JPH0341786A - 金属蒸気レーザ発振装置 - 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】 「発明の目的］ （産業上の利用分野） 本梵明は、金属蒸気レーデ発振装謂に関する。

（従来の技術） 金属蒸気レーザ発振装置は、光軸と電流の流れる方向と
が一致している縦励起型と、光軸と電流の流れる方向と
が直交している横励起型とがあり、横励起方式は縦励起
方式に比べ、高ガス圧動作と大電流密度放電が可能であ
るため、縦励起方式より小型になる可能性を持っている
。従来の横励起型の金属蒸気レーザ発振装置は、例えば
第８図に示すように構成されている。この図に示すよう
に、従来の金属蒸気レーザ発振装置では、耐熱性に優れ
たセラミックから成る放電管１は、断熱材２を充填した
保護管３に挿入され、更に保護管３は真空容器４に挿入
されている。放電管１は断熱材５ａ、５ｂを介して真空
容器４に支持されており、保護管３はＯリング６ａ　、
６ｂを介して真空容器４に支持されている。

放電管１内には、軸方向に沿ってチャン型状のモリブデ
ン等から成る陽極７と陰極８が対向配置されており、陽
極７と陰極８は、保護管３内に軸方向に沿って配設した
電流導入板９ａ、９ｂに、放電管１と一体にねじ１０で
固るされている。また、放電管１内の陽極７と陰１々８
の間には、金属塊１１が配置される。、７８流導入板９
ａ、９ｂの一端側は電流導入端子１２ａ、１２ｂを介し
て真空容器４に接続されており、陽極７と陰極８間には
、パルス電源１３から真空容器４、電流導入端子１２ａ
、１２ｂ、ｍ流導入板９ａ、９ｂを通して高電圧パルス
（電圧が数ＫＶ〜十数ＫＶで、繰返し周波数が数Ｋ　１
−１ｚ〜十数Ｋｌ（Ｚ）が印加される。

パルス電源１３には、電流波形整形用のコンデンサ１４
が並列に接続されている。

保護管３と真字容器４の間には、貞空所熱室１５がロー
タリポンプ（不図示）による（）Ｆ気によって形成され
ている。また、真空容器４には、陽極７側と陰＃ｊ８側
とを電気的に分離する絶縁管１６が配設されており、図
面の右側が陽極７側で、左側が陰極８側である。

真空容器４の両端面の開口部にはブリュースタ窓１７ａ
、７ｂが取付けられてＪ３す、その外側にはそれぞれ全
反射ミラー１日と出力ミラー１つが配設されている。ブ
リュースタ！１ｉ１７ａ、１７ｂを両端に取付けて密封
された真空容器４内は、ロータリポンプ〈不図示）で排
気されて真空状態に保持され、ガス供給源（不図示）が
らＨｅやＮｅ等の放電用のバッファガスが供給される。

従来の横励起型の金属蒸気レーザ発振５Ａ置は前記のよ
うに構成されており、レーザ発振を行うには先ず、ロー
タリポンプ（不図示）の排気により真空容器４内を高真
空に保持し、ガス供給源（不図示）からＮｅ　、　）ｌ
ｅ等の放電用バッファガスを供給する。そして、予め所
望の金属塊１１を放電管１内に配回し、陽極７と陰Ｉｉ
８間に高電圧パルスをパルス電源１３から真空容器４、
電流導入端子１２ａ、１２ｂ、電流導入板９ａ　、　９
ｂ　ヲ介シて印加することにより、ＷＩｊ極７と陰極８
間に放電を発生させて、放電のジュール加熱により放電
管１内を高温にして金属塊１１を蒸気化し、レーザ媒質
となる金属蒸気を生成する。この金属蒸気中の金ＷＡＡ
子を前記のパルス放電を行うことにより励起し、反転分
布を形成して、ブリュースタ窓１７ａ、１７ｂを通して
その外側に配置した全反則ミラー１８と出力ミラー１つ
で構成される光共振器によりレーザ発振を行わせること
により、出力ミラー１８側よりレーザ光となって出力さ
れる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前記した従来の横励起型の金属蒸気レー
ザ発振装置では、陽１ｔｉ７と陰極８間で高ガス圧状態
で大電流密度の放電を行うと、放電が一部分に集中して
不安定になり易く、比較的小出力のものしか作成するこ
とができなかった。

