JP2829119B2 - 金属蒸気レーザ装置 - Google Patents
金属蒸気レーザ装置Info
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Description
り使用することが可能であると共に装置の寿命を延長す
ることができる金属蒸気レーザ装置に関する。
起イオン化等に使用される金属蒸気レーザ装置のレーザ
管は、第2図に示すように、セラミック管1の外周を断
熱材2で覆った上にガラス管3を被せた放電管4が、そ
の両端に配置されたOリング5を介して外管6の内部に
配置される。外管6の両端には、それぞれ窓7および励
起電圧印加用の電極8が設けられる。セラミック管1の
内側には金属片9が配置され、管内にはバッファガスが
充填される。
ない外部の電源から高電圧を印加し、バッファガス中で
放電させて金属片9を溶かし、レーザ光を発生させる。
セラミック管1内に配置される金属片9に銅が使用され
る。銅蒸気レーザにおいて、放電によって金属片9
(銅)を溶かしてレーザ光を発生させるには、セラミッ
ク管1の温度を1500℃以上に保つ必要がある。また、ガ
ラス管3を使用しているため、ガラス管3部分では100
〜200℃程度にする必要があり、断熱材2をかなり厚く
(4〜5cm)している。ところが、断熱材2が厚いと以
下の点で不具合が生じる。
合や、レーザ管10を大気開放させた後において、断熱材
2から大量の不純物(水素、窒素、酸素等空気中より断
熱材2に吸着されたガス成分)が放出され、放電が不安
定となり、図示しない電圧印加装置のサイラトロンを始
めとする電気部品に損傷を与えて、レーザ装置全体の寿
命が短縮する、また、放電が不安定となることにより、
レーザ出力が不安定となる。このような不具合は、レー
ザ出力を増大させるためにレーザ管10の長さを長くした
り、レーザ管10の口径を太くした場合に顕著になり、レ
ーザ出力増大および出力安定化に大きな障害となってい
た。
るため、電流の還流が同軸式で、断熱材2の外部の外管
6を用いる。同軸構造のインダクタンスLは、 L=μ0l/2πLog(r2/r1) r1:セラミック管内半径 r2:同軸還流半径(外管半径) となる。
ため、レーザ管10のインダクタンスはできるだけ小さく
することが好ましい。従来の構造では、断熱材2が厚
く、レーザ管10のインダクタンスが大きく、レーザの発
振効率が上昇しなかった。特に、レーザ管10を大口径に
して、レーザ出力を増大させる場合に、インダクタンス
の問題が障害となっていた。
ファガスに接する断熱材の体積を少なくすることによ
り、放電に悪影響を与える不純物の放出を減少させ、レ
ーザ出力の安定性向上、出力増大を図ると共に、電気部
品の寿命延長を達成することができ、さらにレーザ管の
インダクタンスの低減によりレーザ効率の向上を図るこ
とができる金属蒸気レーザ装置を提供することを目的と
する。
レーザ管にバッファガスを供給するガス供給装置と、上
記レーザ管に高電圧を印加する電圧印加装置とが備えら
れ、上記レーザ管は周囲が外側断熱材で包囲された導電
体内管と、この導電体内管内に気密に収容された放電管
と、上記導電体内管と放電管との間に形成された気密層
とを有し、上記放電管は内側に金属片を備えたセラミッ
ク内管の周囲が内側断熱材で包囲され、この内側断熱材
の外周がセラミック外管で覆われたものである。
給装置によりバッファガスを導入し、電圧印加装置によ
りレーザ管に放電電圧を印加すると、バッファガス中で
放電が起る。放電により次第に温度が上昇すると、やが
て金属片が融解して金属蒸気を発生し、この金属が放電
プラズマ中の電子によって励起され、レーザ発振が起
る。
と、この導電体内管内に気密に収容された放電管と、上
記導電体内管と放電管との間に形成された気密層とを有
し、放電管はセラミック内管の周囲が内側断熱材で包囲
され、この内側断熱材の外周がセラミック外管で覆われ
たから、内側断熱材を薄く形成することができる。セラ
ミック内管は放電によって加熱され高温となるが、セラ
ミック外管がバッファガスをシールするため、バッファ
ガスに接する内側断熱材の体積は少ない。また、放電管
は全体に高温に保持されるため不純物の放出は少なく、
短時間の放電焼出しによってアウトガスされるため、電
気部品に与える損傷は少ない。しかも、放電が直ぐに安
定するため、レーザ出力も短時間で安定する。
