JP3369210B2 - 金属蒸気レーザ発振管 - Google Patents
金属蒸気レーザ発振管Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内管内の温度分布が調
整された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
指向性や可干渉性等の特徴を生かし、種々の分野で利用
されている。例えば集光性やエネルギ密度が高いことに
着目した応用や、単色性に着目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、従来の金属蒸気レーザ発振管の例を
図３を参照して説明する。図３は金属蒸気レーザ発振管
を示す概略断面図である。 【０００４】図３において、外管１は、軸方向に連設さ
れた陽極部外管２、絶縁外管３、陰極部外管４によって
構成され、陽極部外管２と陰極部外管４は導電材料で形
成されている。外管１内には、これと同軸の真空の中空
断熱層５が形成されるように保護管６が設けられ、保護
管６の両端部は外管１に気密に接続されている。 【０００５】保護管６の内面には断熱材層７が設けら
れ、断熱材層７の軸方向中間部の内面には内管８が設け
られ、さらにこの内管８を軸方向に挟むようにして陽極
部外管２に取着された陽極９と、陰極部外管４に取着さ
れた陰極１０とが配設されている。 【０００６】また、外管１の両端部には、ブリュースタ
窓１１，１２が取着されており、これにより外管１の両
端は閉塞され、保護管６の内部は気密状態になってい
る。なお１３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。 【０００７】このように形成した金属蒸気レーザ発振管
によるレーザ光の発生は、内管８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９と陰
極１０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内管６を加熱し、そ
してさらに金属粒子１３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１１，１２を通して図示しない光共
振器で増幅して行なう。 【０００８】そして、レーザ光を効率よく発生させ、よ
り大出力を取り出すためには、放電プラズマ中に適正濃
度の金属蒸気を軸方向に均一分布させなければならな
い。このため、金属粒子１３の温度を適正な温度に維持
しながら内管８内の温度が軸方向に均一化したものとな
るよう、内管８の外周部分に設けられる断熱材層７の断
熱材の選定や、層の厚さの決定がなされる。 【０００９】しかしながら、断熱材の断熱特性は熱や放
電の影響によって経時的に変化するので、当初の設計通
りに内管８内の温度及びその軸方向の分布を維持するこ
とは難しく、レーザ出力が低下し、発振効率が低下し、
また長時間にわたり安定した出力を得ることができな
い。 【００１０】一方、内管８内はブリュースタ窓１１，１
２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。そして内部の軸方向の温
度分布が不均一になることで有効な高温領域が狭くな
り、この点からもレーザ出力が低下し、発振効率が低下
する。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】上記のように従来は、
断熱特性の経時的な変化や内管の構造から内管内の高温
領域が狭く、レーザ出力や発振効率が低いものとなって
いる。本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、断熱特性の経時的な変化
を少なくすると共に内管内の軸方向の温度分布を維持
し、高効率で高出力が長時間にわたり安定して得られる
金属蒸気レーザ発振管を提供することにある。 【００１２】 【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、この外管内に同軸の中空断熱層を介
在させて配設されかつ該外管に対して気密に接続された
保護管と、この保護管内に断熱材層を介して同軸に設け
られた内管と、内管内の温度を調整するべく複数種類の
断熱調整用ガスを所定の熱伝導率となるように選択的に
混合し前記中空断熱層に供給するガス供給装置とを有す
ることを特徴とするものである。 【００１３】 【作用】上記のように構成された金属蒸気レーザ発振管
は、外管と保護管との間の中空断熱層に内管内の温度を
調整するべく複数種類の断熱調整用ガスを所定の熱伝導
率となるように選択的に混合し供給するガス供給装置と
から構成されており、中空断熱層と断熱材層とを合わせ
た層の断熱特性を、複数種類の断熱調整用ガスの選択的
混合により制御できる。そして、断熱材層の断熱特性の
経時的な変化に合わせて中空断熱層の断熱特性を断熱調
整用ガスによって調節し、内管内の温度をレーザ発振に
必要な適正量の金属蒸気が得られる適正な温度とするこ
とができ、またその軸方向の分布を維持することができ
るようになる。このため、断熱特性の経時的な変化が少
