JPH02161787A - Carbon dioxide gas laser device - Google Patents

Carbon dioxide gas laser device

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JPH02161787A
JPH02161787A JP3646588A JP3646588A JPH02161787A JP H02161787 A JPH02161787 A JP H02161787A JP 3646588 A JP3646588 A JP 3646588A JP 3646588 A JP3646588 A JP 3646588A JP H02161787 A JPH02161787 A JP H02161787A
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laser
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carbon dioxide
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Abstract

PURPOSE: To stabilize a laser by coating the wall facing a laser amplifier space with Au, for regenerating CO2 resolved by catalytic action of Au against a mixed gas. CONSTITUTION: With the outside periphery of an inside tube 23A surrounded with an outside tube 24, a cooling fluid is made to flow in tubes 23A-24. Then, the space formed with tubes 23A, 25, and 26 and mirrors 27 and 28 is filled with such laser gas mixture as O2 , N2 and He, for sealing up. Relating to the laser, on the inside periphery of the tube 23A facing an amplification space, rings 30K, 30L, 30M, etc., of Ni plated with Au, etc., area provided, or, a coat 30A of fine powder of Au is formed. With this, the Au affects a catalytic action on generation on CO2 generation at n ambient temperature, its speed matching CO2 resolution speed in laser. Thus, CO2 is regenerated, with the laser stabilized.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の背景) 本発明の背景をふたつに分けて説明する。[Detailed description of the invention] (Background of the invention) The background of the present invention will be explained in two parts.

(発明の技術的分野) 本発明は触媒とレーザの双方に関連する。(Technical field of invention) The present invention relates to both catalysts and lasers.

特に、本発明は、放電により分解した炭酸ガスを触媒作
用で再生産することにより炭酸ガスレーザを改良するた
めの装置と方法に関する。
In particular, the present invention relates to an apparatus and method for improving carbon dioxide lasers by catalytically reproducing carbon dioxide gas decomposed by electrical discharge.

(従来技術の説明) 炭酸ガスレーザが発明されて以来、このレーザの好まし
くない特徴として、レーザガスを励起するのに必要な放
電が炭酸ガスを次の2種類の反応式のいづれかにより放
電中に分解してしまうという事実があった。
(Description of the Prior Art) Since the invention of carbon dioxide lasers, an undesirable feature of these lasers has been that the electrical discharge required to excite the laser gas decomposes carbon dioxide during the discharge in one of two ways: There was a fact that it would happen.

CO2+  e  4 Co  +  0−CO2+ 
 e  −+  Co  +  O+  eここでeは
放電中の電子である。
CO2+ e 4 Co + 0-CO2+
e −+ Co + O+ e where e is the electron during discharge.

この反応は、最終的には次の反応式で示す平衡状態にな
る。
This reaction ultimately reaches an equilibrium state as shown by the following reaction formula.

CO+yOz  ヰ Cot 通常は炭酸ガスの60%以上が分解することはなく、そ
れ以下で平衡状態に達する6問題は2分解して出来たC
Oや02がレーザに対し一部悪い影響をもたらす、とい
うことである、その結果、出力損失、利得損失、及び放
電の不安定化という特徴を示す。
CO + yOz ヰ Cot Normally, more than 60% of carbon dioxide gas does not decompose, and the 6 problems in which an equilibrium state is reached at less than 60% are C
O and O2 have some negative effects on the laser, resulting in output loss, gain loss, and discharge instability characteristics.

比較的高出力のレーザでは、はんの一部のCO2が分解
する程度の短い時間内にガス(CO2、N2及び全体の
約80%を占めるHeの混合ガス)を放電中に継続して
流すため、こうした悪い影響は解消される。
With a relatively high-power laser, gas (a mixed gas of CO2, N2, and He, which accounts for about 80% of the total) is continuously flowed during the discharge for a short period of time to decompose some of the CO2 in the solder. Therefore, these negative effects are eliminated.

分解速度は電流密度やガス圧のような多くの要件で決ま
るが、−船釣には、この分解速度は非常に速く、普通、
0.01秒から10秒までの間である。
The rate of decomposition is determined by many factors such as current density and gas pressure, but - for boat fishing, this rate of decomposition is very fast and usually
It is between 0.01 seconds and 10 seconds.

この分解反応は、1967年に初めて本件出願人により
確認され特徴づけられた。それ以来、高出力炭酸ガスレ
ーザに関し、ガス消費の費用や弊害を最小にするための
試行過程で多くの研究がなされてきた。比較的低出力(
60ワツト以下)の場合は、封じ切り型炭酸ガスレーザ
が製造し使用されてきたが、その場合、放電中にCO2
の一部が分解することに伴う出力損失は、容認されてい
た。
This decomposition reaction was first identified and characterized by the applicant in 1967. Since then, much work has been done on high power carbon dioxide lasers in a pilot process to minimize the cost and harm of gas consumption. Relatively low output (
(60 watts or less), sealed-off type carbon dioxide lasers have been manufactured and used; however, in that case, CO2 is emitted during discharge.
The power loss associated with partial decomposition was acceptable.

炭酸ガスレーザにガスを流して使用済みのガスをそのま
ま外気に捨てる場合、混合ガスの大半はヘリウムだから
炭酸ガスレーザは実質的な量のヘリウムを消費すること
になる。たとえば、1000ワツトの炭酸ガスレーザは
2ガスを循環しないと、標準的な圧力と温度のもとで1
時間に約100リツトルのレーザガス(はとんどヘリウ
ム)を消費する。幸いに、CO及び02は、約330℃
に加熱したプラチナ触媒を利用すると、CO2に再変換
できることが知られている。そうするには、真空ポンプ
を使って絶えずガスを、レーザの放電部分と加熱した触
媒及び真空ポンプを含む閉回路を循環させるのであるが
、不幸にしてこの方法は装置が高価で複雑であるばかり
でなく、依然、ガスを浪費し、ガスの約lθ%が各サイ
クルで捨てられ新しいガスを補充しなければならない、
現在のところ、プラチナ再生器を有する1゜OOワット
炭酸ガスレーザでは、普通、毎時約lθリットルのレー
ザガスが消費される。
When gas is passed through a carbon dioxide laser and the used gas is dumped into the outside air, most of the mixed gas is helium, so the carbon dioxide laser consumes a substantial amount of helium. For example, a 1,000 watt carbon dioxide laser requires two gases to be circulated to produce one output under standard pressure and temperature.
Approximately 100 liters of laser gas (mostly helium) is consumed per hour. Fortunately, CO and 02 are approximately 330°C
It is known that CO2 can be reconverted using a platinum catalyst heated to . To do this, a vacuum pump is used to constantly circulate the gas through a closed circuit that includes the discharge section of the laser, a heated catalyst, and a vacuum pump; unfortunately, this method is expensive and complex. However, it still wastes gas and approximately lθ% of the gas is discarded each cycle and must be replenished with new gas.
Currently, a 1°OO watt carbon dioxide laser with a platinum regenerator typically consumes about lθ liters of laser gas per hour.

この問題は、現在1万台のレーザが世界中に売られてい
ることを考慮すると、より広い視野で考えねばならない
This problem must be considered from a broader perspective, considering that 10,000 lasers are currently being sold around the world.

ヘリウムを消費しない封じ切り型も使用されてはいるが
、大多数のレーザは膨大な量のヘリウムを浪費する型式
のもので、これは単に高価であるだけでなく、供給が限
られた天然資源を消費するものである。封じ切り型の炭
酸ガスレーザはヘリウムを消費しないが、しかし普通は
、出力が同じ大きさのガスフロー型のものに比べ相当に
出力低下するという欠点がある。
Although sealed versions that do not consume helium are used, the majority of lasers are of a type that wastes enormous amounts of helium, a natural resource that is not only expensive but also in limited supply. It is something that consumes. Although sealed-off carbon dioxide lasers do not consume helium, they typically have a disadvantage in that their output is significantly lower than that of gas-flow lasers of the same size.

