JP2000261065A - Metal vapor laser - Google Patents

Metal vapor laser

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JP2000261065A
JP2000261065A JP11058402A JP5840299A JP2000261065A JP 2000261065 A JP2000261065 A JP 2000261065A JP 11058402 A JP11058402 A JP 11058402A JP 5840299 A JP5840299 A JP 5840299A JP 2000261065 A JP2000261065 A JP 2000261065A
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JP
Japan
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discharge
metal vapor
discharge tube
buffer gas
main body
Prior art date
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Application number
JP11058402A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Otani
良一 大谷
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Toshiba Corp
Laser Atomic Separation Engineering Research Association of Japan
Original Assignee
Toshiba Corp
Laser Atomic Separation Engineering Research Association of Japan
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal vapor laser device that suppresses instability of initial electric discharge caused by a buffer gas for discharge in an electric- discharge tube, and instability of laser oscillation caused following it. SOLUTION: In a metal vapor laser, a vapor source metal 33 is held in an electric-discharge tube body 11, and a discharging buffer gas of a prescribed pressure is introduced, and initial electric discharge is generated by applying a voltage, and the vapor source metal is vaporized to be introduced into laser oscillation. In the metal vapor laser, a photoelectric conversion element 31 is placed in a condition where it can detect initial electric discharge light which exits from the electric-discharge tube main body generated by discharging buffer gas, and an initial electric discharge condition generated by the discharging buffer gas in the electric-discharge tube body is detected with the photoelectric transfer element, and the initial electric discharge condition is controlled with a feedback thereof.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、金属蒸気レーザ
装置に係り、特に放電管本体内の放電用バッファガスに
よる初期放電特性の劣化を短時間で検出可能で、しかも
検出した放電特性に基づいてこの初期放電状態を改善す
ることが可能な金属蒸気レーザ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal vapor laser device, and more particularly to a method for detecting deterioration of initial discharge characteristics due to a discharge buffer gas in a discharge tube body in a short time, and based on the detected discharge characteristics. The present invention relates to a metal vapor laser device capable of improving the initial discharge state.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3に示すように、金属蒸気レーザ装置
101においては、真空排気ポンプ128を作動させ
て、放電管本体111内を排気し、その後ガス供給管1
20から放電用バッファガスとして、例えばネオンガス
を放電管本体111内に注入し、次に、電源回路130
により陰極117と陽極116との間に励起パルス電圧
を印加することで、放電管本体111内にプラズマを生
起させる。このプラズマによって、放電管本体111
は、放電管本体111内部にセットされた蒸気源金属1
33が金属蒸気を発生可能な温度まで昇温される。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 3, in a metal vapor laser apparatus 101, a vacuum pump 128 is operated to evacuate the inside of a discharge tube body 111, and then the gas supply pipe 1 is evacuated.
20, for example, neon gas is injected into the discharge tube main body 111 as a discharge buffer gas,
By applying an excitation pulse voltage between the cathode 117 and the anode 116, plasma is generated in the discharge tube main body 111. This plasma causes the discharge tube body 111
Is the vapor source metal 1 set inside the discharge tube main body 111.
33 is heated to a temperature at which metal vapor can be generated.

【0003】こうして昇温され、ほぼ一定温度に維持さ
れた放電管本体111内には、蒸気源金属133から発
生した金属蒸気が一様に分布する。この状態が継続され
ることで、金属蒸気にプラズマ中の自由電子が衝突して
金属蒸気が励起され、やがて放電管本体111内は反転
分布の状態となる。この反転分布状態において、励起さ
れた金属蒸気が低エネルギー準位に遷移する際にレーザ
光が発生される。
The metal vapor generated from the vapor source metal 133 is uniformly distributed in the discharge tube body 111 whose temperature has been increased and maintained at a substantially constant temperature. By continuing this state, free electrons in the plasma collide with the metal vapor to excite the metal vapor, and eventually the inside of the discharge tube main body 111 has a population inversion state. In this population inversion state, a laser beam is generated when the excited metal vapor transitions to a low energy level.

【0004】放電管本体111内で発生したレーザ光
は、光軸方向の延長線上に設けられている窓122a,
122bを通過し、出力ミラー123と全反射ミラー1
24との間で繰り返し反射され、その間にその振幅が増
大されて、やがて出力ミラー123から出力レーザ光と
して出力される。
[0004] The laser beam generated in the discharge tube main body 111 passes through a window 122a, which is provided on an extension of the optical axis direction.
122b, the output mirror 123 and the total reflection mirror 1
The light is repeatedly reflected between the output mirror and the output mirror 123, and the amplitude thereof is increased during that time.

【0005】ところで、上述した金属蒸気レーザ装置に
おいては、保守における蒸気源金属の設置および補給等
に起因する分解および組立の直後や、長時間運転停止後
の運転再開時には、バッファガス中に、空気や水分等が
混入して放電ガスの放電特性が劣化するほか、放電管本
体111等の構造材に空気や水分が付着することにより
放電抵抗が上昇して、放電が不安定になることが知られ
ている。
In the above-described metal vapor laser device, air is contained in the buffer gas immediately after disassembly and assembly due to the installation and replenishment of the vapor source metal during maintenance, and when restarting operation after a long operation stop. In addition to the deterioration of the discharge characteristics of the discharge gas due to mixing of water and moisture, it is known that the discharge resistance becomes higher due to air or moisture adhering to the structural material such as the discharge tube body 111 and the discharge becomes unstable. Have been.

