JPH0421357B2 - - Google Patents
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- JPH0421357B2 JPH0421357B2 JP55137846A JP13784680A JPH0421357B2 JP H0421357 B2 JPH0421357 B2 JP H0421357B2 JP 55137846 A JP55137846 A JP 55137846A JP 13784680 A JP13784680 A JP 13784680A JP H0421357 B2 JPH0421357 B2 JP H0421357B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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-
- H—ELECTRICITY
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
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- Plasma & Fusion (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はレーザー、特にプラズマ励起―再結合
レーザーに関する。 再結合レーザーは、合焦形レーザー（focused
lasers）の比較的低エネルギー（0.5mJ程度）出
力を用いてレーザーで蒸気化した金属（Cd）の
再結合プラズマ中で発生することができる（例え
ばOpticsLetters，1979年９月、Vol.4、No.９、
271―273ページにW.T.Silfuast，L.H.Szeto、O.
R.Wood によつて著わされた“Nd及びCO2レ
ーザーで発生したカドミウムプラズマ中の再結合
レーザー”と題する文献を参照）。このような動
作はプラズマ拡散を制御し電子冷却速度を増しそ
のため再結合速度を早めるところの低圧バツクグ
ラウンドガス中にターゲツト材料のレーザーで発
生したプラズマを拡散させることによつて得られ
る。更に試験したところ円筒焦点合せによつてつ
くられる焦点領域のプラズマの分割
（Segmentation）は連続線焦点によつてプラズマ
を発生するよりもキセノンガス中で再結合レーザ
ーを発生するのが一層有効であることが判つた。
同じ入力エネルギーに対し連続線焦点プラズマに
比べて分割した焦点プラズマではXeレーザー出
力が24倍増大した。このような増大はプラズマを
拡散させ、そのためプラズマ再結合速度を早めた
プラズマを取囲む大量の冷却ガスによるものであ
つた（Appliecl Physics Letters、1979年２月１
日Vol.34、No.３、213―215ページにN.T.
Silfvast、L.H.Szeto、O.R.Wood によつて著
された“周期的ポンピングを用いるキセノンの超
高利得レーザー発生プラズマレーザー”と題する
文献を参照）。 これら周知の構成はレーザー源によるレーザー
材料の励起を開示するものである。このような周
知のレーザー励起再結合レーザーの効率は初期の
励起レーザー源の効率によつて制限され低下す
る。 上記のような問題は本発明によつて解決される
が、本発明の再結合レーザーは少なくとも１つの
間隙を有する少なくとも２つの導体条片を備えた
レーザー媒体を含む共振レーザー空洞を有し、そ
の間隙は少なくとも１つの介在する放電路を与
え、空洞にイオン化したレーザー媒体をつくる励
起装置を有し、この励起装置は高電圧、高電流パ
ルスを導電条片に印加する手段をもつている。 本発明の図示実施例では高電圧、高電流パルス
は小さな間隙によつて分離されバツフアガスを含
んでいるか真空のレーザー空洞に直列に備え付け
られた一連の２つ又はそれ以上の導電条片へ印加
