JP2525044B2 - 金属蒸気レ―ザ―発振装置 - Google Patents

金属蒸気レ―ザ―発振装置

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JP2525044B2
JP2525044B2 JP63241797A JP24179788A JP2525044B2 JP 2525044 B2 JP2525044 B2 JP 2525044B2 JP 63241797 A JP63241797 A JP 63241797A JP 24179788 A JP24179788 A JP 24179788A JP 2525044 B2 JP2525044 B2 JP 2525044B2
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伍雄 永田
大樹 宮本
市郎 大島
時彦 大島
繁一 平田
智 中田
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OOSAKA FUJI KOGYO KK
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/031Metal vapour lasers, e.g. metal vapour generation

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、同軸放電型の金属蒸気レーザー発振装置に
関し、特にレーザー管が外套管とこれの内部に挿入され
たセラミックス製のプラズマ放電管とからなり、これら
外套管及びプラズマ放電管の間に断熱材層が設けられて
いる金属蒸気レーザー発振装置、例えば銅蒸気レーザー
発振装置に関する。
(従来技術及びその問題点) 一般に金属蒸気レーザー発振装置において必要とされ
る主たる条件は、プラズマ放電管の温度が短時間に上昇
しうること、プラズマ放電管が熱歪に強いものであるこ
と、放熱ができるだけ少ないこと等である。
しかるに、従来の金属蒸気レーザー発振装置にあって
は、プラズマ放電管として1本の長尺状のセラミックチ
ューブを使用しているが、このような長尺状のセラミッ
クチューブでは現在のセラミック成形技術からして肉厚
のあまり薄いものが得られず、例えば内径25mm、長さ1m
のセラミックチューブの場合、肉厚は3mm位が限度とさ
れ、しかして、セラミックチューブの肉厚が厚くなる
と、その重量が増加し、プラズマ放電管が所定の温度に
達するのに時間がかかってレーザー発振開始までの時間
が長くなると共に、熱歪に対し弱くなるという不都合が
ある。
また、従来の断熱材層は、綿状のセラミックファイバ
ーを、プラズマ放電管をその長さ方向全域に亘って被包
するように配設してなるもので、プラズマ放電管はその
両端を両側の環電極で支持するようにしていた。とろこ
が、使用時にプラズマ放電管が1500度C以上もの高温に
なると、特に厚肉のセラミックチューブからなるプラズ
マ放電管の場合には熱歪が大きくなるが、このプラズマ
放電管の中間部はセラミックファイバーで支持されてい
る状態にあるものの、このセラミックファイバー自体非
常にやわらかいものであるためそれによっては支持され
得ず、結局自重によって下向き弯曲状に変形してしまう
という問題があった。
本発明は、従来技術の有する上記のような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、プ
ラズマ放電管を短時間で所定温度まで上昇できるように
すると共に、プラズマ放電管の熱歪ができる限り少なく
なるようにすることにある。更に他の目的は断熱性能を
向上させることである。
(問題点を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明の金属蒸気レー
ザー発振装置においては、プラズマ放電管3が軸方向に
所要間隔で分割された複数個の分割管8…により構成さ
れ、断熱材層6はセラミックファイバーを成形型内での
加圧焼成により焼結一体化させた中空円筒状の焼結成形
体10からなり、このセラミックファイバー焼結成形体10
の空洞部10a内に前記プラズマ放電管3が嵌合支持され
ていることを特徴とするものである。
上記円筒状セラミックファイバー焼結成形体10は全体
が一体に形成された1本の円筒状焼結成形体でもよい
し、あるいは複数個の円筒状体を接続したものでもよ
い。
(実施例) 以下本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。
第1図は銅蒸気レーザー発振装置を縦断面図で示して
おり、この図において1はレーザー管で、円筒状の外套
管2と、この外套管2内部に同心状に挿入配置されたプ
ラズマ放電管3と、外套管2の両端部に連結用筒状部材
