JP2880731B2 - レーザ発振装置 - Google Patents

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装置等のレーザ発振装
置に関する。

（従来の技術） レーザ発振装置としては、例えば金属蒸気レーザ、金
属イオンレーザ、エキシマレーザ、TEA炭酸ガスレーザ
等があり、このうち、例えば、従来の横励起型の金属蒸
気レーザ発振装置は第７図に示すように構成されてい
る。この図に示すように、従来の横励起型の金属蒸気レ
ーザ発振装置では、耐熱性に優れたセラミックスから成
る放電管１は、断熱材２を充填した保護管３に挿入さ
れ、更に保護管３は導電体から成る真空容器４に挿入さ
れている。放電管１は断熱板5a、5bを介して真空容器４
に支持されており、保護管３はＯリング6a、6bを介して
真空容器４に支持されている。

放電管１内には、軸方向に沿ってチャン型状のモリブ
デン等から成る陽極７と陰極８が対向配置されており、
陽極７と陰極８は、保護管３内に軸方向に沿って配設し
たニオブ、モリブデン等から成る電流導入板9a、9bに、
放電管１と一体にねじ10で固着されている。また、放電
管１内には、金属塊11が配置されている。電流導入板9
a、9bの一端側は電流導入端子12a、12bを介して真空容
器４に接続されており、陽極７と陰極８間には、パルス
電源13から真空容器４の電流導入端子12a、12b、電流導
入板9a、9bを通して高電圧パルスが印加される。

保護管３と真空容器４の間には、真空断熱室14がロー
タリポンプ（不図示）による排気によって形成されてい
る。また、真空容器４には、陽極７側と陰極８側とを電
機的に分離する絶縁管15が配設されており、図面の右側
が陽極７側で、左側が陰極８側である。

真空容器４の両端面の開口部にはプリュースタ窓16
a、16bが取付けられており、その外側にはそれぞれ全反
射ミラー17と出力ミラー18が配設されている。プリュー
スタ窓16a、16bを両端に取付けて密封された真空容器４
内は、ロータリポンプ（不図示）で排気されて真空状態
に保持され、ガス供給源（不図示）からHeやNe等の放電
用のバッファガスが供給される。

従来の横励起型の金属蒸気レーザ発振装置は前記のよ
うに構成されており、レーザ発振を行うには先ず、ロー
タリポンプ（不図示）の排気により真空容器４内を高真
空に保持し、ガス供給源（不図示）からHeやNe等の放電
用バッファガスを供給する。そして、予め所望の金属塊
11を放電管１内に配置し、陽極７と陰極８間に高電圧パ
ルスをパルス電源13から真空容器４、電流導入端子12
a、12b、電流導入板9a、9bを介して印加することによ
り、陽極７と陰極８間に放電を発生させて、放電のジュ
ール加熱により放電管１内を高温にして金属塊11を蒸気
化し、レーザ媒質となる金属蒸気を生成する。そして、
この金属蒸気中の金属原子を前記パルス放電を行うこと
により励起し、反転分布を形成してブリュースタ窓16
a、16bを通してその外側に配置した全反射ミラー17と出
力ミラー18で構成される光共振器によりレーザ発振を行
わせることにより、出力ミラー17側よりレーザ光となっ
て出力される。

（発明が解決しようとする課題） 前記した従来の金属蒸気レーザ発振装置では、金属蒸
気を発生させるために、放電管１内は非常に高温状態に
なる。

このため、電流導入板9a、9bに陰極７、陽極８がねじ
10によって放電管１と一体に固着されているので、放電
管１と陽極７、陰極８の熱膨張率の違いによって、陽極
７、陰極８に歪みが生じたり、陽極７、陰極８に歪みが
生じたり、陽極７と陰極８間の平行度が悪くなってきて
レーザ発振出力が大幅に低下する問題点があった。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、レー
ザ発振時に放電管内が高温になっても、陽極と陰極の歪
みを防止して、陽極と陰極間の平行度を高精度に保持
し、安定して高出力のレーザ発振を行うことができるレ
ーザ発振装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記した課題を解決するために本発明は、放電ガスが
導入される真空容器と、この真空容器内に設けられ、レ
ーザ媒質を放電によって励起させてレーザ光を発振させ
る第１の管と、この第１の管内に設けられ、前記第１の
管の軸方向への変形に対して変形可能に設置され、前記
放電ガスを放電させる一対の電極と、この一対の電極を
支持し、前記第１の管の軸方向に移動可能に設置された
第２の管とから構成されることを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、一対の電極を放電管の軸方向に移動
可能に支持したことにより、レーザ発振時に放電管が高
温になった場合でも、熱膨張による一対の電極の歪みは
回避され、一対の電極を構成する各電極の平行度を高精
度に保持することができる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。尚、従来と同一部材には同一符号を付して説明す
る。

