JP2598009B2 - Metal vapor laser oscillation tube - Google Patents

Metal vapor laser oscillation tube

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JP2598009B2 JP62032855A JP3285587A JP2598009B2 JP 2598009 B2 JP2598009 B2 JP 2598009B2 JP 62032855 A JP62032855 A JP 62032855A JP 3285587 A JP3285587 A JP 3285587A JP 2598009 B2 JP2598009 B2 JP 2598009B2
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
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    • H01S3/031—Metal vapour lasers, e.g. metal vapour generation

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、金属蒸気レーザ発振管に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a metal vapor laser oscillation tube.

（従来の技術） 従来の金属蒸気レーザ発振管を第３図に示す。図中符
号１は放電管を構成する断熱性にすぐれたセラミックス
製内管であり、その内部は放電室２を成している。この
放電室２にはガス供給系３からHe,Ne等の放電用バッフ
ァガスが供給されると共にロータリーポンプ４により、
排気される。また、放電室２の両端にはそれぞれ陽極５
と陰極６が設置されている。この陽極５と陰極６間に設
けられたパルス高電圧電源７からのパルス二極放電によ
り、プラズマが発生する。このパルス二極放電は、パル
ス高電圧電源７から印加される電圧が数kV〜10数kV、繰
返し周波数が数kHz〜10数kHzの高電圧パルスからなる。
セラミックス製内管１内には金属粒子８が配置されてお
り、この金属粒子８が放電プラズマと接触することによ
り、セラミックス製内管１が極めて高温状態に加熱され
る。そして、この金属粒子８が蒸発することにより、レ
ーザ媒質となる金属蒸気が生成される。また、この金属
蒸気はセラミックス製内管１内に1014〜1015n/cm3の密
度で一様に分布しており、放電プラズマ中の自由電子に
より、励起されることによって、その金属特有の波長の
光を発光する。この光は、ブリュースタ窓９を通して、
セラミックス製内管１の両端に置かれた出力ミラー10と
全反射ミラー11とから構成される光共振器によって増幅
された後、出力ミラー10側よりレーザ光となって出力さ
れる。また、セラミックス製内管１は両端側において、
周方向に巻装されたＯリング12、ベローズ13を介して、
上記セラミックス製内管１と同心状に配設された外管14
に支持されている。また、上記Ｏリング12はセラミック
ス製内管１と接しているために高温となるので、Ｏリン
グ12の外周部には、冷却水路15が設けられている。この
冷却水路15には、冷却水を供給するための導入管16およ
び冷却水を外部に排出する排出管17が設けられている。
さらに、外管14とセラミックス製内管１との間はロータ
リポンプ18により排気され、真空断熱室19を成してい
る。また、セラミックス製内管１の外周には、セラミッ
クス製内管１の内部を高温に保持するため、断熱材20が
巻装されている。一方、外管14の途中には陽極５側と陰
極６側とを電気的に分離するための絶縁管21が設けられ
ている。セラミックス製内管１は、1500℃程度にまで昇
温するため熱により、線膨張を起こす。ベローズ13はセ
ラミックス製内管１の管軸方向の動きに自由度を持たせ
て、この線膨張を吸収するためのものである。(Prior Art) FIG. 3 shows a conventional metal vapor laser oscillation tube. In the figure, reference numeral 1 denotes an inner tube made of ceramics having excellent heat insulating properties, which constitutes a discharge tube, and the inside thereof forms a discharge chamber 2. A discharge buffer gas such as He or Ne is supplied from a gas supply system 3 to the discharge chamber 2 and a rotary pump 4
Exhausted. An anode 5 is provided at each end of the discharge chamber 2.
And a cathode 6 are provided. Plasma is generated by the pulse bipolar discharge from the pulse high voltage power supply 7 provided between the anode 5 and the cathode 6. This pulse bipolar discharge is composed of a high voltage pulse having a voltage applied from the pulse high voltage power supply 7 of several kV to several tens of kV and a repetition frequency of several kHz to several tens of kHz.
Metal particles 8 are arranged in the ceramic inner tube 1, and the metal particles 8 come into contact with the discharge plasma, so that the ceramic inner tube 1 is heated to an extremely high temperature. Then, as the metal particles 8 evaporate, metal vapor serving as a laser medium is generated. The metal vapor is uniformly distributed in the ceramic inner tube 1 at a density of 10 14 to 10 15 n / cm 3 , and is excited by free electrons in the discharge plasma to produce a characteristic of the metal. Emits light having a wavelength of This light passes through Brewster window 9
After being amplified by an optical resonator composed of an output mirror 10 and a total reflection mirror 11 disposed at both ends of the ceramic inner tube 1, the light is output as laser light from the output mirror 10 side. Also, the inner tube 1 made of ceramics has
Via O-ring 12 and bellows 13 wound in the circumferential direction,
Outer pipe 14 arranged concentrically with the above-mentioned ceramic inner pipe 1
It is supported by. Since the O-ring 12 comes in contact with the ceramic inner tube 1 and thus has a high temperature, a cooling water passage 15 is provided on the outer periphery of the O-ring 12. The cooling water passage 15 is provided with an inlet pipe 16 for supplying the cooling water and a discharge pipe 17 for discharging the cooling water to the outside.
Further, the space between the outer tube 14 and the ceramic inner tube 1 is evacuated by a rotary pump 18 to form a vacuum insulation chamber 19. Further, a heat insulating material 20 is wound around the outer periphery of the ceramic inner tube 1 in order to keep the inside of the ceramic inner tube 1 at a high temperature. On the other hand, an insulating tube 21 for electrically separating the anode 5 side and the cathode 6 side is provided in the middle of the outer tube 14. Since the temperature of the inner tube 1 made of ceramics rises to about 1500 ° C., linear expansion occurs due to heat. The bellows 13 is for allowing the ceramic inner tube 1 to have a degree of freedom in the movement in the tube axis direction and to absorb this linear expansion.