なくなると共に内管内の軸方向の温度分布が維持され、
高効率で高いレーザ出力が長時間にわたり安定して得ら
れる。さらに、複数の中空断熱層とすることで、内管内
の温度を軸方向に広い範囲で均一にでき、有効な領域が
広くできる。また、断熱調整用ガスと共に中空断熱層に
負性ガスを供給することで中空断熱層の絶縁耐力を向上
させることができる。 【００１４】 【実施例】以下、本発明の実施例を金属蒸気レーザ発振
管を示す図面を参照して説明する。 【００１５】先ず、第１の実施例を図１により説明す
る。図１は金属蒸気レーザ発振管を示す概略断面図であ
る。 【００１６】図１において、略円筒状に形成された外管
２１は、軸方向に気密に連設された陽極部外管２２、絶
縁外管２３、陰極部外管２４によって構成され、ステン
レス鋼等の金属でなる陽極部外管２２と陰極部外管２４
とは絶縁材料でなる絶縁外管２３によって電気的に分離
されている。そして外管２１の両端部は、陽極部外管２
２と陰極部外管２４の対応するそれぞれの径小端部によ
って構成されている。 【００１７】外管２１内には、これと同軸の中空断熱層
２５が形成されるようにガラス円筒でなる保護管２６が
設けられており、保護管２６の両端は外管２１の両径小
端部の内端面に気密に接続されている。また陽極部外管
２２の径小端部近傍の管壁にはガス流通孔２７が形成さ
れており、このガス流通孔２７に片端部を固着するよう
にして配管２８が中空断熱層２５に連通するように取着
されている。 【００１８】また、配管２８の他端部には、中空断熱層
２５を真空排気する、例えばロータリーポンプ等の真空
ポンプを備えた排気装置２９がバルブ３０を介在させて
接続されている。さらに配管２８には、排気された中空
断熱層２５に断熱調整用ガスを供給するガスボンベ３
１，３２，３３とガス圧力調節バルブ３４，３５，３６
を備えたガス供給装置３７が接続されている。 【００１９】断熱調整用ガスとして使用されるガスは、
熱伝導率が大きい水素（Ｈ2 ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の
質量の小さいガスと、熱伝導率が小さいネオン（Ｎ
ｅ）、窒素（Ｎ2 ）、アルゴン（Ａｒ）等の質量の大き
いガスとの中から選定される。そして、選定されたこれ
らのガスが単独もしくは混合ガスの状態でガスボンベ３
１，３２，３３に封入されて用いられる。 【００２０】なお、中空断熱層２５には高電圧が加わ
り、選定されたガスの種類や使用ガス圧力によって絶縁
破壊が発生する虞があるため、状況に応じて中空断熱層
２５に供給される断熱調整用ガスに、例えば６弗化硫黄
（ＳＦ6 ）等の負性ガスが添加混入される。 【００２１】一方、保護管２６の略全内面には等厚の断
熱材層３８が設けられていて、この断熱材層３８は酸化
アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）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２１の径小端部の内
径に略等しく形成されている。 【００２２】断熱材層３８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３９が設けられ、さ
らに内管３９を軸方向に挟むようにして陽極部外管２２
の径小端部の内面に固着された陽極４０と、同様に陰極
部外管２４の径小端部の内面に固着された陰極４１と
が、所定の空間距離を置いて配設され、陽極４０と陰極
４１の間の内管３９内にプラズマ形成領域４２が形成さ
れている。 【００２３】そして、外管２１の両外端面には、それぞ
れブリュースタ窓４３，４４が取着され、これにより外
管２１の両端の開口部は閉塞され、保護管２６の内部は
気密状態になる。なお内管３９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の金属粒子
４５が配置されている。 【００２４】このように形成された金属蒸気レーザ発振
管によるレーザ光の発振は、次のように行なわれる。先
ず内管３９の内部を、図示しない排気口に接続したロー
タリーポンプ等の真空ポンプによって排気して高真空状
態にした後、この内管３９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所
定の圧力となるように供給する。 【００２５】そして、図示しないパルス高電圧電源を陽
極部外管２２と陰極部外管２４に設けられた各端子に接
続し、陽極４０と陰極４１の間に高電圧パルスを印加し
て内管３９内のプラズマ領域４２に放電プラズマを発生
させる。この放電プラズマにより内管３９が加熱され、
銅の金属粒子４５が加熱されて蒸気化する。 【００２６】このとき断熱材層３８の外側に設けられた
中空断熱層２５の状態を、例えば排気装置２９を動作さ
せバルブ３０を開くことによって真空状態にしたり、あ
るいは中空断熱層２５内の圧力を調節すると共に、ガス
供給装置３７のガス圧力調節バルブ３４，３５，３６を
調節することによって、各ガスの圧力を調節しながらガ
スボンベ３１，３２，３３から、配管２８、さらにガス
流通孔２７を通じて断熱調整用ガスが供給された状態に
