JPH0790150B2 - 波長安定化装置 - Google Patents

波長安定化装置

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JPH0790150B2
JPH0790150B2 JP29998786A JP29998786A JPH0790150B2 JP H0790150 B2 JPH0790150 B2 JP H0790150B2 JP 29998786 A JP29998786 A JP 29998786A JP 29998786 A JP29998786 A JP 29998786A JP H0790150 B2 JPH0790150 B2 JP H0790150B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/13Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
    • H01S3/139Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H01S3/1392Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length by using a passive reference, e.g. absorption cell

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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、レーザ原子法ウラン濃縮等のアイソトープ分
離に好適な波長安定化装置に関する。
(従来の技術) 例えば、レーザ原子法ウラン濃縮法は、ウランU−235,
U−238のアイトソープのうちウランU−125をこのウラ
ンU−235が励起する波長のレーザを照射して選択的に
イオン化し、これを電界によって引き出して回収電極に
付着するものである。ところで、ウランU−235とU−2
38とは第4図に示すように基底基準Aにあるときそのエ
ネルギー準位が近接した状態にある。このため、ウラン
U−235のみを選択して励起準位Bへ遷移させてイオン
化しようとしてレーザの波長をウランU−235をイオン
化する値に制御しても、この波長値が少しでもずれると
ウランU−238がイオン化されてしまう。従って、照射
するレーザの波長を安定化することが重要となってい
る。第5図は従来における波長安定化装置の構成図であ
る。この装置はオプトガルバノ効果を適用したもので、
波長可変の色素レーザ発振器1および内部がプラズマ状
態となるホローカソードランプ2が備えられている。な
お、ホローカソードランプ2はナトリウムNa等を塗布し
た陽極2aと陰極2bとの間に電源3から電圧が印加されて
内部がプラズマ化されている。そして、このホローカソ
ードランプ2内にレーザ4が照射されたときにレーザ4
の波長がナトリウムNa固有の吸収線と同一であると、プ
ラズマのインピーダンスが変化し、この変化がコンデン
サ5を通してインピーダンス検出部6で検出される。そ
して、検出されたインピーダンスに応じて波長コントロ
ーラ7にフィードバックがかかって色素レーザ発振器1
から出力されるレーザ4の波長が一定に制御されるもの
となっている。
ところが、この波長の安定化は、ナトリウムNa等の特定
元素に対応する波長の遷移つまり基底準位が関係する遷
移や寿命の比較的長い準安定準位が関係する遷移等であ
る。従って、準安定準位でない中間準位やこの中間準位
よりもさらに高いエネルギー準位への遷移は行われてい
なかった。これは中間準位以上のエネルギー準位へ遷移
させるエネルギーのレーザを得ることが困難でであるた
めエネルギー準位の高いレーザ波長の安定化は行われて
いなかった。しかし、レーザ原子ウラン濃縮にあって
は、上記レーザを得ることが必須であって、このような
波長の安定したレーザが要求されている。
(発明が解決しようとする問題点) 以上のようにウランU−235の吸収線と同一の波長に確
実に制御して安定したレーザを得ることが困難であっ
た。
そこで本発明は、アイソトープ分離と同一の原子の吸収
線と同一の波長に確実に制御できて安定したレーザを得
ることができる波長安定化装置を提供することを目的と
