JPH01168084A

JPH01168084A - 金属蒸気レーザ装置

Info

Publication number: JPH01168084A
Application number: JP62325362A
Authority: JP
Inventors: Naoto Nishida; 直人西田; Mitsuhiro Nishio; 光弘西尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-24
Filing date: 1987-12-24
Publication date: 1989-07-03
Also published as: US4876690A; DE3880464D1; DE3880464T2; EP0322716B1; EP0322716A1

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）この発明は、例えば鋼材をレー゛ザ媒質とする金」蒸気
レーザ装置に関する。

（従来の技術）一般的な銅蒸気レーザ装置は、密閉された放電管内に一
対の電極が設けられ、上記放電管内に金属蒸気発生源が
設けられている。そして、放電管内に例えばＨｅ５Ｎｅ
等のバッファガスを供給し、上記電極間で放電を発生さ
せ、この放電により上記金属蒸気発生源が加熱されて銅
の蒸気を発生する。さらに、この金属蒸気中に放電が発
生することで金属蒸気が励起されレーザ光を発振するよ
うに構成されている。

このような金属蒸気レーザ装置は例えば第２図に示され
るように構成されている。図中において１は放電管であ
り、この放電管１は外部から密閉されるように形成され
、熱絶縁材２が嵌装状態に設けられている。この熱絶縁
材２は上記放電管１の長手方向中途部に同心状に設けら
れた炉心管３の外周面に沿って設けられている。そして
、この炉心管３の外周に設けられた熱絶縁材２の外周部
には上記放電管１に同心の管状に形成された気密容器４
が設けられている。

また、上記炉心管３および気密容器４の双方の端部には
、それぞれに環状に形成され径方向の断面がＬ字状の電
極５．６が設けられ、これらの電極５．６にはそれぞれ
電ｒＡ７からの配線が接続されている。さらに上記電極
５．６のいずれか一方側の気密容器４に対応する部分に
は高電圧絶縁体８が設けられており、また、放電管１お
よび気密容器４の外周面には冷却バイブ９が巻付られて
いる。そして、上記放電管１の端部側の一方にはガス供
給装置１０および他方には真空ポンプ１１が設けられて
いる。

また、上記放電管１の両端部にはシール材１７を介して
レーザ光の透過窓１２．１３がそれぞれ設けられており
、これら透過窓１２．１３に対向される位置には一方に
高反射ミラー１４、他方に出力ミラー１５が設けられて
いる。

このように構成されたレーザ装置は以下に示されるよう
な工程を経てレーザ光が発振される。まず、上記炉心管
３の内周面上にはレーザ媒質としての鋼材１６を載置し
、上記放電管４に設けられた真空ポンプ１１によりｉｌ
ｌ電管４内を負圧状態とし、上記放電管４に設けられた
ガス供給装置１０から放出されるバッフ７ガスをこの放
電管４内に導く。そして、上記電源７からのパルス電圧
の印加により、上記電極５．６間で放電を発生する。

この放電により、加熱された上記金属蒸気発生源として
の銅材１６の一部が金属蒸気となり、上記放電管１内に
広がる。そして、この金属蒸気が上記電極５．６間の放
電によって励起されてレーザ光を発生する。このレーザ
光は放電管１の両端側に設けられた透過窓１２．１３を
通過し、さらに外側に位置して互いに対向して設けられ
た高反射ミラー１４および出力ミラー１５１１！で反射
する。

このように両ミラー１４．１５間で反射を繰返すことに
より、連鎖的に増幅され、ついに上記出力ミラー１５か
らレーザ光が発振される。

このように構成された銅蒸気レーザ装置は、放電のエネ
ルギにより炉心管３が加熱され、その温度が手数百度に
達する。そして、レーザ光を放電管１の外側に取出すた
めの透過窓１２．１３は気密のためシール材１７が設け
られているが、上記透過窓１２．１３およびシール材１
７等は材質の性質上、ともに２００°Ｃ以下の温度に保
つことが必要である。

