JPH0832150A - 銅蒸気レーザ及びその駆動方法 - Google Patents

銅蒸気レーザ及びその駆動方法

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JPH0832150A
JPH0832150A JP16029894A JP16029894A JPH0832150A JP H0832150 A JPH0832150 A JP H0832150A JP 16029894 A JP16029894 A JP 16029894A JP 16029894 A JP16029894 A JP 16029894A JP H0832150 A JPH0832150 A JP H0832150A
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Japan
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laser
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copper
zinc
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JP16029894A
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Kazumi Ouchi
和美 大内
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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
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases
    • H01S3/227Metal vapour

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 亜鉛原子を用いて高効率化連続発振を可能に
する銅蒸気レーザ及びその駆動方法を提供する。 【構成】 銅蒸気レーザの放電管と、この放電管内へ挿
入される亜鉛を備え、銅蒸気レーザのレーザ下準位D
5/2 (11202.565cm-1)(準安定準位)にあ
る銅原子を、共鳴エネルギー遷移又は原子間衝突エネル
ギー遷移等を介して、上準位P3/2 (57948.7
1cm-1)へポンピングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、銅蒸気レーザに係り、
特に、連続発振及び高効率化を実現する亜鉛原子を用い
た銅蒸気レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の先行技術として
は、例えば、以下に示すようなものがあった。図7は従
来の銅蒸気レーザのエネルギー準位図である。ここで
は、銅蒸気レーザ(金属銅、ハライド銅)におけるレー
ザ発振メカニズムについて示す。
【0003】基底準位にある銅原子は、電子の衝突に
よりレーザ上準位P1/2 (30535cm-1),P
3/2 (30784cm-1)へ励起される。この励起され
た銅原子は、レーザ下準位D3/2 (13245c
-1),D5/2 (11203cm-1)へ遷移する時
に、510.6nm,578.2nmの光を放出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザ下準位
は、準安定状態であり、レーザ下準位から基底準位へ遷
移するまでの平均寿命は、270μsと長いために連続
発振が不可能となる。また、レーザ発振効率は、放電の
電子衝突によりレーザ上準位へ励起された原子数が、レ
ーザ下準位にある原子数よりも多い状態(反転分布)が
成立する時のみ、レーザ発振状態が成立する。
【0005】したがって、このレーザ発振状態は、レー
ザ上準位原子数とレーザ下準位の原子数が等しくなった
時に止まる。これより、このレーザは、レーザ上準位へ
ポンピングされた原子数の約半数が、レーザ発振に寄与
せず無駄になっていることがわかる。本発明は、上記問
題点を除去し、亜鉛原子を用いて高効率化連続発振を可
能にする銅蒸気レーザ及びその駆動方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 (1)銅蒸気レーザにおいて、銅蒸気レーザの放電管
と、この放電管内へ挿入される亜鉛と、銅蒸気レーザの
レーザ下準位(準安定準位)にある原子を亜鉛原子の共
鳴準位による共鳴エネルギー遷移及び原子間衝突による
エネルギー遷移等を用いて上準位へポンピングするポン
ピング手段とを設けるようにしたものである。
【0007】(2)請求項1記載の銅蒸気レーザにおい
て、前記亜鉛は金属亜鉛及び亜鉛化合物である。 (3)請求項1記載の銅蒸気レーザにおいて、エネルギ
ー遷移を促進するために外部エネルギー印加装置を有す
る。 (4)請求項3記載の銅蒸気レーザにおいて、外部エネ
ルギー印加装置は、前記放電管の径方向及び又は軸方向
から、電界及び又は磁界を印加する装置である。
【0008】(5)銅蒸気レーザの駆動方法において、
銅蒸気レーザのレーザ下準位(準安定準位)にある原子
を亜鉛原子の共鳴準位による共鳴エネルギー遷移及び原
子間衝突によるエネルギー遷移等を用いて上準位へポン
ピングすることによりレーザの高効率化連続発振を可能
にする。 (6)請求項5記載の銅蒸気レーザの駆動方法におい
て、前記エネルギー遷移を促進するために外部エネルギ
ーを印加し、ゼーマン効果及びシュタルク効果を与え
