JPH09116237A

JPH09116237A - 金属蒸気レーザ装置

Info

Publication number: JPH09116237A
Application number: JP26704895A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Masuda; 博之益田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ出力の低下を抑制して長時間にわたっ
て安定なレーザ出力で運転可能な金属蒸気レーザ装置を
得る。【解決手段】容器１内に真空断熱部２２を介して設け
られた外管３と、外管内に断熱材４を介して設けられ金
属媒体９が内蔵された内管５と、真空断熱部内に配置さ
れた赤外線透過性の透明管２１と、容器の外側に連通さ
れた空間２３と、真空断熱部と空間との間の気密性を保
持する封止部材１８と、赤外線領域に対して吸収特性を
有する流体を空間内に選択的に注入する流体注入手段と
を設け、流体の注入排出調整により容器内面の輻射率を
変化させて内管の断熱状態を能動的に変化させる。これ
により、電気入力変化時または断熱材劣化時において
も、放電管の内管温度を一定に維持してレーザ発振に必
要な金属蒸気量を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガス放電によっ
て金属を加熱して気化および励起させてレーザ出力を得
る金属蒸気レーザ装置に関し、特にレーザ出力の低下を
抑制して長時間の安定出力運転を可能にした金属蒸気レ
ーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の金属蒸気レーザ装置を示す
断面図である。図において、１は金属蒸気レーザ装置の
シャーシとなる容器、１ｂは容器１の一部に挿入された
電気的絶縁物、２は容器１の内側に形成された真空断熱
部である。

【０００３】３は容器１の内側に真空断熱部２を介して
設けられた外管であり、内部に不活性ガスが封入されて
いる。４は外管３の内側に設けられた断熱材、５は断熱
材の内側に設けられて内部で放電が形成される内管、６
は内管５の一端に設けられた陰極、７は内管５の他端に
設けられた陽極である。

【０００４】容器１は、電気的絶縁物１ｂにより陰極６
および陽極７間の絶縁を保持するとともに、電気帰還路
としての機能を兼ねており、外管３との間の内部が真空
に保持されている。外管３は、断熱材４および内管５を
包囲して気密性を保持している。断熱材４は、内管５を
支持するとともに、径方向に対する熱損失を抑制してい
る。

【０００５】８は容器１内に不活性ガスを封入するため
に容器１の両端部に設けられた気密シール用Ｏリングか
らなる封止部材、９は内管５内に配置されて金属蒸気を
生成するための銅ペレット等の固形状の金属媒体、１０
は陰極６から外部に引き出された陰極端子、１１は陽極
７から外部に引き出された陽極端子、１２はレーザ光を
取り出すために容器１の両端部に配置された光学窓、１
３は光学窓１２を容器１に保持する窓フランジである。

【０００６】次に、図９に示した従来の金属蒸気レーザ
装置の動作について説明する。まず、陰極端子１０と陽
極端子１１との間にパルス電圧が印加されると、陰極６
と陽極７との間にパルス放電が発生し、内管５の内部に
放電が形成される。この放電により、不活性ガスが加熱
されて発生した熱は、内管５に伝導するとともに、内管
５を取り囲む断熱材４および真空断熱部２の作用によ
り、内管５の温度を上昇させる。

【０００７】また、内管５の温度上昇にともなって、内
管５の内部に載置された金属媒体９が溶融することによ
り、内管５の内部にレーザ発振を起こすのに必要な銅蒸
気等の金属蒸気が発生する。この状態において、陰極６
および陽極７の間にパルス電圧を印加すると、放電によ
り放出された電子のエネルギで、金属蒸気の原子が励起
されて反転分布を起こす。したがって、光学窓１２の外
側に光共振器（図示せず）を配置することにより、光学
窓１２を通してレーザ光が得られる。

