JPH09205238A - 陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置 - Google Patents
陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置Info
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- JPH09205238A JPH09205238A JP3011596A JP3011596A JPH09205238A JP H09205238 A JPH09205238 A JP H09205238A JP 3011596 A JP3011596 A JP 3011596A JP 3011596 A JP3011596 A JP 3011596A JP H09205238 A JPH09205238 A JP H09205238A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高精度にHe−Cdレーザ管内のヘリウム圧力
を常に最適のレーザ発振条件時の値に維持することが可
能な陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制
御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置を提供する
こと。 【解決手段】予め最適ヘリウムガス圧力におけるレーザ
管の管電圧対レーザ出力特性を把握しておき、Aの位置
に管電圧を設定し、更に摂動用パルス発生器から摂動電
圧信号を加え、Bで示したように管電圧を摂動させる。
この摂動に依存して変動するレーザ光出力信号P1 の変
動の大きさや方向を位相敏感検波器で検出し、この位相
敏感検波器の出力信号P2 を制御信号としてヘリウムガ
スタンクヒータへの入力電力を制御することにより、ヘ
リウムガスのレーザ管への供給量の制御を実現する。
を常に最適のレーザ発振条件時の値に維持することが可
能な陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制
御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置を提供する
こと。 【解決手段】予め最適ヘリウムガス圧力におけるレーザ
管の管電圧対レーザ出力特性を把握しておき、Aの位置
に管電圧を設定し、更に摂動用パルス発生器から摂動電
圧信号を加え、Bで示したように管電圧を摂動させる。
この摂動に依存して変動するレーザ光出力信号P1 の変
動の大きさや方向を位相敏感検波器で検出し、この位相
敏感検波器の出力信号P2 を制御信号としてヘリウムガ
スタンクヒータへの入力電力を制御することにより、ヘ
リウムガスのレーザ管への供給量の制御を実現する。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、He−Cdレーザ装置
における陽光柱型He−Cdレーザ管内のキャリアガス
の圧力制御方法に関するものである。
における陽光柱型He−Cdレーザ管内のキャリアガス
の圧力制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】金属蒸気レーザ装置は、レーザ管内に金
属とキャリアガスとを封入し、当該金属の蒸気を利用し
てレーザ発振を起こさせるものである。現在において、
実用化されている金属蒸気レーザ装置としては、放電の
陽光柱部分を用いてレーザ発振させる、いわゆる陽光柱
型レーザ装置がある。具体的には、キャリアガスとして
ヘリウムガスを、金属としてカドミウムを用いてなる陽
光柱型He−Cdレーザ装置が知られている。このHe
−Cdレーザ装置は、波長325nmの紫外線や波長4
22nmの短波長域の可視光線を連続発振することがで
きる。よって、例えばフォトレジストを感光するための
光源、CTにより得られたデータを用いて人体の構造や
骨の模型を作成する際の光硬化用の光源、蛍光分析のた
めの光源等として、種々の分野での利用が期待されてい
る。
属とキャリアガスとを封入し、当該金属の蒸気を利用し
てレーザ発振を起こさせるものである。現在において、
実用化されている金属蒸気レーザ装置としては、放電の
陽光柱部分を用いてレーザ発振させる、いわゆる陽光柱
型レーザ装置がある。具体的には、キャリアガスとして
ヘリウムガスを、金属としてカドミウムを用いてなる陽
光柱型He−Cdレーザ装置が知られている。このHe
−Cdレーザ装置は、波長325nmの紫外線や波長4
22nmの短波長域の可視光線を連続発振することがで
きる。よって、例えばフォトレジストを感光するための
光源、CTにより得られたデータを用いて人体の構造や
骨の模型を作成する際の光硬化用の光源、蛍光分析のた
めの光源等として、種々の分野での利用が期待されてい
る。
【0003】図5に陽光柱型He−Cdレーザ管の構造
例を示す。アノード14及びカソード17に電力を印加
するとレーザ細管部11に電流が数10mAから100
