JPS63128687A

JPS63128687A - ガスレ−ザ発振装置

Info

Publication number: JPS63128687A
Application number: JP27492686A
Authority: JP
Inventors: Yutaro Yanagisawa; 柳沢　雄太郎; Etsuo Iizuka; 飯塚　悦夫; Toshiaki Sakai; 利明酒井
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1986-11-18
Filing date: 1986-11-18
Publication date: 1988-06-01
Also published as: JPH0477474B2

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Ｘ線によってレーザ管内のレーザ媒質ガスを予
備イオン化しつつ、放電電極間に印加された高電圧パル
スでレーザ媒質を励起しレーザ発振を行うようにしたガ
スレーザ発振装置に関するものモある。

「従来の技術」一般に、希ガスハライドエキシマレーザやＣＯ２レーザ
をＸ線で予備イオン化しつつ放電励起するガスレーザ発
振装置は第５図または第６図に示すように、Ｘ線により
予備イオン化するためのＸ線管（１）と、レーザ媒質ガ
スを封入しかつ放電電極（２ａ）（２ｂ）を有するレー
ザ管（３）とからなる。

このうち、第５図に示す装置では、Ｘ線管（１）に、高
電圧パルス回路（４）で発生した高電圧パルスを印加す
ると、Ｘ線管（１）の加速電子をタンタル箔からなるＸ
線とり出し窓（１ａ）に衝突させてパルス状のＸ線を発
生させる。このＸ線はレーザ管（３）のマイラーやアル
ミニウム板からなるＸ線入射窓（５）の被覆材（６）を
通過してレーザ管（３）の内に入射する。また、第６図
に示す装置では、Ｘ線管（１）の加速電子をタンタル箔
からなるＸ線とり出し窓（１ａ）に衝突させてＸ線を発
生させる。この発生したＸ線は一方の電極（２ａ）を通
過してレーザ管（３）の内に入射する。これら第５図お
よび第６図において、入射したＸ線は１対の放電電極（
２ａ）（２ｂ）間を通り、レーザ媒質ガスを電離する。

このとき、放電電極（２ａ）　（２ｂ）間に高電圧パル
スが印加されると、前記電離した媒質ガスを予備イオン
としてレーザ媒質ガスが励起されレーザ発振が生じる。

しかるに、前記のように、Ｘ線によってレーザ媒質ガス
を効率よく予備イオン化させるには、Ｘ線管（１）で発
生したＸ線を、１対の電極（２ａ）　（２ｂ）までの間
にある物質（例えば第５図では入射窓の被覆材（６）や
空気また第６図では一方の電極（２ａ））による吸収損
失をできるだけ少なくして放電電極（２ａ）　（２ｂ）
間に照射しなければならない。

このような目的のため、従来は第５図の例では、入射窓
（５）の被覆材（６）として可能な限り薄いマイラーや
アルミニウム板が使用されていた。また、第６図の例で
はレーザ管（３）の入射窓被覆材を兼用した一方の電極
（２ａ）は、可能な限り肉薄（例えば１〜２ｍ厚）のア
ルミニウム板が使用されていた。

「発明が解決しようとする問題点」できるだけ、Ｘ線の加速電圧を低くして、Ｘ線管の負担
を減らすとともに、レーザ発振のための効率のよい予備
イオン化が可能なように、入射窓被覆材の厚さを薄くし
、入射窓被覆材によるＸ線の吸収損失を少なくしようと
している。しかし、レーザ媒質ガスが高気圧（たとえば
３〜４気圧）のとき入射窓被覆材が破壊する危険を有す
るため薄くするのに限界がある。また、破壊の危険防止
のため、入射窓の面積も小さくせざるを得す、Ｘ線で１
対の放電電極間を均一に予備イオン化するというＸ線予
備電離方式の長所を達成することが難しくかつ放電電極
間の体積も大きくすることが困難となる（たとえば１対
の放電電極間５１以上あると困難となる）、ちなみに、
従来の技術ではＸ線入射窓被覆材として巾５ａａのアル
ミニウム板を使用して、放電電極間が５〜１０個の大体
積を予備イオン化しようとすると、レーザ管の内外の気
圧差が２気圧、安全係数を３倍として、アルミニウムの
厚さが２〜３ｍは必要となり、Ｘ線吸収損失が大きくな
り大型Ｘ線管が必要となる。

