JPS63502632A - 金属蒸気レ−ザ−用の多数の金属溜めの付いた放電チュ−ブ - 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】 金属蒸気レーザー用の　数の金属溜めの付いた放電チューブ 本発明はレーザーに係り、とりわけパルス電気放電により金属蒸気を励起する形 式のレーザーに用いられる技術に係る。

パルス式金属蒸気レーザーによれば、紫外線、可視放射線および赤外線を発生さ せることができる。これら装置の多くの例が科学文献により周知になっており、 レーザー媒体に銅を使用したものは原子同位体元素の分離用に、レーザー媒体に マンガンを使用したものでは通信用に、レーザー媒体に金を使用したものでは光 化学療法による癌の治療用に、またレーザー媒体にストロンチウムを使用したも のでは光化学検査用にと様々な分野で使われている。

こうした用途では、できるだけ最大の効率でレーザー光線を発生させることがめ られ、また直径の小さい（１〜１０ｊ１１１１）の均一な円形断面のレーザー光 線を必要としている。このレーザー光線は厳密な水平面にほぼ近い状態にｌ置さ れた装置から発生している。

本発明の目的は、効率を高めると共に金属蒸気レーザーの作動寿命を伸ばし、ま た１〜１０ａｍ程度の小さい直径を持つ一定した円形断面の出力光線を発生し、 レーザ−の軸線が厳密に水平にならない姿勢で用いても金兄蒸気レーザーを作動 させることができるようにすることにある。

金属蒸気レーザーは、一般に２つの電極を備え、これらの電極の間に放電空間と して知られたガスのコラムが設けられている。始めに、放電空間に緩衝ガスを充 填し放Ｍ”ｌの最も内側の表面の底に沿って金属のビード（均一かまたはそうで ない状態に）を配置する。次いで放電空間には一定した高電圧のパルスが加えら れ、電子の流れを作り出す。この電子の流れはガスを加熱し、実質的に活性空間 を形作っている空の内壁に熱を伝達する。室の壁とこの苗内にある金属の両者は 加熱され、繰り返される放電と適当な断熱により金属を溶融して蒸発させるのに 充分な温度まで昇温される。次いで金兄蒸気を電気的に励起しレーザー光線を発 生させることができる。この種のレーザーは従来技術で周知である。

従来までは、最も内側の表面の底に沿ってできるだけ均一に金属の小片をばらま いて配置することが、放電室に金属を導入する方法として広く用いられてきた技 術である。

しかしながら放電が行われている間に、振動や衝撃波により、また放電容器が水 平軸からずれることにより、金兄の小片のほとんどのものが中央に−固まりにな ってしまい、均一な分散状態でなくなってしまう。この固まりは溶融金兄の表面 張力によりそのままの状態になっている。レーザー光線の発光作用は、中央に位 置する固まりから放電空間に金属蒸気が蒸発して行なわれる。レーザーを長時間 にわたり作動させていると、金兄は放電容器の低温側端部に向けて移動するよう になる。この低温側端部で再び金属は集まり大きな固まりを形成する。

こうした金属の分散配置法は多くの問題を抱えている。

まず、容器の中央部での金兄の固まりの形成並びに引き続いて端部に生じる金兄 の堆積の２つの現象がレーザー共振器に隙間を作ってしまい、最適条件での出力 が得られずシステムの効率を低下さセてしまう。第２に、放電容器内の金属蒸気 が均一に分散しておらず、放電容器がレーザー光線発生のための最適な蒸気圧の 下で正確に作動しているとは限らないために、レーザーエネルギーの取出し効率 を低下させている。第３に、金属の固まりが形成されるためにでき上がった光線 の断面が円形をしていない。こうした光線は多くの用途にあって有害である。

第４に、放電容器は水平面に設置しておかなくてはならない。すなわち溶融金兄 が容器からこぼれてしまうと、レーザー光線の発生に役立たなくなってしまう等 の問題点が挙げられる。

前述した問題点により、商業的に実用化できる金属蒸気レーザー放電容器の直径 が概ね２０Ｉ！Ｉｎ以上の大きさになってしまい、レーザー作動効率を制約して いた。こうした制約は、光線の直径が１〜１０１Ｍの範囲にありこの光線とほぼ 同じ直径からなる放電容器により金兄蒸気レーザーを作りだすことを特に必要と する場合には問題となる。

本発明は、ガス放電空間を形成しているチューブ状の室を備えた金属蒸気レーザ ーにして、空に沿い当該室の長さにわたって均等に配置された複数の金属溜めを 形成する手段が設けられていることを特徴としている。

一定の間隔を開けた多数の独立した金属溜めができるように耐火材料のスペーサ セグメントで金兄のビードを仕切ることにより、直径の小さい放電容器内でも有 害な合体作用が起きないようにすることができる。スペーサセグメントは同軸的 に配置され、放電容器の壁の構造を多数の金属溜めの付いたものに変えることが できる。この構造は金属ビードを配置する多くのへこみを形成し、溶融金属が合 体して固まりになるのを防ぐようになっている。箇々の溜めは所望の長さのもの にできるが、数を極力多くできるように形作られている。そして充分な量の金兄 を放電容器内に装填し、直径の小さな容器でも金兄の再充填までの時間を商業的 に利用できる長さく例えば、少なくとも４００時間）にすることができる。

