JPH04500436A - 埋込みレーザーガス分子から構成されるレーザー陰極 - 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】 埋込みレーザーガス分子から構成されるレーザー陰極 発明の背景 本発明は１．一般に、ガス放電装置に関し、特に、そのような装置に見られる陰 極構成に関する。

レーザーは、通常、レーザーを動作させるだめの電子放出源としてレーザ一本体 、すなわちイ・ウジングに固着される加熱されない陰極、すなわち冷陰極を採用 １−ている。レーザーの本体は、一般に低い熱膨張係数を有するガラス又はガラ ス状材料から構成されれば良い。陰極は、当該技術で良く知られているように、 金属又は合金材料、たとえばアルミニウムから構成されれば良い。陰極は、一般 に、気密シールによってレーザ一本体に固着され、負電位源に接続されると七に なっている。

ガスの供給が限られているガスレーザーにおいては、陰極のスパッタリングはレ ーザーの寿命を短くする主な原因の１つである。ヘリウム−ネオンレーザ−では 、プラズマの正に帯電したガスイオンが負に帯電した陰極に引付けられて、負に 帯電した電子を放出する。残念なことに、正に帯電したイオンは陰極の活性電子 放出面から陰極材料分子を追出してしまうことがある。この現象を、普通、陰極 スパッタリンクという。ガスレーザーに適用した場合、陰極スパッタリングはレ ーザーの寿命を短くするという結果をもたらす。陰極スパッタリングの結果、追 出された陰極材料は、今度は、レイジングガス分子を陰極の活性放出面の中に捕 獲する、すなわち埋込む。ガスの供給が限られている場合、スパッタリングによ って起こるガス分子埋込み作用は、結局は、利用可能なガスイオンを、レイジン グ作用が停止する穆度にまで減少させかねない。

当該技術では、ガスレーザー用に金属陰極、特にアルミニウム陰ｉが広く使用さ れている。アルミニウム陰極は、一般に、陰極スパッタリングを阻止ブＺ・ため に、薄い酸化物層で被覆された陰極放出面を有する。陰極製造工程の間、酸化物 の層は９．アｙｂミー、クム陰極を電気回路中に＠ｊと１，７で接続した状態で 、洗浄し、たアルミニウム陰極放出面を酸素ブラズ弓゛こさらＪことにより、自 然に形成濱れイ４，１薄い酸化物層は、陰極の表面に衝突する酸素及び醗犬（； 、１−ンの１ｒ力によ−）で、〒ルミ；ラムミーアル放出面Ｃ））、（、−形成 されるのでおる。

酸化物管をイイするアルミ−ラム１典極の場合、ス・くツ・ダリングに対す６Ｓ 抵抗が大さく７５：己ため、被覆−一しのアルミニウムと比べ′Ｃ１レーデ−の １婦・」、ｊ改善される。これは、酸化物層が一般にア、　ミ、−ウムより硬い ことによるものでちる。そうでろるにもかかわらず、陰極の放出面の凹凸は、直 に、酸化物層を破壊し、陰極の局部的なスパッタリングを開始させて、レーザー の消滅をもたらすような局部イオン流を発生させる可能性がある。

さらに、レーデ−に適用する場合、非常に低い熱膨張係数を有するレーザ一本体 、すなわちレーザーブロックに陰極を固着できるように、陰極が非常に恢い熱膨 張係数を有することが望ましいときもらる。

Ｚｅｒｄ＋ｔｒやＣｅｒｖ口などの製品のような水晶から構成される・／−ザー の本体は非常に低い熱膨蛍係数を有する。この上うな場合（（は、＠極の熱膨張 係数をできる限り低く１２５、好まし２くはレーザ一本体の熱膨張係数と釣イ（ ・わせるこ、とがきわめて望咬しい。

本発、四の１ｊ的は、レーザーの寿命を増す陰極を提供することである５、 本発ｊ’［］　Ｃ’）　、ｇｌトす（１的は、活動中のガス７／〜イーの内部（ Ｔ　Ｌ・イ・、１′ングブｊ５ζブ２アズ−ｉｒ　、１ニー、つて起こる１極２ ズ、パ・ン９りング・、・）イ’、”　、ｆｌＩな効ツに対抗し′）Ｚ）陰極を １是供す−るｊ−４そ−Ｈ，ちる。

本発明、入ｘ−：１−．　ｈ８、イ・・発明Ｃ）・これ「）のｌ］的及びその他 の目的（・、１、レイ乃ンゲガス分〜ｆが３２込でれている７子放出面？含？！ −陰極大採ｒ＋］ノ′るこ、１で慣′現されイ：）１、図面の説明 第】図は、ガスレーザーの概略図である。

第２図（づ１、第１図に示す陰極の底面１．ドする。

第３図は、本発明による陰極の壁の顕微鏡図である。

発明の詳細な説明 第１図は、多種多様なガスレーザーに一般に使用されている陰極を示す。レーザ ーは、通常、ヘリウムやネオンなどのガス又はガス混合物が入っている空洞１１ を有する本体１０から構成されている。レーザ一本体には、相互間にレーザー経 路を成立させるためのミラー１２及び１４が固定されている。