mA程度の直流グロー放電である陽光柱が発生し、カド
ミウム溜め13が加熱され、カドミウム蒸気が発生す
る。発生したカドミウム蒸気はカタホレシス(電気泳
動)効果によりカソード17側に移動し、レーザ細管部
11の内部全体に分布してカドミウム金属原子がイオン
化され、出力ミラー16、全反射ミラー15で構成され
るレーザ共振器の内部でレーザ動作が行われる。
例を示す。アノード14及びカソード17に電力を印加
するとレーザ細管部11に電流が数10mAから100
mA程度の直流グロー放電である陽光柱が発生し、カド
ミウム溜め13が加熱され、カドミウム蒸気が発生す
る。発生したカドミウム蒸気はカタホレシス(電気泳
動)効果によりカソード17側に移動し、レーザ細管部
11の内部全体に分布してカドミウム金属原子がイオン
化され、出力ミラー16、全反射ミラー15で構成され
るレーザ共振器の内部でレーザ動作が行われる。
【0004】一般に、陽光柱型He−Cdレーザ装置の
レーザ出力は、放電電流とカドミウム蒸気圧、ヘリウム
ガス圧力の三つのパラメータにより制御される。カドミ
ウム蒸気圧の制御は、例えば、カドミウム溜め13の温
度を熱電対等で検出し、この検出信号を制御信号として
カドミウム溜めヒータ12の電力を制御して行われる。
レーザ出力は、放電電流とカドミウム蒸気圧、ヘリウム
ガス圧力の三つのパラメータにより制御される。カドミ
ウム蒸気圧の制御は、例えば、カドミウム溜め13の温
度を熱電対等で検出し、この検出信号を制御信号として
カドミウム溜めヒータ12の電力を制御して行われる。
【0005】あるいは、レーザ細管部11内のカドミウ
ム蒸気圧が高くなるとレーザ管インピーダンスが低下す
る特性を利用して、定電流動作での管電圧変化を制御信
号として、カドミミム溜めヒータ12の電力の制御をし
て行われる。ここで管電圧とはアノード14とカソード
17間の電圧である。
ム蒸気圧が高くなるとレーザ管インピーダンスが低下す
る特性を利用して、定電流動作での管電圧変化を制御信
号として、カドミミム溜めヒータ12の電力の制御をし
て行われる。ここで管電圧とはアノード14とカソード
17間の電圧である。
【0006】図6に示す陽光柱型He−Cdレーザ装置
は、後者の方法でカドミウム蒸気圧の制御を行うもので
ある。定電流電力が、定電流電源3よりアノード14、
カソード17に供給される。管電圧は抵抗R1,R2か
らなる電圧モニタにより検出され、カドミウム蒸気コン
トローラ30は、電圧モニタから送出される電圧信号に
基づき、カドミウム溜めヒータ12への入力電力を制御
する。
は、後者の方法でカドミウム蒸気圧の制御を行うもので
ある。定電流電力が、定電流電源3よりアノード14、
カソード17に供給される。管電圧は抵抗R1,R2か
らなる電圧モニタにより検出され、カドミウム蒸気コン
トローラ30は、電圧モニタから送出される電圧信号に
基づき、カドミウム溜めヒータ12への入力電力を制御
する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記カドミ
ウム蒸気は、レーザ細管部11のカソード17側端部か
ら拡散してカソード17側端部周辺のレーザ管1の内壁
の低温部に付着するが、このときレーザ管1内部のヘリ
ウムガスを吸着する。このため、レーザ装置の累計動作
時間が大きくなるとともに、レーザ管1内部のヘリウム
ガス圧力が徐々に減少し、最適なレーザ発振条件を実現
することが困難になり、レーザ光の出力が低下する。
ウム蒸気は、レーザ細管部11のカソード17側端部か
ら拡散してカソード17側端部周辺のレーザ管1の内壁
の低温部に付着するが、このときレーザ管1内部のヘリ
ウムガスを吸着する。このため、レーザ装置の累計動作
時間が大きくなるとともに、レーザ管1内部のヘリウム
ガス圧力が徐々に減少し、最適なレーザ発振条件を実現
することが困難になり、レーザ光の出力が低下する。
【0008】図4は、ヘリウムガス圧力をパラメータと
したレーザ光出力の管電圧依存性の一例を示す図であ
る。ここで横軸は管電圧を、縦軸はレーザ光出力を示
す。なお、管電圧はカドミウム溜めヒータ12への供給
電力に依存するので、結果的に横軸はレーザ細管部11
内のカドミウム蒸気圧の高さを示すものと捉えることも
できる。
したレーザ光出力の管電圧依存性の一例を示す図であ
る。ここで横軸は管電圧を、縦軸はレーザ光出力を示
す。なお、管電圧はカドミウム溜めヒータ12への供給
電力に依存するので、結果的に横軸はレーザ細管部11
内のカドミウム蒸気圧の高さを示すものと捉えることも
できる。
【0009】例えば、管電圧を1580V付近で一定に
制御しても、ヘリウムガス圧力が724.9paから6
63.6paへと60Pa程度減少すると、レーザ光の
出力は16.7mWから13.6mWへと約20%減少
し、ヘリウムガス圧力が724.9paから598.5
paへと126Pa程度減少すると、レーザ光の出力は
16.7mWから9.9mWへと約40%減少する。
制御しても、ヘリウムガス圧力が724.9paから6
63.6paへと60Pa程度減少すると、レーザ光の