される。高電圧、高電流パルスが導電条片に印加
されると、条片材料からイオンのプラズマが間隙
領域に形成される。一度形成されると、これらの
プラズマは半球状に拡大し、冷却して再結合しレ
ーザー動作を行う。プラズマの組成は条片材料、
間隙の電界、間隙寸法、バツクグラウンドガスの
形式及び圧力に依存する。 Cd蒸気中で分割形プラズマ励起再結合
（SPER）レーザーを作るのに用いた本発明の実
施例が第１図に示されている。 夫々厚さ１mm、幅２mm、長さ10mmのカドミウム
条片１０１―１１０が長さ約15cmのガラス板１２
０の上に１mmの間隔をおいて配置される。而し
て、これらの電極構体はガス室に据えつけられる
（第１図には示されていない）。0.01μF程度のコン
デンサ１３０が約21kVまで充填され、スパーク
ギヤツプ形スイツチのようなスイツチ１３１によ
つて一連の金属条片１０１―１１０間で放電され
る。それによつて生じた840Aの電流パルスは
1.2MHzのリンキング周波数を有し、各間隙にあ
ざやかな金属蒸気プラズマを発生する。第１図の
領域１４１―１４９はプラズマが間隙から５トー
ルのヘリウムのバツクグラウンドガス中へ半球状
に拡大した後のプラズマの形状を示す。これらの
領域は直径１cmの容積に相当する。個々のプラズ
マの外見はCdターゲツト上にパルスNd又はCO2
レーザーからの合焦した出力によつてつくられた
ものと類似していることが判つた。 最大反射率が1.35乃至1.53μmとなるように被覆
し曲率半径が3mの２つの誘電体鏡１５０，１５
１が長さ約22.5cmの共振器を形成し、1.43μmのレ
ーザー輻射線を放射するようにした。この共振器
の光軸１６０はカドミウム条片の列と並列に且つ
それより約７cm上方に配置されている。この共振
器からの出力は矢印１７０で示すように適当なフ
イルタを通して例えば室温Geダイオード上に合
焦される。 ガラス板１２０はレーザーの動作にとつて必須
のものではない。実際、ガラス板１２０は取り除
くことができ、レーザー出力に大した影響は与え
ない。しかし、このガラス板は電極の支持体とし
て機能し、或る程度プラズマの拡大方向を制御す
ることができる。 第１図に示したものと同じ装置を用いて、近赤
外線のSPERレーザーが表に示した８つの要素
で0.94乃至1.84μmの間の波長で達成された。表は
またこれらの要素に対する波長と、遷移過程を示
している。測定した波長は要素の中性スペクトル
（イオン化されていない要素のエネルギーレベル
スペクトルという）の遷移で見分けられている。
全ての場合、発振遷移は中性スペーシーズ（中性
要素、即ちイオン化されていない中性状態の要素
をいう）の励起状態でのエネルギーギヤツプの直
ぐ上と下のレベルの間で生ずる。知る限りでは
Mg，Zn，Inの中性スペクトルではレーザー作用
は以前観測されなかつた。第１図に示した装置を
使用してカドミウ以外の材料にレーザー発振を起
こすにはカドミウム条片を他の材料の条片と取り
替え、レーザー共振器に適当な波長のところに高
反射率をもつた鏡を付与するだけでよい。 ３トールのヘリウムガスの存在下で最初18kV
まで充電した0.01μFのコンデンサを放電すること
によつてカドミウムのSPERレーザーから得られ
た1.433μmの出力が第２図に示されている。後方
の鏡１５０を取り去ると、自然放出か又は誘導放
出による1.433μm又はその近傍での輻射線は検出
されなかつた。2μsecの電流パルスが終つた後、
約40μsec遅れて約48μsecのレーザーパルスが発生
した。或る条件下では5μsecと100μsecの遅延時間
が観測された。この遅延は中性カドミウム（イオ
ン化されていないカドミウムをいう）における高
度に励起されたレベルからの可視自然放出の観測
結果と充分な相関関係があつた。この遅延した自
然放出は1977年９月１日発行のAppliecl Physics
Letters、VoL.31、No.５、第334―337頁にW.T.
