JP5568381B2 - He-Ne ring laser device - Google Patents
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Description
この発明はガラスで構成されたレーザ管にHe−Neガス(ヘリウム−ネオンガス)が封入されてなる発振器を有するHe−Neガスレーザ装置に関する。 The present invention relates to a He—Ne gas laser apparatus having an oscillator in which He—Ne gas (helium-neon gas) is sealed in a laser tube made of glass.
He−Neガスレーザ装置においてはHeガスの物質透過性が高いため、He−Neガスを封入するレーザ管構成部品の各接合部を十分気密に作製しても、経時的にHe−Neガス中のHeガスがレーザ管を構成するガラス材料自体を徐々に透過して外部に散逸するため、発振器の性能が低下し、長寿命を実現することができないといった欠点がある。 In the He-Ne gas laser device, the material permeability of He gas is high. Therefore, even if each joint portion of the laser tube component that encloses the He-Ne gas is made sufficiently airtight, Since the He gas gradually permeates the glass material itself constituting the laser tube and dissipates to the outside, there is a disadvantage that the performance of the oscillator is lowered and a long life cannot be realized.
図6はこのような発振器の一例として、リングレーザジャイロのリングレーザ発振器の構成を示したものである。この例ではレーザ管はガラスブロック11内に三角形状の管孔12が形成されて構成されており、三角形の各頂点にミラー13〜15がそれぞれ配置され、これらミラー13〜15により三角形のリング状光路が構成されている。ガラスブロック11にはレーザ光を発振させるためのアノード16,17及びカソード18が取り付けられている。
FIG. 6 shows a configuration of a ring laser oscillator of a ring laser gyro as an example of such an oscillator. In this example, the laser tube is formed by forming a
このリングレーザ発振器10では温度要因等によるリング状光路の光路長変化を補償して一定に維持するためにミラーアクチュエータ20を備えており、3つのミラー13〜15のうち、ミラー14はミラーアクチュエータ20に保持されて可動ミラーとされている。
The
図7はミラーアクチュエータ20の構成を示したものであり、ミラーアクチュエータ20は圧電アクチュエータ21と可動ミラー14を保持したミラー保持体22とがねじ23で連結一体化されて構成されている。図7中、24はスペーサを示し、25はミラー保持体22に保持されたナットを示す。
FIG. 7 shows a configuration of the
ミラー保持体22は円筒状固定部22aとその軸心位置に位置する柱状可動部22bとがダイアフラム22cを介して連結一体化された構造とされ、ガラス製とされる。柱状可動部22bには可動ミラー14が配置されている。
The
圧電アクチュエータ21は2枚の円板状圧電素子21a,21bを円板状電極21cを介して重ね、さらに2枚の円板状圧電素子21a,21bの外側にそれぞれリング状電極21d,21eを重ねて接合一体化することによって構成されており、電極21cと電極21d,21eとの間に直流電圧を印加すると、圧電素子21a,21bの中心部が法線方向に変位し、これにより可動ミラー14が変位して図6におけるリング状光路の光路長が制御されるものとなっている。
The
上記のような構成を有するリングレーザ発振器10においては、レーザ管を構成するガラスブロック11の構成材料には例えば熱膨張係数が小さく、かつHeガスの非透過性も優れたガラスであるゼロデュア(登録商標)が用いられ、ミラー保持体22の構成材料にも同様にゼロデュアが用いられる。
In the
しかるに、ガラスブロック11は図6に示す通り、比較的厚みがあるため、Heガスの非透過性に優れたゼロデュアを構成材料として用いることによりHeガスの透過を抑えることができるものの、ミラー保持体22にはガラスの薄肉部であるダイアフラム22cがあり、このダイアフラム22cはガラスブロック11の内部空間(管孔12)と外部との境界で封止機能を兼ねているため、ダイアフラム22cをゼロデュアで構成したとしても、このダイアフラム22cをHeガスが図6及び7中に矢印Aで示したように透過して散逸することを抑えることはできない。
However, since the
さらに、リングレーザジャイロの小型化を図る場合、ダイアフラム22cもさらに薄くする必要があり、Heガスの透過・散逸に対する対策が必要になる。
Furthermore, when the ring laser gyro is downsized, it is necessary to make the
一方、一般的なガスレーザの分野においてはレーザ管からのガスの漏出に対し、減圧した分のガスを補給することが行われている。図8はそのようなガスを補給する手段を備えた特許文献1に記載されているガスレーザ装置の構成を示したものであり、図9は特許文献2に記載されているレーザ発振器の構成を示したものである。 On the other hand, in the field of general gas lasers, the gas corresponding to the reduced pressure is replenished for the leakage of gas from the laser tube. FIG. 8 shows the configuration of the gas laser device described in Patent Document 1 provided with such means for supplying gas, and FIG. 9 shows the configuration of the laser oscillator described in Patent Document 2. It is a thing.