【０００８】このとき、レーザ発振に必要な金属蒸気密
度を得るためには、内管５を高温に維持する必要がある
ため、外管３および内管５の間に断熱材４が配置され、
さらに、外管３と容器１との間に真空断熱部２が設けら
れている。なお、内管５の温度と容器１の内壁温度との
関係は、以下の（１）式のように表わされる。

【０００９】［Ｔｉ−｛（Ｑ・ｒｏ）／（ｋ・Ａｏ）｝ｌｏｇ_e｛ｒｏ／ｒｉ｝］⁴−Ｔｗ⁴ ＝｛Ｑ／（σ・Ａｏ）｝｛１／εｏ＋（Ａｏ／Ａｗ）（１／εｗ−１）｝…（１）

【００１０】但し、（１）式において、Ｔｉは内管５の
温度、Ｑは径方向の伝熱量、ｒｏは外管３の半径、ｋは
断熱材４の熱伝導率、Ａｏは外管３の断面積、ｒｉは内
管５の半径、Ｔｗは容器１の温度、σはステファン・ボ
ルツマン定数、εｏは外管３の輻射率、Ａｗは容器１の
断面積、εｗは容器１の輻射率である。

【００１１】（１）式で示すように、内管５の温度Ｔｉ
と容器１の温度Ｔｗとの関係は、径方向の伝熱量Ｑと、
断熱材４の熱伝導率ｋおよび厚さと、真空断熱部２を介
して対向する外管３および容器１の面積Ａｏ、Ａｗおよ
び輻射率εｏ、εｗとにより、一義的に決定される。

【００１２】したがって、レーザ発振に必要な一定の金
属蒸気密度を確保するためには、一定の熱入力を保ち続
ける必要がある。また、より高いレーザ効率を得るため
には、内管５の軸方向の温度分布を均一にする必要があ
る。したがって、温度分布の均一化に対応するために、
異なる熱伝導率の断熱材４を配置したり、断熱材４の厚
さを変化させることにより、内管５の軸方向での断熱条
件を区間に応じて変化させている。

【００１３】しかしながら、熱の入力量は電気入力量に
ほぼ対応しているため、レーザ光の出力を変化させるた
めに電圧を変化させる場合、入力熱量の変化にともなっ
て内管５の温度Ｔｉが変化することから、金属蒸気量が
最適値から外れてしまい、所定のレーザ出力が得られな
いおそれがある。

【００１４】また、断熱材４は、経年変化で収縮して厚
さが薄くなったり、ヒビ割れにより断熱効果が劣化する
ので、内管５の温度Ｔｉを維持するために、時間経過と
ともに供給電力を徐々に増大させなければならない。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の金属蒸気レーザ
装置は以上のように、レーザ発振に必要な金属蒸気密度
を得るために、内管５を高温に維持し且つ軸方向の断熱
条件を区間毎に変化させて温度分布を均一化しているの
で、印加電圧を変化させてレーザ出力を変化させようと
すると内管５の温度が変化してしまい、所定のレーザ出
力を得ることができないという問題点があった。

【００１６】また、断熱材４の経年変化に対応するため
に供給電力を増大させると、レーザ出力に対する電気入
力の比で表わされるレーザ効率が低下するという問題点
があった。

【００１７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、レーザ出力の低下を抑制し、長
時間にわたって安定なレーザ出力で運転することが可能
な金属蒸気レーザ装置を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る金属蒸気レーザ装置は、容器内に真空断熱部を介して
設けられ且つ不活性ガスが封入された外管と、外管内に
断熱材を介して設けられ且つ金属媒体が内蔵された内管
と、内管の軸方向に離間して配置された一対の電極とを
備え、一対の電極間にパルス電圧を印加することによ
り、不活性ガスを放電加熱して金属媒体を溶融するとと
もに、放電電子により金属媒体の金属蒸気を励起してレ
ーザ光を発生させる金属蒸気レーザ装置において、真空
断熱部内に配置されて、赤外線領域に対して光透過特性
を有する透明管と、透明管と容器との間に形成されて、
容器の外側に連通された空間と、外管と透明管との間の
真空断熱部と空間との間の気密性を保持する封止部材
と、赤外線領域に対して吸収特性を有する流体を空間内
に選択的に注入する流体注入手段とを設けたものであ
る。

