JPH04236476A - Metal vapor laser - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[発明の目的][Object of the invention]
【0002】0002
【産業上の利用分野】本発明は、バッファガス中でレー
ザー媒質金属を放電加熱することにより金属蒸気を生成
し、この金属蒸気を励起することによりレーザー光を発
振させる金属蒸気レーザー装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal vapor laser device which generates metal vapor by discharging and heating a laser medium metal in a buffer gas and oscillates laser light by exciting the metal vapor.
【0003】0003
【従来の技術】図6には従来の金属蒸気レーザー装置1
が示されている。この金属蒸気レーザー装置1は、バッ
ファガスが封入された真空容器3と、この真空容器3内
に配置されたプラズマ管11と、このプラズマ管11内
に配置された一対の筒状放電電極5、7と、プラズマ管
11の外周を覆うように真空容器3の内壁との間に配置
された断熱材13と、電極5、7に電圧を印加する電源
15と、真空容器3の両端部に配置されたミラー17、
19(但しミラー17の反射率はミラー19より低く、
入射された光の一部は透過する。)からなる共振器とで
構成されている。またプラズマ管11上にはレーザー媒
質金属である金属片9が設置されている。[Prior Art] FIG. 6 shows a conventional metal vapor laser device 1.
It is shown. This metal vapor laser device 1 includes a vacuum vessel 3 filled with a buffer gas, a plasma tube 11 disposed within the vacuum vessel 3, a pair of cylindrical discharge electrodes 5 disposed within the plasma tube 11, 7, a heat insulating material 13 disposed between the inner wall of the vacuum vessel 3 so as to cover the outer periphery of the plasma tube 11, a power supply 15 for applying voltage to the electrodes 5 and 7, and a heat insulating material 13 disposed at both ends of the vacuum vessel 3. mirror 17,
19 (However, the reflectance of mirror 17 is lower than that of mirror 19,
Part of the incident light is transmitted. ). Further, a metal piece 9 which is a laser medium metal is installed on the plasma tube 11.
【0004】以上の構成の金属蒸気レーザー装置1によ
ってレーザー光を発振させる場合には、電極5、7間に
放電電源15によって電圧を印加し、バッファガス中で
放電させる。この放電によって金属片9が加熱されて気
化し金属蒸気が生成される。そして金属蒸気を電極5、
7間に印加した電圧で放電させることにより励起し共振
器のミラー17、19によりレーザー光を発振させる。When oscillating laser light with the metal vapor laser device 1 having the above configuration, a voltage is applied between the electrodes 5 and 7 by the discharge power supply 15 to cause discharge in a buffer gas. The metal piece 9 is heated and vaporized by this discharge, and metal vapor is generated. Then, the metal vapor is transferred to the electrode 5,
It is excited by discharging with a voltage applied between 7 and causes the mirrors 17 and 19 of the resonator to oscillate laser light.
【0005】なお、金属片9は、蒸気圧が低く、動作温
度の高い金属例えば金、銅等が用いられており、150
0℃〜1700℃まで加熱される。The metal piece 9 is made of a metal with low vapor pressure and high operating temperature, such as gold or copper.
Heated from 0°C to 1700°C.
【0006】ところが、上記放電加熱により金属蒸気を
生成する場合、断熱材13や、プラズマ管11からガス
(大部分は水分)がプラズマ管11内のバッファガス中
に放出され、バッファガスの放電を阻害するので、放電
が不安定になる。そこで、放電を一旦停止して、プラズ
マ管11内のバッファガスを排出し、新にバッファガス
をプラズマ管11内に封入した後に再び放電させる。こ
れらの作業を繰り返し行いながら電極5、7に印加する
放電電圧を徐々に上昇させ、金属片9を蒸発させるのに
必要な熱が得られるまで電圧を上昇させ放電させるよう
になっている。However, when metal vapor is generated by the above-mentioned discharge heating, gas (mostly water) is released from the heat insulating material 13 and the plasma tube 11 into the buffer gas inside the plasma tube 11, which prevents the discharge of the buffer gas. As a result, the discharge becomes unstable. Therefore, the discharge is temporarily stopped, the buffer gas inside the plasma tube 11 is discharged, and after a new buffer gas is filled in the plasma tube 11, the discharge is started again. While repeating these operations, the discharge voltage applied to the electrodes 5 and 7 is gradually increased, and the voltage is increased until the heat necessary to evaporate the metal piece 9 is obtained, causing discharge.
