JPH07254738A

JPH07254738A - ヨウ素レーザーおよび装置

Info

Publication number: JPH07254738A
Application number: JP7012894A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Fujii; 洋郎藤井; Shiyumiidobaagaa Yozefu; シュミードバーガーヨゼフ
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1994-03-14
Publication date: 1995-10-03
Anticipated expiration: 2020-04-20
Also published as: JP3639871B2

Abstract

(57)【要約】【目的】化学励起酸素生成器を用いることなく発振さ
れたヨウ素レーザーおよび装置を提供する。【構成】一重項励起酸素からヨウ素原子へのエネルギ
ー移乗により発振されてなるヨウ素レーザーであって、
前記一重項励起酸素がＲＦ放電型励起酸素発生器１０に
より生成されてなるものである。また、本発明のヨウ素
レーザー装置１は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０から
の励起酸素とヨウ素気化器２０からのヨウ素原子をレー
ザー発振器３０において反応させエネルギー移乗を行い
レーザー発振をさせるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヨウ素レーザーおよび装
置に関する。さらに詳しくは、ＲＦ放電型励起酸素生成
器により生成された一重項励起酸素を用いてなるヨウ素
レーザーおよび装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスレーザーの一種であるヨウ素レーザ
ーは、高出力、高効率、高光質、ファイバー導光がよい
こと、高吸収率であることから将来各分野で利用が期待
されているものである。

【０００３】従来、このヨウ素レーザーは、図２０およ
び図２１に示す化学励起酸素発生器ｂを有するヨウ素レ
ーザー装置ａにより発振されている。この化学励起酸素
生成器ｂにおいては、図２０および図２１に示すよう
に、過酸化水素水に水酸化ナトリウム溶液を加え、この
混合溶液中に塩素ガスがバブリングされて一重項励起酸
素（Ｏ₂（¹Δ））（以下、単に励起酸素ということもあ
る）が生成される。この生成された励起酸素は前記のご
とく湿式法により生成されるので、生成された励起酸素
には水分が含まれている。そのため、水蒸気トラップｃ
が設けられて励起酸素中の水分の除去がなされている。

【０００４】この水蒸気トラップｃは、図２１にその概
略が示されるように、回転ディスクｄに励起酸素中に含
まれている水蒸気を氷結させて、それをスクレイパー
（図示せず）により掻き落とすことにより水蒸気を除去
するものである。このため、この水蒸気トラップｃ内に
は多数枚の回転ディスクｄが設けられている。その結
果、この水蒸気トラップｃは大型化するとともに、回転
ディスクｄの冷却に要するエネルギーやその回転に要す
るエネルギーの消費も相当なものとなる。そのため、当
然のことながら設備費およびランニングコストが増大す
る。また、原料として使用される塩素ガス、過酸化水素
水および水酸化ナトリウム水溶液も高価であるため、こ
れによってもランニングコストが増大する。

【０００５】それに加えて、励起酸素を生成するために
用いられている塩素ガスがバブリングされた水溶液は、
そのまま放流することができないため、廃液処理設備が
必要となる。また、塩素ガスのバブリングの際の余剰の
塩素ガスやバブリングの過程で副産物として生成される
塩化水素ガスも有害ガスであるため、その排ガス処理設
備も必要となる。この各処理設備が必要なことも、この
化学励起酸素発生器ｂを有するヨウ素レーザー装置ａの
大型化およびコストの増大を助長している。なお、図１
９において、ｅはヨウ素インジェクタを示す。

【０００６】このように、化学励起酸素発生器ｂを有す
るヨウ素レーザー装置ａは、かかる問題を有しているた
めに、化学励起酸素発生器ｂを用いない、いわゆる乾式
の励起酸素発生器を有するヨウ素レーザー装置の研究が
なされている。この乾式の励起酸素発生器に関する研究
報告としては、「マイクロウェーブエキサイテイショ
ンオブオキシゲンＯ₂（¹Δ）フォーアンオ
キシゲンーイオダインレーザー（ＤＦＶＬＲ−ＦＢ８
９−２３）」や「フィジカルカイネティクスオブ
アエッチエフグローディスチャージインオキ
シゲンジェネレイションオブザＯ₂（¹Δ）ス
テイトフォーポンプィングアンイオダインレー
ザー（ＣｚｅｃｈＪ．Ｐｈｙｓ．Ｂ３４（１
９８４））」などがある。

【０００７】しかしながら、これらの文献に報告されて
いる方式では、励起酸素発生率は最高で１０％程度であ
るため、ヨウ素レーザーを発振させるための閾値を超え
ることができない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、化学励起酸素
発生器を用いることなく発振されるヨウ素レーザーおよ
び装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等はかかる従来
技術の問題点に対し鋭意研究した結果、ＲＦ放電におい
て、ホローカソードの形態を適当に選択するとともに、
ホローカソードを通過する酸素ガスの流速、ホロー内圧
力、投入電力などを適当に選択してＲＦ放電を行うと、
プラズマ化されていない中性酸素とグロー部との間にお
けるアフターグロープラズマ層において効率よく励起酸
素が生成されることを見出し本発明を完成するに至っ
た。

【００１０】すなわち、本発明のヨウ素レーザーは、一
重項励起酸素からヨウ素原子へのエネルギー移乗により
発振されてなるヨウ素レーザーであって、前記一重項励
起酸素がＲＦ放電型励起酸素発生器により生成されてな
ることを特徴とする。