この問題は非常に大きな注目を受けてきた。この点に関
する従来技術の参照文献及び特許は次のとおりである。
This issue has received a great deal of attention. Prior art references and patents in this regard include:

1、P、D、Tannen   他  著「炭酸ガスレ
ーザにおける化学的組成 」IEEE  Journa
l  of  Quantum  EIectroni
c+Vol QEIO、No 11974;2、C,W
illis著 「封じ切り型TEA炭酸ガスレーザの ガス化学の触媒制御」 J、Appl、Phys、 50(4)Apr、197
9;3、D、S、5tark著 [高漕度炭酸ガス及び触媒を室温で用いた100Hz封
じ切り型TEA炭酸ガスレーザ」J、Ph7g、  E
:Sci  、  In5tru+s、18.1983
 158−181;4、米国特許部3,789,320
号 W 、 D 、 He p b u r n「ガスレー
ザのサーキュレイシプンシステム」5、米国特許部3,
569,857号 J 、A、MaCken 「封じ切り型炭酸ガスレーザにおける 化学的平衡を達成するための方法と手段」6、A、B、
Lamb   他  著 「空気からの一酸化炭素の除去」 J、of  Industrial  and  En
g、Cbes、  Mar、1920゜外部の触媒を使
うほかに、レーザ内部に加熱したプラチナ線を使用する
か、触媒活性を呈する加熱した陰極を使用するかして、
レーザ内部に触媒を設置する試みも行われてきている。
1. P. D. Tannen et al. “Chemical composition of carbon dioxide lasers” IEEE Journal
l of Quantum EIectroni
c+Vol QEIO, No 11974; 2, C, W
“Catalytic Control of Gas Chemistry in Sealed TEA Carbon Dioxide Lasers,” J. Appl. Phys., 50(4) April, 197.
9;3, D, S, 5tark [100Hz sealed TEA carbon dioxide laser using high-intensity carbon dioxide gas and catalyst at room temperature] J, Ph7g, E
:Sci, In5tru+s, 18.1983
158-181; 4, U.S. Patent Division 3,789,320
No. W, D, Hepburn “Circulation System for Gas Lasers” 5, U.S. Patent Department 3,
No. 569,857 J, A, MaCken "Methods and means for achieving chemical equilibrium in sealed-off carbon dioxide lasers" 6, A, B,
"Removal of Carbon Monoxide from Air" by Lamb et al., J. of Industrial and En.
g, Cbes, Mar, 1920° In addition to using an external catalyst, it is possible to use a heated platinum wire inside the laser or a heated cathode that exhibits catalytic activity.
Attempts have also been made to install a catalyst inside the laser.

しかし、これは炭酸ガスの分解反応を逆転することに成
功してはいない、その理由は、ガスの拡散が遅すぎてガ
スが、加熱したプラチナ線や加熱した陰極を有する管の
狭い区域に到達できないからである。
However, this has not been successful in reversing the carbon dioxide decomposition reaction because the gas diffusion is too slow and it reaches the narrow area of the tube containing the heated platinum wire and the heated cathode. Because you can't.

レーザの放電空間の広い範囲を、加熱したプラチナで覆
うことは不可能である。もしそうすれば分解したガスを
再合成するのに成功するだろうが。
It is not possible to cover large areas of the laser discharge space with heated platinum. If they did so, they would be able to successfully resynthesize the decomposed gas.

広い範囲の加熱したプラチナが、ガスをレーザ動作に不
適当な温度にまで上げるだろうから、炭酸ガスレーザは
停市してしまう。
A large area of heated platinum would raise the gas to a temperature unsuitable for laser operation, thus shutting down the carbon dioxide laser.

周囲温度でCO−02反応に作用する触媒は、加熱した
プラチナに比べて非常に遅い、これらの周囲温度で作用
する触媒としては、酸化すずにプラチナをかぶせたもの
や(参照文献(3))、ホブカライド(参照文献(6)
  Mn0z50%。
Catalysts that act on the CO-02 reaction at ambient temperature are much slower than heated platinum; these catalysts that act at ambient temperature include tin oxide coated with platinum (Ref. (3)). , hobcalide (References (6)
Mn0z50%.

Au030%、Co20315%及びAgz05%)、
及び酸化コバルト(参照文献(6))がある、これらの
周囲温度で作用する触媒を使うには1反応球度が遅い点
を、ガスと触媒が密接に接触するようにして補ってやる
ことが必要である。
Au030%, Co20315% and Agz05%),
and cobalt oxide (Ref. (6)).To use these catalysts that operate at ambient temperature, it is necessary to compensate for the slow reaction sphericity by bringing the gas into close contact with the catalyst. is necessary.

それには普通、粒状に形成した触媒の中にガスを通して
行なう。
This is usually done by passing a gas through a granular catalyst.

そのようにするには、触媒をレーザ増巾空間から離れた
場所に取り付ける必要がある。触媒を通過してガスを循
環するにはポンプを使う、実験の結果、上述の周囲温度
で作用する触媒は5反応球度が遅いことや、放電を不安
定にしたり触媒が化学的分解を起こすなどの諸種の理由
から、レーザ内部の放電空間の壁上には使用できないこ
とが判った・ 従来の技術とは反対に1本発明は1分解した炭酸ガスを
炭酸ガスレーザの放電空間の内側で再合成する方法を教
示している。放電空間内で再合成することにより2放電
を不安定にすることもなくまたガスを必ずしも再循環す
る必要もなく1周囲温度で可能にもなる。
To do so, it is necessary to mount the catalyst away from the laser amplification space. A pump is used to circulate the gas through the catalyst; experiments have shown that the above-mentioned catalysts operating at ambient temperature have a slow reaction sphericity, destabilize the discharge, and cause chemical decomposition of the catalyst. It has been found that it cannot be used on the wall of the discharge space inside the laser for various reasons such as - Contrary to the conventional technology, the present invention regenerates the decomposed carbon dioxide inside the discharge space of the carbon dioxide laser. teaches how to synthesize. Recombining within the discharge space allows two discharges to be made at ambient temperature without making them unstable and without necessarily having to recirculate the gas.

また本発明は、ガスフロー型レーザにおいて分解した炭
酸ガスを再合成することにも利用できる。その場合、作
動温度が低いため、プラチナ触媒の場合に必要としたよ
うなガスの加熱は不要である。これ以外にも諸種の効果
を奏する0本発明の手法は、レーザ以外の装置にも適用
できる。
The present invention can also be used to resynthesize carbon dioxide gas decomposed in a gas flow laser. In that case, due to the low operating temperature, there is no need to heat the gas as would be required with platinum catalysts. The method of the present invention, which has various other effects, can also be applied to devices other than lasers.

(発明の要約) 炭酸ガスレーザには、放電により、炭酸ガスが一酸化炭
素と酸素とに分解するという欠点がある。しかしまた放
電により、エネルギに満ち非常に反応し易い形態の酸素
が短命になる0本発明は、このような寿命が短くエネル
ギに満ちた酸素の存在下でのみ作用する触媒を開示する
ものである。
(Summary of the Invention) Carbon dioxide lasers have the disadvantage that carbon dioxide gas is decomposed into carbon monoxide and oxygen by electric discharge. However, the discharge also short-lives the energetic and highly reactive form of oxygen. The present invention discloses a catalyst that operates only in the presence of such short-lived and energetic oxygen. .

本発明のひとつの実施例では、微細に粉末化した金でレ
ーザ増巾空間に面する壁を被覆する0周囲温度で、−酸
化炭素と高エネルギの酸素(すなわち原子酸素)は、こ
の全表面で速やかに反応する。
In one embodiment of the invention, at zero ambient temperature coating the wall facing the laser amplification space with finely powdered gold, carbon oxides and energetic oxygen (i.e. atomic oxygen) are deposited on this entire surface. React quickly.

拡散限定型レーザでは、この金触媒を放電に面する壁に
広く分布させる。金は充分細かく粉末化し、放電が逸脱
しないようにする。
In diffusion-limited lasers, this gold catalyst is widely distributed on the wall facing the discharge. The gold is powdered sufficiently finely so that the discharge does not deviate.

対流ガス型レーザに適用する他の実施例では。In another embodiment applied to a convective gas type laser.

金触媒をレーザ放電の吐出端近くでガスの流れている中
に設ける。レーザのほかに、本発明は高エネルギの酸素
を作り出す他の装置にも適用できる。
A gold catalyst is placed in the gas stream near the discharge end of the laser discharge. In addition to lasers, the invention is applicable to other devices that produce high-energy oxygen.