出力は16.7mWから13.6mWへと約20%減少
し、ヘリウムガス圧力が724.9paから598.5
paへと126Pa程度減少すると、レーザ光の出力は
16.7mWから9.9mWへと約40%減少する。
【0010】よって、レーザ管1は、図5に示すよう
に、ガラス隔壁24によりヘリウム低圧部21とヘリウ
ム高圧部22とに分割されているヘリウムガスタンク2
0を搭載し、レーザ管1内部のヘリウムガス圧力が所定
の値になるように、随時ヘリウムガスタンク20からレ
ーザ管1内部にヘリウムガスが供給される。ヘリウムガ
スの供給量の制御は、例えば図6に示すように、ヘリウ
ムガス圧力センサ18の検出信号を受けたヘリウムガス
圧力コントローラ40が、ガラス隔壁24を加熱するヘ
リウムガスタンクヒータ25への入力電力を制御するこ
とにより行われる。すなわち、加熱により変化するガラ
ス隔壁24のヘリウムガス透過特性を制御するものであ
る。
に、ガラス隔壁24によりヘリウム低圧部21とヘリウ
ム高圧部22とに分割されているヘリウムガスタンク2
0を搭載し、レーザ管1内部のヘリウムガス圧力が所定
の値になるように、随時ヘリウムガスタンク20からレ
ーザ管1内部にヘリウムガスが供給される。ヘリウムガ
スの供給量の制御は、例えば図6に示すように、ヘリウ
ムガス圧力センサ18の検出信号を受けたヘリウムガス
圧力コントローラ40が、ガラス隔壁24を加熱するヘ
リウムガスタンクヒータ25への入力電力を制御するこ
とにより行われる。すなわち、加熱により変化するガラ
ス隔壁24のヘリウムガス透過特性を制御するものであ
る。
【0011】図4から理解されるように、レーザ出力の
低下を20%以内に抑制して長期的に安定させるために
は、絶対圧700Pa近傍の圧力領域で、レーザ管内ヘ
リウムガス圧力を60Pa程度以内の精度で制御する必
要があり、レーザ管内のヘリウムガスを高精度に検出す
ることのできる実用的なヘリウムガス圧力センサの要請
が大きくなってくる。また、このようなヘリウムガス圧
力センサには、高精度で実用的であること以外に、小
型、安価であること、レーザ管本体との接続部の気密封
止に有機系接着剤など使用しない信頼性の高い方法が選
択できること等が要求される。
低下を20%以内に抑制して長期的に安定させるために
は、絶対圧700Pa近傍の圧力領域で、レーザ管内ヘ
リウムガス圧力を60Pa程度以内の精度で制御する必
要があり、レーザ管内のヘリウムガスを高精度に検出す
ることのできる実用的なヘリウムガス圧力センサの要請
が大きくなってくる。また、このようなヘリウムガス圧
力センサには、高精度で実用的であること以外に、小
型、安価であること、レーザ管本体との接続部の気密封
止に有機系接着剤など使用しない信頼性の高い方法が選
択できること等が要求される。
【0012】しかし、従来のシリコン基板を微細加工し
た静電容量型半導体圧力センサは小型、高精度である
が、シリコン基板からのヘリウムガスの透過が大きく、
また接続部の信頼性の高い気密封止も容易ではないの
で、使用上問題がある。
た静電容量型半導体圧力センサは小型、高精度である
が、シリコン基板からのヘリウムガスの透過が大きく、
また接続部の信頼性の高い気密封止も容易ではないの
で、使用上問題がある。
【0013】一方、発熱体を有し、ガス雰囲気中での当
該発熱体の温度変化を検知して当該ガスの圧力測定を行
うピラニ型センサは大型であり、結局、レーザ装置全体
が大型化してしまう。また、ピラニ型センサでは、検知
対象のガス圧力の変化のみならず、例えば、レーザ管の
外部雰囲気の温度変化によっても圧力指示値が変化する
ので、温度補償手段が必要となるが、大型のピラニ型セ
ンサをレーザ管と共にケースに収納するレーザ装置にお
いては、正確な温度補償は必ずしも容易ではない。すな
わち、結論として現状では上記要求に叶う理想的なヘリ
ウム圧力センサは存在しないと言ってよい。
該発熱体の温度変化を検知して当該ガスの圧力測定を行
うピラニ型センサは大型であり、結局、レーザ装置全体
が大型化してしまう。また、ピラニ型センサでは、検知
対象のガス圧力の変化のみならず、例えば、レーザ管の
外部雰囲気の温度変化によっても圧力指示値が変化する
ので、温度補償手段が必要となるが、大型のピラニ型セ
ンサをレーザ管と共にケースに収納するレーザ装置にお
いては、正確な温度補償は必ずしも容易ではない。すな
わち、結論として現状では上記要求に叶う理想的なヘリ
ウム圧力センサは存在しないと言ってよい。
【0014】本発明はこのような事情によりなされたも
のであって、その課題は、高精度にHe−Cdレーザ管
内のヘリウム圧力値を正確に把握し、この情報に基づい
てレーザ管内のヘリウム圧力を常に最適のレーザ発振条
件時の値に維持し、レーザ管の長寿命化を達成すること
が可能な陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧
力制御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置を提供
することにある。
