JP2001326407A - Co2 pulsed laser device - Google Patents

Co2 pulsed laser device

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JP2001326407A
JP2001326407A JP2000143344A JP2000143344A JP2001326407A JP 2001326407 A JP2001326407 A JP 2001326407A JP 2000143344 A JP2000143344 A JP 2000143344A JP 2000143344 A JP2000143344 A JP 2000143344A JP 2001326407 A JP2001326407 A JP 2001326407A
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JP
Japan
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isotope
laser
gas
oscillation
laser device
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Application number
JP2000143344A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Suzuki
裕 鈴木
Hiroshi Araki
弘 荒木
Tetsuji Noda
哲二 野田
Koichi Yagi
晃一 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute for Materials Science
Original Assignee
National Institute for Materials Science
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CO2 pulsed laser device in which isotope CO2 is not consumed and in which a laser at a wavelength not available so far is oscillated stably for a longtime. SOLUTION: A gas introduction part (3) by which an isotope mixed gas containing at least one of isotope CO and the isotope CO2 is introduced as a laser gas and a CO2 regeneration part (4) wherein CO which is generated when CO2 is decomposed by a laser oscillation is recombined with O2 are connected to a laser-gas flow channel (2) to a laser head (1). The inside of a system is formed to be of an airtight structure.

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】この出願の発明は、CO2
ルスレーザ装置に関するものである。さらに詳しくは、
この出願の発明は、同位体CO2が消費されず、これま
でにない波長のレーザを長時間安定して発振することの
できるCO2パルスレーザ装置に関するものである。
The present invention relates to a CO 2 pulse laser device. For more information,
The invention of this application relates to a CO 2 pulse laser device capable of stably oscillating a laser having an unprecedented wavelength for a long time without consuming the isotope CO 2 .

【0002】[0002]

【従来の技術とその課題】CO2パルスレーザは、9〜
11μmの赤外波長域で最も出力の高い波長可変レーザ
であり、材料加工や同位体濃縮を含む光化学反応に利用
されている。特に同位体濃縮においては、B,C,S,
Siなどに適用されている他、U濃縮用のラマンレーザ
のドライバとして使用されてもいる。
2. Description of the Related Art CO 2 pulse lasers
It is a tunable laser with the highest output in the infrared wavelength region of 11 μm, and is used for photochemical reactions including material processing and isotope enrichment. Particularly in isotope enrichment, B, C, S,
Besides being applied to Si and the like, it is also used as a driver of a Raman laser for U concentration.

【0003】しかしながら、CO2パルスレーザは約100
本の特定発振線を有するが、その発振波長はCO2分子
の回転・振動準位により一義的に決まるため、CO2
ルスレーザの適用範囲ははなはだ制限されているのが実
情である。
However, a CO 2 pulse laser is about 100
Although a specific oscillation line is provided, since the oscillation wavelength is uniquely determined by the rotational and vibrational levels of the CO 2 molecule, the application range of the CO 2 pulse laser is in fact extremely limited.

【0004】天然のCO2はほぼ12Cと16Oから構成さ
れる。そこで、CO2分子のCとOをそれぞれ13C,14
C,17O,18O等の他の同位体に置換することにより、
質量差に基づく振動準位の違いによってレーザの発振波
長がずれ、波長の選択性が拡大されると期待される。
[0004] Natural CO 2 is composed of approximately 12 C and 16 O. Therefore, C and O of the CO 2 molecule are converted to 13 C and 14 C, respectively.
By substituting with other isotopes such as C, 17 O and 18 O,
It is expected that the oscillation wavelength of the laser shifts due to the difference in the vibration level based on the mass difference, and the wavelength selectivity is expanded.

【0005】だが、実際には、レーザ発振時にCO2
CO+1/2O2の分解反応が起こり、CO2は消費される
ため、レーザガスに多量のCO2ガスが必要とされる。
同位体ガスは希少で非常に高価であり、したがって、同
位体CO2パルスレーザはこれまでに実現されていな
い。
However, actually, CO 2
Since a decomposition reaction of CO + 1/2 O 2 occurs and CO 2 is consumed, a large amount of CO 2 gas is required for the laser gas.
Isotopic gases are scarce and very expensive, and thus, isotope CO 2 pulsed lasers have not been realized.

