JPH0758383A - 低温作動型金属蒸気レーザー - Google Patents
低温作動型金属蒸気レーザーInfo
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- JPH0758383A JPH0758383A JP5202371A JP20237193A JPH0758383A JP H0758383 A JPH0758383 A JP H0758383A JP 5202371 A JP5202371 A JP 5202371A JP 20237193 A JP20237193 A JP 20237193A JP H0758383 A JPH0758383 A JP H0758383A
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- Japan
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- laser
- metal
- metal vapor
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- low
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/031—Metal vapour lasers, e.g. metal vapour generation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属蒸気を加熱蒸発させて生成させる従来の
高温型金属蒸気レーザーに比べて極めて低温で作動させ
ることができ、且つ熱損失や熱による部材の損傷を少な
くでき、又レーザー光を高出力で発振できるばかりでな
く、ウォーミングアップ時間を著しく短縮することがで
きる金属蒸気レーザー。 【構成】 レーザー管内にある蒸発用金属に反応性ガス
の存在下でプラズマエッチング作用を施し、この金属を
その沸点以下程度の温度で蒸発させることによりレーザ
ー発振を行う低温作動型金属蒸気レーザー。
高温型金属蒸気レーザーに比べて極めて低温で作動させ
ることができ、且つ熱損失や熱による部材の損傷を少な
くでき、又レーザー光を高出力で発振できるばかりでな
く、ウォーミングアップ時間を著しく短縮することがで
きる金属蒸気レーザー。 【構成】 レーザー管内にある蒸発用金属に反応性ガス
の存在下でプラズマエッチング作用を施し、この金属を
その沸点以下程度の温度で蒸発させることによりレーザ
ー発振を行う低温作動型金属蒸気レーザー。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温作動型金属蒸気レー
ザーに関するものであり、この低温作動型金属蒸気レー
ザーは、高出力レーザーを利用する装置、特にレーザー
を用いた同位体分離用色素レーザー装置、レーザーアブ
レーションによる蒸着装置及びレーザー金属加工機など
の光源としての利用が期待されている。
ザーに関するものであり、この低温作動型金属蒸気レー
ザーは、高出力レーザーを利用する装置、特にレーザー
を用いた同位体分離用色素レーザー装置、レーザーアブ
レーションによる蒸着装置及びレーザー金属加工機など
の光源としての利用が期待されている。
【０００２】即ち、本発明は、金属蒸気を加熱蒸発させ
て生成させる従来の高温型金属蒸気レーザーに比べて極
めて低温で作動させることができるものであり、その結
果熱損失や熱による部材の損傷を少なくできることにな
るので、レーザー光を高出力で発振できるばかりでな
く、ウォーミングアップ時間を著しく短縮することがで
きることを特徴している金属蒸気レーザーに関するもの
である。
て生成させる従来の高温型金属蒸気レーザーに比べて極
めて低温で作動させることができるものであり、その結
果熱損失や熱による部材の損傷を少なくできることにな
るので、レーザー光を高出力で発振できるばかりでな
く、ウォーミングアップ時間を著しく短縮することがで
きることを特徴している金属蒸気レーザーに関するもの
である。
【０００３】
【従来の技術】これまでの金属蒸気レーザーにおける金
属蒸気発生方法のうち、高温で蒸気を発生させる方法に
おいては、レーザー管内を放電又は電気的加熱によって
例えば銅の場合１，５００℃程度の高温に維持すること
によって金属蒸気を発生させるものであるために、熱損
失が大きい、部材が高温のために劣化する、レーザー発
振するまでのウォーミングアップ時間が長い等の欠点が
あった。
属蒸気発生方法のうち、高温で蒸気を発生させる方法に
おいては、レーザー管内を放電又は電気的加熱によって
例えば銅の場合１，５００℃程度の高温に維持すること
によって金属蒸気を発生させるものであるために、熱損
失が大きい、部材が高温のために劣化する、レーザー発
振するまでのウォーミングアップ時間が長い等の欠点が
あった。
【０００４】又、低温で金属蒸気を発生させる方法にお
いては、レーザー媒質として直接ハロゲン化金属ガスを
用いるために、特殊なガスを合成する必要があること