【００１１】本発明のヨウ素レーザー装置の第１態様
は、ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放電型励起酸
素発生器の下流に設けられているレーザー発振器と、該
レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップ
と、該ヨウ素トラップの下流に設けられている真空ポン
プと、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ
素気化器とを備え、前記ＲＦ放電型励起酸素発生器によ
り一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発振器にお
いて、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前記一重項
励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー発振がな
されることを特徴とする。

【００１２】本発明のヨウ素レーザー装置の第２態様
は、ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放電型励起酸
素発生器の下流に設けられているレーザー発振器と、該
レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップ
と、該ヨウ素トラップの下流に設けられている循環送風
機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ
素気化器とを備え、前記ヨウ素気化器へのキャリアガス
として酸素ガスが用いられ、前記ＲＦ放電型励起酸素発
生器により一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発
振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前
記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー
発振がなされ、前記ヨウ素トラップによりレーザー発振
後のガスからヨウ素分が分離され、前記ヨウ素分が分離
されたガスが、前記循環送風機により前記ＲＦ放電型励
起酸素発生器に循環されることを特徴とする。

【００１３】本発明のヨウ素レーザー装置の第２態様に
おいては、前記レーザー発振器に圧力検出器が装着さ
れ、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間から、
圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備え
てなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁が、
前記圧力検出器からの信号に基づいて制御されるのが好
ましい。

【００１４】本発明のヨウ素レーザー装置の第３態様
は、ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放電型励起酸
素発生器の下流に設けられているレーザー発振器と、該
レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップ
と、該ヨウ素トラップの下流に設けられている循環送風
機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ
素気化器とを備え、前記ヨウ素気化器へのキャリアガス
として酸素ガスが用いられ、前記ＲＦ放電型励起酸素発
生器により一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発
振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前
記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー
発振がなされ、前記ヨウ素トラップによりレーザー発振
後のガスからヨウ素分が分離され、前記ヨウ素分が分離
されたガスが、前記循環送風機により前記ＲＦ放電型励
起酸素発生器と前記ヨウ素気化器に分岐されて循環され
ることを特徴とする。

【００１５】本発明のヨウ素レーザー装置の第３態様に
おいては、前記レーザー発振器に圧力検出器が装着さ
れ、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間から、
圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備え
てなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁が、
前記圧力検出器からの信号に基づいて制御されるのが好
ましい。

【００１６】本発明のヨウ素レーザー装置の第４態様
は、ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放電型励起酸
素発生器の下流に設けられているレーザー発振器と、該
レーザー発振器の下流に設けられている循環送風機とを
備え、前記ＲＦ放電型励起酸素発生器により一重項励起
酸素が生成され、前記レーザー発振器において、前記一
重項励起酸素のエネルギーがヨウ素原子に移乗されてレ
ーザー発振がされ、前記循環送風機により、レーザー発
振後のガスが前記ＲＦ放電型励起酸素発生器に循環され
ることを特徴とする。

【００１７】本発明のヨウ素レーザー装置の第４態様に
おいては、前記ＲＦ放電型励起酸素発生器と前記レーザ
ー発振器との間に、励起ヨウ素原子からの誘導放出（発
振）を抑制する手段が配設されてなるのが好ましい。前
記発振抑制手段としては、例えば電磁石または永久磁石
からなるものがあげられる。

【００１８】また、本発明のヨウ素レーザー装置の第４
態様においては、前記レーザー発振器に圧力検出器が装
着され、前記レーザー発振器と前記循環送風機との間か
ら、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを
備えてなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁
が、前記圧力検出器からの信号に基づいて制御されるの
が好ましい。

【００１９】さらに、本発明のヨウ素レーザー装置の第
４態様においては、前記レーザー発振器の下流にヨウ素
原子および／または酸素ガスの補充ラインが接続されて
なるのが好ましい。

【００２０】ここで、前記一重項励起酸素を生成する方
法には、ホローカソードの外側にアノードを絶縁体を介
して配設してなるＲＦ放電型電極を用い、前記ホローカ
ソードの先端部に設けられた透孔から酸素ガスまたは酸
素ガスに他のガス、例えばヨウ素ガスを混合したガスを
ＲＦ放電時にプラズマ化しない中性酸素ガスが存在する
に足る流速で噴出させるものがある。

【００２１】この方法においては、前記透孔の外周部に
存在するアフターグロープラズマ層に中性酸素を２次供
給されるのも好ましい。

【００２２】また、この方法においては、前記透孔の周
壁の酸素ガス流速を低下させて、該透孔の中央部を通過
する酸素ガス量を多くするのも好ましい。

【００２３】さらに、この方法においては、前記透孔の
入口部の酸素ガスの流速を出口部の酸素ガスの流速より
も速くするのも好ましい。

【００２４】その上、この方法においては、前記生成さ
れた一重項励起酸素が濃度の高い部分から選択的に抽出
されるのも好ましい。

【００２５】また、前記ＲＦ放電型励起酸素発生器とし
ては、先端に透孔を有するホローカソードと、該ホロー
カソードの外側中間部に絶縁体を介して装着されている
アノードとからなるＲＦ放電用電極を有するものがあげ
られる。

【００２６】このＲＦ放電型励起酸素発生器において
は、前記ホローカソードが円筒体からなり、前記円筒体
の先端部が上面に透孔を有する円錐台とされてなるのが
好ましい。

【００２７】また、このＲＦ放電型励起酸素発生器にお
いては、前記ホローカソードが角体からなり、前記角体
の先端部が上面に透孔を有する台形とされてなるのも好
ましい。