【００１９】この発明の請求項１においては、外管の外
周部に位置する真空断熱部内に、赤外線領域で光透過特
性を有する透明管を挿入し、透明管と容器との間に外部
連通空間を形成し、この空間と真空断熱部との間の気密
性を保持するとともに、赤外線領域に対して吸収特性を
有する流体を空間内に選択的に注入する。このとき、流
体の注入排出調整により、外管と対向する容器内面の輻
射率を変化させ、ひいては内管の断熱状態を能動的に変
化させる。たとえば、容器内の温度を上昇させたい場合
には、流体を空間内から排出して赤外線領域の吸収をな
くす。逆に、容器内の温度を低下させたい場合には、流
体を空間内に注入して赤外線吸収媒体層を放電管面を取
り囲む部分に設け、赤外線領域のエネルギを吸収させ
る。このように、赤外線吸収媒体の有無および圧力等を
変化させて対向面の輻射率を調整することにより、電気
入力変化時または断熱材劣化時等においても、放電管の
内管温度を一定に維持し、レーザ発振に必要な金属蒸気
量を一定に確保する。

【００２０】また、この発明の請求項２に係る金属蒸気
レーザ装置は、請求項１において、透明管は、石英管か
らなるものである。

【００２１】この発明の請求項２においては、透明管を
石英管で構成することにより、赤外線領域の輻射エネル
ギを確実に透過させ、流体層による赤外線吸収特性に影
響を与えないようにする。

【００２２】また、この発明の請求項３に係る金属蒸気
レーザ装置は、請求項１または請求項２において、流体
は、水または水蒸気からなるものである。

【００２３】この発明の請求項３においては、流体とし
て水または水蒸気を用いることにより、赤外線領域の輻
射エネルギを選択的に吸収する。

【００２４】また、この発明の請求項４に係る金属蒸気
レーザ装置は、請求項１または請求項２において、流体
は、炭酸ガスからなるものである。

【００２５】この発明の請求項４においては、流体とし
て炭酸ガスを用いることにより、赤外線領域の輻射エネ
ルギを選択的に吸収する。

【００２６】また、この発明の請求項５に係る金属蒸気
レーザ装置は、請求項１から請求項４までのいずれかに
おいて、空間は、複数の封止部材を介して軸方向に複数
に分割され、流体注入手段は、複数の空間に対して個別
に設けられたものである。

【００２７】この発明の請求項５においては、流体注入
用の空間を、複数の封止部材を介して軸方向に分割し、
各空間に対して個別に流体注入手段を設け、軸方向の温
度調整を容易にする。

【００２８】また、この発明の請求項６に係る金属蒸気
レーザ装置は、請求項５において、複数の空間は、径方
向の厚さが互いに異なるものである。

【００２９】この発明の請求項６においては、複数の空
間の径方向の厚さを互いに異ならせて、流体層の厚さに
より輻射エネルギ吸収率を調整する。

【００３０】また、この発明の請求項７に係る金属蒸気
レーザ装置は、請求項１から請求項４までのいずれかに
おいて、空間は、複数の透明管および複数の封止部材を
介して径方向に多層に分割され、流体注入手段は複数の
空間に対して個別に設けられたものである。

【００３１】この発明の請求項７においては、流体注入
用の空間を、複数の透明管および複数の封止部材を介し
て径方向に多層分割し、各空間に対して個別に流体注入
手段を設け、軸方向の温度調整を容易にする。

【００３２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１を示す断
面図であり、１、３〜５、８および９は前述と同様のも
のである。また、１８および２２はそれぞれ封止部材８
および真空断熱部２に対応しており、図示しない構成
（陰極６および陽極７等）は図９に示した通りである。

