JPH045876A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は金属蒸気レーザ装置に係り、特に縦、横、斜め
に置くことのできる金属蒸気レーザ装置に関する。

（従来の技術） 近年、レーザ装置は素材切削加工、光通信、医療技術、
原子力産業上の利用分野で使用されている。特に、原子
力分野においては、ウラン同位体から特定の同位体を選
択的に励起分離する原子レーザ法がウラン同位体濃縮技
術の中核をなしつつある。ウラン同位体濃縮においては
、同位体波長チューニング用の色素レーザのポンピング
として、高繰り返し、高効率、高出力のレーザが得られ
金属蒸気レーザ装置の一種である銅蒸気レーザ装置が広
く採用されている。

このレーザ装置は、内部に配置された金属銅に放電エネ
ルギーを与え、高温に加熱して銅蒸気を発生させ、且つ
同時にこの蒸気を放電で励起して、レーザ媒質を形成さ
せ、銅固有の波長を有するレーザ光を発振させるもので
ある。

第３図は従来の銅蒸気レーザ装置の構成を示す断面図、
第４図は第３図の要部拡大図、第５図は第４図のＶ−Ｖ
線断面図である。

第３図に示すように、レーザ発振装置１には金属蒸気源
である銅片８を内部に配置した炉芯管（放電管）２が設
けられ、この炉芯管２の両端には、陽電極３および陰電
極４が電極支持フランジ５．６に固定され、陽電極３と
陰電極４との間に高電圧を印加することで、炉芯管２の
内部を放電空間７とするパルスニ極放電が行われる。炉
芯管２および陽電極３と陰電極４の外周面は断熱層９で
包囲され、断熱層９は保護管１０で覆われている。この
保護管１０はその外周に配置された外部真空容器１−１
とで真空断熱室１２を形成しており、外部真空容器↑１
と電極支持フランジ６との間にはブレーク管１−４が介
装されている。

また、それぞれの電極支持フランジ５，６には一対のブ
リュスタ管１９．２０が設けられており、これらの外側
には出力ミラー２２と全反射ミラー２３が配置されてレ
ーザ共振器２１−を構成している。

第３図中において、排気装置１３は右側に示されるブリ
ュスタ管１−９を通して放電空間７に接続されるととも
に、真空断熱室１２が接続され、また左側に示されるブ
リュスタ管２０には、例えばネオン（Ｎｅ）ガスを供給
するバッファガス供給源１５が接続されている。左側の
電極支持フランジ６と外部真空容器１１−との間には高
電圧電源１−６、パルス回路１７、パルスドライブ電源
］８によって直流高電圧が印加される。

上記の構成を有する金属蒸気レーザ装置では、次のよう
にしてレーザ光を発振する。

まず、銅片８が内部に配置された炉芯管２内に、バッフ
ァガス供給源１５から放電用ノンツファガスを供給する
。次に、炉芯管２の両端に設けられた陽電極３と陰電極
４との間に高電圧を印加して、放電プラズマを形成する
。この放電プラズマにより炉芯管２が高温に加熱されて
、銅片８からレーザ媒体となる蒸気化した金属粒子（銅
蒸気）が生成される。さらに、この銅蒸気は放電空間７
内に拡散し、放電空間７内の放電プラズマ中の自由電子
により励起される。この励起した銅蒸気が低いエネルギ
ー準位に遷移する際にレーザ光を発振する。

（発明が解決しようとする課題） 従来の金属蒸気レーザ装置においては、例えば銅蒸気を
発生、保持させるため銅蒸気源となる銅片８を予め炉芯
管２に配置し、銅を蒸発させるために炉芯管２の温度を
１４００〜１６０００Ｃに加熱する必要がある。このよ
うな高温では銅片８は固体ではなく、第４図および第５
図に示すように液体状となる。液体状態では表面張力に
より水滴状の球形となっている。球形状の場合には転勤
可能になるので、縦方向に置くと炉芯管２下部から炉芯
管２外へ落下して銅蒸気の供給が停止することになる。

したがって、従来構造の金属蒸気レーザ装置では縦方向
に配置することが不可能であるため、ウラン同位体濃縮
プラントのように高エネルギーレーザ光が要求されると
ころでは第６図に示すような多数台のレーザ装置が必要
となる。この場合、多数台のレーザ装置２４はシリアル
にレーザ光２６を繋いで増幅し、月つレーザ光２６を合
成器２５で合成して使用する。

レーザ装置を使う時には炉芯管や電極のメンテナンス、
交換が必要となるので、２〜３ｍオーダーの炉芯管を引
き抜くことを考慮しなければならない。そのため、横方
向もその余裕を取った配置としなければならず、レイア
ウトに必要な面積が大きくなって建屋面積も増加する。

また、配置の自由度もなくなり、プランＩ・の設計にも
余裕度がなくなる問題がある。

そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、装置設置条件が緩和されて縦
にも横にも斜めにも自由に置いてもレーザ発振が可能な
金属蒸気レーザ装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 」二記の目的を達成するために、本発明にあっては、両
端部に電極を有する放電管の内部に金属蒸気を生成する
金属蒸気源を配置し、上記電極間に高電圧を印加して放
電を行うようにした金属蒸気レーザ装置において、上記
電極は多孔質構造からなり、内部に上記金属蒸気源を含
有してなることを特徴とする。

（作用） 上記の構成を有する本発明においては、電極間に高圧の
パルス電圧を印加すると、放電管内の放電空間に放電プ
ラズマが生成される。この放電プラズマにより電極が加
熱され、この熱によって多孔質構造の電極内のレーザ媒
質となる金属蒸気源も加熱されて液化するとともに、金
属蒸気が発生する。このようにして、放電管内の放電空
間に金属蒸気が供給されるので、レーザ発振は可能にな
る。