【0007】しかしながら、プラズマ管11の周りに配
置された断熱材13が新しい場合には、放電加熱によっ
てバッファガス中に放出されるガス(大部分は水分)の
量が多いため、金属片9を気化させるのに必要な熱が得
られるまで電圧を印加するので、レーザー光を発振させ
るまで時間が掛かっていた。However, when the heat insulating material 13 placed around the plasma tube 11 is new, a large amount of gas (mostly water) is released into the buffer gas by discharge heating, so the metal piece 9 is Because voltage is applied until the heat necessary for vaporization is obtained, it takes time to oscillate the laser beam.
【0008】また、プラズマ管11内のバッファガスの
排出、封入及び電圧の上昇作業を十分に行っても、一旦
レーザー光の発振を停止して再びレーザー光を発振させ
る場合には、停止中にプラズマ管11内に生じた水分を
蒸発させるために放電させる時間が長くなり、レーザー
光の発振に時間が掛かっていた。Furthermore, even if the buffer gas in the plasma tube 11 is sufficiently discharged, sealed, and the voltage increased, if the laser beam oscillation is stopped and the laser beam is to be oscillated again, it is necessary to In order to evaporate the moisture generated in the plasma tube 11, the discharge time becomes long, and it takes time for the laser beam to oscillate.
【0009】さらに、レーザー発振を一旦停止した後に
再び放電を開始すると電圧印加時に放電が不安定になり
、電極の一部に放電が集中し電極やプラズマ管の損傷に
つながり、金属蒸気レーザ装置の寿命を短くしていた。Furthermore, if the discharge is started again after the laser oscillation is temporarily stopped, the discharge becomes unstable when voltage is applied, and the discharge concentrates on a part of the electrode, leading to damage to the electrode and the plasma tube, which may cause damage to the metal vapor laser device. It was shortening my lifespan.
【0010】0010
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の金
属蒸気レーザー装置は、レーザー光の発振まで多くの時
間と労力を必要としていた。また装置の寿命が短く、信
頼性に欠けていた。SUMMARY OF THE INVENTION As described above, conventional metal vapor laser devices require a lot of time and effort until the laser beam is oscillated. Additionally, the device had a short lifespan and lacked reliability.
【0011】そこで本発明は、レーザー光の発振までの
立ち上げ時間及び労力を低減することが出来、装置の寿
命を長くすることが出来る金属蒸気レーザー装置を提供
することが目的である。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, it is an object of the present invention to provide a metal vapor laser device that can reduce the start-up time and labor required for laser beam oscillation, and can extend the life of the device.
【0012】[発明の構成][Configuration of the invention]
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1記載の発明では、レーザー媒質金属を加熱する
放電時に発光した光から所定の原子の発光線を選別する
と共にこの所定の原子の発光線の強度を検出する光選別
検出手段と、この光選別検出手段によって検出された所
定の原子の発光線の強度が入力されこの所定の原子の発
光線の強度が一定あるいは減少時に前記放電電源の前記
電圧を上昇させる電圧制御装置とを設けたことを特徴と
している。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the invention as set forth in claim 1 selects the emission line of a predetermined atom from the light emitted during the discharge to heat the laser medium metal, and an optical selection detection means for detecting the intensity of the emission line; and the intensity of the emission line of a predetermined atom detected by the optical selection detection means is input, and when the intensity of the emission line of the predetermined atom is constant or decreases, the discharge power source The present invention is characterized in that a voltage control device for increasing the voltage is provided.
