JPH06103762B2 - 金属イオンレーザー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は構造簡易にしてブリユースター窓を金属蒸気に
よる汚染から確実に保護し得るようにした金属イオンレ
ーザーに関する。

〔従来の技術〕 近年、ホロー陰極放電を用いた金属イオンレーザーが種
々提案されている。この種のレーザーはその励起の強さ
から多色発振が可能で、現在のところHe-Cdイオンレー
ザーでは12本の発振線が観測されており、その中には光
３原色の赤，青，緑が含まれ、液体レーザーおよび固体
レーザーにみられない優れた特色を有し、例えばプリン
タ及び複写機のような装置への応用が期待されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような金属イオンレーザーにおいて
は、レーザー活性領域内で金属蒸気を扱うため、陰極表
面やブリユースター窓に金属蒸気が付着して絶えず初期
状態を保つことができず、動作特性に経年変化が起り、
出力の安定性を確保できないという問題があつた。特
に、レーザー管としてはブリユースター窓を保護するた
めに一般にホロー陰極の両端からボア内の金属蒸気が散
逸しないよう補助陽極による放電の電気泳動効果を利用
して吹き返しを行つているが、陰極ボアと同じ直径をも
つ陽光柱放電通路では充分に吹き返すことができなかつ
た。

そこで、例えばブリユースター窓の手前に金属蒸気の散
逸を防止する凝縮バツフルとしての金属蒸気凝縮部を設
けたものが提案（特開昭57-32689号公報参照）されてい
るが、このような構造においてはレーザー管自体が複雑
になり組立作業性が悪い上、凝縮部によりレーザー管の
寸法が長くなるという欠点があつた。

したがつて、本発明は上述したような従来の問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、比較的
簡単な構造でブリユースター窓の汚染を確実に防止し
得、安定した出力を得ることができるようにした金属イ
オンレーザーを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、負グロー放電を用
いてレーザー光を発生させる金属イオンレーザーにおい
て、複数個の主陽極が配設されるホロー陰極の両端に補
助陽極を設けると共に、少なくともブリュースター窓と
前記補助陽極との間に位置するようにレーザー管内に絶
縁キャップを嵌挿配置してなり、この絶縁キャップは陰
極ボア径より細い陽光柱放電通路を有して金属蒸気を主
陽極方向に吹き返すものである。

〔作用〕

本発明において、絶縁キヤツプの陽光柱放電通路は陰極
ボア径より小径で、ホロー陰極の気密性を良好に保持
し、金属蒸気の通過を阻止する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明に係る金属イオンレーザーの一実施例を
示す断面図、第２図は同レーザーの要部拡大断面図であ
る。これらの図において、１はHeガスを封入したレーザ
ー管、2,3はブリユースター窓、４はホロー陰極、5a,5
b,5cは主陽極、6a,6bは補助陽極、７は絶縁体、8A,8Bは
金属イオン発生材料９の溜部、10は陽光柱放電通路、11
はグロー領域、12は陰極暗部、13′は陰極ボア、４′は
ホロー陰極４の外管である。

前記ホロー陰極４は、例えばステンレス等からなる導電
性の肉厚パイプで形成されて、その中心孔が前記グロー
領域11の発生する陰極ボア13′を構成し、周面に前記３
本の主陽極5a,5b,5cが該陰極４の軸線方向に等間隔をお
いて配設されている。これら主陽極5a,5b,5cの間隔は比
較的狭く、例えば活性長30cm、ボア径（Ｄ）3.5cmの場
合、2cm程度に設定される。前記溜部8A,8Bは前記ホロー
陰極４の外周面に中央部の主陽極5bの両側に位置して形
成された環状溝からなり、これら溜部8A,8Bに前記金属
イオン発生材料９がそれぞれ収容されている。また、前
記各溜部8A,8Bは前記ホロー陰極４の陰極ボア13′の表
面13に形成された周方向のスリツト14A,14Bにより前記
グロー領域11に連通されている。このようにすると各溜
部8A,8Bを前記グロー領域11から実質的に離すことがで
き、プラズマの侵入を防止することができる。