【0006】この放電用バッファガスによる初期放電特
性の劣化は、放電管本体111の内側面に放電プラズマ
が接触することによりこの放電管本体111の破損を招
く問題がある。また、放電抵抗が上昇することにより、
電源回路130の回路素子が異常に過熱されたり、回路
素子が破損する等の事故が起こりうる。
The deterioration of the initial discharge characteristics due to the discharge buffer gas has a problem in that the discharge plasma comes into contact with the inner side surface of the discharge tube main body 111 and the discharge main body 111 is damaged. Also, as the discharge resistance increases,
An accident such as abnormal overheating of the circuit element of the power supply circuit 130 or damage to the circuit element may occur.

【0007】このため、保守直後や長時間停止後からの
再起動に際しては、排気ポンプ128を作動させて放電
管本体111内を排気したのち、ガス供給管120から
放電用バッファガスを放電管本体111内に注入して放
電させるという脱気工程を所定回数繰り返す必要があ
る。
Therefore, immediately after maintenance or after restart for a long time, the discharge pump body 111 is evacuated by operating the exhaust pump 128, and then the discharge buffer gas is discharged from the gas supply pipe 120. It is necessary to repeat the deaeration step of injecting into the 111 and discharging it a predetermined number of times.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで従来は、上述
した放電用バッファガスによる初期放電特性の劣化や放
電抵抗の増大等の現象は、初期放電の状態を監視要員の
目視によって監視しているのが通常である。このため、
レーザ装置の稼動開始時には、放電の状態を監視する要
員を常時配置しなければならない不都合がある。
Conventionally, the above-mentioned phenomena such as deterioration of initial discharge characteristics and increase in discharge resistance due to the discharge buffer gas are monitored by a monitoring person by visual observation of the state of initial discharge. Is normal. For this reason,
When the operation of the laser device is started, there is a disadvantage that a person who monitors the state of discharge must be always arranged.

【0009】また、放電特性の劣化および放電抵抗の増
大にともなう放電光の出力の変動を検出する方法とし
て、放電電流の低下を検出する方法も提案されている
が、放電電流の変化量が微少であるため、放電特性の劣
化および放電抵抗の増大を高精度に短時間で検知するに
は不十分である。
As a method of detecting a change in the output of discharge light due to deterioration of discharge characteristics and an increase in discharge resistance, a method of detecting a decrease in discharge current has been proposed, but the amount of change in discharge current is small. Therefore, it is insufficient to detect the deterioration of the discharge characteristics and the increase of the discharge resistance with high accuracy in a short time.

【0010】この発明の目的は、上述した問題点に鑑
み、放電管内における放電用バッファガスによる初期放
電の不安定や劣化を短時間でより正確に検知し、それに
基づき効率よく安定な金属蒸気レーザ発振に導き得ると
ともに、電源装置である放電回路の回路素子の損傷や放
電管本体の破損等を未然に防止することができる金属蒸
気レーザ装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to detect instability or deterioration of an initial discharge caused by a discharge buffer gas in a discharge tube more accurately in a short time, and to stably and efficiently detect a metal vapor laser based on the detection. An object of the present invention is to provide a metal vapor laser device that can lead to oscillation and that can prevent damage to circuit elements of a discharge circuit serving as a power supply device, breakage of a discharge tube main body, and the like.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明は、放電用バッ
ファガスによる放電管本体内から出る初期放電光を検知
できる状態に光電変換素子を配置し、この光電変換素子
により放電管本体内の放電用バッファガスによる初期放
電状態を検知し、それの電気的等のフィードバックによ
りこの初期放電状態を適正に制御するように構成した金
属蒸気レーザ装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a photoelectric conversion element is arranged so that initial discharge light emitted from the inside of a discharge tube body by a discharge buffer gas can be detected. This is a metal vapor laser device configured to detect an initial discharge state due to a buffer gas for use, and to appropriately control the initial discharge state based on feedback of electric or the like.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を詳細に説明する。図1は、この発明の金
属蒸気レーザ装置の一例を示す概略図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of the metal vapor laser device of the present invention.

【0013】図1に示すように、金属蒸気レーザ装置1
は、レーザビームを出力するレーザ共振器2、レーザ共
振器2に放電用バッファガスを供給するガス供給部3、
レーザ共振器2内部から放電に寄与した放電用バッファ
ガスを排気するガス排気部4、放電用ガスが満たされた
レーザ共振器2に、レーザビームを出力させるためのパ
ルス状の直流電圧を供給する高圧電源装置5、ガス供給
部3とガス排気部4を制御してレーザ共振器2内部の放
電用ガスの状態を最適な状態に維持する放電用ガス制御
部6およびレーザ共振器2から出力される放電用バッフ
ァガスによる初期放電の状態を監視する初期放電監視部
7からなる。なお、ガス供給部3、ガス排気部4、高圧
電源装置5、放電用ガス制御部6および初期放電監視部
7のそれぞれは、主制御装置8に接続されている。
As shown in FIG. 1, a metal vapor laser device 1
A laser resonator 2 for outputting a laser beam, a gas supply unit 3 for supplying a discharge buffer gas to the laser resonator 2,
A gas exhaust unit 4 for exhausting a discharge buffer gas that has contributed to the discharge from inside the laser resonator 2, and supplies a pulsed DC voltage for outputting a laser beam to the laser resonator 2 filled with the discharge gas. The high-voltage power supply device 5, the gas supply unit 3 and the gas exhaust unit 4 are controlled to output the laser gas from the discharge gas control unit 6 and the laser resonator 2 which maintain the state of the discharge gas inside the laser resonator 2 in an optimum state. An initial discharge monitoring unit 7 monitors the state of the initial discharge by the discharge buffer gas. In addition, each of the gas supply unit 3, the gas exhaust unit 4, the high-voltage power supply device 5, the discharge gas control unit 6, and the initial discharge monitoring unit 7 is connected to the main control device 8.

