JP4428687B2

JP4428687B2 - ランプ用石英ガラス管及びレーザー励起・増幅ユニット

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Publication number: JP4428687B2
Application number: JP2003166108A
Authority: JP
Inventors: 朗藤ノ木; 哲司上田; 英次吉田; 正大中塚
Original assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Quartz Products Co Ltd
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2023-06-11
Also published as: JP2005001923A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプ用石英ガラス管並びにレーザー励起・増幅ユニットに関し、特に、照度分布が平坦で照射エネルギーのむらを低減した紫外線ランプを与えるためのランプ用石英ガラス管及び、照射むらが問題となるＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプ及びクリプトンアークランプや紫外線洗浄用のキセノンエキシマランプ用のチューブとして好適に用いられるランプ用石英ガラス管、並びに該ランプ用石英ガラス管を用いたレーザー励起・増幅ユニットに関するものである。なお、本明細書においては、「レーザー励起及び／又は増幅」を、表現の簡略化を図るため「レーザー励起・増幅」と表記する。
【０００２】
【関連技術】
ＹＡＧレーザーの励起あるいは増幅には１６０ｎｍ〜２μの広い発光スペクトルを持つのキセノンフラッシュランプやクリプトンアークランプが使用されている。このようなフラッシュランプには熱的に安定でかつ広い波長範囲で透過率が良好な石英ガラス製のランプ管が使用されている。また、このような石英ガラス管にはレーザー励起や増幅に不要な３００ｎｍ以下の紫外線をカットするためのフィルターの役目も果たすように工夫されたものもある。
【０００３】
図６及び図７に示す如く、このようなＹＡＧレーザー励起・増幅ユニットは、レーザー励起・増幅を効率良く行う為に、楕円鏡が用いられ、楕円の１方の焦点に複数本のキセノンフラッシュランプを、他方の焦点にレーザー媒質を配置した構造を取るのが一般的である。
【０００４】
図６は、従来のレーザー励起・増幅ユニットの構造の一例を示す一部断面斜視説明図である。図６において、符号２０はレーザー励起・増幅ユニットで、Ｎｄ／ＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプの照射ユニットの場合が図示されている。該レーザー励起・増幅ユニット２０は、従来の石英ガラス管２３から構成される６本のフラッシュランプ２２を用いて構成されている。図７は、図６の断面説明図である。同図には図６のレーザー励起・増幅ユニット２０の断面における６本のフラッシュランプ２２による媒質の励起と楕円鏡１６の配置が示されている。
【０００５】
図６及び図７において、レーザー媒質１４であるＮｄ／ＹＡＧレーザーロッド、Ｎｄ含有燐酸系ガラスレーザーロッド、あるいはＮｄ含有珪酸系ガラスレーザーロッドの周りに６本のキセノンフラッシュランプ２２が配置されているが、ランプの背面には照射効率を向上する為の楕円鏡１６が置かれている。図７において、個々の楕円鏡の楕円形状を仮想線１８で示した。
【０００６】
図８は、図６のレーザー励起・増幅ユニットにおける一つの楕円鏡とフラッシュランプとレーザー媒質の位置関係を示す摘示説明図である。同図において、図６及び図７と同一部材は同一符号で示した。図８中、キセノンフラッシュランプ２２とレーザー媒質１４は楕円鏡１６の二つの焦点にそれぞれ配置されている。楕円鏡１６において一方の焦点から出た光は全て他方の焦点に集光されるので、楕円鏡１６を用いることにより効率の良い照射が出来るはずであるが、実際には発光部の面積が広い為、例えばランプの外周部で発光した光は焦点からずれを持っていて、この光は効率良くレーザー媒質に集光されなかったり、照射にむらが生じ、その結果レーザー利得にむらが生じ、照射ビームがきれいな円状ではなく、ゆがんだビーム形状になることが判っている。
【０００７】
