JPH0318076A - 金属蒸気レーザ装置 - 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】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、金属蒸気レーザ装置、特にガス放電によっ
て金属を加熱、気化させてレーザ出力を得る金属蒸気レ
ーザ装置に関するものである。

【従来の技術】

第５図は、例えばｒレーザー研究」、昭和５６年３月号
、第６０頁〜第６６頁に記載されている「銅蒸気レーザ
ーの製作」に示されている従来の銅蒸気レーザ装置の構
成を示す図である。 図において、１００は放電管であり、この放電管１００
はガス放電を生じさせる対向する電ｑｔと、銅蒸気を発
生する銅粒子３が配置された内管２と、外筒４と、上記
電極１で生じた放電の熱の逃げを防ぐ断熱層５と、上記
電極１側に設けられているレーザ光を取り出す窓６と、
上記外筒４の中間部に高圧電圧を絶縁するために設けら
れている絶縁ブレイク７から構成されている。 ２００は第１のパルス回路であり、この第１のパルス回
路２００は放電管１００の外筒４と接続線ａを介して接
続される充電用コンデンサ８と、この充電用コンデンサ
８と直列に接続される充電用リアクトル９と、陽極が高
圧電源１１の一端と接続され、陰極が充電用リアクトル
９と接続されるダイオード１０と、上記充電用リアクト
ル９の一端と上記高圧電源ｌ１の一端との間に接続され
ているサイラトロン１２と、上記充電用コンデンサ８の
一端と上記サイラトロン１２に一端との間に接続される
ビーキングコンデンサ１４から構成されている。 また、高圧電源１ｌの他端は接続線ｂを介して外筒４と
接続されている。さらに、サイラトロン１２のグリッド
にはパルス制御回路１３が接続されている。 従来の金属蒸気レーザ装置は上記のように構成され、高
圧電源１１からダイオード１０および充電用リアクトル
９を通して、かつビーキングコンデンサ１４を通じて充
電用コンデンサ８に高圧電圧が充電される。 次に、パルス制御回路１３によって駆動されるサイラト
ロン１２がオンすると、充電用コンデンサ８に充電され
た高圧電圧は外筒４を通じてた対向する電極ｌに印加さ
れ、内管２の中にガス放電を形成する。 この内管２の中に形成された放電の熱エネルギーは断熱
層５によって保持されるため、内管２の温度はガス放電
の繰返しによって１　５００℃程度の高温に上昇し、銅
粒子３を蒸気にすると共に内管２の中に銅蒸気を充満さ
せる。 対向する電極１によって形成されたガス放電により放電
プラズマの電子を加速し、さらに電子は内管２の中に充
満された銅原子に衝突すると共に、銅原子の原子レベル
を第一共鳴準位である上準位に励起し、準安定準位であ
る下準位へ励起される数は少ないため、反転分布が形成
される。上準位にある銅原子はレーザ発振を伴って下準
位に落ち、さらに下準位から基底準位にゆっくりと緩和
する。 以上の動作を数ＫＨｚで繰り返す。レーザ光は窓６を通
して取り出す。 下準位から基底準位への緩和は内管２の口径が小さい場
合は、内管２の壁と励起原子との衝突で行われ、内管２
の口径が大きい場合は、下準位原子と低速電子との超弾
性衝突にて行われ、その寿命は数百μｓｅｃと長い。 ［発明が解決しようとする課題］ 従来の銅蒸気レーザ装置は以上のように構成されている
ので、下準位から基底準位に緩和する時間が数百μｓｅ
ｃと非常に長いので、緩和が終了するのを待って次のパ
ルスを印加するとパルス繰り返し数が小さくなり、また
パルス繰り返し数を高くするとパルス印加時の下準位の
数が多くなるため反転分布が不完全となり銅蒸気レーザ
の効率が低下するという問題点があった。 この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、各パルスの間で、下準位から基底準位への緩和を
促進させ、次のパルスでの反転分布をより完全なものと
することで、パルス繰り返し数が高い場合でも効率が高