のであって、その課題は、高精度にHe−Cdレーザ管
内のヘリウム圧力値を正確に把握し、この情報に基づい
てレーザ管内のヘリウム圧力を常に最適のレーザ発振条
件時の値に維持し、レーザ管の長寿命化を達成すること
が可能な陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧
力制御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置を提供
することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を以
下のように解決する。以下、図4を模式的に描いた図2
ならびに図1を用いて説明する。まず、予め最適ヘリウ
ムガス圧力における陽光柱型He−Cdレーザ管1の管
電圧対レーザ出力特性を実験等により把握する。次に、
カドミウム溜めヒータ12への入力電力を調整して、レ
ーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力
のときレーザ出力が最大となる図2のAの位置に管電圧
を設定し、更に摂動用パルス発生器6から摂動電圧信号
を加え、Bで示したように管電圧を摂動(わずかな変
動)させる。するとこの摂動に依存してレーザ出力が変
動する。すなわち、レーザ出力検出器の出力信号P
1 は、図2の(イ),(ロ),(ハ)のように変動す
る。
下のように解決する。以下、図4を模式的に描いた図2
ならびに図1を用いて説明する。まず、予め最適ヘリウ
ムガス圧力における陽光柱型He−Cdレーザ管1の管
電圧対レーザ出力特性を実験等により把握する。次に、
カドミウム溜めヒータ12への入力電力を調整して、レ
ーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力
のときレーザ出力が最大となる図2のAの位置に管電圧
を設定し、更に摂動用パルス発生器6から摂動電圧信号
を加え、Bで示したように管電圧を摂動(わずかな変
動)させる。するとこの摂動に依存してレーザ出力が変
動する。すなわち、レーザ出力検出器の出力信号P
1 は、図2の(イ),(ロ),(ハ)のように変動す
る。
【0016】この出力信号P1 の変動の大きさや方向
は、図2の(イ),(ロ),(ハ)に示すように、その
時のレーザ管1内のヘリウムガス圧力の大小に依存して
変化する。このような出力信号P1 の変動の大きさや方
向を位相敏感検波器7で検出し、この位相敏感検波器7
の出力信号P2 を制御信号として図5に示すガラス隔壁
24を加熱するヘリウムガスタンクヒータ25への供給
電力を制御することにより、ヘリウムガスのレーザ管1
への供給量の制御を実現することが可能となる。
は、図2の(イ),(ロ),(ハ)に示すように、その
時のレーザ管1内のヘリウムガス圧力の大小に依存して
変化する。このような出力信号P1 の変動の大きさや方
向を位相敏感検波器7で検出し、この位相敏感検波器7
の出力信号P2 を制御信号として図5に示すガラス隔壁
24を加熱するヘリウムガスタンクヒータ25への供給
電力を制御することにより、ヘリウムガスのレーザ管1
への供給量の制御を実現することが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】図1に本発明の圧力制御方法を採
用したHe−Cdレーザ装置の構成例を示す。なお、レ
ーザ管1の具体的な構造は、図5において、ヘリウムガ
ス圧力センサ18を除いたものである。図1において、
3は定電流電源であり、レーザ管1のアノード14、カ
ソード17に定電流電力が供給される。アノード14と
カソード17間の電圧である管電圧は抵抗R1,R2か
らなる電圧モニタにより検出される。
用したHe−Cdレーザ装置の構成例を示す。なお、レ
ーザ管1の具体的な構造は、図5において、ヘリウムガ
ス圧力センサ18を除いたものである。図1において、
3は定電流電源であり、レーザ管1のアノード14、カ
ソード17に定電流電力が供給される。アノード14と
カソード17間の電圧である管電圧は抵抗R1,R2か
らなる電圧モニタにより検出される。
【0018】レーザ管1には、先に述べたように、レー
ザ管1内のカドミウム蒸気圧を制御するためにカドニウ
ム溜め13を加熱するカドミウム溜めヒータ12と、レ
ーザ管1内にヘリウムガスを供給するためのヘリウムガ
スタンク20およびヘリウムガスタンクヒータ25が設
けられている。カドミウム溜めヒータ12への入力電力
は、電圧モニタから送出される管電圧信号に基づき、制
御部4により制御される。図5に示したレーザ細管部1
1とほぼ同軸になるように、レーザ管1の両端に設置さ
れている出力ミラー16と全反射ミラー15は、レーザ
共振器を構成しており、レーザ光は出力ミラー16側か
ら取り出される。なお、全反射ミラー15側からも、図
1に破線の矢印で示したように、一部、出力の微弱なレ
ーザ光が放出される。
ザ管1内のカドミウム蒸気圧を制御するためにカドニウ
ム溜め13を加熱するカドミウム溜めヒータ12と、レ
