JPS583295A - ガスレ−ザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス媒体と、電圧源に接続されてガス媒体中
に放電を発生さｆせるための中空で同軸形の陽極及び陰
極装置とを収容した細長い容器を有する種類のがスレー
ブに関する。

レーデ技術の現状は年々その時々の入手可能なものを基
にして確実に進歩している。例えば、ガスレーデ、色素
レーデ、及び固体レーデを含む各種のレーデ装置が特定
の顧客の応用に入手可能である。現在商業的に販売され
ているレーデの大部分はガスレーデの各種である。この
入手可能なガスレーデは一般に単一波長（光線）もしく
は単色出力で発生するレーデ装置に限定されている。例
えば商業的に入手可能なヘリウムーネオンレーず装置は
赤の波長（すなわち、５３２ｓＸ）出力しか発生しない
。青と緑の光出力を同時に発生することの出来るアルイ
ンイオンガスレーデも入手可能であるが、これは広汎に
商業的な応用を得るためにはあまりに高価、低効率で寸
法に関して取扱い性が悪い。

米国特許第４，０２１，８４５号に開示されているレー
デは３原色である赤、青及び緑を含む白色光、ＩＩ（多
光線）を発生するレーデである。このレーデは、最終使
用者が複数の利用可能な波長がら特定の応用に必要とす
る波長を選択することが出来るので非常に有利であり、
比較安価で、物理的な寸法も多くの商業的な応用にとっ
て魅力を有するものである。

前記米国特許に記述されているレーデの性能は満足され
ているが、より小型でかつ制御が可能な形式で、より高
い入力密度で動作可能なレーデが要求されていると考え
られる。さらに必要とする応用の形式に応じて、選択さ
れた波長に対するパワーレベルを増大させることが可能
なように、レーデの基本構成を容易に拡張することが出
来るならば、それは非常に望ましいことである。換言す
れば、要求されるものは、必要とする特定の波長に対す
るパワーレベルを増大させることが可能で、改良された
安定度特性を有し、小型でかつ多光線出力を提供しても
費用効率のよい多元線レーデ装置である。

本発明のガスレーデはこれらの付加的な利点を提供する
ことを目的としており、陽極装置が分割（スジリット）
シて中央に配置された短い円筒形の陽極から成っており
、この分割陽極体に隣接して、２個に分離された中空陰
極が対称的に配置されていることを特徴とする。

本発明のホローカッ−Ｐ・ガスレーデは、各レーデ崖移
の利得、電流密度及びパワー負荷が制御可能であること
、及び多重色動作に対しては色の均衡と制御も提供され
ている点に於いて、先行技術による多元線レーデよりす
ぐれた多くの利点を提供する。

第１図、第１Ａ図及び第１Ｂ図を参照すると、本発明に
よるレーデ管装置１０の一実施例が示されており、この
実施例はブリュースタ窓１２を使用している。本発明に
よるレーデ装置は、外容器１１を有し、２つの主要部、
すなわち、陽極−陰極組立体ム及びブリュースタ窓端部
Ｂから構成されると考えることが出来る。

陽極−陰極組立体ムは中央に配置された短い円筒形の陽
極１６と、この陽極の両側に対称的に配置された２個に
分離した円筒形の中空陰極１８から成る。陽極１Ｂと陰
極１８は円筒形の金属−セラミック封止体２０で電気的
に絶縁されている。

各陰極１８の外側表面２２の要部は、ガラスもしくはセ
ラミック製の絶縁スリーブ２４で部分的に覆われており
、陰極外側面に於ける放電を防止し、有効な内部陰極放
電を促進する。好ましくはモリブデン製の陰極は、構造
部２６とステンレス鋼もしくはコバール製のレーデ管容
器１１によって外部環境に熱的に結合される。このよう
にして、放電によって発生した熱の外界への伝導放散が
有効に行われ、あるレーデ作用に対してより高いレーデ
励振パワーを必要とする場合、陰極に対してより高い入
力パワーをかけることが可能でおる。活性レーデ媒体と
しての例えばアルインは、レーデ動作のために必要とす
るパワーが力Ｐミウムより大きい。さらに、この特徴は
他のどの方法よりもレーデ装置をより小型にすることが
可能である。