前記補助陽極6a,6bは前記ブリユースター窓2,3を金属蒸
気から保護するためのもので、前記ホロー陰極４の両端
にこれと同軸接合された絶縁キヤツプ15a,15bに前記絶
縁体７を介してそれぞれ配設されている。そして、前記
各絶縁キヤツプ15a,15bの中心孔16の径d₁は前記ボア径
Ｄより小さく、ボア径Ｄから陰極暗部12の厚み分を引い
た値とほゞ等しい寸法に設定されている。

前記主陽極5a,5b,5cの絶縁体７は、セラミツク等で形成
されてその内端が前記ホロー陰極４の陰極面とほゞ面一
になるように該陰極４の陽極取付用孔（図示せず）に外
部から嵌合されてアルゴン溶接等により固着されてお
り、内端面中央には前記各主陽極5a,5b,5cの挿入端部を
収容する凹部17が形成されている。前記各主陽極5a,5b,
5cの内端は、前記絶縁体７の内端縁、換言すればホロー
陰極４の陰極面13より前記凹部17内に所定寸法ｌだけ引
込んでいる。なお、補助陽極6a,6bの絶縁体７も同様に
形成されている。

前記主陽極5a,5b,5cおよび補助陽極6a,6bの上端部は、
下端が前記絶縁体７の上面に形成された凹部に嵌合され
たガラス管30によつてそれぞれ囲繞されている。このガ
ラス管30は前記主陽極5a,5b,5cとホロー陰極４の表面と
の間での放電を防止するためのもので、該ガラス管30と
対応する陽極との距離は陽極の熱膨脹による屈曲に対し
て両者が接触しない範囲で適宜な寸法に設定保持されて
いる。

次にこのような構成においてレーザー動作について説明
する。

主陽極5a,5b,5c、補助陽極6a,6bおよびホロー陰極４と
の間に所要の電圧を印加し、前記主陽極5a,5b,5cと前記
ホロー陰極４間に負グロー放電を発生させる。ここで、
金属イオン発生材料９としてCdを用いたHe-Cdレーザー
の場合について説明すると、上記負グロー放電の熱損に
よりCd蒸気が発生し、これがHeイオンなどの励起粒子に
よつて高いエネルギー準位へ遷移される。この場合、前
記ホロー陰極４は肉厚パイプで形成されているため、熱
伝導および熱容量が大きく、レーザー管１内の温度分布
を均一にするので、異常グロー放電からアーク放電への
移行は防止される。

また、前記主陽極5a,5b,5cはその間隔が狭く設定されて
いるので、ホロー陰極４の陰極面13をHeイオンが絶えず
スパツタリングし、該陰極面13の状態をきれいにする。
また、スリツト14A,14Bを介してグロー領域11と各溜部8
A,8Bを連通し、前記溜部8A,8Bをグロー領域11から実質
的に離しているので、プラズマが各溜部8A,8Bに入り込
むのを防止することができる。したがつて、Heイオンの
スパツタリングによつてCd蒸気が過多になることがな
く、陰極温度のみによつてCd蒸気圧を制御できる利点を
有している。

また、絶縁体７の内端面に凹部17を設け、この凹部17内
に主陽極5a,5b,5cの内端を位置させ、ホロー陰極４より
引込めているので、陰極物質の絶縁体の凹部17への付着
凝固を防止する。

すなわち、主陽極5a,5b,5cを引込めると、陰極面13と面
一にした場合もしくは陰極面13より陽光柱放電通路10内
に突出させた場合に比べて、放電熱で凹部17の内面全体
を周囲の陰極温度より高くなるように焼くと同時にHeイ
オンでスパツタリングするため、Cd蒸気および陰極物質
の付着が殆んど起らず、また放電の背後（凹部17の奥
側）に入り込もうとするCd蒸気は、主陽極5a,5b,5cの真
下にある陽光柱放電の電気泳動効果によつて吹き返し、
凹部奥壁への付着を防止する。したがつて、主陽極5a,5
b,5cとホロー陰極４とが短絡して同電位になることがな
く、初期状態を良好に維持し、安定な放電を得ることが
できる。なお補助陽極6a,6bについても同様の作用効果
を有する。