(実施例の説明) CO−02反応は発熱反応であるが、この反応が始まる
には大きな活性化エネルギを要するため、周囲温度では
進行しない、酸化アルミニウムのような非触媒物質が、
この反応を進行するにはCOと02の混合ガス中でto
oo′″Kに加熱しなければならない、tooo℃でさ
えも、熱的に励起した分子のうちわずかな割合だけが、
この活性化エネルギを越える高いエネルギを得て、CO
を酸化してCO2にするにすぎない、これは分子の運動
エネルギにより活性化エネルギを越えるから、一種の熱
的な化学反応といえる。02によりCOを酸化するため
の活性化エネルギは、1.5電子ボルト以上だと考えら
れる。
(Description of Examples) The CO-02 reaction is an exothermic reaction, but since it requires a large amount of activation energy to start, a non-catalytic material such as aluminum oxide, which does not proceed at ambient temperature, is
To proceed with this reaction, to
Even at too many degrees Celsius, only a small fraction of the thermally excited molecules
By obtaining high energy that exceeds this activation energy, CO
This is a type of thermal chemical reaction because the activation energy is exceeded by the kinetic energy of the molecules. The activation energy for oxidizing CO with O2 is considered to be 1.5 electron volts or more.

プラチナ、パラジウム、酸化コバルト若しくはホブカラ
イドのような触媒を使用する場合でも、この活性化エネ
ルギを越えるかどうかは温度(分子の運動エネルギ)に
より決まる。触媒は中間的な反応により、この活性化エ
ネルギを単に小さくするだけである。しかし、出願人は
、触媒に対する新対応を可使にする独特な環境条件が、
炭素ガスレーザの内部にあることを見出した。
Even when using catalysts such as platinum, palladium, cobalt oxide or fobucalide, temperature (kinetic energy of the molecules) determines whether this activation energy is exceeded. Catalysts merely reduce this activation energy through intermediate reactions. However, Applicant believes that the unique environmental conditions that make the new approach to catalysts usable are
It was discovered that it is inside a carbon gas laser.

炭素ガスレーザの内部では、エネルギ準位が高い酸素が
放電により作られる。この高エネルギの酸素はエネルギ
が過剰なために、COと普通(第3の構造体なしで)は
結合できない、ここではいかに活性化エネルギを越える
かということは問題ではなく、ガス相において、CO2
分子が分解しないようにいかにエネルギを取り去るかと
いうことが問題になる6例えば、CO2を分解するまさ
にその過程で、次の反応式により原子酸素(O)が生成
される。
Inside the carbon gas laser, oxygen with a high energy level is created by electrical discharge. This high-energy oxygen cannot normally combine with CO (without a third structure) due to its excess energy; it is not a matter of how the activation energy is exceeded; in the gas phase, CO2
The question is how to remove energy without the molecules decomposing.6 For example, in the very process of decomposing CO2, atomic oxygen (O) is produced according to the following reaction equation.

CO2+  e  →Co  +  0  +  eま
た原子酸素は、次の反応式を含むいくつかの態様で、放
電内部において生成される。
CO2+ e →Co + 0 + e Atomic oxygen is also produced within the discharge in several ways, including the following reaction equation.

02  + e → 0+0 原子酸素は、その状態のまましばしば壁まで拡散する。02 + e → 0+0 Atomic oxygen often diffuses as it is to the walls.

いくつかの原子酸素は、02と結合しオゾン03となる
が、この結合反応には第3の構造体を必要とする。この
オゾンもまた非常に反応し易い。
Some atomic oxygens combine with 02 to form ozone 03, but this binding reaction requires a third structure. This ozone is also very reactive.

最終的に2原子酸素(02)は、次に02木と02本本
で示す、すくなくとも2つの寿命の長い励起した振動状
態を有することが知られている。
Finally, diatomic oxygen (02) is known to have at least two long-lived excited vibrational states, shown next as the 02 tree and the 02 tree.

このため、酸素分子(02)でさえ、放電中に在る限り
持続的に励起されて高エネルギ状態を保つ、従って、放
電中においては、高エネルギの酸素には電気的に中性な
形態が少なくとも4つ存在する。そのどの形態も、ひと
たびガスが各種の高エネルギ酸素の寿命よりも長い時間
だけ放電域から去ると、空気中でもレーザガス中でも普
通は存在しない、結局、これらの4つの電気的に中性な
酸素の高エネルギ状態と、それらの酸素が形成されるエ
ネルギは次のとおりである。
For this reason, even oxygen molecules (02) are continuously excited and maintain a high-energy state as long as they exist during the discharge.Therefore, during the discharge, high-energy oxygen has an electrically neutral form. There are at least four. In all of its forms, once the gas leaves the discharge region for a time longer than the lifetime of the various high-energy oxygen species, the high energy content of these four electrically neutral oxygen species, which are not normally present in the air or in the laser gas, The energy states and the energy at which their oxygen is formed are:

1)原子酸素0;  2.13eV  (吸熱性 25
0にJ#+ol)2)オシ7 0:x;1.5eV  
(吸熱性 140にJ#+ol)3)励起酸素02零;
1eV   (吸熱性 92KJ/mol)4)励起酸
素02木零; 1.13eV (吸熱性154KJ/m
ol)上記の高エネルギ酸素の電気的に中性な4つの形
態のほかに、炭酸ガスレーザの放電中に確認されている
様々なイオン化した高エネルギ酸素の供給源が存在する
。酸素の供給源として寄与し得るプラスのイオンのうち
主要なものは、 02.0、及びN O+ である。
1) Atomic oxygen 0; 2.13eV (endothermic 25
0 to J#+ol) 2) Osi 7 0:x; 1.5eV
(Endothermic 140 to J#+ol) 3) Excited oxygen 02 zero;
1 eV (endothermic 92 KJ/mol) 4) Excited oxygen 02K0; 1.13 eV (endothermic 154 KJ/m
ol) In addition to the four electrically neutral forms of high-energy oxygen mentioned above, there are various sources of ionized high-energy oxygen that have been identified during carbon dioxide laser discharge. The main positive ions that can contribute as a source of oxygen are 02.0 and N O+.

プラスイオンは放電空間の壁に一部吸引され。Some of the positive ions are attracted to the walls of the discharge space.

壁に拡散する電子を中性化する。最終的には、放電中に
生ずる紫外線がある固体に吸収されホット電子が生成し
、その固体表面でホット電子が02を原子酸素に分解す
る、という可能性がある。
Neutralizes electrons that diffuse into the wall. Ultimately, there is a possibility that the ultraviolet light generated during the discharge is absorbed by a certain solid, generating hot electrons, and the hot electrons decompose 02 into atomic oxygen on the solid surface.

(「紫外線励起によるシリコンの熱的酸化J E、ll
I。
(“Thermal oxidation of silicon by ultraviolet excitation JE, ll
I.

Young、Appl、Ph7. Lett参照)、上
述の高エネルギ形態の酸素うち、原子酸素が量も多く反
応も速いことから最も重要である。
Young, Appl, Ph7. Among the high-energy forms of oxygen mentioned above, atomic oxygen is the most important because it is large in amount and reacts quickly.

これらの電気的に中性なもの及びイオン化したものは、
オゾンを除きすべて壁に衝突すると活性を失う、ガス圧
が低く放電空間が小さい低速ガスフロー型炭酸ガスレー
ザでは、それらの半減期は1d20ミリ秒以下である。
These electrically neutral and ionized substances are
In low-velocity gas flow type carbon dioxide lasers, which have low gas pressure and a small discharge space, all except ozone lose their activity when they collide with a wall, and their half-life is less than 1d20 milliseconds.

しかしガス圧が高く放電空間が大きいガスフロー型レー
ザの場合、壁まで拡散する量は非常に少ない、電気的に
中性で高エネルギの酸素は、おそら<10分の1秒以上
存続することができるかもしれない。
However, in the case of gas flow lasers with high gas pressure and a large discharge space, the amount of electrically neutral, high-energy oxygen that diffuses to the walls is very small and lasts perhaps <1/10th of a second or more. may be possible.

従って目標とすべきは、触媒反応を起すのに必要なエネ
ルギの少なくとも一部を放電から得るために、これらの
寿命の短い高エネルギの酸素(及び場合によっては紫外
線)のエネルギを利用することである。そうすれば熱エ
ネルギの要件を充分低くでき、約50℃以下の温度でも
触媒反応を速く進行できる。
The goal should therefore be to harness the energy of these short-lived, high-energy oxygen (and possibly UV) sources to obtain at least some of the energy needed to initiate the catalytic reaction from the electrical discharge. be. This allows the thermal energy requirements to be sufficiently low that the catalytic reaction can proceed rapidly even at temperatures below about 50°C.

