JPH01117383A - 金属蒸気レーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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に係り、特にピーク値
の高いパルスレーザ出力が一定の繰返し周期で得られる
ようにした金属蒸気レーザ発振装置に関する。

（従来の技術） 近年、例えば光プラニト等の分野では、レーザが多く用
いられてきてお、す、その一つとして金属蒸気レーザ発
振装置がある。この金属蒸気レーザ発振装置は、放電電
源を接続した少なくとも一対の電極が配置された放電管
の内部に金属レーザ媒質を配置し、放電管内部を放電に
より高温状態として金属レーザ媒質を蒸気化することに
より、パルスレーザ出力の発振を行なうようにしたもの
である。

第６図は、この種の金属蒸気レーザ発振装置の一般的な
構成図を示すものである。第６図において、レーザ装置
本体１には一対の電極２．３が備えられ、また耐高温性
のセラミックス等の材料からなる放電管４が設けられ、
さらにガス供給装置５および真空ポンプ６が設けられて
、例えばＮｅガスが放電管４内を流れるようになってい
る。

なお、レーザ装置本体１内でのＮｅガスは、数Ｔ　ｏｒ
ｒ〜数十Ｔ　ｏｒｒの圧力で満たされている。そして、
放電管４には銅等の金属粉からなる金属レーザ媒質７が
配置さている。また、レーザ装置本体１の両端には窓８
．９が形成され、さらにこれら窓８．９を通る直線上、
すなわちパルスレーザ出力Ｆの発振光路上には、高反射
ミラー１０と出力ミラー１１とが配置されている。なお
、１２は熱に対する絶縁体、１３は高電圧に対する絶縁
体、１４〜１７はＯリングを夫々示すものである。

一方、上記一対の電極２．３間には放電電源１８が接続
されているが、この放電電源１８は第７図に示す如く構
成されている。すなわち第７図において、直流高電圧を
出力する直流電源１９の出力側には、コイル２０．およ
び逆流防止用のダイオード２１を介して、スイッチング
素子であるサイラトロン２２が接続されている。また、
このサイラトロン２２と並列に、抵抗２３および第１の
コンデンサ（主コンデンサ）２４を直列接続してなる充
放電回路が接続されている。さらに、この充放電回路の
抵抗２３と並列に第２のコンデンサ（ピーキングコンデ
ンサ）２５が接続され、かつこの第２のコンデンサ２５
に対して並列に、上記放電管４の電極２．３が並列接続
されている。

さらにまた、２６は上記サイラトロン２２のグリッド電
極に対して、所定の繰返し周波数（数ＫＨｚ〜数十ＫＨ
ｚ）でトリガパルス信号Ｔ「を連続的に発振するパルス
発振器からなるスイッチング素子駆動回路である。

このような構成であれば、直流電源１９の出力により、
コイル２０．ダイオード２１．抵抗２３を介して、第１
のコンデンサ２４が充電される。

そしてこの状態で、サイラトロン２２のグリッド電極に
、スイッチング素子駆動回路２６からトリガパルス信号
Ｔｒが印加されてサイラトロン２２が導通すると、第１
のコンデンサ２４に蓄えられている電荷が放電して第２
のコンデンサ２５に送られる。これにより、第２のコン
デンサ２５に生ずる電圧によって、放電管４にパルス放
電が発生して放電管４が加熱され、温度が十数百度に達
して放電管４内の金属レーザ媒質７が溶融し、さらには
蒸気化される（以下、金属蒸気と称する）。

金属レーザ媒質７の蒸気の圧力が所定値に到達すると、
この金属蒸気がパルス放電により励起されてパルスレー
ザ出力Ｆが発振される。

ところで、上述のような金属蒸気レーザ発振装置におい
ては、光プラントからの要求により、放電入力を変化さ
せてパルスレーザ出力を変化させる場合に、次のような
問題がある。すなわち、−般に金属蒸気レーザ発振装置
では、パルス放電を開始してからパルスレーザ出力の発
振を開始するまで約１時間、装置が放電入力に応じて熱
的に安定しパルスレーザ出力も安定するまでさらに３０
分〜１時間程度を要する。従って、放電入力を変化させ
てパルスレーザ出力を変化させる場合、例えば光プラン
トからの要求により、ピーク値の高いパルスを含むパル
スレーザ出力を所定の繰返し周期で得たい場合には、装
置の応答時間が長く実用的でない。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来の金属蒸気レーザ発振装置では、ピ
ーク値の高いパルスを含むパルスレーザ出力が得られな
いという問題があった。