したりする。 【００２７】このように中空断熱層２５内の状態を真
空、もしくは各ガス単独あるいは各ガスの組合わせとそ
れらの混合比を変えることで断熱調整用ガスの組成を変
え、中空断熱層２５の断熱特性を所望の特性に変化させ
る。そして中空断熱層２５の断熱特性の変化を断熱材層
３８の経時変化に合わせて調節することによって、中空
断熱層２５と断熱材層３８とを合わせた層の断熱特性が
制御でき、内管３９内の温度を所定の温度、例えば約１
５００℃にし、その温度を維持すると共に軸方向の温度
分布も維持することができる。 【００２８】これによりレーザ発振に必要な適正量の銅
蒸気を得ることができ、この得られた適正量の銅蒸気を
内管３９内のプラズマ形成領域４２の放電プラズマ中に
供給することができる。 【００２９】さらに、生成された銅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
４３，４４を通して図示しない光共振器で増幅されてレ
ーザ光の発振を行なう。 【００３０】上述のように構成された本実施例によれ
ば、中空断熱層２５と断熱材層３８とを合わせた層の断
熱特性が、中空断熱層２５の状態を真空にしたり、種々
に組成が変えられた断熱調整用ガスの雰囲気にしたりす
ることによって制御でき、断熱材層３８の断熱特性の経
時的な変化にかかわらず、内管３９内の温度をレーザ発
振に必要な適正量の銅蒸気が得られる適正な温度とする
ことができ、またその軸方向の分布を維持することがで
きるようになり、高効率で高出力のレーザ光を長時間に
わたり安定して得ることができる。 【００３１】次に、第２の実施例を図２により説明す
る。図２は金属蒸気レーザ発振管を示す概略断面図であ
る。 【００３２】図２において、略円筒状に形成された外管
５１は、軸方向に気密に連設されたステンレス鋼等の金
属でなる陽極部外管５２と、絶縁外管２３及び陰極部外
管２４によって構成され、外管５１の両端部は、陽極部
外管５２と陰極部外管２４の対応するそれぞれの径小端
部によって構成されている。 【００３３】外管５１内には、これと同軸の第１，第
２，第３の中空断熱層５３，５４，５５が軸方向に形成
されるように、ガラス円筒でなる保護管２６が設けら
れ、保護管２６の両端は外管５１の両径小端部の内端面
に気密に接続されている。 【００３４】そして、保護管２６の外面と陽極部外管５
２の内面とには、隔壁５６が陽極部外管５２の径小端部
を有する片端側に、隔壁５７が陽極部外管５２の他端側
にそれぞれ気密に取着されている。これによって第１，
第２，第３の中空断熱層５３，５４，５５は気密で独立
したものとなる。 【００３５】また、陽極部外管５２の片端側の径小端部
と隔壁５６との間の管壁には第１のガス流通孔５８が形
成されており、この第１のガス流通孔５８に片端部を固
着するようにして第１の配管５９が第１の中空断熱層５
３に連通するように取着されている。 【００３６】同様に、陽極部外管５２の隔壁５６と隔壁
５７との間の管壁には第２のガス流通孔６０が形成され
ており、この第２のガス流通孔６０に片端部を固着する
ようにして第２の配管６１が第２の中空断熱層５４に連
通するように取着されている。 【００３７】さらに、陽極部外管５２の他端側の端部と
隔壁５７との間の管壁には第３のガス流通孔６２が形成
されており、この第３のガス流通孔６２に片端部を固着
するようにして第３の配管６３が第３の中空断熱層５５
に連通するように取着されている。 【００３８】そして、各配管５９，６１，６３のそれぞ
れの他端部には、各中空断熱層５３，５４，５５を真空
排気する、例えばロータリーポンプ等の真空ポンプを備
えた第１，第２，第３の排気装置６４，６５，６６がバ
ルブ６７，６８，６９を介在させて接続されている。 【００３９】さらに、各配管５９，６１，６３には、排
気された各中空断熱層５３，５４，５５に断熱調整用ガ
スを供給するガスボンベ３１，３２，３３が、ガス圧力
調節バルブ７０，７１，〜７７，７８を備えたガス供給
装置７９が接続されている。 【００４０】一方、保護管２６の内面には断熱材層３８
が設けられ、この断熱材層３８の軸方向中間部の内面に
は、内管３９及びこの内管３９を挟むようにして陽極４
０と陰極４１とが配設され、陽極４０と陰極４１の間の
内管３９内にプラズマ形成領域４２が形成されている。 【００４１】そして、外管５１は、両外端面にブリュー
スタ窓４３，４４を設けることにより両端の開口部が閉
塞され、保護管２６の内部は気密状態になる。なお内管
３９の内表面には、軸方向の略対称な位置に離間してレ
ーザ媒質の銅の金属粒子４５が配置されている。 【００４２】このように形成された金属蒸気レーザ発振
管によるレーザ光の発振は、次のように行なわれる。先
ず内管３９の内部を、第１の実施例と同様に高真空状態
にした後、この内管３９の内部に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。 【００４３】そして、図示しないパルス高電圧電源から
陽極部外管５２と陰極部外管２４の各端子を介して、陽
極４０と陰極４１の間に高電圧パルスを印加して内管３
９内のプラズマ領域４２に放電プラズマを発生させる。
この放電プラズマにより内管３９が加熱され、銅の金属
