JP2971595B2

JP2971595B2 - 金属蒸気レーザ発振管

Info

Publication number: JP2971595B2
Application number: JP5400391A
Authority: JP
Inventors: 康井関; 悦夫野田; 節雄鈴木; 林　　和夫; 郁男渡辺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-02-26
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1999-11-08
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JPH04269879A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】周知の通りレーザは、レーザ光の優れた
指向性や干渉性等の特徴を生かし、種々の分野で利用さ
れている。一方、近時においてはレーザ光の単色性を利
用して目的物質だけを選択的に励起し、その高純度化や
不純物の除去などへの利用が進められている。

【０００３】以下、単色性を利用する金属蒸気レーザの
発振管の一つについて、図面を参照して説明する。図６
は概略断面図であり、図において、１は外管で、これは
陽極部外管１ａ、絶縁外管１ｂ、陰極部外管１ｃで構成
され、陽極部外管１ａと陰極部外管１ｃは導電材料で形
成されている。２は外管１内に同軸に設けられた保護管
で、保護管２の両端部は外管１に気密に接続されてい
る。そして外管１の両端部にはプリュースタ窓３ａ、３
ｂが取着されており、これにより外管１の両開口端は閉
塞され、保護管２の内部は気密状態となる。４は保護管
２の内面に設けられた断熱材層で、この断熱材層４の軸
方向中間部には保護管２との間に中空層５が形成されて
いる。６は断熱材層４の軸方向中間部の内面に設けられ
た内管であり、またこの内管６を軸方向に挟むようにし
て陽極部外管１ａに取着された陽極７と陰極部外管１ｂ
に取着された陰極８とが配設されている。なお、９はレ
ーザ媒質である、例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）等の金
属粒子である。

【０００４】このように形成した金属蒸気レーザ発振管
による発振は、次のようにして行われる。すなわち、内
管６の内部を高真空状態にした後、この内部に、例えば
ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）等の放電用バッファ
ガスを供給し、陽極７と陰極８の間に高電圧を印加して
放電プラズマを発生させる。そして、放電プラズマによ
って金属粒子９を加熱・蒸気化し、生成した金属蒸気を
放電プラズマ中の電子により励起し、発生した光をブリ
ュースタ窓３ａ、３ｈを通して図示しない光共振器で増
幅し、レーザ光を発振する。

【０００５】しかし、内管６内はブリュースタ窓３ａ、
３ｂにより閉塞されているが、両端に開口が形成された
ままであり、これにより両端部の温度が下がり、中間部
との間で温度差が生じてしまう。これに対し、内管６内
の軸方向の温度分布を調整する手段として断熱材層４の
中間部の層厚を中空層５を設けて薄くし、中間部での熱
抵抗を小さくし熱放散量を多くして内管６内の温度の均
一化を図り、プラズマ放電による有効な高温領域を広く
するようにしている。

【０００６】しかしながら上記の従来技術においては、
断熱材層４の中間部に形成された中空層５内に断熱材層
４からしみ出た放電用バッファガスが滞留する。そし
て、内管６内をプラズマ放電によって金属粒子９が蒸気
化するように高温度にまで加熱したとき、中空層５内に
滞留した放電用バッファガスに異常放電が発生する虞が
ある。この中空層５内での異常放電が発生した場合に
は、内管６の中間部の温度が上昇してしまい、内部の軸
方向の温度分布が不均一になって有効な高温領域が狭く
なり、レーザ出力が低下し、出力効率が低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような異常放電
が発生する虞がある状況に鑑みて本発明はなされたもの
で、その目的とするところは異常放電の発生の虞がな
く、もって内管内の軸方向の温度分布を広い領域で均一
なものとし、高効率で高出力である金属蒸気レーザ発振
管を提供することにある。