このことを実行しているうちに、レーザ中でCO2の生
成に触媒作用を及ぼす物質がふたつの部類あることが見
付かった。それらの物質は、金と、吸熱性を有するある
種の銀の酸化物である。
While doing this, it was discovered that there are two classes of substances that catalyze the production of CO2 in lasers. These materials are oxides of gold and certain types of silver that have endothermic properties.

本発明では、触媒として前者の金の使用を取り扱う、現
在、出願継続中の「放電駆動した炭酸ガスレーザ用の銀
酸化物」という名称の発明では、触媒として銀酸化物を
使用する。
The present invention deals with the use of the former type of gold as a catalyst, and a currently pending invention titled "Silver oxide for discharge-driven carbon dioxide laser" uses silver oxide as a catalyst.

金はCO−Oを反応の触媒でないとしても、金はcoと
少なくともある種の高エネルギ形態の酸素との間の反応
の触媒である。ここで起こりうる反応は次のとおりであ
る。
Although gold does not catalyze the CO--O reaction, it does catalyze the reaction between co and at least some high-energy forms of oxygen. The reactions that can occur here are as follows.

Au CO+03      CO□ +O2+  Au G O+ N OCO、+ N + e金は、正しく使
用すれば周囲温度でCO□の生成に触媒作用を及ぼす、
金の触媒作用は充分速く、レーザ中のC02の分解速度
に匹敵する。金はまた非常に付着性に富むフィルムに形
成でき、レーザ内部に付着しても剥離しない、金の電気
伝導性と高い反射性は、放電に面する壁に使用した場合
、後に述べるような問題を生ずる。
Au CO+03 CO□ +O2+ Au G O+ N OCO, + N + eGold catalyzes the formation of CO□ at ambient temperature when used correctly;
The catalytic action of gold is fast enough to match the decomposition rate of C02 in the laser. Gold can also be formed into a highly adhesive film that will not flake off when deposited inside the laser.Gold's electrical conductivity and high reflectivity prevent the problems described below when used on walls facing the discharge. will occur.

第1図は、金を触媒に使用した場合の反応ステップを示
すフローチャートである。第1ステツプ10は、レーザ
ガスとレーザ増巾空間と呼ぶ部分を含む管状容器を用意
する行程である。ここは、誘導放出が行われる空間であ
る。この空間には光線(レーザビーム)が発生し、また
少なくとも放電の一部が常時発生する。炭酸ガスレーザ
の標準的な構成に加えて、特殊な金の被覆をした表面を
設置する。後で述べるように、この金は触媒に供するよ
うに形成すると共に、しかるべき位置に設置する。
FIG. 1 is a flowchart showing the reaction steps when gold is used as a catalyst. The first step 10 is to prepare a tubular container containing the laser gas and a portion called the laser amplification space. This is the space where stimulated emission takes place. A light beam (laser beam) is generated in this space, and at least a portion of the discharge is constantly generated. In addition to the standard configuration of a carbon dioxide laser, a special gold-coated surface is installed. As discussed below, this gold is formed and placed in place to serve as a catalyst.

第1図のステップ11は、放電によりCO2が分解する
行程を示す6分解は、電流密度、ガス圧、及びガス組成
比等の要素により決まる速度で進行する。
Step 11 in FIG. 1 shows a process in which CO2 is decomposed by discharge. 6 Decomposition proceeds at a speed determined by factors such as current density, gas pressure, and gas composition ratio.

典型的には、連続動作をするレーザにおいて、この分解
速度は、CO2分子の半減期が0.1秒から数秒程度に
なるような速度である。最終的には化学的平衡状態に達
するが、この平衡状態はC02の約60%が分解するま
でには達しない。
Typically, in a continuously operating laser, this rate of decomposition is such that the half-life of the CO2 molecule is on the order of 0.1 seconds to several seconds. Eventually, chemical equilibrium is reached, but this equilibrium is not reached until approximately 60% of the C02 has decomposed.

もちろんC02の分解は、レーザ出力、利得、効率、及
び放電の安定性にとって悪い結果をもたらす、 第1図
において、ステップ11は、そこでCOと0が生成する
ので、CO2を再合成する行程の最初のステップとも考
えられる。COは安定しているので、COを金の表面に
移送すること(ステップ12)は、−船釣には簡単なこ
とである。しかし、原子酸素(ブロック13)は寿命が
限られている。原子酸素は他の原子酸素同士で結合して
02を形成するが(ブロック14)、それには壁のよう
な第3の物体、すなわちガス相において3つの物質の衝
突を生ずるような物体を必要とする。
Of course, the decomposition of CO2 has negative consequences for the laser power, gain, efficiency, and discharge stability. It can also be considered as a step. Since CO is stable, transporting it to the gold surface (step 12) is a simple matter for boat fishing. However, atomic oxygen (block 13) has a limited lifetime. Atomic oxygen combines with other atomic oxygens to form 02 (block 14), but this requires a third object, such as a wall, which causes the collision of the three substances in the gas phase. do.

仮りに02が放電中にまだ残っている場合には、02は
分解して原子酸素になるか(ステップ13の逆向き矢印
)、あるいは高エネルギ酸素の他の形態を生ずる(ステ
ップ15)、高エネルギ酸素は拡散または伝導により最
終的には金(ステップ16)高エネルギ酸素に到達する
。金触媒表面で、ある種の高エネルギ酸素は、COを酸
化してCO2になる(ステップ17)、ステップ18に
おいて、このCO2は項中空間へ(拡散または伝導によ
り)返送される。これによりCO2がガス混合体中のC
O2として補充され、前記のサイクルが再び始まる。
If 02 is still present during the discharge, it decomposes into atomic oxygen (reverse arrow in step 13) or produces other forms of high-energy oxygen (step 15). The energetic oxygen eventually reaches the gold (step 16) energetic oxygen by diffusion or conduction. At the gold catalyst surface, some high-energy oxygen oxidizes the CO to CO2 (step 17), which is returned (by diffusion or conduction) to the intramural space in step 18. This causes the CO2 to become the C in the gas mixture.
It is replenished as O2 and the cycle begins again.

第1図において、ステップ11は分解工程であることを
注意すべきである。これ以外のステップは、分解したC
 O2を再合成する工程を含んでいる。
It should be noted that in FIG. 1, step 11 is a disassembly step. The other steps are the disassembled C
It includes a step of resynthesizing O2.

ステップ11以外の全工程は、ステップ11よりもはる
かに早い速さで進むことが理想である。
Ideally, all steps other than step 11 proceed at a much faster speed than step 11.

幸いに、このことはレーザ中の適当な位置に設置した金
触媒により可能である。なお、もしガスが放電域か・ら
はづれて金触媒に到達しない場合には、この工程は02
を生成するステップ13で結局停止する。
Fortunately, this is possible with a gold catalyst placed at an appropriate location in the laser. In addition, if the gas does not reach the gold catalyst due to separation from the discharge area, this step is performed at 02.
It eventually stops at step 13, where .

第2.3及び4図は3つの違うタイプのレーザを示して
いる。しかし、これらの図面には、互いに類似のa1@
を有する部分がある。このためその類似性を理解するの
が重要な場合には、関連する符号(30A、30B、3
0C1等)を付ける。
Figures 2.3 and 4 show three different types of lasers. However, these drawings have similar a1@
There is a part with . Therefore, if it is important to understand the similarities, please refer to the related codes (30A, 30B, 3
0C1 etc.).

第2図は、金触媒を使用する方法をふたつ示す、第2図
において、2OAは封じ切り型若しくは低速ガスフロー
型(ポンプは図示しない)の炭酸ガスレーザを示す、陰
極21Aと陽極22Aは電源(図示しない)に接続する
。このレーザでは内側管23Aの外周を外側管24によ
り囲む、水若しくはその他の冷却用流体を、管23Aと
24の間の空間に流す、管26により陰極21Aを管2
3Aに接続すると共に、管25により陽極22Aを管2
3A(レーザ共振器)に接続する。
Figure 2 shows two methods of using a gold catalyst. In Figure 2, 2OA indicates a sealed-off type or low-speed gas flow type (pump not shown) carbon dioxide laser. The cathode 21A and anode 22A are the power supply ( (not shown). In this laser, the outer periphery of the inner tube 23A is surrounded by the outer tube 24, water or other cooling fluid is flowed into the space between the tubes 23A and 24, and the cathode 21A is connected to the tube 26 by means of a tube 26.
3A, and the anode 22A is connected to the tube 2 through the tube 25.
Connect to 3A (laser resonator).