また、電極は多孔質構造であって、その番孔は大体繋が
っているため、電極内の溶融した金属は毛細管現象によ
り金属蒸発部へ移送することになるので、金属蒸気の補
給が続くことになる。これにより、縦にも横にも斜めに
も自由に置いてもレーザ発振が可能になる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例に係る銅蒸気レーザ装置を第１
図および第２図を参照して説明する。

なお、従来の構成と同一または対応する部分には第３図
と同一の符号を用いて説明する。

第１図において、レーザ発振装置１にはそれを構成する
セラミック材からなる放電管としての炉芯管２が設けら
れ、この炉芯管２の両端にはレーザ媒質となる銅よりも
高融点の金属材料からなる陽電極３および陰電極４が電
極支持フランジ５゜６に支持されて互いに対向設置され
ており、炉芯管２の内部を放電空間７とするパルス二極
放電が行われる。そして、陽電極３および陰電極４はス
ポンジや軽石のような多孔質構造からなり、その中にレ
ーザ媒質となる金属蒸気源としての銅を含有している。

マタ、炉芯管２の外周にはアルミナファイバ等の材料か
らなる断熱層９が形成され、この断熱層９を所定位置に
固定保持するために、断熱層９の外周に石英等からなる
保護管１０が設けられている。さらに、保護管１０とそ
の外周に配置された真空容器１１とにより真空断熱室１
２を構成し、真空断熱室１２および炉芯管２内の放電空
間７は排気装置１３に接続されている。外部真空容器１
１と電極支持フランジ６との間にはセラミックまたはガ
ラス等の絶縁材からなるブレーク管１４を介装させるこ
とにより、陽電極３と陰電極４とを絶縁し、良好な放電
を行うようにしている。なお、各電極支持フランジ５，
６の軸方向外端側にはブリュスタ管１９．２０を設けで
ある。

次に、本実施例の作用を説明する。

レーザ光の発振過程を説明すると、先ず排気装置１３を
作動させて真空断熱室１２および放電空間７内を排気す
る。続いて、バッファガス供給源１５から放電空間７内
にＮｅ等のバッファガスを導入し、内部を一定圧力に保
持する。この状態で高電圧電源１６、パルス回路１７、
パルスドライブ電源１８を起動すると、陽電極３および
陰電極４の間に高圧のパルス電圧が印加され、炉芯管２
内の放電空間７において放電プラズマが生成される。

すなわち、電極３，４間に数ＫＶから数十ＫＶの高電圧
が瞬時に印加されると、数千アンペアもの大電流が数十
ｎ５ｅｃもの短時間で流れ、その時の電力は数ＭＷと大
きい。ここで、電極から高エネルギーの電子が放出され
る時に電極材の電子放出に必要な仕事関数相当が熱エネ
ルギーになり、電極３，４が加熱される。この熱によっ
て多孔質構造の電極３，４内のレーザ媒質となる金属銅
も加熱されて液化するとともに、銅蒸気が発生する。

このようにして、炉芯管２内の放電空間７内に銅蒸気が
供給されるので、レーザ発振は可能になる。

そして、上記放電プラズマ中の自由電子に浮遊状態の銅
蒸気が衝突し、それが励起される。励起された銅蒸気は
低エネルギー準位に遷移する際に所定波長のレーザ光が
発生する。放電空間７内で発生したレーザ光はブリュス
タ管１９．２０の窓を透過してレーザ共振器２１を構成
する出力ミラー２２および全反射ミラー２３で反射する
間に増幅されて光強度が増大し、出力ミラー２２からレ
ーザ光が出力される。

ここで、多孔質構造の孔はスポンジや軽石のようにほぼ
連続する孔構造に形成されており、各孔は大体繋がって
いる。そこで、電極内の溶融した銅は毛細管現象により
銅の蒸発部へ移送することになるので、銅蒸気の補給が
続くことになる。

このように本実施例によれば、電極内から直接銅蒸気の
補給がなされるので、装置を縦方向に設置してもレーザ
媒質となる金属銅が炉芯管下部から炉芯管外へ落下する
ことがない。

なお、上記実施例では本発明を銅蒸気レーザ装置に適用
した例について説明したが、これに限らず、他の金属蒸
気レーザ装置であっても適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、電極内から直接
金属蒸気の補給がなされるので、高温下において転がり
易い水滴状の液体金属となる金属蒸気源を放電管の中に
配置しなくて済み、装置の設置条件が緩和されて縦にも
、横にも、斜めにも自由に配置することができる。これ
により、特に金属蒸気レーザ装置を多数台使用する場合
には縦型配置することで、レイアウト面積の低減が図れ
るとともに、配置の自由度が高くなりプラント設計の余
裕度が向上するという効果を奏する。

【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装置の一実施例に
おける電極部分を示す拡大断面図、第２図は第１図の電
極を備えた金属蒸気レーザ装置を示す断面図、第３図は
従来の銅蒸気レーザ装置の構成を示す断面図、第４図は
第３図の要部拡大図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線断面図
、第６図は多数の金属蒸気レーザ装置を有するプラント
を示す概略図である。 １・・・レーザ発振装置、２・・・炉芯管（放電管）、
３・・・陽電極、４・・・陰電極、５．６・・・電極支
持フランジ、７・・・放電空間、２１・・・レーザ共振
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　両端部に電極を有する放電管の内部に金属蒸気を生成
   する金属蒸気源を配置し、上記電極間に高電圧を印加し
   て放電を行うようにした金属蒸気レーザ装置において、
   上記電極は多孔質構造からなり、内部に上記金属蒸気源
   を含有してなることを特徴とする金属蒸気レーザ装置。