本発明の目的は、平均出力をほぼ一定に保ちつつ、ピー
ク値の高いパルスレーザ出力を一定の繰返し周期で得る
ことが可能な金属蒸気レーザ発振装置を提供することに
ある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、放電電源を接
続した少なくとも一対の電極が配置された放電管の内部
に金属レーザ媒質を配置し、放電管内部を放電により高
温状態として金属レーザ媒質を蒸気化しパルスレーザ出
力の発振を行なう金属蒸気レーザ発振装置において、放
電電源を、直流高電圧を出力する直流電源と、直流電源
の出力側に設けられ、電気的抵抗および第１のコンデン
サを直列接続してなる充放電回路と、電気的抵抗と並列
に接続されると共に、放電管の電極と並列に接続された
第２のコンデンサと、充放電回路と並列に接続され、ト
リガパルス信号の印加により導通して第１のコンデンサ
の充電電荷を第２のコンデンサへ移行させるスイッチン
グ素子と、所定の繰返し周波数でトリガパルス信号を連
続的に発振するパルス発振手段、およびパルス発振手段
からのトリガパルス信号の出力を所定の繰返し周期で間
欠的にロックするロック手段よりなるスイッチング素子
駆動手段とから構成している。

（作用） 従って、本発明は以上のような手段としたことにより、
スイッチング素子に印加するトリガパルス信号の出力が
、例えば光プラントからの要求指令により、一定の繰返
し周期で間欠的にロック（欠落）されることにより、光
プラントからの要求があった場合には、平均出力をほぼ
一定に保ちつつ、ピーク値の高いパルスレーザ出力を一
定の繰返し周期で応答性良く得ることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例を示す図であり
、第１図（ａ）は本発明の金属蒸気レーザ発振装置にお
ける放電電源を示す構成図、第１図（ｂ）は第１図（ａ
）におけるスイッチング素子駆動回路の一例を示すブロ
ック図である。なお、第１図（ａ）（ｂ）において第６
図および第７図と同一部分には同一符号を付して示して
いる。

第１図（ａ）において、直流高電圧を出力する直流電源
１９の出力側には、コイル２０．および逆流防止用のダ
イオード２１を介して、スイッチング素子であるサイラ
トロン２２を接続している。

また、このサイラトロン２２と並列に、抵抗２３および
第１のコンデンサ２４が直列接続されてなる充放電回路
を接続している。さらに、この充放電回路の抵抗２３と
並列に第２のコンデンサ２５を接続し、かつこの第２の
コンデンサ２５に対して並列に、上記放電管４の電極２
，３を並列接続している。

一方、２７は上記サイラトロン２２のグリッド電極に対
して、トリガパルス信号Ｔ「を発振するスイッチング素
子駆動回路である。すなわち、このスイッチング素子駆
動回路２７は第１図（ｂ）に示すように、所定の繰返し
周波数（数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚ）でトリガパルス信号Ｔ
「を連続的に発振するパルス発振器２７−１と、図示し
ない光プラントからの要求指令Ｐにより、パルス発振器
２７−１からのトリガパルス信号Ｔ「の出力を所定の繰
返し周期（数Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で間欠的にロック（欠落
）するロック回路２７−２とから構成している。