する。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、陽極にアイソトープ分離する原子と同一の原
子を塗布したホローカソードランプ内にレーザを照射し
このときのホローカソードランプ内にインピーダンス変
化に応じてレーザの波長をアイソトープ原子を所定エネ
ルギー準位だけ遷移するように必要な値に制御する各波
長安定手段を備え、これら波長安定手段から発振される
各波長のレーザを順次合成して各エネルギー準位別に遷
移する合成レーザを作成し、最終的にアイソトープ原子
を励起準位へ遷移する波長を含む最終合成レーザを得る
構成として上記目的を達成しようとする波長安定化装置
である。
(作用) このような手段を備えたことにより、1つの波長安定手
段からアイソトープ原子を所定エネルギー準位へ遷移す
る波長に制御されたレーザが発振されて次の波長安定手
段に送られ、この波長安定手段で先のレーザを取り入れ
て自身で発振するレーザと合成して前記エネルギー準位
からさらに高いエネルギー準位へ遷移する波長のレーザ
を発振する。そうして、順次多段に亙って合成レーザを
各波長安定手段から発振して最終的にアイソトープ原子
を励起単位に遷移する波長を含む最終合成レーザを得
る。
(実施例) 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は波長安定化装置の構成図である。この装置は、
陽極にウランU−235を塗布したホローカソードランプ
内にレーザを照射しこのときのホローカソードランプ内
のインピーダンス変化に応じてレーザの波長をウランU
−235を所定エネルギー準位へ遷移するに必要な一定値
に制御する各波長別の波長安定手段10、20、30を備え、
これら波長安定手段から発振される互いに異なる波長の
レーザを順次合成してウランU−235を所定エネルギー
準位づつ高いエネルギー準位へ遷移する合成レーザを作
成して最終的にウランU−235を励起準位へ遷移する波
長を含む最終合成レーザを得る構成としたものである。
具体的な構成を波長安定手段10から説明する。この波長
安定手段10は波長可変の色素レーザ発振器11およびウラ
ンU−235が塗布されたリング状の陽極12aを有するホロ
ーカソードランプ12が備えられ、このホローカソードラ
ンプ12内に発生するプラズマのインピーダンス変化を検
出するインピーダンス検出部13がホローカソードランプ
12のリング状の陰極12bにコンデンサC1を介して接続さ
れている。そして、インピーダンス検出部13により検出
されたインピーダンス値が波長コントローラ14にフィー
ドバックされ、この波長コントローラ14により色素レー
ザ発振器で発振されるレーザL1の波長が一定に制御され
るようになっている。なお、ホローカソードランプ12の
陽極12aには電源15が接続されて所定電圧が印加されて
いる。さて、色素レーザ発振器11から発振されるレーザ
L1のレーザ光路には半透鏡16が配置されてレーザL1の一
部が分岐されて波長安定手段20に送られるようになって
いる。この波長安定手段20は波長安定手段10からのレー
ザL1と波長可変の色素レーザ発振器21から発振されるレ
ーザL2との合成レーザL12を得るもので、前記波長安定
手段10の構成と同様に色素レーザ発振器21のレーザ光路
に半透鏡22およびウランU−235が塗布されたリング状
の陽極23aを有するホローカソードランプ23が備えら
れ、このホローカソードランプ23内に発生するプラズマ
のインピーダンス変化を検出するインピーダンス検出部
24がホローカソードランプ23のリング状の陰極32bにコ
ンデンサC2を介して接続されている。そして、インピー
ダンス検出部24により検出されたインピーダンス値が波
長コントローラ25にフィードバックされ、この波長コン
トローラ25により色素レーザ発振器で発振されるレーザ
L2の波長が一定に制御されるようになっている。なお、
ホローカソードランプ23の陽極23aには電源26が接続さ
れて所定電圧が印加されている。さて、前記半透鏡22に
よりレーザL1が2光路に分岐されてその一方がホローカ
ソードランプ23に送られるとともに他方が波長制御手段
30に送られ、かつレーザL2が2光路に分岐してその一方
がホローカソードランプ23に送られるとともに他方が波
長安定手段30に送られるようになっている。
波長安定手段30は波長安定手段10、20の合成レーザL12
と波長可変の色素レーザ発振器31から発振されるレーザ