【００２８】さらに、このＲＦ放電型励起酸素発生器に
おいては、前記ホローカソードの透孔の周壁にガス流速
を低下させるための抵抗が形成されてなるのも好まし
い。

【００２９】ここで、前記抵抗としては、透孔の周壁に
形成されたギザギザ状の凸凹があげられる。

【００３０】さらにまた、このＲＦ放電型励起酸素発生
器においては、前記透孔の下部に通過ガス流速を上昇さ
せるための絶縁体からなるノズルが配設されてなるのも
好ましい。あるいは、透孔を先広がりにしノズル内ガス
流速を超音速流にするのも好まく、また透孔の形状を高
さＨと内径Ｄとの比、Ｈ／ＤをＨ／Ｄ≧１とするのも好
ましい。

【００３１】その上、このＲＦ放電型励起酸素発生器に
おいては、前記透孔の上部に生成された一重項励起酸素
を吸引するための吸引ノズルが配設されるのも好まし
い。

【００３２】ここで、前記吸引ノズルとしては、例えば
パイプの中央部に励起率の低いガスを吸引排気する排気
パイプ材が設けられた構造があげられる。

【００３３】

【作用】ＲＦ放電型励起酸素発生器内でＲＦ放電がなさ
れて、ヨウ素レーザー発振に必要な一重項励起酸素が生
成される。この生成された励起酸素は、レーザー発振器
に導入される。一方、このレーザー発振器には、ヨウ素
気化器からのヨウ素原子もキャリアガスとともに導入さ
れている。そのため、このレーザー発振器内で励起酸素
からヨウ素原子へのエネルギー移乗がなされる。このエ
ネルギー移乗されたヨウ素原子が基底状態に戻る際にヨ
ウ素レーザーの発振がなされる。この発振されたヨウ素
レーザーは、レーザー発振器に設けられた窓から放射さ
れる。このレーザー発振が終了したヨウ素原子は、レー
ザー発振器の下流のヨウ素トラップにより分離回収され
る。このヨウ素原子が分離されたガスは、真空ポンプに
より大気に放出される。

【００３４】キャリアガスとして酸素が用いられている
場合は、レーザー発振後のガスは、真空ポンプにより大
気に放出される代わりに、循環送風機によりＲＦ放電型
励起酸素発生器に循環されて再利用される。この場合、
循環ガスの一部はヨウ素気化器に循環されてキャリアガ
スとしても利用されてもよい。

【００３５】あるいは、ヨウ素トラップによりヨウ素原
子を分離することなく、ヨウ素原子を含有したまま循環
送風機によりＲＦ放電型励起酸素発生器に循環されて再
利用される。この場合、レーザー発振器に到達する前
に、励起ヨウ素原子からエネルギーが誘導放出される恐
れがあるが、そのときは磁界かけることにより励起ヨウ
素からのエネルギー放出が抑制される。

【００３６】本発明においては、乾式によりヨウ素レー
ザーの発振がなされているので、水蒸気トラップ、排水
処理設備、排ガス処理設備等が不要となり、ヨウ素レー
ザー装置が簡素化されて、装置全体がコンパクトにな
る。また、水蒸気トラップ等が不要になるので、エネル
ギー消費を低減でき、ランニングコストが低減される。
さらに、励起酸素を発生させるための過酸化水素水、水
酸化ナトリウムおよぴ塩素ガスが不要となり、原料費も
低減される。ガスを循環しているものにおいては、原料
費は著しく低減される。

【００３７】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００３８】実施例１本発明の実施例１にかかわるヨウ素レーザー装置を図１
に示し、実施例１のヨウ素レーザー装置１は、ＲＦ放電
型励起酸素発生器１０と、ヨウ素気化器２０と、レーザ
ー発振器３０と、ヨウ素トラップ４０と、真空ポンプ５
０とを主要構成要素としている。

【００３９】この実施例１のヨウ素レーザー装置１にお
いては、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０により生成され
た励起酸素は連絡ダクトによりレーザー発振器３０に導
かれる。また、このレーザー発振器３０には、ヨウ素気
化器２０からのヨウ素原子が、例えばチッ素ガスなどの
キャリアガスとともに導かれている。このレーザー発振
器３０に導かれたヨウ素原子は、ヨウ素インジェクタ３
１により、レーザー発振器３０内にキャリアガスととも
に噴出される。このレーザー発振器３０内に噴出された
ヨウ素原子は、同じくこのレーザー発振器３０内に導入
されている励起酸素によりエネルギーが移乗されて励起
状態とされる。この励起されたヨウ素原子がエネルギー
を放出して基底状態に戻る際にヨウ素レーザーが発振さ
れる。この発振されたヨウ素レーザーは、レーザー発振
器３０に設けられたレーザー発振窓３２より系外に放射
される。一方、エネルギーを放出して基底状態に戻った
ヨウ素原子は、連絡ダクトによりヨウ素トラップ４０に
導かれてヨウ素原子が分離される。ついで、このヨウ素
分が分離されたガスは、下流側にある真空ポンプ５０に
より大気に放出される。

【００４０】なお、この実施例１に用いられているレー
ザー発振器３０、ヨウ素トラップ４０および真空ポンプ
５０の構成の詳細な説明は省略するが、従来より化学励
起酸素発生器が用いられているヨウ素レーザー装置に用
いられているものと同種の構成のものが用いられてい
る。このことは、特に断りがないかぎり以下の実施例に
おいても同様である。