【００３３】１８はＯリングからなる封止部材、２１は
容器１と外管３との間に配置された石英管、２２は外管
３と石英管２１との間に形成された真空断熱部である。
２３は石英管２１と容器１の内壁との間に形成された空
間であり、外部と連通している。２４は空間２３内に空
気または流体等を注入する注入ポート、２５は空間２３
から空気または流体等を排出する排出ポートであり、流
体注入手段（図示せず）に接続されている。

【００３４】なお、容器１は冷却水（図示せず）によっ
て冷却されており、容器１の内面は、内管５の温度を上
昇させるのに必要な大きさの輻射率となっている。空間
２３は、石英管２１の両端部において封止部材１８によ
り気密封止され、真空断熱部２２から完全に隔離されて
おり、通常は大気流入状態または真空状態である。一
方、電気入力を増大させてレーザ出力を変化させる場合
には、空間２３内に、赤外線領域で吸収スペクトルを有
する流体が注入され、見かけ上の輻射率を低下させるよ
うになっている。

【００３５】たとえば、断熱材４の経年変化によって内
管５の温度が下がることが想定される場合には、空間２
３内にあらかじめ流体を注入して見かけ上の輻射率を低
下させておき、経年変化後の温度低下状況につれて流体
を排出することにより、輻射率を上昇させて温度を上昇
させるようになっている。この場合、たとえば、注入流
体の種類を変えて吸収係数を変化させることにより、輻
射率を段階的に変化させることもできる。

【００３６】以下、図２〜図６を参照しながら、この発
明の実施の形態１による輻射率の調整動作について説明
する。なお、石英管２１と容器１との間の空間２３に
は、赤外線領域に吸収スペクトルを有する流体（水や炭
酸ガス等）があらかじめ注入されているものとする。ま
ず、電力供給時において、外管３の表面から容器１の内
面に向けて放出される輻射熱（赤外線スペクトルを含
む）は、一部が石英管２１の表面で反射され、残りは石
英管２１を透過する。

【００３７】このとき、石英管２１を透過した輻射熱の
うち、空間２３内に注入された流体の吸収スペクトルに
一致する波長分は、空間２３内で吸収されながら容器１
の内面に到達する。また、容器１の内面に到達した輻射
熱のうち、容器１の内面の反射率分は反射され、残りが
容器１の内面で吸収される。

【００３８】さらに、容器１の内面で反射された輻射熱
は、再び空間２３内の流体部分で吸収されながら石英管
２１側に戻り、石英管２１の表面で一部が反射され、残
りは外管３側に戻る。このときの総合的な反射率は、以
下の（２）式のように表わされる。

【００３９】 ρ（λ）＝ρ₁（λ）＋［｛１−ρ₁（λ）｝²ρ₂（λ）ｅｘｐ｛−２α（λ）・ｄ｝］／［１−ρ₁（λ）ρ₂（λ）ｅｘｐ｛−２α（λ）・ｄ｝］…（２）

【００４０】但し、（２）式において、ρ（λ）は波長
λの輻射熱に対する総合的な反射率、ρ₁（λ）は波長
λに対する石英管２１の反射率、ρ₂（λ）は波長λに
対する容器１の反射率、α（λ）は波長λに対する吸収
係数、ｄは流体層の厚さである。（２）式より、輻射率
は以下のように表わされる。

【００４１】ε（λ）＝１−ρ（λ） …（３）

【００４２】但し、（３）式において、ε（λ）は波長
λに対する輻射率である。（３）式から明らかなよう
に、流体の有無、流体の吸収係数α（λ）および流体層
の厚さｄによって、容器１の見かけ上の反射率ρ
₂（λ）が変化することにより、輻射率ε（λ）を調整
可能なことが分かる。

【００４３】また、（１）式から明らかなように、内管
５の断熱状態が容器１の輻射率ε（λ）に依存するの
で、流体の注入または排出を操作すること、流体の種類
を変えること、または、流体層の厚さｄを変えることな
どの能動的操作により、内管５の断熱状態を変化させる
ことが可能なことが分かる。