Silfvast、L.H.Szeto、O.R.Wood によつて著
わされた“アルゴン、クリプトン及びキセノンの
拡散CO2レーザー発生プラズマ中での再結合レー
ザー”と題する論文に詳述されたプラズマ―再結
合プロセスの特徴である。 第２図に示されたパルスのピーク電力は装置の
能動長が短かかつたために高くはなかつた。この
パルスのエネルギーを測定してみたところ50マイ
クロジユールの上限が与えられた。従つて、パル
ス幅を48μsecとすると、ピーク電力は１ワツト以
下であるはずである。しかし、パルス当り発生す
る原子の数は以下述べるように少ないから、仮に
全てのカドミウム限子が最初に上方のレーザーレ
ベルにあつて共振器が蓄積された全エネルギーを
取り出すことができたとしても、10マイクロジユ
ール以下しか期待できないはずである。従つて、
表の最終列に記載された相対的な出力電力は検
出器の出力電圧によつて与えられている。 レーザー出力のヘリウム圧力に対する依存関係
は金属条片間の間隙の数と寸法によつて変わるこ
とが判つた。例えば、間隙を１mmとしたカドミウ
ムの分割形プラズマ再結合レーザーでは、最適ヘ
リウム圧力は充電電圧を一定として間隙１つでは
３トール、間隙６つでは７トール、間隙１２では
12トールであつた。これと同じような装置では、
図示実施例のレーザー共振器の光軸１６０の最適
位置が条片の列の７mm上にあつたけれども、３mm
乃至10mmの範囲のどこでもレーザー発振を観測す
ることができた。 分割形プラズマカドミウムレーザーについて寿
命試験を行つた。試験すべき装置は厚さ１mm、幅
２mm、長さ10mmのカドミウムの条片を0.5mmの幅
の間隙をとつて構成した。その装置を１秒当り２
パルスの割合で100000パルスの間全電力で
（0.01μFのコンデンサを21KVに充電して）稼動
したところ、７トールのヘリウムガスを時折交換
しなければならなかつたけれども出力電力に減少
は認められなかつた。 100000パルス印加した後、上記の装置を分解し
カドミウム条片の重量を測定した。試験中に間隙
当り2.1mgのカドミウムが失われていることが判
つた。これは１パルスにつき間隙当り1014原子消
失したことに相当する。このことは間隙における
初期のカドミウム濃度が最大1017cm-3であること
を示唆するものである。レーザー発振が始まつて
容積の拡大が生じた後にはカドミウム濃度は1014
cm-3以下に低下した。電流パルスとレーザー発振
の開始との間に大きな遅延があることと、励起状
態のエネルギーギヤツプ間で生ずる遷移によつて
のみレーザー作用が生ずることとを併せ考える
と、上記の事実は次のようなプラズマ―再結合プ
ロセスによる分布反転のメカニズムの根拠をなす
ものである。即ち、間隙に生ずるカドミウム原子
の大部分な最初イオンとして現われると考えられ
る。容積の拡大（１mm3から103mm3へ）中に、プ
ラズマ電子はヘリウムガスとの衝突によつて冷却
され、その結果電子―イオンの再結合速度は著し
く大となる。電子密度が高いのでカドミウムイオ
ンが自由プラズマ電子と再結合すると、それらは
他の自由電子と電子との衝突によつて高いところ
にある中間レベルを通して充分大きなエネルギー
ギヤツプが得られるまで下方に移動する。反転分
布はこの過程で生じ、分布反転は下方にあるレベ
ルに対して生ずる。全ての励起は上方のレーザー
レベルに集中されるからこのレーザーは高効率の
ものとなる可能性がある。 他の要素でレーザー作用を行わせるためその能
動長と容積を調整すると同じ概念に基づく他の実
施例が可能である。例えば、第１の装置と平行し
て上方に約12mm離間して第２の分割形プラズマ装
置を配置することによつて（プラズマが相手方の
方へ拡大するように位置せしめることによつて）、
1.433μmでの分割形プラズマカドミウムレーザー
の電力出力は５分の１以上増大した。プラズマを
閉じ込めるため高さ5.5mmのガラス板をカドミウ
ム条片の列の両側に配置することによつて、
1.433μmでの分割形プラズマカドミウムレーザー
からの電力出力は４分の１だけ増大した。更に、
Cd SPERレーザーの間隙の数を６から46に増や
すと、入力エネルギーを一定とした場合、その利
得と電力出力は著しく増大した。 【表】
レーザーに関する。 再結合レーザーは、合焦形レーザー（focused
lasers）の比較的低エネルギー（0.5mJ程度）出
力を用いてレーザーで蒸気化した金属（Cd）の
再結合プラズマ中で発生することができる（例え
ばOpticsLetters，1979年９月、Vol.4、No.９、
271―273ページにW.T.Silfuast，L.H.Szeto、O.