【０００８】［発明の構成］

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の金属蒸気レーザ
発振管は、外管と、この外管内に同軸に配設しかつ該外
管に対して気密に接続した保護管と、この保護管内に断
熱材層を間に設けて同軸に配設した内管を備えてなる金
属蒸気レーザ発振管において、前記外管内面もしくは前
記保護管外面の少なくとも片方の面の中間部には、前記
内管内の軸方向の温度分布を調整する赤外線・可視光吸
収膜が形成され、この膜は膜が形成される前記外管もし
くは保護管の材料よりも赤外線・可視光の放射率が高い
ことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上記のように構成された金属蒸気レーザ発振管
は、外管内面もしくは保護管外面の少なくとも片方の面
の中間部に、前記外管もしくは保護管の材料よりも赤外
線・可視光の放射率が高い赤外線・可視光吸収膜を設け
るようにして、内管内の軸方向の温度分布を調整する手
段を形成しており、断熱材層の中間部における熱放散が
端部におけるよりも多くすることができ、軸方向で内管
内の熱の径方向への放散量に分布を作ることができる。
これによりプラズマ形成領域の温度は広い範囲に亙って
均一な状態となり、有効な高温領域が広く形成される。
そして放電用バッファガスが滞留する中空部分がなくな
って異常放電の発生の虞がなくなり、内管内の軸方向の
温度分布が広い領域で安定した均一なものとなり、高効
率で高出力が得られる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１２】先ず、第１の実施例を図１により説明す
る。図１は概略断面図であり、図において、１１は円筒
状の外管で、外管１１は軸方向に順に気密に接続された
陽極部外管１１ａ、絶縁外管１１ｂ、陰極部外管１１ｃ
で構成されており、アルミニウム（Ａ１）でなる陽極部
外管１１ａと陰極部外管１１ｃとは絶縁材料でなる絶縁
外管１１ｂにより電気的に分離されている。また外管１
１の両端部には、端部を形成する陽極部外管１１ａと陰
極部外管１１ｃの該当端部に縮径部１２ａ、１２ｂが形
成されている。

【００１３】また、外管１１内にはガラス円筒でなる保
護管１３が同軸に配設されており、保護管１３の外面の
中間部には軸方向の所定範囲に亙って、例えばカーボン
や耐熱黒色塗料等の赤外線から可視光にかけての放射率
の高い物質からなる赤外線・可視光吸収膜１４が形成さ
れている。また保護管１３の両端は外管１１の縮径部１
２ａ、１２ｂの内端面に気密に接続されていて、これに
よって外管１１の内面と保護管１３の外面との間には真
空断熱層１５が形成される。さらに外管１１の縮径部１
２ａ、１２ｂの外端面に、それぞれプリュースタ窓１６
ａ、１６ｂが取着されており、これにより外管１１の両
端部の開口部は閉塞され、保護管１３内部は気密状態と
なる。

【００１４】また、保護管１３の略全内面には等厚の断
熱材層１７が設けられていて、この断熱材層１７は酸化
アルミニウム（Ａｌ_２０_３）を主成分とした断熱材によ
り構成されており、その内径が外管１１の縮径部１２
ａ、１２ｂの内径に略等しく形成されている。そして断
熱材層１７の軸方向中間部の内面には耐熱性セラミック
で形成された内管１８が設けられている。さらに内管１
８を挟むようにして陽極部外管１１ａの縮径部１２１内
面に固着された陽極１９と、陰極部外管１１ｂの縮径部
１２ｂ内面に固着された陰極２０とが、所定の空間距離
をおいて配設され、陽極１９と陰極２０の間の内管１８
内にプラズマ形成領域２１が形成されている。また内管
１８の内表面には軸方向の略対称な位置に離間して、レ
ーザ媒質である銅（Ｃｕ）の金属粒子２２が配着されて
いる。

【００１５】そして本実施例による発振は、次のように
して行われる。すなわち、先ず内管１８の内部を図示し
ない排気口に接続したロータリーポンプなどの真空ポン
プによって排気し、高真空状態にした後、この内管１８
内部に、例えばヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）等の
放電用バッファガスを所定の圧力となるように供給す
る。そして、図示しないパルス高電圧電源を陽極部外管
１１ａと陰極部外管１１ｃの各端子に接続し、陽極１９
と陰極２０の間に高電圧パルスを印加してプラズマ形成
領域２１に放電プラズマを発生させる。この放電によっ
てＣｕの金属粒子２２が加熱されて蒸気化し、生成され
た金属蒸気が放電プラズマ中の電子により励起され、発
生した光がブリュースタ窓１６ａ、１６ｂを通して図示
しない光共振器で増幅されてレーザ光を発振する。