【0006】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、同位体CO2が消費されず、
これまでにない波長のレーザを長時間安定して発振する
ことのできるCO2パルスレーザ装置を提供することを
目的としている。
[0006] The invention of this application has been made in view of the above circumstances, and the isotope CO 2 is not consumed,
It is an object of the present invention to provide a CO 2 pulse laser device capable of stably oscillating a laser having an unprecedented wavelength for a long time.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、レーザヘッドへのレーザ
ガス流路に、同位体CO又は同位体CO2の少なくとも
いずれか一方を含む同位体混合ガスをレーザガスとして
導入するガス導入部と、レーザ発振によりCO 2が分解
して生ずるCOとO2を再結合させ、CO2に再生するC
2再生部が接続され、系内が密閉構造とされているこ
とを特徴とするCO2パルスレーザ装置(請求項1)を
提供する。
Means for Solving the Problems The invention of this application is as described above.
To solve the problem of laser
In the gas flow path, isotope CO or isotope COTwoAt least
Laser isotope mixed gas containing either one
Gas introduction part to introduce and CO by laser oscillation TwoIs disassembled
CO and O generatedTwoAre recombined and COTwoPlay to C
OTwoThe regeneration unit is connected and the inside of the system is sealed.
CO characterized by the followingTwoPulse laser device (Claim 1)
provide.

【0008】またこの出願の発明は、同位体COと同位
体CO2おいてC又はOの少なくともいずれか一方が同
位体混合物であり、同位体Cには12C及び14Cが選択さ
れ、同位体Oには16O及び18Oが選択されたこと(請求
項2)、及び同位体混合ガス中の16Oと18Oの量比が
1:1であること(請求項3)をそれぞれ好ましい態様
として提供する。
In the invention of this application, the isotope CO and the isotope CO 2 are such that at least one of C and O is an isotope mixture, and 12 C and 14 C are selected as the isotope C, It is preferable that 16 O and 18 O are selected for the isotope O (Claim 2), and that the ratio of the amount of 16 O to 18 O in the isotope mixed gas is 1: 1 (Claim 3). Provided as an embodiment.

【0009】以下、図面に沿ってこの出願の発明のCO
2パルスレーザ装置についてさらに詳しく説明する。
Hereinafter, the CO of the present invention will be described with reference to the drawings.
The two- pulse laser device will be described in more detail.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】この出願の発明のCO2パルスレ
ーザ装置では、レーザヘッドへのレーザガス流路に上記
の通りのCO2再生部が接続され、系内が密閉構造とな
っているため、レーザ発振によりCO2が分解して生じ
たCOとO2を再結合させ、CO2に再生し、同位体CO
2の混合ガスは、封じられた状態でレーザヘッドへ戻す
ことができる。これにより、同位体CO2の消費が解消
され、同位体ガスが希少で非常に高価であることの影響
が緩和される。また、これまでにない波長のレーザを長
時間安定して発振することができ、連続運転が可能とな
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the CO 2 pulse laser device of the invention of the present application, the CO 2 regenerating section is connected to the laser gas flow path to the laser head as described above, and the inside of the system has a closed structure. CO and O 2 generated by decomposition of CO 2 by laser oscillation are recombined and regenerated to CO 2 , and the isotope CO
The mixed gas of 2 can be returned to the laser head in a sealed state. This eliminates isotope CO 2 consumption and mitigates the impact of the scarce and very expensive isotope gas. Further, a laser having an unprecedented wavelength can be stably oscillated for a long time, and continuous operation can be performed.

【0011】この出願の発明のCO2パルスレーザ装置
の具体的な構成は、例えば図1のブロック図に示すこと
ができる。
A specific configuration of the CO 2 pulse laser device of the present invention can be shown, for example, in a block diagram of FIG.