L3との合成レーザL123を得るもので、色素レーザ発振器
31のレーザ光路に半透鏡32およびウランU−235が塗布
されたリング状の陽極33aを有するホローカソードラン
プ33が備えられ、このホローカソードランプ33内に発生
するプラズマのインピーダンス変化を検出するインピー
ダンス検出部34がホローカソードランプ33のリング状の
陰極33bにコンデンサC3を介して接続されている。そし
て、インピーダンス検出部34により検出されたインピー
ダンス値が波長コントローラ35にフィードバックされ、
この波長コントローラ35により色素レーザ発振器で発振
されるレーザL3の波長が一定に制御されるようになって
いる。なお、ホローカソードランプ33の陽極33aには電
源36が接続されて所定電圧が印加されている。さて、前
記半透鏡32によりレーザL12が2光路に分岐されてその
一方がホローカソードランプ33に送られるとともに他方
が外部へ送られ、かつレーザL3が2光路に分岐してその
一方がホローカソードランプ33に折られるとともに他方
が外部へ送られるようになっている。従って、各レーザ
L1、L2、L3が合成されて最終合成レーザL123が得られる
ようになっている。なお、R1、R2、R3は抵抗である。
次に上記の如く構成された装置の作用について説明す
る。ホローカソードランプ12の陽極12aに電源15から電
圧が印加されると、ホローカソードランク12内はプラズ
マ状態となる。このとき色素レーザ発振器11からレーザ
L1が発振されてホローカソードランプ12内に照射される
と、このレーザL1の波長がウランU−235の吸収線と一
致したときホローカソードランプ12内のプラズマのイン
ピーダンスが変化する。このインピーダンス変化はコン
デンサC1を通してインピーダンス検出部13で直ぐに検出
されて波長コントンローラ14にフィードバックされる。
従って、波長コントローラ14はインピーダンス検出部13
からのインピーダンス値に応じた波長制御信号を色素レ
ーザ発振器11に送出する。よって、色素レーザ発振器11
から発振されるレーザL1の波長はウランU−235の吸収
線と同一値に制御される。しかして、このレーザL1の波
長は第2図に示す如くウランU−235のみを基底準位A
から第1中間準位S1の遷移させるものとなっている。さ
て、レーザL1は半透鏡16によってその一部が分岐されて
波長安定手段20の半透鏡22に到達する。
波長安定手段20では色素レーザ発振器21から発振される
レーザL2とレーザL1とが半透鏡22で合成されてその一方
がホローカソードランプ23に送られるとともに他方が波
長安定手段30に送られる。そして、この合成レーザL12
の波長がウランU−235の吸収線と同一になると、ホロ
ーカソードランプ23内のプラズマのインピーダンスが変
化して、このインピーダンス変化がインピーダンス検出
部24で検出される。従って、合成レーザL12の波長がウ
ランU−235の吸収線と同一となるように色素レーザ発
振器21から発振されるレーザL2の波長が制御される。と
ころで、合成レーザL12の波長によってウランU−235の
エネルギー準位は第2図に示すように第1中間準位S1か
ら第2中間準位S2へ遷移させるエネルギーを有するもの
となる。そうして、レーザL12は半透鏡22によってその
一部が分岐されて波長安定手段30の半透鏡32に到達す
る。
これにより波長安定手段30では色素レーザ発振器31から
発振されるレーザL3とレーザL12とが半透鏡32で合成さ
れてその一方がホローカソードランプ33に送られるとと
もに他方が最終合成レーザL123として外部へ送られる。
そして、この最終合成レーザL123の波長がウランU−23
5の吸収線と同一になると、ホローカソードランプ33内
のプラズマのインピーダスが変化して、このインピーダ
ンス変化がインピーダンス検出部34で検出される。従っ
て、最終合成レーザL123の波長がウランU−235の吸収
線と同一となるように色素レーザ発振器31から発振され
るレーザL3の波長が制御される。ところで、最終合成レ
ーザL123によってウランU−235のエネルギー準位は第
2図に示すように第2中間準位S2から励起準位Bつまり
自動イオン化レベルB1又はイオン化レベルB2へ遷移され
る。
このように上記一実施例においては、陽極にウランU−
235を塗布したホローカソードランプ12,23,33内にレー
ザを照射しこのときのホローカソードランプ12,23,33内