R.Wood によつて著わされた“Nd及びCO2レ
ーザーで発生したカドミウムプラズマ中の再結合
レーザー”と題する文献を参照）。このような動
作はプラズマ拡散を制御し電子冷却速度を増しそ
のため再結合速度を早めるところの低圧バツクグ
ラウンドガス中にターゲツト材料のレーザーで発
生したプラズマを拡散させることによつて得られ
る。更に試験したところ円筒焦点合せによつてつ
くられる焦点領域のプラズマの分割
（Segmentation）は連続線焦点によつてプラズマ
を発生するよりもキセノンガス中で再結合レーザ
ーを発生するのが一層有効であることが判つた。
同じ入力エネルギーに対し連続線焦点プラズマに
比べて分割した焦点プラズマではXeレーザー出
力が24倍増大した。このような増大はプラズマを
拡散させ、そのためプラズマ再結合速度を早めた
プラズマを取囲む大量の冷却ガスによるものであ
つた（Appliecl Physics Letters、1979年２月１
日Vol.34、No.３、213―215ページにN.T.
Silfvast、L.H.Szeto、O.R.Wood によつて著
された“周期的ポンピングを用いるキセノンの超
高利得レーザー発生プラズマレーザー”と題する
文献を参照）。 これら周知の構成はレーザー源によるレーザー
材料の励起を開示するものである。このような周
知のレーザー励起再結合レーザーの効率は初期の
励起レーザー源の効率によつて制限され低下す
る。 上記のような問題は本発明によつて解決される
が、本発明の再結合レーザーは少なくとも１つの
間隙を有する少なくとも２つの導体条片を備えた
レーザー媒体を含む共振レーザー空洞を有し、そ
の間隙は少なくとも１つの介在する放電路を与
え、空洞にイオン化したレーザー媒体をつくる励
起装置を有し、この励起装置は高電圧、高電流パ
ルスを導電条片に印加する手段をもつている。 本発明の図示実施例では高電圧、高電流パルス
は小さな間隙によつて分離されバツフアガスを含
んでいるか真空のレーザー空洞に直列に備え付け
られた一連の２つ又はそれ以上の導電条片へ印加
される。高電圧、高電流パルスが導電条片に印加
されると、条片材料からイオンのプラズマが間隙
領域に形成される。一度形成されると、これらの
プラズマは半球状に拡大し、冷却して再結合しレ
ーザー動作を行う。プラズマの組成は条片材料、
間隙の電界、間隙寸法、バツクグラウンドガスの
形式及び圧力に依存する。 Cd蒸気中で分割形プラズマ励起再結合
（SPER）レーザーを作るのに用いた本発明の実
施例が第１図に示されている。 夫々厚さ１mm、幅２mm、長さ10mmのカドミウム
条片１０１―１１０が長さ約15cmのガラス板１２
０の上に１mmの間隔をおいて配置される。而し
て、これらの電極構体はガス室に据えつけられる
（第１図には示されていない）。0.01μF程度のコン
デンサ１３０が約21kVまで充填され、スパーク
ギヤツプ形スイツチのようなスイツチ１３１によ
つて一連の金属条片１０１―１１０間で放電され
る。それによつて生じた840Aの電流パルスは
1.2MHzのリンキング周波数を有し、各間隙にあ
ざやかな金属蒸気プラズマを発生する。第１図の
領域１４１―１４９はプラズマが間隙から５トー
ルのヘリウムのバツクグラウンドガス中へ半球状
に拡大した後のプラズマの形状を示す。これらの
領域は直径１cmの容積に相当する。個々のプラズ
マの外見はCdターゲツト上にパルスNd又はCO2
レーザーからの合焦した出力によつてつくられた
ものと類似していることが判つた。 最大反射率が1.35乃至1.53μmとなるように被覆
し曲率半径が3mの２つの誘電体鏡１５０，１５
１が長さ約22.5cmの共振器を形成し、1.43μmのレ
ーザー輻射線を放射するようにした。この共振器
の光軸１６０はカドミウム条片の列と並列に且つ
それより約７cm上方に配置されている。この共振
器からの出力は矢印１７０で示すように適当なフ
イルタを通して例えば室温Geダイオード上に合
焦される。 ガラス板１２０はレーザーの動作にとつて必須
のものではない。実際、ガラス板１２０は取り除
くことができ、レーザー出力に大した影響は与え
ない。しかし、このガラス板は電極の支持体とし
て機能し、或る程度プラズマの拡大方向を制御す
ることができる。 第１図に示したものと同じ装置を用いて、近赤
外線のSPERレーザーが表に示した８つの要素
で0.94乃至1.84μmの間の波長で達成された。表は
またこれらの要素に対する波長と、遷移過程を示
している。測定した波長は要素の中性スペクトル
（イオン化されていない要素のエネルギーレベル
スペクトルという）の遷移で見分けられている。
全ての場合、発振遷移は中性スペーシーズ（中性
要素、即ちイオン化されていない中性状態の要素
をいう）の励起状態でのエネルギーギヤツプの直
ぐ上と下のレベルの間で生ずる。知る限りでは
Mg，Zn，Inの中性スペクトルではレーザー作用
は以前観測されなかつた。第１図に示した装置を
使用してカドミウ以外の材料にレーザー発振を起
こすにはカドミウム条片を他の材料の条片と取り
替え、レーザー共振器に適当な波長のところに高
反射率をもつた鏡を付与するだけでよい。 ３トールのヘリウムガスの存在下で最初18kV
まで充電した0.01μFのコンデンサを放電すること
