JPH0242776A - ホロー陰極型金属イオンレーザ装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、金属蒸気を用いてレーザ光を得るホロー陰極
型金属蕃嘱イオンレーザ装置に関する。

（発明の技術的背景） 従来、金属蒸気（ヘリウム、カドミウム）、Ｈｅ−５ｅ
（ヘリウム、セレン）、Ｈｅ−Ｚｎ　（ヘリウム、ジン
ク）等の、種々の金属イオンレーザ装置が知られている
。　　とりわけ、ホロー陰極型Ｈｅ−Ｃｄイオンレーザ
装置は、その励起の強さから多色発振が可能で、１２本
の発振線が観測されており、その中には光３原色の赤、
青、緑が含まれているので将来性を高く評価されている
。

第２図は、従来の外部ミラー型のホロー陰極型Ｈｅ　−
Ｃｄイオンレーザ装置の全体の構成の一例を示す図、第
３図は、第２図に示す装置の要部の断面図である。

すなわち、Ｈｅガスを封入したレーザ管１の両端部に相
対向して、それぞれレーザミラー２を設け、レーザ管１
内に略同軸にホロー陰極３を配置している。このホロー
陰極３の両端部にはセラミック等のスペーサ４を嵌装し
てレーザ管ｌに対して所定の間隙を存するようにしてい
る。

レーザ管ｌは、例えばパイレックスガラス製のパイプで
ある。そして、レーザ管１の中央部の内径は、たとえば
６．８ｍｍ、外径は１０．０ｍｍとしている。

ホロー陰極３は、たとえばインコネル等の導電性の金属
材料からなり内径４．０ｍｍ、外径６．０關、軸方向の
長さ４６０ｍｍの中空のパイプである。

上記ホロー陰極３の下面には複数、例えば２０個の透孔
５を所定の間隔で穿設し、この透孔５に対応してレーザ
管１の下面を気密に下方に膨出してそれぞれ金属溜６を
設け、各金属溜６を貫通して上記透孔５に達するレーザ
活性媒質励起用の主陽極７を設けている。

そして、各金属溜６内には適量、例えば１グラムづつの
カドミウム（Ｃｄ）８をそれぞれ溜めている。

そして、金属溜６の外周に、加熱機構９、たとえばヒー
タを巻回している。このヒータ９は放電空間および金属
溜６を加熱し、Ｃｄ金属を２９４℃（ｃｄ蒸気圧Ｐｃｄ
＝２．２　Ｘｌ０−２Ｔｏｒｒ）以上に加熱できる能力
を有している。

さらに、レーザ管１内の両端近傍にはＣｄ蒸気を中央部
へ吹き返す補助陽極１０を配設している。

なお、各主陽極７および２本の補助陽極１０も、たとえ
ばタングステン等の導電性の金属である。

そして、第１の電源１１の負極をホロー陰極３に接続し
、正極を抵抗を介して各主陽極７および補助陽極１０に
それぞれ接続し、主陽極７どの間に負グロー放電を発生
させ、また補助陽極１０から作用する電界によりＣｄ蒸
気をレーザ管１の中央部へ吹き返してレーザ管ｌの両端
部のブリュウスタ窓１２が汚れるのを防止するようにし
ている。

また、各ヒータ９を直列に接続して第２の電源１３に接
続し金属溜６を加熱するようにしている。

このような構成であれば、たとえばＨｅのガス圧を９Ｔ
ｏｒｒ程度に設定し、主陽極７および補助陽極ｌＯとホ
ロー陰極３との間に所定の電圧、例えば３９０ｖを印加
する。

このようにすれば、室温において主陽極７の放電電流は
各ピン当り３５ｍＡで合計７００ｍＡ程度であるが、十
分に蒸気圧が上がって白色動作する場合は、主陽極７の
放電電流は、各ビン当り２６　ｍ　Ａで合計５２０ｍＡ
程度になる。そして、このときレーザ管１内の温度は３
５０℃に達する。

そして、ホロー陰極３のボア１４内の領域（第３図図示
Ａ）では負グロー放電、主陽極７とホロー陰極３との間
の放電空間（第３図図示Ｂ）では陽光柱放電を生じる。

このような放電の開始と同時に、金属溜６に巻いたヒー
タ９に第２の電Ｈ，１３から電流を流して加熱する。

しばらくして、金属溜６の中のＣｄが蒸気化する。この
Ｃｄ蒸気は上記放電空間Ｂに生じている陽光柱放電内の
電気泳動効果によって、透孔５を介してボア１４に生じ
ている負グロー放電領域Ａに送り込まれ、このボア１４
内で励起されたＨｅ原子やＨｅイオンとＣｄ原子が相互
作用してＣｄイオンのレベル間に反転粒子分布を生じ、
レーザ発振を開始する。