鏡27.28を、管23Aの端部に設置する。A mirror 27,28 is placed at the end of the tube 23A.

CO2,N2及びHe(その他COとX e )のよう
なレーザガス混合体を、管23A、25.26及び鏡2
7.28によって形成される空間に封入する。
A laser gas mixture such as CO2, N2 and He (otherwise CO and Xe) is introduced into tubes 23A, 25.26 and mirror 2.
7. Enclose in the space formed by 28.

電源を電極21A、22Aに供給すると、管23Aに放
電29Aが生ずる。この放電は1図示した触媒との混同
を避けるため、第2図にその一部分だけを図示する。第
2図において、増巾空間は、管23Aの管26及び管2
5との再接続箇所の中間部分である。この空間内に、放
電とレーザビームの双方が封じ込まれる。
When power is supplied to electrodes 21A, 22A, a discharge 29A is generated in tube 23A. Only a portion of this discharge is shown in FIG. 2 to avoid confusion with the catalyst shown in FIG. In FIG. 2, the amplified space includes pipe 26 of pipe 23A and pipe 2
This is the middle part of the reconnection point with 5. Both the discharge and the laser beam are confined within this space.

良好な効果を得るには、増巾空間に面する管23Aの内
壁に清浄な金を配置する必要がある。しかし金は電気の
良導体であるから、放電がガスからそれて金を貫流する
のを防止するため、金は電気的に絶縁した小片に分断し
なければならない。
To obtain a good effect, it is necessary to place clean gold on the inner wall of the tube 23A facing the amplification space. However, since gold is a good conductor of electricity, it must be broken into electrically insulating pieces to prevent the electrical discharge from diverting from the gas and flowing through the gold.

もしこの放電を防止できないと、金の一端が陰極となり
その他端が陽極になってしまう。
If this discharge could not be prevented, one end of the gold would become a cathode and the other end an anode.

Co2ガス混合体中の陰極降下は約450Vであるから
、絶縁した金の小片がそれぞれ充分に小さく各々の金に
かかる電圧勾配が450V以下であれば、放電は金を貫
流しない、電圧勾配は様々な要因で決まるが、典型的な
場合は100V/cmである。この実施例の金は、放電
がそれるのを回避するために、電圧勾配に沿う長さを4
.5cmより短くすべきである。
The cathode drop in a Co2 gas mixture is about 450 V, so if the insulated gold pieces are each small enough and the voltage gradient across each piece of gold is less than 450 V, the discharge will not flow through the gold; the voltage gradient will vary. Although it depends on various factors, it is typically 100V/cm. The gold in this example has a length along the voltage gradient of 4 to avoid deflection of the discharge.
.. Should be shorter than 5 cm.

しかし実際は、この限度よりもはるかに金を小さくする
のが好ましい、好適な実施例としては、絶縁した金の電
圧勾配に沿う長さを管径の鍔以下にする。
However, in reality, it is preferable to make the gold much smaller than this limit; in a preferred embodiment, the length of the insulated gold along the voltage gradient is less than or equal to the collar of the tube diameter.

金を分断するという上述の電気的な条件に加えて、出力
を減するような好ましくない迷走反射レーザ作用を阻止
するための光学的な条件が要求される。金を分断するこ
とは、また、この光学的な条件を満足する光学的損失を
もたらす。
In addition to the electrical requirements mentioned above to disrupt the gold, optical requirements are required to prevent undesirable stray reflection lasing effects that reduce output. Parting the gold also results in an optical loss that satisfies this optical condition.

第2図に戻り、金を示すリング30K、30L、30M
等を管23Aの内周に設置する。
Returning to Figure 2, rings showing gold 30K, 30L, 30M
etc. are installed on the inner periphery of the pipe 23A.

この図から明らかなように、これらのリングは相互に間
隔を置き、管23Aの軸線方向に沿うこのリングの長さ
を管径の約局にする。これらのリングは、金メツキした
ニッケルのように弾力に富む金属をコイル状にすること
ができる。これらのリングは、金属の弾力による摩擦で
管内の定位置に保持ゴれる。
As can be seen from this figure, the rings are spaced apart from each other so that the length of the rings along the axis of the tube 23A is approximately the diameter of the tube. These rings can be coiled from a resilient metal such as gold-plated nickel. These rings are held in place within the tube by friction due to the elasticity of the metal.

別の実施例を、第2図の管23Aの左半分に示す、そこ
に示す小さい点の集合が被11130Aである。これは
IIA微鏡的スケールの微細な金粉の被膜で、被膜の表
面に沿う方向には電気的な伝導性はない、この被膜は眼
には連続して見えるが鏡面ではない、顕微鏡的に微細に
した金粉末は活反射性の明るい茶色を呈する。この被膜
を形成する方法は次のとおりである。m微鏡的に微細化
した被膜を形成する工程では、微細化が3OAのように
微細化した触媒になる被膜工程の結果として生ずる。他
方、30K、30L、30Mのように巨視的に分断した
触媒は特別な工程により生ずる。いづれの場合も1分断
ないし間隙を設けることは好適な実施例に含まれる。
Another embodiment is shown in the left half of tube 23A in FIG. 2, where the collection of small dots shown is 11130A. This is a fine gold powder coating on the IIA microscopic scale. There is no electrical conductivity along the surface of the coating. Although this coating appears continuous to the eye, it is not a mirror surface. It is microscopically fine. The processed gold powder exhibits a bright brown color with active reflection. The method for forming this film is as follows. In the process of forming microscopically refined coatings, the refinement occurs as a result of the coating process resulting in a finely divided catalyst such as 3OA. On the other hand, macroscopically fragmented catalysts such as 30K, 30L, and 30M are produced by special processes. In either case, the provision of a section or gap is included in the preferred embodiment.

増巾空間に面する区域は、反射率が高くなりすぎて迷走
反射レーザを生ずるおそれがないという限度内で、でき
るかぎり広く金で被覆するのが望ましい、しかし、狭い
範囲の被覆でも良好に作動するが、もし金を増巾空間の
長さ方向に沿って分布させる場合には、増巾空間に面す
る区域の15%だけ被覆すれば、充分良好に作動する。
It is desirable that the area facing the amplification space be coated with gold as widely as possible without the risk of becoming too reflective and producing stray laser reflections; however, small areas of coating may also work well. However, if the gold is distributed along the length of the expansion space, it will work well if only 15% of the area facing the expansion space is covered.

管軸に平行な方向の全同士の間隙は管径より狭くすべき
である。
All gaps in the direction parallel to the tube axis should be narrower than the tube diameter.

第3図はガス横流型炭酸ガスレーザの一部を示す、第3
図において、放電は電極21Bと22Bの中間29Bで
示す、電源は導線43B、44Bより電極に供給する。
Figure 3 shows part of a gas cross-flow type carbon dioxide laser.
In the figure, the discharge is shown at 29B between electrodes 21B and 22B, and power is supplied to the electrodes from conductors 43B and 44B.

これらの電極は構造体40により支持する。ファン46
は、レーザガスを矢印で示す閉流路中に循環するための
ポンプの役目をする。構造体47によりこの閉流路を構
成する。多チヤンネル構造体49は金触媒30Bで被覆
する。この多チヤンネル構造体49は、ガス冷却用の熱
交換器としても機能する。
These electrodes are supported by structure 40. fan 46
serves as a pump to circulate the laser gas into the closed flow path shown by the arrow. The structure 47 constitutes this closed flow path. Multi-channel structure 49 is coated with gold catalyst 30B. This multi-channel structure 49 also functions as a heat exchanger for gas cooling.

熱交換器としてもまた触媒としても、ガスに充分接触さ
せる必要があるから、これらの機能を結合することは望
ましいが、必ずしもモのようにする必要はない、30B
付近には電圧勾配がないので、30Bを電気の良導体で
ある金で被覆しても支障ないのである。
As both a heat exchanger and a catalyst need to be brought into sufficient contact with the gas, it is desirable to combine these functions, but it is not necessary to do the same as in 30B.
Since there is no voltage gradient nearby, there is no problem even if 30B is coated with gold, which is a good electrical conductor.