また、近年、非常に需要が高まっているランプとして液晶用ガラス基板等の紫外線洗浄に用いられる、発振波長が１７２ｎｍのキセノンエキシマランプが挙げられる。キセノンエキシマランプはガラス基板を強烈な紫外線と空気の酸化によって生じるオゾンの両方で洗浄するもので、従来の低圧水銀灯等による光洗浄に比べて格段に洗浄時間が短縮できる為、現在、急速に普及し始めている。
【０００８】
キセノンフラッシュランプやクリプトンアークランプ、低圧水銀灯等の紫外線ランプ、あるいはガラス基板等の紫外線洗浄用に用いられるキセノンエキシマランプ等はレーザー増幅の利得や発振効率、あるいは洗浄の効果がランプの照射強度に依存する為に、照射強度のむらの少ない平坦な光源が理想的である。
【０００９】
しかるに、このようなランプでは、構造上、ある程度の発光部面積が必要であり、光学的にはいわゆる点光源として扱うことが困難である。
【００１０】
このような、発光面積に広がりのある光源の場合、例えば照射部の直下であっても、光強度に分布が生じてしまって、全体を均一に照射する事が難しいという問題があった。
【００１１】
このような問題があったため、例えばＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプユニットの場合、楕円鏡の大きさを大きく取らねばならず、装置全体が大きくなってしまいコストが掛かる、照射距離が大きくなるので照射強度が上がりづらい等の問題があった。
【００１２】
他方、表面に微細な凹凸を形成することで輝度むらを解消しようとする試みはプロジェクター光源として一般的に用いられるメタルハライドランプでは公知である。
【００１３】
特許文献１ではメタルハライドランプの内面の一部をサンドブラスト法又は酸エッチング法により凹凸を形成する技術が開示されている。キセノンフラッシュランプやキセノンエキシマランプと比較して、メタルハライドランプでは石英ガラスに対する負荷が相対的に小さい為、ランプ表面の凹凸はマイクロクラックに対する許容度が大きいため、凹凸を形成する手段としてはサンドブラスト法（マイクロクラックを含むと考えられる）であっても、酸エッチング法（マイクロクラックは含まれない）であっても特に差を生じない。しかし、後述するように、本発明の目的を達成する為にはマイクロクラックが含まれない凹凸が不可欠であり、更に、平坦な照度分布を達成する為には凹凸の程度についても、表面粗さがＲａ値で０．５μｍ以上５．０μｍ以下、Ｒｍａｘ値で１．０μｍ以上２０μｍ以下であることが必要である。
【００１４】
また、特許文献２にはメタルハライドランプの発光を拡散させる為にメタルハライドランプの外管外表面にシリカ微粒子や酸化亜鉛微粒子からなるフロスト膜を形成する技術が開示されている。
【００１５】
このようなフロスト膜を形成する方法は、メタルハライドランプにおいては有意義であるが、更に使用条件が過酷なキセノンフラッシュランプ、クリプトンアークランプやキセノンエキシマランプの場合には繰り返しの使用により膜の剥離が生じるために使用することは出来ない。
【００１６】
また、特許文献３には誘電体バリア放電ランプ（一般的にエキシマランプ）において、石英ガラス容器外表面にフロスト加工または高屈折率コートを施したことを特徴とする誘電体バリア放電ランプが開示されている。
【００１７】
特許文献３によれば、表面の凹凸層（フロスト層）又は高屈折率コート層は、放電に伴う真空紫外光が石英ガラス容器内をファイバー効果により伝達されることにより、石英ガラス容器端部で割れを生じる事を防ぐ目的で設けられており、フロスト層の形成方法としては通常知られているサンドブラスト法で足りるとしている。また、凹凸の程度も１μｍ〜１００μｍという値である。
【００１８】
従って、特許文献３記載の技術は、対象は同じエキシマランプであっても、凹凸の目的が本発明とは異なる結果、凹凸の範囲が異なっており、また、クラックを有するかどうかを問題としていない点でも本発明とは異なる技術である。
【００１９】
【特許文献１】
特開平４−３０６５５４号公報
【特許文献２】
特開平７−３２０６８７号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２６６６５号公報
【特許文献４】
特開平７−２６７６７９号公報
【特許文献５】
特開平７−３１５８７２号公報
【特許文献６】
特開２００１−２４０４２９号公報
【特許文献７】
特開２００１−３３５３４２号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、照射むらが問題となるＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプ及びクリプトンアークランプ、並びにキセノンエキシマランプの照射むらを低減することを課題として鋭意研究を行った結果、ランプ管に微細な凹凸をつける事で光を散乱させ、それにより、照射強度をある程度均一化することが出来ることを見出した。