また、金属蒸気の発生源として金属塊の代わり塩化物や
臭化物などの金属塩を用いた場合、放電管１内の温度を
低くすることができるが、放電管１内に塩素や臭素等の
ハロゲンガスが発生ずるので放電がますます不安定にな
り、安定したレーザ発振ができなくなる問題点があった
。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、高ガス
圧状態と大電流Ｗｉ度の放電が可能で小型で高効率で大
出力動作が可能な信頼性の高い金属蒸気レーザ発振装愉
を提供しようとするものである。

［発明の構成１ （課題を解決するための手段） 前記した課題を解決するために本発明は、放電管内また
は放電室内に光軸に直角に対向設備された２つの電極即
ち陽極と陰極の間で行なうことにより、金属蒸気や金属
蒸気イオンなどのレーザ媒質を励起してレーザ発振を行
なう横励起型の金属蒸気レーザ装置に於いて、前記陽極
と陰極の少なくとも一方側に予備電ｌｌｔ電極を配設し
たことを特徴とする。

（作用〉 本発明によれば、陽極と陰極間で主放電を行う前に、予
備１ｖｙＮ極と、陽極と陰極の少なくとも一方の電極と
の間で放電させて予備電離を行うことにより、高ガス圧
で、大電流密度においても陽極と陰極間の主放電を安定
化することができる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。尚、従来と同一部材には同一符号を付して説明する。

第１図は、本発明の第１実施例に係る横励起型の金属蒸
気レーザ発振装置を示す概略断面図である。この図に示
すように、セラミックから成る円筒状の放電管１は断熱
材２を充電した保護管３に挿入され、保護管３は真空容
器４に挿入されている。放電管１は断熱板５ａ、５ｂを
介して真空容器４に支持されており、保護管３は０リン
グ５ａ。

６ｂを介して真空容器４に支持されている。

放電管１内には、軸方向に沿って断面がチャン型状のモ
リブデン等から成る陽極７と陰極８が対向配置されてお
り、保護管３内に軸方向に沿って配設した電流導入板９
ａ　、９ｂに、放電管１と一体にねじ１０で固着されて
いる。

また、１１は銅、金、カドミウム、バリウム、ストロン
チウム、ビスマス等の金属塊、１２ａ。

１２ｂは電流導入板９ａ、９ｂの一端側と真空容器４を
接続する電流導入端子、１３は陽極７と陰極８間に高電
圧パルスを印加するパルスＮ源、ゴ４はコンデンサ、１
５はロータリポンプ（不図示）の排気によって形成され
る真空断熱室、１６は真空容器４を絶縁状態に分割する
絶縁管、１７ａ。

１７ｂはブリュースタ窓、１８．１９は全反射ミラーと
出力ミラーである。これらの構成は第８図に示した従来
の金属蒸気レーザ装置装置と同様である。

そして、本発明は、陽極７の表面に予備電離電極２０を
内側に挿入した誘電体であるセラミック管２１を陽極７
の長さ方向に沿って配設し、陽極７にねじ２２で固定し
た複数の固定部材２３によって支持されている（第２図
参照）。予備電離電極２０には、真空容器４の周面に形
成した穴２６に絶縁部材３３により絶縁状態で挿通され
る電流導入端子２８を介してパルス電源２４が接続され
ており、真空容器４、電流導入端子１２ａＳｔ流導入板
９ａを介して陽極７との間に高電圧パルスうに構成され
ており、レーザ発振を行う時には、真空容器４内をロー
タリポンプ（不図示）の排気によって高真空に保持して
ガス供給源〈不図示）からＨｅやＮｅ等の放電用バッフ
ァガスを供給する。そして、予め所望の金属塊１１を放
電管１内に配置し、陽極７と陰極８間に、パルス電源１
３から高電圧パルスを真空容器４、電流導入端子１２ａ
、１２ｂ、電流導入板９ａ、９ｂを介して印加すること
により、陽極７と陰極８間に放電を発生させて、放電の
ジュール加熱により放電管１内を高温にして金属塊１１
を加熱することによって金属粒子１１を蒸気化し、レー
ザ媒質となる金属蒸気を生成する。このように、本実施
例では、金属粒子１１を加熱する加熱手段として放電に
よるジュール加熱が用いられる。そして、この金属蒸気
中の金属原子を前記のパルス放電を行うことにより励起
し、反転分布を形成してブリュースタ窓１７ａ、”１７
ｂを通してその外側に配置した全反射ミラー１８と出力
ミラー１９で構成される光共振器によりレーザ発振を行
わせることにより。、出力ミラー１９側よりレーザ光と
なって発振される。