【0012】この図1に示したように、例えばこの出願
の発明のCO2パルスレーザ装置では、レーザヘッド
(1)へのレーザガス流路(2)に同位体CO又は同位
体CO 2の少なくともいずれか一方を含む同位体混合ガ
スをレーザガスとして導入するガス導入部(3)が接続
される。同位体混合ガスは、ガス導入部(3)からレー
ザガス流路(2)を通ってレーザヘッド(1)に供給さ
れ、レーザ発振に供される。
As shown in FIG. 1, for example,
Invention COTwoIn a pulse laser device, a laser head
Isotope CO or isotope in laser gas flow path to (1) (2)
Body CO TwoIsotope mixed gas containing at least one of
Gas introduction part (3) that introduces gas as laser gas is connected
Is done. The isotope mixed gas flows from the gas inlet (3)
Supplied to the laser head (1) through the gas flow path (2).
And used for laser oscillation.

【0013】また、レーザガス流路(2)には、前述の
通りのCO2再生部(4)が接続される。このCO2再生
部(4)には、例えば図1に示したように、レーザ発振
によりCO2が分解して生じたCOとO2を再結合させる
触媒(4a)を用いることができる。触媒(4a)に
は、白金(Pt)をはじめ、パラジウム(Pd)、酸化
ニッケル(NiO)、酸化銅(CuO)等が例示され
る。勿論、CO2再生部(4)にはこのような触媒(4
a)以外の適宜なものを採用することも可能である。例
えば、プラズマ分解や光分解によりCOを分解し、CO
2を再生する等が例示される。
Further, the CO 2 regenerating section (4) as described above is connected to the laser gas flow path (2). As the CO 2 regeneration section (4), for example, as shown in FIG. 1, a catalyst (4a) for recombining CO and O 2 generated by decomposition of CO 2 by laser oscillation can be used. Examples of the catalyst (4a) include platinum (Pt), palladium (Pd), nickel oxide (NiO), copper oxide (CuO), and the like. Of course, such a catalyst (4) is provided in the CO 2 regeneration section (4).
It is also possible to adopt an appropriate one other than a). For example, CO is decomposed by plasma decomposition or photo decomposition, and CO is decomposed.
For example, reproduction of 2 is performed.

【0014】さらにこの出願の発明のCO2パルスレー
ザ装置では、図1に示したように、レーザガス流路
(2)に、圧力調整器(5)、ダイアフラムポンプ
(6)、マスフローメータ(7)、フィルタ(8)等を
接続することができる。また、レーザガス流路(2)に
は排気路(9)を接続し、この排気路(9)にバルブ
(10)及びロータリーポンプ(11)を接続すること
もできる。なお、この場合においても、この出願の発明
のCO2パルスレーザ装置では、前述の通り、系内は密
閉構造とされ、密閉状態を維持することができるように
なっている。
Further, in the CO 2 pulse laser device of the invention of this application, as shown in FIG. 1, a pressure regulator (5), a diaphragm pump (6), a mass flow meter (7) are provided in a laser gas flow path (2). , A filter (8) and the like. Further, an exhaust path (9) can be connected to the laser gas flow path (2), and a valve (10) and a rotary pump (11) can be connected to the exhaust path (9). In this case as well, in the CO 2 pulse laser device of the invention of this application, as described above, the inside of the system has a sealed structure, and the sealed state can be maintained.

【0015】この図1に示したCO2パルスレーザ装置
においてレーザ発振する際には、まず排気路(9)に接
続されたバルブ(10)を開放し、ロータリーポンプ
(11)を作動させ、系内を真空引きした後、ガス導入
部(3)から同位体混合ガスを所定量レーザガス流路
(2)に導入し、次いでバルブ(11)を閉鎖し、系内
を密閉する。この後、ダイヤフラムポンプ(7)を作動
させ、レーザガスとしての同位体混合ガスを系内に循環
させながら、レーザヘッド(1)においてレーザ発振さ
せる。
When laser oscillation is performed in the CO 2 pulse laser apparatus shown in FIG. 1, first, the valve (10) connected to the exhaust path (9) is opened, the rotary pump (11) is operated, and the system is operated. After evacuating the inside, a predetermined amount of the isotope mixed gas is introduced into the laser gas flow path (2) from the gas introduction section (3), and then the valve (11) is closed to close the system. Thereafter, the diaphragm pump (7) is operated, and laser is oscillated in the laser head (1) while circulating the isotope mixed gas as a laser gas in the system.