しかして、放電室の両端に設けられた陽極と陰極の間
にプラズマが発生すると、セラミックス製内管内に配設
された金属粒子が放電プラズマと接触することにより、
セラミックス製内管が極めて高温状態に加熱される。Then, when plasma is generated between the anode and the cathode provided at both ends of the discharge chamber, metal particles disposed in the ceramic inner tube come into contact with the discharge plasma,
The ceramic inner tube is heated to an extremely high temperature.

（発明が解決しようとする問題点） ところが、セラミックス製内管内の両端近傍では、断
熱材が巻装されておらず、さらに、中央部の熱がセラミ
ックス製内管を伝わって両端に逃げてしまうために、第
４図に示すように、両端部で温度が低くなってしまう。
このため、放電に寄与する有効な高温領域が狭くなって
しまい、効率のよい出力を得ることができない。この有
効な高温領域を広くとるために、断熱材を厚くすること
等が考えられるが、中央部の温度が高くなりすぎてしま
い、必要なレーザ波長を得ることができない。また、断
熱材をセラミックス製内管の両端まで巻装すること等が
考えられるが、両端には、ベローズが配置されているの
で、構造上この方法は不可能である。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the vicinity of both ends in the ceramic inner tube, the heat insulating material is not wound, and furthermore, heat in the central portion is transmitted to the ceramic inner tube and escapes to both ends. Therefore, as shown in FIG. 4, the temperature becomes low at both ends.
For this reason, the effective high-temperature region contributing to the discharge becomes narrow, and an efficient output cannot be obtained. In order to widen the effective high-temperature region, it is conceivable to increase the thickness of the heat insulating material. However, the temperature in the central portion becomes too high, and a required laser wavelength cannot be obtained. In addition, it is conceivable to wind the heat insulating material to both ends of the ceramic inner tube. However, since bellows are arranged at both ends, this method is impossible from a structural point of view.