【0014】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
所定の原子が水素原子であることを特徴としている。The invention according to claim 2 is characterized in that the predetermined atom according to claim 1 is a hydrogen atom.
【0015】[0015]
【作用】上記構成の本発明によれば、光選別検出手段に
よって水素原子の発光線が選別され、この選別された所
定の原子例えば水素原子の発光線の強度が検出される。
この検出結果は電圧制御装置に入力される。電圧制御装
置はこの結果に基づいて所定の原子の発光線の強度変化
が一定あるいは減少時に放電電源の電圧を上昇させる。According to the present invention having the above structure, the light emission line of hydrogen atoms is selected by the optical selection detection means, and the intensity of the emission line of the selected predetermined atom, for example, the hydrogen atom, is detected. This detection result is input to the voltage control device. Based on this result, the voltage control device increases the voltage of the discharge power source when the intensity change of the emission line of a predetermined atom is constant or decreases.
【0016】この場合、放電電源の電圧を上昇させると
、水素原子の発光線の発光強度は強くなるが、ある時間
を経過すると徐々に低下する。この時間はバッファガス
中への断熱材等からのガス(大部分は水分)の放出量が
少なくなれば短くなり、いわゆる焼き出しが十分行われ
たことを示している。また断熱材等からのガスの放出量
が多い場合には水素原子の発光線の発光強度が低下する
時間が長くなり焼き出しが不十分であることを示してい
る。In this case, when the voltage of the discharge power supply is increased, the emission intensity of the emission line of hydrogen atoms becomes stronger, but gradually decreases after a certain period of time. This time becomes shorter as the amount of gas (mostly water) released from the heat insulating material etc. into the buffer gas decreases, indicating that so-called bake-out has been sufficiently performed. Further, when the amount of gas released from the heat insulating material is large, it takes a long time for the emission intensity of the emission line of hydrogen atoms to decrease, indicating that the bakeout is insufficient.
【0017】従って、放電時の水素原子の発光線の強度
の増減を測定することにより焼き出しの程度の目安にな
り、上述の如く水素原子の発光線の強度変化が一定ある
いは減少時に放電電源の電圧を上昇させる。これを自動
的に繰り返し行うことによりレーザー光の発振までの立
ち上げ時間及び労力を低減することが出来る。また電圧
の上昇率を小刻みに行うことにより放電の集中を極力防
止することが出来、装置の寿命を長くすることが出来る
。Therefore, measuring the increase or decrease in the intensity of the emission line of hydrogen atoms during discharge can be used as an indicator of the degree of burnout, and as mentioned above, when the change in the intensity of the emission line of hydrogen atoms is constant or decreasing, the discharge power supply Increase voltage. By automatically repeating this process, it is possible to reduce the start-up time and labor required for laser beam oscillation. Furthermore, by increasing the voltage increase rate in small increments, concentration of discharge can be prevented as much as possible, and the life of the device can be extended.
【0018】[0018]
【実施例】次に図1乃至図5を用いて本発明に係る金属
蒸気レーザー装置の実施例について説明する。なお図6
の金属蒸気レーザー装置1と同構成部分については図面
に同符号を付して重複した説明を省略する。[Embodiment] Next, an embodiment of a metal vapor laser device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. In addition, Figure 6
Components that are the same as those of the metal vapor laser device 1 shown in FIG.
【0019】第1実施例
図1に示されるように本実施例の金属蒸気レーザー装置
21には、光選別検出手段33と、放電電源15を制御
する電圧制御装置27とが設けられている。光選別検出
手段33は、ミラー17を透過した放電光が入射されて
分光され水素のスペクトルを選別する分光器23と、こ
の分光器23によって選別された水素の発光線を検出し
て電気信号に変換する受光器25とで構成されている。
受光器25から出力された電気信号は放電電源15を制
御する電圧制御装置27に入力される。First Embodiment As shown in FIG. 1, the metal vapor laser device 21 of this embodiment is provided with optical selection detection means 33 and a voltage control device 27 for controlling the discharge power source 15. The optical selection and detection means 33 includes a spectrometer 23 that receives the discharge light that has passed through the mirror 17, separates it, and selects the hydrogen spectrum, and detects the hydrogen emission line that has been selected by the spectrometer 23 and converts it into an electrical signal. It is composed of a light receiver 25 that performs the conversion. The electrical signal output from the light receiver 25 is input to a voltage control device 27 that controls the discharge power source 15.
