにグラファイトディスクの耐衝撃強度が小さく輸
送時に破損するなどの問題がある。またＢｅＯセラミッ
クを用いたレーザ管の場合には、Ｂｅに毒性があり、そ
の供給源が限られている為極めて高価であるばかりでな
く、細長いセラミック製の管を製造する際に、高い内径
精度と真直度とを維持することが困難である。またタン
グステンディスクをカップ状銅板を介してロー付けした
細管を用いたレーザ管によれば、上記の問題を解決し得
るが、ディスクの厚さが薄く、全長に対する細管の専有
率が低い為、発振効率が正割程度低いという重大な問題
があった。

上述したように、従来のイオンレーザ管はいずれも、用
いたレーザ細管部材によって、夫々、グラファイト粉末
の発生および輸送時の破損、高品位の製品の製造が困難
でかつコスト高であること、発振効率が低いこと等の問
題点を有している。そこで、これらの問題点を有さない
レーザ細管を具備するイオンレーザ管を開発することは
非常に重要であり、本発明の目的もそこにある。

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記従来のイオンレーザ管の問題点を解決
すべく、種々検討、研究した結果、円柱状部材、複数の
金属板および円板状隔壁部材からなる複数のレーザ細管
構成部材を用いて、レーザ細管を構成することが、上記
本発明の目的を解決する上で非常に有利であることを見
い出し、本発明を開発した。

即ち本発明によるイオンレーザ管は、円筒形外囲器と、
この外囲器内部に挿入され、レーザ細管を構成する複数
のレーザ細管構成部材とを具備するイオンレーザ管であ
り、このレーザ細管構成部材は、レーザ細管となる貫通
孔を有する円柱状部材と、この円柱状部材の外周表面に
放射状に配設され、この円柱状部材を外囲器の軸上に保
持する複数の金属板と、」１記円柱状部材と嵌合する中
心孔を有し、その端部周縁部に接合され、中心孔と同心
円上に設けられガス帰還路を構成する複数の貫通小孔と
を有し、外囲器と円柱状部材との間の放電を防止する円
板状隔壁部材とから構成されることを特徴とする。

本発明に使用される円柱状部材の材料としては、タング
ステン等のスパッタリング耐性の高い金属、またはＳｉ
Ｃ，へ１Ｎ等の熱伝導性の良いセラミックスが適してい
る。また、円板状隔壁部材の材料としては、セラミック
の他、金属でも良い。

〕月 」１記従来の各種イオンレーザ管の有する問題点を解決
し、上記本発明の目的を達成する為には、レーザ細管の
構成を上記のようにすることが有利である。

即ち、本発明によるイオンレーザ管のレーザ細管は、そ
の材料にグラファイトやＢｅＯセラミックを用いていな
い為、レーザ光発振時にグラファイトの粉末が生じる、
輸送時に破損する、製造コストが高い等の従来例にみら
れた欠点を示さない。

また、貫通孔を有する比較的長い円柱状部材を、その貫
通孔の軸が外囲器の軸と一致するように複数個並列させ
ることによりレーザ細管が構成されている為、ディスク
状部材によりレーザ細管を構成する従来例と比較して、
全長に対する、円柱状部材の専有率が高くなり、発振す
るレーザ光の出力が高いという利点を有している。

さらに、金属板は、レーザ光発振時の発熱源であるレー
ザ細管部、即ち円柱状部材からの熱を、外囲器に伝える
役割も果しており、従って細管内で発生する大量の熱は
この金属板を介して効率良く外囲器に伝えられ、その外
部の冷却液により効率良く除かれる。かくして、レーザ
光発振時の円柱状部材の温度は、使用される金属板の枚
数に依存する為、この関係を利用して、円柱状部材のレ
ーザ光発振時の温度を調節し設定することが可能である
。

実施例 本発明によるイオンレーザ管の実施例を、添付第１図お
よび第２図に基いて、更に具体的に説明する。添付第１
図は、本発明よるイオンレーザ管の好ましい一態様を示
す概略断面図である。この図から明らかな如く本発明に
よるイオンレーザ管は、円筒形外囲器１と、外囲器１内
部に挿入され、レーザ細管を構成する複数のレーザ細管
構成部材２とを具備しており、さらにレーザ細管の両端
に配置されたアノード３およびカソード４と、セラミッ
ク製外囲器１の両端に配置されたブルースター窓５ａ、
５ｂとによって構成されている。