粒子４５が加熱されて蒸気化する。 【００４４】このとき断熱材層３８の外側に設けられた
各中空断熱層５３，５４，５５の状態をそれぞれ独立
に、例えば各排気装置６４，６５，６６を動作させバル
ブ６７，６８，６９を開くことによって真空状態にした
り、あるいは各中空断熱層５３，５４，５５内の圧力を
調節すると共に、ガス供給装置７９のガス圧力調節バル
ブ７０，７１，〜７７，７８を調節することによって、
各ガスの圧力を調節しながらガスボンベ３１，３２，３
３から、各配管５９，６１，６３、さらに各ガス流通孔
５８，６０，６２を通じて断熱調整用ガスが供給された
状態にしたりする。 【００４５】このように各中空断熱層５３，５４，５５
内の状態を真空、もしくは各ガス単独あるいは各ガスの
組合わせとそれらの混合比を変えることで断熱調整用ガ
スの組成を変え、各中空断熱層５３，５４，５５の断熱
特性を所望の特性に変化させる。そして各中空断熱層５
３，５４，５５の断熱特性の変化を断熱材層３８の経時
変化に合わせて調節することによって、各中空断熱層５
３，５４，５５と断熱材層３８とを合わせた層の断熱特
性が制御でき、内管３９内の温度を所定の温度、例えば
約１５００℃にし軸方向の温度分布を所望の分布とする
ことができ、その温度を維持すると共に軸方向の温度分
布も維持することができる。 【００４６】これによりレーザ発振に必要な適正量の銅
蒸気を得ることができ、この得られた適正量の銅蒸気を
内管３９内のプラズマ形成領域４２の放電プラズマ中に
供給することができる。 【００４７】さらに、生成された銅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
４３，４４を通して図示しない光共振器で増幅されてレ
ーザ光の発振を行なう。 【００４８】上述のように構成された本実施例によれ
ば、第１の実施例と同様の作用、効果が得られる。また
各中空断熱層５３，５４，５５と断熱材層３８とを合わ
せた層の断熱特性がそれぞれ独立に制御でき、例えば断
熱材層３８の中間部での熱放散を両端部におけるよりも
大きくし、中間部と両端部とで熱の径方向への放散量に
分布をつけることができる。 【００４９】このため、ブリュースタ窓４３，４４が設
けられていることにより内管３９内の両端部の温度が下
がり、中間部との間で温度差が生じてもこれが補償でき
ることになって軸方向の温度分布が均一なものになる。
これにより内管３８内の温度が広い範囲で均一になって
有効な高温領域も広く形成され、さらに高いレーザ出力
を高い発振効率で得ることができる。 【００５０】尚、本発明は上記の各実施例に記載したも
ののみに限定されるものではなく、軸方向に分割する以
外にも、半径方向に分割するように構成してもよい等、
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。 【００５１】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、断熱特性の経時的な変化が少なくなると共に
内管内の軸方向の温度分布が維持され、高効率での高い
レーザ出力が長時間にわたり安定して得られる等の効果
が得られる。
整された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
指向性や可干渉性等の特徴を生かし、種々の分野で利用
されている。例えば集光性やエネルギ密度が高いことに
着目した応用や、単色性に着目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、従来の金属蒸気レーザ発振管の例を
図３を参照して説明する。図３は金属蒸気レーザ発振管
を示す概略断面図である。 【０００４】図３において、外管１は、軸方向に連設さ
れた陽極部外管２、絶縁外管３、陰極部外管４によって
構成され、陽極部外管２と陰極部外管４は導電材料で形
成されている。外管１内には、これと同軸の真空の中空
断熱層５が形成されるように保護管６が設けられ、保護
管６の両端部は外管１に気密に接続されている。 【０００５】保護管６の内面には断熱材層７が設けら
れ、断熱材層７の軸方向中間部の内面には内管８が設け
られ、さらにこの内管８を軸方向に挟むようにして陽極
部外管２に取着された陽極９と、陰極部外管４に取着さ
れた陰極１０とが配設されている。 【０００６】また、外管１の両端部には、ブリュースタ
窓１１，１２が取着されており、これにより外管１の両
端は閉塞され、保護管６の内部は気密状態になってい
る。なお１３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。 【０００７】このように形成した金属蒸気レーザ発振管
によるレーザ光の発生は、内管８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９と陰
極１０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内管６を加熱し、そ
してさらに金属粒子１３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１１，１２を通して図示しない光共