【００２１】
一方で、キセノンフラッシュランプやクリプトンアークランプ、キセノンエキシマランプの場合、ランプ管は紫外線の照射を直接受けるため、紫外線ダメージを受けやすく、また、それなりの高温にもさらされる為、微細なマイクロクラックを伴う凹凸の場合には、割れ等の問題によりランプ寿命が著しく低下することから、マイクロクラックを伴わない凹凸を形成することにより照射むらとランプの寿命の両立を図ることが出来る事を見出して発明を完成させた。
【００２２】
本発明は、照度分布が均一で、寿命を低下させることなく照射エネルギーのむらを解消することのできる、ＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプ、ＹＡＧレーザー励起・増幅用クリプトンアークランプ、キセノンエキシマランプ、紫外線ランプ等のランプ用チューブとして用いられるランプ用石英ガラス管、並びに該ランプ用石英ガラス管を用いたレーザー励起・増幅ユニットを提供することを目的とする。
【００２３】
【発明を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のランプ用石英ガラス管は、ＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプ、クリプトンアークランプ、又はキセノンエキシマランプに用いられる石英ガラス管であって、該石英ガラス管の外表面全体に、フッ酸を含む薬液処理によってマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されており、該微細な凹凸における表面粗さが、Ｒａ値で０．５μｍ以上５．０μｍ以下、Ｒｍａｘ値で１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、前記微細な凹凸が形成された表面を５％フッ酸で１０時間エッチングした際の表面粗さの変化が、Ｒａ値で初期値の１．０倍以上１．５倍以下、Ｒｍａｘ値で初期値の１．０倍以上２．５倍以下の範囲にあり、前記石英ガラス管全体に渡って６０度入射角測定における光沢度の最大値が５０％以下であるとともに、前記石英ガラス管の外表面全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されており、且つ前記石英ガラス管の内表面全体が平滑であることを特徴とする。
【００２４】
前記石英ガラス管の外表面全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されており、且つ前記内表面全体が平滑である構成が必要である。
【００２５】
上記微細な凹凸が形成された表面を５％フッ酸で１０時間エッチングした際の表面粗さの変化が、Ｒａ値で初期値の１．０倍以上１．５倍以下、Ｒｍａｘ値で初期値の１．０倍以上２．５倍以下の範囲にあることが好ましい。
【００２６】
上記石英ガラス管全体に渡って６０度入射角測定における光沢度の最大値が５０％以下であることが好適である。
【００２７】
本発明のランプ用石英ガラス管は、ＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプ又はクリプトンアークランプとして好適に用いられる。
【００２８】
また、本発明のランプ用石英ガラス管は、キセノンエキシマランプとして、好適に用いられる。
【００２９】
本発明のレーザー励起・増幅ユニットは、本発明のランプ用石英ガラス管を有するレーザー励起・増幅用ランプを用いて構成されたことを特徴とする。本発明のレーザー励起ユニットによりレーザー増幅を行うことも可能である。
【００３０】
発光部の面積がある程度ある、キセノンフラッシュランプやクリプトンアークランプ、キセノンエキシマランプのような光源の照度むらを解消する為にはランプ管に微細な凹凸を形成し、擦りガラス状にすることで発光を平均化させる方法が有効である。
【００３１】
石英ガラス表面に微細な凹凸を形成する手法は一般的には水晶等の粉をガラス表面に吹き付ける物理的な加工方法が用いられる。このような方法は得られる面の表面粗さが使用する水晶粉の粒度、吹き付け圧、処理時間により比較的容易に制御できる為に、単に凹凸を形成する手法としては簡便な方法である。しかしながら、物理的加工法で形成された表面は凹凸が微細なマイクロクラックを伴う。
