JPH0770793B2 - Metal vapor laser device - Google Patents
Metal vapor laser deviceInfo
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- JPH0770793B2 JPH0770793B2 JP4356687A JP4356687A JPH0770793B2 JP H0770793 B2 JPH0770793 B2 JP H0770793B2 JP 4356687 A JP4356687 A JP 4356687A JP 4356687 A JP4356687 A JP 4356687A JP H0770793 B2 JPH0770793 B2 JP H0770793B2
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、金属蒸気レーザ装置に関し、特に放電管内に
封入する金属蒸気発生源として金もしく銅を用いた金属
蒸気レーザ装置の改良に係わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application] The present invention relates to a metal vapor laser device, and more particularly to a metal vapor laser using gold or copper as a metal vapor generation source sealed in a discharge tube. Involved in improving the equipment.
(従来の技術) 従来、この種の金属蒸気レーザ装置では金、銅の金属を
Ne、Heもしくはこれらの混合ガスをバッファガスとして
封入したセラミック等からなる放電管の中でパルス放電
させ、前記金属の蒸気圧を0.1torr前後になるまで加熱
させことで金では628nm、銅では510.6nm、578.2nmのパ
ルスレーザ発振を行っている。このレーザ出力は、金で
は0.3%、銅では1%程度であり、これらの発振器の発
振出力の増大と発振効率の向上が実用上重要となってい
る。(Prior Art) Conventionally, in this type of metal vapor laser device, metal of gold or copper is used.
Ne, He or a mixed gas of these is pulse-discharged in a discharge tube made of ceramic or the like filled as a buffer gas, and the vapor pressure of the metal is heated to about 0.1 torr, so that it is 628 nm for gold and 510.6 for copper. The pulse laser oscillation of 57 nm and 578.2 nm is performed. The laser output is about 0.3% for gold and about 1% for copper, and it is practically important to increase the oscillation output and the oscillation efficiency of these oscillators.
ところで、発振出力を増大させる手段としては放電管を
大口径化して大きな体積から出力をとる方法や、長い放
電管から出力をとる方法が考えられる。しかしながら、
前者の手段ではレーザビームの指向性や放電が不安定と
なる問題がある。後者の手段では、発振の立上がりまで
の時間が長くなり、効率低下を招き、しかもパルスの立
上がり部分でのビームの指向性が悪化する等の問題があ
る。By the way, as a means for increasing the oscillation output, a method of increasing the diameter of the discharge tube to obtain an output from a large volume and a method of obtaining an output from a long discharge tube can be considered. However,
The former method has a problem that the directivity of the laser beam and the discharge become unstable. The latter means has a problem that the time until the rise of the oscillation becomes long, the efficiency is lowered, and the directivity of the beam is deteriorated at the rise portion of the pulse.
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされた
もので、放電管を大口径化、長尺化させることなく発振
効率の向上化を達成した小型で大出力の金属蒸気レーザ
装置を提供しようとするものである。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has achieved improvement in oscillation efficiency without increasing the diameter or length of a discharge tube. It is intended to provide a compact and high-power metal vapor laser device.
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、放電管内で金属蒸気発生源である金、銅もし
くはこれらの複合金属塩をバッファガスと共に放電させ
て励起し、金もしくは銅のレーザ発振光を出力する金属
蒸気レーザ装置において、前記金属蒸気発生源と共にク
ロムもしくはクロムの複合金属塩を前記放電管内に混入
したことを特徴とする金属蒸気レーザ装置である。[Structure of the Invention] (Means for Solving Problems) The present invention is designed to discharge gold, copper, or a composite metal salt thereof, which is a metal vapor generation source, in a discharge tube together with a buffer gas to excite the gold or copper. In the metal vapor laser device which outputs the laser oscillation light, the metal vapor laser device is characterized in that chromium or a complex metal salt of chromium is mixed in the discharge tube together with the metal vapor generation source.