【００１６】そして、保護管１３の外面の中間部に軸方
向の所定範囲に亙って形成された保護管１３材料よりも
赤外線から可視光の放射率の高い物質からなる赤外線・
可視光吸収膜１４の温度分布を調整する手段によって、
内管１８内のプラズマ形成領域２１の温度がほぼ全域に
亙り均一なものとなり、約１５００℃に維持される。

【００１７】このように構成された本実施例によれば、
赤外線・可視光吸収膜１４による内管１８内の軸方向の
温度分布を調整する手段が設けられていることによっ
て、断熱材層１７の中間部における熱放散が端部におけ
るよりも多くなり、内管１３内の熱の径方向への放散量
に軸方向で分布が生じることとなる。これによりプラズ
マ形成領域２１の温度は広い範囲に亙って均一な状態と
なり、有効な高温領域が広く形成される。また、放電用
バッファガスが滞留する中空部分が陽極１９と陰極２０
の間に形成されていないため、異常放電が発生すること
がない。さらにプラズマ形成領域２１の温度は、異常放
電が発生しないため変動する虞がなく長時間に亙り安定
なものとなる。そして高効率で高出力のレーザ光が長時
間、安定して得られる。

【００１８】次に、第２の実施例を図２により説明す
る。図２は概略断面図であり、図において、２４は保護
管１３の外面の中間部に軸方向の所定範囲に亙って形成
された、例えばカーボンや耐熱黒色塗料等の赤外線から
可視光の放射率の高い物質からなる赤外線・可視光吸収
膜である。赤外線・可視光吸収膜２４は、赤外線から可
視光の放射率の高い物質が稠密に付着された中間部膜２
５と疎らに付着された端部膜２６とでなり、軸方向の赤
外線から可視光の放射率に分布ができるように構成され
ている。このような赤外線・可視光吸収膜２４による内
管１８内の軸方向の温度分布を調整する手段が設けられ
ていることによって、断熱材層１７の中間部における熱
放散量が、中間部膜２５が形成された部分において端部
膜２６の形成された部分よりも多く、端部膜２６の形成
された部分が端部におけるよりも多くなり、内管１３内
の熱の径方向への放散量に軸方向で分布が生じる。

【００１９】これによりプラズマ形成領域２１の温度
は、上記各実施例よりも軸方向の温度分布が微調整され
ることになり、広い範囲に亙って均一な状態となり、有
効な高温領域が広く形成される。そして第１の実施例と
同様の作用、効果が得られる。なお赤外線から可視光の
放射率の異なる物質を組合わせて、軸方向の赤外線から
可視光の放射率に分布ができるように構成してもよい。

【００２０】次に、第３の実施例を図３により説明す
る。図３は概略断面図であり、図において、２７は外管
１１の中間部内面、すなわち陰極部外管１１ｃの内面に
軸方向の所定範囲に亙って形成された、例えばカーボン
や耐熱黒色塗料等の赤外線から可視光の放射率の高い物
質からなる赤外線・可視光吸収膜である。このような赤
外線・可視光吸収膜２７による内管１８内の軸方向の温
度分布を調整する手段が設けられていることによって、
断熱材層１７の中間部における熱放散が端部におけるよ
りも多くなり、内管１３内の熱の径方向への放散量に軸
方向で分布が生じることとなる。

【００２１】これによりプラズマ形成領域２１の温度は
広い範囲に亙って均一な状態となり、有効な高温領域が
広く形成される。そして第１の実施例と同様の作用、効
果が得られる。