次に、以上の如く構成した金属蒸気レーザ発振装置の作
用について述べる。

第１図（ａ）において、直流電源１９の出力により、コ
イル２０．ダイオード２１．抵抗２３を介して、第１の
コンデンサ２４が充電される。そしてこの状態で、サイ
ラトロン２２のグリッド電極に、スイッチング素子駆動
回路２７からトリガパルス信号Ｔｒが印加されてサイラ
トロン２２が導通すると、第１のコンデンサ２４に蓄え
られている電荷が放電して第２のコンデンサ２５に送ら
れる。これにより、第２のコンデンサ２５に生ずる電圧
によって、放電管４にパルス放電が発生して放電管４が
加熱され、放電管４の温度が千数百−度に達して放電管
４内の金属レーザ媒質゛７が溶融し、さらには蒸気化さ
れる。金属レーザ媒質７の蒸気の圧力が所定値に到達す
ると、この金属蒸気カハルス放電により励起されてパル
スレーザ出力Ｆが発振される。

ここで、光プラントからの要求指令Ｐがロック回路２７
−２に与えられていない場合には、バルス発振器２７−
１から第２図Ｃ１１）に示すような繰返し周波数（数Ｋ
Ｈｚ〜数十ＫＨｚ）のトリガパルス信号Ｔｒが、サイラ
トロン２２のグリッド電極に対して連続的に発振される
。これにより、金属蒸気レーザ発振装置からは第２図（
ｂ）に示すように、ピーク値が所定のパルスレーザ出力
Ｆが連続的に発振される。

一方、光プラントからの要求指令Ｐがロック回路２７−
２に与えられた場合には、ロック回路２７−２からの出
力によって、パルス発振器２７−１からのトリガパルス
信号Ｔ「の出力が一定の繰返し周期（数Ｈｚ〜数百Ｈｚ
）で間欠的にロック（欠落）され、第３図（ａ）に示す
ようなトリガパルス信号Ｔｒが、サイラトロン２２のグ
リッド電極に対して連続的に発振される。これにより、
金属蒸気レーザ発振装置からは第３図（ｂ）に示、すよ
うに、一定の繰返し周期でピーク値の高いパルスを含む
パルスレーザ出力Ｆが発振される。

すなわち、サイラトロン２２に対してのトリガパルス信
号Ｔ「が欠落している時は、パルス放電も欠落するので
パルスレーザ出力が得られないが、その間下位レーザ準
位の原子密度が定常放電時に比べて減少し、再びパルス
レーザ出力を開始した直後は、上位レーザ準位の原子密
度との差が定常放電時に比べて大きくなるので、定常放
電時のパルスレーザ出力に比べてピーク値の高いパルス
レーザ出力が得られるものである。なお、金属レーザ媒
質７の温度が明らかに低下する程、長い時間にわたって
トリガパルス信号Ｔ「を欠落させると、平均レーザ出力
も低下してしまうが、金属蒸気レーザ発振装置では装置
の熱容量が大きいことから、印加されるトリガパルス信
号Ｔｒが全体の数％程度欠落しても温度変化は小さく、
平均のレーザ出力はほぼ所定に保たれると考えられる。

上述したように、本実施例の金属蒸気レーザ発振装置で
は、サイラトロン２２のグリッド電極に印加するトリガ
パルス信号Ｔ「の出力を、光プラントからの要求指令Ｐ
により、所定の繰返し周期（数Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で間欠
的にロック（欠落）するようにしたので、本金属蒸気レ
ーザ発振装置を適用する光プラントからの要求があった
場合には、平均出力をほぼ所定に保ちつつ、ピーク値の
高いパルスレーザ出力を所定の繰返し周期で応答性良く
得ることが可能となり、極めて実用性に優れたものであ
る。

尚、上記実施例においては、パルス発振器２７−１から
のトリガパルス信号Ｔｒの出力を所定の繰返し周期（数
Ｈｚ〜数百Ｈｚ）で間欠的に欠落させたが、これに限ら
ず例えば第４図（ａ）に示すように、パルス発振器２７
−１からのトリガパルス信号Ｔｒの出力を、複数のパル
スを一群として毎秒数群〜数百群の繰返し周期で間欠的
に欠落させるようにしてもよい。

また、上記実施例において、放電入力を低く保つことに
より、定常パルス放電時はパルスレーザ出力発振は得ら
れないが、同様の構成によって第５図（ａ）（ｂ）に示
すように、数Ｈｚ〜数百Ｈｚあるいは毎秒数群〜数百群
の繰返し周期で、パルスレーザ出力を得ることが可能で
あ纂。