(作用) 本発明によれば、放電管内内に金属蒸気発生源である
金、銅もしくはこれらの複合金属塩と共にクロムもしく
はクロムの複合金属塩を封入することによって、これら
金属をバッファガスと共に放電させて励起させる際、ク
ロムの発光エネルギーにより金もしくは銅の蒸気の励起
を促進すると共に、前記クロム蒸気が上準位レベルに励
起され、下位に遷移された時の下位準位レベルが金もし
くは銅の上準位レベルと合致して金もしくは銅の上準位
レベル数を増大させ、その反転分布の発生を増大できる
ため、発振効率が著しく向上された金属蒸気レーザ装置
を得ることができる。(Operation) According to the present invention, the metal, which is a source of metal vapor, such as gold, copper, or a composite metal salt thereof, is enclosed in the discharge tube, and chromium or a composite metal salt of chromium is enclosed, so that these metals are discharged together with the buffer gas. When excited by luminescence energy of chromium, the excitation of gold or copper vapor is promoted, and when the chromium vapor is excited to an upper level level and transitioned to a lower level, the lower level level of gold or copper is Since the number of upper level levels of gold or copper can be increased in conformity with the upper level levels and the generation of population inversion can be increased, a metal vapor laser device with significantly improved oscillation efficiency can be obtained.
(発明の実施例) 以下、本発明の実施例を第1図を参照して詳細に説明す
る。(Embodiment of the Invention) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図中の1は、アルミナセラミックス等の耐熱絶縁材料か
らなる放電管であり、この放電管1の外周面にはアルミ
ナセラミックスファイバー等からなる管状断熱材2及び
金属製外包管3が同芯円状に設けられている。なお、外
包管3の両端部は途中に設けられた絶縁管3aにより電気
的に分離されている。前記放電管1、管状断熱材2及び
外包管3の両端面には放電電極41、42が取着され、かつ
これら放電電極41、42はパルス電源5にリード線を介し
て夫々接続されている。前記角放電電極41、42の端面に
は、窓保持用金属フランジ61、62が夫々取着されてい
る。これらフランジ61、62には、夫々石英等からなる窓
材71、72が保持されている。これら窓材71、72の外側に
は、共振器ミラー81、82がそれら窓材71、72に対向して
配置されている。なお、これら共振器ミラーの一方のミ
ラー(例えば81)は部分反射して出力鏡として機能し、
他方のミラー82は全反射させる機能を有する。前記一方
のフランジ61の側壁には、Ne、He又はこれらの混合ガス
を供給するバッファガス供給部9が導管10を介して連結
され、かつ他方のフランジ62の側壁にはガス排気部材11
が導管12を介して連結されている。前記外包管3の外周
面には、循環ポンプ13により冷却水が循環される冷却パ
イプ14が巻装されている。そして、前記放電管1内には
例えば粒状の銅15及びクロム16が封入されている。Reference numeral 1 in the figure is a discharge tube made of a heat-resistant insulating material such as alumina ceramics. On the outer peripheral surface of the discharge tube 1, a tubular heat insulating material 2 made of alumina ceramics fiber and a metal envelope tube 3 are concentric. It is provided in. Both ends of the outer envelope tube 3 are electrically separated by an insulating tube 3a provided midway. Discharge electrodes 4 1 and 4 2 are attached to both end surfaces of the discharge tube 1, the tubular heat insulating material 2 and the outer envelope tube 3, and these discharge electrodes 4 1 and 4 2 are respectively connected to the pulse power source 5 via lead wires. It is connected. Window holding metal flanges 6 1 and 6 2 are attached to the end faces of the angular discharge electrodes 4 1 and 4 2 , respectively. The flanges 6 1 and 6 2 respectively hold window members 7 1 and 7 2 made of quartz or the like. These outer window material 7 1, 7 2, and resonator mirrors 81, 82 is disposed opposite to their window member 7 1, 7 2. One of these resonator mirrors (eg, 8 1 ) partially reflects and functions as an output mirror.
2 other mirror 8 has a function to totally reflect. Wherein the one side wall of the flange 61 of, Ne, the He or these mixed gas buffer gas supply unit 9 supplies are connected via a conduit 10, and the other on the side wall of the flange 6 2 gas exhaust member 11
Are connected via conduit 12. A cooling pipe 14 in which cooling water is circulated by a circulation pump 13 is wound around the outer peripheral surface of the outer envelope tube 3. Then, for example, granular copper 15 and chromium 16 are enclosed in the discharge tube 1.