振器で増幅して行なう。 【０００８】そして、レーザ光を効率よく発生させ、よ
り大出力を取り出すためには、放電プラズマ中に適正濃
度の金属蒸気を軸方向に均一分布させなければならな
い。このため、金属粒子１３の温度を適正な温度に維持
しながら内管８内の温度が軸方向に均一化したものとな
るよう、内管８の外周部分に設けられる断熱材層７の断
熱材の選定や、層の厚さの決定がなされる。 【０００９】しかしながら、断熱材の断熱特性は熱や放
電の影響によって経時的に変化するので、当初の設計通
りに内管８内の温度及びその軸方向の分布を維持するこ
とは難しく、レーザ出力が低下し、発振効率が低下し、
また長時間にわたり安定した出力を得ることができな
い。 【００１０】一方、内管８内はブリュースタ窓１１，１
２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。そして内部の軸方向の温
度分布が不均一になることで有効な高温領域が狭くな
り、この点からもレーザ出力が低下し、発振効率が低下
する。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】上記のように従来は、
断熱特性の経時的な変化や内管の構造から内管内の高温
領域が狭く、レーザ出力や発振効率が低いものとなって
いる。本発明はこのような状況に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、断熱特性の経時的な変化
を少なくすると共に内管内の軸方向の温度分布を維持
し、高効率で高出力が長時間にわたり安定して得られる
金属蒸気レーザ発振管を提供することにある。 【００１２】 【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、この外管内に同軸の中空断熱層を介
在させて配設されかつ該外管に対して気密に接続された
保護管と、この保護管内に断熱材層を介して同軸に設け
られた内管と、内管内の温度を調整するべく複数種類の
断熱調整用ガスを所定の熱伝導率となるように選択的に
混合し前記中空断熱層に供給するガス供給装置とを有す
ることを特徴とするものである。 【００１３】 【作用】上記のように構成された金属蒸気レーザ発振管
は、外管と保護管との間の中空断熱層に内管内の温度を
調整するべく複数種類の断熱調整用ガスを所定の熱伝導
率となるように選択的に混合し供給するガス供給装置と
から構成されており、中空断熱層と断熱材層とを合わせ
た層の断熱特性を、複数種類の断熱調整用ガスの選択的
混合により制御できる。そして、断熱材層の断熱特性の
経時的な変化に合わせて中空断熱層の断熱特性を断熱調
整用ガスによって調節し、内管内の温度をレーザ発振に
必要な適正量の金属蒸気が得られる適正な温度とするこ
とができ、またその軸方向の分布を維持することができ
るようになる。このため、断熱特性の経時的な変化が少
なくなると共に内管内の軸方向の温度分布が維持され、
高効率で高いレーザ出力が長時間にわたり安定して得ら
れる。さらに、複数の中空断熱層とすることで、内管内
の温度を軸方向に広い範囲で均一にでき、有効な領域が
広くできる。また、断熱調整用ガスと共に中空断熱層に
負性ガスを供給することで中空断熱層の絶縁耐力を向上
させることができる。 【００１４】 【実施例】以下、本発明の実施例を金属蒸気レーザ発振
管を示す図面を参照して説明する。 【００１５】先ず、第１の実施例を図１により説明す
る。図１は金属蒸気レーザ発振管を示す概略断面図であ
る。 【００１６】図１において、略円筒状に形成された外管
２１は、軸方向に気密に連設された陽極部外管２２、絶
縁外管２３、陰極部外管２４によって構成され、ステン
レス鋼等の金属でなる陽極部外管２２と陰極部外管２４
とは絶縁材料でなる絶縁外管２３によって電気的に分離
されている。そして外管２１の両端部は、陽極部外管２
２と陰極部外管２４の対応するそれぞれの径小端部によ
って構成されている。 【００１７】外管２１内には、これと同軸の中空断熱層
２５が形成されるようにガラス円筒でなる保護管２６が
設けられており、保護管２６の両端は外管２１の両径小
端部の内端面に気密に接続されている。また陽極部外管
２２の径小端部近傍の管壁にはガス流通孔２７が形成さ
れており、このガス流通孔２７に片端部を固着するよう
にして配管２８が中空断熱層２５に連通するように取着
されている。 【００１８】また、配管２８の他端部には、中空断熱層
２５を真空排気する、例えばロータリーポンプ等の真空
ポンプを備えた排気装置２９がバルブ３０を介在させて
接続されている。さらに配管２８には、排気された中空
断熱層２５に断熱調整用ガスを供給するガスボンベ３
１，３２，３３とガス圧力調節バルブ３４，３５，３６
を備えたガス供給装置３７が接続されている。 【００１９】断熱調整用ガスとして使用されるガスは、
熱伝導率が大きい水素（Ｈ2 ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の
質量の小さいガスと、熱伝導率が小さいネオン（Ｎ
ｅ）、窒素（Ｎ2 ）、アルゴン（Ａｒ）等の質量の大き