ーザ管1内にヘリウムガスを供給するためのヘリウムガ
スタンク20およびヘリウムガスタンクヒータ25が設
けられている。カドミウム溜めヒータ12への入力電力
は、電圧モニタから送出される管電圧信号に基づき、制
御部4により制御される。図5に示したレーザ細管部1
1とほぼ同軸になるように、レーザ管1の両端に設置さ
れている出力ミラー16と全反射ミラー15は、レーザ
共振器を構成しており、レーザ光は出力ミラー16側か
ら取り出される。なお、全反射ミラー15側からも、図
1に破線の矢印で示したように、一部、出力の微弱なレ
ーザ光が放出される。
【0019】6は摂動用パルス発生器であり、一定の周
期の摂動電圧信号を制御部4に送出するとともに、摂動
電圧信号と同期した参照信号を位相敏感検波器7へ送出
する。位相敏感検波器7は、全反射ミラー15側からの
微弱なレーザ光出力を検出する光検出器5の出力信号P
1 と上記参照信号との位相差に比例した信号P2 を出力
する。
期の摂動電圧信号を制御部4に送出するとともに、摂動
電圧信号と同期した参照信号を位相敏感検波器7へ送出
する。位相敏感検波器7は、全反射ミラー15側からの
微弱なレーザ光出力を検出する光検出器5の出力信号P
1 と上記参照信号との位相差に比例した信号P2 を出力
する。
【0020】次に、本実施例の圧力制御方法について説
明する。先に述べたように、まず、予め最適ヘリウムガ
ス圧力における陽光柱型He−Cdレーザ管1の管電圧
対レーザ出力特性を実験等により把握しておき、図2に
示したように、最適レーザ出力が得られる最適管電圧A
を決定する。そして抵抗R1,R2からなる電圧モニタ
により検出される管電圧信号をもとに、制御部4により
カドニウム溜めヒータ12への供給電力を制御して、管
電圧を上記最適管電圧Aとなるように設定する。
明する。先に述べたように、まず、予め最適ヘリウムガ
ス圧力における陽光柱型He−Cdレーザ管1の管電圧
対レーザ出力特性を実験等により把握しておき、図2に
示したように、最適レーザ出力が得られる最適管電圧A
を決定する。そして抵抗R1,R2からなる電圧モニタ
により検出される管電圧信号をもとに、制御部4により
カドニウム溜めヒータ12への供給電力を制御して、管
電圧を上記最適管電圧Aとなるように設定する。
【0021】次に、摂動用パルス発生器6により、摂動
電圧信号を制御部4に送出する。制御部4は、カドミウ
ム溜めヒータ12への供給電力を、この摂動電圧信号と
同期するように一定の周期をもって摂動(わずかな変
動)させる。すなわち、管電圧は、図2に示す波形Bの
ように、最適管電圧Aを中心として矩形状に変動する。
電圧信号を制御部4に送出する。制御部4は、カドミウ
ム溜めヒータ12への供給電力を、この摂動電圧信号と
同期するように一定の周期をもって摂動(わずかな変
動)させる。すなわち、管電圧は、図2に示す波形Bの
ように、最適管電圧Aを中心として矩形状に変動する。
【0022】この摂動に依存してレーザ出力が変動し、
光検出器5の出力信号P1 は、図2の(イ),(ロ),
(ハ)に示すように変動する。ここで、(イ)はレーザ
管1内のヘリウムガス圧力が最適値にあるときの出力信
号P1 の波形であり、(ロ)はヘリウムガス圧力が最適
値より大きいときの、(ハ)はヘリウムガス圧力が最適
値より小さいときの出力信号P1 の波形である。
光検出器5の出力信号P1 は、図2の(イ),(ロ),
(ハ)に示すように変動する。ここで、(イ)はレーザ
管1内のヘリウムガス圧力が最適値にあるときの出力信
号P1 の波形であり、(ロ)はヘリウムガス圧力が最適
値より大きいときの、(ハ)はヘリウムガス圧力が最適
値より小さいときの出力信号P1 の波形である。
【0023】この出力信号P1 の変動の大きさや方向
は、その時のレーザ管1内のヘリウムガスの圧力の大小
に依存して変化する。すなわち、レーザ管1内のヘリウ
ムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力のときは、図2の
(イ)に示すように、管電圧対レーザ出力特性を示す曲
線の頂点が管電圧A付近にあり、管電圧Aの摂動による
出力信号P1 の変動は小さい。一方、レーザ管1内のヘ
リウムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力より小さいと
き、あるいは、大きいときには、図2の(ロ),(ハ)
に示すように、管電圧対レーザ出力特性を示す曲線の頂
点が管電圧Aとは異なるところにあり、管電圧Aの摂動
による出力信号P1 の変動は大きく、また変動の方向も
変化する。
は、その時のレーザ管1内のヘリウムガスの圧力の大小
に依存して変化する。すなわち、レーザ管1内のヘリウ
ムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力のときは、図2の
(イ)に示すように、管電圧対レーザ出力特性を示す曲
線の頂点が管電圧A付近にあり、管電圧Aの摂動による
出力信号P1 の変動は小さい。一方、レーザ管1内のヘ
リウムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力より小さいと
き、あるいは、大きいときには、図2の(ロ),(ハ)
に示すように、管電圧対レーザ出力特性を示す曲線の頂
点が管電圧Aとは異なるところにあり、管電圧Aの摂動
による出力信号P1 の変動は大きく、また変動の方向も
変化する。
【0024】上記のような出力信号P1 の変動の大きさ
や方向を位相敏感検波器7で検出するため、出力信号P
1 と摂動用パルス発生器6において発生する参照信号と
を位相敏感検波器7に入力する。ここで、位相敏感検波
器7は、カドミウム溜め13の熱応答に対応するだけの
時定数をもっており、そのうえで出力信号P1 を検波す
るようにしている。
や方向を位相敏感検波器7で検出するため、出力信号P
1 と摂動用パルス発生器6において発生する参照信号と
を位相敏感検波器7に入力する。ここで、位相敏感検波
器7は、カドミウム溜め13の熱応答に対応するだけの
時定数をもっており、そのうえで出力信号P1 を検波す
るようにしている。
【0025】図3にヘリウムガス圧力に対する位相敏感
検波器の出力信号P2 を示す。同図の曲線Yに示すよう
に、レーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適値にあると
きは、出力信号P1 の変動が小さい図2の(イ)を反映
して、出力信号P2 は0近傍の値を取る。
検波器の出力信号P2 を示す。同図の曲線Yに示すよう
に、レーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適値にあると
きは、出力信号P1 の変動が小さい図2の(イ)を反映
して、出力信号P2 は0近傍の値を取る。
【0026】一方、レーザ管1内のヘリウムガス圧力が
最適ヘリウムガス圧力より小さいとき、あるいは、大き
いときには、出力信号P1 の変動が大きい図2の
(ロ),(ハ)を反映して、出力信号P2 はある程度大
きな値を取る。図2において、レーザ管1内のヘリウム
ガス圧力が最適ヘリウムガス圧力より小さいときの管電
圧対レーザ出力特性を示す曲線は、管電圧A付近での傾
きが負であり、レーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適
ヘリウムガス圧力より大きいときの管電圧対レーザ出力
特性を示す曲線は、管電圧A付近での傾きが正である。
図3に示す曲線Yは、上記傾向を反映していて、レーザ
管1内のヘリウムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力より
小さいときには、出力信号P2 の値の符号は負であり、
逆にレーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適ヘリウムガ
ス圧力より大きいときには、出力P2 の値の符号は正と
なっている。
最適ヘリウムガス圧力より小さいとき、あるいは、大き
いときには、出力信号P1 の変動が大きい図2の
(ロ),(ハ)を反映して、出力信号P2 はある程度大
きな値を取る。図2において、レーザ管1内のヘリウム
ガス圧力が最適ヘリウムガス圧力より小さいときの管電
圧対レーザ出力特性を示す曲線は、管電圧A付近での傾
きが負であり、レーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適
ヘリウムガス圧力より大きいときの管電圧対レーザ出力
特性を示す曲線は、管電圧A付近での傾きが正である。
図3に示す曲線Yは、上記傾向を反映していて、レーザ
管1内のヘリウムガス圧力が最適ヘリウムガス圧力より
小さいときには、出力信号P2 の値の符号は負であり、
逆にレーザ管1内のヘリウムガス圧力が最適ヘリウムガ
ス圧力より大きいときには、出力P2 の値の符号は正と
なっている。
【0027】上記出力信号P2 は、制御部4に送出され
る。制御部4は、出力信号P2 の値が0近傍の値をとる
ようにヘリウムガスタンクヒータ25への入力電力をフ
ィードバック制御する。なお、制御部から送出されるヘ
リウムガスタンクヒータ25への入力電力は、途中、増
幅器8により増幅されている。以上の制御により、先に
図5で示したヘリウムガスタンク20をヘリウム低圧部
21とヘリウム高圧部22とに分割するガラス隔壁24
への加熱量、すなわち、ガラス隔壁24のヘリウムガス
透過特性が制御され、レーザ管1内部のヘリウムガス圧
力が所定の値に保たれる。
る。制御部4は、出力信号P2 の値が0近傍の値をとる
ようにヘリウムガスタンクヒータ25への入力電力をフ
ィードバック制御する。なお、制御部から送出されるヘ
リウムガスタンクヒータ25への入力電力は、途中、増
幅器8により増幅されている。以上の制御により、先に
図5で示したヘリウムガスタンク20をヘリウム低圧部
21とヘリウム高圧部22とに分割するガラス隔壁24
への加熱量、すなわち、ガラス隔壁24のヘリウムガス
透過特性が制御され、レーザ管1内部のヘリウムガス圧
力が所定の値に保たれる。
【0028】以上のように本発明においては、レーザ管