本発明は、上記のような欠点に鑑みてなされたもので
あり、セラミックス製内管内に有効な高温領域を広くと
り、効率のよい出力を得ることができる金属蒸気レーザ
発振管を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-described drawbacks, and has an object to provide a metal vapor laser oscillation tube that can take a wide effective high-temperature region in a ceramic inner tube and can obtain an efficient output. Aim.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

（問題点を解決するための手段） 本発明は、金属粒子が内部に配置され、この金属粒子
を蒸気化し、蒸気化された金属粒子を放電によって励起
しレーザ発振を行う放電管と、 前記放電管の両端に設けられ、前記放電管に電圧を印
加する一対の電極と、 前記放電管にバッファガスを供給するバッファガス供
給部と、 前記放電管の外周部にその長手方向に複数に分割して
巻装され、両端部に巻装されたものの方が中央部のもの
に比し優れた断熱特性を有するものとした断熱材と から構成されることを特徴とする、 （作用） 放電室の両端に設けられた陽極と陰極の間にプラズマ
が発生すると、セラミックス製内管内に配設された金属
粒子が放電プラズマと接触することにより、セラミック
ス製内管が極めて高温状態に加熱される。セラミックス
製内管の外周部に巻装された断熱材の左右両端近傍にお
ける断熱特性を、中央部よりも優れたものとしたので、
中央部を必要以上に温度上昇させることなく、左右両端
近傍を断熱することができ、レーザ発振に有効な高温領
域を広げることができる。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a discharge tube in which metal particles are arranged, vaporizes the metal particles, and excites the vaporized metal particles by discharge to perform laser oscillation; A pair of electrodes provided at both ends of the tube and applying a voltage to the discharge tube; a buffer gas supply unit for supplying a buffer gas to the discharge tube; And a heat insulating material wound on both ends, the heat insulating material having better heat insulating properties than that of the central portion. When plasma is generated between the anode and the cathode provided at both ends, the metal particles disposed in the ceramic inner tube come into contact with the discharge plasma, so that the ceramic inner tube is heated to an extremely high temperature. Since the heat insulation properties near the left and right ends of the heat insulating material wound around the outer periphery of the ceramic inner tube are better than those at the center,
It is possible to insulate the vicinity of both left and right ends without unnecessarily increasing the temperature of the central portion, and to widen a high-temperature region effective for laser oscillation.