【００４１】ここで、この実施例１に用いられているＲ
Ｆ放電型励起酸素発生器１０の励起酸素発生部について
説明する。このＲＦ放電型励起酸素発生器１０は以下に
説明する各実施例にも用いられている。

【００４２】図２および図３は、ＲＦ放電型励起酸素発
生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１の一実施例
（以下、電極実施例１という）の要部構造図である。

【００４３】図２および図３に示す電極実施例１におい
ては、電極１１は、円筒体のホローカソード１２と、こ
のホローカソード１２の外側中間部に絶縁体１３を介し
て装着されている板状のアノード１４とから構成されて
いる。このホローカソード１２の先端部１２ａは、図２
に示すように、円錐台とされ、その中央部に円形の透孔
１２ｂが設けられている。そして、このように構成され
た電極１１に、図２にブロック図的に示すように、ＲＦ
電源が接続されている。

【００４４】このホローカソード１２の下端部には、図
示しない酸素ガス供給源から酸素ガスが供給されて、透
孔１２ｂから酸素ガスが噴出させられている。この状態
において、ＲＦ電源が投入されるとＲＦ放電が起こり、
透孔１２ｂの周縁部にプラズマ部が形成される。ここ
で、前述のごとく、アノード１４がホローカソード１２
の外側中間部に装着されているので、この透孔１２ｂの
周縁部に形成されるプラズマの形状は、図４に模式的に
示すように、噴水状となる。このとき、ＲＦ電源の条件
および透孔１２ｂを通過する酸素ガスの流速を適度に調
整すると、酸素分子への電子からのエネルギー移乗時間
を短くすることができ、図５に模式的に示すように、中
央部プラズマ化されていない中性酸素１５が存在し、そ
の外側に一重項励起酸素が生成されるミキシング部１６
と、さらにその外側にプラズマ部１７が存在する状態が
形成される。このＲＦ放電型励起酸素発生器１０は、こ
のミキシング部１６で生成された一重項励起酸素を取り
出して使用するものである。本明細書では、このプラズ
マ部１７と中性酸素１５との間のミキシング部１６近傍
の電子のエネルギーレベルの低い部分を、アフターグロ
ープラズマ層１８という。

【００４５】なお、ここで、例えばホローノズルの径を
３ｍｍ、高さを４ｍｍとした場合、酸素ガス量１Ｎｌ／
ｍｉｎ、ホローノズルの１次圧力を５０Ｔｏｒｒ、２次
圧力を１Ｔｏｒｒとするときは、透孔１２ｂを通過する
ときの酸素ガスの流速は、例えば約４００ｍ／秒とされ
ている。この時のＲＦ電源入力は５００Ｗ程度で、しか
も高い励起率が得られた。

【００４６】このように、電極実施例１においては、ホ
ローカソード１２に酸素ガスを通過させて、ＲＦ放電を
行うだけで一重項励起酸素を生成することができる。

【００４７】図６および図７は、ＲＦ放電型励起酸素発
生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１の他の実施例
（以下、電極実施例２という）の要部構造図である。

【００４８】図６および図７に示す電極実施例２におい
ては、電極１１は、長方形状のホローカソード１２と、
このホローカソード１２の外側中間部に絶縁体１３を介
して装着されている板状のアノード１４とから構成され
ている。このホローカソード１２の先端部１２ａは、図
６に示すように、台形とされ、その中央部に長方形状の
透孔１２ｂが設けられている。そして、このように構成
された電極に、図６にブロック図的に示すように、ＲＦ
電源が接続されている。

【００４９】しかして、このように構成された電極実施
例２においても、電極実施例１と同様に、この透孔１２
ｂに酸素ガスが通過させられた状態でＲＦ放電がなされ
て一重項励起酸素が生成される。

【００５０】なお、ここでの運転条件も円形断面の電極
実施例１に準じて設定される。

【００５１】このように、電極実施例２においても、ホ
ローカソード１２に酸素ガスを通過させて、ＲＦ放電を
行うだけで一重項励起酸素を生成することができる。

【００５２】図８は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に
用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例（以
下、電極実施例３という）の要部構造図である。

【００５３】図８に示す電極実施例３は、電極実施例１
を改変したものであって、ホローカソード１２の上方
に、生成された励起酸素を選択的に取り出すための吸引
ノズル１９が配設されてなるものである。この吸引ノズ
ル１９の配設位置は、その中心が励起酸素の濃度が一番
高い位置に一致するようにされるのが好ましい。

【００５４】このように、電極実施例３においては、生
成された励起酸素を、その濃度が高い箇所から選択的に
取り出すことができる。したがって、励起酸素発生器１
０からレーザー発振器３０へ送気されるガス中の励起酸
素濃度を高くすることができ、レーザー発振器３０にお
ける発振効率を向上することができる。

【００５５】図９は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に
用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例（以
下、電極実施例４という）の要部構造図である。

【００５６】図９に示す電極実施例４は、電極実施例３
を改変したものである。すなわち、電極実施例３におい
ては、図８に示すように、励起酸素濃度の高い箇所が一
箇所であるために、吸引ノズル１９は円筒体とされてい
るが、電極実施例４においては、励起酸素濃度の高い箇
所が外周部にあるために、吸引ノズル１９は中心部に排
気部１９ａが設けられた円筒体とされて、排気部１９ａ
と外筒１９ｂとの間に吸引部１９ｃが形成されている。
この吸引部１９ｃの配設位置は、その中心が励起酸素の
濃度が一番高い位置に一致するようにされるのが好まし
い。なお、排気部１９ａ付近の濃度の低いガスは本排気
部１９ａにより除去される。