【0014】放電管すなわちレーザ共振器2は、例え
ば、アルミナ(Al2 O3 )のようなセラミックスによ
り形成された放電管本体11、放電管本体11を覆う断
熱材12、断熱材12の周りを取巻く絶縁管13、絶縁
管13の周りをさらに取巻く金属製の外筒14からな
る。なお、外筒14は、放電管本体11の長手方向の概
ね中央部で分割された2つの外筒15a,15bからな
り、両外筒(15a,15b)間に、主制御装置8の制
御により高圧電源装置5から所定の駆動電圧が供給され
る。
The discharge tube, that is, the laser resonator 2 is made of, for example, a discharge tube main body 11 made of ceramics such as alumina (Al 2 O 3), a heat insulating material 12 covering the discharge tube main body 11, and an insulating material surrounding the heat insulating material 12. The tube 13 comprises a metal outer tube 14 further surrounding the insulating tube 13. The outer tube 14 is composed of two outer tubes 15a and 15b divided at a substantially central portion in the longitudinal direction of the discharge tube main body 11, and is controlled between the two outer tubes (15a and 15b) by the control of the main controller 8. A predetermined drive voltage is supplied from the high-voltage power supply 5.

【0015】放電管本体11の軸方向の両端部には、断
熱材12により、放電管本体11に対して軸方向に距離
をおいて設けられる陽極16および陰極17が対向して
接続されている。なお、陽極16および陰極17は、そ
れぞれ、外筒14(15a,15b)と接続された電極
フランジ18a,18bにより、外筒15a,15bの
それぞれと電気的に導通可能に接続されている。
An anode 16 and a cathode 17, which are provided at a distance in the axial direction from the discharge tube main body 11, are connected to both ends of the discharge tube main body 11 in the axial direction by heat insulating material 12 so as to face each other. . The anode 16 and the cathode 17 are electrically connected to the outer tubes 15a and 15b, respectively, by electrode flanges 18a and 18b connected to the outer tubes 14 (15a and 15b).

【0016】陽極16および陰極17の光軸方向の延長
上には、一対のブリュスタ管19a,19bが接続され
ている。なお、左側のブリュスタ管19aには、ガス供
給部3との接続を可能とするガス供給管20が、右側の
ブリュスタ管19bには、ガス排気部4との接続を可能
とするガス排気管21が、それぞれ設けられている。
A pair of Brewster tubes 19a and 19b are connected to the extension of the anode 16 and the cathode 17 in the optical axis direction. The left blaster pipe 19a has a gas supply pipe 20 enabling connection to the gas supply unit 3, and the right blaster pipe 19b has a gas exhaust pipe 21 enabling connection to the gas exhaust unit 4. Are provided respectively.

【0017】ブリュスタ管19a,19bの光軸方向の
延長上には、それぞれ、窓22a,22bが設けられて
いる。なお、左側のブリュスタ管19aに設けられた窓
22aの光軸方向の延長上には、レーザビームを出力す
る出力ミラー23が、また、右側のブリュスタ管19b
に設けられた窓22bの光軸方向の延長上には、放電管
本体11内でレーザビームを増幅するための全反射ミラ
ー24が、それぞれ、設けられている。
Windows 22a and 22b are provided on the Brewster tubes 19a and 19b, respectively, on the extension in the optical axis direction. An output mirror 23 for outputting a laser beam is provided on an extension of the window 22a provided on the left Brewster tube 19a in the optical axis direction, and a right Brewster tube 19b is provided.
A total reflection mirror 24 for amplifying a laser beam in the discharge tube main body 11 is provided on an extension of the window 22b provided in the discharge tube body 11 in the optical axis direction.

【0018】ガス供給管20には、ガス供給部3の図示
しないバッファガス供給源から供給されるバッファガス
の流量を調整可能な流量調整弁25および流量計26に
より、所定量のバッファガスが供給される。なお、流量
調整弁25は、図示しない駆動回路から所定の制御電流
が供給されることにより任意の開度を設定可能な電磁弁
であって、放電用ガス制御部6の制御により、放電管本
体11内のバッファガスの流量が一定となるよう制御さ
れる。
A predetermined amount of buffer gas is supplied to the gas supply pipe 20 by a flow rate adjusting valve 25 and a flow meter 26 capable of adjusting the flow rate of buffer gas supplied from a buffer gas supply source (not shown) of the gas supply unit 3. Is done. The flow control valve 25 is an electromagnetic valve that can set an arbitrary opening degree by supplying a predetermined control current from a drive circuit (not shown), and the discharge gas control unit 6 controls the discharge tube main body. The flow rate of the buffer gas in 11 is controlled to be constant.