高エネルギ酸素をできるだけ多量に捕獲して触媒による
変換効率を向上するのが望ましいから、金触媒30Bは
放電域の吐出し口に接近して設置したのである。
Since it is desirable to capture as much high-energy oxygen as possible to improve the conversion efficiency of the catalyst, the gold catalyst 30B was placed close to the discharge port of the discharge region.

第3図にはレーザ鏡を図示しないが、レーザ鏡は放電空
間29Bを挟んで相対して設置する。
Although a laser mirror is not shown in FIG. 3, the laser mirrors are installed facing each other across the discharge space 29B.

レーザガスを封入する管球容器の一部がレーザ鏡である
A laser mirror is a part of the bulb container that encloses the laser gas.

第4図はRF導波管レーザの一部を断面で示す、しかし
第4図は、直方体のキャビティを放電が横断するレーザ
装置にも準用できる0例えばT型し−ザ即ち本件出願人
の他の出願「レーザ用磁気エンハンス型放電」に示すよ
うな高7スベクト比率直方体空間も、第4図に含まれる
FIG. 4 shows a part of an RF waveguide laser in cross section. However, FIG. Also included in FIG. 4 is a high 7 svect ratio rectangular parallelepiped space as shown in the application "Magnetic Enhanced Discharge for Lasers" published by J.D.

第4図において21C122Cは電極板を示す、導波管
レーザではこれらの金属製平板から成る電極板21C,
22Cに、端子43Cより給電して放電させる。電極板
22Cは図示のとおり接地する。第4図の電極板は、放
電が横方向に生ずる他のレーザ(AC,DC若しくはパ
ルスのいづれで放電するものでも)では、単なる電極板
の適当な形状を示しているにすぎない、23G、23D
はセラミックのような絶縁体を示す、増巾空間にのぞむ
絶縁体23C123Dの表面を、それぞれ30C130
0で示す。
In FIG. 4, 21C and 122C indicate electrode plates. In a waveguide laser, the electrode plates 21C and 21C are made of these metal flat plates.
Power is supplied to 22C from terminal 43C to discharge it. The electrode plate 22C is grounded as shown. The electrode plate of FIG. 4 merely shows the appropriate shape of the electrode plate for other lasers in which the discharge occurs laterally (whether AC, DC or pulsed). 23D
The surfaces of the insulators 23C123D, which are ceramic-like insulators, looking into the amplification space are 30C130 and 30C130, respectively.
Indicated by 0.

後述するように、実施例ではこの表面30G、30Dに
金触媒を設ける。第4図の絶縁体23Cの表面30Cの
小さな点は、第2図の3OAと同じ金の微粉末を示す、
電極板51.52の内側の表面に金を被覆してもよいが
、そうすると電極としても使用するため触媒作用を減退
させることになる。
As will be described later, in the embodiment, a gold catalyst is provided on these surfaces 30G and 30D. The small dot on the surface 30C of the insulator 23C in FIG. 4 indicates the same fine gold powder as 3OA in FIG.
The inner surfaces of the electrode plates 51, 52 may be coated with gold, but this would reduce the catalytic action since they would also be used as electrodes.

第4図の変形例は、当業者ならば明らかである0例えば
、絶縁体23C123Dを電界傾度に平行な方向に拡大
すれば、前述した他の出願の放電空間と同じような直方
体に形成することができる。また電極板21C122C
をT型レーザに使用する多数本のピンのような電極形状
にすると、ピン電極間の絶縁体表面を金触媒で被覆する
ことができる。
A modification of FIG. 4 is obvious to those skilled in the art. For example, if the insulator 23C123D is expanded in a direction parallel to the electric field gradient, it can be formed into a rectangular parallelepiped similar to the discharge space of the other application mentioned above. Can be done. Also electrode plate 21C122C
If the electrode shape is shaped like a number of pins used in a T-type laser, the surface of the insulator between the pin electrodes can be coated with a gold catalyst.

金の触媒作用は、CO2,N2.He放電の色がガス混
合体中の分解生成物(主としてCO)の量により変るの
で、目で観察できる0分解がCO2の約25%以下の場
合、放電の色は普通ピンクで1分解比率が増大すると放
電の色は白くなる。
The catalytic effect of gold is CO2, N2. The color of the He discharge changes depending on the amount of decomposition products (mainly CO) in the gas mixture, so if the visible 0 decomposition is less than about 25% of the CO2, the color of the discharge is usually pink and the 1 decomposition ratio is As it increases, the color of the discharge becomes white.

金の触媒作用が成功裡に実証できた最初の実験では、長
さ7.5cm、巾1.2cm、厚さ0.0125c m
の真鋳片の表面に、少醍の水を加えて練り上げたAu2
03の薄膜を形成した。Au203を練ってペーストに
したものを、真鋳片の表面に薄く延ばして乾燥させた0
次にこれをCoガスにさらすと、Au203は微細に分
断したゴールドブラックに還元される。Au203を還
元するのに加熱してもよい。
The first experiment in which the catalytic effect of gold was successfully demonstrated was 7.5 cm long, 1.2 cm wide, and 0.0125 cm thick.
Au2 is made by adding a small amount of water to the surface of a brass piece.
A thin film of No. 03 was formed. A paste made by kneading Au203 was spread thinly on the surface of a brass piece and dried.
Next, when this is exposed to Co gas, Au203 is reduced to finely divided gold black. Heating may be used to reduce Au203.

この真鋳片を金の面が内側になるようにリング状に巻き
、第2図に示すような内径28mmの管23Aに、第2
図の30K、30L、30Mのよラに間隔を置いて設置
した。封じ切り管内には、0027%、N213%、H
e80%のガス混合体を圧力121−ルになるように封
入し、これに40mAの電流を流して放電させたら、リ
ングを設置した部分がピンク色を呈した。しかし管の一
部を意図的に金を被覆したリングがない状態にしたとこ
ろ、この領域はガスの分解を示す白色放電を呈した。
This brass piece is wound into a ring shape with the gold side facing inside, and a second
They were installed at intervals between 30K, 30L, and 30M in the diagram. Inside the sealed tube, 0027%, N213%, H
When a gas mixture of 80% e was sealed at a pressure of 121-bar and a current of 40 mA was passed through it to discharge it, the area where the ring was installed turned pink. However, when a portion of the tube was intentionally left without the gold-coated ring, this area exhibited a white discharge indicating gas decomposition.

上述とは違う形態の金触媒についても実験した。セラミ
ックシートに全酸化物を形成して300℃に加熱して還
元すると、ゴールドブラックが形成できる。これは触媒
として作用するが。
We also experimented with a different form of gold catalyst than the one mentioned above. When a total oxide is formed on a ceramic sheet and reduced by heating to 300°C, gold black can be formed. Although this acts as a catalyst.

電気も良く通す、このセラミックシートを更に加熱(a
OO℃から1100℃)すると、金は被覆工程と加熱工
程に応じて明るい茶色若しくは多分赤味のある茶色にな
ることが判明した。これは金がセラミックシートの表面
で溶は非常に小さな独立した微細片になったものである
。この形態の金は、耐久性と絶縁性を兼備しているため
触媒として優れている。ニッケル片に非常に純粋な金を
電気メツキしても優秀な触媒が得られる。しかし指紋の
油のような汚染物や不完全な電気メツキ法が原因で、触
媒の品質が劣化することがある。
This ceramic sheet, which conducts electricity well, is further heated (a
From OO°C to 1100°C), the gold was found to turn light brown or perhaps reddish brown, depending on the coating and heating steps. This is when gold melts on the surface of a ceramic sheet and becomes very small, independent particles. This form of gold is excellent as a catalyst because it has both durability and insulating properties. Electroplating very pure gold onto a piece of nickel also produces an excellent catalyst. However, contaminants such as oily fingerprints and imperfect electroplating techniques can degrade the quality of the catalyst.