る。
【0009】
【作用】本発明によれば、亜鉛原子は、図1に示すよう
に、P1/2 (46745.37cm-1)に強い共鳴準
位を有するので、この亜鉛原子の共鳴準位を用いて、銅
原子のレーザ下準位D5/2 (11202.565cm
-1)にある銅原子を、共鳴エネルギー遷移又は原子間衝
突エネルギー遷移等を介して上準位P3/2 (5794
8.71cm-1)へポンピングすることができる。
【0010】このような銅原子の上準位への励起に必
要なエネルギーは、46746.145cm-1であり、
亜鉛原子の共鳴準位との差は、0.775cm-1と非
常に狭いことから、ドップラ効果、放電管内部電界及び
共振器内部の光電界,磁界等の効果により共鳴エネルギ
ー遷移を実現できる。この共鳴エネルギー遷移過程を用
いて、銅のレーザ下準位にある原子を、高速かつ効率的
に取り除くことが可能になるので、銅蒸気レーザの連続
発振が実現できる。
【0011】また、レーザ上準位へ励起された原子は、
全てレーザ発振に寄与できることから、レーザ効率をよ
り高めることができる。加えて、銅の上準位P
3/2 (57948.71cm-1)へ励起された原子は、
いくつかの緩和過程を介して、最終的にレーザ上準位へ
戻ることになり、更に、レーザ発振の高効率化を図るこ
とができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図1は本発明の実施例を示す銅蒸
気レーザの銅と亜鉛を単純化したエネルギーレベルのダ
イヤグラムを示す図、図2はその銅蒸気レーザへの亜鉛
挿入モデル図である。
【0013】ここでは、銅蒸気レーザの放電管内に亜鉛
原子を加えた場合について説明する。図2において、1
は放電管であり、この放電管1の両端にはレーザ窓2が
設けられるとともに、放電電極4を有するフランジ3が
対向配置される。また、放電管1の両側のレーザ窓2に
対向する外部には全反射ミラー6と出力ミラー7が配置
されている。更に、放電管1内には金属銅8、金属亜鉛
9が封入されている。
【0014】ここで、金属銅8と金属亜鉛9を放電加熱
して亜鉛原子を有する銅蒸気レーザを得る。そこで、図
1に示すように、基底準位にある亜鉛原子は、電子の
衝突によりP1/2 (46745.37cm-1)へ励起
される。亜鉛原子は、このP1/2(46745.37
cm-1)に強い共鳴準位を持つ。この亜鉛原子の共鳴準
位を用いて、銅原子のレーザ下準位D5/2 (1120
2.565cm-1)にある銅原子を、共鳴エネルギー遷
移又は原子間衝突エネルギー遷移等を介して、上準位
3/2 (57948.71cm-1)へポンピングするこ
とができる。
【0015】このような銅原子の上準位への励起に必要
なエネルギーは、46746.145cm-1であり、亜
鉛原子の共鳴準位との差は、0.775cm-1と非常に
狭いことから、ドップラ効果、放電管内部電界及び共振
器内部の光電界等により共鳴エネルギー遷移を実現でき
る。この共鳴エネルギー遷移過程を用いて、銅のレーザ
下準位にある原子を、高速かつ効率的に取り除くことが
可能になるので、銅蒸気レーザの連続発振が実現でき
る。
【0016】また、レーザ上準位へ励起された原子は、
全てレーザ発振に寄与できることから、レーザ効率をよ
り高めることができる。そこで、銅の上準位P
3/2 (57948.71cm-1)へ励起された原子は、
いくつかの緩和過程を介して、最終的にレーザ上準位へ
戻ることになるので、更にレーザ発振の高効率化へ寄与
することになる。
【0017】このように構成することにより、発振波長
が、510.6nm,578.2nmで、可視域の高平
均出力パルスレーザを、高効率で連続発振させることが
できる。なお、上記実施例においては、銅原子を得るた
めに金属銅8のみを示したが、これに限定されるもので
はなく、ハライド銅を用いるようにしてもよい。また、
亜鉛原子を得るために金属亜鉛9のみを示したが、亜鉛
化合物を用いるようにしてもよい。
【0018】更に、亜鉛原子から銅原子への共鳴エネル
ギー遷移をより促進するために、以下のような手段を施
すことができる。図3は本発明の実施例を示す亜鉛原子
から銅原子への共鳴エネルギー遷移をより促進するため
に磁界を放電管の径方向に加えるモデル図である。この
図において、図2に示した部分と同じ部分については、
図2と同じ番号を付して、その説明は省略する。
【0019】図3に示すように、例えば、放電管1の上
部にN極10を、放電管1の下部にS極11を生成させ
て、放電管1の径方向に磁場Hを発生させる。図4は本
発明の実施例を示す亜鉛原子から銅原子への共鳴エネル
ギー遷移をより促進するために磁界を放電管の軸方向に
加えるモデル図である。この図において、図2に示した
部分と同じ部分については、図2と同じ番号を付して、
その説明は省略する。
【0020】図4に示すように、例えば、放電管1の周
りに励磁コイル12を設けて、放電管1の軸方向に磁場
Hを発生させる。図5は本発明の実施例を示す亜鉛原子
から銅原子への共鳴エネルギー遷移をより促進するため
に電界を放電管の径方向に加えるモデル図である。この
図において、図2に示した部分と同じ部分については、
図2と同じ番号を付して、その説明は省略する。
【0021】図5に示すように、例えば、放電管1の上
部に+電極13を、放電管1の下部に−電極14を生成
させて、放電管1の径方向に電場Eを発生させる。図6
は本発明の実施例を示す亜鉛原子から銅原子への共鳴エ
ネルギー遷移をより促進するために電界を放電管の軸方
向に加えるモデル図である。この図において、図2に示