【0019】ガス排気管21には、ガス排気部4の図示
しないガス回収装置に向けて放電管本体11内で放電に
寄与した放電用ガスを所定量排出可能とするために放電
管本体11内のバッファガスの圧力をモニタする圧力計
27、放電管11内の放電用ガスを図示しないガス回収
装置に向けて排出する排気ポンプ28、および圧力計2
7とポンプ28との間に配置され、ポンプ28により排
出されるガスの流量を調節する流量調節弁29が接続さ
れている。なお、流量調整弁29は、図示しない駆動回
路から所定の制御電流が供給されることにより任意の開
度を設定可能な電磁弁であって、排出されるガスの流量
は、圧力計27の出力信号に基づいて放電用ガス制御部
6により最適に設定される。
The gas exhaust pipe 21 is provided with a gas discharge portion 4 inside the discharge tube main body 11 for discharging a predetermined amount of discharge gas contributing to discharge in the discharge tube main body 11 toward a gas recovery device (not shown) of the gas exhaust portion 4. , A pressure gauge 27 for monitoring the pressure of the buffer gas, an exhaust pump 28 for discharging the discharge gas in the discharge tube 11 to a gas recovery device (not shown), and a pressure gauge 2.
A flow control valve 29 that is arranged between the pump 7 and the pump 28 and that controls the flow rate of the gas discharged by the pump 28 is connected. The flow control valve 29 is an electromagnetic valve that can set an arbitrary opening degree by supplying a predetermined control current from a drive circuit (not shown). It is set optimally by the discharge gas control unit 6 based on the signal.

【0020】高圧電源装置5は、放電管本体11の外筒
15aと電極フランジ18aおよび外筒15bと電極フ
ランジ18bを経由して陽極16と陰極17との間に所
定のパルス状の直流電圧を供給する。なお、高圧電源装
置5と外筒15a,15bとの間には、高圧電源装置5
の出力を所定の立ち上がり時間および繰り返し周波数の
パルス状の直流電圧として、両外筒すなわち陽極16お
よび陰極17間に印加することのできる放電回路すなわ
ちパルス電圧発生回路30が接続されている。なお、パ
ルス電圧発生回路30が出力する高電圧パルスの立ち上
がり時間および電圧は、パルス電圧発生回路30を構成
する要素を適切に選択することにより、例えばほぼ10
-7秒以下で十数kVないし数十kVとなるよう設定され
ている。また、繰り返し周波数は、数kHz〜数十kH
zである。
The high-voltage power supply 5 applies a predetermined pulsed DC voltage between the anode 16 and the cathode 17 via the outer tube 15a and the electrode flange 18a and the outer tube 15b and the electrode flange 18b of the discharge tube body 11. Supply. The high-voltage power supply 5 is provided between the high-voltage power supply 5 and the outer cylinders 15a and 15b.
A discharge circuit, that is, a pulse voltage generating circuit 30 capable of applying the output of the above as a pulsed DC voltage having a predetermined rise time and repetition frequency between both outer cylinders, that is, between the anode 16 and the cathode 17, is connected. The rise time and voltage of the high-voltage pulse output from the pulse voltage generation circuit 30 can be set to, for example, approximately 10 by appropriately selecting the components of the pulse voltage generation circuit 30.
It is set so as to be tens of kV to tens of kV in -7 seconds or less. The repetition frequency is several kHz to several tens kHz.
z.

【0021】初期放電監視部7は、レーザ共振器すなわ
ち放電管本体11の内部から左側の出力ミラー23の外
方近くに光電変換素子31およびビデオカメラ35を備
えている。これら光電変換素子31およびビデオカメラ
35は、出力ミラー23および左側のブリュスタ管19
aを通して放電管本体11の内部における初期放電状態
を光学的に検知できるように配置されている。なお、こ
れら光電変換素子31およびビデオカメラ35は、出力
レーザ光の光路上からわずかに側方にそれた状態に配置
するのが好ましい。
The initial discharge monitoring section 7 includes a photoelectric conversion element 31 and a video camera 35 near the outside of the output mirror 23 on the left side from the inside of the laser resonator, that is, the discharge tube main body 11. The photoelectric conversion element 31 and the video camera 35 are connected to the output mirror 23 and the Brewster tube 19 on the left side.
It is arranged so that the initial discharge state inside the discharge tube main body 11 can be optically detected through a. It is preferable that the photoelectric conversion element 31 and the video camera 35 are arranged so as to be slightly laterally deviated from the optical path of the output laser light.