や、ハロゲン化金属ガスを分解して金属を放出させてレ
ーザー発振を行わせた場合には十分な高出力のレーザー
が得られないという欠点があった。
いては、レーザー媒質として直接ハロゲン化金属ガスを
用いるために、特殊なガスを合成する必要があること
や、ハロゲン化金属ガスを分解して金属を放出させてレ
ーザー発振を行わせた場合には十分な高出力のレーザー
が得られないという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の金属蒸気レーザ
ーでは、金属蒸気を得るためにレーザー管内を高温にす
る必要があるために断熱材等を用いて放電の熱を管内に
蓄積して金属を加熱するか、或いはレーザー管内でヒー
ターを用いて金属を加熱する方法が用いられる。
ーでは、金属蒸気を得るためにレーザー管内を高温にす
る必要があるために断熱材等を用いて放電の熱を管内に
蓄積して金属を加熱するか、或いはレーザー管内でヒー
ターを用いて金属を加熱する方法が用いられる。
【０００６】この断熱材を用いる方法では、レーザー管
内を高温に維持するために高温用の高価な断熱材やセラ
ミック管を用いなければならず、又それを冷却する必要
もあるために装置構造が複雑になる。更にレーザー管内
を高温にすることによって高温の金属蒸気原子のレーザ
ー発振下準位が熱的に占有され、反転分布が生じにくく
なるために金属蒸気レーザー発振効率が低下する。即
ち、レーザー発振は、電子が高いエネルギー状態（上準
位）にある原子が、それよりも電子が低いエネルギー状
態（下準位）にある原子になるときに発生する光を利用
するものであるので、高温になるとこの下準位にある原
子の割合が増大するために反転分布（上準位にあるもの
が下準位にあるものよりも多くある状態）が生じにくく
なる。
内を高温に維持するために高温用の高価な断熱材やセラ
ミック管を用いなければならず、又それを冷却する必要
もあるために装置構造が複雑になる。更にレーザー管内
を高温にすることによって高温の金属蒸気原子のレーザ
ー発振下準位が熱的に占有され、反転分布が生じにくく
なるために金属蒸気レーザー発振効率が低下する。即
ち、レーザー発振は、電子が高いエネルギー状態（上準
位）にある原子が、それよりも電子が低いエネルギー状
態（下準位）にある原子になるときに発生する光を利用
するものであるので、高温になるとこの下準位にある原
子の割合が増大するために反転分布（上準位にあるもの
が下準位にあるものよりも多くある状態）が生じにくく
なる。
【０００７】更に又この方法では、高温にするための時
間が必要となりレーザー発振するまでに１−２時間の時
間を要する。又、ヒーターを用いる方法では、金属蒸気
を得るためにわざわざレーザー管内にヒーターを設け、
このヒーターで金属溜をオーブンの要領で加熱しなけれ
ばならず、やはり装置が複雑になりレーザー管内に一様
に金属蒸気を得ることは困難となる。
間が必要となりレーザー発振するまでに１−２時間の時
間を要する。又、ヒーターを用いる方法では、金属蒸気
を得るためにわざわざレーザー管内にヒーターを設け、
このヒーターで金属溜をオーブンの要領で加熱しなけれ
ばならず、やはり装置が複雑になりレーザー管内に一様
に金属蒸気を得ることは困難となる。
【０００８】又ハロゲン化金属ガスを用いる方法では、
特殊なガスを製造する必要がある事や、レーザー管内で
の金属原子放出効率が低いために出力が低い等の欠点が
あった。これを解決するために、ハロゲン化水素を導入
してレーザー放電管内部でハロゲン化金属化合物を生成
させつつ金属ガスを蒸気させ、同時にこれを分解するこ
とによってレーザー媒質となる金属原子を発生させる必
要があった。
特殊なガスを製造する必要がある事や、レーザー管内で
の金属原子放出効率が低いために出力が低い等の欠点が
あった。これを解決するために、ハロゲン化水素を導入
してレーザー放電管内部でハロゲン化金属化合物を生成
させつつ金属ガスを蒸気させ、同時にこれを分解するこ
とによってレーザー媒質となる金属原子を発生させる必
要があった。
【０００９】よって、本発明が技術的に解決しようとす
る課題は次の点である。
る課題は次の点である。
【００１０】（１） レーザー管を高温にすることな
く、金属の沸点以下で金属蒸気を発生させる技術の開
発。
く、金属の沸点以下で金属蒸気を発生させる技術の開
発。
【００１１】（２） レーザー発振までの時間を短縮す
る技術の開発。
る技術の開発。
【００１２】（３） 放電管の熱損失を少なくしてレー
ザー発振効率を上昇させるための技術の開発。
ザー発振効率を上昇させるための技術の開発。
【００１３】（４） レーザー出力を上昇させるための
技術の開発。
技術の開発。
【００１４】（５） レーザー管内部においてハロゲン
化合物の生成と分解とを同時に行いながらレーザー媒質
となる金属蒸気を発生させる技術の開発。
化合物の生成と分解とを同時に行いながらレーザー媒質
となる金属蒸気を発生させる技術の開発。
【００１５】（６） 放電管の熱遮蔽を少なくしてレー