【００４４】図２は外管３の温度Ｔｏが１０００℃のと
きの輻射エネルギ（赤外線領域）のスペクトル分布を示
す特性図であり、横軸は輻射熱の波長λ［μｍ］、縦軸
は単位面積当りの輻射エネルギＥ［×１０¹⁰Ｗ／ｍ²］
である。図２から明らかなように、輻射エネルギＥは、
波長λが２．５μｍ程度の位置でピークとなり、波長λ
が１μｍ〜４μｍの範囲で分布することが分かる。した
がって、輻射断熱を調整するためには、この波長範囲
（１μｍ〜４μｍ）における輻射率ε（λ）を変化させ
る必要がある。

【００４５】図３は赤外線領域での水の吸収スペクトル
を示す特性図であり、横軸は波長λ［μｍ］、縦軸は吸
収強度の逆数Ｔｒ［％］である。図３から明らかなよう
に、吸収強度は、波長λが２．５μｍ程度の位置でピー
クとなることが分かる。したがって、図２の輻射エネル
ギＥのスペクトル分布を調整し、輻射率を変えるために
は、空間２３に注入する流体として、水または水蒸気を
用いることが効果的である。

【００４６】図４は各種光学ガラスの吸収スペクトルを
示す特性図であり、横軸は波長λ、縦軸は吸収強度の逆
数Ｔｒ［％］である。図４から明らかなように、合成石
英（実線）および溶融石英（破線）等のＯＨ基を有する
ガラスは、水（図３参照）と同様に、波長λが２．７μ
ｍ程度の位置で吸収量がピークとなる。しかし、無水合
成石英（一点鎖線）等のＯＨ基を有していないガラス
は、波長λが３．５μｍ程度の位置までほとんど吸収が
なく、輻射エネルギＥに関連する赤外線領域に対してほ
ぼ透明な光透過特性を有する。

【００４７】したがって、たとえば、無水石英等のＯＨ
基を有していないガラス材と水との組み合わせにより、
２μｍ近傍の輻射率ε（λ）を効果的の変化させること
ができる。すなわち、石英管２１の外側の空間２３内に
水または水蒸気を注入することにより、内管５および外
管３を取り囲む外周部に赤外線領域の吸収媒体層が形成
され、容器１の見かけ上の輻射率ε（λ）が低下するの
で、放電管内の温度を低下させることができる。また、
吸収媒体層の有無および圧力等の違いに基づいて、容器
１の見かけ上の輻射率ε（λ）を選択的に任意に調整す
ることができる。

【００４８】このように、赤外線領域に吸収帯を有する
流体の調整（注入または排出）により、容器１の外管３
との対向面の輻射率ε（λ）を変化させ、ひいては内管
５の断熱状態を能動的に変化させることにより、電気入
力の変化時または断熱部材４の経年劣化時においても、
内管５の温度Ｔｉを一定に補償して維持し、レーザ発振
に必要な金属蒸気量を一定に確保することができる。

【００４９】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、真空断熱部２２の上部に外部と連通された空間２３
を設け、赤外線領域で吸収特性を有する流体として、水
または水蒸気を空間２３内に注入したが、他の流体たと
えば炭酸ガス等を注入して輻射エネルギＥの分布を調整
してもよく、各種の混合ガスを注入してもよい。また、
赤外線領域に対して光透過特性を有する透明管として石
英管２１を用いたが、石英管２１に限らず、他の透明管
を用いてもよい。

【００５０】実施の形態３．また、上記実施の形態１で
は、真空断熱部２２の上部に外部と連通された空間２３
を設け、赤外線領域で吸収特性を有する流体を空間２３
内に注入することのみにより輻射エネルギＥ（図２参
照）を調整するようにしたが、空間２３を軸方向に複数
に分割し、たとえば各空間に注入する流体の種類を変え
ることにより、輻射エネルギＥの分割をさらに高精度に
調整してもよい。

