JPS63234580A

JPS63234580A - 金属蒸気レ−ザ発振装置

Info

Publication number: JPS63234580A
Application number: JP6783287A
Authority: JP
Inventors: Isao Imamura; 功今村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-24
Filing date: 1987-03-24
Publication date: 1988-09-29

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は金属蒸気レーザ発振装置に係り、特に金属蒸気
によるブリュースタ窓の汚損を低減して寿命を長期化し
、安定した性能を発揮Ｊる金属蒸気レーザ発振装置に関
する。

（従来の技術）レーザ発振装置は、素材切削加工、光通信、医療、原子
力産業など広い分野で使用されている。

１ｈに原子力産業分野では、発電用原子炉に供するウラ
ン燃料の濃縮装置において、濃縮を特徴とする特定のウ
ラン同位体を選択的に励起づるレーザの発光源として採
用されている。

第２図は、ラウン同位体を分１ｌｌｌｌ淵縮する装置に
組み込まれている従来の金属蒸気レーザ発振装置１の構
造を示す縦断面図であり、レーザ媒体として銅の蒸気を
使用したものである。従来の銅魚気レーザ発振装置は、
中心軸方向に対向して配設した電極２．３間に形成され
る放電領域Ａを囲むように炉心管４が配；：ｑされ、炉
心管４の外側には断熱材として多層金属フォイル５が巻
回され−Ｃ輻射断熱構造を有している。なお炉心管４の
外周に例えばアルミナ、ミラミツクファイバ等の断熱材
によって断熱層を形成し、さらに真空断熱層全形成して
、二重断熱ＷＪ造とすることもできる。

炉心管４内部の放電領、［Ａにはガス供給系６からヘリ
ウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）等の放電用緩衝ガスが供
給される。

軸方向に対向して配置された電極２，３の間に、パルス
高電圧’１ｆｆｎ≦１７からのパルス高電圧が印加され
ると、パルス２極放電が起り、放電領域Ａに放電プラズ
マが発生りる。ここでパルス高電圧は、一般に電圧が数
ＫＶ〜１０数ＫＶ、繰返し周波数は数ＫＨ２〜１０数Ｋ
　Ｉ−Ｉ　Ｚに設定される。

炉心管４内には、金属蒸気源８として複数の金属銅粒子
８ａが予め配置され、この金属銅粒子８ａが放電プラズ
マと接触して、１５００℃程麿の高温状態に加熱されて
蒸発することにより、レーザ媒質となる金属蒸気が発生
する。金属蒸気は、放電プラズマ中の自由電子により一
時的に励起され、励起単位から基底準位に戻る際に、エ
ネルギー準位の変化に対応して金属特有の波長を有する
レーザ光が発振される。レーザ光は、外筒９の両端部に
配設されたブリュースタ窓１０を通り、ブリュースタ窓
１０の外方に配置された出力ミラー１１と全反射ミラー
１２とで構成される共振器を往復する間に増幅され、出
力ミラー１１側より単一波長を有する］ヒーレントなレ
ーザ光となって出力される。

装冒運転時においては炉心管４を高温度に維持し、一定
のレーザ出力を確保するために、炉心管４の外周には、
輻射熱を遮断する多層金属フォイル５を巻回する一方、
真空断熱室１３を形成し、室内に滞留する気体の対流お
よび伝導による熱損失の防止を図っている。

真空断熱室１３、放電領域Ａ空間部には、それぞれ、ロ
ータリポンプ１４ａ、１４ｂが接続され、一般に真空断
熱室１３内の真空度は放電領域への真空度より高く設定
される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の金属蒸気レーザ発振装置において
は、放電領域において発生した高温の金属蒸気が炉心管
端の開口から漏出し、炉心管に対向して配設したブリュ
ースタ窓の内面に付着し、装置の性能を低下させる問題
点がある。

すなわちブリュースタ窓にイ４もし凝縮した金属粒が経
時的に増加Ｊるとブリコースタ窓に曇りを生じ、レーザ
光が部分的に乱反射して外部へ逸散したり、発振モード
に変調をぎたし出力が不安定になり、ついには発振不能
に陥いる場合もある。

このようにブリュースタ窓の寿命が短期であり交換頻度
が高いと、長期間に渡る安定した連続運転が不可能であ
り、同位体分離装置ｕの運転経済性を著しく減少させる
ことになる。