ザー装置自体をコンパクトに、しかもレーザー装置を安
価に作成する技術の開発。
ザー装置自体をコンパクトに、しかもレーザー装置を安
価に作成する技術の開発。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザー発振
を行うに際に、レーザー管内に半導体プロセス等に用い
られるハロゲンガス（例えば、塩素ガス）等の反応性の
ガスを添加して、このガスと管内にある蒸発用金属との
間で化学的反応又はプラズマエッチング作用を起こさ
せ、この金属の沸点より遥かに低い温度において金属を
蒸発させることにより、金属蒸気をレーザー管内に低温
度で容易に発生させるものである。
を行うに際に、レーザー管内に半導体プロセス等に用い
られるハロゲンガス（例えば、塩素ガス）等の反応性の
ガスを添加して、このガスと管内にある蒸発用金属との
間で化学的反応又はプラズマエッチング作用を起こさ
せ、この金属の沸点より遥かに低い温度において金属を
蒸発させることにより、金属蒸気をレーザー管内に低温
度で容易に発生させるものである。
【００１７】図１に、本発明のプラズマエッチングを用
いた低温作動型金属蒸気レーザーが示される。１はレー
ザー管であり、これにはガス注入口２及びガス排出口３
とが設けられている。４はレーザー管の底部に設けられ
た蒸気用の金属であり、５はレーザーの両端に設けられ
た電極であり、６はこの電極間に発生したプラズマを示
している。
いた低温作動型金属蒸気レーザーが示される。１はレー
ザー管であり、これにはガス注入口２及びガス排出口３
とが設けられている。４はレーザー管の底部に設けられ
た蒸気用の金属であり、５はレーザーの両端に設けられ
た電極であり、６はこの電極間に発生したプラズマを示
している。
【００１８】レーザー発振を行うに場合には、ガス注入
口２よりアルゴン、ヘリウム等の希ガスとハロゲン化水
素等の混合ガスをレーザー管内に流し込み、ガス排出口
３よりレーザー管１内のガスを排気して管内のガス圧力
を一定にしてレーザー管の電極５の間で放電を行いプラ
ズマ６を発生させる。この放電により、発生したプラズ
マとレーザー管の底部に配置された金属４とがプラズマ
エッチング作用により反応して金属原子蒸気が生成す
る。そして、レーザー管内において金属原子密度が充分
に高くなるとレーザー発振が生じることになり、出力の
高いレーザー光が効率よく低温下で得られる。
口２よりアルゴン、ヘリウム等の希ガスとハロゲン化水
素等の混合ガスをレーザー管内に流し込み、ガス排出口
３よりレーザー管１内のガスを排気して管内のガス圧力
を一定にしてレーザー管の電極５の間で放電を行いプラ
ズマ６を発生させる。この放電により、発生したプラズ
マとレーザー管の底部に配置された金属４とがプラズマ
エッチング作用により反応して金属原子蒸気が生成す
る。そして、レーザー管内において金属原子密度が充分
に高くなるとレーザー発振が生じることになり、出力の
高いレーザー光が効率よく低温下で得られる。
【００１９】
【作用】本発明の方法においては、レーザー管内にある
金属とハロゲンガス又はハロゲン化水素ガスとが放電下
で反応することからなるプラズマエッチング効果等によ
り、レーザー管内の金属が化合物としてレーザー管内に
浮遊すると同時に、それらが同じ放電によって分解され
ることによって金属蒸発がレーザー管内に一様に低温で
生成させられ、更にこれらの原子が放電によって励起さ
れてレーザー発振に至ることになる。
金属とハロゲンガス又はハロゲン化水素ガスとが放電下
で反応することからなるプラズマエッチング効果等によ
り、レーザー管内の金属が化合物としてレーザー管内に
浮遊すると同時に、それらが同じ放電によって分解され
ることによって金属蒸発がレーザー管内に一様に低温で
生成させられ、更にこれらの原子が放電によって励起さ
れてレーザー発振に至ることになる。
【００２０】次に、本発明を実施例に基づいて説明す
る。
る。
【００２１】
【実施例】金属蒸気レーザーとして銅蒸気レーザーを使
用して本発明を実施した。金属と反応性に富むハロゲン
化水素のガスとして臭化水素（ＨＢｒ）をバッファーガ
スであるネオンに５％混入させて、レーザー管に供給し
た。レーザー管は口径約３８ｍｍφ、長さ１２００ｍ
ｍ、レーザー繰り返し数６ｋＨｚのものを用いた。その
結果、電気入力投入後２０分程度でレーザー管内温度約
５００−６００℃において約１８Ｗの出力を得た。
用して本発明を実施した。金属と反応性に富むハロゲン
化水素のガスとして臭化水素（ＨＢｒ）をバッファーガ
スであるネオンに５％混入させて、レーザー管に供給し
た。レーザー管は口径約３８ｍｍφ、長さ１２００ｍ
ｍ、レーザー繰り返し数６ｋＨｚのものを用いた。その
結果、電気入力投入後２０分程度でレーザー管内温度約
５００−６００℃において約１８Ｗの出力を得た。
【００２２】図２は、従来の高温型銅蒸気レーザーにお
ける放電開始からレーザー発振までの時間を示してお
り、又図３は、本発明の低温作動型銅蒸気レーザーの放
電開始からレーザー発振までの時間を示している。両図