【００５７】このように、電極実施例４においても、電
極実施例３と同様に、生成された励起酸素を、その濃度
が高い箇所から選択的に取り出すことができ、レーザー
発振器３０における発振効率を向上することができる。

【００５８】図１０および図１１は、ＲＦ放電型励起酸
素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極のさらに他の
実施例（以下、電極実施例５という）の要部構造図であ
る。

【００５９】図１０および図１１に示す電極実施例５
は、電極実施例１を改変したものである。すなわち、電
極実施例５においては、円筒体の筒体１２自身にも酸素
ガスの流路１２ｃが形成されて、この流路より二次酸素
ガスが、透孔１２ｂの外周部に存在するアフターグロー
プラズマ層１８の外周部に噴出されるようにされてい
る。このように電極実施例５においては、酸素ガスが多
段的に投入されているので、励起酸素が効率よく多量に
生成される。したがって、励起酸素発生器１０からレー
ザー発振器３０へ送気されるガス中の励起酸素濃度を高
くすることができ、レーザー発振器３０における発振効
率を向上することができる。

【００６０】図１２は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０
に用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例
（以下、電極実施例６という）の要部構造図である。

【００６１】図１２に示す電極実施例６は、電極実施例
１を改変したものである。すなわち、電極実施例６にお
いては、透孔１２ｂの壁面に噴出酸素ガスの壁面に沿う
流速を低下させて、中央部を流れる酸素ガスの流量を多
くするための抵抗が形成されている。この抵抗１２ｄ
は、例えば図１２に示すように、壁面にぎざぎざの凹凸
を形成して設けられる。この電極実施例６においては、
励起酸素生成効率の悪い透孔の壁面の酸素ガス流速を低
下させてその部分の流量を減少させるとともに、励起酸
素生成効率の高い部分（中央部）の酸素ガスの量を増大
させているので、励起酸素生成効率を上昇させることが
できる。したがって、励起酸素発生器１０からレーザー
発振器３０へ送気されるガス中の励起酸素濃度を高くす
ることができ、レーザー発振器３０における発振効率を
向上することができる。

【００６２】図１３は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０
に用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例
（以下、電極実施例７という）の要部構造図である。

【００６３】図１３に示す電極実施例７は、透孔１２ｂ
の下部に、例えば耐熱ガラスなどの絶縁体からなるリン
グ状のノズル１２ｅが装着されている。このため、透孔
１２ｂ入口部の電界強度を低くすることができるととも
に、透孔１２ｂを通過する酸素ガス流速を上げることが
できるので、酸素ガスへの電子からのエネルギー移乗を
適度に抑制することができる。そのため、励起酸素を高
効率で生成することができる。したがって、励起酸素発
生器１０からレーザー発振器３０へ送気されるガス中の
励起酸素濃度を高くすることができ、レーザー発振器３
０における発振効率を向上することができる。

【００６４】さらに、ＲＦ放電用電極１１としては、例
えば図１４や図１５に示すような形状とすることもでき
る。

【００６５】図１４は透孔に先広がりのテーパを形成し
たものである。これによってもノズル内のガス流速を超
音速流にすることができ、励起率の向上が図られる。

【００６６】図１５は円形ノズル（透孔）の高さＨと内
径Ｄとの比Ｈ／ＤをＨ／Ｄ≧１としたものである。これ
によっても、励起率の向上が図られる。

【００６７】以上、ＲＦ放電用電極１１を実施例に基づ
いて説明してきたが、この電極１１は前記に限定される
ものではなく、前記各電極実施例を組み合わせることも
できる。例えば、電極実施例５において、電極実施例３
に設けられているような吸引ノズル１９を設けることも
できる。

【００６８】実施例２本発明の実施例２にかかわるヨウ素レーザー装置を図１
６に示し、実施例２のヨウ素レーザー装置１Ａは、ＲＦ
放電型励起酸素発生器１０と、ヨウ素気化器２０と、レ
ーザー発振器３０と、ヨウ素トラップ４０と、循環送風
機６０とを主要構成要素としている。

【００６９】この実施例２のヨウ素レーザー装置１Ａで
は、キャリアガスが酸素ガスとされ、ヨウ素トラップ４
０によりヨウ素が分離された後のガスが、循環送風機６
０によりＲＦ放電型励起酸素発生器１０に循環されてい
る点が実施例１と相違しているが、その他は実施例１と
同様とされている。このように、実施例２においては、
ガスを循環させて使用しているので、原料ガスの消費を
著しく低減することができる。

【００７０】ここで、循環送風機６０としては、各種の
ものを用いることができるが、ターボ型送風機を用いる
のが、軽量小型化の点から好ましい。

【００７１】実施例２においては、ヨウ素気化器２０か
らのキャリアガス（Ｏ₂）が供給されているために、循
環ダクト内のガス圧が上昇する。そこで、レーザー発振
器３０に圧力検出器Ｐを設けるとともに、ヨウ素トラッ
プ４０と循環送風機６０との間に圧力調節弁７１と真空
ポンプ７２からなる圧力調節ライン７０を接続し、その
圧力調節弁７１を前記圧力検出器Ｐからの信号に基づい
て制御して、循環ダクト内の圧力を一定に保つようにさ
れている。また、この圧力調節ライン７０は、ヨウ素レ
ーザー装置１Ａの起動時のダクト内の排気装置として使
用することもできる。