本発明は以上の問題点を解決するためになされたもので
あり、金属蒸気にｊ；る影響を低減し、長期間に亘って
安定した性能を発揮する金属蒸気レーザ発振装置を１！
？供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決覆るだめの手段）上記目的を達成するために本発明に係る金属蒸気レーザ
発振装置は、金属蒸気を生成する金属蒸気源が内蔵され
た炉心管と、炉心管の両端部に対向して設Ｃノられて、
上記炉心管内に放電プラズマを生起させる電極とを備え
、上記炉心管と電極との間にコールドトラップをＮｉ！
設し、炉心管端から漏出覆る金属蒸気を上記コールドト
ラップによって付着捕集するように構成したことを特徴
とザる。

（作用）上記構成の金属蒸気レーザ発振装置によれば、炉心管の
両端開口部において、炉心管と電極との間にコールドト
ラップが配設されているため、炉心管端の開口部から外
方へ漏出しようとする高温度の金属蒸気は、相対的に温
度が低いコールドトラップの表面部において冷却され、
その表面にｆ＝ｊ着し捕集される。すなわち金属蒸気は
ブリュースタ窓方向に移動する前にコールド１〜ラツプ
によって効率的に捕集される。

従って、ブリュースタ窓に金属蒸気が付着し、その付着
量が経時的に増大してレーザ光の透過損失を招きレーザ
出力が低下したり、不安定になる問題点が解消し、艮ｔ
ｉｌｌに口って安定した性能を発揮し得る金属蒸気レー
ザ発振装置が実現する。

（実施例）次に本発明の一実施例についＣ添イ・１図向を参照して
説明りる。第１図は本発明に係る金属蒸気レーザ発振装
置の一実施例を示づ断面図である。

なお、第２図に示す従来装置と同一部品、同一要素には
同一符号を付している。

本実施例の金属蒸気レーザ発振装置１は、本体軸方向に
対向して、電極２．３を配設し、電極２゜３間に形成さ
れる放電領域Ａを囲むように、例えばセラミックなどの
断熱材料で形成した、炉心管４が設けられる。炉心管４
の内底部には、金属蒸気源８となる金属銅粒子８ａが配
置される。

炉心管４の両端間Ｃ１部において、炉心管４と電極２．
３との間にそれぞれコールドトラップ１５ａ、１５ｂが
配設されている。コールドトラップ１５ａ、１５ｂは金
属材料によって円環状に形成されたトラップ本体を有し
、トラップ本体内には、冷却用の冷却配管１６が埋設さ
れ、トラップ本体を所定の温度に調節できるように構成
されている。

炉心管４の最外部に外筒９が取り付けられ、外筒９と炉
心管４との間に真空断熱室１３が形成される。真空断熱
室１３はロータリポンプ１４ａに接続され、その吸引作
用により所定の真空度に保持される。また真空断熱室１
３内の炉心管４の外周部には、例えば多層金属フォイル
５などの熱遮蔽体が収容される。

炉心管４の両端部には、外リング１７が装るされ、外リ
ング１７と外＠９の内周縁とがベローズ１８によって接
続される。このベローズ１８によって、炉心管４の熱に
よる軸方向の伸縮が吸収される。また炉心管４の外リン
グ１７はシール月１９を介して炉心管４に装着され、真
空断熱ｆｆ１３は気密にシールされる。

一方放電領域Ａに連通ずる外筒９の内部空間には、ガス
供給系６おＪ：びロータリポンプ１４ｂが接続される。

ガス供給系６は、放電領域Ａ内にヘリウム、ネオン等の
放電用緩衝ガスを供給する。

またロータリポンプ１４ｂは放電領域Ａ内の緩衝ガスま
たは金属蒸気等を外筒９外へ排出する機能をもつ。

外筒９の両端には電極２．３と対向してそれぞれブリュ
ースタ窓１０，１０が設（Ｊられ、このブリュースタ窓
１０，１０の外側にぞれぞれ出力ミラー１１と全反射ミ
ラー１２とが配置され、両者で光共振器を構成する。

なＪ３、冷水管２０を巻回した外筒９は真空断熱室１３
の隔壁を構成するとともに、放電電流の帰還路を兼ねる
。また、外筒９に介装された絶縁管２１は電極２，３間
の放電状態を良好に随持するだめの絶縁機能を右Ｊる。