さらに上記入射窓被覆材の材質（たとえばマイラーやア
ルミニウム）がレーザ管に封入されたレーザ媒質ガス（
たとえばハロゲンガス）によって侵され易く、レーザ媒
質ガス中の活性ガス（たとえばハロゲンガス）が入射窓
と反応してレーザ媒質ガスが変質しレーザ発振寿命が縮
まるという問題点があった。また、第６図の例では、入
射窓被覆材として兼用している一方の電極（２ａ）が肉
薄のため、レーザ発振による発熱で電極温度が上昇し易
い。レーザを繰返し動作させるとさらに電極温度の上昇
が大きくなる。このため、レーザ発振の安定性が悪くな
るばかりか、レーザ発振が本来のグロー放電からアーク
放電になり易いという問題があった。

「問題点を解決するための手段」本発明は上述のような問題点を解決するためになされた
もので、１対の放電電極を設けたレーザ管に、外部のＸ
線管よりレーザ管の入射窓の被覆材を通してＸ線を入射
して内部に封入されたレーザ媒質ガスを予備イオン化し
つつレーザ発振をするようにした装置において、前記入
射窓の被覆材はレーザ媒質ガスを密封する可及的に薄い
薄膜に、小さな入射窓を多数並べた構造の保護枠を密着
してなるものである。

「作用」Ｘ線管からのＸ線は保護枠のそれぞれの小さな入射窓を
通り、さらに薄膜を通過してレーザ管に入射しレーザ管
内のレーザ媒質ガスを電離する。

ハニカム構造の保護枠は小さな入射窓を多数並べた構造
であるため、薄膜が可及的に薄くても入射窓全体の面積
は大きくでき、したがって放電電極間の体積を大きくと
ることができる。なお、構造上、薄膜と保護枠との間を
密着できずに隙間が生じる場合には、この隙間とレーザ
管内の圧力との気圧差で薄膜が破壊するおそれがあるた
め、隙間を真空にする。

「実施例」以下、本発明の一実施例を第１図および第２図に基づき
説明する。なお、第４図と同一部分は同一符号とする。

第１図において、（３）はレーザ管で、このレーザ管（
３）内には、互いに所定間隔をもった１対の放電電極（
２ａ）　（２ｂ）と、内部のレーザ媒質ガスを循環させ
るためのブロア（７）が設けられ、前記電極（２ａ）　
（２ｂ）はレーザ管（３）外の高圧電源回路（８）に結
合されている。また、このレーザ管（３）には図示しな
いが、レーザ媒質ガスを冷却するための装置が設けられ
ている。さらに、レーザ管（３）には、レーザ媒質ガス
を封入する際、内部を真空にするためのポンプと、レー
ザ媒質ガス（例えばハロゲンガス）を注入するためのボ
ンベがそれぞれバルブを介して結合される。

このレーザ管（３）の１個部には前記放電電極（２ａ）
（２ｂ）に対向してＸ線入射窓（５）が形成され、この
入射窓（５）の外周にはフランジ（９）が形成されてい
る。このフランジ（９）にはシール材（１０）を介して
薄膜（１１）が密閉状態に取付けられ、この￥ｆＪ［ｌ
ｌ（１１）にはさらにシール材（１２）を介してハニカ
ム構造の小さな入射窓の集合体からなる保護枠（１３）
が密着され、これら薄膜（１１）と保護枠（１３）は支
持枠（１４）を当てがいねじ（１５）によって固着され
ている。この薄膜（１１）と保護枠（１３）とによりＸ
線入射窓被覆材（６）が構成されている。

