JPH0621535A - 金属蒸気レーザー発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザー発振持続時間が長く、長時間安定した
性能を発揮する。 【構成】炉芯管４の内面に内側炉芯管４ａを設ける。こ
の内側炉芯管４ａには金属蒸気源が含浸されている。炉
芯管４の両端は一対の電極２，３が設けられ、電極２，
３は電極支持フランジ13で支持されている。電極支持フ
ランジ13にはブルースター管14が接続されており、ブル
ースター管14にはブルースター窓11が取り付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属蒸気レーザー発振装
置に係り、特に断熱効果を高め、断熱材から放出される
ガスによる影響が少なく長時間安定した性能を発揮する
金属蒸気レーザー発振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー発振装置は素材切削加工、光通
信、医療、原子力産業など広い分野で使用されている。
特に、医療分野においては眼科の治療用等、特定の波長
レーザーの発光源として採用されている。

【０００３】図２により従来の金属蒸気レーザー発振装
置を説明する。図２は金属蒸気レーザー発振装置の構造
を示す縦断面図である。従来の金属蒸気レーザー発振装
置１は中心軸方向に対向して配設した電極２，３間に形
成される放電領域を囲むように炉芯管４が配設されてい
る。

【０００４】炉芯管４の外側には同心状に真空シール材
５が配設され、炉芯管４と真空シール材５との間に例え
ばアルミナ、セラミックファイバ等の断熱材料からなる
断熱層６が形成され、さらに炉芯管４および真空シール
材５を保持し格納する外筒７が最外周に設けられてい
る。

【０００５】真空シール材５は、シール用リング８によ
って内部を真空状態に密封保持し、真空シール材５の内
部空間にはネオンまたはヘリウム等の希薄ガスが充填さ
れている。

【０００６】一方、炉芯管４はセラミックなどの耐熱材
料で円筒状に形成され、その内部には金属蒸気源となる
金属粒９が配置されている。また、外筒７はセラミック
ブレーク10を介して軸方向一体に接合されている。

【０００７】セラミックブレーク10は電極２，３間にお
ける放電状態を良好に維持するための絶縁体としての機
能を果す。また、炉芯管４の両端外方には電極支持フラ
ンジ13およびブルースター管14を介して光学研摩された
ブルースター窓11が配設される。

【０００８】上記のように構成された金属蒸気レーザー
発振装置１の電極２，３間に高電圧を印加すると放電領
域にプラズマが発生し、炉芯管４内は1400〜1800℃程度
の高温状態に至る。このとき、配置された金属粒９は加
熱されて蒸発し、金属蒸気が得られる。

【０００９】この金属蒸気は放電エネルギーが付与され
て、励起状態に移行するが、時間の経過とともに基底準
位に戻る。このときのエネルギー準位の変化に対応して
所定の波長のレーザー光12が発振される。レーザー光12
はブルースター窓11を経て単一波長を有するコヒーレン
ト光となって医療用等に使用される。

【００１０】一般に、この種の金属蒸気レーザー発振装
置の運転時間は、充填した金属粒の消費によって決定さ
れる。したがって、持続運転時間を長く（長寿命化）す
るためには金属粒の充填量を多くするか、その消費の割
合を少なくすることが重要な要素となっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
金属蒸気レーザー発振装置においては炉芯管の内面に金
属粒を配置した構造であるため、一度に多くの金属粒を
充填できず、その消費割合も大きいため、持続運転時間
（寿命）が短くなるという課題がある。

【００１２】金属蒸気源が金属粒の場合の持続時間の例
を表１に示す。この表に示すように通常の金属消費率お
よび充填金属粒を想定すると運転持続時間は 224〜 523
時間である。週休２日として１日12時間運転するとする
と、 365（日／年）×５日／７日×12Ｈ／日＝3129Ｈ／
年となり、年に何回も金属粒を充填するか、１度に10倍
位の金属粒を充填する必要がある。やはり充填の頻度は
年に１回位が望まれ、また金属粒を１回に大量に充填す
ると放電への悪影響となるので少量が望ましいことにな
る。