いガスとの中から選定される。そして、選定されたこれ
らのガスが単独もしくは混合ガスの状態でガスボンベ３
１，３２，３３に封入されて用いられる。 【００２０】なお、中空断熱層２５には高電圧が加わ
り、選定されたガスの種類や使用ガス圧力によって絶縁
破壊が発生する虞があるため、状況に応じて中空断熱層
２５に供給される断熱調整用ガスに、例えば６弗化硫黄
（ＳＦ6 ）等の負性ガスが添加混入される。 【００２１】一方、保護管２６の略全内面には等厚の断
熱材層３８が設けられていて、この断熱材層３８は酸化
アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）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２１の径小端部の内
径に略等しく形成されている。 【００２２】断熱材層３８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３９が設けられ、さ
らに内管３９を軸方向に挟むようにして陽極部外管２２
の径小端部の内面に固着された陽極４０と、同様に陰極
部外管２４の径小端部の内面に固着された陰極４１と
が、所定の空間距離を置いて配設され、陽極４０と陰極
４１の間の内管３９内にプラズマ形成領域４２が形成さ
れている。 【００２３】そして、外管２１の両外端面には、それぞ
れブリュースタ窓４３，４４が取着され、これにより外
管２１の両端の開口部は閉塞され、保護管２６の内部は
気密状態になる。なお内管３９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の金属粒子
４５が配置されている。 【００２４】このように形成された金属蒸気レーザ発振
管によるレーザ光の発振は、次のように行なわれる。先
ず内管３９の内部を、図示しない排気口に接続したロー
タリーポンプ等の真空ポンプによって排気して高真空状
態にした後、この内管３９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所
定の圧力となるように供給する。 【００２５】そして、図示しないパルス高電圧電源を陽
極部外管２２と陰極部外管２４に設けられた各端子に接
続し、陽極４０と陰極４１の間に高電圧パルスを印加し
て内管３９内のプラズマ領域４２に放電プラズマを発生
させる。この放電プラズマにより内管３９が加熱され、
銅の金属粒子４５が加熱されて蒸気化する。 【００２６】このとき断熱材層３８の外側に設けられた
中空断熱層２５の状態を、例えば排気装置２９を動作さ
せバルブ３０を開くことによって真空状態にしたり、あ
るいは中空断熱層２５内の圧力を調節すると共に、ガス
供給装置３７のガス圧力調節バルブ３４，３５，３６を
調節することによって、各ガスの圧力を調節しながらガ
スボンベ３１，３２，３３から、配管２８、さらにガス
流通孔２７を通じて断熱調整用ガスが供給された状態に
したりする。 【００２７】このように中空断熱層２５内の状態を真
空、もしくは各ガス単独あるいは各ガスの組合わせとそ
れらの混合比を変えることで断熱調整用ガスの組成を変
え、中空断熱層２５の断熱特性を所望の特性に変化させ
る。そして中空断熱層２５の断熱特性の変化を断熱材層
３８の経時変化に合わせて調節することによって、中空
断熱層２５と断熱材層３８とを合わせた層の断熱特性が
制御でき、内管３９内の温度を所定の温度、例えば約１
５００℃にし、その温度を維持すると共に軸方向の温度
分布も維持することができる。 【００２８】これによりレーザ発振に必要な適正量の銅
蒸気を得ることができ、この得られた適正量の銅蒸気を
内管３９内のプラズマ形成領域４２の放電プラズマ中に
供給することができる。 【００２９】さらに、生成された銅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
４３，４４を通して図示しない光共振器で増幅されてレ
ーザ光の発振を行なう。 【００３０】上述のように構成された本実施例によれ
ば、中空断熱層２５と断熱材層３８とを合わせた層の断
熱特性が、中空断熱層２５の状態を真空にしたり、種々
に組成が変えられた断熱調整用ガスの雰囲気にしたりす
ることによって制御でき、断熱材層３８の断熱特性の経
時的な変化にかかわらず、内管３９内の温度をレーザ発
振に必要な適正量の銅蒸気が得られる適正な温度とする
ことができ、またその軸方向の分布を維持することがで
きるようになり、高効率で高出力のレーザ光を長時間に
わたり安定して得ることができる。 【００３１】次に、第２の実施例を図２により説明す
る。図２は金属蒸気レーザ発振管を示す概略断面図であ
る。 【００３２】図２において、略円筒状に形成された外管
５１は、軸方向に気密に連設されたステンレス鋼等の金
属でなる陽極部外管５２と、絶縁外管２３及び陰極部外
管２４によって構成され、外管５１の両端部は、陽極部
外管５２と陰極部外管２４の対応するそれぞれの径小端
部によって構成されている。 【００３３】外管５１内には、これと同軸の第１，第
２，第３の中空断熱層５３，５４，５５が軸方向に形成
されるように、ガラス円筒でなる保護管２６が設けら
れ、保護管２６の両端は外管５１の両径小端部の内端面
