JPH0744298B2

JPH0744298B2 - 金属イオンレ−ザ−

Info

Publication number: JPH0744298B2
Application number: JP60235808A
Authority: JP
Inventors: 皎福家
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1985-10-22
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1995-05-15
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPS6294993A

Description

【発明の詳細な説明】本発明金属イオンレーザーを以下の項目に従って説明す
る。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来技術 D.発明が解決しようとする問題点 E.問題点を解決するための手段 F.実施例 a.外殻管［第１図、第２図］ b.ホロー陰極［第１図、第２図］ c.陽極［第１図、第２図］ d.陰極［第１図］ e.ヒーター［第１図、第２図］ f.絶縁体［第１図］ g.ヘリウムガス供給源［第１図］ h.ゲッター供給装置［第１図］ i.動作 G.変形例［第３図］ H.発明の効果（A.産業上の利用分野）本発明は新規な金属イオンレーザーに関する。詳しく
は、動作中に陰極ボア内に放出される不純ガスを陰極ボ
ア外へ排出することができるだけでなく、最適な放電状
態を維持するためのホロー陰極内の蒸気圧をコントロー
ルすることもできるようにした新規な金属イオンレーザ
ーを提供しようとするものである。

（B.発明の概要）本発明金属イオンレーザーは、陰極を仕事関数が2.0eV
乃至5.5eVの範囲のゲッター機能を有する材料で略円筒
状に形成し、陰極側壁に陽極を導入すると共にスパッタ
ー生成物を陰極ボア外に排出するための孔を形成し、更
に、陰極側壁に溜部に溜めた金属イオン発生材料の金属
蒸気を陰極ボア内に導入すると共にスパッター生成物を
陰極ボア外に排出するための孔を形成し、前記溜部を囲
むようにヒーターを配置したので、陰極のスパッタリン
グにより陰極ボア内にゲッターが発生することになり、
このゲッターがレーザー発振の妨げとなる不純ガスを吸
着し、かつ、前記孔から陰極ボア外に排出されるので、
陰極ボア内を不純ガスが無いか、あるいは、きわめて少
ない状態に保つことができ、また、溜部を囲むように配
置したヒーターによって、溜部の温度をコントロールし
て最適な放電状態を維持するようにホロー陰極内の蒸気
圧をコントロールすることもできるので、安定なレーザ
ー発振を得、かつ、装置の長寿命化を図ることができ
る。

（C.従来技術）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
三原色の赤、青、緑が含まれ、液体レーザーや固定レー
ザーに見られない優れた特色を有している。

（D.発明が解決しようとする問題点）ホロー陰極型レーザーでは特に陰極に用いられる金属の
容積が大きく、しかも使用中に高温となるため大量のガ
スが放出される。また、陰極の外周を覆っているガラス
管（金属を用いる場合には該金属管）からも大量のガス
が放出される。

そして、これらの放出ガスはレーザー発振の妨げとなる
もので、これらの放出ガスが陰極ボア内に存在するとレ
ーザー光の出力が低下したり、あるいはまた、レーザー
発振そのものが停止したりする不具合が生じ、また、装
置の寿命を著しく短くするという問題がある。

特にHe−Cdイオンレーザーの場合は、カドミウム（Cd）
が酸素と化合し、酸化カドミウムを作り、例え、何らか
の方法で管内の浄化が行なわれてもレーザー発振が得ら
れなくなる。

このため、通常は、レーザー管内に不純ガスのみを吸収
するゲッター、例えば、バリウム等を封入し、管内の不
純ガスを吸収させるが、金属部分の容積が大きい場合、
予め封入したゲッターだけでは充分な効果が得られな
い。

（E.問題点を解決するための手段）本発明金属イオンレーザーは、上記した問題点を解決す
るために、ホロー陰極型レーザーにおいて、陰極を仕事
関数が2.0eV乃至5.5eVの範囲のゲッター機能を有する材
料で略円筒状に形成し、陰極側壁に陽極を導入すると共
にスパッター生成物を陰極ボア外に排出するための孔を
形成し、更に、陰極側壁に溜部に溜めた金属イオン発生
材料の金属蒸気を陰極ボア内に導入すると共にスパッタ
ー生成物を陰極ボア外に排出するための孔を形成し、前
記溜部を囲むようにヒーターを配置したものである。

従って、本発明金属イオンレーザーによれば、レーザー
発振動作中に生ずる陰極のスパッタリングにより陰極ボ
ア内にゲッターが発生し、該ゲッターが陰極材料等から
放出される不純ガスを吸着し、かつ、前記孔から陰極ボ
ア外に排出されるので、ボア内を不純ガスが無いか、あ
るいは、きわめて少ない状態に保つことができ、また、
溜部を囲むように配置したヒーターによって、溜部の温
度をコントロールして最適な放電状態を維持するように
ホロー陰極内の蒸気圧をコントロールすることもできる
ので、安定なレーザー発振を得、かつ、装置の長寿命化
を図ることができる。