図8ではHeガスが封入された密閉容器31と、密閉容器31内より圧力が高いHeガスが封入された容器(補給容器)32とが石英ガラス製のHe透過壁33を介して接続されており、He透過壁33を電熱線34で加熱してHeガスの透過量を増大させることによりHeガスを容器32から密閉容器31に補給するものとなっている。
In FIG. 8, a sealed
電熱線34への電流は密閉容器31内の抵抗線35の抵抗値と、Heガスが封入された基準抵抗管36内に設けられた抵抗線37の抵抗値とを抵抗比較器38で比較し、その抵抗比較器38の出力を増幅器39で増幅することによって生成される。
The current to the
即ち、密閉容器31内のHeガスが漏出し、ガス圧が低下すると、抵抗線35の温度が上昇してその抵抗値が増大することにより抵抗比較器38から出力が送出され、これにより電熱線34に電流が流れるものとなっている。Heガスが容器32から密閉容器31に補給され、そのガス圧が増大すると、抵抗比較器38の出力は消滅し、電熱線34への電流が遮断され、これにより密閉容器31内のHeガス圧をほぼ一定値に保持することができるものとなっている。
That is, when the He gas in the
図9に示したレーザ発振器は発振器本体41の周囲に外箱42を設け、外箱42と発振器本体41間の空間43を発振器本体41内部のガス圧より低圧として、発振器本体41内への外気の侵入を防止し、かつ発振器本体41内からのガス44の漏出によるガス圧の低下を防止することができるようにしたものである。
The laser oscillator shown in FIG. 9 is provided with an
発振器本体41内のガス圧低下を圧力検知器45で検知すると、電磁弁46を操作してガスボンベ47からガスを発振器本体41内に注入し、発振器本体41内のガス圧を一定に保つものとなっている。図9中、48は放電管を示す。部分透過鏡49と全反射鏡51間で増幅されたレーザ光は部分透過鏡49からウインドウ52を通って放出されるものとなっている。なお、図9中、53は冷却器、54は送風機を示す。また、55は外箱42と発振器本体41間の空間43の圧力を検知する圧力検知器を示し、56は空間43のガスを外部に排出する排気ポンプを示す。
When the
上述したように、レーザ管からのガスの漏出に対し、ガスを補給することが従来行われており、ガスを補給するために、従来においては、
(1)レーザ管のガス圧低下を検出する手段
(2)レーザ管へのガス補給を操作もしくは制御する手段
を備えることが必要であった。
As described above, replenishment of gas is conventionally performed for gas leakage from the laser tube. In order to replenish gas, conventionally,
(1) Means for detecting gas pressure drop in laser tube (2) It was necessary to provide means for operating or controlling gas supply to the laser tube.
(1)の手段は図8では抵抗線35、抵抗線37が設けられた基準抵抗管36、抵抗比較器38であり、図9では圧力検知器45である。(2)の手段は図8ではHe透過壁33、電熱線34であり、図9では電磁弁46である。
The means (1) is a
しかるに、このような(1),(2)の両手段を具備する構成は、構成が複雑となり、また装置が大型化し、装置の小型化を図る上で大きな阻害要因となっていた。 However, such a configuration including both means (1) and (2) has a complicated configuration, and has become a major obstacle to downsizing of the device due to the increase in size of the device.
