JPH01501271A - ガス循環用振動ブレードを有する反復パルスラマンセル - 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】 ガス循環用振動ブレードを存する反復パルスラマンセル発明の背景 本発明は、ガス状媒体の熱的一様性を提供する装置に関し、より詳細には、加圧 ガスラマンセルの光学的ゆがみを防止すする装置に関する。

本発明は、加圧ガスラマンセルの使用に対してとくに応用されるが、ガスの不均 等な加熱のために光学的ゆがみを起こす装置に対しても応用される。特に、ラマ ン散乱による方法はレーザビームによって振動励起されたガス状分子の形をした 加圧ガス媒体内に熱を蓄積する。個々のガス分子に付与された振動エネルギは急 速に熱中性化し、ガスの局部加熱を起こす。静的（非流動）ラマンガス媒体にお いては、光学的ゆがみはビーム路に沿って形成され、各レーザパルスについで数 百ミリ秒持続する。概して、光学的に歪曲されたビーム路はガスが循環されない 場合、ラマンレーザパルス反復周波数（ＰＲＦ）を２．３ヘルツに制限する。

ガス循環は、過去においては、ＰＲＦを増加すべく内部モータ及びファンによっ て行われていた。そのような機械的ガス循環においては、ベーン軸流ブロワがガ スをセル内の密閉路の回りに移動させる。ガスは集束レーザビームにそって配分 され、レーザパルス間のビーム路から加熱ガスを除去すべくビーム軸を横切るよ うに移動される。ブロワに接続したガスブレナムはビーム軸にそってガスを配分 する。最大ＰＲＦは撹乱ガスをビーム路から除去する除去時間によって決定され る。

そのような循環は、ＰＲＦ能力を増大させたが、セルの寸法を大幅に増大させ構 造を複雑にした。さらに、モータ及びファンはセル内に好ましくない材料を導入 し、ラマン変換それ自身によって形成される熱の数倍以上の熱をガス内に放散す る。モータに要する巻線用絶縁材及びベアリング用潤滑剤はガスを発生し密閉シ ステムとして長期間、動作された時セルの寿命を制限する。モータによってガス 内に放散される約１０ワツトの好ましくない熱もまたビーム路内のガス温度の一 様性を維持するのを困難にしている。

発明の摘要 本発明は、圧電バイモルフ屈曲素子によって振動されるブレードによるガス循環 の代替方法を提供し、上記の問題をまぬがれたコンパクトで簡単なセルの設計を 可能にする。

この簡単な設計からいくつかの利点が生じる。閉ループの回りのガス流が不要で ある。すなわち、セルの内容積はビーム路及びブレードによって占有される容積 よりも大である必要がない。柔軟なブレード及び圧電ドライバはガス発生となる 材料を含まず、ごく僅かの熱をガス内に放散する。

他の目的、利点及び本発明のより完全な理解は、次の説明及び添附の図面を考慮 すれば得られる。

図面の説明 第１図は、セルの図であり、内部を例示すべく１側部が開放である。

第２図は、構成の部分及び第１図のセル内の集束ビームを例示する等角図である 。

好ましい実施例の詳細な説明 第１及び２図に示すように、本発明の特定された例がラマンセル１０として例示 され、例示すべく、側部カバー１６及び１８を有する中央部１４から形成される ハウジング１２を具備する。このアッセンブリは表示１９によりて記されたボル ト、ナツト、ワッシャ及びロックワッシャによってボルト締めされる。一対の０ リングシール２０（その１つが示されている）がそれぞれのカバー１６及び１８ と中央部１４との間に配設される。中央部１４は概して空洞部２２を提供すべく 環状であり、カバー１６及び１８は窪み２３を含む。

圧力下のガスが、圧力下で、メタンなどのガスの適量を提供すべくバルブ２６を 介してガス源２４から空洞部２２に挿入される。ゲージ２８は、圧力レベルを示 す。

レーザビーム４０が入射及び出射し、窓３４及び３６（第２図）を有する管状延 長部３０及び３２が中央部４０に取付けられる。レーザビーム４０が概して表示 ３８によって記されたレーザポンプとその電子回路によって提供され、Ｎｄ：Ｙ ＡＧレーザ又は、３０ヘルツのオーダのパルス反復周波数（ＰＲＦ）当り数百ミ リジュールが可能な２倍周波数Ｎｄ：ＹＡＧポンプレーザを具備する。メタン以 外のガス、例えば水素、重水素のレーザもセル１２内で使用される。励起された とき、ポンプレーザ及びその電子回路３８は、概して窓３４と３６との間の点４ ４に集束すべくレンズ４２によって集束されるビーム４０を提供する。

通常の動作中、窓３４及び３６間のビーム４０の集束及び結果としての励起ラマ ン散乱は、ガスを加熱し、各レーザパルスに次いでビームを光学的に歪める。

本発明は、そのような局所的ガス加熱と圧電屈曲素子５２によって共振周波数で 駆動される１つ以上の振動ブレード５０の使用による光学的歪みを防止する。そ のような素子５２は時として圧電バイモルフ又は圧電屈曲素子として知られる。