前記薄膜（１１）はレーザ媒質ガスに対して耐腐食性を
有するテフロンなどからなり、中央部分は予１ｉｆｆｉ
離イオン用Ｘ線が効率よく通過するのに充分な薄さく例
えば５０〜ｌＯＯμ鳳）と広さを有し、また外周端部（
ｌｌａ）は取付けのため肉厚とする。前記保護枠（１３
）は、第２図に示すように１例えば２０〜４０μｍのア
ルミニウム箔を用いて１個の巾が３−５閣、長さが５−
ＬｏＩｍの６角筒体（１６）の小さな入射窓を多数並べ
てハニカム構造としたもので、このハニカム構造体の開
口した両端面には例えば５０−２００μ−のカーボン繊
維の膜（１７）　（１７）が接着剤で表面張りされてい
る。この保護枠（１３）の膜（１７）と前記薄膜（１１
）とは外部でねじ（１５）で締めつけられ密着して固定
されているが、中央部は、単に接触しているだけで隙間
が生じる。そしてこの隙間に空気があると、レーザ管（
３）にレーザ媒質ガスを封入するのに先立ち内部を真空
にしたとき気圧差で薄膜（１１）が破壊するおそれがあ
る。そこで、この隙間に気圧調整用チューブ（１８）が
連通され、製造時にこの隙間を真空にしその後チューブ
（１８）を封鎖する。

前記Ｘ線入射窓（５）の外側のカバー（１９）内にはＸ
線発生源のＸ線管（１）がＸ線入射窓（５）に対向して
設けられている。このＸ線管（１）はＸ線管カソード（
２０）とＸ線管アノード（２１）とが対向し、このＸ線
管アノード（２１）にはタングステン板（２２）が設け
られている。そしてＸ線管カソード（２０）とＸ線管ア
ノード（２１）間は高圧電源ライン（２３）を介して高
圧パルス回路（４）に結合されている。

以上のような構成による本発明の詳細な説明する。

まずレーザ管（３）内にレーザ媒質ガスを封入するが、
このガス封入に際し、内部を清浄にするため、レーザ管
（３）を２００〜３００℃に加熱してポンプで真空に引
く、このとき、加熱によって保護枠（１３）が破壊した
り強度が低下したりすることがあるので、保護枠（１３
）に代えて耐熱性のある仮のキャップで蓋をする。また
薄膜（１１）は隙間に空気があるとレーザ’！　（３）
を真空に引いたとき破壊するので。

予め隙間の空気を気圧調整用チューブ（１８）から吸引
して真空にしておく。

この状態でレーザ管（３）内を真空にして内部を清浄に
してからレーザ媒質ガスを封入する。レーザ媒質ガスを
封入して内部の気圧を元に戻した後、仮のキャップを外
し、保護枠（１３）を取付ける。なお、保護枠（１３）
が充分な耐熱性を有する場合は仮のキャップを用いる必
要がない。また、保護枠（１３）に薄膜（１１）が接着
剤等で結合されているときには隙間を真空に引く必要は
ない。

つぎに、レーザ発振の作用を説明する。

Ｘ線管（１）のアノード（２１）とカソード（２０）間
に高電圧パルスが印加されるとＸ線がパルス状となって
発生し、これが、６角筒体のハニカム状の小さな入射窓
（１６）の集合体からなる保護枠（１３）の中を経てさ
らに薄膜（１１）を通過しレーザ管（３）内に入射する
。そしてＸ線は放電電極（２ａ）　（２ｂ）の間を通っ
てレーザ媒質ガスを電離する。放電電極（２ａ）（２ｂ
）には高圧電源回路（８）から高電圧パルスが印加され
ているので、Ｘ線で電離したガスを予備イオンガスとし
てレーザ媒質ガスが励起されレーザ発振をする。

前記実施例では保護枠（１３）の小さな入射窓（１６）
は、強度、製造上の点から６角筒体をならべたハニカム
構造形状としたが、これに限られるものではなく、例え
ば第４図（ａ）のような４角筒体の小さな入射窓（１６
）、第４図（ｂ）に示すような網状の小さな入射窓（１
６）　、第４図（Ｃ）に示すような円筒体状の小さな入
射窓（１６）、第４図（ｄ）に示すような８角筒体と４
角筒体の組合せの小さな入射窓（１６）、さらには３角
筒体、菱形またはこれらの組合せであってもよい。