【００５１】図５は流体注入用の空間を軸方向に分割し
たこの発明の実施の形態３を示す断面図であり、１、３
〜５、８、９、２１および２２は前述と同様のものであ
る。また、１８ａ〜１８ｃ、２３ａ〜２３ｃ、２４ａ〜
２４ｃおよび２５ａ〜２５ｃは、それぞれ、封止部材１
８、空間２３、注入ポート２４および排出ポート２５に
対応している。

【００５２】複数の封止部材１８ａ〜１８ｃは、石英管
２１の外側の空間を軸方向に分割して互いに気密隔離
し、複数の空間２３ａ〜２３ｃを形成している。また、
各空間２３ａ〜２３ｃに個別に設けられた注入ポート２
４ａ〜２４ｃおよび排出ポート２５ａ〜２５ｃは、個別
の流体注入手段（図示せず）に接続されている。なお、
ここでは、３個の空間２３ａ〜２３ｃを形成した場合を
示したが、任意数の空間が形成され得ることは言うまで
もない。

【００５３】この場合、絶縁区分された各空間２３ａ〜
２３ｃ内に吸収係数の異なる流体を注入することによ
り、内管５の断熱状態を軸方向位置に応じて変化させ、
軸方向の温度分布を均一化することもできる。このと
き、空間２３の分割数を多くすれば、高精度に均一化調
整することができる。

【００５４】実施の形態４．また、図５においては、各
空間２３ａ〜２３ｃの径方向の厚さが同一に設定されて
いるため、異なる流体を注入して温度均一化を実現させ
たが、たとえば、温度が上昇し易い中央部分の空間２３
ｂの厚さを、端部の空間２３ａおよび２３ｃよりも厚く
設定しておけば、各空間２３ａ〜２３ｃ内に同一の流体
を注入しても輻射エネルギＥが調整され、温度分布の均
一化を実現することができる。すなわち、中央部分の空
間２３ｂにおいては、流体層の厚さｄが大きくなるた
め、赤外線領域の吸収割合が大きくなり、温度上昇を抑
制することができる。

【００５５】図６は赤外線吸収特性を有する流体として
炭酸ガス（ＣＯ₂）を用いた場合の吸収割合を示す特性
図であり、横軸は波長λ［μｍ］、縦軸は吸収割合
［％］である。ここでは、流体（炭酸ガス）層の厚さｄ
をパラメータとして、ｄ＝３ｃｍ、５ｃｍ、６．３ｃｍ
および１００ｃｍに変化させた場合の特性曲線をそれぞ
れ示している。なお、ｄ＝１００ｃｍの場合は、炭酸ガ
ス層の厚さｄが相当に大きいため、吸収領域が分散し且
つ吸収割合が小さくなっている。

【００５６】図７は赤外線吸収特性を有する流体として
水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を用いた場合の吸収割合を示す特性図
であり、横軸は波長λ［μｍ］、縦軸は吸収割合［％］
である。ここでは、流体（水蒸気）層の厚さｄを、ｄ＝
４ｃｍ、７ｃｍ、３２．４ｃｍ、１０４ｃｍおよび１０
９ｃｍに変化させた場合の特性曲線をそれぞれ示してい
る。なお、水蒸気の温度は、室温から１００℃以上まで
とり得るが、各厚さｄに対して、ｄ＝４ｃｍの場合は８
１℃、ｄ＝７ｃｍの場合は室温（２５℃）、ｄ＝３２．
４ｃｍ、１０４ｃｍおよび１０９ｃｍの場合は１２７℃
とした場合を示している。

【００５７】図６および図７から、空間２３ａ〜２３ｃ
内に注入される流体（炭酸ガスまたは水蒸気）の厚さｄ
を変化させることにより、輻射エネルギＥにおける赤外
線領域内の吸収スペクトル範囲内の波長λを吸収するこ
とができ、したがって、前述と同様に、輻射率ε（λ）
を任意に調整することができる。