に気密に接続されている。 【００３４】そして、保護管２６の外面と陽極部外管５
２の内面とには、隔壁５６が陽極部外管５２の径小端部
を有する片端側に、隔壁５７が陽極部外管５２の他端側
にそれぞれ気密に取着されている。これによって第１，
第２，第３の中空断熱層５３，５４，５５は気密で独立
したものとなる。 【００３５】また、陽極部外管５２の片端側の径小端部
と隔壁５６との間の管壁には第１のガス流通孔５８が形
成されており、この第１のガス流通孔５８に片端部を固
着するようにして第１の配管５９が第１の中空断熱層５
３に連通するように取着されている。 【００３６】同様に、陽極部外管５２の隔壁５６と隔壁
５７との間の管壁には第２のガス流通孔６０が形成され
ており、この第２のガス流通孔６０に片端部を固着する
ようにして第２の配管６１が第２の中空断熱層５４に連
通するように取着されている。 【００３７】さらに、陽極部外管５２の他端側の端部と
隔壁５７との間の管壁には第３のガス流通孔６２が形成
されており、この第３のガス流通孔６２に片端部を固着
するようにして第３の配管６３が第３の中空断熱層５５
に連通するように取着されている。 【００３８】そして、各配管５９，６１，６３のそれぞ
れの他端部には、各中空断熱層５３，５４，５５を真空
排気する、例えばロータリーポンプ等の真空ポンプを備
えた第１，第２，第３の排気装置６４，６５，６６がバ
ルブ６７，６８，６９を介在させて接続されている。 【００３９】さらに、各配管５９，６１，６３には、排
気された各中空断熱層５３，５４，５５に断熱調整用ガ
スを供給するガスボンベ３１，３２，３３が、ガス圧力
調節バルブ７０，７１，〜７７，７８を備えたガス供給
装置７９が接続されている。 【００４０】一方、保護管２６の内面には断熱材層３８
が設けられ、この断熱材層３８の軸方向中間部の内面に
は、内管３９及びこの内管３９を挟むようにして陽極４
０と陰極４１とが配設され、陽極４０と陰極４１の間の
内管３９内にプラズマ形成領域４２が形成されている。 【００４１】そして、外管５１は、両外端面にブリュー
スタ窓４３，４４を設けることにより両端の開口部が閉
塞され、保護管２６の内部は気密状態になる。なお内管
３９の内表面には、軸方向の略対称な位置に離間してレ
ーザ媒質の銅の金属粒子４５が配置されている。 【００４２】このように形成された金属蒸気レーザ発振
管によるレーザ光の発振は、次のように行なわれる。先
ず内管３９の内部を、第１の実施例と同様に高真空状態
にした後、この内管３９の内部に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。 【００４３】そして、図示しないパルス高電圧電源から
陽極部外管５２と陰極部外管２４の各端子を介して、陽
極４０と陰極４１の間に高電圧パルスを印加して内管３
９内のプラズマ領域４２に放電プラズマを発生させる。
この放電プラズマにより内管３９が加熱され、銅の金属
粒子４５が加熱されて蒸気化する。 【００４４】このとき断熱材層３８の外側に設けられた
各中空断熱層５３，５４，５５の状態をそれぞれ独立
に、例えば各排気装置６４，６５，６６を動作させバル
ブ６７，６８，６９を開くことによって真空状態にした
り、あるいは各中空断熱層５３，５４，５５内の圧力を
調節すると共に、ガス供給装置７９のガス圧力調節バル
ブ７０，７１，〜７７，７８を調節することによって、
各ガスの圧力を調節しながらガスボンベ３１，３２，３
３から、各配管５９，６１，６３、さらに各ガス流通孔
５８，６０，６２を通じて断熱調整用ガスが供給された
状態にしたりする。 【００４５】このように各中空断熱層５３，５４，５５
内の状態を真空、もしくは各ガス単独あるいは各ガスの
組合わせとそれらの混合比を変えることで断熱調整用ガ
スの組成を変え、各中空断熱層５３，５４，５５の断熱
特性を所望の特性に変化させる。そして各中空断熱層５
３，５４，５５の断熱特性の変化を断熱材層３８の経時
変化に合わせて調節することによって、各中空断熱層５
３，５４，５５と断熱材層３８とを合わせた層の断熱特
性が制御でき、内管３９内の温度を所定の温度、例えば
約１５００℃にし軸方向の温度分布を所望の分布とする
ことができ、その温度を維持すると共に軸方向の温度分
布も維持することができる。 【００４６】これによりレーザ発振に必要な適正量の銅
蒸気を得ることができ、この得られた適正量の銅蒸気を
内管３９内のプラズマ形成領域４２の放電プラズマ中に
供給することができる。 【００４７】さらに、生成された銅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
４３，４４を通して図示しない光共振器で増幅されてレ
ーザ光の発振を行なう。 【００４８】上述のように構成された本実施例によれ
ば、第１の実施例と同様の作用、効果が得られる。また
各中空断熱層５３，５４，５５と断熱材層３８とを合わ
せた層の断熱特性がそれぞれ独立に制御でき、例えば断
熱材層３８の中間部での熱放散を両端部におけるよりも
大きくし、中間部と両端部とで熱の径方向への放散量に
分布をつけることができる。 【００４９】このため、ブリュースタ窓４３，４４が設