【0016】ガス導入部(3)から系内に導入する同位
体混合ガス中の同位体COと同位体CO2は、C又はO
の少なくともいずれか一方が同位体混合物であり、例え
ば、同位体Cには12C及び14Cが選択され、同位体Oに
16O及び18Oが選択される。このようにレーザヘッド
(1)に同位体CO、同位体CO2の同位体混合ガスを
供給することにより、16O−C−18Oにおいて質量差に
基づく非対称振動が起こり、自然同位体比のCO2では
CO2分子の対称性のために起こり得ない奇数の回転準
位の発振が得られる。この奇数の回転準位の発振、具体
的には後述するようなP17及びP19ラインを確実に
得るためには、同位体混合ガスの16Oと18Oの量比を
1:1とするのが好ましい。
The isotope CO and the isotope CO 2 in the isotope mixed gas introduced into the system from the gas introduction part (3) are C or O
Is an isotope mixture. For example, 12 C and 14 C are selected for isotope C, and 16 O and 18 O are selected for isotope O. By supplying the isotope CO and the isotope mixed gas of the isotope CO 2 to the laser head (1) in this manner, asymmetric vibration based on the mass difference occurs in 16 O—C— 18 O, and the natural isotope ratio is reduced. In CO 2 , an oscillation of an odd number of rotational levels that cannot occur due to the symmetry of the CO 2 molecule is obtained. In order to reliably obtain the oscillation of the odd rotational level, specifically, the P17 and P19 lines described later, it is necessary to set the quantity ratio of 16 O and 18 O in the isotope mixed gas to 1: 1. preferable.

【0017】[0017]

【実施例】図1に示したこの出願の発明のCO2パルス
レーザ装置において、ガス導入部(3)からレーザガス
流路(1)にレーザガスとして5%C182+3%C16
2+4%C16O+16%N2+72%He(16O/18
=1)を導入し、また、CO2再生部(4)でCO2の再
生を行い、同位体混合ガスを系内を循環させながらレー
ザヘッド(1)において繰り返し数10Hzでレーザを
発振させ、レーザビームを図1に示した赤外分光器(1
2)で測定した。レーザビームのエネルギーがほぼ安定
した27.8時間後の10P域の発振波長ラインとそのレー
ザエネルギーを示したのが表1である。
In CO 2 pulsed laser apparatus of the invention of this application shown in EXAMPLES 1, 5% as a laser gas gas introduction section (3) to the laser gas passage (1) C 18 O 2 + 3% C 16
O 2 + 4% C 16 O + 16% N 2 + 72% He ( 16 O / 18 O
= 1) was introduced, also, CO 2 performs reproduction of CO 2 in the reproducing unit (4), to oscillate the laser at a repetition number 10Hz in the laser head (1) with an isotope gas mixture is circulated in the system, Infrared spectrometer (1) shown in FIG.
It was measured in 2). Table 1 shows the oscillation wavelength line in the 10P region after 27.8 hours when the energy of the laser beam is almost stabilized and the laser energy.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】自然同位体比のCO2で得られる偶数ライ
ンの他に、P17及びP19という奇数ラインの発振が
観察された。
Oscillations of odd lines P17 and P19 were observed in addition to the even lines obtained with CO 2 having a natural isotope ratio.

【0020】図2は、P17及びP19ラインの出力エ
ネルギーの時間変化を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the change over time in the output energy of the P17 and P19 lines.