このように銅蒸気の温度に比較して低温に保たれた透過
窓１２．１３は、ともに炉心管３のレーザ光発振の光軸
上に設けられており、レーザ光の発振にともない飛来し
て透過窓１２．１３に衝突する金属蒸気は温度の低い透
過窓１２．１３に凝固、付着し、透過窓１２．１３を汚
染するものであった。

このように汚染された透過窓１２．１３はレーザ光の透
過率が低下し、レーザ光の発振効率を低下するものであ
った。

この対策としては、透過窓１２．１３を上記炉心管３か
ら充分離れた位置に設けることが考えられるが、放電管
１の長さを増大するので、短パルスレーザ光の集束性が
低下したり、ＡＳＥ（自然放射増幅光：　Ａｍｐｌｉｆ
ｉｅｄ　５ｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ）
が発生しやすくなるという問題点があった。

（発明が解決しよう゛とする問題点）上述のように一般的な金属蒸気レーザ装置は、金属蒸気
を発生する放電管に対して、透過窓を設け、発生された
レーザ光が直接透過されるように構成されていたが、こ
のように構成されることで、放電管内の金属蒸気が上記
透過窓に付着し、これにより透過窓の透過率が低下する
ことがあった。

そして、この透過窓の透過率の低下により、レーザ光の
発振効率が低下するという事情があった。

この発明は上記事情に着目してなされたものであり、装
置の大型化を招くことなく、金属蒸気の凝固による透過
窓の汚染を防止して、効率の高いレーザ光の発振ができ
る金属蒸気レーザ装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段及び作用）この発明は、
放電管の炉心管に金属蒸気発生源を収納し、このレーザ
光を放電管外に反射する一対の高反射ミラーを上記放電
管の両端部側に対峙して設け、これら高反射ミラーを加
熱する加熱手段を設け、上記高反射ミラーに反射された
レーザ光を透過する透過窓を上記放電管に設け、上記透
過したレーザ光を反射して光共振する一対の共振器ミラ
ーを設けることにより上記高反射ミラーが加熱されるこ
とで、反射面上での金属蒸気の凝固による付着を防止し
て高い反射率を保ち、この高反射ミラーに反射されたレ
ーザ光が透過窓を通過して放電管外に導出されることで
、透過窓側への金属蒸気の飛来を防止して、レーザ光の
高い透過率を保つことができる金属蒸気レーザ装置にあ
る。

（実施例）以下、この発明における一実施例を第１図を参照して説
明する。この実施例における金属蒸気レーザ装置は銅蒸
気レーザ装置であり、その構造は次のようになっている
。

図中に示される放電管１は円筒状に形成されており、端
部には壁面が設けられて気密に保持され・ている。この
放電管１の外周部には熱絶縁材２が嵌装されている。こ
の熱絶縁材２は上記放電管１の中途部に同心状に設けら
れた炉心管３の外周に沿って設けられており、その外周
部は気密容器４によって包囲されている。そして、上記
炉心管３の端部には、それぞれ電極５．６が設けられて
おり、これらの電極５．６には電源７からの配線が接続
されている。ここで、上記電極５．６はともに上記炉心
管３を挟んで放電管１内に露出されている。また、上記
２つの電極５．６のうちいずれか一方には上記気密容器
４の端部が当接され、他方には気密容器４の端部に当接
された環状の高電圧絶縁体８が接合されている。このよ
うに構成された放電管１および気密容器４の外周部には
冷却パイプ９が巻き付けられている。

さらに、上記放電管１の一方の端部にはガス供給袋＠１
０が設けられており、他方の端部には真空ポンプ１１が
設けられている。ここで、上記ガス供給装置１０は例え
ばＨｅ１Ｎｅ等のバッファガスを供給するようになって
おり、また、真空ポンプ１１は、上記バッファガスを放
電管１内に導引するようになっている。