通路１６及び１８は空洞１１と連通しておシ、共に、本体１０の面１９と空洞１ １との間に延出している。

面１９において通路１６を覆っているのは、陽極として利用される第１の電極２ １でろる。陽極２１は電位源３０の正側に電気的に接続されることになる。陽極 ２１は、良く知られているように、気密シール、たとえばインジウムシール（図 示せず）によって、本体１０に固着される。陽極２１は、ガスを通過する電気的 放電経路を形成するために、通路１６と連通ずる状態にらる。

同様に、第２の電極５０は面１９で通路１８を覆い、陰極として利用される。陰 極５０は電位源３０の負側に電気的に接続されることになる。陰極５０は、同じ ようにガスを通過する電気的放電経路を形成するために、通路１８と連通ずる状 態にある。

第１図及び第２図に一般的に示す通り、陰極５０は、電子放出面５６をもつ空洞 ５４を有する本体５２から構成される。陰極５０は、インジウムシール６０によ り、又は他の何らかの適切な方法によりレーザ一本体１０に固定されれば良い。

陰極５０は、電子放出面５６九１ノー＋＋″一本体；ａに人りＣいるン１ジング ガスと連通ずる状態となれるように、レーザ一本体１０に固定される。

陰極５０は、一般に、アルミニウム、ベリリウム。

アンバーなどの金属又は合金か、もしくは炭化ケイ素、炭化ホウ素又は窒化ホウ 素などのセラミックから構成される。陰極５０は、セラミックと、焼結工程の双 方を使用して構成されても良い。特に、酸化金属粒子の単一体から構成された陰 極はスパッタリングに対して高い抵抗を示す。しかしながら、この種の陰極構成 でも、以下に説明するように、本発明から利益を得る。

本発明においては特に第３図に示すように、陰極５０は、レイジングガスの分子 が埋込まれている陰極放出面５６を含む。図解の便宜上、第３図では、レイジン グガスの分子は、ヘリウムガス分子と、ネオンガス分子とを表わすＨとＮの文字 の入った円によシ示されている。符号のない円は、陰極本体材料の分子又は原子 を表わしている。符号のない円は、さらに、単一体の陰極本体の酸化金属粒子又 はセラミック粒子を表わしていても良い。

第３図には、面５６に、酸化物膜３００がさらに示されている。この膜も、スパ ッタリング効果を低下させ且つレーザーの寿命を向上させるために、当該技術で 良く知られているように設けられ、機能すれ・ば良い。

本発明の好ましい実施例においては、陰極放出面はレイジングガス分子で飽和さ れるものとするが、飽和レベルは必ず１−も要求されない。放出面５６における ガス分子の陰極本体５２内への浸透の深さは、実質的には、ガス分子を陰極本体 に埋込む際（（採用さ！Ｌる方法によって決まる。

動作中、以上説明したようにして構成された陰極はスパッタする。しかしながら 、陰極放出面はＩ／イジ：′グ、Ｕ−ス分子で飽和してしへるので、スバツ、・ ２リンク作ｆｆｉ　（ｄ、レイジングガス空洞からのし・イン：１．・グガス４ ）士ト、陰極中の「埋込み」ガス分子との交換が起こｙ−）　”’ｌ：いる上で ２に進む４つすなわち、ガス・イオンによ【、陰極放出面のボ・・バー　ドは、 埋込″まれ“１：い、６１／イジン′ゲガス、仔イを放出・させ工うとｔ？）、 −ぺ・く・・タリ　）・　グ　が　く弓　こ　う　、と　、　１３　吋１　ノｆ 　５ぺ　ｑ　７ｊ−）、’　の　ｊ　ニク　な・　Ｎ（８区　・４；に子甫檀す る。従−）で、ｔ−ｆ：；ソゲガス空洞からノ゛）陰極、λ出１丸１：゛ヒ埋込 まれ１′：いるトイ」、′・ングガ７η分子と、＠極数出面や・ら放出１）れた 埋込入ガス分子。°−Ｑ）間（・・”は、平衡状態が成立し、てい、乙。七のた め、スバツ、々す、・グ作用がらつでも、し１ジンク作用を生しさせるだめに利 用可能なガス分子が減少してしまうことはない。

レイジングガス分子による陰極放出面の飽和を達成するための方法は様々でおる 。１つの方法は、陰極を採用することになっている「はず」のレーザー発生装置 のレイジングガスを充満した「ならし運転」チャンバで、陰極を採用するもので ある。１つの電極を、ガス放電回路中の陰極として電気的に動作させる。たとえ ば、陰極をアルゴンガスレーザーと共に使用すべき場合には、チャンバはアルゴ ンガスで充満されるであろう。同様に、陰極を一＼リウムーネオンレーザーと共 に使用す゛べき場合には、チャンバはヘリウ・−ネオンガスで充満さり、るであ ろう。