【００５８】実施の形態５．なお、上記実施の形態４で
は、軸方向に分割された空間２３ａ〜２３ｃの厚さを変
化させた場合について説明したが、空間２３を径方向に
分割して実質的な流体層の厚さｄを変化させてもよい。
図８は空間２３を径方向に分割して多層化したこの発明
の実施の形態５を示す断面図であり、１、３〜５、８、
９および２２は前述と同様のものである。

【００５９】２１Ａ〜２１Ｃは径方向に多層化された複
数の透明管たとえば石英管であり、各々の両端部は複数
の封止部材１８Ａ〜１８Ｃにより絶縁密封されている。
２３Ａ〜２３Ｃは径方向に多層に分割された複数の空間
であり、複数の石英管２１Ａ〜２１Ｃおよび複数の封止
部材１８Ａ〜１８Ｃにより互いに絶縁区分されている。

【００６０】また、各空間２３Ａ〜２３Ｃに個別に設け
られた注入ポート２４Ａ〜２４Ｃおよび排出ポート２５
Ａ〜２５Ｃは、前述（図５参照）と同様に、個別の流体
注入手段（図示せず）に接続されている。したがって、
この場合も、絶縁区分された各空間２３Ａ〜２３Ｃ内に
吸収係数の異なる流体を注入することにより、内管５の
断熱状態を軸方向位置に応じて変化させ、軸方向の温度
分布を均一化することもできる。

【００６１】また、各空間２３Ａ〜２３Ｃ内に同一の流
体を注入しても、多層化された中央部分の厚さが実質的
に両端部よりも厚くなるので、軸方向の温度分布を均一
化することができる。このとき、多層化の段階数を大き
く設定すれば、高精度に均一化調整することができる。
さらに、多層化された空間数に余裕がある場合には、複
数の空間のうちの１つの空間内に流体を常時流すことに
より、容器１の冷却に用いることができる。

【００６２】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、容器内に真空断熱部を介して設けられ且つ不活性ガ
スが封入された外管と、外管内に断熱材を介して設けら
れ且つ金属媒体が内蔵された内管と、内管の軸方向に離
間して配置された一対の電極とを備え、一対の電極間に
パルス電圧を印加することにより、不活性ガスを放電加
熱して金属媒体を溶融するとともに、放電電子により金
属媒体の金属蒸気を励起してレーザ光を発生させる金属
蒸気レーザ装置において、真空断熱部内に配置されて、
赤外線領域に対して光透過特性を有する透明管と、透明
管と容器との間に形成されて、容器の外側に連通された
空間と、外管と透明管との間の真空断熱部と空間との間
の気密性を保持する封止部材と、赤外線領域に対して吸
収特性を有する流体を空間内に選択的に注入する流体注
入手段とを設け、流体の注入排出調整により容器内面の
輻射率を変化させて内管の断熱状態を能動的に変化させ
ることにより、電気入力変化時または断熱材劣化時等に
おいても、放電管の内管温度を一定に維持してレーザ発
振に必要な金属蒸気量を一定に確保するようにしたの
で、レーザ出力の低下を抑制して長時間にわたって安定
なレーザ出力で運転することのできる金属蒸気レーザ装
置が得られる効果がある。

【００６３】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、透明管を石英管で構成したので、赤外線
領域の輻射エネルギを確実に透過させ、流体層による赤
外線吸収特性に影響を与えることなく出力調整が可能な
金属蒸気レーザ装置が得られる効果がある。

【００６４】また、この発明の請求項３によれば、請求
項１または請求項２において、流体として水または水蒸
気を用いたので、赤外線領域の輻射エネルギを選択的に
吸収することのできる金属蒸気レーザ装置が得られる効
果がある。

【００６５】また、この発明の請求項４によれば、請求
項１または請求項２において、流体として炭酸ガスを用
いたので、赤外線領域の輻射エネルギを選択的に吸収す
ることのできる金属蒸気レーザ装置が得られる効果があ
る。