次に、上述した金属蒸気レーザ装置の動作を説明する。Next, the operation of the above-described metal vapor laser device will be described.
まず、バッファガス供給部9からバッファガス(例えば
Neガス)を導管10及び一方のフランジ61を通して放電管
1内に供給すると共に、他方のフランジ62に連結したガ
ス排気部材11を作動してフランジ61、62を含めた放電管
1内のガスを排気する。また、循環ポンプ13を作動して
冷却水を冷却パイプ14内を循環させて外包管3等を冷却
する。つづいて、パルス電源5からパルス電圧を放電電
極41、42に印加すると、放電管1内に供給されたNeガス
により放電がなされ、放電管1内部が発熱する。この
時、放電管1の外部は管状断熱材2で囲われているた
め、放電管1内部は温度上昇し、熱平衡状態になった時
点で温度が一定になる。放電管1内に封入された銅(C
u)15は、1400℃で0.1torr、1600℃で1torr程度の蒸気
圧を示し、一方クロム(Cr)16は1400℃で0.01torr、15
50℃で0.1torr、1720℃で1torrの蒸気圧を示す。このた
め、前記Cu及びCrの蒸気圧との関係で熱平衡温度が1400
〜1600℃になるように前記電源5からのパルス電圧と断
熱条件とを設定する。このような条件に設定すると、放
電管1内部はCuとCrの両金属蒸気が存在し、放電によっ
て励起される。この時、Cuは第2図のエネルギー準位に
示すように基底レベル21から上準位レベル22に励起さ
れ、それが準安定準位レベル23に遷移する過程でレーザ
光24を放出する。Cuの準安定準位は、上準位より寿命が
長いため、上準位レベル22、準安定準位レベル23の間に
急激な励起によってのみ短時間だけ反転分布を生じ、こ
の間に放出されたレーザ光は共振器ミラー81、82間でレ
ーザ発振の立上がりがなされ、レーザ光が出力鏡である
ミラー81から出力される。First, the buffer gas from the buffer gas supply unit 9 (for example,
The Ne gas) is supplied into the discharge tube 1 through conduit 10 and one of the flanges 61, the discharge tube 1 by operating the gas exhaust member 11 which is connected to the other flange 6 2 including flanges 6 1, 6 2 Exhaust the gas inside. Further, the circulation pump 13 is operated to circulate the cooling water in the cooling pipe 14 to cool the outer envelope tube 3 and the like. Subsequently, when applied from the pulse power supply 5 a pulse voltage to the discharge electrode 4 1, 4 2, the Ne gas supplied into the discharge tube 1 discharge is performed, the discharge tube 1 inside generates heat. At this time, since the outside of the discharge tube 1 is surrounded by the tubular heat insulating material 2, the temperature inside the discharge tube 1 rises and becomes constant when the thermal equilibrium state is reached. Copper (C
u) 15 has a vapor pressure of 0.1 torr at 1400 ° C and 1 torr at 1600 ° C, while chromium (Cr) 16 has a vapor pressure of 0.01 torr at 1400 ° C.
It shows a vapor pressure of 0.1 torr at 50 ° C and 1 torr at 1720 ° C. Therefore, the thermal equilibrium temperature is 1400 in relation to the vapor pressures of Cu and Cr.
The pulse voltage from the power source 5 and the adiabatic condition are set so that the temperature becomes ˜1600 ° C. Under such conditions, both metal vapors of Cu and Cr exist inside the discharge tube 1 and are excited by the discharge. At this time, Cu is excited from the ground level 21 to the upper level level 22 as shown in the energy level of FIG. 2, and emits laser light 24 in the process of transition to the metastable level level 23. Since the metastable level of Cu has a longer lifetime than the upper level, the population inversion occurs only for a short time between the upper level level 22 and the metastable level level 23 due to abrupt excitation, and was emitted during this period. Laser light rises in laser oscillation between the resonator mirrors 8 1 and 8 2 , and the laser light is output from the mirror 8 1 which is an output mirror.