【0020】上記構成の金属蒸気レーザー装置21の起
動について図2に示すフローチャートに従い説明する。
ステップ101で放電電源15によって初期電圧V1
を放電電極5、7間に印加する。この初期電圧V1 に
よって、プラズマ管11内で放電して、放電光がミラー
17を透過して分光器23に入射される。分光器23に
入射された放電光は分光されて水素原子の発光線Hβ(
4816オングストローム)が選別される。選別された
水素原子の発光線Hβはステップ103で、受光器25
により光強度が測定され、ステップ105で、光強度が
一定かあるいは減ったか否かが判断される。光強度が減
っていれば、ステップ107で放電電圧V1 をV2
に上昇させる。ステップ105で水素原子の発光線の光
強度が増加している場合には、ステップ103で放電光
に含まれる水素原子の発光線の強度が繰り返し検出され
る。Activation of the metal vapor laser device 21 having the above configuration will be explained with reference to the flowchart shown in FIG. In step 101, the initial voltage V1 is set by the discharge power supply 15.
is applied between the discharge electrodes 5 and 7. This initial voltage V1 causes a discharge within the plasma tube 11, and the discharge light passes through the mirror 17 and enters the spectroscope 23. The discharge light incident on the spectrometer 23 is spectrally divided and the emission line Hβ of hydrogen atoms (
4816 angstroms) are selected. In step 103, the selected emission line Hβ of the hydrogen atoms is sent to the light receiver 25.
The light intensity is measured, and in step 105 it is determined whether the light intensity is constant or has decreased. If the light intensity has decreased, the discharge voltage V1 is changed to V2 in step 107.
to rise to. If the light intensity of the hydrogen atom emission line is increasing in step 105, the intensity of the hydrogen atom emission line included in the discharge light is repeatedly detected in step 103.
【0021】放電電圧V1 をV2 に上昇させた後に
ステップ109でレーザー光が発振したか否か判断され
、レーザー光が発振していれば終了する。レーザー光が
発振していなければステップ103以下が繰り返し実行
される。そして図3に示されるように、放電電圧をV2
、V3 〜V7 に上昇させてレーザー光を発振させ
る。After the discharge voltage V1 is increased to V2, it is determined in step 109 whether or not the laser beam is oscillated, and if the laser beam is oscillated, the process ends. If the laser beam is not oscillating, steps 103 and subsequent steps are repeatedly executed. Then, as shown in Fig. 3, the discharge voltage is set to V2.
, V3 to V7 to oscillate laser light.
【0022】なお、水素原子の発光線を本実施例では水
素原子のHβ(4816オングストローム)を使用して
いるが、その他のラインすなわちHα(6563オング
ストローム)、Hγ(4102オングストローム)、H
δ(3970オングストローム)を用いても良い。In this example, Hβ (4816 angstroms) of hydrogen atoms is used as the emission line of hydrogen atoms, but other lines, namely Hα (6563 angstroms), Hγ (4102 angstroms), and H
δ (3970 angstroms) may also be used.
【0023】従って、本実施例の金属蒸気レーザー装置
では、図4に示されるように水素原子の発光線の強度が
一定あるいは減少したとき放電電圧を上昇させ、この繰
り返しにより発振させるので、レーザー光の発振までの
立ち上げ時間及び労力を低減することが出来、装置の寿
命を長くすることが出来る。Therefore, in the metal vapor laser device of this embodiment, when the intensity of the emission line of hydrogen atoms is constant or decreases as shown in FIG. The start-up time and labor required for oscillation can be reduced, and the life of the device can be extended.