【００１３】

【表１】

【００１４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、レーザー発振持続時間が長く、長時間安定し
た性能を発揮し得る金属蒸気レーザー発振装置を提供す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は金属蒸気を発生
する金属蒸気源が配置された炉芯管と、この炉芯管の外
周囲に設けられた断熱層と、前記炉芯管の両端に設置さ
れた一対の電極と、前記断熱層の外周囲に真空シール材
を介して設けられた外筒と、前記電極を支持しかつ前記
外筒の両端部に接続された電極支持フランジと、この電
極支持フランジに取着されたブルースター管と、このブ
ルースター管に取り付けられたレーザー光取り出し用ブ
ルースター窓とを具備し、前記炉芯管の少なくとも一部
を多孔質材料で形成して前記金属蒸気源を含浸させてな
ることを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記構成の金属蒸気レーザー発振装置によれ
ば、多孔質材料の炉芯管の内部に金属蒸気源となる金属
を含浸させているため、１回に多量の金属を充填するこ
とができる。これを表２に示す。

【００１７】

【表２】

【００１８】表２によれば多孔質セラミックの気孔率を
10〜30％と想定し、これに金属を含浸させたもので、持
続時間が6391〜 44739時間となり、表１の金属粒のもの
に比べて28倍程度長持続時間化になることがわかる。す
なわち、3129時間以上の持続時間が確保でき、金属を年
１度充填すればよい。

【００１９】また、炉芯管の一部を多孔質としてその部
分を肉厚とすれば、その肉厚内部を自由に金属液体が拡
散できるためにウイック現象を生ぜしめることができ
る。ウイックとはろうそくの芯と同じ働きをするもの
で、炉芯管の軸方向の温度分布によって発生する。

【００２０】すなわち、軸中央部が高温で、両端部が低
温であるために金属は軸中央部で蒸発し、低温の端部で
管内面で結露する。この液体状金属は再び多孔質管肉厚
内部を管軸中央部の方に移し再び蒸発する。このウイッ
ク現象によって金属消費率を著しく低下させることがで
き、例えば１／５に消費率を下げることができるため、
著しい長持続時間を確保できる。

【００２１】

【実施例】本発明に係る金属蒸気レーザー発振装置の一
実施例を図１を参照して説明する。なお、図１中、図２
と同一部品、同一要素には同一符号を付している。

【００２２】本実施例の金属蒸気レーザー発振装置１ａ
は、本体軸方向に対向して電極２，３を配設し、電極
２，３間に形成される放電領域を囲むように、例えばセ
ラミックなどの耐熱性材料で形成した炉芯管４が設けら
れている。炉芯管４の内側には同心状に多孔質材料とし
て例えば多孔質セラミックからなる内側炉芯管４ａが配
設されている。

【００２３】炉芯管４の外側には真空シール材５が設け
られ、炉芯管４と真空シール材５との間に例えばアルミ
ナ、セラミックファイバ等の断熱材料からなる断熱層６
が形成され、さらに炉芯管４および真空シール材５を保
持し格納する外筒７が最外周に設けられている。

【００２４】真空シール材５は、シール用リング８によ
って内部を真空状態に密封保持し、真空シール材５の内
部空間にはネオンまたはヘリウム等の希薄ガスが充填さ
れている。

【００２５】一方、内側炉芯管４ａは多孔質セラミック
などの耐熱材料で円筒状に形成され、その内部には金属
蒸気源となる金属粒９が配置されている。金属粒９は加
熱によって内側炉芯管４ａに含浸される。また、外筒７
はセラミックブレーク10を介して軸方向一体に接合され
ている。

【００２６】セラミックブレーク10は電極２，３間にお
ける放電状態を良好に維持するための絶縁体としての機
能を果すものである。また、炉芯管４の両端外方には電
極支持フランジ13およびブルースター管14を介して光学
研摩されたブルースター窓11が配設されている。