によつてカドミウムのSPERレーザーから得られ
た1.433μmの出力が第２図に示されている。後方
の鏡１５０を取り去ると、自然放出か又は誘導放
出による1.433μm又はその近傍での輻射線は検出
されなかつた。2μsecの電流パルスが終つた後、
約40μsec遅れて約48μsecのレーザーパルスが発生
した。或る条件下では5μsecと100μsecの遅延時間
が観測された。この遅延は中性カドミウム（イオ
ン化されていないカドミウムをいう）における高
度に励起されたレベルからの可視自然放出の観測
結果と充分な相関関係があつた。この遅延した自
然放出は1977年９月１日発行のAppliecl Physics
Letters、VoL.31、No.５、第334―337頁にW.T.
Silfvast、L.H.Szeto、O.R.Wood によつて著
わされた“アルゴン、クリプトン及びキセノンの
拡散CO2レーザー発生プラズマ中での再結合レー
ザー”と題する論文に詳述されたプラズマ―再結
合プロセスの特徴である。 第２図に示されたパルスのピーク電力は装置の
能動長が短かかつたために高くはなかつた。この
パルスのエネルギーを測定してみたところ50マイ
クロジユールの上限が与えられた。従つて、パル
ス幅を48μsecとすると、ピーク電力は１ワツト以
下であるはずである。しかし、パルス当り発生す
る原子の数は以下述べるように少ないから、仮に
全てのカドミウム限子が最初に上方のレーザーレ
ベルにあつて共振器が蓄積された全エネルギーを
取り出すことができたとしても、10マイクロジユ
ール以下しか期待できないはずである。従つて、
表の最終列に記載された相対的な出力電力は検
出器の出力電圧によつて与えられている。 レーザー出力のヘリウム圧力に対する依存関係
は金属条片間の間隙の数と寸法によつて変わるこ
とが判つた。例えば、間隙を１mmとしたカドミウ
ムの分割形プラズマ再結合レーザーでは、最適ヘ
リウム圧力は充電電圧を一定として間隙１つでは
３トール、間隙６つでは７トール、間隙１２では
12トールであつた。これと同じような装置では、
図示実施例のレーザー共振器の光軸１６０の最適
位置が条片の列の７mm上にあつたけれども、３mm
乃至10mmの範囲のどこでもレーザー発振を観測す
ることができた。 分割形プラズマカドミウムレーザーについて寿
命試験を行つた。試験すべき装置は厚さ１mm、幅
２mm、長さ10mmのカドミウムの条片を0.5mmの幅
の間隙をとつて構成した。その装置を１秒当り２
パルスの割合で100000パルスの間全電力で
（0.01μFのコンデンサを21KVに充電して）稼動
したところ、７トールのヘリウムガスを時折交換
しなければならなかつたけれども出力電力に減少
は認められなかつた。 100000パルス印加した後、上記の装置を分解し
カドミウム条片の重量を測定した。試験中に間隙
当り2.1mgのカドミウムが失われていることが判
つた。これは１パルスにつき間隙当り1014原子消
失したことに相当する。このことは間隙における
初期のカドミウム濃度が最大1017cm-3であること
を示唆するものである。レーザー発振が始まつて
容積の拡大が生じた後にはカドミウム濃度は1014
cm-3以下に低下した。電流パルスとレーザー発振
の開始との間に大きな遅延があることと、励起状
態のエネルギーギヤツプ間で生ずる遷移によつて
のみレーザー作用が生ずることとを併せ考える
と、上記の事実は次のようなプラズマ―再結合プ
ロセスによる分布反転のメカニズムの根拠をなす
ものである。即ち、間隙に生ずるカドミウム原子
の大部分な最初イオンとして現われると考えられ
る。容積の拡大（１mm3から103mm3へ）中に、プ
ラズマ電子はヘリウムガスとの衝突によつて冷却
され、その結果電子―イオンの再結合速度は著し
く大となる。電子密度が高いのでカドミウムイオ
ンが自由プラズマ電子と再結合すると、それらは
他の自由電子と電子との衝突によつて高いところ
にある中間レベルを通して充分大きなエネルギー
ギヤツプが得られるまで下方に移動する。反転分
布はこの過程で生じ、分布反転は下方にあるレベ
ルに対して生ずる。全ての励起は上方のレーザー
レベルに集中されるからこのレーザーは高効率の
ものとなる可能性がある。 他の要素でレーザー作用を行わせるためその能
動長と容積を調整すると同じ概念に基づく他の実
施例が可能である。例えば、第１の装置と平行し
て上方に約12mm離間して第２の分割形プラズマ装
置を配置することによつて（プラズマが相手方の
方へ拡大するように位置せしめることによつて）、
1.433μmでの分割形プラズマカドミウムレーザー
の電力出力は５分の１以上増大した。プラズマを
閉じ込めるため高さ5.5mmのガラス板をカドミウ
ム条片の列の両側に配置することによつて、
1.433μmでの分割形プラズマカドミウムレーザー
からの電力出力は４分の１だけ増大した。更に、
Cd SPERレーザーの間隙の数を６から46に増や
すと、入力エネルギーを一定とした場合、その利
得と電力出力は著しく増大した。 【表】
第１図はCd金属条片を用いた本発明の実施例
を示す概略図、第２図はバツクグラウンドガスと
して３トールのヘリウムを用い0.01μFのコンデン
サを18KVに最初充電して放電することより分割
形プラズマ再結合レーザーから生じた1.433μmの