【0022】こうして光電変換素子31は、放電管本体
内部の放電用バッファガスによる初期放電光を受光して
光電変換し、初期放電状態に対応する電気信号を出力す
る。そして、光電変換素子31の出力信号に基づいて、
初期放電の良否状態を判断する判断回路32を含み、放
電管本体11内部のバッファガスの特性の劣化等により
放電効率が低下したことを検出して、主制御装置8を経
由して、放電用ガス制御部6および高圧電源装置5に所
定の信号を出力する。
In this way, the photoelectric conversion element 31 receives the initial discharge light from the discharge buffer gas inside the discharge tube main body, performs photoelectric conversion, and outputs an electric signal corresponding to the initial discharge state. Then, based on the output signal of the photoelectric conversion element 31,
It includes a judgment circuit 32 for judging the quality of the initial discharge, detects that the discharge efficiency has decreased due to the deterioration of the characteristics of the buffer gas in the discharge tube main body 11 or the like, and outputs the signal for the discharge via the main controller 8. A predetermined signal is output to the gas control unit 6 and the high-voltage power supply 5.

【0023】次に、図1に示した金属蒸気レーザ装置の
動作を説明する。
Next, the operation of the metal vapor laser device shown in FIG. 1 will be described.

【0024】まず、ガス排気部4の真空排気ポンプ28
を作動させて、放電管本体11内を排気し、その排気
後、ガス供給部3のガス供給管20から放電用バッファ
ガスとして、例えばネオンガス(Ne)を、放電管本体
11内に注入する。この時、放電用バッファガス(N
e)が注入されて上昇した放電管本体11内のバッファ
ガスの圧力は、圧力計27によって測定される。なお、
放電管本体11内のバッファガスの圧力は、放電用ガス
制御部6による流量調節弁29および流量調整弁25の
制御すなわちガス排出量とガス供給量の調整により予め
決められている設定値に設定される。
First, the vacuum pump 28 of the gas exhaust unit 4
Is operated to evacuate the inside of the discharge tube main body 11, and thereafter, for example, neon gas (Ne) is injected into the discharge tube main body 11 as a discharge buffer gas from the gas supply pipe 20 of the gas supply unit 3. At this time, the discharge buffer gas (N
The pressure of the buffer gas in the discharge tube body 11 that has risen after e) is injected is measured by the pressure gauge 27. In addition,
The pressure of the buffer gas in the discharge tube main body 11 is set to a preset value determined by controlling the flow control valve 29 and the flow control valve 25 by the discharge gas control unit 6, that is, adjusting the gas discharge amount and the gas supply amount. Is done.

【0025】次に、放電回路すなわちパルス電圧発生回
路30が作動され、陰極17および陽極16間に励起パ
ルス電圧が印加されることで、放電管本体11内に、初
期放電プラズマが生起される。このプラズマによって、
放電管本体11は、放電管内にセットされた蒸気源金属
33が金属蒸気を発生し、レーザ発振に必要な温度まで
昇温される。なお、このレーザ発振に必要な温度は、蒸
気源金属33の材質が例えば銅の場合には、約1,50
0°Cである。
Next, the discharge circuit, that is, the pulse voltage generation circuit 30 is operated, and an excitation pulse voltage is applied between the cathode 17 and the anode 16, thereby generating an initial discharge plasma in the discharge tube body 11. With this plasma,
In the discharge tube main body 11, the vapor source metal 33 set in the discharge tube generates metal vapor, and the temperature is raised to a temperature required for laser oscillation. The temperature required for the laser oscillation is about 1,50 when the material of the vapor source metal 33 is, for example, copper.
0 ° C.

【0026】このように昇温され、ほぼ一定温度に維持
された放電管本体11内には、蒸気源金属33から発生
した金属蒸気が一様に分布する。この状態が継続される
ことで、金属蒸気にプラズマ中の自由電子が衝突して金
属蒸気が励起され、やがて放電管本体11内は、反転分
布の状態となる。この反転分布状態において、励起され
た金属蒸気が低エネルギー準位に遷移する際にレーザ光
が発生される。
The metal vapor generated from the vapor source metal 33 is uniformly distributed in the discharge tube main body 11 thus heated and maintained at a substantially constant temperature. By continuing this state, free electrons in the plasma collide with the metal vapor to excite the metal vapor, and the inside of the discharge tube main body 11 eventually assumes a population inversion state. In this population inversion state, a laser beam is generated when the excited metal vapor transitions to a low energy level.

【0027】放電管本体11内で発生したレーザ光は、
光軸方向の延長上に設けられている窓22a,22bを
通過し、出力ミラー23と全反射ミラー24との間で繰
り返し反射されることによりその振幅が次第に増大され
て、やがて出力ミラー23から出力レーザビームとして
出力される。
The laser light generated in the discharge tube main body 11 is
After passing through the windows 22a and 22b provided on the extension in the optical axis direction and being repeatedly reflected between the output mirror 23 and the total reflection mirror 24, the amplitude thereof is gradually increased. Output as an output laser beam.

【0028】ところで、図1に示した金属蒸気レーザ装
置において、例えば蒸気源金属33の補給等のレーザ装
置の保守直後や、空気の侵入の可能性のある長期間の停
止から再始動するのに際して、初期放電により蒸気源金
属33から生成される金属蒸気量を、安定な放電が得ら
れる温度まで昇温させる間に、放電管本体11や断熱材
12等の構造材に付着している空気や水分がバッファガ
ス中に放出される。このことは、放電管本体11内のバ
ッファガスの放電抵抗を上昇させることから、放電特性
が劣化することになる。
By the way, in the metal vapor laser apparatus shown in FIG. 1, immediately after maintenance of the laser apparatus, for example, replenishment of the vapor source metal 33, or when restarting from a long term stoppage where air may enter. While the amount of metal vapor generated from the vapor source metal 33 by the initial discharge is raised to a temperature at which a stable discharge can be obtained, air adhering to a structural material such as the discharge tube body 11 and the heat insulating material 12 is removed. Moisture is released into the buffer gas. This raises the discharge resistance of the buffer gas in the discharge tube main body 11, so that the discharge characteristics deteriorate.