この発明の目的はこの問題に鑑み、従来より簡易な構成でレーザ管にHeガスを補給することができるようにし、よって小型化を図ることができ、かつ安価に構成することができるようにしたHe−Neリングレーザ装置を提供することにある。 In view of this problem, the object of the present invention is to make it possible to replenish the laser tube with He gas with a simpler structure than before, and thus it is possible to achieve downsizing and to be configured at low cost. The object is to provide a He-Ne ring laser device.
請求項1の発明によれば、ガラスで構成されたレーザ管にHe−Neガスが封入され、ガラスの薄肉部でなるダイアフラムに支持される光路長制御用可動ミラーを具備してなるリングレーザ発振器と、そのリングレーザ発振器に具備され、内部にHeガスを収蔵し、そのHeガスをレーザ管に補給することのできる補給タンクとを有するHe−Neリングレーザ装置において、レーザ管の内部空間と補給タンクの内部空間とは、ダイアフラムと同じ材料で構成され、ダイアフラムと面積及び厚さが同じにされたガラスの隔壁を隔てて隣接され、補給タンクの内部のHeガスの分圧はレーザ管の内部のHeガスの分圧の2倍とされているものとされる。 According to the first aspect of the present invention, a ring laser oscillator comprising a movable mirror for optical path length control in which a He—Ne gas is sealed in a laser tube made of glass and supported by a diaphragm made of a thin portion of glass. A He-Ne ring laser apparatus provided in the ring laser oscillator, storing He gas therein, and replenishing tanks capable of replenishing the He gas to the laser tube. the internal space of the tank, made of the same material as the diaphragm, the diaphragm and the area and thickness are adjacent partition walls of glass that are the same, the partial pressure of He gas in the auxiliary supply tanks of the laser tube The partial pressure of the internal He gas is assumed to be twice .
請求項2の発明では請求項1の発明において、リングレーザ発振器のレーザ管はガラスブロックに形成された多角形状の管孔として構成され、補給タンクはガラスブロックの管孔に囲繞された中央部に形成された空洞として構成され、管孔と空洞とはガラスブロックに形成された連絡孔によって互いに接続され、連絡孔は前記隔壁によって遮断されているものとされる。 In the invention of claim 2, in the invention of claim 1 , the laser tube of the ring laser oscillator is configured as a polygonal tube hole formed in the glass block, and the replenishment tank is located in the central portion surrounded by the tube hole of the glass block. is configured as a formed cavity, are connected to each other by contact holes formed in the glass block and tube bore and the cavity, contact holes are assumed to have been blocked by the partition wall.
この発明によれば、従来のようにガス圧低下を検出する手段やガス補給を操作・制御する手段を用いることなく、Heガスの漏出に対し、簡易な構成で定常的にHeガスを補給することができる。 According to the present invention, He gas is constantly replenished with a simple configuration against leakage of He gas without using a means for detecting a decrease in gas pressure or a means for operating / controlling gas replenishment as in the prior art. be able to.
従って、長期に安定して動作するHe−Neリングレーザ装置を実現することができ、かつそのようなHe−Neリングレーザ装置を小型・安価に構成することができる。 Therefore, a He—Ne ring laser device that operates stably over a long period of time can be realized, and such a He—Ne ring laser device can be configured in a small size and at low cost.