触媒作用を確認する方法としては上述のように目で観察
することのほかに、赤外線ガス分析器を使う方法もある
が、こうした観察ないし試験の結果、金触媒に全く接触
していない放電空間では放電中のCO2の約60%以上
が分解することが判った。しかしそれぞれを電気的に絶
縁した金の細片群により放電空間を包囲すると、放電中
に分解するC O2は約15%以下になる。試験には内
径28mmの耐熱ガラス製放電管を使用した。金は12
X150X0.5  (単位m m )のセラミック片
6個に被覆し、これら6個のセラミック片は前記の内径
28mmの耐熱ガラス製放電管の内周に緊密に挿入でき
るような6角筒に形成した。そしてこのセラミックを約
900℃に加熱すると、表面の金が微細に分断した状態
になる。この金の表面を内側に向け6角筒の中心に放電
を通す。
In addition to visual observation as mentioned above, there is also a method of confirming catalytic activity using an infrared gas analyzer, but as a result of these observations and tests, it was found that in the discharge space where there is no contact with the gold catalyst, It was found that approximately 60% or more of the CO2 during discharge was decomposed. However, if the discharge space is surrounded by a group of electrically insulated gold strips, less than about 15% of CO2 will be decomposed during discharge. A heat-resistant glass discharge tube with an inner diameter of 28 mm was used in the test. Money is 12
Six ceramic pieces of X150X0.5 (unit: mm) were coated, and these six ceramic pieces were formed into a hexagonal tube that could be tightly inserted into the inner circumference of the heat-resistant glass discharge tube with an inner diameter of 28 mm. . When this ceramic is heated to about 900°C, the gold on the surface becomes finely divided. A discharge is passed through the center of the hexagonal tube with the gold surface facing inward.

耐熱ガラス製放電管の内側に金を直接被覆した場合は、
触媒による反応速度を放電による分解速度以上に維持さ
せるのがむづかしくなる。放電管の内壁に金の細片を多
数付着する場合には。
When gold is directly coated on the inside of a heat-resistant glass discharge tube,
It becomes difficult to maintain the reaction rate due to the catalyst to be higher than the decomposition rate due to the discharge. When a large number of gold strips are attached to the inner wall of the discharge tube.

Co、H1重水素等を添加して触媒の作用を増強するの
が好ましい。
It is preferable to add Co, H1 deuterium, etc. to enhance the action of the catalyst.

金を被覆する技術は昔から記載できないほど沢山ある。There have been so many techniques for coating gold since ancient times that it is impossible to describe them.

しかし微細に分断した茶色や赤の金や鏡面のような金属
光沢のある金により良好な結果が得られて以来、金の好
ましい形態があるようには思すれない、当業者は金の取
扱い方を沢山知っている。それはたとえば溶液からの化
学的付着であり、金の塩化物の還元法であり、電気メツ
キであり、機械的付着であり、また蒸着であり、スパッ
タリングである。
However, since good results have been obtained with finely divided brown and red gold and gold with a mirror-like metallic luster, there does not seem to be a preferred form of gold, and those skilled in the art do not know how to handle gold. I know a lot. These include, for example, chemical deposition from solution, gold chloride reduction methods, electroplating, mechanical deposition, vapor deposition, and sputtering.

本発明の金の被覆法は、これらの公知の方法に加えて、
ガラスの円筒管の内周に優れた触媒となる金をスパッタ
リングで被覆するものである1本発明では円筒管中に金
の陰極をゆっくり移動させ、金の陰極にイオンを衝突さ
せて金をスパッタし1円筒管内に金を付着するのである
。このようにスパッタリングした金は金色か暗いブルー
色を呈するが、付着した金を加熱すると、金色から明る
いピンクへと変色する。これは金が微細化したことを示
す。
The gold coating method of the present invention includes, in addition to these known methods,
The inner circumference of a glass cylindrical tube is coated with gold, which is an excellent catalyst, by sputtering.1 In the present invention, a gold cathode is slowly moved inside the cylindrical tube, and ions collide with the gold cathode to sputter the gold. First, gold is deposited inside the cylindrical tube. Gold sputtered in this way has a golden or dark blue color, but when the deposited gold is heated, it changes color from gold to bright pink. This indicates that the gold has become finer.

金を触媒として用いた実験を導いた仮説によれば、vJ
均な金の表面に00分子の単一層が形成され、放電中に
生ずる高エネルギの酸素が、その過剰なエネルギを第3
の物体として作用する金により取り除かれるため、単一
層の00分子と結合するものと考えられる。
According to the hypothesis that led to the experiments using gold as a catalyst, vJ
A single layer of 00 molecules is formed on the flat gold surface, and the high-energy oxygen generated during the discharge transfers the excess energy to the third layer.
It is thought that the gold, which acts as an object, binds to the 00 molecules in a single layer.

この仮説を害付けるための実験として、金触媒を備える
放電管中に普通のCO2、N2 、He混合体の代りに
空気とヘリウムを入れて放電したところ、その場合の金
は一時的に触媒作用が低下したことが観察できた。CO
2、N2 、Heの混合体では、触媒作用低下ののち放
電しはじめた時は金の触媒活性はほとんどないが、放電
にさらし続けて30秒すると、金は触媒作用を回復し約
10分後にはほとんど元どおり完全に触媒作用を発揮す
る。F記の仮説によれば、これは、はじめに酸素の単一
層が金の表面に形成されるからで、そのうちGoが回復
して酸素の単一層と入れ替るものと考えられる。
As an experiment to undermine this hypothesis, we introduced air and helium instead of the usual CO2, N2, and He mixture into a discharge tube equipped with a gold catalyst, and the gold temporarily became catalytic. It was observed that the C.O.
In a mixture of 2, N2, and He, gold has almost no catalytic activity when discharge begins after the catalytic activity has decreased, but if exposed to the discharge for 30 seconds, gold recovers its catalytic activity and becomes active after about 10 minutes. The catalytic effect is almost completely restored. According to the hypothesis in F., this is because a single layer of oxygen is initially formed on the gold surface, and it is thought that Go recovers and replaces the single layer of oxygen.

しかし、速かに化学的活性を最大にするには、金の表面
を活性化する必要があり、それには、金触媒を放電ガス
中に置いて酸素や水蒸気の単一層を積極的に取り除くと
よい、Co2.N2.He混合ガスの放電中に置けば、
数秒で取り除くことができるaN2とHeだけの混合ガ
スでも同様で、またCo2.N2.He混合ガスに少量
のCOを加えたものでもよいが、その場合は他の混合ガ
スの場合はどには早く取り除けない。
However, to quickly maximize chemical activity, the gold surface must be activated by placing a gold catalyst in the discharge gas to actively remove the monolayer of oxygen and water vapor. Good, Co2. N2. If placed during discharge of He mixed gas,
The same goes for a mixed gas of only aN2 and He, which can be removed in a few seconds, and also for Co2. N2. A mixture of He and a small amount of CO may be used, but in that case, it cannot be removed as quickly as with other mixed gases.

炭酸ガスレーザ用の混合ガスとしては、COが少し過剰
なくらいが適している。一般に、金を電極としても使用
すると、放電によるイオンは殆んどが金の表面からCO
を取り除いて金の表面を占めるから、金が良い触媒なれ
ない、このように電極にイオンが吸引されると、COの
単一層が破壊されて金の触媒作用が阻害されるからであ
る。
A slightly excessive amount of CO is suitable as a mixed gas for a carbon dioxide laser. Generally, when gold is also used as an electrode, most of the ions from the discharge are transferred from the gold surface to CO2.
Gold cannot be a good catalyst because the CO2 is removed and occupies the surface of the gold.This attraction of ions to the electrode destroys the single layer of CO and inhibits the catalytic action of the gold.

炭酸ガスレーザにおいては、発明された当初から共振器
の鏡に金が被覆されていた。しかしこの金を被覆した鏡
にはレーザの増巾空間に関する設置位置により、測定で
きるほどの触媒作用はなかった。第1図の説明で述べた
ように、高エネルギ酸素の寿命は短いうえに、金の鏡付
近には放電がないため、高エネルギ酸素は鏡の表面に到
達できない、またたとえ高エネルギ酸素が金の鏡に到達
しても、02が生成されるところで終ってしまう、しか
も第1図のステップ11に示す分解の進む速度が早すぎ
るため、金の鏡はその極〈近い場所のガスに影響を与え
るにすぎない、鏡から離れたところでは、ステップ12
.13.15が起きる可能性は拡散距離の2乗に比例し
た割合で減少する。
In carbon dioxide lasers, the resonator mirror has been coated with gold since its invention. However, the gold-coated mirror had no measurable catalytic effect due to its location relative to the laser amplification space. As mentioned in the explanation of Figure 1, the lifetime of high-energy oxygen is short, and there is no electrical discharge near the gold mirror, so high-energy oxygen cannot reach the surface of the mirror, and even if high-energy oxygen Even if it reaches the mirror of Just giving, away from the mirror, step 12
.. The probability that 13.15 will occur decreases at a rate proportional to the square of the diffusion distance.