【0029】このため、保守直後や長時間停止後からの
稼動に際しては、排気ポンプ28を作動させて、放電管
本体11内を排気し、その排気後、ガス供給管20から
放電用バッファガスを放電管本体11内に注入して、再
び放電を開始する操作を所要回数繰り返す必要性が生じ
る。
For this reason, immediately after maintenance or after a long stop, the exhaust pump 28 is operated to exhaust the inside of the discharge tube body 11, and after the exhaust, the discharge buffer gas is discharged from the gas supply pipe 20. There is a need to repeat the operation of injecting into the discharge tube body 11 and starting discharge again a required number of times.

【0030】そこで、上述した放電管本体11内の放電
特性の劣化すなわち初期放電の劣化あるいは変動を、こ
れら放電状態の変化を検知可能に配置した光電変換素子
31により、逐次モニタする。詳細には、放電管本体か
ら出る初期放電光は、光電変換素子31により、放電光
の強度に対応する電気信号として出力される。光電変換
素子31から出力された電気信号は、判断回路32によ
って、予め決められている基準値と比較される。
Therefore, the deterioration of the discharge characteristics in the discharge tube main body 11, that is, the deterioration or fluctuation of the initial discharge, is sequentially monitored by the photoelectric conversion element 31 arranged so as to detect the change of the discharge state. Specifically, the initial discharge light emitted from the discharge tube main body is output by the photoelectric conversion element 31 as an electric signal corresponding to the intensity of the discharge light. The electric signal output from the photoelectric conversion element 31 is compared by a determination circuit 32 with a predetermined reference value.

【0031】ところで、光電変換素子31から出力され
る出力信号は、例えば図2に示すように、初期放電にお
いて放電用バッファガスによる放電特性が劣化した場
合、良好時に比較して光強度が短時間の間に1/2程度
まで低下することから、放電管内の初期放電の劣化を適
切に捉えることができる。これを電気的又は人為的にフ
ィードバックすることにより、この初期放電状態を適正
に制御するように構成されている。
By the way, as shown in FIG. 2, for example, as shown in FIG. 2, when the discharge characteristics due to the discharge buffer gas are deteriorated in the initial discharge, the light intensity of the output signal is shorter than that in the good condition. , The deterioration of the initial discharge in the discharge tube can be appropriately grasped. By feeding it back electrically or artificially, the initial discharge state is appropriately controlled.

【0032】次に、光電変換素子31および判断回路3
2により検出された放電管本体11内の放電特性の劣化
に対応する放電用ガス制御部6の動作について説明す
る。
Next, the photoelectric conversion element 31 and the judgment circuit 3
The operation of the discharge gas control unit 6 corresponding to the deterioration of the discharge characteristics in the discharge tube main body 11 detected by 2 will be described.

【0033】光電変換素子31の出力が図2に示したよ
うな光強度の初期放電の変動に対応するとき、判断回路
32は、予め決められた大きさの光強度であるスレショ
ルドレベル34よりも変換素子31の出力が下回った時
点で、放電管内の放電用ガスの質および放電特性が劣化
したと判断する。なお、図2に示したように、光電変換
素子31が出力する信号は、単位時間当たりの変化の回
数が変動することから、判断回路32は、例えば1/6
分以上継続して光電変換素子31の出力がスレショルド
レベル34を下回った場合、あるいは変動幅が所定の範
囲を越えた場合には、同様に放電特性が劣化したと判断
するものとする。
When the output of the photoelectric conversion element 31 corresponds to the fluctuation of the initial discharge of the light intensity as shown in FIG. 2, the judgment circuit 32 determines that the threshold level 34, which is the light intensity of a predetermined magnitude, is lower than the threshold level 34. When the output of the conversion element 31 falls, it is determined that the quality of the discharge gas in the discharge tube and the discharge characteristics have deteriorated. As shown in FIG. 2, since the number of changes per unit time of the signal output from the photoelectric conversion element 31 varies, the determination circuit 32
If the output of the photoelectric conversion element 31 continuously drops below the threshold level 34 for more than one minute, or if the fluctuation width exceeds a predetermined range, it is also determined that the discharge characteristics have deteriorated.