出力をオツシロスコープに描いた波形図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１０１―１１０…
導電条片、１３０…励起手段、１５０，１５１…
共振レーザー空洞。
を示す概略図、第２図はバツクグラウンドガスと
して３トールのヘリウムを用い0.01μFのコンデン
サを18KVに最初充電して放電することより分割
形プラズマ再結合レーザーから生じた1.433μmの
出力をオツシロスコープに描いた波形図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１０１―１１０…
導電条片、１３０…励起手段、１５０，１５１…
共振レーザー空洞。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 延長され間隔が離れた電極（例えば、101―
110）を含み、その少なくとも１つが該電極間の
電気放電に応動してプラズマを発生する物質源か
ら成る輻射線を放射する再結合プラズマを発生す
る装置であつて、該少なくとも１つの電極とその
隣の電極がその間に線状に並べられた間〓の列を
形成するよう連続して配置され、該間〓の各々で
発生されたプラズマを該間〓から遠くに膨張さ
せ、冷却させ及び再結合させ、このようにして輻
射をプラズマ発生間〓領域の外側に発生させ、か
つ該プラズマが該電極の最も端のものの間に印加
される電圧に応動して該間〓のおのおので発生さ
れるような再結合プラズマを発生する装置と、 光学的空洞であつて、空洞の光学的軸が、プラ
ズマが膨張する空間に隣り合う電極表面を相互接
続する線に平行で、かつ線からオフセツトされて
いる光学的空洞とを含む再結合レーザー。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の再結合レーザ
ーにおいて、さらにバツクグラウンドガスをふく
むことを特徴とする再結合レーザー。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の再結合レーザ
ーにおいて、バツクグラウンドガスはヘリウムで
あることを特徴とする再結合レーザー。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レーザ
ーにおいて該電極は銀よりなることを特徴とする
再結合レーザー。 ５ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レーザ
ーにおいて、該電極はカドミウムよりなることを
特徴とする再結合レーザー。 ６ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レーザ
ーにおいて、該電極は炭素よりなることを特徴と
する再結合レーザー。 ７ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レーザ
ーにおいて、該電極はインジウムよりなることを
特徴とする再結合レーザー。 ８ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レーザ
ーにおいて、該電極はマグネシウムよりなること
を特徴とする再結合レーザー。 ９ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レーザ
ーにおいて、該電極は鉛よりなることを特徴とす
る再結合レーザー。 １０ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レー
ザーにおいて、該電極は錫よりなることを特徴と
する再結合レーザー。 １１ 特許請求の範囲第３項に記載の再結合レー
ザーにおいて、該電極は亜鉛よりなることを特徴
とする再結合レーザー。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/082,308 US4336506A (en) | 1979-10-05 | 1979-10-05 | Segmented plasma excitation-recombination laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5660086A JPS5660086A (en) | 1981-05-23 |
| JPH0421357B2 true JPH0421357B2 (ja) | 1992-04-09 |
Family
ID=22170387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13784680A Granted JPS5660086A (en) | 1979-10-05 | 1980-10-03 | Recombination laser |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4336506A (ja) |
| EP (1) | EP0026923B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5660086A (ja) |
| CA (1) | CA1164989A (ja) |