この際、陽極７と陰極８間にパルス電ＷＡ１３から高電
圧パルスを印加する少し前（＠＋ｎｓ〜数μｓ）即ち、
レーザ発振の前に、パルス電源２４から高電圧パルスを
陽極７と予備電離電極２０間に印加してコロナ放電を発
生させ、ｆＩｌ電ｖ１１内に予め電子を生成する。

このように、陽極７と予備選１！１１電極２０間にコロ
ナ放電を発生させて予備電離を行うことによって、陽極
７と陰極８間の主放電が安定化され、高ガス圧中で大電
流密度の放電が可能となり、小型で高効率で大出力のレ
ーザ発振を行うことができる。

また、本発明の予備電離電極２０を設けたことにより、
陽極７と陰極８間における放電の最大投入電力が予備型
１１１１ｔｆｔ￥極２０を設けない場合に対して５〜１
０倍に増大することが実験でＷ！認された。

第３図は、本発明の第２実施例に係る金属蒸気レーザ発
振装置を示す概略断面図である。

本例では、予備電離電極２０を真空容器４にコンデンサ
２５を介して接続し、予備電離電極２０間のパルス電源
を、陽極７と陰極８間に高電圧パルスを印加するパルス
電Ｉｆ！！１３で共用するように構成したものであり、
パルス電源１３により陽極７と陰極８間でｔｌｉ電を発
生させると共に、コンデンサ２５を通して予備型１電極
２０に高電圧パルスを印加して予備電離を行う。この際
、主放電電流と予備型ｍ電流の回路インピーダンスの違
いにより、予備型１１電流の方が先にピークに達して予
備電離が行われる。他の構成は前記した実施例と同様で
ある。

このように、本例においても前記同様予備電離電極２０
ヘパルス電源１３から高電圧パルスの印加によって予備
電離を行うことにより、高ガス圧中で大電流密度のｔｌ
ｌ電を行うことができる。

第４図は、本発明の第３実施例に係る金属蒸気レーザ発
振装置を示す概略断面図である。

本例では、真空容器４に挿入されたｆｉ電管１内に軸方
向に沿ってチャン型状のモリブデン等から成る陽極７と
陰極８を対向配買し、その背面にそれぞれ固着した各電
流導入端子２８ｂを介して陽極７と陰極８をｒｌｉ電管
１に固着している。各電流導入端子２８ｂの一端側は、
真空容器４の周面に形成した各式２６ａにそれぞれ挿入
した各電流導入端子２８ａに、波形状の薄板から成る電
流導入板２７を介して接続されている。穴２６ａに挿通
された各電流導入端子２８ａは、真空容器４の表面に絶
縁部材３３により固着されている。また、陽極７の表面
には前記同様セラミック管２１に挿入したｒ備電離電極
２０が配設されている。

そして、各電流導入端子２８ａはパルス電源１３とコン
デンサ１４に接続されており、パルス電源１３から高電
圧パルスが陽極７と陰極８間に印加される。また、真空
容器４の出力ミラー１９側の局面には穴２６ｂが形成さ
れている。この穴２６ｂには絶縁部材３３を介して電流
導入端子２８Ｃが挿通されており、電流導入端子２８ｃ
を通して予備電離電極２０にパルス電源２４が接続され
、電流導入端子２８ａ、電流導入板２７、電流導入端子
２８ｂを介して陽極７との間に高電圧パルスが印加され
る。