上述したCuのレーザ発振に際してCuと共に放電管1に封
入したCrの金属蒸気によりCuのレーザ出力を大幅に向上
させることができる。これは、Crの金属蒸気が次に示す
ようにCuの反転分布やCuの励起に作用することによるも
のと考えられる。即ち、Crの金属蒸気は既述した放電に
よって励起され、基底レベル21から48661〜60871cm-1の
高エネルギー準位レベル25に励起され、それが下位の30
967〜31393cm-1の準位レベル26に遷移する。この下位準
位レベルと前記Cuの30784cm-1の上準位レベル22は原子
が高温状態下にあるため、重なりが生じており、衝突な
どによりCrの下位準位レベル26のエネルギーがCuに遷移
され、Cuの上準位レベル22の状態数を増大することな
り、その結果強力なCuの反転分布の発生によって前述し
たレーザ発振が効率的に生じたものと考えられる。ま
た、Crの励起イオンからの発光のうちで324.544nm、32
5.184nmの発光は銅蒸気レーザの基底レベル21から上準
位レベル22の励起に合致するエネルギーを有するため、
Cuの励起に効果的に作用していると考えられる。The laser output of Cu can be greatly improved by the metal vapor of Cr enclosed in the discharge tube 1 together with Cu during the above-described Cu laser oscillation. It is considered that this is because the metal vapor of Cr acts on the population inversion of Cu and the excitation of Cu as shown below. That is, the metal vapor of Cr is excited by the above-mentioned discharge, and is excited from the ground level 21 to the high energy level level 25 of 48661 to 60871 cm -1 , which is lower than the lower level 30.
Transition to level level 26 between 967 and 31393 cm -1 . This lower level level and the upper level level 22 of 30784 cm −1 of Cu are overlapped because atoms are under a high temperature state, and the energy of the lower level level 26 of Cr is transferred to Cu due to collision or the like. Therefore, it is considered that the number of states in the upper level level 22 of Cu is increased, and as a result, the above-mentioned laser oscillation is efficiently generated due to the generation of a strong population inversion of Cu. In addition, of the light emitted from the Cr excited ions, 324.544 nm, 32
Since the emission at 5.184 nm has an energy that matches the excitation from the base level 21 to the upper level level 22 of the copper vapor laser,
It is thought that it effectively acts on the excitation of Cu.
以上の2つのCu蒸気に対するCr蒸気の挙動が考えられる
が、いずれにしても放電管1内にCu15と共にCr16を封入
して励起されることによってCuのレーザ出力を大幅に向
上できる。The behavior of Cr vapor with respect to the above two Cu vapors is conceivable, but in any case, by enclosing and exciting Cu15 together with Cu15 in the discharge tube 1, the laser output of Cu can be greatly improved.
なお、上記実施例では放電管内にCuとCrを封入し、1400
〜1600℃の高温にして動作させる場合について説明した
が、金属(Cu又はAu、Cr)・AlnBrmなどの複合金属塩を
用いてもよい。このような複合金属塩を用いれば低温動
作が可能となり、しかも複合Cr塩の封入はCr単体を用い
た場合と同様なレーザ発振効率の向上を達成できる。In the above example, the discharge tube was filled with Cu and Cr, and 1400
Although the case of operating at a high temperature of ˜1600 ° C. has been described, a composite metal salt such as metal (Cu or Au, Cr) / AlnBrm may be used. When such a composite metal salt is used, low-temperature operation becomes possible, and the inclusion of the composite Cr salt can achieve the same improvement in laser oscillation efficiency as when using Cr alone.
上記実施例では、Cu蒸気のレーザ発振について説明した
が、金(Au蒸気のレーザ発振にも同様な効果を有する。
即ち、Au蒸気レーザにおけるCrからの発光には波長が1
価のCrイオンからは267.816nm、267.283nm、267.879n
m、中性Crからは267.816nmの発光が得られ、これはAu蒸
気の上準位レベルへの励起エネルギー(267.595nm)と
ほぼ一致するため、効率的なAu蒸気の励起を行なうこと
が可能となる。In the above-mentioned embodiment, the laser oscillation of Cu vapor was described, but the same effect can be obtained for the laser oscillation of gold (Au vapor).