本発明の好ましい形態に則って構成されたレーザーでは、溶融金属の表面張力が 箇々のスペーサを所定位置に保持している。チューブの冷却時に金属は高温ろう 付は部を形成し、セグメントを放電容器の壁に溶接することになる。

典型的な例では、内側壁を構成する構造部材並びにセグメントは、アルミナやへ りリアのような耐火セラミックから作られている。しかしながら他の適当な材料 も使用することができる。

前述した方式により数々の利点が得られるが最も注目に値する利点は放電容器内 で溶融金兄が固まりになるのを防ぎ、レーザー出力に隙間が生じないようにした ことにある。このため２０Ｍより大幅に容器直径を細クシた、効率のよい商業的 に利用可瞳な金属蒸気レーザーを構成することができる。これらの容器直径によ り出力供給回路から当該容器に電気エネルギーを効率よく伝達することができ、 本発明と競合する多の様々なレーザー技術により作り出されるものとほぼ同程度 の直径のレーザー光線が得られる。

別の利点は、容器の長さに沿って均等に多数の金属溜めを配置したことから、金 属蒸気を大幅に均一にできることにある。従ってさらに均一に放電空間を金属蒸 気で満たし、エネルギーの取出し効率を高めることができる。

４履の直径を持ち３．４５立方センチメートルの容積の容器から、１立方センチ メートル当たり３１８Ｈの取出し効率の得られることが実験により確かめられた 。この数値は、従来形式の２５１＋１１にの直径を持つ容器から取り出された１ 立方センチメートル当たり３０．５ｍＷの値に比べて非常に優れている。

別の利点は、容器の端部から溶融金属がこぼれてしまわないようにするために容 器を水平または水平に近い状態で操作しなければならないとする条件を緩和した ことにある。セグメント部分は溶融金属が広がるのを効果的に防ぐバリヤーとし て働き、しかも箇々のへこみに金属を溜めておくようになっている。

水平に位置決めしなくてはならない条件を緩和し、放電容器をさらに均一に金属 蒸気で満たすことによる利点は、もちろんのこと技術的に汎用されている直径の 大きな容器にも適用することができる。

添付図面に基づいて説明されている好ましい実施例を参照すれば、本発明を詳し く理解することができる。

第１区、第２図および第３図は、本発明に係る３４！類の異なったレーザー組立 体の断面図である。

第１図に示す端部フランジ１とチューブ３はガス室１１を形成している。端部フ ランジ１は電極２と電気接触した状態にあり、これら電極の間で放電室１２内に 放電が加えられる。断熱体４が設けられ、金属セグメント７の温度をレーザー光 線を発するのに最適な温度値まで上昇させるようになっている。チューブ５は断 熱体４と同軸的に支持され、また金属を入れるへこみ１３の付いた適当な構造体 を形成するために複数のリング６が配置されている。こうした構成により、本発 明に明らかにされた多数の金属溜めかでき上がる。このような断熱を施した組立 体は銅レーザーに適している。

ガス室を形成するデユープ３は、Ｏリング（図示せず）を介してかまたはその他 の適当な密封技術により、端部フランジ１と２に対してシールされる。組立体全 体は適当なエネルギー供給源、真空システムおよび冷却システムに連結される。

これらシステムはすべてが寛容技術であり、従って本発明の要部を構成しない。

第２図は組立体の変更例を示している。この例ではチューブ８がセグメント部分 ６を直接支持していて、断熱体は使われていない。この組立体の構造はストロン チウムレーザーまたは鉛レーザーに適しており、あるいはチーユーブ８の外側に 断熱体を設ければ銅レーザーにも適している。

第３図は別の変更例を示している。この例では、チューブ９は電導性のある金属 材料からできていて、この金属材料は電気絶縁チューブ１０により端部フランジ １がら電気的に絶縁されている。チューブ９と１０は適当な真空圧着技術を用い て互いに結合され、次いでチューブ１０は端部フランジ１に対してシールされる 。環状部分６は適当な材料から構成することができる。この材料は支持チューブ と同じ組成を持つものでもよく、また違った組成のものでもよい。

以下の請求の範囲内において、好ましい実施例に数多くの変更を加えられること が理解できる。

前述した好ましい実施例は、説明のためのものであり別設これらに限定されない 。

国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．ガス放電空間を形成しているチユーブ状の室を備えた金属蒸気レーザーにお いて、室に沿い、当該室の長さにわたつて均等に配置された複数の金属溜めを形 成する手段が設けられていることを特徴とする金属蒸気レーザー。
2. ２．金属溜めが環状の形態をしていて、レーザーの軸線と同軸的である請求の範 囲第１項に記載の金属蒸気レーザー。
3. ３．室が断熱耐火材料のチユーブから構成されており、また溜めは同じ材料から なる複数のリングにより構成され、当該リングはチユーブと同軸的に配置されし かもチユーブに沿つて縦方向に間隔を開けてあり、リングの間の際間が金属溜め を構成している請求の範囲第２項に記載の金属蒸気レーザー。
4. ４．室が電導性のある金属材料から構成されており、また溜めがチユーブに沿つ て縦方向に間隔を開けられた複数のリングにより形成され、リングの間の隙間が 金属溜めを構成している請求の範囲第２項に記載の金属蒸気レーザー。
5. ５．直径が１から１０ミリメートルの間のレーザー光線を発生するように構成さ れている請求の範囲第１項に記載の金属蒸気レーザー。