【0024】また電圧の上昇率を小刻みに行うので、安
定に放電することが出来、装置の寿命を長し、信頼性を
向上することが出来る。[0024] Furthermore, since the rate of increase in voltage is carried out in small increments, stable discharge can be achieved, the life of the device can be extended, and reliability can be improved.
【0025】第2実施例次に第2実施例について図5に
基づいて説明する。本実施例は放電による発光した光の
取り出し方の他の実施例である。Second Embodiment Next, a second embodiment will be explained based on FIG. 5. This example is another example of how to extract light emitted by discharge.
【0026】図5に示されるように、本実施例の金属蒸
気レーザー装置31には、共振器の内部すなわちミラー
19と真空容器3の端部との間に一端が配設され、他端
が分光器に連結されたガラスファイバ33が備えられて
いる。このガラスファイバ33は、ミラー17、19間
の光の一部を取り出して分光器23へ導く。As shown in FIG. 5, the metal vapor laser device 31 of this embodiment has one end disposed inside the resonator, that is, between the mirror 19 and the end of the vacuum vessel 3, and the other end. A glass fiber 33 connected to a spectrometer is provided. This glass fiber 33 extracts a part of the light between the mirrors 17 and 19 and guides it to the spectroscope 23 .
【0027】このガラスファイバ33を用いることによ
り、放電光の一部をどの部分からでも取り出すことが出
来、しかも取り出した放電光をその経路にかかわらず分
光器23に導くことが出来る。By using this glass fiber 33, a part of the discharge light can be extracted from any part, and moreover, the extracted discharge light can be guided to the spectrometer 23 regardless of its path.
【0028】なお上記各実施例では、ミラー17の背後
から漏れた光や、ミラー17、19間の光の一部を取り
出したが、これに限らず他のいかなる方法で、放電によ
る光を取り出しても良い。In each of the above embodiments, the light leaking from behind the mirror 17 and a part of the light between the mirrors 17 and 19 are extracted, but the light caused by the discharge can be extracted by any other method. It's okay.
【0029】また上記各実施例では、水素原子(H)を
取り出してその強度によって放電電圧を上昇させる時期
を決めているが、他の元素として例えば酸素(O)、水
酸基(OH)アルミニウム(Al)、マグネシウム(M
g)、けい素(Si)、炭素(C)、水(H2 )、酸
素分子(O2 )、窒素分子(N2 )、窒素(N)を
取り出してその強度を求めても良い。Furthermore, in each of the above embodiments, the timing for increasing the discharge voltage is determined by extracting hydrogen atoms (H) and their strength, but other elements such as oxygen (O), hydroxyl group (OH), aluminum (Al ), magnesium (M
g), silicon (Si), carbon (C), water (H2), oxygen molecules (O2), nitrogen molecules (N2), and nitrogen (N) may be taken out and their strengths determined.
【0030】さらに各原子を選択する場合には、金属蒸
気の温度によって、測定すべき不純物(上記各原子)を
任意に選択するようにしても良い。Furthermore, when selecting each atom, the impurity to be measured (the above-mentioned atoms) may be arbitrarily selected depending on the temperature of the metal vapor.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る金属蒸
気レーザー装置は、レーザー媒質金属を加熱する放電時
に発光した光から水素原子の発光線を選別すると共にこ
の水素原子の発光線の強度を検出する光選別検出手段と
、この光選別検出手段によって検出された水素原子の発
光線の強度が入力されこの水素原子の発光線の強度が一
定あるいは減少時に前記放電電源の前記電圧を上昇させ
る電圧制御装置とを設けたので、レーザー光の発振まで
の立ち上げ時間及び労力を低減することが出来、信頼性
を向上することが出来るという優れた効果が得られる。Effects of the Invention As explained above, the metal vapor laser device according to the present invention can select the emission line of hydrogen atoms from the light emitted during the discharge to heat the laser medium metal, and can also control the intensity of the emission line of the hydrogen atoms. an optical selection detection means for detection, and a voltage that increases the voltage of the discharge power supply when the intensity of the hydrogen atom emission line detected by the optical selection detection means is input and the intensity of the hydrogen atom emission line remains constant or decreases. Since a control device is provided, it is possible to reduce the start-up time and labor required until the laser beam oscillates, and the excellent effects of improving reliability can be obtained.