ならし運転−チャンバにおいて、陰極はガス放電電流を受ζ→て、レー田゛−と 関連する通常のプラズマを発生させるものど考。く、らｈ　７．　、、」−分な 長さの時間の後、スバツ４１１ング作用が起くり、ガス分子は陰極・つて子放出 面に埋込なｔｌ、　６　、さらに、面の中・へ、の拡、牧全高めるため（でグ・ ヤンバな加熱するイニとも可能で８り及び、／　、３Ｊはその代わりにより高い 動作温度をイナ甲することができる１、プ戸〜、ケらしユ璽転チャン′バ１ζお けるガ、＜放１丁装置、セしての陰極の動作（ｚｙ：対抗するもの！：ｊ１、て 、簡単な加熱を利用するだけで良いこ、七に注意すべきである。

ろるいｌ’ｊ　、集積回路の製造１（使用されるのと同様のビームガノを使用し て、レイジングガス分子を所望の電子放出面にイオン注入することができる。

焼結工程の使用によシ、本質的に酸化金属粒子の凝集体から成る単一体により陰 極を構成しうろことを当業者ｊｄ認識ナベきでる。乙。本発明：てこれば、焼結 工程はレイジングガス分子をも含んでいても良い。このように、焼結工程の間に 、焼結した陰極材料の材料マトリクスの中にガス分子全捕獲することができる。

また、ヘリウム−ネオンなどのレイジングガス混合物は、ガス混合物成分の一方 又は他方の埋込みに際して多少なりともどちらかが優先するという結果をもたら すことに注意すべきでるる。従って、レイジングガス混合物のレイジングガス成 分のうち１つだけを埋込むことが望ましいであろう。たとえば、ヘリウム−ネオ ンガスレーザーへの適用の場合、スパッタリング中に優先して埋込まれるのはネ オンであるので、陰極放出面をネオンガス分子で飽和することが望ましいでろろ う。

本発明の真の趣旨から逸脱せずに本発明の様々な変形を実施することは可能であ り、１だ、本発明は次に続く請求の範囲の規定によってのみ限定されるものでお ることを理解すべきである。さらに詳細にいえば、本発明による陰極は、リング レーザ−及び多周波リングレーサーを含む多種多様なレーザーにより採用されて 良い。

田勘臘審赳失 国際調査報告 ＵＳ　８９０２２７６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排他約所有権又は排他的権利が請求される発明の実施例を次の通り規定する。 １．選択されたレイジングガスを採用するレーザ発生装置の陰極において、前記 陰極は、前記レイジングガスと連通する状態にある活性面を有する本体から構成 され、前記活性面には、前記レイジングがスの少なくとも１つの選択された成分 の分子が埋込まれている陰極。 ２．前記陰極本体は、前記レイジングガスの少なくとも１つの選択された成分が 存在するところで焼結工程により一体に凝集された酸化金属粒子から構成されて いる請求項１記載の陰極。 ３．前記レイジングガスはヘリウムとネオンの選択された混合物である請求項１ 記載の陰極。 ４．前記酸化金属粒子は実質的にベリリウムから構成されている請求項２記載の 陰極。 ５．前記酸化金属粒子は実質的にアルミニウムから構成されている請求項２記載 の陰極。 ６．前記放出面は薄い酸化物層をきらに含む請求項１記載の陰極。 ７．前記陰極本体はセラミツク材料から構成されている請求項１記載の陰極。 ８．選択されたレイジングガスを採用するレーザー発生装置の電極において、前 記陰極は、前記レイジングガスと連通する状態にある活性面を有する本体から構 成され、前記活性面には、前記レイジングガスの少なくとも１つの選択された成 分の分子が埋込まれている電極。 ９．前記陰極本体は、前記レイジングガスの少なくとも１つの選択された成分が 存在するところで焼結工程により一体に凝集された酸化金属粒子により構成され ている請求項８記載の電極。 １０．前記レイジングガスはヘリウムとネオンの選択された混合物である請求項 ８記載の電極。 １１．前記酸化金属粒子は実質的にベリリウムから構成されている請求項９記載 の電極。 １２．前記酸化金属粒子は実質的にアルミニウムから構成されている請求項９記 載の電極。 １３．前記放出面は薄い酸化物層をさらに含む請求項８記載の電極。 １４．前記陰極本体はセラミック材料から構成されている請求項記載の電極。 １５．レイジングガスを含む本体と； 電位源と； 前記本体に固着され且つ気密シールを形成する電極であつて、前記電極は前記電 位源の負側に電気的に接続され、前記電極は、前記ガスと連通する状態にある活 性面を有するものとを具備し；前記電極は、実質的に、前記活性面に前記レイジ ングガスの少なくとも１つの成分の粒子が埋込まれている本体から構成されてい るレーザー発生装置。 １６．選択されたレイジングガスを利用するレーザー発生装置の電極を製造する 方法において、まず、前記レイジングガスの少なくとも１つの成分の分子を前記 電極の選択された面に埋込む過程と；前記選択された面が前記レイジングガスと 連通する状態にあるように、前記電極を前記レーザー発生装置に固定する過程と から成る方法。