そして、上記放電管１の端部付近の内部には、ニッケル
製の２つの高反射ミラー１８．１９が設けられている。

これら２つの高反射ミラー１８．１９はそれぞれ、上記
放電管１の軸心に対して例えば４５゛の角度を持って反
射面が対向されている。さらに、上記２つの高反射ミラ
ー１８．１９の裏面部分には全体に亘ってヒータ２０．
２１が設けられている。これらヒータ２０．２１にはそ
れぞれ加熱用Ｉ！源２２が接続されている。これらヒー
タ２０．２１は上記高反射ミラー１８．１９のミラー面
を全体に亘って均一に加熱し例えば１１００°Ｃに保つ
ようになっている。ここで、銅の融点は１０８３°Ｃで
あり、ミラー面を１１００″Ｃに保つことで銅蒸気が凝
固付着することを防止できる。また、高反射ミラー１８
．１９は全体に亘って均一に加熱されることでレーザ光
の反射に悪影響を与える程の局部的な変形が防止される
。

そして、高反射ミラー１８．１９によって９０゛の角度
を持って反射し導引されるレーザ光の光軸に対応される
放電管１の周壁には透過窓２３．２４がそれぞれ設けら
れている。そして透過窓２３．２４と放電管１との間に
は気密性を保つための０リング２５．２→がそれぞれ設
けられており、透過窓２３．２４の一方には放Ｉｔ管１
の外側に設けられた高反射ミラー２７が対向されている
。また、他方の透過窓２４には出力ミラー２８が対向さ
れている。ここで、上記レーザ光は高反射ミラー１８．
１９により反射されるが、この実施例においては例えば
水平方向に反射されている。

以下、上述のように構成された金属蒸気レーザ装置のレ
ーザ光の発振工程について説明する。

まず、レーザ媒質としての鋼材１６を炉心管３内に載置
し、この放電管１内を真空ポンプ１１によって負圧状態
とする。そこへ上記ガス供給装置１０からバッフ７ガス
を供給すると、負圧状態となっている放電管１内へ上記
バッファガスが充分に導引される。

このようにバッファガスが満たされた状態では、上記放
電管１内が数十ＴＯｒｒに保たれ、さらに、上記電源７
から上記電極５．６にパルス・電圧が印加されることで
、画電極５．６間で放電が発生される。そして、この放
電により上記鋼材１６が加熱され、一部が放電管１内に
気化されて広がり、さらに、放電が継続されることによ
り、この銅蒸気が励起され、レーザ光が発生される。

そして、このように発生されたレーザ光は放電管１内に
設けられた上記高反射ミラー１８．１９に反射する。こ
こで、２つの高反射ミラー１８．１９のうち、一方の高
反射ミラー１８に反射したレーザ光はその光路を放電管
１の軸心に対して直交する方向に変更する。この反射し
たレーザ光は透過窓２３を厚さ方向に通過して、さらに
、この透過窓２３に対向状態に設けられた高反射ミラー
２７に反射する。この高反射ミラー２７に反射されたレ
ーザ光は、再度透過窓２３を通過して高反射ミラー１８
に反射し、放電管１の軸心に沿った光路を進み、この光
路上に設けられた高反射ミラー１９に反射する。この高
反射ミラー１９に反射したレーザ光は、その光路を９０
”変更して透過窓２４を通過し、上記出力ミラー２８に
反射する。

ここで、この出力ミラー２８は反射率が低く設定されて
おり、所定の出力に満たないレーザ光は反射し、再度透
過窓２４を通過して放電管１内に入射し、高反射ミラー
１９に反射する。そして放電管１の外側に設けられた上
記高反射ミラー２７および出力ミラー２８の間で繰返し
反射することで、レーザ出力が増幅され、所定の出力を
越えると、上記出力ミラー２８からレーザ光が発振され
る。

このようにレーザ光が発振されるレーザ装置によれば、
炉心管３の軸心方向に飛来される金属蒸気はニッケル類
の高反射ミラー１８．１９に衝突するが、これらの高反
射ミラー１８．１９はそれぞれヒータ２０．２１により
高温に保たれている。