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び2はリングレーザジャイロのリングレーザ発振器に、この発明を適用した第1の実施例を示したものである。リングレーザ発振器10’は図6に示したリングレーザ発振器10と同様の構成を有しており、図6と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
1 and 2 show a first embodiment in which the present invention is applied to a ring laser oscillator of a ring laser gyro. The ring laser oscillator 10 'has the same configuration as that of the
この例ではリングレーザ発振器10’は補給タンク61を2つ備えている。補給タンク61は図2Bに示したように一端が閉塞された円筒状をなし、閉塞された一端面にはパイプ62が取り付けられている。補給タンク61は例えばステンレス等の金属製とされる。
In this example, the
補給タンク61の取り付けは、補給タンク61の開放端面にインジウム等の接合材料よりなるリング63を介してガラス材よりなる隔壁64を接合して補給タンク61の開放端面を蓋し、さらにリング63と同様のインジウム等の接合材料よりなるリング65を介して隔壁64をリングレーザ発振器10’のガラスブロック11に接合することによって行われる。
The
ガラスブロック11の補給タンク61が取り付けられる部分にはレーザ管を構成している管孔12と連通する開口66が形成されており、管孔12の内部空間と補給タンク61の内部空間とはガラスの隔壁64を隔てて隣接される。なお、補給タンク61を取り付けるべく、この例ではガラスブロック11に対するアノード16,17の取り付け位置はミラー13側にずらされている。
An
補給タンク61を取り付け、リングレーザ発振器10’の組み立てが完了した後、補給タンク61にはパイプ62からHeガスが充填される。Heガスの充填後、パイプ62は封じ切られる。パイプ62の封じ切りは工具を用い、パイプ62の途中を潰すことによって行われ、その後封じ切り部62aを切断して不要部分が分離除去される。なお、図1及び2では全てパイプ62が封じ切られた状態を示している。
After the
補給タンク61の内部のHeガスの分圧(圧力)はHe−Neガスが封入されている管孔12の内部のHeガスの分圧より高くされ、管孔12の内部のHeガスと補給タンク61の内部のHeガスの分圧差により、この例では隔壁64を透過して補給タンク61から管孔12へHeガスが補給されるものとなっている。
The partial pressure (pressure) of the He gas inside the
この補給タンク61から管孔12へのHeガスの補給は、隔壁64の構成材料と面積・厚さ及び補給タンク61内のHe分圧を適当に選定することにより、隔壁64を透過して補給タンク61から管孔12へ供給される単位時間当たりのHeガスの量と、リングレーザ発振器10’から外部へ漏出する単位時間当たりのHeガスの量とが等しくなるようにされる。
The replenishment of He gas from the
具体的に言えば、リングレーザ発振器10’のガラスブロック11及びミラーアクチュエータ20のミラー保持体22(図7参照)の構成材料に熱膨張係数が小さく、Heガスの非透過性にも優れたガラスであるゼロデュア(登録商標)を用いる場合、リングレーザ発振器10’からのHeガスの漏出はミラー保持体22のダイアフラム22cからの漏出が支配的となるため、補給タンク61から管孔12へ供給される単位時間当たりのHeガスの量は、ダイアフラム22cを透過してリングレーザ発振器10’から外部へ漏出する単位時間当たりのHeガスの量と等しくされる。
More specifically, the
上記のようにリングレーザ発振器10’からのHeガスの漏出量とリングレーザ発振器10’へのHeガスの供給量とを均衡させることにより、リングレーザ発振器10’内に封入されているHe−NeガスのHe分圧を一定に維持することができ、He−Neガスの成分変化を抑制することができる。
As described above, by balancing the leakage amount of He gas from the
なお、Heガスの供給量(供給レート)は前述したように隔壁64の構成材料と面積・厚さ及び補給タンク61内のHe分圧によって決まるが、例えば隔壁64をダイアフラム22cと同じ材料で構成すれば、ダイアフラム22cと隔壁64の構成材料の違いによるHe透過率の差を考慮する必要はなくなり、Heガスの漏出量と供給量とを均衡させるためには他のパラメータ、即ち隔壁64の面積・厚さ及び補給タンク61内のHe分圧を選定すればよく、その分Heガスの漏出量と供給量とを均衡させる設計が容易となる。また、ダイアフラム22cと隔壁64とを同じ材料で構成すれば、外部環境変化に対する熱膨張係数やHe透過率の温度依存の影響も少ないものとなる。
The supply amount (supply rate) of He gas is determined by the constituent material, area and thickness of the
さらに、例えば隔壁64の面積及び厚さをダイアフラム22cの面積及び厚さと同じにすれば、Heガスの漏出量と供給量とを均衡させるためには補給タンク61内のHe分圧を選定すればよいだけとなり、Heガスの漏出量と供給量とを均衡させる設計がさらに容易となる。加えて、このように選定すべき(決定すべき)パラメータを少なくすれば、その分パラメータの性能に対する影響が少なくなり、信頼性の高い設計が可能となる。
Further, for example, if the area and thickness of the
なお、このように隔壁64の構成材料、面積・厚さをダイアフラム22cの構成材料、面積・厚さと一致させた場合、補給タンク61内のHe分圧はリングレーザ発振器10’の管孔12内のHe分圧の2倍に選定すればよい。これはHeガスの透過に関係するのは全体のガス圧ではなく、その中のHeの分圧であり、補給タンク61内のHe分圧を管孔12内のHe分圧の2倍に選定すれば、管孔12内とリングレーザ発振器10’の外部の大気とのHe分圧差と、補給タンク61内と管孔12内のHe分圧差とが等しくなり、つまり透過量(透過レート)を一致させることができる。
When the constituent material, area / thickness of the
次に、図3〜5に示したこの発明の第2の実施例について説明する。この第2の実施例は第1の実施例と同様、リングレーザジャイロのリングレーザ発振器に、この発明を適用したものである。 Next, a second embodiment of the present invention shown in FIGS. In the second embodiment, as in the first embodiment, the present invention is applied to a ring laser oscillator of a ring laser gyro.