（F.実施例）以下に、本発明金属イオンレーザー１の詳細を図示した
実施例に従って説明する。

（a.外殻管）［第１図、第２図］２は略円筒状を為す外殻管であり、ガラスにより形成さ
れ、その両端開口がブリュースター窓３、４によって閉
じられ、内部が気密にされている。

５、５、５は外殻管２の中央部に形成された主陽極取付
部であり、外殻管２の材料ガラスと同様のガラスによっ
て形成された略椀状体の底部を切除した如き形状を為
し、その開口縁が外殻管２に一体に溶着されて形成され
ている。これら主陽極取付部５、５、５は略同ピッチで
形成されている。

６、６は補助陽極取付部であり、主陽極取付部５、５、
５列から左右にそれぞれ隔たった位置に形成され、前記
主陽極取付部５、５、５と略同様にして形成されてい
る。

７は陰極取付部であり、これも前記陽極取付部５、５、
５や６、６と同様にして形成されている。

8a、8b、8cは金属イオン発生材料を溜めておくための溜
部であり、外殻管２の側壁部を外方へ向って略椀杖に膨
出させて形成されている。

これら溜部8a、8b、8cは前記主陽極取付部５、５、５の
形成ピッチと略等しい形成ピッチで、かつ、半ピッチだ
けずれて形成されている。

（b.ホロー陰極）［第１図、第２図］９はホロー陰極である。ホロー陰極９は仕事関数が2.0e
V乃至5.5eVの範囲のゲッター機能を有する材料で略円筒
状に形成されており、その中心孔が陰極ボア10とされる
ものである。

ホロー陰極９の外径は前記外殻管２の内径と略同じに形
成されており、かつホロー陰極９が外殻管２内に嵌合状
に固定される。

ホロー陰極９には外殻管２に形成した前記主陽極取付部
５、５、５に対応した孔11、11、11と同じく外殻管２に
形成された前記溜部8a、8b、8cに対応した孔12、12、12
が形成されている。

通常、放電管の陰極材料には、仕事関数の小さいものが
好ましい。即ち、仕事関数が小さいと電子が放出され易
いからである。

しかしながら、ホロー陰極型レーザーにおいては陰極降
下部に生じる大きなエネルギーギャップを利用している
のであるが、仕事関数が小さすぎると、このエネルギー
ギャップを大きくすることができないので、レーザー発
振を得ることができず、また、仕事関数が大きすぎる
と、高電圧電源を必要とすることになって経済的でな
い。

尚、表にホロー陰極９の材料として適した金属の例を挙
げた。

（c.陽極）［第１図、第２図］ 13a、13b及び13cはタングステン、モリブデン等によっ
て形成された主陽極であり、外殻管２に一体に形成され
た主陽極取付部５、５、５に封着用ガラス14、14、14を
介して取付けられている。

これら主陽極13a、13b、13cの先端は外殻管２に形成さ
れた孔11、11、11を通して陰極ボア10に臨まされてい
る。尚、主陽極13a、13b、13cの先端はホロー陰極９の
外周面に対応した位置より僅かに外側に位置されてい
る。

15、15、15はリング状の絶縁体であり、ホロー陰極９に
形成された前記孔11、11、11の内周面を覆うように取り
付けられている。

16a、16bは主陽極と同じく、タングステン、モリブデン
等によって形成された補助陽極であり、外殻管２に一体
に形成された補助陽極取付部６、６に封着用ガラス14、
14を介して取付けられている。

（d.陰極）［第１図］ 17は陰極線であり、これもタングステン、モリブデン等
で形成されており、封着ガラス14を介して陰極取付部７
に取着されホロー陰極９と接続されている。

（e.ヒーター）［第１図、第２図］ 18はセラミックヒーターであり、外殻管２に形成された
前記溜部8a、8b、8cを囲むように配置されている。

（f.絶縁体）［第１図］ 19、20は筒状の絶縁体であり、ホロー陰極９の両端部に
連結状に固定されている。

そして、絶縁体19、20の先端は補助陽極取付部６、６の
内側開口を外殻管２の中央寄りの端から約４分の１程を
覆うところまで位置されている。

21、21も筒状の絶縁体であり、ブリュースター窓３、４
寄りの端部で外殻管２に内嵌状に固定されている。

（g.ヘリウムガス供給源）［第１図］ 22はヘリウム（He）ガス供給源であり、外殻管２及びホ
ロー陰極９に形成されたHeガス供給孔23を通して陰極ボ
ア10内にHeガスを供給するものである。

25は圧力センサーであり、外殻管２内と連通しており、
管内のHeガス圧を検出し、Heガス圧が規定値以下になっ
た場合に、Heガス供給源22を動作させる制御回路へHeガ
ス圧力信号を送出するようになっている。