に示されたものは同程度の寸法のレーザー管を使用して
同程度の電気入力を加えた時のものである。従来の高温
型レーザーではレーザー発振までに約２時間を必要とす
るのに対して、本発明の低温作動型レーザーではレーザ
ー発振までに約１／５ほど時間を短縮することができ、
約２０分でレーザー発振が可能となる。これにより、本
発明における低温作動型レーザーを使用すると作業効率
が向上することが解る。
ける放電開始からレーザー発振までの時間を示してお
り、又図３は、本発明の低温作動型銅蒸気レーザーの放
電開始からレーザー発振までの時間を示している。両図
に示されたものは同程度の寸法のレーザー管を使用して
同程度の電気入力を加えた時のものである。従来の高温
型レーザーではレーザー発振までに約２時間を必要とす
るのに対して、本発明の低温作動型レーザーではレーザ
ー発振までに約１／５ほど時間を短縮することができ、
約２０分でレーザー発振が可能となる。これにより、本
発明における低温作動型レーザーを使用すると作業効率
が向上することが解る。
【００２３】更に、図４には高温型銅蒸気レーザーの空
間強度分が、又図５には本発明の低温作動型銅蒸気レー
ザーの空間強度分が示されている。これらの図に示され
るようにレーザー光の空間強度分布において、本発明の
低温作動型レーザーは、従来の高温型レーザーが比較的
平坦な空間強度分布を持つのに対して、その中心付近が
端部よりも空間強度が著しく高くなる特徴を有してい
る。これにより、レーザー光を集光する場合には低温作
動型レーザーの方が適当なレーザー光の空間強度分布を
持つことになる。
間強度分が、又図５には本発明の低温作動型銅蒸気レー
ザーの空間強度分が示されている。これらの図に示され
るようにレーザー光の空間強度分布において、本発明の
低温作動型レーザーは、従来の高温型レーザーが比較的
平坦な空間強度分布を持つのに対して、その中心付近が
端部よりも空間強度が著しく高くなる特徴を有してい
る。これにより、レーザー光を集光する場合には低温作
動型レーザーの方が適当なレーザー光の空間強度分布を
持つことになる。
【００２４】
【発明の効果】本発明の方法により、低温で金属蒸気を
発生させることができ、レーザー発振が容易に短時間で
行うことができる。又、これによりレーザー装置が簡素
化することができる結果、レーザー管が安価に製作でき
ることになる。
発生させることができ、レーザー発振が容易に短時間で
行うことができる。又、これによりレーザー装置が簡素
化することができる結果、レーザー管が安価に製作でき
ることになる。
【図１】 本発明の低温作動型金属蒸気レーザーを示す
図である。
図である。
【図２】 従来形式の高温型銅蒸気レーザーのレーザー
発振までの時間を示す図である。
発振までの時間を示す図である。
【図３】 本発明の低温作動型銅蒸気レーザーのレーザ
ー発振までの時間を示す図である。
ー発振までの時間を示す図である。
【図４】 従来形式の高温型銅蒸気レーザーの空間強度
分布を示す図である。
分布を示す図である。
【図５】 本発明の低温作動型銅蒸気レーザーの空間強
度分布を示す図である。
度分布を示す図である。
１：レーザー管 ２：ガス注入口 ３：ガス排出口 ４：蒸発用金属 ５：電極 ６：プラズマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 庸氏 茨城県那珂郡東海村白方字白根２番地の４ 日本原子力研究所東海研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザー管内で金属をエッチングして生
成した金属化合物を発生させて、金属蒸気をその沸点以
下程度の温度で蒸発させることによりレーザー発振を行
うことを特徴とする低温作動型金属蒸気レーザー。 - 【請求項２】 放電に基づくプラズマエッチングを行う
ことにより金属蒸気をその沸点以下程度の温度で生成さ
せることを特徴とする請求項１に記載の低温作動型金属
蒸気レーザー。 - 【請求項３】 プラズマエッチングを行い生成した金属
化合物をプラズマ内で分解して金属をその沸点以下程度
の温度で蒸発させることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の低温作動型金属蒸気レーザー。 - 【請求項４】 ハロゲンガス又はハロゲン化水素を用い
ることにより金属をその沸点以下程度の温度で蒸発させ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１
つに記載の低温作動型金属蒸気レーザー。 - 【請求項５】 簡便な熱遮蔽が設けられたコンパクトな
レーザーヘッドを有することを特徴とする請求項１乃至
請求項５のいずれか１つに記載の低温作動型金属蒸気レ
ーザー。 - 【請求項６】 レーザービーム径を絞って小さくするこ
とが可能であるので、レーザービームを光学系を使用し
て集光したり、又は金属蒸気レーザーのレーザービーム
により色素レーザーにエネルギーを与えて色素レーザー
を発振させることを特徴とする請求項１乃至請求項６の