第１図は、本発明を横励起型の金属蒸気レーザ発振装
置に適用した場合の概略断面図である。この図に示すよ
うに、第１の管であるセラミックスから成る円筒状の放
電管１は断熱材２を充填した保護管３に挿入され、保護
管３は真空容器４内に挿入されている。放電管１は断熱
材5a,5bを介して真空容器４に支持されており、保護管
Ｏリング6a,6bを介して真空容器４に支持されている。

放電管１内には、放電管１と同じ材質のセラミックス
から成る方向を略一致させた第２の管である短管20a,20
bが軸方向に沿って移動自在に配置されている。短管20
a,20bには、断面がチャン型状の陽極７と陰極８がそれ
ぞれ固着したスペーサ21a,21bが、陽極７と陰極８が対
向するようにしてねじ22で固定されている（第２図参
照）。陽極７と陰極８の背面には、それぞれ電流導入用
の導体棒23a,23bが固着されており、導体棒23a,23bは、
放電管１の周面に形成した穴24を通して、保護管３内に
軸方向に沿って配設される薄板状（厚さ約0.5mm以下）
のニオブ、モリブデン等から成る電流導入板9a,9bに接
続されている。穴24は、導体棒23a,23bよりも大きく形
成して周囲に隙間を設け、レーザ発振時の高熱によって
熱膨張が生じても導体棒23a,23bが穴24に接触しないよ
うにしている。電流導入板9a,9bの一端側は電流導入端
子12a,12bを介して真空容器４に接続されており、陽極
７と陰極８間には、パルス電源13から真空容器４、電流
導入端子12a,12b、電流導入板9a,9b、導体棒23a,23bを
通して高電圧パルスが印加される。

また、11は銅、金、カドミウム、ストロンチウム、ビ
スマス等の金属塊、14はロータリポンプ（不図示）の排
気によって形成される真空断熱室、15は真空容器４を絶
縁状態に分割する絶縁管、16a,16bはブリュースタ窓、1
7,18は全反射ミラーと出力ミラーである。これらの構成
は第７図に示した従来の金属蒸気レーザ発振装置と同様
である。

本発明に係る金属蒸気レーザ発振装置は上記のように
構成されており、レーザ発振を行うには、先ず真空容器
４内をロータリポンプ（不図示）の排気によって高真空
に保持してガス供給源（不図示）からHeやNe等の放電用
バッファガスを供給する。そして、予め所望の金属塊11
を放電管１内に配置し、陽極７と陰極８間に、真空容器
４、電流導入端子12a、12b、電流導入板9a、9b、導体棒
23a、23bを通してパルス電源13から高電圧パルスを印加
することにより、陽極７と陰極８間に放電を発生させ
て、放電のジュール加熱により放電管１内を高温にして
金属塊11を蒸気化し、レーザ媒質となる金属蒸気を生成
する。そして、この金属蒸気中の金属原子を前記のパル
ス放電を行うことにより励起し、反転分布を形成して全
反射ミラー17と出力ミラー18で構成される光共振器によ
りレーザ発振を行わせることにより、出力ミラー18側よ
りレーザ光となって発振される。

この時、放電管１内は放電によって高温状態となるの
で、放電管１、陽極７、陰極８及び短管20a、20bに熱膨
張が生じるが、放電管１と短管20a、20bに生じる径方向
の熱膨張は、放電管１と短管20a、20bが同一材質のセラ
ミックスであることから等しく、放電管１と短管20a、2
0b管の隙間は一定に保たれる。

このように、放電管20a、20bを同材質のセラミックス
で形成したことにより、放電管１と短管20a、20bに熱膨
張が生じても放電管１の破損を防止することができる。
また、陽極７、陰極８に軸方向の熱膨張が生じても、電
流導入板９が薄板状に作られているため伸び縮みが起き
るので、電極の膨張に従い短管20a、20bが軸方向に移動
して、陽極７と陰極８の熱膨張を吸収して歪みの発生を
防止し、陽極７と陰極８間の平行度を高精度に保持する
ことができる。