【００３２】
その他、石英ガラス表面に微細な凹凸を形成する為の物理的加工法としては、いわゆる砂摺りなどの手法があるが、これら機械的処理により形成された石英ガラス表面には必ず微細なマイクロクラックが形成される。
【００３３】
一方で、ランプ管は常に非常に強い紫外線の照射にさらされるため、紫外線ダメージを生じる。このような紫外線ダメージとしてはカラーセンターが生じる他、体積が収縮したり（コンパクション）、逆に膨張したりする（レアファクション）現象が認められる。
【００３４】
更にキセノンフラッシュランプやクリプトンアークランプでは点灯に伴い数百度、エキシマランプでは百度以上の高温になるが、石英ガラス管が温度に応じて体積変化を繰り返す為、石英ガラス管表面の凹凸が微小なクラックを伴う場合、このクラックがどんどん進行し、やがて割れに到る為に、ランプ寿命がクラックのない場合に比べて非常に短くなるという致命的な問題を生じる。
【００３５】
本発明においては、フロスト法と呼ばれる化学的処理方法により、石英ガラス管の表面を微細かつ滑らかな凹凸を有する面、即ち、マイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成された面に加工するものである。なお、加工する表面としては、石英ガラス管の内表面全体及び外表面全体のいずれか片面のみでもよく、両面加工してもよい。
【００３６】
フロスト法とは、特許文献４〜７に示されるように石英ガラス表面を、フッ酸を含む薬液でエッチングしながら、部分によってエッチング速度に微妙な差を与えることで、微妙なエッチングむらに伴う凹凸を形成する手法である。
【００３７】
この手法によって形成されたガラス表面には微細なクラックは形成されない。このために、表面に微細な凹凸を伴う石英ガラス管であっても、通常の平滑な表面の石英ガラス管と同様の強度があり、寿命も同等であることが判った。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能であることはいうまでもない。なお、添付図面において同一部材は同一符号で示されている。
【００３９】
本発明のレーザー励起・増幅ユニットの一つの実施の形態について、本発明のランプ用石英ガラス管をＮｄ／ＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプのランプ用チューブとして用いた場合について図１〜図３によって説明する。図１〜図３において、図６〜図８と同一部材は同一符号で示される。
【００４０】
図１は、本発明のレーザー励起・増幅ユニットの一例を示す一部断面斜視説明図である。図２は、図１のレーザー励起・増幅ユニットの断面説明図である。図３は、図１のレーザー励起・増幅ユニットにおける一つの楕円鏡とフラッシュランプとレーザー媒質の位置関係を示す摘示説明図である。
【００４１】
図１〜図３において、符号１０は本発明のレーザー励起・増幅ユニットで、本発明の石英ガラス管１３をランプ管として用いたフラッシュランプ１２を有している。該石英ガラス管１３の内表面１３ａ及び／又は外表面１３ｂ（図示例では外表面のみ）全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸１１が形成されている。図１〜図３に示した如く、石英ガラス管１３の外表面１３ｂ全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸１１が形成されることにより、寿命を低下させることなく、照射分布が平坦で、照射エネルギーのむらを低減させたランプを得ることができる。なお、石英ガラス管１３及びフラッシュランプ１２以外の構成については、図６〜８によって既に説明した通りであり、再度の説明は省略する。
【００４２】
なお、図１〜図３においては、レーザー媒質１４としてロッド状のレーザー媒質を用いた場合を示したが、大出力のレーザー増幅の場合には、該ロッド状レーザー媒質の代わりに円板状のレーザー媒質を用い、該円板状のレーザー媒質をレーザー光に対してブルースター角で交差するように配置して増幅効率を高め、反射波による光学部材の破損を回避する構造を有するようにすることもできる。
【００４３】
本発明においては、フロスト法と呼ばれるフッ酸を含む薬液を用いた処理により、石英ガラス管１３の内表面１３ａ及び／又は外表面１３ｂ全体を微細かつ滑らかな凹凸を有する面、即ち、マイクロクラックを伴わない微細な凹凸１１が形成された面に加工するものである。
【００４４】