1内のヘリウムガス圧力をパラメータとした管電圧特性
用いて上記ヘリウムガス圧力を制御しているので、従来
のピラニ型センサの場合の温度補償のような複雑な制御
を行う必要がなく、精度の高いレーザ管1内のヘリウム
ガス圧力制御を行うことができる。よって、レーザ管1
内のヘリウムガス圧力を常に最適のレーザ発振条件時の
値に維持し、レーザ管1の長寿命化を達成することが可
能になった。
1内のヘリウムガス圧力をパラメータとした管電圧特性
用いて上記ヘリウムガス圧力を制御しているので、従来
のピラニ型センサの場合の温度補償のような複雑な制御
を行う必要がなく、精度の高いレーザ管1内のヘリウム
ガス圧力制御を行うことができる。よって、レーザ管1
内のヘリウムガス圧力を常に最適のレーザ発振条件時の
値に維持し、レーザ管1の長寿命化を達成することが可
能になった。
【0029】また、レーザ管1に、ピラニ型センサのよ
うな大型形状のヘリウムガス圧力センサを設ける必要が
ないので、レーザ装置本体を小型にすることが可能とな
った。
うな大型形状のヘリウムガス圧力センサを設ける必要が
ないので、レーザ装置本体を小型にすることが可能とな
った。
【0030】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、レーザ管
内のヘリウムガス圧力をパラメータとした管電圧特性を
用いて上記ヘリウムガス圧力を制御しているので、従来
のピラニ型センサを使用する場合に必要な温度補償のよ
うな複雑な制御を行う必要がなく、精度の高いレーザ管
内のヘリウムガス圧力制御を行うことができる。よっ
て、レーザ管内のヘリウムガス圧力を常に最適のレーザ
発振条件時の値に維持し、レーザ管の長寿命化を達成す
ることが可能になった。
内のヘリウムガス圧力をパラメータとした管電圧特性を
用いて上記ヘリウムガス圧力を制御しているので、従来
のピラニ型センサを使用する場合に必要な温度補償のよ
うな複雑な制御を行う必要がなく、精度の高いレーザ管
内のヘリウムガス圧力制御を行うことができる。よっ
て、レーザ管内のヘリウムガス圧力を常に最適のレーザ
発振条件時の値に維持し、レーザ管の長寿命化を達成す
ることが可能になった。
【0031】また、レーザ管本体にヘリウムガス圧力セ
ンサを設ける必要がないので、レーザ装置本体を小型、
かつ、安価にすることが可能になった。
ンサを設ける必要がないので、レーザ装置本体を小型、
かつ、安価にすることが可能になった。
【図1】本発明の実施例であるHe−Cdレーザ装置の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図2】図4を模式的に描いた制御作用の説明図であ
る。
る。
【図3】位相敏感検波器の出力信号を示す図である。
【図4】管電圧とレーザ光の出力との関係を示す図であ
る。
る。
【図5】陽光柱型He−Cdレーザ管の構造例を示す図
である。
である。
【図6】従来のHe−Cdレーザ装置の構成を示す図で
ある。
ある。
1 レーザ管 3 定電流電源 4 制御部 5 光検出器 6 摂動用パルス発生器 7 位相敏感検波器 8 増幅器 11 レーザ細管部 12 カドミウム溜めヒータ 13 カドミウム溜め 14 アノード 15 全反射ミラー 16 出力ミラー 17 カソード 18 ヘリウムガス圧力センサ 20 ヘリウムガスタンク 21 ヘリウム低圧部 22 ヘリウム高圧部 24 ガラス隔壁 25 ヘリウムガスタンクヒータ 30 カドミウム蒸気コントローラ 40 ヘリウムガス圧力コントローラ P1 レーザ出力検出器の出力信号 P2 位相敏感検波器の出力信号 R1,R2 抵抗
フロントページの続き (72)発明者 羽田 博成 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内
Claims (4)
- 【請求項1】予め最大レーザ出力を実現するときの陽光
柱型He−Cdレーザ管内のヘリウムガス圧力と該陽光
柱型He−Cdレーザ管の管電圧を記憶しておき、 上記圧力だけヘリウムガスが封入された上記陽光柱型H
e−Cdレーザ管の管電圧を上記記憶しておいた管電圧
にし、 レーザ出力が上記最大レーザ出力より小さくなったとき
に上記陽光柱型He−Cdレーザ管内にヘリウムガスを
供給することを特徴とする陽光柱型He−Cdレーザ管
のヘリウムガス圧力制御方法。 - 【請求項2】加熱量を制御することによりヘリウムガス
の供給量を制御するヘリウムガスタンクが接続された陽
光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制御方法
であって、 予め最大レーザ出力を実現するときの陽光柱型He−C
dレーザ管内のヘリウムガス圧力と該陽光柱型He−C
dレーザ管の管電圧を記憶しておき、 上記圧力だけヘリウムガスが封入された上記陽光柱型H
e−Cdレーザ管の管電圧を上記記憶しておいた管電圧
を中心として周期的に変動させ、 そのときのレーザ出力をレーザ出力検出器で検出し、 上記レーザ出力検出器の出力信号と上記周期に同期した