い金属蒸気レーザ装置を得ることを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ この発明に係る金属蒸気レーザ装置は、放電管にレーザ
発振をさせる第１のパルス電圧を供給する第１のパルス
発生回路と、この第１のパルス電圧より所定時間遅延し
該第１のパルス電圧より小さい第２のパルス電圧を前記
放電管に供給する第２のパルス発生回路と、前記第２の
パルス電圧の供給を受けるように前記放電管に対向して
設けた表面積の小さい補助電極とを備えたものである。 から供給される第２のパルス電圧を表面積の小さい補助
電極に印加し、この第２のパルス電圧による放電発生位
置を固定させ、放電を安定に発生させることにより、下
準位原子と低速電子との超弾性衝突を強性的に生じさせ
、その結果、下準位原子の緩和を促進させ、次の第１の
パルス電圧が印加される場合に反転分布がより完全なも
のとなり、高い繰り返しにおいてもレーザ効率の低下を
防止する。 〔実施例〕 第１図はこの発明の一実施例による銅蒸気レーザ装置の
構成を示すブロック図であり、前記第５図と同一部分に
同一符号を付して重複説明を省略する。図において、ｌ
５は遅延回路であり、この遅延回路１５の入力側はパル
ス制御回路１３と接続され、その出力側は第２のパルス
発生回路３００と接続され、パルス制御回路１３からの
信号を受けて、所定時間だけ出力を遅延させる。この第
２のパルス発生回路３００の出力側は、絶縁リング１０
２を介して放電管ｌＯＯの両端部の電極ｌの近傍に対向
して設けられた補助電極１０１に接続されている。 この補助電極１０１は放電発生位置が一定化し、放電を
安定に発生させるように対向面積の小さなものが用いら
れるもので、例えば第２図（ａ）に示す中実棒状の細径
電極ｉｏｉ−ｉ、第２図（ｂ）に示すパイプ上の細径電
極１　０　１　−　２、第２図（ｃ）に示す一端部を櫛
歯状に形成した管状電極１０１−３等を用いる。 第３図は第１図の第２のパルス発生回路３００の詳細回
路を示す図である。図において、接続線ａはフィルタリ
アクトル２４を介して巻線比ｎ：１のパルストランス２
２の二次側の一端と接続されると共に接続線ｂは上記の
パルストランス２２の二次側の他端と接続されている。 フィルタコンデンサ２３はパルストランス２２の二次側
と並列に接続され、このフィルタコンデンサ２３とフィ
ルタリアクトル２４とで保護回路２６を構成している。 上記パルストランスの一次側の一端は、逆極性のダイオ
ード２０およびパルス充電リアクトルｌ９を介して直流
電源１８の正極側と接続される共にパルス用コンデンサ
１７を介して自己消弧型スイッチ２５の一端と接続され
、上記パルストランス２２の一次側の他端は、パルス用
リアクトル２１を介して上記自己消弧型スイッチ２５の
他端と接続されている。また、直流電源ｌ８の負極側は
自己消弧型スイッチ２５の一端と接続されている。 さらに、接続線Ｃは上記自己消弧型スイッチ２５と接続
されている。 第４図はこの発明の一実施例により、放電管１００に印
加される電圧を表わすタイムチャートを示す図である。 上記のように構成された銅蒸気レーザ装置において、パ
ルス制御回路ｌ３から出力された出力信号を受けると、
第１のパルス回路２００から第１のパルス電圧が外筒４
を通じて電極ｌに印加され、内管２の中にガス放電を形
成する。 一方遅延回路ｌ５がパルス制御回路１３の出力を所定の
時間だけ遅延した後、第２のパルス発生回路３００に信
号を与える。 第２のパルス発生回路３００の自己消弧型スイッチ２５
が遅延回路ｌ５の信号を受けて導通すると、パルス用コ
ンデンサ１７に蓄えられた電圧は、パルストランス２２
、パルス用リアクトル２１に印加される。パルストラン
ス２２の二次側には、一次側に対しｎ倍の電圧が発生し
、フィルタコンデンサ２３、フィルタリアクトル２４を
通して放電管１００の補助電極１０１に第２のパルス電
圧を印加する． 第４図に接続Ｉ！ａ　−　ｂ間に印加される電圧Ｖ．。 を時間に対して示す。時刻ｔ０において、第１のパルス
発生回路２００から第１のパルス電圧が放電管１００の
電極に印加されてガス放電を得る。 時刻ｔ０から所定時間でだけ遅延され、第２のパルス発