尚、２は断熱材、１１は金属塊、１７８．１７ｂはブリ
ュースタ窓、１８は全反射ミラーである。

本例においても、前記実施例同様、真空容器４内をロー
タリポンプ（不図示〉の排気によって高真空に保持して
ガス供給源（不図示）から日ｅやＮｅ等の放電用バッフ
ァガスを供給する。そして、陽極７と陰極８間に、パル
ス電源１３から高電圧パルスを印加して主放電を行う前
（数十ｎｓ〜数μｓ〉に、予備電離電極２０にパルス電
源２４から高電圧パルスを印加して、予備型１１電極２
０と陽極８間にコロナ放電を発生させて予備電離を行う
ことにより、高ガス圧中で大電流密度の放電を行うこと
できる。

また、放電管１、真空容器４の周面に形成した穴２６ａ
に挿通される電流導入端子２８ａ、２８ｂ、電流導入板
２７を通して陽極７と陰極８にパルス電ｌ１Ｐｉ１３か
ら高電圧パルスが印加されるので、通電回路を短くする
ことができ回路のインダクタンスが減少する。よって、
電流の立上りが速くなって、電流の回路インピーダンス
を大きくすることができるので、より高効率で大出力の
レーザ発振を行うことかできる。

第５図は、本発明の第４実施例に係る金属蒸気レーザ発
振装置を示す概略断面図である。

本例では、予（、Ｎ電離電極２０を、穴２６ｂに挿通し
た電流導入端子２８Ｃ、コンデンサ２５を介して陽極７
と陰極８間に高電圧パルスを印加するパルス電源１３に
接続して、予備用１電極２０用のパルス電源を設けずに
パルス電源１３で共用するように構成したものであり、
パルス電源１３により陽極７と陰極８間で放電を発生さ
せると共に、コンデンサ２５、電流導入端子２８Ｃを通
して予備電ｔ！ｉ電極２０に高電圧パルスを印加して予
（！電離を行う。この際、主放電電流と予備電離電流の
回路インピーダンスの違いにより、予備用ｌｌ１ｆｆ電
流の方が先にピークに達して予備電離が行われる。

他の構成は前記した実施例と同様である。

このように、本例においても前記同様子ｔｉ電離電極２
０ヘパルス電源１３から高電圧パルスの印加によって予
備電離を行うことにより、高ガス圧中で大電流密度の放
電を行うことができる。

第６図は、本発明の第５実施例に係る金属蒸気レーザ発
振装置の要部を示す概略断面図である。

本例では、放電管１内に複数の孔７ａが形成された陽極
７と断面がチャン型形状の陰極８とを軸方向に沿って対
向配置し、陽極７の陰極８側と反対側の面に誘電体であ
るセラミック板３０を介して予備用１Ｉｌｔ電極３１を
配設し、陽極７と陰極８間にパルス電源１３とコンデン
サ１４を接続すると共に、陽極７と予備電離電極３１間
にパルス電源２４を接続した構成である。他の構成は前
記第１又は第４図に示した実施例と同様である。

このように、本例においても前記実施例同様、パルス電
源１３から高祖Ｆ［パルスを印加して主放電を行う前（
数＋ｎｓ〜数μｓ）に、予５Ｎｔｓ電極３１にパルス電
源２４から高電圧パルスを印加して、予備電離Ｔｉ極３
１と陽極８間にコロナ放電を発生させて予備電離を行う
ことにより、高ガス圧中で大電流密度の１１ｉ電を行う
ことができる。また、陽極７に孔７ａを形成する代わり
に陽極７をメツシュ状に形成しても良い。

第７図は、本発明の第６実施例に係る金属蒸気レーザ発
振装置の要部を示す概略断面図である。

本例では、予備電離電極３１を、コンデンサ２５を介し
て陽極７と陰極８間に高電圧パルスを印加するパルス電
源１３に接続して、予備電離電極３１用のパルス電源を
設けずにパルス電源１３で共用するよ・）に構成したも
のであり、パルス電源１３により陽極７と陰極８間でｔ
１１電を発生させると共に、予備電離電極３１に高電圧
パルスを印加して予備電離を行う。この際、主放電電流
と予備ｆｆ１ｌｉｆｆ電流の回路インピーダンスの違い
により、予備用Ｉ！！を電流の方が先にピークに達して
予備電離が行われる。他の構成は前記した実施例と同様
である。

このように、本例においても前記同様予備電離電極３１
ヘパルス電８！１３から高電圧パルスの印加によって予
備電離を行うことにより、高ガス圧中で大電流密度の放
電を行うことができる。