本発明の石英ガラス管としては、図１〜図３及び図４（ａ）に示したように、石英ガラス管１３の外表面１３ｂ全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸１１が形成され且つ内表面１３ａ全体が平滑である構成とすることができる他に、内表面１３ａ全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸１１が形成され且つ外表面１３ｂ全体が平滑である構成［図４（ｂ）］、及び外表面１３ｂ全体及び内表面１３ａ全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸１１が形成されている構成［図４（ｃ）］を採用することができる。
【００４５】
上記したフロスト法におけるフッ酸を含む薬液としては、従来公知のものを広く使用でき、特に限定されないが、フッ化水素、フッ化アンモニウム、酢酸及び水の混合溶液、フッ化水素、フッ化アンモニウム、ギ酸及び水の混合溶液やフッ化水素、フッ化アンモニウム、プロピオン酸及び水の混合溶液等を用いることが好ましい。
【００４６】
フロスト法による表面の凹凸形成であるが、エッチング速度の差によって凹凸を形成する為に、粗い凹凸を形成しようとすると全体的なむらが生じやすい。例えば、表面粗さとしてＲａを５μｍを超えて形成しようとすると、部分的には緻密な凹凸が形成されるが、ある部分は凹凸の密度が低いといったむらが生じやすい。このため、本発明の目的を遂行する為には表面粗さはＲａ値で０．５μｍ以上５．０μｍ以下の範囲に、好ましくは１．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲にあることが望ましく、Ｒｍａｘ値で１μｍ以上２０μｍ以下の範囲に、好ましくは２μｍ以上１０μｍ以下の範囲にある事が望ましい。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはいうまでもない。
【００４８】
（実験例１）
石英ガラス表面にマイクロクラックが存在するかどうかの識別は、フッ化水素の水溶液、即ちフッ酸による長時間エッチングによって行うことが出来る。即ち、ガラス表面におけるマイクロクラックはフッ酸により他の表面よりも加速的にエッチングが進む為に処理に伴って表面粗さが大きくなる。一方、上述した化学的処理方法による表面処理のようにマイクロクラックを伴わない方法による表面の場合、フッ酸による長時間エッチングによっても表面が均一にエッチングされるため、表面粗さが極端に大きくなることはない。
【００４９】
表１に化学的処理方法（フロスト法）により形成したマイクロクラックが存在しない表面と物理的処理方法の例としてサンドブラスト法により形成したマイクロクラックを伴う表面をそれぞれ５％ＨＦのフッ酸で１０時間、エッチング処理した際の表面粗さの経時変化を示す。なお、フロスト法による表面処理は、ランプ用途用透明石英ガラス管（信越石英（株）製、商品名：Ｍ３８２透明石英ガラス管）を、フロスト液（後述する参考例１で用いた処理液）に室温で約１時間ドブ漬けして行った。また、サンドブラスト法による表面処理は、Ｍ３８２透明石英ガラス管を粒径２００μｍの水晶粉を用いたサンドブラスト装置にて吹き付け圧１．５気圧で１０分間行った。表面粗さ測定は、後述する参考例１と同様に行った。表１中Ｒａ及びＲｍａｘ値の単位はμｍである。
【００５０】
【表１】

【００５１】
長時間エッチングによりマイクロクラックを伴わない場合でも多少表面は荒れるので、Ｒａ値で初期値の１倍〜１．５倍程度、Ｒｍａｘ値で１倍〜２．５倍程度表面粗さが大きくなるが、マイクロクラックを伴う場合には表面粗さはＲａ値で１．５倍を超え、Ｒｍａｘ値で２．５倍を超える変化を生じる。
【００５２】
逆にフッ酸による長時間エッチングで表面粗さが大きく変化しなければ、凹凸のある表面にマイクロクラックが存在しないと判断することが出来る。その判断基準はＲａ値の変化量で初期値の１倍〜１．５倍、Ｒｍａｘ値で１倍〜２．５倍の範囲である。
【００５３】
さらに、本発明の目的を達成する為には、ランプ管全体に渡って凹凸が均一に形成されていること（むらのないこと）が必要であるが、このための一つの尺度として、管の光沢度が均一に低いことが挙げられる。
【００５４】
光沢度とは物質の表面に当たった光が人の目に正反射する程度を、屈折率が１．５６７のガラス表面を１００％として相対的に規定した値であるが、広い領域の表面状態を評価しやすい為に凹凸のむらの定義としては都合が良い。
【００５５】