【００２７】図１のように構成された金属蒸気レーザー
発振装置１ａの電極２，３間に高電圧を印加すると放電
領域にプラズマが発生し、内側炉芯管４ａ内は1400〜18
00℃程度の高温状態に至る。このとき含浸された金属粒
９は加熱されて蒸発し金属蒸気が得られる。

【００２８】この金属蒸気は放電エネルギーを付与され
て、励起状態に移行するが、時間の経過とともに基底準
位に戻る。このときのエネルギー準位の変化に対応して
所定の波長のレーザー光12が発振される。

【００２９】次に、内側炉芯管４ａに金属蒸気源となる
金属の含浸方法について説明する。すなわち、金属粒９
を炉芯管４に配設した場合と同様に、内側炉芯管４ａ内
の軸方向円周上に金属粒９を多数個配置し、内側炉芯管
４ａのエージング時、またはレーザー発振作用を行う前
の放電時に温度を上昇して金属粒９を加熱し蒸発させ
て、金属を内側炉芯管４ａに含浸させる。

【００３０】この場合、レーザー発振の前段階の数時
間、放電異常するかまたは不安定なレーザー発振現象と
なるが、これには差し支えなく、その運転を継続すれば
容易に含浸を達成することができる。

【００３１】本実施例の金属蒸気レーザー発振装置１ａ
によれば、内側炉芯管４ａの素材内部に金属蒸気源とな
る金属を含浸させているため、一度に多量の金属を充填
できる。したがって、レーザー発振持続時間（寿命）を
長くでき、金属充填頻度が少なく装置の運転効率が改善
される。

【００３２】また、内側炉芯管４ａ自身がろうそくの芯
の役割をし、ウイック現象を活用できるので、金属消費
量を著しく低減でき、したがってレーザー発振の持続時
間を長くすることができる。

【００３３】さらに、炉芯管内面に蒸気源金属を固体の
金属粒の形で充填していないのでレーザー光断面に金属
粒の影を形成することがなく優良なレーザー光が得ら
れ、機動性に優れた金属蒸気レーザー発振装置を提供す
ることができる。

【００３４】なお、内側炉芯管４ａは軸方向全体にわた
り配設したが、軸方向の少くとも一部であってもよく、
軸方向の温度分布において高温部と低温部にまたがって
いれば、その位置は限定されない。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、多孔質炉芯管自身に金
属蒸気源を含浸させているので、一度に多量の金属蒸気
源を充填でき、その金属消費率が少なく、したがって従
来例と比較してレーザー発振持続時間（寿命）の長い金
属蒸気レーザー発振装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る金属蒸気レーザー発振装置の一実
施例を示す縦断面図。

【図２】従来の銅蒸気レーザー発振装置の構成を示す縦
断面図。

【符号の説明】

１，１ａ…金属蒸気レーザー発振装置、２，３…電極、
４…炉芯管、４ａ…内側炉芯管、５…真空シール材、６
…断熱層、７…外筒、８…シール用リング、９…金属
粒、10…セラミックブレーク、11…ブルースター窓、12
…レーザー光、13…電極支持フランジ、14…ブルースタ
ー管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属蒸気を発生する金属蒸気源が配置さ
   れた炉芯管と、この炉芯管の外周囲に設けられた断熱層
   と、前記炉芯管の両端に設置された一対の電極と、前記
   断熱層の外周囲に真空シール材を介して設けられた外筒
   と、前記電極を支持しかつ前記外筒の両端部に接続され
   た電極支持フランジと、この電極支持フランジに取着さ
   れたブルースター管と、このブルースター管に取り付け
   られたレーザー光取り出し用ブルースター窓とを具備
   し、前記炉芯管の少なくとも一部を多孔質材料で形成し
   て前記金属蒸気源を含浸させてなることを特徴とする金
   属蒸気レーザー発振装置。