けられていることにより内管３９内の両端部の温度が下
がり、中間部との間で温度差が生じてもこれが補償でき
ることになって軸方向の温度分布が均一なものになる。
これにより内管３８内の温度が広い範囲で均一になって
有効な高温領域も広く形成され、さらに高いレーザ出力
を高い発振効率で得ることができる。 【００５０】尚、本発明は上記の各実施例に記載したも
ののみに限定されるものではなく、軸方向に分割する以
外にも、半径方向に分割するように構成してもよい等、
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。 【００５１】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、断熱特性の経時的な変化が少なくなると共に
内管内の軸方向の温度分布が維持され、高効率での高い
レーザ出力が長時間にわたり安定して得られる等の効果
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】従来例を示す概略断面図である。 【符号の説明】 ２１…外管 ２５…中空断熱層 ２６…保護管 ２７…ガス流通孔 ２８…配管 ２９…排気装置 ３１，３２，３３…ボンベ ３７…ガス供給装置 ３８…断熱材層 ３９…内管 ４５…金属粒子
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】従来例を示す概略断面図である。 【符号の説明】 ２１…外管 ２５…中空断熱層 ２６…保護管 ２７…ガス流通孔 ２８…配管 ２９…排気装置 ３１，３２，３３…ボンベ ３７…ガス供給装置 ３８…断熱材層 ３９…内管 ４５…金属粒子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(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
(72)発明者 野田 悦夫
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 鈴木 節雄
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 昭61−97881（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−97884（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−252489（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】外管と、この外管内に同軸の中空断熱層を
介在させて配設されかつ該外管に対して気密に接続され
た保護管と、この保護管内に断熱材層を介して同軸に設
けられた内管と、前記内管内の温度を調整するべく複数
種類の断熱調整用ガスを所定の熱伝導率となるように選
択的に混合し前記中空断熱層に供給するガス供給装置と
を有する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 |
|---|---|---|---|
| JP07479992A JP3369210B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 金属蒸気レーザ発振管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07479992A JP3369210B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 金属蒸気レーザ発振管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283767A JPH05283767A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3369210B2 true JP3369210B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=13557718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07479992A Expired - Fee Related JP3369210B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 金属蒸気レーザ発振管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3369210B2 (ja) |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP07479992A patent/JP3369210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05283767A (ja) | 1993-10-29 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |