JP2002050819A - Metal vapor laser device - Google Patents

Metal vapor laser device

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JP2002050819A
JP2002050819A JP2000233133A JP2000233133A JP2002050819A JP 2002050819 A JP2002050819 A JP 2002050819A JP 2000233133 A JP2000233133 A JP 2000233133A JP 2000233133 A JP2000233133 A JP 2000233133A JP 2002050819 A JP2002050819 A JP 2002050819A
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JP
Japan
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discharge
metal vapor
discharge tube
laser device
temperature
Prior art date
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Application number
JP2000233133A
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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 for controlling a discharge tube temperature rapidly, safely, and reliably. SOLUTION: The metal vapor laser device 1 supplies a pulse voltage of 20 kV with a repeating frequency of 0.5 kHz, for example, in 45 minutes after a high-voltage pulse with a specific repeating frequency where the frequency has been changed appropriately by a repeating frequency-control device 25 is subjected to power supply failure, re-applies a pulse voltage of 20 kV with a repeating frequency of 0.2 kHz in additional 75 minutes, and safely turns off power when the temperature of the discharge tube reaches approximately 200 deg.C.

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、特に金属蒸気源が放電管内壁に付着するこ
とで生じる熱応力を低減させ、放電管の健全性を保つ機
構に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal vapor laser device, and more particularly to a mechanism for reducing thermal stress caused by a metal vapor source adhering to an inner wall of a discharge tube and maintaining the integrity of the discharge tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、周知の金属蒸気レーザ装置の一
例を示す概略図である。図3に示されるように、金属蒸
気レーザ装置1は、放電管5の主要部となる円筒状のセ
ラミック管2と、このセラミック管2の軸上の両端部の
接続部2a,2bを介してセラミック管2の両端部に接
続された陽極3および陰極4を有している。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a schematic view showing an example of a known metal vapor laser device. As shown in FIG. 3, the metal vapor laser device 1 includes a cylindrical ceramic tube 2 serving as a main portion of a discharge tube 5 and connection portions 2 a and 2 b at both ends on the axis of the ceramic tube 2. It has an anode 3 and a cathode 4 connected to both ends of a ceramic tube 2.

【0003】放電管5の軸上であって、陽極3および陰
極4のそれぞれの外側に位置する部分には、一対の電極
フランジ6a,6bが設けられている。なお、それぞれ
の電極フランジ6a,6bは、放電管5の外表面を包囲
するように設けられる断熱材7の外周を覆う絶縁管8を
支持する外筒9に設けられる。
A pair of electrode flanges 6a and 6b are provided on the axis of the discharge tube 5 and outside the anode 3 and the cathode 4, respectively. Each of the electrode flanges 6a and 6b is provided on an outer cylinder 9 that supports an insulating tube 8 that covers the outer periphery of a heat insulating material 7 that is provided so as to surround the outer surface of the discharge tube 5.

【0004】電極フランジ6a,6bの軸線上の外側で
あって、放電管5の軸上には、一対のブリュスタ管10
a,10bが接続されている。これらブリュスタ管10
a,10bの開口部(放電管5の軸上の延長上)には、
対をなす窓11a,11bが取り付けられ、それぞれの
窓11a,11bの外側に設けられる出力ミラー12と
全反射ミラー13とにより、レーザ共振器が構成されて
いる。
A pair of Brewster tubes 10 is located outside the axis of the electrode flanges 6 a and 6 b and on the axis of the discharge tube 5.
a and 10b are connected. These Brewster tubes 10
a, 10b (on the axial extension of the discharge tube 5)
A pair of windows 11a and 11b are attached, and an output mirror 12 and a total reflection mirror 13 provided outside the windows 11a and 11b form a laser resonator.

【0005】なお、同図の左側に示されるブリュスタ管
10bには、放電管5内に放電ガスとして、例えばネオ
ン(Ne)ガスを供給するガス供給管14が接続され、
また同図の右側に示されるブリュスタ管10aには、放
電管5内のガスを排気するガス排気管15が接続されて
いる。
[0005] A gas supply pipe 14 for supplying, for example, a neon (Ne) gas as a discharge gas into the discharge tube 5 is connected to the Brewster tube 10b shown on the left side of FIG.
A gas exhaust pipe 15 for exhausting gas in the discharge tube 5 is connected to the blaster tube 10a shown on the right side of FIG.

【0006】ガス排気管15には、圧力計16、流量調
整弁17および真空排気ポンプ18が接続され、放電管
5内のガス圧が例えば一定に制御される。なお、圧力計
16、流量調整弁17および真空排気ポンプ18によ
り、放電管5の内部に複数配置される金属蒸発源19の
入れ替え時等における排気も管理される。
A pressure gauge 16, a flow regulating valve 17, and a vacuum pump 18 are connected to the gas exhaust pipe 15, and the gas pressure in the discharge tube 5 is controlled to be constant, for example. The pressure gauge 16, the flow control valve 17, and the vacuum exhaust pump 18 also manage the evacuation at the time of exchanging a plurality of metal evaporation sources 19 arranged inside the discharge tube 5.