のインピーダンス変化に応じてレーザの波長をウランU
−235を所定エネルギー準位へ遷移させるに必要な値に
制御する各発振波長別の波長安定手段10、20、30を備
え、これら波長安定手段10、20、30から発振される各レ
ーザを順次合成してウランU−235を所定エネルギー準
位づつ遷移する合成レーザを作成して最終的にウランU
−235を励起準位Bへ遷移する波長を含む最終合成レー
ザL123を得る構成としたので、ウランU−235のみを確
実に選択できる波長のレーザを安定して得ることができ
てこのウランU−235を励起準位Bへ遷移することがで
きる。そして、この波長の安定化は一旦中間準位S1、S2
にエネルギー準位を遷移させて安定化させてから励起準
位Bへ遷移させているので、各エネルギー準位S1、S2へ
の遷移は安定して行われる。
第3図は本発明装置を適用したウラン濃縮装置の概略構
成図であって、チェンバ40内にウランU−235,U−238が
載置され、このウランU−235,U−238に矢印(イ)方向
の磁場によって偏向された電子ビームが照射される。こ
れによりウランU−235,U−238は加熱されて蒸気化し、
この蒸気化されたウランU−235,U−238に前記レーザL1
23が照射されてウランU−235のみがイオン化される。
かくして、このウランU−235は「−」電荷に帯電され
た回収電極41に付着してウランU−235のみが得られ
る。従って、このようなウラン濃縮装置に適用すれば、
ホローカソードランプ33内ではチャンバー40内と同一の
作用が行われていることになり、このホローカソードラ
ンプ33内のインピーダンス変化を検出することによって
ウラン濃縮装置全体を動かすことなしに波長の安定化が
計れる。また、ウラン濃縮中にレーザ波長がドリフトや
ジッターしても直ぐにプラズマのインピーダンス変化と
して検出できるので、レーザ波長がドリフト等しても直
ぐにレーザの入射停止等の処置がとれて、大形のウラン
濃縮装置に対するフェールセーフが取れる。
また、中間準位に対してレーザの波長が不一致であって
も2つの光子のエネルギーの和が励起準位への遷移のエ
ネルギーと合致している時にも励起準位への遷移が行わ
れる二光子遷移現象があるが、この現象ではウランU−
238も遷移する可能性があってウランU−235の濃縮効率
が低下してしまうが本発明はそれを防ぐことができる。
なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでなくそ
の主旨を逸脱しない範囲で変形してもよい。例えば、上
記一実施例の如く3波長3段階励起でなく4波長3段階
励起の構成とすることもできる。
[発明の効果] 以上詳記したように本発明によれば、アイソトープ分離
と同一の原子の吸収線と同一の波長に確実に制御できて
安定したレーザを得ることができる波長安定化装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる波長安定化装置の一実施例を示
す構成図、第2図は同装置の作用を説明するための図、
第3図は同装置を適用したウラン濃縮装置の概略構成
図、第4図はウランU−235の分離を説明するための模
式図、第5図は従来装置の構成図である。 10,20,30……波長安定手段、11,21,31……色素レーザ発
振器、12,23,33……ホローカソードランプ、13,24,34…
…インピーダンス検出部、14,25,35……波長コントロー
ラ、15,26,36……電源、16,22,32……半透鏡。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】陽極にアイソトープ分離する原子と同一の
    原子を塗布したホローカソードランプ内にレーザを照射
    しこのときの前記ホローカソードランプ内のインピーダ
    ンス変化に応じて前記レーザの波長を前記アイソトープ
    原子を所定エネルギー準位だけ遷移するに必要な値に制
    御する各波長安定手段を備え、これら波長安定手段から
    発振される各波長のレーザを順次合成して各エネルギー
    準位別に遷移する合成レーザを作成し、最終的にアイソ
    トープ原子を励起準位へ遷移する波長を含む最終合成レ
    ーザを得ることを特徴とする波長安定化装置。
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