【図1】本発明に係る金属蒸気レーザー装置の第1実施
例を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a metal vapor laser device according to the present invention.
【図2】金属蒸気レーザー装置の起動動作を示すフロー
チャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the startup operation of the metal vapor laser device.
【図3】水素原子の発光線の強度の変化を示す線図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing changes in intensity of emission lines of hydrogen atoms.
【図4】金属蒸気レーザー装置を自動的に立ち上げる状
態を示す線図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which the metal vapor laser device is automatically started up.
【図5】本発明に係る金属蒸気レーザー装置の第2実施
例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the metal vapor laser device according to the present invention.
【図6】従来の金属蒸気レーザー装置を示す構成図であ
る。FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional metal vapor laser device.
5、7 放電電極 9 金属片 11 プラズマ管 15 放電電源 17、19 ミラー 21、31 金属蒸気レーザー装置 23 分光器 25 受光器 27 電圧制御装置 5, 7 Discharge electrode 9 Metal piece 11 Plasma tube 15 Discharge power supply 17, 19 Mirror 21, 31 Metal vapor laser device 23 Spectrometer 25 Photo receiver 27 Voltage control device
Claims (2)
、この真空容器内に配置された一対の電極と、これらの
電極間に電圧を印加してバッファガス中で放電させる放
電電源とを備え、前記真空容器内に設置されたレーザー
媒質金属をバッファガス中の放電により加熱して金属蒸
気を生成し、この金属蒸気を励起してレーザー光を発振
させる金属蒸気レーザー装置において、前記バッファガ
ス中の放電時に発光した光から所定の原子の発光線を選
別すると共にこの所定の原子の発光線の強度を検出する
光選別検出手段と、この光選別検出手段によって検出さ
れた所定の元素の発光線の強度が入力されこの所定の原
子の発光線の強度が一定あるいは減少した時前記放電電
源の前記電圧を上昇させる電圧制御装置とを設けたこと
を特徴とする金属蒸気レーザー装置。1. A vacuum container filled with a buffer gas, a pair of electrodes disposed within the vacuum container, and a discharge power source that applies a voltage between these electrodes to cause discharge in the buffer gas, In a metal vapor laser device that heats a laser medium metal placed in the vacuum container by electric discharge in a buffer gas to generate metal vapor, and excites this metal vapor to oscillate a laser beam, the metal vapor in the buffer gas an optical selection detection means for selecting the emission line of a predetermined atom from the light emitted during discharge and detecting the intensity of the emission line of the predetermined atom; A metal vapor laser device comprising: a voltage control device for increasing the voltage of the discharge power source when an intensity is input and the intensity of the emission line of a predetermined atom is constant or decreases.
を特徴とする請求項1記載の金属蒸気レーザー装置。2. The metal vapor laser device according to claim 1, wherein the predetermined atom is a hydrogen atom.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP529991A JPH04236476A (en) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | Metal vapor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP529991A JPH04236476A (en) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | Metal vapor laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04236476A true JPH04236476A (en) | 1992-08-25 |
Family
ID=11607372
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP529991A Pending JPH04236476A (en) | 1991-01-21 | 1991-01-21 | Metal vapor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04236476A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8238396B2 (en) | 2010-04-05 | 2012-08-07 | Fanuc Corporation | Gas laser oscillator having function for judging discharge initiation |
-
1991
- 1991-01-21 JP JP529991A patent/JPH04236476A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8238396B2 (en) | 2010-04-05 | 2012-08-07 | Fanuc Corporation | Gas laser oscillator having function for judging discharge initiation |
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