金属蒸気を使用するレーデ動作の場合には、使用する特
定の金属の貯蔵槽３０を備え、これを陽極−陰極組立体
ムの一部とする。貯蔵槽３０は熱閉塞構体全通して陽極
−陰極組立体との熱的な結合を防■ヒすることによって
、外部加熱装置ｌｌ（図示されていない）から曾属蒸気
圧を個別に独立して制御することが可能である。貯蔵ｔ
＃３０は陰極１６内に結合されるよう図示されているが
、必要なら、陰極１Ｂの空洞内に直結してもよい。図示
した実施例では、例えばヘリウムのような補助ガスを貯
蔵［３２に蓄えて、細ｆ３３を通して主管の容器１１に
結合されている。ヘリウム以外のガスを使用、してもよ
いが、本発明のレーデは特にヘリウム−カドミウムもし
くは他のへリウムー金属蒸気、びダイマー型レーデとし
て有益であることから、ここではヘリウムについて後述
することにする。

活性レーデ媒体としてカドミウム金属を使用する場合は
、所定量の力ｒミウム金属を貯蔵槽３０に蓄えてから、
貯蔵槽を加熱する。制御された鼠の金属蒸気が陽極部に
解放され、自然拡散と直流電気泳動作用によって、陽極
１６から各陰極部を通して輸送される。この魚気流の通
路は番号３８及び４０で示している。各端部はブリュー
スタ窓１２、補助陽極部４２、及び金属蒸気凝結器部４
１を有している。補助陽極部４２は陰極１８に対する補
助放電を提供して、陰極１８内に於ける均一な放電を保
証し、有限の柱状正放電部４８と関連して、直流電気泳
動制限により金Ｓ＃気が終端窓１２（もしくは第２図の
実施例に於ける貌７６）に到達するのを防止する。金属
蒸気凝結器部４１は可撓性フランジ４４、剛体７ランジ
４５及び固定具４６から成り、カドミウムのような金属
蒸気が窓１２に拡散するのを防止する凝結式防止装置と
して鋤く。固定具４６は複数の有孔コバール製円盤４３
を有する。固定具４６をネジ（図示されていない）で調
整することにより、窓１２のブリュースタ角を調整して
、最終組立工程による正しい角度からのずれを補正する
ことができる。

補助陽極４２は主放電に対する補助放電を与え、陰極部
全域にわたって均一な放電を提供するとともに、′電気
体動効果によるブリュースタ窓１２方向へのカドミウム
蒸気の移動を防ぐ。

４８及び５０の部分はガラスもしくは石英製であり、通
路３８及び４０に沿って陰極１８の内部の空洞へ電気放
電を導ひく。

レーデ技術でよく知られているように、担体がス媒体の
圧力と、レーデ空洞（放電活性領域）の内径の曲には、
特定のレーデ遷移の最適化を決定する相関関係が存在す
る。特に、ｐｘａ（ｐは担体がスのトール単位の圧力、
ｄはレー′Ｃ空洞のセンチメータ単位の内径）の関係は
、特定の趨移、特にその遭移によって生じる光の出力が
ｔ」化されるかどうかを決定する。