| DE (1) | DE3070255D1 (ja) |
Families Citing this family (11)
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|---|---|---|---|---|
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| US4388720A (en) * | 1981-04-06 | 1983-06-14 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | External control of recombination rate for electron-ion recombination lasers |
| JPS59500935A (ja) * | 1982-04-09 | 1984-05-24 | ウエスタ−ン エレクトリツク カムパニ−，インコ−ポレ−テツド | 分割型プラズマ励起再結合光源 |
| US4441189A (en) * | 1982-04-09 | 1984-04-03 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Foil electrode SPER light source |
| US4498182A (en) * | 1982-06-18 | 1985-02-05 | At&T Bell Laboratories | Continuous wave sper laser |
| US4411733A (en) * | 1982-06-18 | 1983-10-25 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | SPER Device for material working |
| US4504955A (en) * | 1982-08-13 | 1985-03-12 | At&T Bell Laboratories | Low voltage operation of arc discharge devices |
| US4737964A (en) * | 1985-11-12 | 1988-04-12 | Hughes Aircraft Company | RF discharge suppression in low pressure gas devices |
| DE4002048C2 (de) * | 1990-01-24 | 1993-11-18 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Rekombinationslaser |
| US5394411A (en) * | 1994-02-16 | 1995-02-28 | University Of Maryland, College Park | Method for producing high intensity optical through x-ray waveguide and applications |
| US6804327B2 (en) * | 2001-04-03 | 2004-10-12 | Lambda Physik Ag | Method and apparatus for generating high output power gas discharge based source of extreme ultraviolet radiation and/or soft x-rays |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4222678Y1 (ja) * | 1965-08-20 | 1967-12-23 | ||
| JPS498198A (ja) * | 1972-05-10 | 1974-01-24 | ||
| JPS5338920A (en) * | 1976-09-21 | 1978-04-10 | Canon Inc | Recording paper selecting device |
| JPS542555A (en) * | 1977-06-08 | 1979-01-10 | Hitachi Heating Appliance Co Ltd | High frequency heating device |
| JPS5428591A (en) * | 1977-08-05 | 1979-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | Lateral exciting laser oscillating device |
| JPS5497398A (en) * | 1977-12-27 | 1979-08-01 | United Technologies Corp | Method of and device for bearing electric power to gaseous medium |
| JPS54101697A (en) * | 1978-01-27 | 1979-08-10 | Toshiba Corp | Gas laser unit |