【0034】以下、判断回路32により、放電管本体1
1内の初期放電特性が劣化したことが判断されると、判
断回路32から主制御装置8に放電停止要求信号が出力
される。この放電停止要求信号が出力されると、主制御
装置8の制御により、高圧電源装置5およびパルス電圧
発生回路30の出力が遮断される。次に、主制御装置8
の制御に基づいて、放電用ガス制御部6からガス排気部
4の流量調整弁29の開度の増大および排気ポンプ28
の放電管本体11からのガスの排気が指示され、放電管
本体11から放電ガスが排気される。続いて、主制御装
置8の制御に基づいて、放電用ガス制御部6からガス供
給部3の流量調整弁25の開度の増大が指示され、放電
管本体11に、所定量の放電用バッファガスが供給され
る。なお、放電管本体11内に供給されるバッファガス
の量すなわちバッファガスの圧力は、既に説明したよう
に、放電用ガス制御部6により制御されるガス排気部4
の流量調整弁29およびガス供給部3の流量調整弁25
により最適な圧力に設定される。
Hereinafter, the judgment circuit 32 determines that the discharge tube body 1
When it is determined that the initial discharge characteristics in 1 have deteriorated, the determination circuit 32 outputs a discharge stop request signal to the main controller 8. When the discharge stop request signal is output, the output of the high voltage power supply 5 and the output of the pulse voltage generation circuit 30 are cut off under the control of the main controller 8. Next, the main controller 8
, The opening degree of the flow control valve 29 of the gas exhaust unit 4 is increased and the exhaust pump 28
The discharge of the gas from the discharge tube body 11 is instructed, and the discharge gas is discharged from the discharge tube body 11. Subsequently, based on the control of the main controller 8, the discharge gas control unit 6 instructs the gas supply unit 3 to increase the opening degree of the flow control valve 25. Gas is supplied. The amount of the buffer gas supplied into the discharge tube main body 11, that is, the pressure of the buffer gas is, as described above, the gas exhaust unit 4 controlled by the discharge gas control unit 6.
Flow control valve 29 of the gas supply unit 3 and the flow control valve 25 of the gas supply unit 3
Is set to the optimum pressure.

【0035】このように、放電管本体内の放電用バッフ
ァガスによる放電状態を検知可能な状態に光電変換素子
31を配置し、その出力に基づいて、レーザ共振器2す
なわち放電管内のバッファガスを放電特性の劣化を検知
した毎に入れ替えることにより、より短時間に金属蒸気
レーザ装置のレーザ発振を安定な状態にできる。これに
より、従来の目視による監視に比較して短時間で、高精
度に、また必要に応じて自動制御とすることができる。
As described above, the photoelectric conversion element 31 is arranged so that the discharge state due to the discharge buffer gas in the discharge tube main body can be detected, and based on the output thereof, the laser cavity 2, that is, the buffer gas in the discharge tube is discharged. By replacing the discharge characteristics each time the deterioration of the discharge characteristics is detected, the laser oscillation of the metal vapor laser device can be stabilized in a shorter time. As a result, automatic control can be performed in a shorter time, with higher accuracy, and as needed, as compared with conventional visual monitoring.

【0036】なお、放電管本体内のバッファガスは、そ
こから発生される放電光の光量すなわち光強度の変化を
光電変換素子31により検知した結果に基づいて、主制
御装置8の指示に対応する放電用ガス制御部6の制御に
より自動的に入れ替えられるので、放電管本体内の放電
用バッファガスの劣化による初期放電特性の劣化を監視
するために要求される要員やバッファガスの入れ替えの
ために必要な要員を削減できる。また、エネルギーの大
きな金属蒸気レーザ装置の近傍から、監視のための要員
を遠ざけることができ、監視のための要員に対する安全
性を高めることができる。
The buffer gas in the discharge tube main body corresponds to an instruction from the main controller 8 based on the result of detection of a change in light intensity, that is, a change in light intensity of discharge light generated therefrom by the photoelectric conversion element 31. Since the replacement is automatically performed under the control of the discharge gas control unit 6, it is necessary to monitor the deterioration of the initial discharge characteristics due to the deterioration of the discharge buffer gas in the discharge tube main body. The required personnel can be reduced. In addition, it is possible to keep the monitoring personnel away from the vicinity of the metal vapor laser device having a large energy, and it is possible to enhance the safety for the monitoring personnel.

【0037】なお、図1に示した初期放電監視部7を、
既に説明した光電変換素子31に変えてモニタカメラ
(ビデオカメラ)35によって行うようにしてもよい。
状態にあるいは両方同時に動作させてもよい。この場
合、図示しない監視室または監視用セクションにおい
て、管理要員により目視による出力レーザ光の光強度の
変動を合わせて監視することにより、出力レーザ光の出
力の変動を、より短い時間で捕捉できる。
The initial discharge monitoring unit 7 shown in FIG.
The monitoring may be performed by a monitor camera (video camera) 35 instead of the photoelectric conversion element 31 described above.
State or both may be operated simultaneously. In this case, the fluctuation of the output laser light output can be captured in a shorter time by monitoring the fluctuation of the light intensity of the output laser light visually by the management personnel in a monitoring room or a monitoring section (not shown).

【0038】なお、またこれら光電変換素子31および
カメラ35は、定位置に固定してもよいし、移動式とし
てモニタリングの必要に応じて用意してもよい。
The photoelectric conversion element 31 and the camera 35 may be fixed at a fixed position, or may be provided as a movable type as required for monitoring.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、レーザ共振器すなわち放電管本体内のバッファガス
による初期放電の状態を短時間に且つ正確に検知でき、
効率的に安定な金属蒸気レーザ発振に導くことができ
る。
As described above, according to the present invention, the state of the initial discharge caused by the buffer gas in the laser cavity, that is, the discharge tube body can be accurately detected in a short time.
It is possible to efficiently lead to stable metal vapor laser oscillation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態である金属蒸気レーザ装
置を示す概略図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a metal vapor laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した金属蒸気レーザ装置の出力光の光
強度の変動を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing a change in light intensity of output light of the metal vapor laser device shown in FIG.