（h.ゲッター供給装置）［第１図］ 26は管内の不純物を取り除くためのゲッターを管２内に
供給するゲッター供給装置である。上述したように、ホ
ロー陰極９をゲッター機能を有する材料で形成した場合
でも、その材料の種類により吸収できない不純ガスが存
在する場合がある。かかる場合には、そのような不純ガ
スを吸収する能力のあるゲッターをこのゲッター供給装
置26によって管２内に供給するようにすると良い。

（ｉ動作）溜部8a、8b、8cには金属イオン発生材料、例えば、カド
ミウム（Cd）27が入れられる。

そこで、主陽極13a、13b、13c及び補助陽極16a、16bと
ホロー陰極９との間に所要の電圧を印加すると、主陽極
13a、13b、13cとホロー陰極９との間に負グロー放電が
発生する。そして、この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って高
いエネルギー準位へと遷移され、レーザー発振が開始す
る。

尚、陰極ボア10の両端から出てブリュースター窓３、４
の方へ向かおうとするCd蒸気は補助陽極16a、16bによっ
て吹き返えされ、陰極ボア10内へと戻される。

また、絶縁体21、21も金属蒸気がブリュースター窓３、
４の方に行くのを防止する。

そして、上記した本発明の金属イオンレーザーにおいて
は、ホロー陰極９が仕事関数が2.0eV乃至5.5eVの範囲の
ゲッター機能を有する材料によって略円筒状に形成され
ているので、ホロー陰極９がスパッタリングされること
によりゲッターがスパッター生成物として活性化するこ
とになり、このゲッターがレーザー管内に発生する不純
ガスを吸着することになる。そして、このようなスパッ
ター生成物は融点が約800〜900℃と高く、一方金属イオ
ン発生材料たるCdの融点は低いので、溜部8a、8b、8cの
壁温は約300℃前後と低くなっているため、上記スパッ
ター生成物28は孔12、12、12を通って溜部8a、8b、8cの
開口縁近くに付着することになる。また、各陽極13a、1
3b、13c、16a、16bの周囲の温度もそれ程高くなく、陽
極取付部５、５、５、６、６の壁温は約300℃程度であ
るので、陽極取付部５、５、５、６、６の開口縁近くに
も前記スパッター生成物28が付着することになる。

このようにして、上記金属イオンレーザー１にあって
は、内部に発生する不純ガスはゲッター機能を有するス
パッター生成物によって吸着されるため、不純ガスがレ
ーザー発振に影響を及ぼすことがなくなる。また、スパ
ッター生成物28は陰極ボア10外に排出されることにな
る。

（G.変形例）［第３図］第３図は本発明金属イオンレーザーの変形例1Aを示すも
のである。

この変形例1Aは、各溜部8a、8b、8cの間の位置に溜部８
と同じ形状のスパッター生成物溜29、29を形成したもの
である。

尚、この他、ホロー陰極９の適当な箇所に孔を形成し、
該孔を通して外殻管２の管壁にスパッター生成物を付着
せしめるようにすることも考えられる。

（H.発明の効果）以上に記載したところから明らかなように、本発明金属
イオンレーザーは、ホロー陰極型レーザーにおいて、陰
極を仕事関数が2.0eV乃至5.5eVの範囲のゲッター機能を
有する材料で略円筒状に形成し、陰極側壁に陽極を導入
すると共にスパッター生成物を陰極ボア外に排出するた
めの孔を形成し、更に、陰極側壁に溜部に溜めた金属イ
オン発生材料の金属蒸気を陰極ボア内に導入すると共に
スパッター生成物を陰極ボア外に排出するための孔を形
成し、前記溜部を囲むようにヒーターを配置したことを
特徴とする。

尚、上記実施例の説明においては、本発明をHe−Cdイオ
ンレーザーに適用したものを示したが、本発明はこれに
限らず、他の金属イオンレーザーに適用することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明金属イオンレーザーの実施の
一例を示すもので、第１図は縦断面図、第２図は第１図
のII−II線に沿う断面図、第３図は変形例を示す縦断面
図である。符号の説明１……金属イオンレーザー、1A……金属イオンレーザ
ー、 8a、8b、8c……溜部、９……陰極、 10……陰極ボア、11……孔、12……孔、 13a、13b、13c、16a、16b……陽極、 18……ヒーター、27……金属イオン発生材料、 28……スパッター生成物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホロー陰極型レーザーにおいて、陰極を仕事関数が2.0eV乃至5.5eVの範囲のゲッター機能
を有する材料で略円筒状に形成し、陰極側壁に陽極を導入すると共にスパッター生成物を陰
極ボア外に排出するための孔を形成し、更に、陰極側壁に溜部に溜めた金属イオン発生材料の金
属蒸気を陰極ボア内に導入すると共にスパッター生成物
を陰極ボア外に排出するための孔を形成し、前記溜部を囲むようにヒーターを配置したことを特徴とする金属イオンレーザー