この例では第1の実施例のようにHeガスを収蔵した補給タンクをリングレーザ発振器に取り付けるのではなく、リングレーザ発振器のガラスブロック自体に補給タンクを形成するものとなっており、補給タンクはガラスブロックに形成された空洞によって構成される。 In this example, a replenishment tank storing He gas is not attached to the ring laser oscillator as in the first embodiment, but a replenishment tank is formed on the glass block itself of the ring laser oscillator. Consists of cavities formed in the glass block.
空洞71はガラスブロック11の三角形状をなす管孔12に囲繞された中央部に形成される。空洞71はこの例では円形の凹部とされる。ガラスブロック11には図3に示したように連絡孔72が形成され、この連絡孔72によって空洞71と管孔12とが互いに接続される。連絡孔72の管孔12側の端部にはガラス材よりなる隔壁73が設けられ、この隔壁73によって連絡孔72は管孔12への開口が遮断されている。
The
空洞71は円板状をなすステンレス等の金属製のキャップ74によって蓋されるものとなっており、キャップ74にはパイプ75が取り付けられている。キャップ74はインジウム等の接合材料よりなるリング76を介してガラスブロック11に接合され、これにより空洞71が蓋されて補給タンクが構成される。空洞71にはパイプ75からHeガスが充填され、充填後、パイプ75は第1の実施例におけるパイプ62と同様に封じ切られる。図4及び5はパイプ75が封じ切られた状態を示しており、75aは封じ切り部を示す。
The
空洞71内のHeガスの分圧は管孔12内のHeガスの分圧より高くされ、Heガスの分圧差により空洞71から隔壁73を透過して管孔12へHeガスが補給されるものとなっている。
The partial pressure of He gas in the
この第2の実施例のリングレーザ発振器10’’においても、隔壁73の構成材料と面積・厚さ及び補給タンクをなす空洞71内のHe分圧を適当に選定することにより、隔壁73を透過して空洞71から管孔12へ供給される単位時間当たりのHeガスの量と、ミラーアクチュエータ20の可動ミラー14を支持するダイアフラム22c(図7参照)を透過してリングレーザ発振器10’’から外部へ漏出する単位時間当たりのHeガスの量とを等しくすることができる。
Also in the
なお、隔壁73はダイアフラム22cと同じ材料で構成するのが前述したように設計及び信頼性上望ましく、ガラスブロック11とダイアフラム22c(ミラー保持体22)が同一材料で作製される場合には、隔壁73は別途作製してガラスブロック11に接合するのではなく、ガラスブロック11と一体形成するのが好ましい。
As described above, the
上述した第1及び第2の実施例によれば、いずれも従来のようにガス圧低下を検出する手段やガス補給を操作・制御する手段を用いることなく、Heガスの漏出に対し、簡易な構成で定常的にHeガスを補給することができるものとなっており、よって安定して長寿命に動作するリングレーザ発振器を小型・安価に構成することができる。 According to the first and second embodiments described above, it is easy to prevent He gas leakage without using a means for detecting a gas pressure drop or a means for operating / controlling gas replenishment as in the prior art. With this configuration, the He gas can be replenished constantly, and thus a ring laser oscillator that operates stably and has a long life can be configured in a small size and at a low cost.