生回路３００から第２のパルス電圧が補助電極ｌｏｔに
印加され、それを一定の繰り返しで行う。 この場合、補助電極１０１は対向面積が小さいため、放
電発生位置が一定化し、放電が放電管内で空間的に均一
に生じ、下準位の緩和が安定に行なわれる。また、フィ
ルタリアクトル２４、フィルタコンデンサ２３は第１の
パルス発生回路２００からの第１のパルス電圧に対して
は阻止するように働き、第２のパルス発生回路３００か
らの第２のパルス電圧に対しては伝達するようなローバ
スフィルタとなっている。 第２のパルス発生回路３００からの第２のパルス電圧の
パルス幅Ｔｘは、パルス用リアクトル２ｌのインダクタ
ンスＬｘとパルス用コンデンサ１７の容量Ｃｘで決まり
、 Ｔｘ４π　Ｊエコざτ］Σマー− となる。パルス幅Ｔｘの大きさは、第１のパルスとなる
。パルス幅Ｔｘの大きさは、第１のパルス発生回路２０
０から出力される第１のパルス電圧のパルス幅より大き
くなっている。 銅蒸気レーザ装置において、下準位原子の基底準位への
緩和は、内管２の口径が大きい場合は下準位と低速電子
との超弾性衝突によって行われる。 つまり、 Ｃ　ｕ　＊　＋　ｅ　ｔｈｒｏｗ）　→Ｃ　ｕ　＋　１
９　ｆｒｇｇｔｌここで、Ｃｕ＊は下準位原子 Ｃｕは基底準位原子 ８ｉ１１。利は低速電子 ｅ＋ｒａｓｔｌは高速電子 となる。 第２のパルス発生回路３００から印加される第２のパル
ス電圧は、銅原子を上準位に励起しない低い電圧である
が電子の加速は行われるため、電子と銅原子との衝突は
激しくなる。その結果、下準位原子と電子との超弾性衝
突が活発になり、よって下準位の緩和が促進される。 なお、上記実施例ではパルス用コンデンサｌ７に蓄えら
れた電圧を放電管ｌＯＯに印加したが直流電源１８を直
接チョッピングしてもよい。 また、上記実施例では自己消弧型スイッチ２５を用いた
が自己消弧型スイッチでなくてもスイッチのオフ状態が
得られるものであればよい。 ［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば第１のパルス発生回路
と別に第２のパルス発生回路を設け、第１のパルス発生
回路から第１のパルス電圧が印加された後、所定時間遅
延して第２のパルス発生回路から第２のパルス電圧を印
加するように構成したので、下準位の原子が基底準位に
緩和する時間が短縮され、その結果第１のパルス発生回
路からの次のパルス印加時に反転分布がより完全なもの
となる。また、上記第２のパルス電圧を印加する補助電
極は対面面積を小さくしたので、放電発生位置が一定化
し、かつ、放電が安定に発生するため、下準位の緩和が
放電管内で空間的に均一に生じ、レーザ発生効率の上昇
が安定して、上記の点と相俟って高繰り返しにおいても
効率の高い金属蒸気レーザ装置を得ることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による金属蒸気レーザ装置
の構成図、第２図は（ａ），（ｂ）．（ｃ）は補助電極
を示す斜視図、第３図の第１図の第２のパルス発生回路
の詳細回路図、第４図は第１図の放電管に印加される電
圧を表すタイムチャート図、第５図は従来の金属蒸気レ
ーザ装置の構成図である。 １３はパルス制御回路、ｌ５は遅延回路、１００は放電
管、１０１は補助電極、２００は第１のパルス発生回路
、３００は第２のパルス発生回路である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。 １　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放電管にレーザ発振させる第１のパルス電圧を供給する
   第１のパルス発生回路と、前記第１のパルス発生回路と
   は別に設けられ、前記第１のパルス電圧より所定時間遅
   延し該第１のパルス電圧より小さい第２のパルス電圧を
   前記放電管に供給する第２のパルス発生回路と、前記第
   ２のパルス電圧の供給を受けるように前記放電管の両端
   部に設けた対向面積の小さな補助電極とを備えた金属蒸
   気レーザ装置。