【００２２】次に、第４の実施例を図４により説明す
る。図４は概略断面図であり、図において、２８は保護
管１３の外面の中間部に軸方向の所定範囲に亙って形成
された、例えばカーボンや耐熱黒色塗料等の赤外線から
可視光の放射率の高い物質からなる赤外線・可視光吸収
膜である。２９は外管１１の陰極部外管１１ｃの内面の
中間部に軸方向の所定範囲に亙って形成された、同じく
例えばカーボンや耐熱黒色塗料等の赤外線から可視光の
放射率の高い物質からなる赤外線・可視光吸収膜であ
る。外管１１の赤外線・可視光吸収膜２９は保護管１３
の外面の赤外線・可視光吸収膜２８よりも短く形成され
ている。このような２つの赤外線・可視光吸収膜２８、
２９による内管１８内の軸方向の温度分布を調整する手
段が設けられていることによって、断熱材層１７の中間
部における熱放散が端部におけるよりも多く、特に２つ
の赤外線・可視光吸収膜２８、２９が対向するように設
けられた部分では熱放散がより多くなり、内管１３内の
熱の径方向への放散量に軸方向で分布が生じることとな
る。

【００２３】これによりプラズマ形成領域２１の温度
は、広い範囲に亙って均一な状態となり、有効な高温領
域が広く形成される。そして第１の実施例と同様の作
用、効果が得られる。

【００２４】尚、上記の各実施例においては保護管１３
にガラス円筒を用い、外管１１の陰極部外管１１ｃにア
ルミニウムを用いており、赤外線・可視光吸収膜として
カーボンや耐熱黒色塗料等を使用したものを例示した
が、それぞれ他の材料を用いて保護管や外管を形成した
場合には、その材料よりも赤外線から可視光の放射率の
高い物質を用いて赤外線・可視光吸収膜とする。また、
上記各実施例においては断熱材層１７が等厚とした場合
のものを示したが、断熱材層１７の中間部を薄く形成し
たものを用いれば、有効な高温領域を更に広くすること
ができる。また、本発明は上記各実施例のみに限定され
るものではなく、各実施例を組合わせる等、要旨を逸脱
しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、外管内面もしくは保護管外面の少なくとも片方の面
の中間部に、内管内の軸方向の温度分布を調整する赤外
線・可視光吸収膜を形成したことにより、放電用バッフ
ァガスが滞留する中空部分がなくなって異常放電の発生
の虞がなくなり、内管内の軸方向の温度分布が広い領域
で均一なものとなり、高効率で高出力が得られるものを
提供することができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図３】本発明の第３の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図４】本発明の第４の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図５】従来例を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１１外管１１ａ陽極部外管１１ｂ絶縁外管１３保護管１４赤外線・可視光吸収膜１１ｃ陰極部外管１７断熱材層１８内管２１プラズマ形成領域

フロントページの続き (72)発明者林和夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者渡辺郁男神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (56)参考文献特開平３−116984（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−16998（ＪＰ，Ａ) 特開平３−17258（ＪＰ，Ａ) 特開平３−17257（ＪＰ，Ａ) 特開平１−238079（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−11383（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/03 H01S 3/227

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外管と、この外管内に同軸に配設しかつ
該外管に対して気密に接続した保護管と、この保護管内
に断熱材層を間に設けて同軸に配設した内管を備えてな
る金属蒸気レーザ発振管において、前記外管内面もしく
は前記保護管外面の少なくとも片方の面の中間部には、
前記内管内の軸方向の温度分布を調整する赤外線・可視
光吸収膜が形成され、この膜は膜が形成される前記外管
もしくは保護管の材料よりも赤外線・可視光の放射率が
高いことを特徴とする金属蒸気レーザ発振管。
【請求項２】前記赤外線・可視光吸収膜は中間部膜と
この中間部膜の端部に形成された端部膜とからなり、こ
の端部膜は前記中間部膜の赤外線・可視光の放射率より
も低い放射率を有していることを特徴とする請求項１記
載の金属蒸気レーザ発振管。
【請求項３】前記赤外線・可視光吸収膜がカーボンまた
は耐熱黒色塗料であることを特徴とする請求項１または
請求項２記載の金属蒸気レーザ発振管。