流還流路が確保され、レーザ管のインダクタンスが低減
されるため、レーザの効率向上を図ることができる。
第1図を参照して説明する。
ーザ管12と、このレーザ管12にバッファガス(通常はネ
オン(Ne)ガスである。)を供給するガス供給装置13
と、上記レーザ管12に高電圧を印加する電圧印加装置14
とが備えられる。レーザ管12は周囲が外側断熱材15で包
囲された導電体内管16内に放電管17が両端部に配設され
たOリング18を介して気密に収容される。外側断熱材15
は導電体内管16と外気との間に温度差1000℃程度を保持
できる程度の厚さを有する。導電体内管16はレーザ管12
のインダクタンスを低減させるもので、電流の同軸還流
路となるものである。材質は1000℃程度の高温度に耐え
る金属、例えばステンレス等から構成される。
して縮径部19,20が気密に接合され、各縮径部19,20の端
部にレーザ光線を放出するためのレーザ窓21,22が設け
られる。各縮径部19,20には放電管17の両端部に配設さ
れる励起電圧印加用の電極23,24が電気的に接続され
る。これらの電極23,24の高電圧側と設置側を隔離する
ために、導電体内管16の胴部には絶縁ブレーク25が設け
られる。また、外側断熱材15の外側には、放電管17から
外側断熱材15を通過して漏洩してきた熱を冷却するため
に、図示しない水冷装置あるいは空冷装置が設けられ
る。
ク内管28の周囲が薄い内側断熱材29で包囲され、この内
側断熱材29の外周がバッファガスシール用のセラミック
外管30により覆われる。セラミック内管28は放電時に生
ずるプラズマに直接さらされるため、このプラズマに耐
え、また急激な温度変化にも耐えられるように、薄肉
(例えば肉厚3〜5mm)の高純度セラミック材とされ
る。また、薄い内側断熱材29は、例えば厚さ5〜10mm程
度であり、セラミック内管28とセラミック外管30との間
の温度差を500℃程度に保持できる程度の厚さでよい。
前記電極23,24はセラミック内管28を両側から挟むよう
に配設される。なお、金属片27としては例えば銅材が用
いられる。
ベ32を有し、このガスボンベ32から延びるガス供給配管
33に圧力調整用の減圧弁34とニードルバルブ35が介装さ
れ、このガス供給配管33の末端がセラミック内管28内へ
バッファガスを供給し得るように、高圧側の電極23が備
えられた縮径部19に接続される。また、他方の縮径部20
には排気ニードルバルブ36が介装された排気管37を介し
て真空ポンプ38が接続される。
管16の高圧側と接地側に接続される。すなわち、両電極
23,24間には、ピーキングコンデンサ40と充電抵抗41を
並列にしたものが電気的に接続され、一方の電極23は充
電コンデンサ42、ホールドオフダイオード43、共振充電
チョーク44の直列回路を経て高圧直流電源(例えば6〜
12KV程度)45の正側に接続される。高圧直流電源45の負
側は接地線として他方の電極24に直接接続される。ここ
で、充電コンデンサ42の容量は、通常4〜16nF程度が用
いられ、ピーキングコンデンサ40の容量は、この1/2〜1
/5程度とされている。さらに、サイラトロン46のアノー
ドがホールドオフダイオード43と充電コンデンサ42の接
続点に接続され、カソードが接地線に接続される。
32から減圧弁34によって減圧された後、さらにニードル
バルブ35の絞りを調節して供給されると同時に、レーザ
管12内のバッファガスを真空ポンプ38によって吸引し、
排気ニードルバルブ36を調節してガス圧が5〜60Torr程
度、流量が0.1〜50/h程度になるように制御される。
波数を持つトリガ信号をサイラトロン46のグリッドに加
えると、共振充電チョーク44とホールドオフダイオード
43によって高圧直流電源45の電圧の2倍の電圧に充電さ
れた充電コンデンサ42の電荷が、サイラトロン46が導通
を繰り返す度毎に電極23,24を通じてレーザ管12のバッ
ファガス中に放電される。なお、ピーキングコンデンサ
40はレーザ管放電電流の立上りを早める作用をしてい
る。
外側断熱材15の断熱作用により、セラミック内管28の温
度が上昇し、やがて金属片27が融解して金属蒸気が発生
する。金属片27が例えば銅である場合には、銅の蒸気圧
はセラミック内管28の温度が1500℃程度のときにレーザ
発振に最も良い条件となり、放電プラズマ中の電子によ