4,4を介して気密的に連結固定された端板5,5と、から構
成されている。6はレーザー管1内においてプラズマ放
電管3を囲繞するように設けられた円筒状の断熱材層で
あり、この断熱材層6の外周面と外套層2内周面との間
に中管7Aが同心状に介装され、この中管7Aの外側に水冷
室7Bが、またその内側に真空断熱室7Cがそれぞれ環状に
形成されている。更に各連結用筒状部材4の外側にも環
状の水冷室4aが形成されている。
前記外套管2は高高度で熱膨脹率の小さいガラスで形
成されている。前記プラズマ放電管3は、軸方向に所要
間隔で分割された複数個の分割管8…により構成され、
各分割管8は、高純度アルミナからなるもので、例えば
内径が25mm、長さが130mm、肉厚が1〜1.5mmとなってい
る。そしてこの場合例えば8個の分割管8によりプラズ
マ放電管3を構成している。また各分割管は、一端部が
略蛇腹状に形成されていて、その先端側の膨出部8aに、
隣り合う他の分割管8の端部を内嵌合させることによっ
て、相互に引き離し可能に接続されるようになってい
る。尚、内側の膨出部8b内には銅蒸気発生用の銅片Pを
入れて保持させておくことができる。
前記断熱材層6は、プラズマ放電管3と同心状に配置
された石英管からなる円筒状外管9と、この外管9内に
嵌挿された1本の円筒状セラミックファイバー焼結成形
体10と、から構成され、この円筒状セラミックファイバ
ー焼結成形体10はその中心軸線に沿ってプラズマ放電管
3が軽く嵌合可能な空洞部10aを有し、この空洞部10a内
に前記プラズマ放電管3が嵌合支持されると共に、この
空洞部10aの両端部に環電極11,11が挿入され、これら環
電極11,11の先端部はこの空洞部10a内に嵌合されている
プラズマ放電管3の両端の分割管8,8に内嵌されてい
る。また円筒状外管9の両端部は連結用筒状部材4,4に
嵌合固定されている。尚、この円筒状外管9は必ずしも
必要なものではなく、円筒状セラミックファイバー焼結
成形体10のみでもよく、その場合には円筒状セラミック
ファイバー焼結成形体10の両端部を連結用筒状部材4,4
に直接嵌合固定するようにすればよい。また、この円筒
状セラミックファイバー焼結成形体10としては複数個の
円筒状体を接続したものでもよく、この場合にはこれら
の円筒状体を上記円筒状外管9に嵌装するとよい。
上記円筒状セラミックファイバー焼結成形体10は、例
えばAl2O3とSiO2とからなるセラミックファイバーを型
に入れて高圧力下で加熱しながら中空円筒状体に焼成し
て一体の焼結成形体としたもので、耐熱性が良好であ
り、1700℃まで使用可能である上に、この焼結成形体10
自体に強度があってプラズマ放電管3をそのまま空洞部
10a内で支持することができる。
上述した銅蒸気レーザー発振装置の主要部の組立方法
につき簡単に説明すると、先ず外套管2及びこの中に挿
入した外管9のそれぞれ両端部に連結用筒状部材4,4を
取付け、そしてこの外管9内に1本の円筒状セラミック
ファイバー焼結成形体10を嵌め込んで断熱材層6を形成
し、そしてその円筒状セラミックファイバー焼結成形体
10の空洞部10aに、プラズマ放電管3の分割管8…を順
次嵌め込みならが各分割管8の端部相互を接続させてゆ
き、こうして円筒状断熱材層6内部の定位置にプラズマ
放電管3を保持固定した状態とする。その後、この断熱
材層6における円筒状セラミックファイバー焼結成形体
10の空洞部10aの両端部に環電極11,11挿入配置し、そし
て連結用筒状部材4,4に端板5,5を取付ける。尚、プラズ
マ放電管3を前記空洞部10aに嵌挿する前に、このプラ
ズマ放電管3を構成する分割管8の膨出部8b内には銅蒸
気発生用の銅片Pを係入しておく。このように膨出部8b
内に係入しておけば銅片Pは不都合に移動することがな
く定位置に保持されることになる。また、この装置を分
解するには上記のような操作を逆の順序で行えばよい。
尚。第1図において12はプラズマ放電管3内にガス(例
えばヘリウムガス)を供給するガス供給口、13は真空引
口、14は冷却水供給口、15は冷却水排出口、16は真空引
口、17は冷却水供給口、18は冷却水排出口である。
第2図はこの実施例の銅蒸気レーザー発振装置と従来
装置とを用いて、1KWで20分放電後、2.1KWで放電させた
とき、プラズマ放電管が常温(例えば25℃)からレーザ
ー発振し始める温度(1500℃前後)に達するまでに要し
た時間とレーザー出力との関係を比較図示したもので、
この図から明らかなように本発明装置ではプラズマ放電
管が常温での使用開始から52〜53分程度で1500℃に達す
るのに対し、従来装置では同じ1500℃に達するまでに69
〜70分かかっており、本発明装置の方が約17分も早いこ
とが明らかである。これは、プラズマ放電管3が一重管
であって、その肉厚が1〜1.5mmときわめて薄くなって