【0007】ガス供給管14には、図示しないバッファ
ガス供給源が接続され、供給弁20を通じて所定量のバ
ッファガスが放電管5内に供給される。
[0007] A buffer gas supply source (not shown) is connected to the gas supply pipe 14, and a predetermined amount of buffer gas is supplied into the discharge tube 5 through a supply valve 20.

【0008】なお、外筒9は、陽極3に電源を供給する
電極フランジ6aと陰極4に電源を供給する電極フラン
ジ6bとの間に所定の電位差を与えるために長さ方向の
概ね中央もしくはその近傍で2分割されていて、電圧供
給フランジ21a,21bとして機能する。
The outer cylinder 9 is provided at a substantially central portion in the longitudinal direction or at the center thereof in order to provide a predetermined potential difference between the electrode flange 6a for supplying power to the anode 3 and the electrode flange 6b for supplying power to the cathode 4. It is divided into two parts in the vicinity and functions as voltage supply flanges 21a and 21b.

【0009】電圧供給フランジ21a,21bは、充電
用抵抗22により相互に接続され、両フランジ21a,
21bの間には、コンデンサ、インダクタおよび高速ス
イッチング素子等により構成され、パルス成型器24に
より生成されたパルスに同期して所定の繰り返し周波数
でオン/オフされる高電圧パルス電源23から、高速で
高電圧のパルス電圧が印加される。
The voltage supply flanges 21a and 21b are connected to each other by a charging resistor 22, and the two flanges 21a and 21b are connected to each other.
A high-voltage pulse power supply 23, which includes a capacitor, an inductor, a high-speed switching element, and the like, is turned on / off at a predetermined repetition frequency in synchronization with the pulse generated by the pulse reshaping device 24 at a high speed during a period 21b. A high pulse voltage is applied.

【0010】このような金属蒸気レーザ装置1では、放
電管5内に、放電用バッファガスを供給し、陽極3と陰
極4との間に、パルス電源23から高速パルス電圧を印
加して放電プラズマを形成する。なお、パルス電源23
は、パルス成型器24から供給されるパルスタイミング
信号に同期して、例えば、1秒間に数千回の繰り返し周
波数のパルス電圧を発生する。
In such a metal vapor laser device 1, a discharge buffer gas is supplied into the discharge tube 5, and a high-speed pulse voltage is applied between the anode 3 and the cathode 4 from the pulse power supply 23 to discharge plasma. To form The pulse power source 23
Generates a pulse voltage having a repetition frequency of several thousand times per second, for example, in synchronization with the pulse timing signal supplied from the pulse shaper 24.

【0011】以下、放電プラズマにより放電管5内が高
温に加熱され、金属蒸気源19からレーザ媒体としての
蒸気化された銅粒子すなわち金属蒸気が生成され、この
金属蒸気が放電管5内に拡散した放電プラズマ中の自由
電子により励起されることで、励起された金属蒸気が低
いエネルギー準位に遷移する際にレーザ光が発振され
る。
Thereafter, the inside of the discharge tube 5 is heated to a high temperature by the discharge plasma, and vaporized copper particles, ie, metal vapor, as a laser medium are generated from the metal vapor source 19, and the metal vapor diffuses into the discharge tube 5. The laser beam is oscillated when the excited metal vapor transitions to a low energy level by being excited by the free electrons in the discharged discharge plasma.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、金属蒸気源
の設置等のレーザ装置の分解、組立直後および空気の侵
入の可能性が生じる長時間運転停止直後の運転再開始時
には、バッファガス中に空気や水分等が混入して、これ
が放電管5の主要部であるセラミック管2の構造材に付
着して放電抵抗が上昇し、放電を不安定にするため、レ
ーザ発振が可能な温度まで放電管5の内部温度が上昇
し、そのとき安定した放電が得られるようになるまでの
間、放電状態の悪化有無を目視で確認後、空気や水分等
が混入したバッファガスを真空排気し、その後新たにバ
ッファガスを注入して再び放電を開始する操作を繰り返
すといういわゆる焼出し工程および脱気運転が必要であ
る。
By the way, when the laser device is disassembled and installed, such as the installation of a metal vapor source, and immediately after a long-time operation that may cause air intrusion, the operation is restarted immediately after the air has been introduced into the buffer gas. Water and the like, which adhere to the structural material of the ceramic tube 2 which is the main part of the discharge tube 5 and increase the discharge resistance and make the discharge unstable, so that the discharge tube reaches a temperature at which laser oscillation is possible. Until the internal temperature of 5 rises and a stable discharge can be obtained at that time, after visually confirming whether or not the discharge state has deteriorated, the buffer gas mixed with air, moisture, or the like is evacuated, and then a new gas is discharged. A so-called bake-out process and a deaeration operation are required in which the operation of injecting a buffer gas into the gas and restarting the discharge is repeated.