レーザ細管構成部材２は貫通孔６を有する円柱状部材７
と、円柱状部材７と外囲器１との間に設けられた複数の
金属板８と、円柱状部材７の端部周縁部に嵌合されたガ
ス帰還路９を有する円板状部材１０とで構成される。こ
のレーザ細管構成部材２の構成は第２図を参照すること
により更に良く理解することができる。

添付第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視図であり、この図か
ら明らかな如く、レーザ細管構成部材２において円柱状
部材７は外囲器１の中心部に配置され、その中心孔６が
放電路を構成する。この円柱状部材７はその外表面から
放射状に、円柱状部材７と外囲器との間の空間に配置さ
れ、放電路を外囲器中心軸上に維持する複数（図では８
枚）の金属板で所定の位置に支持されている。更に、中
心部の孔を介して円柱状部材と嵌合し、その端周縁部に
固定される円板状隔壁部材１０はガス閉じ込めと、円柱
部材７とセラミック製外囲器１との間の放電を防止する
シールドとしての機能を果す。

尚、円板状部材１０には同心円上に設けられた多数の貫
通小孔を有する。この小孔はガス帰還路として機能して
、放電によりガス分布の片寄りを防止している。

次に、レーザ細管構成部材２の組み立ておよび外囲器１
内部への挿入方法を説明する。まず、円柱状部材７に複
数の金属板８と、円板状隔壁部材１０とをロー付により
接合し、レーザ細管構成部材２をあらかじめ組立てる。

ここで複数の金属板８は、円柱状部材７の外周表面に放
射状に配設される。さらに、円柱状部材７内の貫通孔６
に芯金を挿入した状態で、組立てたレーザ細管構成部材
２を外囲器１内部に挿入し、芯金を外囲器軸上に保ち、
金属板８と外囲器１とをロー付により接合する。芯金を
そのままの位置に保ち、さらに別のレーザ細管構成部材
２の円柱状部材７の貫通孔６をこの芯金に通し、上記と
同様に外囲器１内部への挿入および金属板８と外囲器１
とのロー付を行う。

これを、所定回繰返し芯金を抜き取り、外囲器１内部に
レーザ細管が形成される。芯金を通すことにより、円柱
状部材７の貫通孔６は、外囲器１の軸上に整い、真直度
の高い効率的なレーザ細管を構成する。

ここで円板状隔壁部材１３と、外囲器１とは、ロー付さ
れておらず、外囲器との間の間隙において放電が生ずる
恐れがあるが、外囲器外部に設置する磁石（図示せず）
により磁界をかけ、円柱状部材７の貫通孔６すなわちレ
ーザ細管部に放電電流を絞り込むため、外囲器１と円板
状隔壁部材１０との間に放電が起こることはない。

衆逮 以上説明したように本発明は、細管材料に粉末ができず
、毒性もなくさらに安価なものを用いており、さらに細
管構成を比較的長いパイプを配列させたものとした為、
細管長も長くとれ、従来のレーザ細管部材を用いたイオ
ンレーザ管の種々の欠点を解決したイオンレーザ管を提
供することが可能となる。

また、細管内で発生した大量の熱は、金属板を通して、
外囲器に伝えられ、外囲器外部の冷却水により効率よく
除去でき、このため、各部品の温度上昇が小さく、これ
ら部材からの不純ガスの発生が少なく、長寿命のレーザ
管が得られ、さらに金属板数を調節することにより、レ
ーザ光発振時のレーザ細管部の温度を所定の値に設定す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

添付第１図は、本発明によるイオンレーザ管の断面概略
図を示したものであり、 添付第２図は、第１図のＡ−Ａ矢視図である。 （主な参照番号） １　・・・外囲器、　２・・・　レーザ管構成部材、３
　・・・　アノード、　　４　・・・　カソード、５ａ
、５ｂ　・・・ブルースター窓、 ６・・・貫通孔、　７・・・円柱状部材、８・・・金属
板、　９・・・ガス帰還路用小孔、１０・・・円板状隔
壁材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）円筒形外囲器と、該外囲器内部に挿入され、レー
   ザ細管を構成する複数のレーザ細管構成部材とを具備す
   るイオンレーザ管であって、 上記レーザ細管構成部材は、レーザ細管部を構成する貫
   通孔を有する円柱状部材と、該円柱状部材の外周表面に
   放射状に配設され、上記外囲器に内接し、該円柱状部材
   を該外囲器の軸上に保持する複数の金属板と、該円柱状
   部材端部周縁部と嵌合する中心孔を有し、該中心孔と同
   心円上に設けられた複数の貫通小孔とを有する円板状隔
   壁部材とによって構成されることを特徴とする上記イオ
   ンレーザ管。