（実施例） 以下、添附図面を参照して本発明の一実施例について
説明する。第３図において、図中符号１は耐熱性にすぐ
れたセラミックス製内管であり、その内部は放電室２を
成している。この放電室２にはガス供給系３からHe,Ne
等の放電用バッファガスが供給されると共にロータリー
ポンプ４により、排気される。また、放電室２の両端に
はそれぞれ陽極５と陰極６が設置されている。この陽極
５と陰極６間に設けられたパルス高電圧電源７からのパ
ルス二極放電により、プラズマが発生する。このパルス
二極放電は、パルス高電圧電源７から印加される電圧が
数kV〜10数kV、繰返し周波数が数kHz〜10数kHzの高電圧
パルスからなる。セラミックス製内管１内には金属粒子
８が配置されており、この金属粒子８が放電プラズマと
接触することにより、セラミックス製内管１が極めて高
温状態に加熱される。そして、この金属粒子８が蒸発す
ることにより、レーザ媒質となる金属蒸気が生成され
る。また、この金属蒸気はセラミックス製内管１内に10
14〜1015n/cm3の密度で一様に分布しており、放電プラ
ズマ中の自由電子により、励起されることによって、そ
の金属特有の波長の光を発光する。この光は、ブリュー
スタ窓９を通して、セラミックス製内管１の両端に置か
れた出力ミラー10と全反射ミラー11とから構成される光
共振器によって増幅された後、出力ミラー10側よりレー
ザ光となって出力される。また、セラミックス製内管１
は両端側において、周方向に巻装されたＯリング12、ベ
ローズ13を介して、上記セラミックス製内管１と同心状
に配設された外管14に支持されている。また、上記Ｏリ
ング12は、セラミックス製内管１と接しているために高
温となるので、Ｏリング12の外周部には、冷却水路15が
設けられている。この冷却水路15には、冷却水を供給す
るための導入管16および冷却水を外部に排出する排出管
17が設けられている。さらに、外管14とセラミックス製
内管１との間はロータリポンプ18により排気され、真空
断熱室19を成している。また、セラミックス製内管１の
外周には、セラミックス製内管１の内部を高温に保持す
るため、断熱材20が巻装されている。一方、外管14の途
中には陽極５側と陰極６側とを電気的に分離するための
絶縁管21が設けられている。セラミックス製内管１は、
1500℃程度にまで昇温するため熱により、線膨張を起こ
す。ベローズ13はセラミックス製内管１の管軸方向の動
きに自由度を持たせて、この線膨張を吸収するためのも
のである。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a ceramic inner tube having excellent heat resistance, and the inside thereof forms a discharge chamber 2. He, Ne is supplied from the gas supply system 3 to the discharge chamber 2.
The discharge buffer gas is supplied and exhausted by the rotary pump 4. An anode 5 and a cathode 6 are provided at both ends of the discharge chamber 2, respectively. Plasma is generated by the pulse bipolar discharge from the pulse high voltage power supply 7 provided between the anode 5 and the cathode 6. This pulse bipolar discharge is composed of a high voltage pulse having a voltage applied from the pulse high voltage power supply 7 of several kV to several tens of kV and a repetition frequency of several kHz to several tens of kHz. Metal particles 8 are arranged in the ceramic inner tube 1, and the metal particles 8 come into contact with the discharge plasma, so that the ceramic inner tube 1 is heated to an extremely high temperature. Then, as the metal particles 8 evaporate, metal vapor serving as a laser medium is generated. In addition, this metal vapor is introduced into the inner tube 1 made of ceramics.
It is uniformly distributed at a density of 14 to 10 15 n / cm 3 , and emits light having a wavelength specific to the metal when excited by free electrons in discharge plasma. This light is amplified by an optical resonator composed of an output mirror 10 and a total reflection mirror 11 placed at both ends of the ceramic inner tube 1 through the Brewster window 9, and then the laser light is output from the output mirror 10 side. Is output as Also, a ceramic inner tube 1
Are supported at both ends by an outer tube 14 arranged concentrically with the ceramic inner tube 1 via an O-ring 12 and a bellows 13 wound in the circumferential direction. Further, since the O-ring 12 has a high temperature because it is in contact with the ceramic inner tube 1, a cooling water passage 15 is provided on the outer peripheral portion of the O-ring 12. The cooling water passage 15 has an inlet pipe 16 for supplying cooling water and a discharge pipe for discharging the cooling water to the outside.
17 are provided. Further, the space between the outer tube 14 and the ceramic inner tube 1 is evacuated by a rotary pump 18 to form a vacuum insulation chamber 19. Further, a heat insulating material 20 is wound around the outer periphery of the ceramic inner tube 1 in order to keep the inside of the ceramic inner tube 1 at a high temperature. On the other hand, an insulating tube 21 for electrically separating the anode 5 side and the cathode 6 side is provided in the middle of the outer tube 14. The ceramic inner tube 1
Since the temperature rises to about 1500 ° C, linear expansion occurs due to heat. The bellows 13 is for allowing the ceramic inner tube 1 to have a degree of freedom in the movement in the tube axis direction and to absorb this linear expansion.

上記構成は前述従来装置と全く同一であるが、本発明
においては、第１図に示すように、断熱材20を左部、中
央部および右部に三分割する。左部および右部の断熱材
20aは、中央部の断熱材20bよりも優れた断熱特性を有す
る断熱材20aを使用する。Although the above configuration is exactly the same as the above-mentioned conventional device, in the present invention, as shown in FIG. 1, the heat insulating material 20 is divided into a left portion, a center portion and a right portion. Left and right insulation
20a uses a heat insulating material 20a having better heat insulating properties than the central heat insulating material 20b.