ＪＩＳＺ８７４１には鏡面光沢度の測定方法が規定されていて、それによると光沢度の評価には測定角８５度、７５度、６０度、４５度、２５度の５つの角度による測定が示されているが、凹凸のある石英ガラスのむらを判別するためには、このうち６０度の測定が最も適している。光沢度は好ましくは石英ガラス管全体に渡って３０％以下であるが、多少もむらが存在してもその最大値が５０％以下であれば、本発明の目的は達せられることが判った。
【００５６】
（参考例１）
６本の直径２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ、長さ５００ｍｍの信越石英（株）製ランプ用途用透明石英ガラス管（商品名Ｍ３８２透明石英ガラス管）を酢酸４５重量％、フッ化水素７重量％、フッ化アンモニウム２６重量％、残部が水の水溶液に室温で５時間ドブ漬けし、石英ガラス管の内外表面に微細な凹凸を形成した。
【００５７】
使用したＭ３８２透明石英ガラス管はキセノンフラッシュランプやクリプトンアークランプ用の石英ガラス管として一般的に使用されている管であり、３８０ｎｍ以下の紫外線をカットするように酸化金属をドーピングした石英ガラスである。
【００５８】
得られた石英ガラス管の端部を３０ｍｍ切り出し、表面粗さ測定を行った。表面粗さ（Ｒａ及びＲｍａｘ）の測定については、切り出した石英ガラス管サンプルを半割にした後、試料長に渡って内表面と外表面を触針式表面粗さ計（ミツトヨ製表面粗さ測定器ＳＵＲＦＴＥＳＴ−６２４）で表面粗さを測定した。表面粗さのＲａは１．３μｍ、Ｒｍａｘは７．２μｍであった。
【００５９】
この表面粗さを測定したサンプルを５％フッ酸にて１０時間エッチングを行ったところ、表面粗さはＲａ値で１．７μｍ、Ｒｍａｘは１２．３μｍであり、変化率はＲａで１．３１倍、Ｒｍａｘで１．７１倍であった。
【００６０】
更にガラス管の全面を光沢度計（堀場製作所製グロスチェッカＩＧ−３３０）にて角度６０度で光沢度測定を行ったところ、光沢度は１５％〜３０％で５０％を上回る個所は認められなかった。上記結果を表２に示す。
【００６１】
得られた石英ガラス管を用いて長さ３００ｍｍのキセノンフラッシュランプを６本作成し、図１と同様に構成されたレーザー励起・増幅ユニットに取り付けてＮｄドープ燐酸系ガラスレーザーロッドを励起して、波長１．０５３μｍのレーザー光を増幅させた場合の利得分布を測定した。利得の測定は使用波長と同波長である波長１．０５３μｍの細いＣＷレーザー光（ビーム径φ１ｍｍ）をレーザー励起・増幅ユニット内のレーザーロッドの断面方向にスキャンさせることにより、レーザーロッド各部位における利得をそれぞれ調べて、増幅利得の分布を測定した。結果を図５及び表３に示す。
【００６２】
図５は、１．０５３μｍのレーザー光の増幅における利得が２０を超える部位を示したものである。図中の曲線の内部は利得が２０以上の領域を示す。
【００６３】
図５に示した如く、表面処理を施したキセノンフラッシュランプを用いることで、レーザー発振の利得分布がきれいな円状になり、かつ高利得が得られる部分も大きくなっていた。
【００６４】
さらに、上記作成したランプにおいて、１０，０００ショットの繰り返しレーザー発振、増幅実験を行い、それに伴う管の破損をチェックすることによりランプとしての寿命を評価した。１０，０００ショット照射後も管の破損はみられなかった。
【００６５】
（比較例１）
比較のため、表面処理を施していない通常のＭ３８２石英管を用いたキセノンフラッシュランプを組み込んだレーザー励起・増幅ユニットを用いて同様にＮｄドープ燐酸系ガラスレーザーロッドを励起して利得分布を比較した。さらに、実施例１と同様に照射実験による寿命の評価を行った。結果を図５及び表３に示す。未処理のガラス管を用いてレーザー発振を行った場合、１０，０００ショット照射後も管の破損は見られなかったが、利得分布にむらが存在していた。
【００６６】
（参考例２、３、実施例１及び比較例２、３）
参考例２、３、及び比較例２については、表２に示した如く、処理時間を代えた以外は参考例１と同様に信越石英（株）製のキセノンフラッシュランプ用透明石英ガラス管Ｍ３８２をフロスト液（参考例１で用いた処理液）中にドブ漬けし、表面粗さの異なる石英ガラス管を作成した。
【００６７】
また、実施例１については、ランプ用透明石英ガラス管Ｍ３８２の両端を栓で封じ、参考例１と同じフロスト液中に５時間ドブ漬けして、外表面に凹凸を形成した。内表面はフロスト液に接触していないため、平滑な表面状態を維持している。
【００６８】