さらに、上記実施例において、パルス発振器２７−１か
らのトリガパルス信号Ｔｒの出力を一定の繰返し周期で
間欠的にロック（欠落）させる方法としては、パルス発
振器２７−１からのトリガパルス信号Ｔｒの出力を直接
的にロックする方法、あるいはパルス発振器２７−１か
らのトリガパルス信号Ｔｒの出力に対して、当該繰返し
周期で逆極性のパルス信号を合成する方法の、いずれの
方法によっても実現することが可能である。

さらにまた、電気的抵抗はインダクタンスを含み、イン
ダクタン不単独もしくは上記実施例に示した抵抗２３と
混在した形でもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、スイッーチング素
子に印加するトリガパルス信号の出力を、光プラントか
らの要求指令により、所定の繰返し周期で間欠的にロッ
ク（欠落）するようにしたので、平均出力をほぼ所定に
保ちつつ、ピーク値の高いパルスレーザ出力を所定の繰
返し周期で得ることが可能な金属蒸気レーザ発振装置が
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は本発明の一実施例を示す図であり
、第１図（ａ）は本発明の金属蒸気レーザ発振装置にお
ける放電電源を示す構成図、第１図（ｂ）は第１図（ａ
）におけるスイッチング素子駆動回路を示すブロック図
、第２図（ａ）（ｂ）および第３図（ａ）（ｂ）は同実
施例における作用を説明するための波形図、第４図（ａ
）（ｂ）および第５図（ａ）（ｂ）は本発明の他の実施
例を夫々説明するための波形図、第６図は金属蒸気レー
ザ発振装置の一般的な構成例を示す図、第７図は第６図
における放電電源の一例を示す構成図である。 １・・・レーザ装置本体、２．３・・・電極、４・・・
放電管、５・・・ガス供給装置、６・・・真空ポンプ、
７・・・金属レーザ媒質、８．９・・・窓、１０・・・
高反射ミラー、１１・・・出力ミラー、１２・・・絶縁
体、１３・・・絶縁体、１４〜１７・・・０リング、１
８・・・放電電源、１９・・・直流電源、２０・・・コ
イル、２１・・・ダイオード、２２・・・サイラトロン
、２３・・・抵抗、２４・・・第１のコンデンサ（主コ
ンデンサ）、２５・・・第２のコンデンサ（ピーキング
コンデンサ）、２６・・・スイッチング素子駆動回路１
．２７・・・スイッチング素子駆動回路、２７−１・・
・パルス発振器、２７−２・・・ロック回路。 出願人代理人　弁理士　鈴圧式彦 第１図（ａ） ｒ 第１図（ｂ） 第６図 第７図 （ａ） 第２ （ａ） 第３ （ａ） 第４ （ａ） 第５１ （ｂ） （ｂ） （ｂ） 図 （ｂ） 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 放電電源を接続した少なくとも一対の電極が配置された
   放電管の内部に金属レーザ媒質を配置し、前記放電管内
   部を放電により高温状態として前記金属レーザ媒質を蒸
   気化しパルスレーザ出力の発振を行なう金属蒸気レーザ
   発振装置において、前記放電電源を、 直流高電圧を出力する直流電源と、この直流電源の出力
   側に設けられ，電気的抵抗および第１のコンデンサを直
   列接続してなる充放電回路と、前記電気的抵抗と並列に
   接続されると共に，前記放電管の電極と並列に接続され
   た第２のコンデンサと、前記充放電回路と並列に接続さ
   れ，トリガパルス信号の印加により導通して前記第１の
   コンデンサの充電電荷を第２のコンデンサへ移行させる
   スイッチング素子と、所定の繰返し周波数でトリガパル
   ス信号を連続的に発振するパルス発振手段，および前記
   パルス発振手段からのトリガパルス信号の出力を所定の
   繰返し周期で間欠的にロックするロック手段よりなるス
   イッチング素子駆動手段と、 から構成したことを特徴とする金属蒸気レーザ発振装置
   。