【0021】この図2から確認されるように、これら奇
数ラインの発振は約16時間後にレーザエネルギーがほ
ぼ一定となり、約28時間後(106ショット)までほ
ぼ安定なレーザ発振が得られている。これまでにない波
長のレーザ発振が長時間安定して得られることが確認さ
れる。
As can be seen from FIG. 2, in the oscillation of these odd lines, the laser energy becomes almost constant after about 16 hours, and almost stable laser oscillation is obtained after about 28 hours (10 6 shots). . It is confirmed that laser oscillation of an unprecedented wavelength can be stably obtained for a long time.

【0022】勿論、この出願の発明は、以上の実施形態
及び実施例によって限定されるものではない。装置の各
部位の具体的構成、同位体の種類及び量比等の細部につ
いては様々な態様が可能であることは言うまでもない。
Of course, the invention of this application is not limited by the above embodiments and examples. It goes without saying that various aspects are possible for details such as the specific configuration of each part of the apparatus, the type of isotope, and the quantitative ratio.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、同位体CO2が消費されず、これまでにな
い波長のレーザを長時間安定して発振することができ
る。
As described in detail above, according to the invention of this application, the isotope CO 2 is not consumed, and a laser having an unprecedented wavelength can be stably oscillated for a long time.

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

【図1】この出願の発明のCO2パルスレーザ装置の一
実施形態を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a CO 2 pulse laser device according to the present invention.

【図2】P17及びP19ラインの出力エネルギーの時
間変化を示したグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a time change of output energy of lines P17 and P19.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザヘッド 2 レーザガス流路 3 ガス導入部 4 CO2再生部 4a 触媒 5 圧力調整器 6 ダイアフラムポンプ 7 マスフローメータ 8 フィルタ 9 排気路 10 バルブ 11 ロータリーポンプ 12 赤外分光器1 Laser head 2 Laser gas flow path 3 Gas introduction section 4 CO 2 regeneration section 4a Catalyst 5 Pressure regulator 6 Diaphragm pump 7 Mass flow meter 8 Filter 9 Exhaust path 10 Valve 11 Rotary pump 12 Infrared spectroscope

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八木 晃一 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 Fターム(参考) 5F071 AA05 BB05 HH02 HH03 JJ05 JJ08 JJ10  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Koichi Yagi, 1-2-1, Sengen, Tsukuba, Ibaraki Pref.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザヘッドへのレーザガス流路に、同
位体CO又は同位体CO2の少なくともいずれか一方を
含む同位体混合ガスをレーザガスとして導入するガス導
入部と、レーザ発振によりCO2が分解して生ずるCO
とO2を再結合させ、CO2に再生するCO2再生部が接
続され、系内が密閉構造とされていることを特徴とする
CO2パルスレーザ装置。
1. A gas introduction unit for introducing, as a laser gas, an isotope mixed gas containing at least one of isotope CO and isotope CO 2 into a laser gas flow path to a laser head, and CO 2 is decomposed by laser oscillation. CO
And O 2 was recombined, CO 2 reproduction unit for reproducing the CO 2 is connected, CO 2 pulse laser apparatus, wherein a the system is a sealed structure.
【請求項2】 同位体COと同位体CO2おいてC又は
Oの少なくともいずれか一方が同位体混合物であり、同
位体Cには12C及び14Cが選択され、同位体Oには16
及び18Oが選択された請求項1記載のCO2パルスレー
ザ装置。
2. A isotopes CO and isotopic CO 2 Oite C or at least one of O is an isotope mixture, the isotope C is selected 12 C and 14 C, isotopes O 16 O
And 18 O is CO 2 pulse laser apparatus is selected according to claim 1, wherein.
【請求項3】 同位体混合ガス中の16Oと18Oの量比が
1:1である請求項2記載のCO2パルスレーザ装置。
3. The CO 2 pulse laser device according to claim 2, wherein the quantity ratio of 16 O to 18 O in the isotope mixed gas is 1: 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112424696A (en) * 2018-07-17 2021-02-26 车桐镐 Gas component monitoring device of gas laser

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CN112424696A (en) * 2018-07-17 2021-02-26 车桐镐 Gas component monitoring device of gas laser

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