また、前記陽極5a,5b,5c,6a,6bの引込み寸法ｌをあまり
大きくすると、陽光柱放電の領域内に移動縞が発生し、
陰極ボア13′内のグロー放電に、そのゆらぎを伝え、レ
ーザー領域が雑音性の多いものとなる。一方、ｌを小さ
くし過ぎると、Cd蒸気の吹き返しが悪くなる。したがつ
て、引込み寸法ｌとしては2mm程度が最適とされる。

前記各補助陽極6a,6bは絶縁キヤツプ15a,15b内における
陽光柱放電の電気泳動効果とホロー陰極４の負グロー放
電による吹き返しにより、Cd蒸気の散逸およびこの散逸
によるブリユースター窓2,3への付着を防止するが、こ
の場合本発明においては前述した通り絶縁キヤツプ15a,
15bの一端部を補助陽極6a,6bよりブリユースター窓2,3
側に位置させると共に絶縁キヤツプ15a,15bの陽光柱放
電通路10の径d₁を負グロー領域11の径とほゞ同じにし、
ホロー陰極４中の陰極暗部12に対応するリング状断面積
分をなくしているので、Cd蒸気に対する気密性を良好に
保持し得、ブリユースター窓2,3をCd蒸気からより一層
保護する。また、Cd蒸気の散逸が少ないので、ホロー陰
極４の内部全体に亘つてほぼ一様な蒸気密度を確保し
得、一様な放電を得ることができる。さらに、陽光柱放
電通路10の径d₁は任意に簡単に設定し得るので、構造的
にも従来装置に比べて簡単かつ安価に製作し得る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係る金属イオンレーザー
は、絶縁キヤツプを少なくとも補助陽極とブリユースタ
ー窓との間に設け、その陽光柱放電通路の断面積をホロ
ー陰極部のボア径より細くして陰極暗部に対応する面積
分をなくしたので、金属蒸気の気密性を良好に保持し、
金属蒸気の拡散およびブリユースター窓への付着を防止
することができ、金属蒸気の制御を容易にする。また、
絶縁キヤツプをレーザー管内に嵌挿配置した構成を採用
しているので、構造が簡単で製造組立性に優れ、これら
部材を同軸配置することができて熱膨張係数の違いによ
る影響も少なく、また所望の寸法精度を出し易く、陽光
柱放電通路の径をグロー領域の直径と正しく一致させる
ことが容易で、長期間に亙って安定した性能を発揮する
ことができ、その上絶縁にキャップの穴径も仕様に合わ
せて任意に決定でき、ボア径の異なるイオンレーザーへ
の対応が容易で、安価に提供し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属イオンレーザーの一実施例を
示す断面図、第２図は同レーザーの要部拡大断面図であ
る。 １……レーザー管、2,3……ブリユースター窓、４……
ホロー陰極、5,5a,5b……主陽極、6a、6b……補助陽
極、７……絶縁体、8A,8B……溜部、９……金属イオン
発生材料、10……陽光柱放電通路、11……グロー領域、
12……陰極暗部、13′……陰極ボア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負グロー放電を用いてレーザー光を発生さ
   せる金属イオンレーザーにおいて、複数個の主陽極が配
   設されるホロー陰極の両端に補助陽極を設けると共に、
   少なくともブリュースター窓と前記補助陽極との間に位
   置するようにレーザー管内に絶縁キャップを嵌挿配置し
   てなり、この絶縁キャップは陰極ボア径より細い陽光柱
   放電通路を有して金属蒸気を主陽極方向に吹き返すこと
   を特徴とする金属イオンレーザー。