いること、及び放熱が少ないことによるものである。し
かも、このデータは、熱歪に弱い放電管に合わせて加熱
したものであるが、本方式の放電管では、1KWで5分と
初期放電時間を短縮し、その後2.1KWで放電させると、
約30分でレーザー発振を得ている。
この実施例の銅蒸気レーザー発振装置では、プラズマ
放電管3を、円筒状セラミックファイバー焼結成形体10
の空洞部10aに嵌合させた状態でその長さ方向全域に亘
って支持しているので、プラズマ放電管3内部が1500度
C以上の高温となってもこのプラズマ放電管3自体が弯
曲状に変形することがない。またこのプラズマ放電管3
が複数個の分割管8…に分割構成されて各分割管8の肉
厚が1〜1.5mmと非常に薄く形成され、しかも各分割管
8が特に熱衝撃に強い高純度アルミナからなるため、当
該プラズマ放電管3内部が1500度C以上の高温になって
も変形したり破損することがない。また局部的に著しい
温度上昇があって万が一一部の分割管8が破損しても、
その破損した一部の分割管8のみ取替えればよく、また
そのような場合には温度上昇の著しい部分にはそれ相当
の耐熱性を有する分割管8を使用すればよいことにな
る。
(発明の効果) 本発明は、セラミックス製プラズマ放電管をレーザー
発振軸方向に所要間隔で複数個の比較的短い分割管に分
割構成したことによって、プラズマ放電管の肉厚を例え
ば1mm程度のきわめて薄いものとすることが可能とな
り、それによってプラズマ放電管を、従来のものに比べ
はるかに短時間で所定温度まで上昇させることができ
て、レーザー発振までの時間を大幅に短縮できると共
に、熱歪に対し強くなって変形や破損を防止できる効果
がある。
しかも断熱材層が円筒状のセラミックファイバー焼結
成形体からなるため、外套管に対する挿脱が容易となっ
て組立て、分解作業の簡便化を図ることができる一方、
プラズマ放電管からの放熱を極力少なくすることがで
き、更にこの焼結成形体そのものが十分な強度を有する
ことから、プラズマ放電管はこれに外嵌してその全長に
亘り支持するような支持管を介在することなくこの単一
のプラズマ放電管のままで十分に支持させることができ
る。
更に、プラズマ放電管を分割構成したことから、万が
一破損した場合にはその破損部分のみを交換すればよ
く、また温度上昇の著しい所、マイナス極近くのスパッ
タリングを多く受ける所にはそれ相応の耐熱性を有する
材料を部分的に使用することが可能となり、したがって
非常に経済的で有用性にすぐれている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す銅蒸気レーザー発振装
置の縦断面図、第2図は同上の装置と従来装置を使用し
て両者のプラズマ放電管のレーザー発振開始温度に達す
るまでに要した時間とレーザー出力との関係を示すグラ
フである。 1…レーザー管、2…外套管、3…プラズマ放電管、6
…断熱材層、8…分割管、10…円筒状セラミックファイ
バー焼結成形体、10a…空洞部、11…環電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 時彦 兵庫県尼崎市常光寺1丁目9番1号 大 阪富士工業株式会社内 (72)発明者 平田 繁一 兵庫県尼崎市常光寺1丁目9番1号 大 阪富士工業株式会社内 (72)発明者 中田 智 兵庫県尼崎市常光寺1丁目9番1号 大 阪富士工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−252489(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザー管が外套管とこれの内部に挿入さ
    れたセラミックス製のプラズマ放電管とからなり、これ
    ら外套管及びプラズマ放電管の間に断熱材層が設けられ
    ている金属蒸気レーザー発振装置において、プラズマ放
    電管は軸方向に所要間隔で分割された複数個の分割管に
    より構成され、断熱材層はセラミックファイバーを成形
    型内での加圧焼成により焼結一体化させた中空円筒状の
    焼結成形体からなり、このセラミックファイバー焼結成
    形体の空洞部内に前記プラズマ放電管が嵌合支持されて
    いることを特徴とする金属蒸気レーザー発振装置。
JP63241797A 1988-09-27 1988-09-27 金属蒸気レ―ザ―発振装置 Expired - Lifetime JP2525044B2 (ja)

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JP2538590B2 (ja) * 1987-04-09 1996-09-25 株式会社東芝 金属蒸気レ−ザ装置

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