また、従来のリングレーザ発振器においてはレーザ管を構成するガラスブロックに、Heガスの非透過性に優れた高価なガラスであるゼロデュアを用いていたが、ゼロデュアに替え、例えばパイレックス(登録商標)のようなHeガスの透過性が比較的高い安価なガラスを用いることも可能となる。 Further, in the conventional ring laser oscillator, the glass block constituting the laser tube has used Zerodur, which is an expensive glass excellent in non-transmission of He gas, but instead of Zerodur, for example, Pyrex (registered trademark) It is also possible to use an inexpensive glass having a relatively high He gas permeability.
なお、上述した各実施例では補給タンク内にHeガスを収蔵しているが、Heガスを成分に持つ混合気体を収蔵してもよい。この場合には混合気体中のHe分圧が所要の値に選定される。隔壁を透過するのはHeガスのみであって、混合気体中のHeガス以外の成分が隔壁を透過することはない。 In each of the above-described embodiments, He gas is stored in the replenishing tank. However, a mixed gas having He gas as a component may be stored. In this case, the He partial pressure in the mixed gas is selected to a required value. Only the He gas permeates the partition walls, and components other than the He gas in the mixed gas do not permeate the partition walls.
以上、リングレーザジャイロのリングレーザ発振器を例にこの発明の実施例を説明したが、この発明はガラスで構成されたレーザ管にHe−Neガスが封入されてなる発振器を有する各種He−Neガスレーザ装置に適用することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above by taking the ring laser oscillator of the ring laser gyro as an example, the present invention relates to various He—Ne gas lasers having an oscillator in which a He—Ne gas is sealed in a laser tube made of glass. It can be applied to the device.
10,10’,10’’ リングレーザ発振器 11 ガラスブロック
12 管孔 14 可動ミラー
20 ミラーアクチュエータ 22 ミラー保持体
22c ダイアフラム 61 補給タンク
64 隔壁 71 空洞
72 連絡孔 73 隔壁
74 キャップ
10, 10 ', 10 "
Claims (2)
前記レーザ管の内部空間と前記補給タンクの内部空間とは、前記ダイアフラムと同じ材料で構成され、前記ダイアフラムと面積及び厚さが同じにされたガラスの隔壁を隔てて隣接され、
前記補給タンクの内部のHeガスの分圧は前記レーザ管の内部のHeガスの分圧の2倍とされていることを特徴とするHe−Neリングレーザ装置。 A ring laser oscillator including a movable mirror for controlling an optical path length supported by a diaphragm made of a thin glass portion, in which a He-Ne gas is sealed in a laser tube made of glass, and the ring laser oscillator A He-Ne ring laser device having a replenishment tank for storing He gas therein and replenishing the He gas to the laser tube,
The internal space of the laser tube and the internal space of the replenishing tank are made of the same material as the diaphragm, and are adjacent to the diaphragm with a glass partition wall having the same area and thickness ,
He-Ne ring laser device is the partial pressure of the interior of the He gas, characterized in that it is twice the partial pressure of He gas within the laser tube before Symbol replenishing tank.
前記リングレーザ発振器の前記レーザ管は、ガラスブロックに形成された多角形状の管孔として構成され、
前記補給タンクは、前記ガラスブロックの前記管孔に囲繞された中央部に形成された空洞として構成され、
前記管孔と前記空洞とは、前記ガラスブロックに形成された連絡孔によって互いに接続され、
前記連絡孔は、前記隔壁によって遮断されていることを特徴とするHe−Neリングレーザ装置。 In the He-Ne ring laser apparatus according to claim 1 ,
The laser tube of the ring laser oscillator is configured as a polygonal tube hole formed in a glass block,
The replenishment tank is configured as a cavity formed in a central portion surrounded by the tube hole of the glass block,
The tube hole and the cavity are connected to each other by a communication hole formed in the glass block,
The He-Ne ring laser device, wherein the communication hole is blocked by the partition wall.
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