ブレード５０とドライバ５２との組合せは、ファンとして使用されており、Ｎｅ ｗ　ＪｅｒｓｅｙのＣａｍｂｒｉｄｇｅＳＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｓ及びＭｅｔ ｕｃｈｅｎのＰｉｅｚｏ　ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｒｏｄｕｃｔｓＳ　Ｉｎｃ、によ って製造される方形ファンがその例である。圧電バイモルフもまたＰｈ１ｌｉｐ ｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓで入手可能である。ピエゾ電気ノ（イモルフは、薄い 金属片の両側に結合され、反対方向に支持された薄い圧電素子によって形成され 、電圧が電極の外面間に供給されたとき、１片は長手方向に伸張し、他は収縮し て異なる差圧歪みを形成する。圧電バイモルフが片持ばり式の構成を形成すべく 終端で固定される時、自由端は一定距離だけ変位される。そのような変換器はＪ 、ＶａｎＲａｎｄｅｒａａｔ及びＲ，Ｅ。

Ｓｅｔｔｅｒｉｎｇｔｏｎ、、ＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ 、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ａｎｄ　ＭａｔｅｒｉａｌｓＤ ｉｖｉｓｉｏｎ、Ｎ、Ｖ、Ｐｈｉ　１　ｉｐｓ″Ｇｌｏｅｉｌａｍｐｅｎｆａｂ ｒｉｅｋｅｎ。

ＥｉｎｄｈｏｖｅｎＳ　Ｔｈｅ、Ｎｅ　ｔｈｅ　ｒ　１ａｎｄｓ。

（第１版が１９６８年６月、第２版が１９７４年１月に出版、４０から４２ペー ジ）の“圧電セラミックス”において説明されている。

第２図及び３図に示されるように、振動ブレードは比較的大きな面積と小さな厚 さを有し、マイラなどで形成され薄い柔軟性ストリップを具備し、その自由端は ビーム４０の軸に隣接して配設される。しかしながら、ビームに関する他のブレ ード角も使用され、その目的はビーム路に局所化されたガスを十分に攪乱し移動 かつ混合して、ガス媒体が急速に熱的に一様になることを確かなものにすること にある。

必要となるブレード及び圧電ドライバの数は特定されない。

しかしながら、中央部が多数の振動ブレードを含み、集束ビーム路の約３分の１ に及ぶセルを形成することが可能なことがわかった。ビームフォーカスレンズ４ ２は入射窓３４の外側に変位され、振動ブレードを含む部分のほぼ中心でビーム フォーカス４４の位置を接当てるべく配設される。窓はレーザビームの強さが窓 の塗布面を破損しないように十分に分離される。図に示すように、各ドライバ５ ２の一端５２ａは中央ハウジング１４に接着又は固定され、他端５２ｂはブレー ド５０に接着される。励起と同時に、振動ブレードは、ガスがレーザビーム路内 でよく混合するようにビーム４０内で局所的にガスを移動させる。すなわち、熱 的に一様なガス混合体が、ガスがラマン変換プロセスによって加熱されるポンプ ビームの集束部において維持される。圧電素子はそれ自身ごく僅かの熱を発生す るのでガスは、レマンプロセスによってのみ加熱される。セル壁に対する熱伝導 はガスを周囲温度近くに維持するのに十分である。

本発明の原理を使用する振動ブレードラマンセルが構成され、かつ圧力下で試験 された。使用されたポンプレーザは、１７５ｍｊ／パルスの出力エネルギで２５ Ｈｚで動作する多モードＮｄ：ＹＡＧレーザであった。このポンプ入力で、５０ ｍｊ／パルスのラマン変位されたエネルギか得られた。

ラマンレーザビームの発散と２５ヘルツでの出力エネルギは低いＰＲＦと比べて 実質的に不変であり、静的セル（すなわち、ブレードが停止）は、極度に低下し たビーム発散及び不安定ラマン出力エネルギなしには１ヘルツ以上動作しなかっ た。すなわち、本発明によるガス循環の効率の良さが示された。

本発明は、特定された実施例について記載されたが、様々な変化及び変更が本発 明の範囲の精神から逸脱せずに可能である。

国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ラマン変換プロセスを提供し、前記ラマン変換プロセスからのガスの加熱 による光学的歪みを受けるレーザビーム路を規定する加圧ガスラマンセルにおい て、集束ビームの近接部における概して熱的一様性を達成する改良が、前記集束 ビームでのガスを混合すべく前記集束ビームに近接して配設された少なくとも１ つの振動ブレードを規定する手段を具備する改良。
2. （２）前記振動手段が前記ブレードを振動すべく前記ブレードに結合された少な くとも１つの圧電屈曲素子を具備する請求の範囲第１項に記載の改良。
3. （３）前記振動ブレード手段と前記振動手段とがそれぞれ多数の柔軟ブレードと 前記ブレードのそれぞれに結合された圧電屈曲素子とを具備し、前記振動手段が さらに前記ブレードを振動させて隣接するガスを運動かつ混合すべく前記圧電素 子に電圧を加える手段を含む請求の範囲第１項に記載の改良。
4. （４）前記振動ブレードが、それぞれが比較的大きな領域と小さな厚さを有し、 一端が自由で他端が前記ブレードを振動させる前記圧電屈曲素子に取付けられた 薄い柔軟ストリップを具備する請求の範囲第３項に記載の改良。
5. （５）前記ブレードが、集束ビーム軸を横切つて振動し、前記自由端が前記ビー ム軸に隣接するように配設され、さらに、前記ブレードが前記ビーム軸に沿つて 直角に配設された請求の範囲第４項に記載の改良。
6. （６）前記ブレードが前記ビーム軸に沿つてかつ前記ビーム軸に関して角度を持 たせて配設された請求の範囲第４項に記載の改良。
7. （７）前記レーザビームが、加圧メタン、水素、又はジユウテリウムを含むセル に結合されたＮｄ：ＹＡＧポンプレーザによつて提供される請求の範囲第１項に 記載の改良。