【００６６】また、この発明の請求項５によれば、請求
項１から請求項４までのいずれかにおいて、流体注入用
の空間を、複数の封止部材を介して軸方向に分割し、各
空間に対して個別に流体注入手段を設けたので、軸方向
の温度調整を容易にして温度分布を均一化することので
きる金属蒸気レーザ装置が得られる効果がある。

【００６７】また、この発明の請求項６によれば、請求
項５において、複数の空間の径方向の厚さを互いに異な
らせたので、流体層の厚さにより輻射エネルギ吸収率を
調整することのできる金属蒸気レーザ装置が得られる効
果がある。

【００６８】また、この発明の請求項７によれば、請求
項１から請求項４までのいずれかにおいて、流体注入用
の空間を、複数の透明管および複数の封止部材を介して
径方向に多層分割し、各空間に対して個別に流体注入手
段を設けたので、軸方向の温度調整を容易にして温度分
布を均一化することのできる金属蒸気レーザ装置が得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の要部を示す断面図
である。

【図２】１０００℃の輻射エネルギのスペクトルを示
す特性図である。

【図３】赤外線領域に対する水の吸収スペクトルを示
す特性図である。

【図４】赤外線領域に対するガラス材の吸収スペクト
ルを示す特性図である。

【図５】この発明の実施の形態３の要部を示す断面図
である。

【図６】赤外線領域に対する炭酸ガスの吸収スペクト
ルを示す特性図である。

【図７】赤外線領域に対する水蒸気の吸収スペクトル
を示す特性図である。

【図８】この発明の実施の形態５の要部を示す断面図
である。

【図９】従来の金属蒸気レーザ装置の要部を示す断面
図である。

【符号の説明】

１容器、３外管、４断熱材、５内管、６陰
極、７陽極、９金属媒体、１８、１８ａ〜１８ｃ、
１８Ａ〜１８Ｃ封止部材、２１透明管、２２真空断
熱部、２３、２３ａ〜２３ｃ、２３Ａ〜２３Ｃ空間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に真空断熱部を介して設けられ且
つ不活性ガスが封入された外管と、前記外管内に断熱材を介して設けられ且つ金属媒体が内
蔵された内管と、前記内管の軸方向に離間して配置された一対の電極とを
備え、前記一対の電極間にパルス電圧を印加することに
より、前記不活性ガスを放電加熱して前記金属媒体を溶
融するとともに、放電電子により前記金属媒体の金属蒸
気を励起してレーザ光を発生させる金属蒸気レーザ装置
において、前記真空断熱部内に配置されて、赤外線領域に対して光
透過特性を有する透明管と、前記透明管と前記容器との間に形成されて、前記容器の
外側に連通された空間と、前記外管と前記透明管との間の真空断熱部と前記空間と
の間の気密性を保持する封止部材と、赤外線領域に対して吸収特性を有する流体を前記空間内
に選択的に注入する流体注入手段とを設けたことを特徴
とする金属蒸気レーザ装置。
【請求項２】前記透明管は、石英管からなることを特
徴とする請求項１に記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項３】前記流体は、水または水蒸気からなるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属蒸
気レーザ装置。
【請求項４】前記流体は、炭酸ガスからなることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載の金属蒸気レー
ザ装置。
【請求項５】前記空間は、複数の封止部材を介して軸
方向に複数に分割され、前記流体注入手段は、前記複数の空間に対して個別に設
けられたことを特徴とする請求項１から請求項４までの
いずれかに記載の金属蒸気レーザ装置。
【請求項６】前記複数の空間は、径方向の厚さが互い
に異なることを特徴とする請求項５に記載の金属蒸気レ
ーザ装置。
【請求項７】前記空間は、複数の透明管および複数の
封止部材を介して径方向に多層に分割され、前記流体注
入手段は前記複数の空間に対して個別に設けられたこと
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記
載の金属蒸気レーザ装置。