| JPS5517501A (en) * | 1977-08-31 | 1980-02-07 | Tokai Plast Kk | Method of forming protruded section in plastic container or cover by vacant or pressure formation |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3619812A (en) * | 1969-08-25 | 1971-11-09 | Gen Dynamics Corp | Metallic vapor laser |
| FR2091869B1 (ja) * | 1970-03-02 | 1974-08-09 | Commissariat Energie Atomique | |
| US4041414A (en) * | 1973-05-30 | 1977-08-09 | Canadian Patents And Development Limited | Multiple arc radiation preionizer for gas lasers |
| US3891941A (en) * | 1974-01-25 | 1975-06-24 | Us Army | Imploding cylinder metal vapor laser |
| US4295103A (en) * | 1978-03-23 | 1981-10-13 | Ariold Ljudmirsky | Metal vapor laser |
-
1979
- 1979-10-05 US US06/082,308 patent/US4336506A/en not_active Expired - Lifetime
-
1980
- 1980-09-22 CA CA000360700A patent/CA1164989A/en not_active Expired
- 1980-10-02 DE DE8080105979T patent/DE3070255D1/de not_active Expired
- 1980-10-02 EP EP80105979A patent/EP0026923B1/en not_active Expired
- 1980-10-03 JP JP13784680A patent/JPS5660086A/ja active Granted
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4222678Y1 (ja) * | 1965-08-20 | 1967-12-23 | ||
| JPS498198A (ja) * | 1972-05-10 | 1974-01-24 | ||
| JPS5338920A (en) * | 1976-09-21 | 1978-04-10 | Canon Inc | Recording paper selecting device |
| JPS542555A (en) * | 1977-06-08 | 1979-01-10 | Hitachi Heating Appliance Co Ltd | High frequency heating device |
| JPS5428591A (en) * | 1977-08-05 | 1979-03-03 | Mitsubishi Electric Corp | Lateral exciting laser oscillating device |
| JPS5517501A (en) * | 1977-08-31 | 1980-02-07 | Tokai Plast Kk | Method of forming protruded section in plastic container or cover by vacant or pressure formation |
| JPS5497398A (en) * | 1977-12-27 | 1979-08-01 | United Technologies Corp | Method of and device for bearing electric power to gaseous medium |
| JPS54101697A (en) * | 1978-01-27 | 1979-08-10 | Toshiba Corp | Gas laser unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1164989A (en) | 1984-04-03 |
| JPS5660086A (en) | 1981-05-23 |
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| EP0026923A3 (en) | 1982-04-21 |
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| DE3070255D1 (en) | 1985-04-11 |
| EP0026923B1 (en) | 1985-03-06 |
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