【図3】従来の金属蒸気レーザ装置を示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional metal vapor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・金属蒸気レーザ装置、 2・・・レーザ共振器、 5・・・高圧電源装置、 6・・・放電用ガス制御部、 7・・・初期放電監視部、 11・・・放電管本体、 16・・・陽極、 17・・・陰極、 20・・・ガス供給管、 21・・・ガス排気管、 25・・・流量調整弁(供給側)、 28・・・排気ポンプ、 29・・・流量調整弁(排気側)、 30・・・パルス電圧発生回路、 31・・・光電変換素子、 32・・・判断回路、 33・・・蒸気源金属、 35・・・ビデオカメラ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal vapor laser device, 2 ... Laser resonator, 5 ... High voltage power supply device, 6 ... Discharge gas control part, 7 ... Initial discharge monitoring part, 11 ... Discharge tube Main unit, 16: anode, 17: cathode, 20: gas supply pipe, 21: gas exhaust pipe, 25: flow control valve (supply side), 28: exhaust pump, 29 ... Flow control valve (exhaust side), 30 ... Pulse voltage generation circuit, 31 ... Photoelectric conversion element, 32 ... Decision circuit, 33 ... Steam source metal, 35 ... Video camera.

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Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 放電管本体内部に蒸気源金属を保持し所
定の圧力の放電用バッファガスを導入し且つ電圧印加に
より初期放電を発生させ、上記蒸気源金属を蒸気化させ
てレーザ発振に導く金属蒸気レーザ装置において、 前記放電用バッファガスによる前記放電管本体内から出
る初期放電光を検知できる状態に光電変換素子を配置
し、前記光電変換素子により前記放電管本体内の放電用
バッファガスによる初期放電状態を検知し、それにより
該初期放電状態を制御するように構成したことを特徴と
する金属蒸気レーザ装置。
1. A discharge source gas is held inside a discharge tube body, a discharge buffer gas having a predetermined pressure is introduced, an initial discharge is generated by applying a voltage, and the vapor source metal is vaporized and led to laser oscillation. In the metal vapor laser device, a photoelectric conversion element is arranged so as to be able to detect initial discharge light from the inside of the discharge tube main body due to the discharge buffer gas, and the photoelectric conversion element causes the discharge buffer gas inside the discharge tube main body to be detected. A metal vapor laser device characterized by detecting an initial discharge state and controlling the initial discharge state accordingly.
【請求項2】 前記光電変換素子は、前記初期放電光の
光強度の変動を検出するものであることを特徴とする請
求項1記載の金属蒸気レーザ装置。
2. The metal vapor laser device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element detects a change in light intensity of the initial discharge light.
【請求項3】 前記光電変換素子は、前記初期放電光の
光強度の変化を検出するものであることを特徴とする請
求項1または請求項2記載の金属蒸気レーザ装置。
3. The metal vapor laser device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element detects a change in light intensity of the initial discharge light.
【請求項4】 前記光電変換素子は、前記放電管本体の
軸方向に沿った延長上外方に設けられていることを特徴
とする請求項1ないし請求項3のいづれかに記載の金属
蒸気レーザ装置。
4. The metal vapor laser according to claim 1, wherein said photoelectric conversion element is provided on an upper side extending outward along an axial direction of said discharge tube main body. apparatus.
【請求項5】 前記金属蒸気レーザ装置は、前記放電管
本体から出力される初期放電光の状態をビデオカメラで
検知しつつ、そのビデオ信号から上記初期放電光の光強
度信号を得ることを特徴とする請求項1ないし請求項4
のいづれかに記載の金属蒸気レーザ装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein the metal vapor laser device obtains a light intensity signal of the initial discharge light from the video signal while detecting a state of the initial discharge light output from the discharge tube main body with a video camera. Claim 1 to Claim 4
The metal vapor laser device according to any one of the above.
【請求項6】 前記金属蒸気レーザ装置は、前記光電変
換素子が出力する出力信号に応じて、前記電圧印加を停
止させ、前記放電管本体内から放電用バッファガスを排
気し、前記放電管本体内に新たな放電用バッファガスを
供給可能な制御装置を含むことを特徴とする請求項1な
いし請求項5のいづれかに記載の金属蒸気レーザ装置。
6. The metal-vapor laser apparatus stops the voltage application in response to an output signal output from the photoelectric conversion element, exhausts a discharge buffer gas from the discharge tube main body, and discharges the discharge tube gas from the discharge tube main body. 6. The metal vapor laser device according to claim 1, further comprising a control device capable of supplying a new discharge buffer gas therein.
【請求項7】 前記放電用バッファガスの排気および新
たな放電用バッファガスの供給は、電磁弁により制御さ
れることを特徴とする請求項6記載の金属蒸気レーザ装
置。
7. The metal vapor laser device according to claim 6, wherein the discharge of the discharge buffer gas and the supply of a new discharge buffer gas are controlled by a solenoid valve.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001276714A (en) * 2000-03-31 2001-10-09 Shibaura Mechatronics Corp Spinning treatment apparatus

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