That is, the wavelength of light emitted from Cr in the Au vapor laser is 1
267.816 nm, 267.283 nm, 267.879n from valent Cr ions
Luminescence of 267.816 nm is obtained from m and neutral Cr, which is almost the same as the excitation energy (267.595 nm) to the upper level level of Au vapor, which enables efficient excitation of Au vapor. Becomes
本発明に係わる金属蒸気レーザ装置を構成する放電管、
放電電極、窓保持用金属フランジ等の各部材の形状及び
取付け方は、第1図図示に限定されず、自由に設計変更
できることは勿論であり、要は放電管内に金、銅もしく
はこれらの複合金属塩と共にクロムもしくはクロムの複
合金属塩を混入するか、或いは蒸気の形で放電管内に導
入する構造にすればよい。A discharge tube constituting a metal vapor laser device according to the present invention,
The shape and mounting method of each member such as the discharge electrode and the window holding metal flange are not limited to those shown in FIG. 1, and it is needless to say that the design can be freely changed. Chromium or a complex metal salt of chromium may be mixed with the metal salt, or the structure may be such that it is introduced into the discharge tube in the form of vapor.
[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば放電管を大口径化、
長尺化させることなく発振効率の向上化を達成でき、ひ
いては医療機器等に有効な小型、軽量で大出力の金属蒸
気レーザ装置を提供できる。[Effect of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, the discharge tube has a large diameter,
It is possible to improve the oscillation efficiency without increasing the length, and to provide a small-sized, lightweight, high-power metal vapor laser device effective for medical devices and the like.
第1図は本発明の一実施例を示す金属蒸気レーザ装置の
断面図、第2図はCu及びCrのエネルギー準位を示す説明
図である。 1……放電管、2……管状断熱材、41、42……放電電
極、5……パルス電源、61、62……窓保持用金属フラン
ジ、81、82……共振器ミラー、9……バッファガス供給
部、11……ガス排気部材、14……冷却パイプ、15……
銅、16……クロム。FIG. 1 is a sectional view of a metal vapor laser device showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing energy levels of Cu and Cr. 1 ... Discharge tube, 2 ... Tubular insulation, 4 1 , 4 2 ...... Discharge electrode, 5 ...... Pulse power supply, 6 1 , 6 2 ...... Metal flange for holding windows, 8 1 , 8 2 ...... Resonance Mirror, 9 …… Buffer gas supply part, 11 …… Gas exhaust member, 14 …… Cooling pipe, 15 ……
Copper, 16 ... chrome.
Claims (1)
しくはこれらの複合金属塩をバッファガスと共に放電さ
せて励起し、金もしくは銅のレーザ発振光を出力する金
属蒸気レーザ装置において、前記金属蒸気発生源と共に
クロムもしくはクロムの複合金属塩を前記放電管内に混
入したことを特徴とする金属蒸気レーザ装置。1. A metal vapor laser device for outputting gold or copper laser oscillation light by discharging gold, copper or a composite metal salt thereof, which is a metal vapor generation source, in a discharge tube together with a buffer gas to excite the laser oscillation light. A metal vapor laser device in which chromium or a composite metal salt of chromium is mixed in the discharge tube together with a metal vapor generation source.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4356687A JPH0770793B2 (en) | 1987-02-26 | 1987-02-26 | Metal vapor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4356687A JPH0770793B2 (en) | 1987-02-26 | 1987-02-26 | Metal vapor laser device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63211690A JPS63211690A (en) | 1988-09-02 |
JPH0770793B2 true JPH0770793B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=12667291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4356687A Expired - Fee Related JPH0770793B2 (en) | 1987-02-26 | 1987-02-26 | Metal vapor laser device |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0770793B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2829479B2 (en) * | 1993-08-18 | 1998-11-25 | 株式会社中央製作所 | Metal vapor laser |
-
1987
- 1987-02-26 JP JP4356687A patent/JPH0770793B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPS63211690A (en) | 1988-09-02 |
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