これらのヒータ２０，２１により、高反射ミラー１８．
１９のそれぞれのミラー面は銅の融点よりも高く保たれ
ているので、金属蒸気が液化されても重力のためミラー
面上にはた溜らず、落下される。このようにして放電管
１内に設けられた高反射ミラー１８．１９のミラー面上
で銅蒸気が凝固して付着することを防止できる。そして
、放電管１内の銅蒸気はこれら高反射ミラー１８．１９
の位置よりも放電管１の端部側の比較的低温部分で凝固
する。また、透過窓２３．２４は炉心管３の軸心方向に
対して平行に設けられて、高反射ミラー１８．１９によ
り光路を９０’変更されたレーザ光が通過される。この
ため金属蒸気の飛来する方向から外れた位置に透過窓２
３．２４が設けられていることで、透過窓２３．２４に
銅蒸気が凝固付着されることを最小限に押えることがで
きる。

また、この高反射ミラー１８．１９は炉心管３に近接し
た位置に設けることができるので、放電管１の全長を短
く設定しても透過窓２３．２４が汚染されることを防止
できる。また、媒質が励起されている間にレーザ光が往
復する回数を増し、レーザ光の集束性を向上することが
できる。

なお、この発明は上記一実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記実施例では銅蒸気レーザ装置であるが
、これに限定されず他の金属をレーザ媒質とする金属蒸
気レーザ装置でもよい。この際にはレーザ媒質の融点を
考慮して高反射ミラー１８．１９の加熱温度を設定する
必要がある。

ここで、上記鋼材をレーザ媒質とした場合に、ミラー面
の温度を１１００’Ｃに加熱しているが、２００〜３０
０°Ｃ等でもよく加熱の温度は何等限定されない。そし
て上記実施例では高反射ミラー１８．１９をニッケルに
よって形成したがこれに限定されず、モリブデンやタン
グステンによって形成して、その上にニッケルやプラチ
ナをブレーンングしたものを用いても良い。また、透過
窓２３．２４はともに、放電管１の”１４周面に設けら
れ、また、上記高反射ミラー１８．１９は放電管１の軸
心に対して４５°の角度を持って設けられているが、こ
れに限定されず、高反射ミラー１８．１９の傾斜角度や
傾斜方向は何等限定されるものではなく、放電管１の軸
心にある角度を持ってレーザ光を反射するように設けら
れていればよい。また、透過窓２３．２４は上記高反射
ミラー１８．１９に反射されたレーザ光の進路上に設け
られるものであればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば放電管内に、所
定角度を持ってレーザ光の光軸を変更する高反射ミラー
を設け、この高反射ミラーに加熱手段を設けることで、
高反射ミラーに金属蒸気が凝固付着することを防止して
、高い反射率でレーザ光を導引し、さらに、上記高反射
ミラーに反射することでレーザ光の光路を所定の角度で
折曲し、レーザ光の発生方向と異なる方向でレーザ光を
放電管外に導出するように透過窓を設けることで、金属
蒸気の飛来方向とは異なる方向にレーザ光を導引して透
過窓を通過させ、金属蒸気の凝固付着を防止し、長時間
の発振でも高いレーザ光の透過率を維持できる金属蒸気
レーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例における金属蒸気レーザ装
置の平断面図、第２図は従来例における金属蒸気レーザ
装置の側断面図である。１・・・放電管、１６・・・銅材（金属蒸気発生源）、
１８．１つ・・・高反射ミラー、２０．２１・・・ヒー
タ（加熱手段）、２３．２４・・・透過窓。出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

　放電を発生する炉心管を含み、この炉心管内に金属蒸
気発生源を収納した放電管と、この放電管内の両端部側
に対峙しレーザ光を上記放電管外に反射する一対の高反
射ミラーと、これら高反射ミラーを加熱する加熱手段と
、上記放電管に設けられて上記高反射ミラーに反射され
たレーザ光を透過する透過窓と、上記透過したレーザ光
を反射して光共振する一対の共振器ミラーとを具備する
ことを特徴とする金属蒸気レーザ装置。