次に作用を説明づ゛る。

まずロータリポンプ１４ａ、１４ｂを作仙させて、放電
領域Ａおにび真空断熱室１３内をυ１気し所定の真空度
に設定する。次にガス供給系６からヘリウム等の緩衝用
ガスを供給７Ｊる。この状ｆｍでパルス高電圧電源７か
らパルス状の高電圧を印加すると、放電領域Ａに放電プ
ラズマを生じ、その熱によって炉心管４が加熱され、約
１５００’Ｃに加熱された段階で金属銅粒子８ａが蒸発
し、レーザ媒質となる金属蒸気を生成する。

金属蒸気は放電プラズマの自由電子により励起され、所
定波長のレーザ光を発振する。レーザ光は、ブリュース
タ窓１０を通過し、出ツノミラー１１と全反射ミラー１
２とを往復する間に増幅されて出力ミラー１１を透過し
、コヒーレン１〜なレーザ光として出力される。

一方、放電領域Ａにおいて金属銅粒子８ａが蒸発して生
成した金属蒸気は、炉心管１の軸方向に流れ、端部開口
から外方へ漏出しようとするが、炉心管４と電８ｉ２．
３間に配設された］−ルドトラップ１５ａ、１５ｂによ
って捕捉される。すなわち、冷却配管１６を内蔵したコ
ールドｉ・ラップ１５ａ、１５ｂは、放電領域Δにａ３
ｔブる然気温度より数１０度低い温度に調節されており
、高温度の金属蒸気は、コールド１−ラップ１５ａ、ｉ
５ｂの表面に接触することにより冷却され、その表面に
付着捕集される。

ここでコールド１−ラップ１５は、金属蒸気源８と同一
の元素から成る部材でトラップ本体を形成すると、トラ
ップ本体と金属蒸気との付着効率が特に優れる。すなわ
ち、本実施例のように銅蒸気をレーザ媒質として使用す
る金属蒸気レーデ発振装置においては、銅で形成したコ
ールドトラップ１５を使用すると、銅蒸気の捕集効率が
高く、ブリュースタ窓への付着量が大幅に低減する。

従って本実施例によれば、金属蒸気がブリコースタ窓１
０に付着して、レーザ光の透過損失を増大せしめてレー
ザ光の出ノｊを経時的に低下させたり、または発振モー
ドが変調して操作が不安定になるという問題点が解潤し
、長期に亘って安定した性能を発揮し得るレーザ発振装
置を提供することが可能となり、保守管理作業も簡易に
なる。

〔発明の効果〕

以上の説明の通り、本発明に係る金属蒸気レーザ発振装
置によれば、炉心管と電極との間にコ一ルトドラップが
配設されているため、炉心管の管端から外方へ漏出しよ
うとする高温度の金属蒸気は、相対的に但温亀に調整さ
れたコールドトラップの表面に接触して冷却され、その
表面に付着し捕集される。

従って金属蒸気がブリュースタ窓に付着してレーザ光の
透過損失を増大せしめてレーザ出力が低下したり、また
は出力が不安定になる問題点が解消し、長期間の連続運
転においても安定した性能を確保することが可能となり
、装置の保守管理も容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る金属蒸気レーザ発振装置の一実
施例を示す断面図、第２図は、従来の金属蒸気レーザ発
振１Ａ置の構成を示１断面図である。１・・・金属蒸気レーデ発振装置、２．３・・・電極、
４・・・炉心管、５・・・多層金属フォイル、６・・・
ガス供給系、７・・・パルス高電圧電源、８・・・金属
蒸気源、８ａ・・・金属銅粒子、９・・・外筒、１０・
・・ブリユースタ窓、１１・・・出力ミラー、１２・・
・全反射ミラー、１３−・・真空断熱室、１４．１４ａ
、　１４ｂ−ａ−タリポンブ、１５．１５ａ、１５ｂ・
・・コールドトラップ、１６・・・冷却配管、１７・・
・外リング、１８・・・ベローズ、１９・・・シール材
、２０・・・冷水管、２１・・・絶縁管、Ａ・・・放電
領域。

Claims

【特許請求の範囲】１、金属蒸気を生成する金属蒸気源が内蔵された炉心管
と、炉心管の両端部に対向して設けられて、上記炉心管
内に放電プラズマを生起させる電極とを備え、上記炉心
管と電極との間にコールドトラップを配設し、炉心管端
から漏出する金属蒸気を上記コールドトラップによって
付着捕集するように構成したことを特徴とする金属蒸気
レーザ発振装置。２、コールドトラップは、トラップ本体内に埋設した冷
却配管を備えるとともに、トラップ本体は金属蒸気と同
一の元素材料から構成される特許請求の範囲第１項に記
載の金属蒸気レーザ発振装置。