【００７２】実施例３本発明の実施例３にかかわるヨウ素レーザー装置を図１
７に示し、実施例３のヨウ素レーザー装置１Ｂは、ＲＦ
放電型励起酸素発生器１０と、ヨウ素気化器２０と、レ
ーザー発振器３０と、ヨウ素トラップ４０と、循環送風
機６０とを主要構成要素としている。

【００７３】この実施例３のヨウ素レーザー装置１Ｂで
は、キャリアガスが酸素ガスとされ、ヨウ素トラップ４
０によりヨウ素分が分離された後のガスが、循環送風機
６０によりＲＦ放電型励起酸素発生器１０に循環されて
いる点は実施例２と同様であるが、実施例３において
は、循環ガスの一部は分岐されてキャリアガスとしてヨ
ウ素気化器２０にも供給されている。このため、実施例
３においては、実施例２のように、キャリアガスが循環
経路内に供給されることにより経路内のガス圧が上昇す
ることはない。

【００７４】しかしながら、実施例２と同様に、レーザ
ー発振器３０に圧力検出器Ｐを設けるとともに、ヨウ素
トラップ４０と循環送風機６０との間に圧力調節弁７１
と真空ポンプ７２からなる圧力調節ライン７０を接続
し、その圧力調節弁７１を前記圧力検出器Ｐからの信号
により制御して、循環ダクト内の不測の圧力変動に対処
できるようにされているのが好ましい。また、この圧力
調節ライン７０は実施例２と同様に、ヨウ素レーザー装
置１Ｂの起動時のダクト内の排気装置としても使用され
る。

【００７５】実施例４本発明の実施例４にかかわるヨウ素レーザー装置を図１
８に示し、実施例４のヨウ素レーザー装置１Ｃは、ＲＦ
放電型励起酸素発生器１０と、レーザー発振器３０と、
循環送風機６０とを主要構成要素としている。

【００７６】この実施例４のヨウ素レーザー装置１Ｃで
は、実施例２と同様に、ガスが循環されて使用されてい
るが、ヨウ素原子が含有された状態でガスが循環され
る。このため、レーザー発振器３０にはヨウ素インジェ
クタ３１が設けられていない。かかる構成を有するヨウ
素レーザー装置１Ｃにおいては、理論上はヨウ素原子は
消耗することはないが、ダクトへの付着等によりヨウ素
原子の濃度が低下する場合があり得るので、かかる事態
に対処するために、レーザー発振器３０の下流側に、初
期充填用および補充の用のための補充ライン８０が接続
されている。また、実施例４では、通常の状態ではキャ
リアガスが循環経路内に供給されることがないので、経
路内のガス圧が上昇することはない。

【００７７】しかしながら、補充時にはキャリアガスが
系内に供給さてダクト内のガス圧が上昇するので、実施
例２と同様に、レーザー発振器３０に圧力検出器Ｐを設
けるとともに、レーザー発振器３０と循環送風機６０と
の間に圧力調節弁７１と真空ポンプ７２からなる圧力調
節ライン７０を接続し、その圧力調節弁７１を前記圧力
検出器Ｐからの信号に基づいて制御して、循環ダクト内
の不測の圧力変動に対処できるようにされているのが好
ましい。また、この圧力調節ライン７０は、実施例２と
同様に、ヨウ素レーザー装置１Ｃの起動時のダクト内の
排気装置としても使用される。

【００７８】なお、この場合、ヨウ素原子もホローカソ
ード１２に導かれるので、一部電子によりエネルギー移
乗されてプラズマ化するが、これによる投入電力の損失
はヨウ素ガスの量が酸素ガスの量の例えば１／１００と
わずかなため、励起酸素生成に際し問題となることはな
いし、また、レーザー発振に際しても問題となることは
ない。

【００７９】実施例５本発明の実施例５にかかわるヨウ素レーザー装置を図１
９に示し、実施例５のヨウ素レーザー装置１Ｄは、ＲＦ
放電型励起酸素発生器１０と、ヨウ素原子エネルギーの
誘導放出抑制手段９０と、レーザー発振器３０と、循環
送風機６０とを主要構成要素としている。

【００８０】この実施例５のヨウ素レーザー装置１Ｄ
は、実施例４を改変したものである。すなわち、実施例
４においては、励起されたヨウ素原子からのエネルギー
誘導放出が、レーザー発振器３０へ導入される前または
直後になされる恐れがある。しかしながら、このエネル
ギー誘導放出は、磁界をかけることにより防止すること
ができる。そこで、実施例５では、永久磁石や電磁石を
主要構成要素としているエネルギー移乗防止手段９０が
ＲＦ放電型励起酸素発生器１０とレーザー発振器３０と
の間に介装されて、励起酸素に所定の磁界がかけられて
いる。この場合の磁界の強度は、例えば５００ガウス程
度とされている。

【００８１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、ＲＦ放電型励起酸素発生器により得られた一重項励
起酸素を用いてヨウ素レーザー発振を行っているので、
レーザー装置を小型化することができる。したがって、
ヨウ素レーザー装置のコストを著しく低減できるという
優れた効果が得られる。また、ヨウ素レーザー装置を小
型化していること、および原料ガスの消費量が少ないの
で、ランニングコストを著しく低減することもできると
いう優れた効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のヨウ素レーザー装置のブロ
ック図である。

【図２】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起
酸素発生器に用いる電極実施例１の縦方向断面図であ
る。

【図３】同平面図である。

【図４】電極実施例１における励起酸素生成の説明図で
ある。

【図５】図４のＡーＡ線断面図である。

【図６】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起
酸素発生器に用いる電極実施例２の縦方向断面図であ
る。