このことがまた、なぜ金触媒を増巾空間に面する表面の
全体または少なくともそのほとんどに沿って分布させる
のが好ましいかという理由を説明していることになる。
This also explains why it is preferable to distribute the gold catalyst along the entire or at least most of the surface facing the amplification space.

つまりステップ11の分解は全放電空間で起きるという
ことである。第1図に示す各ステップが進む速さは、拡
散限定型レーザでは、拡散距離が十分短ければ触媒作用
は分解速度に匹敵する程の速さとなり得るに過ぎない。
In other words, the decomposition in step 11 occurs in the entire discharge space. The speed at which the steps shown in FIG. 1 proceed is such that, in a diffusion-limited laser, the catalytic action can only be as fast as the decomposition rate if the diffusion distance is short enough.

これまで炭酸ガスレーザを中心に説明してきが、本発明
の考え方は、炭酸ガスレーザ以外のもの、たとえばプラ
チナやパラジウムが触媒作用を発揮する温度(約300
℃)よりも低い温度でCO2を生成するような場合にも
、適用できる。
Up until now, the explanation has centered on carbon dioxide lasers, but the idea of the present invention is to use materials other than carbon dioxide lasers, such as platinum and palladium, at temperatures (approximately 300
This method can also be applied to cases where CO2 is generated at a temperature lower than 10°C.

ここで大切なことは、1)Coの供給源、2)高エネル
ギ酸素の供給源、3)触媒活性を有する金を表面に被覆
したもの、4)この金を被覆した表面を、高エネルギ酸
素の寿命とガスの移動速度を考慮して、高エネルギ酸素
が衝突できるように高エネルギ酸素の供給源の近くに設
置すること、である。
What is important here is 1) a source of Co, 2) a source of high-energy oxygen, 3) a surface coated with gold that has catalytic activity, and 4) a source of high-energy oxygen that coats this gold-coated surface. considering the lifetime of the gas and the speed of gas movement, and placing it close to the source of high-energy oxygen so that it can collide with the high-energy oxygen.

高エネルギ酸素の供給源としては、少なくとも1個の酸
素原子を含む分子にエネルギを与えて上述の高エネルギ
酸素を生成できるものであれば十分である0例えば、放
電、紫外線(もしくは約3000オングスロトーム以下
の波長でさらに高エネルギの他の電磁波)、及びアルフ
ァ粒子、中性子、陽子、電子等の原子より小さく高速で
連動する素粒子も高エネルギ酸素のエネルギ源である。
As a source of high-energy oxygen, any source capable of imparting energy to molecules containing at least one oxygen atom to produce the above-mentioned high-energy oxygen is sufficient. (Other electromagnetic waves with wavelengths below the tome and even higher energy) and subatomic particles smaller than atoms and moving at high speed, such as alpha particles, neutrons, protons, and electrons, are also sources of energy for high-energy oxygen.

さらに、このよう゛な金触媒と、気体放電若しくは紫外
線のようなエネルギ源を利用すれば、ある種の他の分子
を酸化することができる。これらの他の分子は、0.1
トル以上の圧力でガス状であり、分子中に酸素原子があ
り、この酸素原子が金に付着できるような位置にあるよ
うな分子であるという基準を満たす必要があるであろう
Additionally, certain other molecules can be oxidized using such gold catalysts and energy sources such as gas discharges or ultraviolet light. These other molecules are 0.1
The molecule would need to meet the criteria of being gaseous at pressures above Torr, having oxygen atoms in the molecule, and positioning the oxygen atoms in such a way that they can attach to the gold.

これまでレーザ発振器を中心に説明してきたが、本発明
はレーザ増巾器にも同様に適用できる。従って、これら
の両方を包含するためには、レーザ装置という用語がふ
されしい、加えて。
Although the description has focused on laser oscillators so far, the present invention is equally applicable to laser amplifiers. Therefore, to encompass both of these, the term laser device is appropriate, in addition.

今まで炭酸ガスレーザに使用するガスはC02。Up until now, the gas used in carbon dioxide lasers has been C02.

N2.Heの混合ガスであると説明してきたが。N2. I have explained that it is a mixed gas of He.

これはひとつの例にすぎない、これ以外の混合ガス、例
えばCO2、Co、Heの混合ガスも封じ切り型レーザ
に普通便われている。これにxe、H2O、D2 、A
r、D20、H2,炭酸水素ガス等の他のガスを加えた
ものでもよい0本発明はこれらや他の混合ガスの炭酸ガ
スレーザにも適用できる。
This is just one example; other gas mixtures, such as CO2, Co, and He, are commonly used in sealed-off lasers. In addition to this, xe, H2O, D2, A
The present invention can also be applied to carbon dioxide lasers using these or other mixed gases.

上述の実施例は好適なものであるが、本発明の要旨の範
囲内でそれ以外の実施例にも適用出来る。
Although the embodiments described above are preferred, other embodiments may be applied within the scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明実施例の化学的及び機械的工程を示す
フローチャートである。 第2図は、本発明を実施した典型的な炭素ガスレーザの
側面図で、ふたつの異なる触媒の配置法を説明するため
、ふたつに分断して示す。 第3図は、本発明の触媒を装備した典型的なガス70−
型炭素ガスレーザの透視図である。 第4図は1本発明実施例の導波管レーザの一部を切断し
た透視図である。 代 理 人     牧  舌部(ほか3名)F/θ/
FIG. 1 is a flowchart showing the chemical and mechanical steps of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of a typical carbon gas laser embodying the present invention, shown separated into two parts to illustrate two different catalyst arrangements. FIG. 3 shows a typical gas 70-
FIG. 2 is a perspective view of a carbon gas laser. FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of a waveguide laser according to an embodiment of the present invention. Agent Maki Tonbe (and 3 others) F/θ/

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、封止管球容器のキャビティに炭酸ガスレーザ用混合
ガスを封入し、この混合ガス中に放電を起すための電源
と、放電の少なくも一部にレーザビームを通すための光
学手段とを有し、前記レーザビームにより輻射を受ける
放電の前記一部がレーザ増巾空間となる炭酸ガスレーザ
装置において、 前記レーザ増巾空間の少なくも一部の境界 を形成する絶縁体に直接または間接の接触状態で金を担
持させ、金は、多数の相互に絶縁した分割片と成すと共
に前記レーザ増巾空間の少なくとも一部にのぞませて、
前記混合ガスに対し触媒作用を発揮させることを特徴と
する炭酸ガスレーザ装置。 2、少なくともひとつの形態の高エネルギ酸素を生成し
、金で被覆した表面を、COと高エネルギ酸素の両方へ
の接触を助長するよう な位置に設置し、この金の触媒作用でCO_2を生成す
ることを特徴とする炭酸ガス再生法。
[Claims] 1. A mixed gas for a carbon dioxide laser is sealed in a cavity of a sealed tube, and a power source for causing a discharge in the mixed gas and a laser beam for passing through at least a portion of the discharge. In a carbon dioxide laser device, the part of the discharge radiated by the laser beam becomes a laser amplification space, the insulator forming a boundary of at least a part of the laser amplification space. supporting gold in direct or indirect contact, the gold forming a plurality of mutually insulated segments and extending into at least a portion of the laser amplification space;
A carbon dioxide laser device characterized by exhibiting a catalytic action on the mixed gas. 2. producing at least one form of high-energy oxygen, placing a gold-coated surface in a position that facilitates access to both CO and the high-energy oxygen, and catalyzing the gold to produce CO_2; A carbon dioxide gas regeneration method characterized by:
JP63036465A 1987-02-18 1988-02-18 Carbon dioxide laser device and carbon dioxide regeneration method Expired - Lifetime JPH0744299B2 (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55162287A (en) * 1979-06-04 1980-12-17 Hitachi Ltd Carbon dioxide gas laser device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55162287A (en) * 1979-06-04 1980-12-17 Hitachi Ltd Carbon dioxide gas laser device

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