また、前記した各実施例では、放電管１内に金属塊１１
を配植したが、これに限らず金属の塩化物を用いると低
温動作が可能となる。この場合でも本発明の予備費Ｍ電
極２０．３１によって予備電離を行うことにより、陽極
７と陰極８間の放電が不安定になることはなく、高効率
で安定した低温動作のレーザ発振を行うことができる。

また、前記した各実施例では、予備電離心神２０．３１
を陽極７側に設けたが、陰極８側又は陽極７側と陰惨８
側の両方に設けても良い。

また、前記した各実施例では、放電管１は円筒状であっ
たが、これに限らず例えば断面が多角形の放電管でも良
い。

また、前記した各実施例では、予備電離電極２０．３１
による予＠電離はコロナ放電によって行ったがこれに限
らずＸ線源やアークギャップによる紫外線源或いはプラ
ズマカソード等を用いることも可能である。

また、前記した各実施例では、金属粒子を加熱する加熱
手段として放電によるジュール加熱を用いたが、これに
限らずヒータによる加熱、或いは放電によるジュール加
熱とヒータによる加熱の両方で行うこもでき、更にイオ
ンによるスパッタリングにより金属蒸気を発生させる方
法も可能である。

［発明の効果］ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
によれば、陽極と陰極との少なくとも一方の電極側に設
けた予備電離電極によって予備電離を行うことにより、
ｊｌＦｊＡと陰極間の主放電が安定化するので、高効率
で大出力のレーザ発振を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る金属蒸気レーザ発振装置を示す
概略断面図、第２図は、第１図Ｍ−１ｆ線断面図、第３
図乃至第７図は、それぞれ本発明の他の実施例に係る金
属蒸気レーザ発振装置を示す概略断面図、第８図は従来
の金属蒸気レーザ発振装置を示す概略断面図である。 １・・・放電管　３・・・保護管 ４・・・真空容器　７・・・陽極　７ａ・・・孔８・・
・陰極　９ａ、９ｂ、２７・・・電流導入板１１・・・
金属粒子 １２ａ、　　１２ｂ、　　２８ａ、　　２８ｂ。 流導入端子 １３．１４・・・パルス電源 ２０．３１・・・予備型Ｉｌ！電極 ２１・・・セラミック管 ２６．２６ａ　、２６ｂ　−＝・穴 ２９・・・短管　３０・・・セラミック板２８ｃ　　・
・・電

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電管内または放電室内に光軸に直角に対向設置
   された２つの電極即ち陽極と陰極の間で放電を行なうこ
   とにより、金属蒸気や金属蒸気イオンなどのレーザ媒質
   を励起してレーザ発振を行なう横励起型の金属蒸気レー
   ザ発振装置に於いて、前記陽極と陰極の少なくとも一方
   側に予備電離電極を配設したことを特徴とする金属蒸気
   レーザ発振装置。
2. （２）前記予備電離電極が、コロナ放電を利用する電極
   であることを特徴とする請求項１記載の金属蒸気レーザ
   発振装置。
3. （３）前記陽極または陰極またはその両電極の表面に１
   本または複数本の誘電体の管が設けられており、その管
   の内に挿入された第３の電極である導体棒と前記陽極ま
   たは陰極またはその両電極の間にパルス電圧を発生させ
   コロナ放電を発生させるようにした予備電離電極を備え
   たことを特徴とする請求項２記載の金属蒸気レーザ発振
   装置。
4. （４）前記陽極または陰極またはその両電極が複数個の
   孔の開いた金属板またはメッシュ等から構成されており
   、その背面に誘電体を挾んで第３の電極である導体板が
   設置されており、その第３の電極と前記複数個の孔の開
   いた金属板またはメッシュとの間にパルス電圧を発生さ
   せコロナ放電を発生させるようにした予備電離電極を備
   えたことを特徴とする請求項２記載の金属蒸気レーザ発
   振装置。
5. （５）前記レーザ媒質である金属蒸気や金属イオンの発
   生手段として、金属塩を放電室内に挿入し加熱すること
   により、前記金属蒸気を発生させるようにしたことを特
   徴とする請求項１、２、３又は４記載の金属蒸気レーザ
   発振装置。