信号とを位相敏感検波器に入力し、 上記位相敏感検波器の出力信号の値が0近傍の値になる
ように上記ヘリウムタンクへの加熱量を制御することを
特徴とする陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス
圧力制御方法。 - 【請求項3】加熱量を制御することによりヘリウムガス
の供給量を制御するヘリウムガスタンクとカドミウム保
持部とが接続された陽光柱型He−Cdレーザ管と、 上記ヘリウムガスタンクを加熱するヘリウムガスタンク
加熱手段と、 上記カドニウム保持部を加熱するカドミウム保持部加熱
手段と、 上記陽光柱型He−Cdレーザ管に定電流電力を供給す
る定電流電源と、 上記陽光柱型He−Cdレーザ管の管電圧を検出する管
電圧検出手段と、 上記陽光柱型He−Cdレーザ管の両端に設置され、レ
ーザ共振器を構成する出力ミラーおよび全反射ミラー
と、 上記レーザ共振器から放出されるレーザ光の出力を検出
するレーザ光出力検出器と、 一定の周期の摂動電圧信号を後に示す制御手段に送出す
るとともに、該摂動電圧信号と同期した参照信号を後に
示す位相敏感検波器へ送出する摂動用パルス発生器と、 上記レーザ光出力検出器からの出力信号と上記参照信号
との位相差に比例した信号を出力する位相敏感検波器
と、 制御手段からなり、 上記制御手段は、予め最大レーザ出力を実現するときの
陽光柱型He−Cdレーザ管内のヘリウムガス圧力と該
陽光柱型He−Cdレーザ管の管電圧を記憶しておき、 上記管電圧検出手段により検出される管電圧信号と上記
摂動用パルス発生器からの摂動電圧信号をもとに、管電
圧が上記記憶しておいた管電圧を中心として一定の周期
で変動するように上記カドミウム保持部加熱手段への入
力電力を制御し、 上記位相敏感検波器からの出力信号の値が常に0近傍に
なるように上記ヘリウムガスタンク加熱手段への入力電
力を制御することを特徴とする陽光柱型He−Cdレー
ザ装置。 - 【請求項4】ヘリウムガス高圧部とヘリウムガス低圧部
とがガラス隔壁により分割されたヘリウムガスタンクと
カドミウム保持部が接続された陽光柱型He−Cdレー
ザ管と、 上記ガラス隔壁を加熱するヘリウムガスタンク加熱手段
と、 上記カドミウム保持部を加熱するカドミウム保持部加熱
手段と、 上記陽光柱型He−Cdレーザ管に定電流電力を供給す
る定電流電源と、 上記陽光柱型He−Cdレーザ管の管電圧を検出する管
電圧検出手段と、 上記陽光柱型He−Cdレーザ管の両端に設置され、レ
ーザ共振器を構成する出力ミラーおよび全反射ミラー
と、 上記全反射ミラー側に設置され該全反射ミラーから漏出
するレーザ光の出力を検出するレーザ光出力検出器と、 一定の周期の摂動電圧信号を後に示す制御手段に送出す
るとともに、該摂動電圧信号と同期した参照信号を後に
示す位相敏感検波器へ送出する摂動用パルス発生器と、 上記レーザ光出力検出器からの出力信号と上記参照信号
との位相差に比例した信号を出力する位相敏感検波器
と、 制御手段からなり、 上記制御手段は、予め最大レーザ出力を実現するときの
陽光柱型He−Cdレーザ管内のヘリウムガス圧力と該
陽光柱型He−Cdレーザ管の管電圧を記憶しておき、 上記管電圧検出手段により検出される管電圧信号と上記
摂動用パルス発生器からの摂動電圧信号をもとに、管電
圧が上記記憶しておいた管電圧を中心として一定の周期
で変動するように上記カドミウム保持部加熱手段への入
力電力を制御し、 上記位相敏感検波器からの出力信号の値が常に0近傍に
なるように上記ヘリウムガスタンク加熱手段への入力電
力を制御することを特徴とする陽光柱型He−Cdレー
ザ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3011596A JPH09205238A (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3011596A JPH09205238A (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09205238A true JPH09205238A (ja) | 1997-08-05 |
Family
ID=12294793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3011596A Pending JPH09205238A (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 陽光柱型He−Cdレーザ管のヘリウムガス圧力制御方法および陽光柱型He−Cdレーザ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09205238A (ja) |
-
1996
- 1996-01-25 JP JP3011596A patent/JPH09205238A/ja active Pending
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