しかして、断熱材20の構造を上述のようにしたことに
よって、中央部を必要以上に温度上昇させることなく、
左右両端部を断熱することができるので、第２図に示す
ように有効高温領域を広くとることができる。Thus, by making the structure of the heat insulating material 20 as described above, without increasing the temperature of the central portion more than necessary,
Since the left and right ends can be thermally insulated, the effective high temperature region can be widened as shown in FIG.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は上述のように、セラミックス製内管の外周部
に巻装された断熱材の左右両端近傍における断熱特性
が、中央部の断熱特性よりも優れたものとすることによ
り、中央部を必要以上に温度上昇させることなく、左右
両端部を断熱することができるので、セラミックス製内
管内の管軸方向の温度分布を均一化することができ、ま
た、レーザ発振に有効な高温領域を広くすることができ
る。しかも、上述のように断熱特性の異なる断熱材を使
用することにより、放電管を構成するセラミックス製内
管に巻装された断熱材の厚さをセラミックス製内管の全
長にわたって均一にすることができ、また断熱層を何層
も装着する必要もなく、コンパクトなものとすることが
できる等の効果を奏する。As described above, the present invention requires a central part by making the heat insulating properties near the left and right ends of the heat insulating material wound around the outer peripheral part of the ceramic inner tube better than the heat insulating properties of the central part. Since the left and right ends can be thermally insulated without increasing the temperature as described above, the temperature distribution in the axial direction of the inner tube made of ceramics can be made uniform, and the high temperature region effective for laser oscillation can be widened. be able to. Moreover, by using the heat insulating materials having different heat insulating properties as described above, the thickness of the heat insulating material wound around the ceramic inner tube constituting the discharge tube can be made uniform over the entire length of the ceramic inner tube. There is no need to mount any number of heat insulating layers, and it is possible to make the device compact.

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

第１図は本発明における一実施例の要部拡大図、第２図
は本発明における金属蒸気レーザ発振管のセラミックス
製内管の管軸方向の温度分布図、第３図は金属蒸気レー
ザ発振管の構成図、第４図は従来技術における金属蒸気
レーザ発振管のセラミックス製内管の管軸方向の温度分
布図である。 １……セラミックス製内管、２……放電室、３……ガス
供給系、４……ロータリーポンプ、５……陽極、６……
陰極、７……パルス高電圧電源、８……金属粒子、９…
…ブリュースタ窓、10……出力ミラー、11……全反射ミ
ラー、12……Ｏリング、13……ベローズ、14……外管、
15……冷却水路、16……導入管、17……排出管、18……
ロータリポンプ、19……真空断熱室、20……断熱材、21
……絶縁管、22……穴。FIG. 1 is an enlarged view of an essential part of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a temperature distribution diagram of a ceramic inner tube of a metal vapor laser oscillation tube of the present invention in a tube axis direction, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the temperature distribution in the axial direction of a ceramic inner tube of a metal vapor laser oscillation tube according to the prior art. 1 ... ceramic inner tube, 2 ... discharge chamber, 3 ... gas supply system, 4 ... rotary pump, 5 ... anode, 6 ...
Cathode, 7 pulse high-voltage power supply, 8 metal particles, 9
... Brewster window, 10 ... output mirror, 11 ... total reflection mirror, 12 ... O-ring, 13 ... bellows, 14 ... outer tube,
15 ... cooling water channel, 16 ... inlet pipe, 17 ... discharge pipe, 18 ...
Rotary pump, 19… Vacuum insulation room, 20… Insulation material, 21
…… insulated tube, 22 …… hole.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】金属粒子が内部に配置され、この金属粒子
を蒸気化し、蒸気化された金属粒子を放電によって励起
しレーザ発振を行う放電管と、 前記放電管の両端に設けられ、前記放電管に電圧を印加
する一対の電極と、 前記放電管にバッファガスを供給するバッファガス供給
部と、 前記放電管の外周部にその長手方向に複数に分割して巻
装され、両端部に巻装されたものの方が中央部のものに
比し優れた断熱特性を有するものとした断熱材と から構成されることを特徴とする金属蒸気レーザ発振
管。A discharge tube for vaporizing the metal particles, exciting the vaporized metal particles by discharge and performing laser oscillation, and provided at both ends of the discharge tube; A pair of electrodes for applying a voltage to the tube, a buffer gas supply unit for supplying a buffer gas to the discharge tube, and a plurality of portions wound around the outer periphery of the discharge tube in the longitudinal direction thereof, and wound around both ends. A metal vapor laser oscillation tube, comprising: a heat insulator that has a better heat insulating property than that of the central portion.
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