更に、比較例３として、Ｍ３８２石英ガラス管を粒系２００μｍの水晶粉を用いたサンドブラスト装置にて吹き付け圧２気圧にて１０分間処理を行った。
【００６９】
上記得られた各石英ガラス管の凹凸の表面粗さ、エッチング処理後の表面粗さの変化率及び光沢度を、参考例１と同様に測定した。表２に、各石英ガラス管の表面粗さ、５％フッ酸で１０時間処理した際の表面粗さの変化率及び光沢度の最大値を示す。
【００７０】
【表２】

【００７１】
更に、これらの石英ガラス管を、参考例１と同様にレーザー励起・増幅ユニットに組み込んでレーザー増幅を行ってレーザーの利得分布を評価した。また、各ランプにおいて１０，０００ショットの照射実験を行い、管の破損をチェックした。結果を図５及び表３に示す。
【００７２】
図５に示した如く、参考例２、３、及び実施例１で得られたガラス管を用いてレーザー発振を行った際の利得分布は、きれいな円状で良好であったのに対し、比較例２で得られたガラス管を用いた場合は、利得分布にむらが存在していた。また、参考例２、３、実施例１、及び比較例２は寿命に問題が無かったのに対し、サンドブラスト処理を行った比較例３で得られたガラス管は、約２０，０００ショットの照射で破損がみられた。
【００７３】
【表３】

【００７４】
上記実施例においてはキセノンフラッシュランプの例を示したが、同様の効果が発光面積の大きな紫外線ランプ、例えばクリプトンアークランプやキセノンエキシマランプ管に対しても期待することが出来る。
【００７５】
【発明の効果】
上述した如く、本発明によれば、照度分布が平坦で、寿命を低下させることなく照射エネルギーのむらを解消することのできる、ＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプ及びクリプトンアークランプ、キセノンエキシマランプ、紫外線ランプ等のランプ用チューブとして用いられるランプ用石英ガラス管、並びに該ランプ用石英ガラス管を用いたレーザー励起・増幅ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザー励起・増幅ユニットの一例を示す一部断面斜視説明図である。
【図２】図１のレーザー励起・増幅ユニットの断面説明図である。
【図３】図１のレーザー励起・増幅ユニットにおける一つの楕円鏡とフラッシュランプとレーザー媒質の位置関係を示す摘示説明図である。
【図４】本発明のランプ用石英ガラス管の断面概略図であり、（ａ）は外表面全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されており且つ内表面全体が平滑である場合、（ｂ）は内表面全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されており且つ外表面全体が平滑である場合、及び（ｃ）は内表面及び外表面全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されている場合をそれぞれ示す。
【図５】参考例１〜３、実施例１、及び比較例１〜３におけるキセノンフラッシュランプによる利得分布の結果を示した図である。
【図６】従来のレーザー励起・増幅ユニットの一例を示す一部断面斜視説明図である。
【図７】図６のレーザー励起・増幅ユニットの断面説明図である。
【図８】図６のレーザー励起・増幅ユニットにおける一つの楕円鏡とフラッシュランプとレーザー媒質の位置関係を示す摘示説明図である。

Claims

ＹＡＧレーザー励起・増幅用キセノンフラッシュランプ、クリプトンアークランプ、又はキセノンエキシマランプに用いられる石英ガラス管であって、該石英ガラス管の外表面全体に、フッ酸を含む薬液処理によってマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されており、該微細な凹凸における表面粗さが、Ｒａ値で０．５μｍ以上５．０μｍ以下、Ｒｍａｘ値で１．０μｍ以上２０μｍ以下であり、前記微細な凹凸が形成された表面を５％フッ酸で１０時間エッチングした際の表面粗さの変化が、Ｒａ値で初期値の１．０倍以上１．５倍以下、Ｒｍａｘ値で初期値の１．０倍以上２．５倍以下の範囲にあり、前記石英ガラス管全体に渡って６０度入射角測定における光沢度の最大値が５０％以下であるとともに、前記石英ガラス管の外表面全体にマイクロクラックを伴わない微細な凹凸が形成されており、且つ前記石英ガラス管の内表面全体が平滑であることを特徴とするランプ用石英ガラス管。
請求項１記載のランプ用石英ガラス管を有するレーザー励起・増幅用ランプを用いて構成されたことを特徴とするレーザー励起・増幅ユニット。