【0013】しかし、金属蒸気レーザ装置において放電
が悪化することがあり、この放電の悪化は、放電管5の
内壁すなわちセラミック管2に放電プラズマが接触する
ことによるセラミック管2の破損を招くおそれがあるほ
か、放電で生じていた電気エネルギーの放電抵抗の上昇
によって、放電回路内の電気素子の異常過熱による破損
を招くため、放電悪化が生じたならば、直ちに放電管の
温度を低下させる必要があり、放電を停止しなければな
らない。
However, the discharge may be deteriorated in the metal vapor laser device, and the deterioration of the discharge may cause breakage of the ceramic tube 2 due to the discharge plasma coming into contact with the inner wall of the discharge tube 5, that is, the ceramic tube 2. In addition, an increase in the discharge resistance of the electric energy generated by the discharge causes damage to the electric elements in the discharge circuit due to abnormal overheating, so if the discharge deteriorates, it is necessary to immediately lower the temperature of the discharge tube. Yes, the discharge must be stopped.

【0014】上述したように放電の悪化で直ちに放電管
温度を低下させる操作を行うことでレーザ装置の健全性
が得られるが、放電管等の温度変化が大きくなるため、
放電管の破損等、健全性に問題が生じるほか、焼出し、
脱気運転時は、レーザ装置の放電を監視し、操作する人
員が必要になる。
As described above, the soundness of the laser device can be obtained by performing the operation of immediately lowering the discharge tube temperature due to the deterioration of the discharge. However, since the temperature change of the discharge tube and the like becomes large,
In addition to problems with soundness, such as damage to the discharge tube,
During the deaeration operation, personnel for monitoring and operating the discharge of the laser device are required.

【0015】また、レーザ発振の不要時には、装置の健
全性や省エネルギーの点で、または安全性等からレーザ
発振運転を停止するために、放電を停止して放電管等の
温度を室温まで冷却するが、金属蒸気が発生する温度か
ら室温まで冷却する過程で金属蒸気源とセラミック製放
電管との間に大きな熱応力が加わり、放電管が破損する
ことが考えられる。
When laser oscillation is not required, the discharge is stopped and the temperature of the discharge tube or the like is cooled down to room temperature in order to stop the laser oscillation operation from the viewpoint of soundness and energy saving of the apparatus or from the viewpoint of safety. However, it is conceivable that a large thermal stress is applied between the metal vapor source and the ceramic discharge tube in the process of cooling from the temperature at which metal vapor is generated to room temperature, and the discharge tube is damaged.

【0016】この放電悪化に際して放電管温度を低下さ
せるためには、印加する電圧を低下させる方法がある
が、放電は、電極間距離、放電ガスの圧力、不純物ガス
濃度等を所定の条件とした場合に、所定の大きさの電
圧、例えば銅蒸気レーザ装置の例では約5kV/mを印
加しないと放電が生じないため、放電管温度を低下させ
ることは困難であり、実質的に放電自体を停止すること
が要求される。
In order to lower the discharge tube temperature when the discharge deteriorates, there is a method of lowering the applied voltage. The discharge is performed under predetermined conditions such as the distance between the electrodes, the pressure of the discharge gas, the impurity gas concentration, and the like. In this case, since a discharge does not occur unless a voltage of a predetermined magnitude, for example, about 5 kV / m is applied in the example of the copper vapor laser device, it is difficult to lower the discharge tube temperature, and the discharge itself is substantially reduced. It is required to stop.

【0017】しかしながら、レーザ装置を停止させる場
合には、放電管が急激に冷却されることで破損する恐れ
が有り、破損による放電管の交換には、多大のコストを
要する。
However, when the laser device is stopped, the discharge tube may be rapidly cooled and may be damaged, and replacement of the discharge tube due to the damage requires a great deal of cost.

【0018】この発明の目的は、迅速且つ安全、確実に
放電管温度を制御することのできる金属蒸気レーザ装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a metal vapor laser device capable of controlling a discharge tube temperature quickly, safely and reliably.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、金属蒸気源を保持し、所
定の圧力の放電用ガスを満たした放電管を高速パルス放
電により加熱して金属蒸気を発生させてレーザ光を得る
金属蒸気レーザ装置において、前記パルス放電の繰り返
し周波数を制御して前記放電管の温度を制御することを
可能にする制御装置を設けたことを特徴とする金属蒸気
レーザ装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made based on the above-mentioned problems, and has a metal vapor source and heats a discharge tube filled with a discharge gas at a predetermined pressure by high-speed pulse discharge. A metal vapor laser device for generating a laser beam by generating a metal vapor by providing a control device capable of controlling the repetition frequency of the pulse discharge to control the temperature of the discharge tube. It is a metal vapor laser device.

【0020】[0020]

【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、この発明の実
施の形態が適用される金属蒸気レーザ装置の一例を示す
概略図である。図1に示すように、金属蒸気レーザ装置
1は、放電管5の主要部となる円筒状のセラミック管2
と、このセラミック管2の軸上の両端部の接続部2a,
2bを介して、セラミック管2の両端部に接続された陽
極3および陰極4を有している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a metal vapor laser device to which an embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, a metal vapor laser device 1 includes a cylindrical ceramic tube 2 serving as a main part of a discharge tube 5.
And connecting portions 2a at both ends on the axis of the ceramic tube 2.
An anode 3 and a cathode 4 are connected to both ends of the ceramic tube 2 via 2b.

【0021】放電管5の軸上であって、陽極3および陰
極4のそれぞれの外側に位置する部分には、一対の電極
フランジ6a,6bが設けられている。なお、それぞれ
の電極フランジ6a,6bは、放電管5の外表面を包囲
するように設けられる断熱材7の外周を覆う絶縁管8を
支持する外筒9に設けられる。
A pair of electrode flanges 6a and 6b are provided on the axis of the discharge tube 5 and outside the anode 3 and the cathode 4, respectively. Each of the electrode flanges 6a and 6b is provided on an outer cylinder 9 that supports an insulating tube 8 that covers the outer periphery of a heat insulating material 7 that is provided so as to surround the outer surface of the discharge tube 5.

【0022】電極フランジ6a,6bの軸線上の外側で
あって、放電管5の軸上には、一対のブリュスタ管10
a,10bが、接続されている。これらブリュスタ管1
0a,10bの開口部(放電管5の軸上の延長上)に
は、対をなす窓11a,11bが取り付けられ、それぞ
れの窓11a,11bの外側に設けられる出力ミラー1
2と全反射ミラー13とにより、光発振器が形成されて
いる。
A pair of Brewster tubes 10 are located outside the axis of the electrode flanges 6 a and 6 b and on the axis of the discharge tube 5.
a and 10b are connected. These Brewster tubes 1
A pair of windows 11a and 11b are attached to openings (on the extension on the axis of the discharge tube 5) of the openings 0a and 10b, and an output mirror 1 provided outside the windows 11a and 11b.
An optical oscillator is formed by 2 and the total reflection mirror 13.

【0023】なお、同図の左側に示されるブリュスタ管
10bには、放電管5内に放電ガスとして、例えばネオ
ン(Ne)ガスを供給するガス供給管14が接続され、
また同図の右側に示されるブリュスタ管10aには、放
電管5内のガスを排気するガス排気管15が接続されて
いる。
A gas supply pipe 14 for supplying, for example, neon (Ne) gas as a discharge gas into the discharge tube 5 is connected to the blaster tube 10b shown on the left side of FIG.
A gas exhaust pipe 15 for exhausting gas in the discharge tube 5 is connected to the blaster tube 10a shown on the right side of FIG.

【0024】ガス排気管15には、圧力計16、流量調
整弁17および真空排気ポンプ18が接続され、放電管
5内のガス圧が例えば一定に制御される。なお、圧力計
16、流量調整弁17および真空排気ポンプ18によ
り、放電管5内部に複数配置される金属蒸発源19の入
れ替え時等における排気も管理される。
The gas exhaust pipe 15 is connected to a pressure gauge 16, a flow control valve 17, and a vacuum exhaust pump 18 so that the gas pressure in the discharge tube 5 is controlled to be constant, for example. The evacuation of the plurality of metal evaporation sources 19 arranged inside the discharge tube 5 is also controlled by the pressure gauge 16, the flow control valve 17, and the vacuum exhaust pump 18.

【0025】ガス供給管14には、図示しないバッファ
ガス供給源が接続され、供給弁20を通じて所定量のバ
ッファガスが放電管5内に供給される。
A buffer gas supply source (not shown) is connected to the gas supply pipe 14, and a predetermined amount of buffer gas is supplied into the discharge tube 5 through a supply valve 20.

【0026】なお、外筒9は、陽極3に電源を供給する
電極フランジ6aと陰極4に電源を供給する電極フラン
ジ6bとの間に所定の電位差を与えるために長さ方向の
概ね中央もしくはその近傍で2分割されていて、電圧供
給フランジ21a,21bとして機能する。
The outer cylinder 9 is provided at a substantially central portion in the longitudinal direction or at the center thereof in order to give a predetermined potential difference between the electrode flange 6a for supplying power to the anode 3 and the electrode flange 6b for supplying power to the cathode 4. It is divided into two parts in the vicinity and functions as voltage supply flanges 21a and 21b.

【0027】電圧供給フランジ21a,21bは、充電
用抵抗22により相互に接続され、両フランジ21a,
21bの間には、例えばコンデンサ、インダクタおよび
高速スイッチング素子等により構成され、パルス成型器
24により生成されたパルスに同期して所定の繰り返し
周波数でオン/オフされる高電圧パルス電源23からの
高速で高電圧のパルス電圧が印加される。
The voltage supply flanges 21a and 21b are connected to each other by a charging resistor 22, and the two flanges 21a and 21b are connected to each other.
Between 21b, for example, a high-speed pulse from a high-voltage pulse power supply 23, which is constituted by a capacitor, an inductor, a high-speed switching element, and the like, is turned on / off at a predetermined repetition frequency in synchronization with a pulse generated by the pulse shaper 24, , A high voltage pulse voltage is applied.

【0028】高電圧パルス電源23は、図示しないコン
デンサに充電された電荷を高速スイッチ素子により、立
上り時間がほぼ10−7秒以下で、電圧が十数kVない
し数十kV、かつ繰返り周波数が数kHzないし数十k
Hzの高速で高電圧のパルス電圧を出力可能に構成され
ている。なお、高電圧パルス電源23は、パルス成型器
24から供給されるパルスに同期してパルス電圧発生タ
イミングが制御される。また、パルス成型器24は、繰
り返し周波数制御装置25から入力されるパルス幅と周
期が任意の幅および周期であるパルス周波数により、任
意の幅および周期のパルス信号を出力可能に構成されて
いる。
The high-voltage pulse power supply 23 uses a high-speed switch element to charge the electric charge stored in a capacitor (not shown) with a rise time of approximately 10 −7 seconds or less, a voltage of several tens to several tens of kV, and a repetition frequency of Several kHz to tens of k
It is configured to be able to output a high-voltage pulse voltage at a high speed of Hz. The high-voltage pulse power supply 23 controls the pulse voltage generation timing in synchronization with the pulse supplied from the pulse reshaping device 24. Further, the pulse reshaping device 24 is configured to be able to output a pulse signal having an arbitrary width and cycle according to a pulse frequency input from the repetition frequency control device 25 and having an arbitrary width and cycle.

【0029】次に、上述した金属蒸気レーザ装置1の動
作を説明する。まず、排気ポンプ18を作動させて、放
電管5内を排気し、その排気後、ガス供給管14から例
えばネオンガスを放電管5内に注入する。この時、放電
用バッファガスが注入されて上昇した放電管5内のバッ
ファガス圧力は、圧力計16によって測定され、この測
定値が予め設定された圧力値になるように、図示しない
ガス圧制御器によって自動流量調節弁17が動作され、
放電管5内のバッファガスの排出量が調整されて放電管
5内の圧力が設定値に制御される。
Next, the operation of the above-described metal vapor laser device 1 will be described. First, the exhaust pump 18 is operated to evacuate the inside of the discharge tube 5, and thereafter, for example, neon gas is injected into the discharge tube 5 from the gas supply tube 14. At this time, the pressure of the buffer gas in the discharge tube 5 which has been increased by the injection of the buffer gas for discharge is measured by the pressure gauge 16, and a gas pressure control (not shown) is performed so that the measured value becomes a preset pressure value. The automatic flow control valve 17 is operated by the vessel,
The discharge amount of the buffer gas in the discharge tube 5 is adjusted, and the pressure in the discharge tube 5 is controlled to a set value.

【0030】次に、放電回路、すなわち高速パルス電源
23およびパルス成型器24を作動させて放電管5内に
プラズマを生起させ、このプラズマによって、金属蒸気
源19が金属蒸気を生成し得る温度まで昇温させる。な
お、レーザ発振に必要な温度は、例えば金属蒸気源19
が銅の場合には、約1500°Cである。
Next, the discharge circuit, that is, the high-speed pulse power supply 23 and the pulse shaper 24 are operated to generate plasma in the discharge tube 5, and the plasma causes the metal vapor source 19 to reach a temperature at which the metal vapor source 19 can generate metal vapor. Raise the temperature. The temperature required for laser oscillation is, for example, a metal vapor source 19
Is about 1500 ° C.

【0031】この状態が保持されることにより、放電管
5内に金属蒸気が一様に分布する。この金属蒸気にプラ
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5内は、反転分布の状態となる。この状態で、
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
レーザ光を発生する。
By maintaining this state, the metal vapor is uniformly distributed in the discharge tube 5. Free electrons in the plasma collide with the metal vapor to excite the metal vapor, and the inside of the discharge tube 5 eventually assumes a population inversion state. In this state,
A laser beam is generated when the excited metal vapor transitions to a low energy level.

【0032】放電管5内で発生したレーザ光は、窓11
a,11bを通過し、レーザ共振器を構成する出力ミラ
ー12および全反射ミラー13で反射する間に、その振
幅が増加してパワーアップし、やがて出力ミラー12か
らレーザ光が出力される。
The laser light generated in the discharge tube 5 is
While passing through a and 11b and being reflected by the output mirror 12 and the total reflection mirror 13 constituting the laser resonator, the amplitude increases and the power is increased, and the laser light is output from the output mirror 12 soon.

【0033】しかし、金属蒸気源19の補給等の金属蒸
気レーザ装置1の保守直後や長時間運転を停止していた
時には、放電によって金属蒸気源19から生成し得る金
属蒸気量が金属蒸気レーザ光が得られる温度まで昇温さ
せるまでに、放電管5や断熱材7等の構造材に付着して
いた空気や水分が、温度上昇によってバッファガス中に
放出され、放電抵抗の上昇による放電の悪化が生じるた
め、放電の繰り返し周波数を一時的に低下させることに
よって放電管5内の温度、特に金属蒸気源が置かれる放
電管内壁およびその付近の温度を低下させ、放電が改善
されるに従い再び繰り返し周波数を増加させて放電管5
内の温度を上昇させる必要がある。
However, immediately after the maintenance of the metal vapor laser apparatus 1 such as replenishment of the metal vapor source 19 or when the operation is stopped for a long time, the amount of metal vapor that can be generated from the metal vapor source 19 by electric discharge is reduced by the metal vapor laser light. By the time the temperature rises to a temperature at which the temperature rises, air and moisture adhering to the structural material such as the discharge tube 5 and the heat insulating material 7 are released into the buffer gas due to the temperature rise, and the discharge is deteriorated due to the increase in the discharge resistance. Therefore, the temperature in the discharge tube 5, particularly the temperature in the inner wall of the discharge tube where the metal vapor source is placed and the vicinity thereof is lowered by temporarily lowering the repetition frequency of the discharge, and the discharge is repeated again as the discharge is improved. Increase the frequency to discharge tube 5
It is necessary to raise the temperature inside.

【0034】また、レーザ発振運転停止時は、図2に示
す例のように、放電電圧と繰り返し周波数を途中で緩和
させながら徐々に低下させて、金属蒸気源19とセラミ
ック管2との熱応力の急激な増大を抑制することが好ま
しい。
When the laser oscillation operation is stopped, as shown in the example of FIG. 2, the discharge voltage and the repetition frequency are gradually reduced while being relaxed on the way, so that the thermal stress between the metal vapor source 19 and the ceramic tube 2 is reduced. It is preferable to suppress a rapid increase in

【0035】詳細には、図2の曲線Aに示すように、高
速パルス電源23およびパルス成型器24から放電管5
の陽極3および陰極4に供給される高速パルス電圧を、
一旦オフし、例えば約45分経過後に、繰り返し周波数
制御装置25の制御により、繰り返し周波数を変化させ
て、繰り返し周波数を例えば0.5kHz、パルス電圧
を例えば20kVで再び電圧印加する。
More specifically, as shown by a curve A in FIG.
The high-speed pulse voltage supplied to the anode 3 and the cathode 4 of
Once turned off, for example, after about 45 minutes, the repetition frequency is changed under the control of the repetition frequency control device 25, and the repetition frequency is applied again at, for example, 0.5 kHz and the pulse voltage is applied again at, for example, 20 kV.

【0036】続いて、先の約45分経過時からさらに例
えば約75分後(電源オフから約2時間)経過後に、今
度は、繰り返し周波数を例えば0.2kHz、パルス電
圧を例えば20kVで再び電圧印加する。
Subsequently, after a lapse of about 45 minutes, for example, about 75 minutes later (about 2 hours after the power is turned off), a repetition frequency of, for example, 0.2 kHz and a pulse voltage of, for example, 20 kV are again applied. Apply.

【0037】以下、先の2時間(45分と75分の合
計)経過時から、さらに例えば約1時間30分後(電源
オフから約3時間30分)経過後、放電管5内の温度が
約200°Cまで下がった時点で、もう一度高速パルス
電源23、パルス成型器24および繰り返し周波数制御
装置25を完全にオフすることで、放電管5が安全に冷
却される。
Hereinafter, after a lapse of the previous two hours (a total of 45 minutes and 75 minutes), for example, after a lapse of about one hour and thirty minutes (about three and a half hours after the power is turned off), the temperature in the discharge tube 5 is reduced. When the temperature falls to about 200 ° C., the high-speed pulse power supply 23, the pulse reshaping device 24 and the repetition frequency control device 25 are completely turned off once again, whereby the discharge tube 5 is safely cooled.

【0038】なお、図2において、曲線Bは、本件出願
の制御を伴わない通常の電源オフによる放電管5内の温
度変化を示すもので、約200°Cに低下するまでの時
間がおよそ75分と短く、金属蒸気源19とセラミック
2管との間に急激な熱応力の変化が生じ、最悪の場合に
は、放電管5が破損する場合があることは、従来技術の
項で説明した通りである。
In FIG. 2, a curve B shows a temperature change in the discharge tube 5 due to a normal power-off without the control of the present application. As described in the section of the related art, the rapid thermal stress changes between the metal vapor source 19 and the ceramic 2 tube, and in the worst case, the discharge tube 5 may be damaged. It is on the street.

【0039】ところで、図2の曲線Aにおいて、電源オ
フの後、約45分経過後に繰り返し周波数を0.5kH
z、パルス電圧を20kVとした後、先の45分経過時
からさらに約75分経過後に、繰り返し周波数を0.2
kHzとしたが、そのまま繰り返し周波数を0.5kH
zを維持した場合には、放電管5内の温度は、曲線Cに
示す最初から繰り返し周波数を0.5kHzとする場合
と同様に、約300°Cで維持されるため、途中で電源
をオフする必要が生じ、その場合には約300°Cから
約200°Cまでの温度が急速に低下することが認めら
れる。
By the way, in the curve A of FIG. 2, the repetition frequency is set to 0.5 kHz after approximately 45 minutes have elapsed since the power was turned off.
z, the pulse voltage was set to 20 kV, and after a lapse of about 75 minutes from the lapse of the previous 45 minutes, the repetition frequency was set to 0.2.
kHz, but the repetition frequency is 0.5 kHz as it is.
When z is maintained, the temperature in the discharge tube 5 is maintained at about 300 ° C. as in the case where the repetition frequency is set to 0.5 kHz from the beginning shown in the curve C. In that case, it is observed that the temperature from about 300 ° C. to about 200 ° C. drops rapidly.

【0040】一方、曲線Dに示すように、最初から繰り
返し周波数を例えば0.2kHzに設定した場合には、
放電管5の温度が約200°Cまで下がる時間は、本件
出願の制御方法に概ね等しいが、400°Cから200
°Cに低下するまでの時間が短いため、放電管5を保護
する意味からは、避けられるべきである。
On the other hand, as shown by the curve D, when the repetition frequency is set to, for example, 0.2 kHz from the beginning,
The time required for the temperature of the discharge tube 5 to fall to about 200 ° C. is substantially the same as the control method of the present application, but is from 400 ° C. to 200 ° C.
Since the time until the temperature drops to ° C is short, it should be avoided from the viewpoint of protecting the discharge tube 5.

【0041】本発明によれば、電圧制御のみでは制御で
きない放電管5のきめ細かい温度制御が可能であり、金
属蒸気レーザ装置1の健全性を維持することが可能にな
るほか、運転に要する人員の削減も可能になる。
According to the present invention, it is possible to control the temperature of the discharge tube 5 which cannot be controlled only by the voltage control, to maintain the soundness of the metal vapor laser device 1, and to reduce the number of personnel required for the operation. Reduction is also possible.

【0042】なお、図2に示した金属蒸気レーザ装置1
の温度制御において、図1に示した温度計、例えば赤外
線式等の放射温度計26により放電管5内の金属蒸気源
が置かれる付近の管内温度を計測し、計測した温度情報
に基づいて繰り返し周波数を制御してもよい。この場
合、放射温度計26により計測した放電管5内の温度情
報を計算機27に取り込み、この計算機27により繰り
返し周波数制御装置25からパルス成型器24に入力す
るパルス幅および周期を制御する構成にしてもよい。
The metal vapor laser device 1 shown in FIG.
In the temperature control of FIG. 1, the temperature inside the discharge tube 5 near the metal vapor source is set by the thermometer shown in FIG. 1, for example, a radiation thermometer 26 of an infrared type or the like, and repeated based on the measured temperature information. The frequency may be controlled. In this case, the temperature information in the discharge tube 5 measured by the radiation thermometer 26 is taken into the computer 27, and the computer 27 controls the pulse width and the cycle input from the repetition frequency controller 25 to the pulse reshaping device 24. Is also good.

【0043】また、放射温度計26により放電管5内の
温度を検知した結果を予め計算機27に記憶させ、計算
機27単独により繰り返し周波数制御装置25からパル
ス成型器24に入力するパルスの幅および周期を制御す
る構成にしてもよい。
The result of detection of the temperature inside the discharge tube 5 by the radiation thermometer 26 is stored in advance in the computer 27, and the width and cycle of the pulse input from the repetition frequency control device 25 to the pulse shaper 24 by the computer 27 alone. May be controlled.

【0044】このように、この発明の金属蒸気レーザ装
置においては、放電管温度を、自由に精度よく制御可能
となり、放電管等のレーザ装置の健全性を確実に維持で
きるほか、自動化が可能となるため運転コストを低減す
ることができる。
As described above, in the metal vapor laser device of the present invention, the discharge tube temperature can be freely and accurately controlled, and the soundness of the laser device such as the discharge tube can be reliably maintained, and automation can be performed. Therefore, the operating cost can be reduced.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、金属蒸気レーザ装置における放電管の温度を、高速
パルス電源から出力される高速で高電圧のパルスの繰り
返し周波数を制御することにより放電管を迅速且つ安全
に制御することができる。
As described above, according to the present invention, the discharge tube temperature is controlled by controlling the repetition frequency of the high-speed, high-voltage pulse output from the high-speed pulse power supply. Tubes can be controlled quickly and safely.

【0046】また、レーザ装置の健全性を確実に得られ
るほか、自動化が可能であり、運転コストも低減可能で
ある。
Further, the soundness of the laser device can be reliably obtained, automation can be performed, and the operating cost can be reduced.

【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が適用される金属蒸気レ
ーザ装置の一例を概略図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a metal vapor laser device to which an embodiment of the present invention is applied.

【図2】図1に示した金属蒸気レーザ装置を停止する際
の放電管の温度制御の一例(銅蒸気レーザの場合)を示
すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing an example of the temperature control of a discharge tube when the metal vapor laser device shown in FIG. 1 is stopped (in the case of a copper vapor laser).

【図3】図1に示した金属蒸気レーザ装置の周知の例を
示す概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a known example of the metal vapor laser device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・金属蒸気レーザ装置、 2 ・・・セラミック管、 5 ・・・放電管、 23 ・・・高電圧パルス電源、 24 ・・・パルス成型器、 25 ・・・繰り返し周波数制御装置、 26 ・・・温度計、 27 ・・・計算機。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal vapor laser device, 2 ... Ceramic tube, 5 ... Discharge tube, 23 ... High voltage pulse power supply, 24 ... Pulse shaper, 25 ... Repetition frequency control device, 26 ... a thermometer 27 ... a calculator.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】金属蒸気源を保持し、所定の圧力の放電用
ガスを満たした放電管を高速パルス放電により加熱して
金属蒸気を発生させてレーザ光を得る金属蒸気レーザ装
置において、 前記パルス放電の繰り返し周波数を制御して前記放電管
の温度を制御することを可能にする制御装置を設けたこ
とを特徴とする金属蒸気レーザ装置。
1. A metal vapor laser apparatus for holding a metal vapor source and heating a discharge tube filled with a discharge gas of a predetermined pressure by high-speed pulse discharge to generate a metal vapor and obtain a laser beam. A metal vapor laser device, comprising: a control device that controls a temperature of the discharge tube by controlling a repetition frequency of discharge.
【請求項2】前記パルス繰り返し周波数は、金属蒸気レ
ーザ装置のレーザ発振を停止させる際に、レーザ発振時
よりも小さな繰り返し周波数とす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 pulse repetition frequency is set to a smaller repetition frequency than at the time of laser oscillation when stopping the laser oscillation of the metal vapor laser device.
【請求項3】前記放電管の温度低下を温度計で測定し、
その測定した温度情報に基づいて、前記パルス放電の繰
り返し周波数を制御することを特徴とする請求項1項ま
たは2項に記載の金属蒸気レーザ装置。
3. A method for measuring a temperature drop of the discharge tube with a thermometer,
The metal vapor laser device according to claim 1, wherein a repetition frequency of the pulse discharge is controlled based on the measured temperature information.
【請求項4】前記パルス繰り返し周波数を計算機によっ
て変化させることを特徴とする請求項3記載の金属蒸気
レーザ装置。
4. The metal vapor laser device according to claim 3, wherein said pulse repetition frequency is changed by a computer.
【請求項5】金属蒸気源を保持し、所定の圧力の放電用
ガスを満たした放電管を高速パルス放電により加熱して
金属蒸気を発生させてレーザ光を得る金属蒸気レーザ装
置において、 放電管に付着した不純物ガスを取り除くために放電管を
放電加熱して真空排気をする際に、不純物ガスの発生量
の増加により放電抵抗が増加して放電が悪化した場合に
は、前記高速パルスの繰り返し周波数を下げて放電管の
温度を低下させ、不純物ガスの発生量が低下したとき
は、前記高速パルスの繰り返し周波数を上げて放電管の
温度を上昇させる制御を行う装置を備えたことを特徴と
する金属蒸気レーザ装置。
5. A metal vapor laser apparatus for holding a metal vapor source and heating a discharge tube filled with a discharge gas at a predetermined pressure by high-speed pulse discharge to generate a metal vapor and obtain a laser beam. When the discharge tube is discharge-heated and evacuated to remove the impurity gas adhered to the discharge tube, when the discharge resistance increases due to an increase in the generation amount of the impurity gas and the discharge deteriorates, the high-speed pulse is repeated. A device for controlling the temperature of the discharge tube by lowering the frequency, and when the generation amount of the impurity gas decreases, increasing the repetition frequency of the high-speed pulse to increase the temperature of the discharge tube. Metal vapor laser device.
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