【図７】同平面図である。

【図８】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起
酸素発生器に用いる電極実施例３の縦方向断面図であ
る。

【図９】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起
酸素発生器に用いる電極実施例４の縦方向断面図であ
る。

【図１０】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励
起酸素発生器に用いる電極実施例５の縦方向断面図であ
る。

【図１１】同平面図である。

【図１２】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励
起酸素発生器に用いる電極実施例６の縦方向断面図であ
る。

【図１３】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励
起酸素発生器に用いる電極実施例７の縦方向断面図であ
る。

【図１４】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励
起酸素発生器に用いる電極実施例の他の例の縦方向断面
図である。

【図１５】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励
起酸素発生器に用いる電極実施例のさらに他の例の縦方
向断面図である。

【図１６】本発明の実施例２のヨウ素レーザー装置のブ
ロック図である。

【図１７】本発明の実施例３のヨウ素レーザー装置のブ
ロック図である。

【図１８】本発明の実施例４のヨウ素レーザー装置のブ
ロック図である。

【図１９】本発明の実施例５のヨウ素レーザー装置のブ
ロック図である。

【図２０】従来の化学励起酸素発生器を用いているヨウ
素レーザー装置のブロック図である。

【図２１】同装置の一部を破断して示す斜視図である。

【符号の説明】

１ヨウ素レーザー装置１０ＲＦ放電型励起酸素発生器１１ＲＦ放電用電極１２ホローカソード１２ｂ透孔１３絶縁体１４アノード１５中性酸素１６ミキシング部１７プラズマ部１８アフターグロープラズマ層１９吸引ノズル２０ヨウ素気化器３０レーザー発振器３１ヨウ素インジェクタ３２レーザー発振窓４０ヨウ素トラップ５０真空ポンプ６０循環送風機７０圧力調節ライン７１圧力調節弁７２真空ポンプ８０補充ライン９０抑制手段（発振抑制手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一重項励起酸素からヨウ素原子へのエネ
ルギー移乗により発振されてなるヨウ素レーザーであっ
て、前記一重項励起酸素がＲＦ放電型励起酸素発生器に
より生成されてなることを特徴とするヨウ素レーザー。
【請求項２】ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放
電型励起酸素発生器の下流に設けられているレーザー発
振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ
素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられてい
る真空ポンプと、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供
給するヨウ素気化器とを備え、前記ＲＦ放電型励起酸素
発生器により一重項励起酸素が生成され、前記レーザー
発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に
前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザ
ー発振がなされることを特徴とするヨウ素レーザー装
置。
【請求項３】ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放
電型励起酸素発生器の下流に設けられているレーザー発
振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ
素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられてい
る循環送風機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供
給するヨウ素気化器とを備え、前記ヨウ素気化器へのキ
ャリアガスとして酸素ガスが用いられ、前記ＲＦ放電型
励起酸素発生器により一重項励起酸素が生成され、前記
レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ
素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされ
てレーザー発振がなされ、前記ヨウ素トラップによりレ
ーザー発振後のガスからヨウ素分が分離され、前記ヨウ
素分が分離されたガスが、前記循環送風機により前記Ｒ
Ｆ放電型励起酸素発生器に循環されることを特徴とする
ヨウ素レーザー装置。
【請求項４】前記レーザー発振器に圧力検出器が装着
され、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間か
ら、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを
備えてなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁
が、前記圧力検出器からの信号に基づいて操作されるこ
とを特徴とする請求項３記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項５】ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放
電型励起酸素発生器の下流に設けられているレーザー発
振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ
素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられてい
る循環送風機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供
給するヨウ素気化器とを備え、前記ヨウ素気化器へのキ
ャリアガスとして酸素ガスが用いられ、前記ＲＦ放電型
励起酸素発生器により一重項励起酸素が生成され、前記
レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ
素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされ
てレーザー発振がなされ、前記ヨウ素トラップによりレ
ーザー発振後のガスからヨウ素分が分離され、前記ヨウ