した部分と同じ部分については、図2と同じ番号を付し
て、その説明は省略する。
【0022】図6に示すように、例えば、放電管1の左
側に+電極15を、放電管の右側に−電極16を生成さ
せて、放電管1の軸方向に電場Eを発生させる。更に、
上記した磁界と電界の両方を、放電管の径方向、軸方向
あるいは両方向から加えるようにしてもよい。このよう
に、放電管の外部より、電界、磁界あるいは両方を、放
電管の径方向、軸方向あるいは両方向から加えることに
より、ゼーマン効果及びシュタルク効果等を発生させ、
更に、スペクトルを広げることができるので、共鳴エネ
ルギー遷移に用いられる原子間のエネルギー差(0.7
75cm-1)を十分に補償することができる。
【0023】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0024】
【発明の効果】以下、詳細に説明したように、本発明に
よれば、銅蒸気レーザのレーザ下準位(準安定準位)に
ある原子を、亜鉛原子の共鳴準位による共鳴エネルギー
遷移及び原子間衝突によるエネルギー遷移等を用いて、
上準位へポンピングすることができ、レーザの高効率化
連続発振を行うことができる。
【0025】したがって、原子力分野でのレーザウラン
濃縮に本発明の亜鉛原子を用いた銅蒸気レーザを用いる
ことにより、レーザウラン濃縮法のコスト削減、高効率
分離、つまり、高効率のウランUの同位体分離等を行う
ことができる。また、医療分野でのレーザ治療等への貢
献が期待され、その効果は著大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す銅蒸気レーザの銅と亜鉛
を単純化したエネルギーレベルのダイヤグラムを示す図
である。
【図2】本発明の実施例を示す銅蒸気レーザへの亜鉛挿
入モデル図である。
【図3】本発明の実施例を示す亜鉛原子から銅原子への
共鳴エネルギー遷移をより促進するために磁界を放電管
の径方向に加えるモデル図である。
【図4】本発明の実施例を示す亜鉛原子から銅原子への
共鳴エネルギー遷移をより促進するために磁界を放電管
の軸方向に加えるモデル図である。
【図5】本発明の実施例を示す亜鉛原子から銅原子への
共鳴エネルギー遷移をより促進するために電界を放電管
の径方向に加えるモデル図である。
【図6】本発明の実施例を示す亜鉛原子から銅原子への
共鳴エネルギー遷移をより促進するために電界を放電管
の軸方向に加えるモデル図である。
【図7】従来の銅蒸気レーザのエネルギー準位図であ
る。
【符号の説明】
1 放電管 2 レーザ窓 3 フランジ 4 放電電極 6 全反射ミラー 7 出力ミラー 8 金属銅 9 金属亜鉛 10 N極 11 S極 12 励磁コイル 13,15 +電極 14,16 −電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)銅蒸気レーザの放電管と、(b)該
    放電管内へ挿入される亜鉛とを備え、(c)銅蒸気レー
    ザのレーザ下準位(準安定準位)にある原子を亜鉛原子
    の共鳴準位による共鳴エネルギー遷移及び原子間衝突に
    よるエネルギー遷移等を用いて上準位へポンピングする
    ことを特徴とする銅蒸気レーザ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の銅蒸気レーザにおいて、
    前記亜鉛は金属亜鉛及び亜鉛化合物である銅蒸気レー
    ザ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の銅蒸気レーザにおいて、
    エネルギー遷移を促進するために外部エネルギー印加装
    置を有する銅蒸気レーザ。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の銅蒸気レーザにおいて、
    外部エネルギー印加装置は、前記放電管の径方向及び又
    は軸方向から、電界及び又は磁界を印加する装置である
    銅蒸気レーザ。
  5. 【請求項5】 銅蒸気レーザのレーザ下準位(準安定準
    位)にある原子を亜鉛原子の共鳴準位による共鳴エネル
    ギー遷移及び原子間衝突によるエネルギー遷移等を用い
    て上準位へポンピングすることによりレーザの高効率化
    連続発振を可能にする銅蒸気レーザの駆動方法。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の銅蒸気レーザの駆動方法
    において、前記エネルギー遷移を促進するために外部エ
    ネルギーを印加し、ゼーマン効果及びシュタルク効果を
    与える銅蒸気レーザの駆動方法。
JP16029894A 1994-07-12 1994-07-12 銅蒸気レーザ及びその駆動方法 Withdrawn JPH0832150A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4730334A (en) * 1987-01-05 1988-03-08 Collins George J Ultraviolet metal ion laser
JPH01238087A (ja) * 1988-03-18 1989-09-22 Toshiba Corp 金属蒸気レーザ装置

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WO1996002076A1 (en) 1996-01-25

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