いずれか１つに記載の低温作動型金属蒸気レーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5202371A JPH0758383A (ja) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | 低温作動型金属蒸気レーザー |
| US08/251,249 US5544191A (en) | 1993-08-16 | 1994-05-31 | Metal vapor laser capable of cold operation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5202371A JPH0758383A (ja) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | 低温作動型金属蒸気レーザー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0758383A true JPH0758383A (ja) | 1995-03-03 |
Family
ID=16456398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5202371A Pending JPH0758383A (ja) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | 低温作動型金属蒸気レーザー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5544191A (ja) |
| JP (1) | JPH0758383A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112467384A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-03-09 | 天津航天机电设备研究所 | 一种具有隔离微振动特性的指向机构 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPN813596A0 (en) * | 1996-02-16 | 1996-03-07 | Macquarie Research Limited | Metal vapour laser |
| US6008140A (en) | 1997-08-13 | 1999-12-28 | Applied Materials, Inc. | Copper etch using HCI and HBr chemistry |
| TWI246633B (en) | 1997-12-12 | 2006-01-01 | Applied Materials Inc | Method of pattern etching a low k dielectric layen |
| US6143476A (en) * | 1997-12-12 | 2000-11-07 | Applied Materials Inc | Method for high temperature etching of patterned layers using an organic mask stack |
| US6052396A (en) * | 1998-02-19 | 2000-04-18 | Trw Inc. | Thermal radiation shield for laser gain module |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4945545A (en) * | 1986-02-18 | 1990-07-31 | Metalaser Pty | Cold electrode metal vapor laser |
-
1993
- 1993-08-16 JP JP5202371A patent/JPH0758383A/ja active Pending
-
1994
- 1994-05-31 US US08/251,249 patent/US5544191A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112467384A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-03-09 | 天津航天机电设备研究所 | 一种具有隔离微振动特性的指向机构 |
| CN112467384B (zh) * | 2020-11-05 | 2022-06-17 | 天津航天机电设备研究所 | 一种具有隔离微振动特性的指向机构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5544191A (en) | 1996-08-06 |
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