素分が分離されたガスが、前記循環送風機により前記Ｒ
Ｆ放電型励起酸素発生器と前記ヨウ素気化器に分岐され
て循環されることを特徴とするヨウ素レーザー装置。
【請求項６】前記レーザー発振器に圧力検出器が装着
され、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間か
ら、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを
備えてなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁
が、前記圧力検出器からの信号に基づいて制御されるこ
とを特徴とする請求項５記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項７】ＲＦ放電型励起酸素発生器と、該ＲＦ放
電型励起酸素発生器の下流に設けられているレーザー発
振器と、該レーザー発振器の下流に設けられている循環
送風機とを備え、前記ＲＦ放電型励起酸素発生器により
一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発振器におい
て、前記一重項励起酸素のエネルギーがヨウ素原子に移
乗されてレーザー発振がされ、前記循環送風機により、
レーザー発振後のガスが前記ＲＦ放電型励起酸素発生器
に循環されることを特徴とするヨウ素レーザー装置。
【請求項８】前記ＲＦ放電型励起酸素発生器と前記レ
ーザー発振器との間に、前記一重項励起酸素のエネルギ
ーがヨウ素原子に移乗され、励起されたヨウ素原子から
エネルギーが誘導放出される過程において、ゲインを調
整することにより発振を抑制する抑制手段が配設されて
なることを特徴とする請求項７記載のヨウ素レーザー装
置。
【請求項９】前記抑制手段が、電磁石または永久磁石
からなることを特徴とする請求項８記載のヨウ素レーザ
ー装置。
【請求項１０】前記レーザー発振器に圧力検出器が装
着され、前記レーザー発振器と前記循環送風機との間か
ら、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを
備えてなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁
が、前記圧力検出器からの信号に基づいて制御されるこ
とを特徴とする請求項７、８または９記載のヨウ素レー
ザー装置。
【請求項１１】前記レーザー発振器の下流にヨウ素原
子および／または酸素ガスの補充ラインが接続されてな
ることを特徴とする請求項７、８、９または１０記載の
ヨウ素レーザー装置。
【請求項１２】ホローカソードの外側にアノードを絶
縁体を介して配設してなるＲＦ放電型電極を用い、前記
ホローカソードの先端部に設けられた透孔から酸素ガス
または酸素ガスに他のガスを混合したガスをＲＦ放電時
にプラズマ化しない中性酸素ガスが存在するに足る流速
で噴出させて一重項励起酸素を生成することを特徴とす
る一重項励起酸素の生成方法。
【請求項１３】前記他のガスがヨウ素ガスであること
を特徴とする請求項１２記載の一重項励起酸素の生成方
法。
【請求項１４】前記透孔の外周部に存在するアフター
グロープラズマ層に中性酸素を二次供給して一重項励起
酸素を生成することを特徴とする請求項１２記載の一重
項励起酸素の生成方法。
【請求項１５】前記透孔の周壁の酸素ガス流速を低下
させて、該透孔の中央部を通過する酸素ガス量を多くす
ることを特徴とする請求項１２記載の一重項励起酸素の
生成方法。
【請求項１６】前記透孔の入口部の酸素ガスの流速を
出口部の酸素ガスの流速よりも速くしたことを特徴とす
る請求項１２記載の一重項励起酸素の生成方法。
【請求項１７】前記生成された一重項励起酸素が濃度
の高い部分から選択的に抽出されることを特徴とする請
求項１２、１３、１４、１５または１６記載の一重項励
起酸素の生成方法。
【請求項１８】ＲＦ放電型励起酸素発生器であって、
ＲＦ放電用電極が、先端に透孔を有するホローカソード
と、該ホローカソードの外側に絶縁体を介して装着され
ているアノードとからなることを特徴とするＲＦ放電型
励起酸素発生器。
【請求項１９】前記ホローカソードが円筒体からな
り、前記円筒体の先端部が上面に透孔を有する円錐台と
されてなることを特徴とする請求項１８記載のＲＦ放電
型励起酸素発生器。
【請求項２０】前記ホローカソードが角体からなり、
前記角体の先端部が上面に透孔を有する台形とされてな
ることを特徴とする請求項１８記載のＲＦ放電型励起酸
素発生器。
【請求項２１】前記ホローカソードの透孔の周壁にガ
ス流速を低下させるための抵抗が形成されてなることを
特徴とする請求項１８記載のＲＦ放電型励起酸素発生
器。
【請求項２２】前記抵抗が透孔の周壁に形成されたギ
ザギザ状の凸凹であることを特徴とする請求項２１記載
のＲＦ放電型励起酸素発生器。
【請求項２３】前記透孔の下部に通過ガス流速を上昇
させるための絶縁体からなるノズルが配設されてなるこ
とを特徴とする請求項１８記載のＲＦ放電型励起酸素生
成器。
【請求項２４】前記透孔の上部に生成された一重項励
起酸素を吸引するための吸引ノズルが配設されてなるこ
とを特徴とする請求項１８、１９、２０、２１、２２ま
たは２３記載のＲＦ放電型励起酸素発生器。
【請求項２５】前記吸引ノズルが中心部に排気パイプ
が設けられたパイプであることを特徴とする請求項２３
記載のＲＦ放電型励起酸素発生器。
【請求項２６】ＲＦ放電型励起酸素発生器に用いられ
るものであって、先端に透孔を有するホローカソード
と、該ホローカソードの外側に絶縁体を介して装着され
ているアノードとからなることを特徴とするＲＦ放電用
電極。
【請求項２７】前記ホローカソードが円筒体からな
り、前記円筒体の先端部が上面に透孔を有する円錐台と
されてなることを特徴とする請求項２６記載のＲＦ放電
用電極。
【請求項２８】前記ホローカソードが角体からなり、
前記角体の先端部が上面に透孔を有する台形とされてな
ることを特徴とする請求項２６記載のＲＦ放電用電極。
【請求項２９】前記ホローカソードの透孔の周壁に、
ガス流速を低下させるための抵抗が形成されてなること
を特徴とする請求項２６記載のＲＦ放電用電極。
【請求項３０】前記抵抗が透孔の周壁に形成されたギ
ザギザ状の凸凹であることを特徴とする請求項２９記載
のＲＦ放電用電極。
【請求項３１】前記透孔の下部に通過ガス流速を上昇
させるための絶縁体からなるノズルが配設されているこ
とを特徴とする請求項２６記載のＲＦ放電用電極。
【請求項３２】前記透孔の入口部に絶縁体によりなる
ノズルを装着してなることを特徴とする請求項２６記載
のＲＦ放電用電極。
【請求項３３】前記透孔に先広がりのテーパを設けて
なることを特徴とする請求項２６記載のＲＦ放電用電
極。
【請求項３４】前記透孔の高さ（Ｈ）と内径（Ｄ）と
の比Ｈ／Ｄを１以上（１を含む）としてなることを特徴
とする請求項２６記載のＲＦ放電用電極。