レーザ発振は先ず青色（４４１，６内ｍ）、次に緑色（
５３７，８ｎｒｎ）、最後に赤色（６３６゜０内ｍ）が
加わり、この３原色が同時にそろって白色レーザとなる
。

放電中、ボア１４の内壁面は、ＨｅイオンやＣｄイオン
によってスパッタされ１．そのスパッタ生成物はボア１
４の内壁あるいは金属溜６の上縁部等にスパッタ生成物
として付着するが、その付着量が少ないうちは、放電状
態には格別の影響を与えない。

レーザ動作を中止するときは、先ず金属溜６を加熱する
ヒータ９を切り、金属溜６の温度をレーザ管１で最も低
い状態とすると、ホロー陰極３内のＣｄ蒸気は、全ても
との金属溜６へ戻ってくる。

この結果、ホロー陰極３内はＨｅガスのみの放電となり
、ホロー陰極３の内面もＨｅイオンのスパッタリングに
よってきれいになる。

この時、ホロー陰極３は、放電熱によって熱せられてい
るために、その輻射熱で主陽極７の先端部分は焼かれ、
Ｃｄが付着して膜が形成されることがなく電気的な絶縁
は保たれる。

（従来技術の問題点） しかしながら、この様なものでは、金属溜はガラス製の
ために装置の起動停止を繰り返しているとガラスと金属
溜内の金属が密着し、このような状態で温度が変化する
と両者の熱膨張係数の差異によりガラスが破損すること
があった。

このような金属溜のガラスの破損を防止するために、金
属溜内にガラス、セラミック、金属等のカプセルを収納
してここにカドミウムを貯留することも考えられている
が、このような構造では外部から加熱した場合に熱伝導
効率が悪くまた温度を精密にコントロールできない問題
があった。

（発明の目的） 本発明は、上記の事情に鑑みて成されたもので、金属溜
の破損を生じることがなく、しかも金属溜自体を主陽極
として使用可能で、熱伝導効率が高く、精密な温度コン
トロールが可能なホロー陰極型金属イオンレーザ装置を
提供することを目的とするものである。

（発明の概要） 本発明は、金属製の金属溜を主陽極として用いると共に
ここに金属を貯留することを特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第２図、第３図に示す従来装
置との差異を拡大した第１図に示す要部の断面図を参照
して詳細に説明する。

なお、第２図、第３図と同一部材には同一符号を付与し
てその説明を省略する。

すなわち、ホロー陰極３に穿設した透孔５に対応してレ
ーザ管ｌをその下方に向もすて膨出し、この先端部に、
従来周知の手法により金属製の金属溜２１を設ける。

そして金属溜２１内には、それぞれ所定量のカドミウム
８を貯留するとともに、それぞれ抵抗を介して第１の電
源１１の正極に電気的に接続している。

なおここで、金属溜２１の材質として、たとえはコバー
ルを用いれば、レーザ管ｌから下方へ膨出した部分のガ
ラスを加熱して溶融することにより容易に金属製の金属
溜６に気密に接合することができ、しかもその熱膨張係
数はガラスに略等しいので加熱冷却の際にも接合部位が
破損することもない。

なお第１図では１個の金属溜２１のみを示しているが、
たとえば第２図に示すようにレーザ管の軸方向に多数個
を設け、各金属溜２１にそれぞれ加熱機構としてヒータ
９等を設けることは勿論である。

このような構成であれば、第２図に示すような従来のも
のに比して、金属溜２１に主陽極を設けることなく、金
属溜２１自体を主陽極として使用可能であり、その構造
を著しく簡単にできる。

また、カドミウムを金属製の金属溜２１に貯留している
ので加熱機構で加熱する際の熱伝導効率が良好で、しか
も精密に温度コントロールを行うことができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば金属溜２１としてはガラスと略等しい熱膨張率を
有する適宜な金属を用いることが可能である。

また加熱機構としては、ヒータに限定することなく高周
波加熱、赤外線加熱等の適宜な構成を用いることができ
る。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば金属溜を主陽極に
兼用できるので構成を簡単にできしかも従来のガラス製
の金属溜のような熱膨張率の差異による破損を確実に防
止でき、しかも金属溜を加熱する熱効率が良好で精密な
温度制御が可能なホロー陰極金属イオンレーザ装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部の側断面図、第２図は
従来のＨｅ−Ｃｄイオンレーザ装置の構成を示す側断面
図、 第３図は第２図に示す装置の要部の側断面図である。 ｌ・・・・レーザ管 ３・・・・ホロー陰極 ５・・・・透孔 ８　・　・ １０　　・ １　ｌ　・ ｌ　３　・ ２　ｌ　・ ・カドミウム ・ヒータ（加熱機構） ・補助陽極 ・第１の電源 ・第２の電源 ・金属溜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パイプ状のレーザ管と、 このレーザ管内に配設した金属筒からなるホロー陰極と
   、 このホロー陰極に穿設した放電プラズマおよび金属蒸気
   を送り込むための複数の透孔と、上記各透孔に対応して
   上記レーザ管から膨出し金属を貯留すると共に主陽極と
   して作用する金属製の金属溜りと、 この金属溜の金属を加熱する加熱機構と、 を具備することを特徴とするホロー陰極型金属イオンレ
   ーザ装置。