ってこの銅が励起され、逆転分布が生じ、レーザ発振に
至る。
温度にあるが、バッファガス内にある内側断熱材29の体
積が小さいため、内側断熱材29より放出される不純物
は、バッファガスの流れにより流され、直ぐに真空ポン
プ38により排気されて、不純物に起因する放電不安定に
よる電気部品の劣化は抑制され、さらにレーザ出力の不
安定な状態も短時間で解決される。
され、レーザ管12のインダクタンスは減少し、これによ
りレーザ発振効率は飛躍的に向上する(例えば、セラミ
ック内管28の直径を6cm、内側断熱材29の厚さを1cmとし
て計算すると効率が5割向上する)。
材で包囲された導電体内管と、この導電体内管内に気密
に収容された放電管と、上記導電体内管と放電管との間
に形成された気密層とを有し、放電管は内側に金属片を
備えたセラミック内管の周囲が内側断熱材で包囲され、
この内側断熱材の外周がセラミック外管で覆われたか
ら、断熱層の一部を気密層で気密断熱することができ、
バッファガスに接する内側断熱材の厚さを薄く形成する
ことができる。特に放電管付近の高温部では放電冷却が
主であり、この高温部を内側断熱材でカバーし、ある程
度温度が下がった場所で気密断熱を行なうと、軽量かつ
小型の断熱方式の実現が可能となる。内側断熱材の厚さ
を薄くすることにより、放電に悪影響を与える不純物の
放出が少なくなり、レーザ出力の安定性向上、出力増大
を図ることができると共に、電気部品の寿命延長を図る
ことができる。また、導電体内管の効果により、レーザ
管のインダクタンスが低減し、レーザ効率の向上を図る
ことができる。
示す構成図、第2図は従来の金属蒸気レーザ装置のレー
ザ管を示す構成図である。 12……レーザ管、13……ガス供給装置、14……電圧印加
装置、15……外側断熱材、16……導電体内管、17……放
電管、27……金属片、28……セラミック内管、29……内
側断熱材、30……セラミック外管。
Claims (1)
- 【請求項1】レーザ光線を発生させるレーザ管と、この
レーザ管にバッファガスを供給するガス供給装置と、上
記レーザ管に高電圧を印加する電圧印加装置とが備えら
れ、上記レーザ管は周囲が外側断熱材で包囲された導電
体内管と、この導電体内管内に気密に収容された放電管
と、上記導電体内管と放電管との間に形成された気密層
とを有し、上記放電管は内側に金属片を備えたセラミッ
ク内管の周囲が内側断熱材で包囲され、この内側断熱材
の外周がセラミック外管で覆われたことを特徴とする金
属蒸気レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30178990A JP2829119B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 金属蒸気レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30178990A JP2829119B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 金属蒸気レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174573A JPH04174573A (ja) | 1992-06-22 |
| JP2829119B2 true JP2829119B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=17901197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30178990A Expired - Lifetime JP2829119B2 (ja) | 1990-11-07 | 1990-11-07 | 金属蒸気レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2829119B2 (ja) |
-
1990
- 1990-11-07 JP JP30178990A patent/JP2829119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04174573A (ja) | 1992-06-22 |
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