また、。放電管１と短管20a、20b間の隙間を大きくし
た場合に、放電管１と短管20a、20b間にがたつきが生じ
ても、陽極７と陰極８は対向して短管20a、20bにスペー
サ21a、21bを介して固定されているので、陽極７と陰極
８の相対位置精度は常に良好に保たれる。

また、前記実施例では短管20a、20bを放電管１と同材
質のセラミックスで形成したが、放電管との隙間を充分
に確保することにより、短管20a、20bを耐熱性に優れた
他の部材で形成することも可能である。

また、電流導入板9a、9bを薄板状に形成したことによ
り、熱伝導が小さくなるので放電管１内の熱が外部に逃
げるのを防止して、安定した放電を行うことができる。

第３図は、本発明の第２の実施例を示す概略断面図で
ある。

本例では、電流導入板9a、9bの一部分にそれぞれ変形
自在な波形状の変形部9c、9dを形成して、電流導入板9
a、9bを導体棒23a、23bにねじ25で固定した構成であ
る。他の構成は前記した実施例と同様である。本実施例
では、電流導入板９の伸び縮みが起きるように波形状の
変形部を加えたことが特徴である。

このように、本例では、レーザ発振時の高温状態によ
って熱膨張によって陽極７、陰極８が短管20a、20bと共
に放電管１の軸方向に移動した場合、陽極７、陰極８に
導体棒23a、23bを介して接続されている電流導入板9a、
9bの変形部9c、9dが軸方向に変形することにより、導体
棒23a、23b間及び導体棒23a、23bと電流導入端子12a、1
2bの間に生じる熱膨張による歪みを防止して、陽極７と
陰極８間の平行度をより高精度に保持することができ
る。

第４図は、本発明の第３実施例を示す概略断面図であ
る。

本例では、真空容器４に挿入された放電管１内に軸方
向に移動自在な短管20a、20bが２つ配設されており、こ
の短管20a、20bには、対向配置された陽極７と陰極８が
スペーサ21a、21bを介してねじ22で固定されている。ま
た、放電管１と真空容器４の周面の陽極７及び陰極８の
背面と対向する位置にそれぞれ２つの穴24、26を形成
し、穴24、26に、それぞれ変形自在な波形状に形成され
た薄板状の電流導入板9a、9bを間に取付けた導体棒23
a、23bと電流導入板12a、12bを挿通する。穴24に挿通さ
れた導体棒23a、23bはそれぞれ陽極７及び陰極８の背面
に接続され、穴26に挿通された電流導入端子12a、12bは
真空容器４の表面に絶縁部材27により固着されている。
穴24、26は、電流導入端子12a、12bと導体棒23a、23bよ
りも大きく形成して周囲に隙間を設け、レーザ発振時の
高熱によって熱膨張を生じても、電流導入端子12a、12b
と導体棒23a、23bが穴24、26に接触しないようにしてい
る。

そして、各電流導入端子12a、12bはパルス電源（不図
示）に接続されており、パルス電源（不図示）から高電
圧パルスが、電流導入端子12a、12b、電流導入板9a、9
b、導体棒23a、23bを通して陽極７と陰極８間に印加さ
れる。

尚、２は断熱材、16a、16bはブリュースタ窓、17は全
反射ミラー、18は出力ミラーである。

本例においても、前記実施例同様、真空容器４内をロ
ータリポンプ（不図示）の排気によって高真空に保持し
てガス供給源（不図示）からHeやNe等の放電用バッファ
ガスを供給する。そして、金属塊（不図示）を放電管１
内に配置し、陽極７と陰極８間に、パルス電源（不図
示）から高電圧を印加して金属蒸気を生成する。そし
て、この金属蒸気中の金属原子を前記のパルス放電を行
うことにより励起し、反転分布を形成して全反射ミラー
17と出力ミラー18で構成される光共振器によりレーザ発
振を行わせることにより、出力ミラー18側よりレーザ光
となって発振される。

そして、本例においても前記実施例同様、レーザ発振
時の高温状態による熱膨張によって陽極７、陰極８が短
管20a、20bと共に放電管１の軸方向に移動しても、陽極
７と陰極８に導体棒23a、23bを介して接続されている波
形状の電流導入板9a、9bが軸方向に変形することによ
り、電流導入板9a、9bと導体棒23a、23b間の熱膨張によ
る歪みを防止して、陽極７と陰極８間の平行度をより高
精度に保持することができる。