ｒ発明の効果」本発明は上述のようにＸ線入射窓を、ハニカム構造その
他の小さな入射窓を並べた形状の保護枠とこれに密接し
た薄膜とで被覆したので薄膜を可及的に薄くでき、Ｘ線
の吸収損失を大巾に減少できる。保護枠と薄膜の間に隙
間が生じる場合には、気圧調整手段を設けてその隙間も
真空にすることにより、レーザ管の内圧を変化させる際
、レーザ管と一体のものとして扱うことができ、薄膜が
薄くても破壊から防止できる。ちなみに、レーザ管の内
圧はレーザ媒質ガス封入時に真空状態から３気圧程度の
範囲で変化されるが、実験によれば５気圧でも何ら構造
上の変化はなく確実にレーザ媒質ガスの封入が可能であ
った。また、第３図はＸ線透過率を本発明の装置の場合
の特性（Ａ）と従来の装置の場合の特性（Ｂ）を比較し
たものである。

二こで、本発明の装置は、３０μ鳳厚のアルミニウム箔
を用い、長さが１０−のハニカムの両面に１００μ墓の
カーボン繊維の膜を表面張りし、薄膜に１００μ■のテ
フロンを用いてなるもので、また、従来の装置は２ｍ厚
のアルミニウムを用いたものである。この第３図からつ
ぎのことがわかる。すなわち、予備イオン化には低エネ
ルギーＸ線が高エネルギーＸ線より効率がよいので、本
発明の装置では、従来の装置に対して同じエネルギー分
布のＸ線で１対の放電電極間に数倍から１０倍のＸ線予
備イオン数を生じさせることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガスレーザ発振装置の一実施例を
示す断面図、第２図は保護枠の一部の斜視図、第３図は
本発明の装置による場合と従来の装置による場合のＸ線
透過率の特性図、第４図は保護枠の他の実施例の説明図
、第５図および第６回はそれぞれ従来の装置の断面図で
ある。（１）　・Ｘ線管、（ｌａ）　＝−Ｘ線とり出し窓、（
２ａ）　（２ｂ）・・・放電電極、（３）・・・レーザ
管、（４）・・・高電圧パルス回路、（５）・・・Ｘ線
入射窓、（６）・・・被覆材、（７）・・・ブロア、（
８）・・・高圧電源回路、（９）・・・フランジ、（１
０）・・・シール材、（１１）・・・薄膜、　（ｌｌａ
）・・・外周縁部、（１２）・・・シール材、（１３）
・・・保護枠、（１４）・・・支持枠、（１５）・・・
ねじ、　（１６）・・・小さな入射窓、（１７）・・・
膜、（１８）・・・気圧調整用チューブ、（１９）・・
・カバー、（２０）・・・レーザ管カソード、（２１）
・・・レーザ管アノード、（２２）・・・タングステン
板、（２３）・・・高圧電源ライン。出願人　　浜松ホトニクス株式会社第　　４　　図第　　５　　図ＩＩＧ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）１対の放電電極を設けたレーザ管に、外部のＸ線
管よりレーザ管の入射窓の被覆材を通してＸ線を入射し
て内部に封入されたレーザ媒質ガスを予備イオン化しつ
つレーザ発振をするようにした装置において、前記入射
窓の被覆材はレーザ媒質ガスを密封する可及的に薄い薄
膜に、小さな入射窓を多数並べた構造の保護枠を密着し
てなることを特徴とするガスレーザ発振装置。
（２）薄膜と保護枠間はその間隙を真空にするための気
圧調整用チューブを具備してなる特許請求の範囲第１項
記載のガスレーザ発振装置。
（３）薄膜は耐ガス腐食性を有するものからなる特許請
求の範囲第１項または第２項記載のガスレーザ発振装置
。
（４）保護枠は小さな多角筒体の入射窓を多数並べてハ
ニカム構造とした特許請求の範囲第１項、第２項または
第３項記載のガスレーザ発振装置。
（５）保護枠は小さな多角筒体の入射窓と小さな円筒体
の入射窓とを多数組合せた構造とした特許請求の範囲第
１項、第２項または第３項記載のガスレーザ発振装置。