また、放電管１と真空容器４の周面に形状した穴24、
26に挿通される電流導入端子12a、12bを導入板9a、9b、
導体棒23a、23bを通して陽極７と陰極８に、パルス電源
（不図示）から高電圧パルスが印加されるので、通電回
路を短くすることができ回路のインダクタンスが減少す
る。よって、電流の立上がりが速くなって、電流のピー
ク値を大きくすることができるので、より高効率で大出
力のレーザ発振を行うことができる。

第５図は、本発明の第４実施例を示す概略断面図、第
６図は、そのVI−VI線断面図である。

本例では、真空容器４の周面に穴26を形成して、この
穴26に電流導入端子12a、12bを挿通して真空容器４の表
面に絶縁部材27を介して固着する。そして、電流導入端
子12a、12bの外側にパルス電源（不図示）を接続して、
内側に変形自在な波形状の変形部9c,9dを形成した薄板
状の電流導入板9a、9bを接続した構成である。電流導入
板9a、9bは、陽極７と陰極８に接続される導体棒23a、2
3bにねじ25で固定されている。他の構成は第１図に示し
た実施例と同様である。

このように、本例においては、放電管１の周面に形成
した穴26に挿通される電流導入端子12a、12bと、電流導
入板9a、9b、導体棒23a、23bを通して陽極７と陰極８
に、パルス電源（不図示）から高電圧パルスが印加され
るので、第４図に示した実施例同様通電回路を短くする
ことができ回路のインダクタンスが減少する。よって、
電流のピーク値を大きくすることができるるので、より
高効率で大出力のレーザ発振を行うことができる。

また、電流導入板9a、9bに変形部9c、9dを形成したこ
とにより、レーザ発振時の高温状態によって導体棒23
a、23bと電流導入端子12a、12b間の熱膨張による歪みを
吸収することができる。

尚、前記した各実施例は横励起型の金属蒸気レーザ発
振装置の場合であったが、この他にも横励起型の金属イ
オンレーザ、エキシマレーザ、TEA炭酸ガスレーザ等の
横励起型レーザ発振装置に適用することができる。

また、前記した各実施例では、放電管１は円筒状であ
ったが、これに限らず例えば断面が多角形の放電管でも
良い。

また、陽極７と陰極８間に高電圧パルスを印加するパ
ルス電源13に、電流波形整形用のコンデンサを接続して
も良い。

［発明の効果］ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発
明によれば、陽極と陰極を第１の管内に移動自在に配置
した第２の管で支持することにより、レーザ発振時に放
電管内が高温になることにより、陽極や陰極に生じる軸
方向の熱膨張を、第２の管が軸方向に移動することによ
って吸収することができるので、陽極、陰極の歪みを防
止して、陽極と陰極間の平行度を高精度に保持すること
ができる。

従って、陽極と陰極間の放電が安定するので、安定し
て高出力のレーザ発振を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る金属蒸気レーザ発振装置を示す
概略断面図、第２図は、第１図II−II線断面図、第３図
乃至第５図は、それぞれ本発明の他の実施例に係るレー
ザ発振装置を示す概略断面図、第６図は、第５図VI−VI
線断面図、第７図は、従来の金属蒸気レーザ発振装置を
示す概略断面図である。 １…放電管（第１の管）、３…保護管 ４…真空容器、７…陽極 ８…陰極、9a、9b…電流導入板 9c、9d…変形部 11…金属塊 12a、12b…電流導入端子 13…パルス電源 20a、20b…短管（第２の管） 23a、23b…導体棒 24、26…穴

フロントページの続き (72)発明者 秦 俊太郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/03 - 3/038

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電ガスが導入される真空容器と、 この真空容器内に設けられ、レーザ媒質を放電によって
   励起させてレーザ光を発振させる第１の管と、 この第１の管内に設けられ、前記第１の管の軸方向への
   変形に対して変形可能に設置され、前記放電ガスを放電
   させる一対の電極と、 この一対の電極を支持し、前記第１の管の軸方向に移動
   可能に設置された第２の管と から構成されるレーザ発振装置。
2. 【請求項２】前記レーザ媒質は蒸気化され、金属原子や
   金属イオンからなることを特徴とする請求項１記載のレ
   ーザ発振装置。
3. 【請求項３】前記一対の電極は、前記放電管に形成され
   た穴に接触しないように電流導入用の導体部材を挿通す
   ることによって電源に接続されるように構成されたこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ発振装置。
4. 【請求項４】前記電流導入用の導体部材は変形自在な薄
   板状に形成されることを特徴とする請求項３記載のレー
   ザ発振装置。