例えば、多色光を発生することの可能な本発明ル−　ｒ
　”Ｃハ、赤色（６３６０Ｘ）は低いｐｘａ積、通常は
２の場合に最適化される。緑色（５５７８Ｋ）は高いｐ
ｘａ檀、通常は８の場合に、青色（４４１６Ｘ）は中間
のｐＸ（ｌ槓、通常は６の場合に最適化されるＯ 本実施例の場合のヘリウムのような担体ガスの圧力は実
質的に一定値に保持されるので、前述の関係は、特定の
光出力に対して最適なｐｘａ檀を提供するためには、内
径パラメータを変えるべきであることを意味する。−個
の陰極−陽極組立体を有するレーデ装置は、均一な空洞
径と固定されたヘリウム圧に於いて５色を発生すること
が可能であるが、個々の遷移（色）をよりよく制御する
ためには内径の異なる少くとも３個の陰−ｔｉ部を用意
して、各陰極を各色に対して最適化することが望ましい
。色出力の均一な精度制御のために、レーデの設計に際
しては各色に対して同一の内径と長さを有する２個もし
くはそれ以上の陰極部を組合わせてもよい。選択された
各陰極の実際の内径と長さは、最適なｐｘａ関係と各色
に対して必要とするパワーレベルに依存する。各陰極部
の長さは、それに関連したレーデ遷移の利得を１１１１
察するために変化させることができる。また全レーデ／
ｆワー出力も、各中空陰極部内の電流密度を調整するこ
とによって制御することが出来る。レーデ装置が同時に
複数の色を含む光出力を取り出すように構成されている
場合、色の均衡と制御のために最適化された陰極部の使
用を提供するＯ特別な出力の必要性に応じて、複数の陽
極組立体とすることも出来る。他の活性レーデ媒体・例
えば、金属（亜鉛、セレン等）、金属ハロゲン化物（塩
化銅、塩化水銀等）、稀ガス（ヘリウム−キセノン、ヘ
リウムークリゾトン等）、及びヨー化上レン（ダイマー
型レーデ）等も使用可能である。ここに取り上げた組立
体（第１、ＩＡ％及び１Ｂ図に示す実施例に於いて）は
、窓間開力（約４２ｃＩＬｓ外径２．０ｃＩＩＬ１内径
１．７ｃＩＬの容器と、長さが約５　ｃｍ　ｓ内径０．
！ＩＣＩＬ、１外径０．９１のモー」プデン製中空陰極
１８、及び長さ１．６儂、内径１．５α、外ｋ　２．Ｏ
ａｎで、カドミウムを満たした貯蔵槽３０を付属したス
テンレス鋼製の陽極１６を有する。

陽極１６と陰極１８の間の直流放電は、１１Ｌ田源５２
及び５４によって７ｆラスト抵抗５７を介して約２５０
ボルト乃至約３５０ざルトの範囲の直流電圧レベルに保
持され、約２０乃至２００　ｔリアンペアの範囲の対応
する電流が維持される。電圧源５６及び５８は、対応す
るバラスト抵抗５９を介して補助陽極４２間に電位を供
給する。陰極１８内の放電は負グロー放電の形態で動作
する。

この装置の作動長は１ｏｃＩＩＬで、ｏｗ（連続波）レ
ーデ作用が、２乃至６トール及びＨｅ−Ｎｅ（ヘリウム
−ネオン）比〜７：１に於いて、１（ｓ−Ｎｏ赤＜　６
３２８Ｘ）遷移で得られ、約１０）−ルのＨｅと約３１
０’Ｃのｏａ４度に於けるＨ１３−０（ル−プで、すべ
ての可視色（赤６６６０Ｘ、６３５０Ｘ、緑５！１３７
Ｘ、５３７８Ｘ・及び青４４１６Ｘ）遷移が得られる。

光共振器を形成する反射器６ｏ及び６２を適当に選択す
ることによって、所望の出方波長を発生することが出来
る。反射器６ｏ及び６２は多層誘電体被覆反射器が可能
であり、反射器６２は、通常、コヒーレント放射の一部
６４をレーデ装置１０から取り出すことが出来るように
、部分的に透過性をもたせる。出力６４が多色である場
合は、反射器６２を広帯域出方反射器とすればよい。

本発明の利点は、中空陰極１８を２Ｗ１以上の部分に分
離しかつその各分離部分の径と長さを任意に変えること
によって提供される。分離によって実質１均□−で制御
可能な放電を陰極部の内部に発生することが可能になり
、従って、陰極内部に完全に均一な励振と蒸気密度を提
供して、レーデ遷移の有効なボンピングを保証しより効
率の高いレーデ光出力を生成する。さらに、陰極の外側
構造部２６は陰極に発生されたパワーを放散させる効率
のよい手段を提供し、それによって高パワー出力密度負
荷を可能にする。本発明はまた、組立体の数を調整する
こと、従って、レーデの作動長と利得を調整することに
よって、個々の選択されたレーず媒体についてのレーデ
パワー出力レベルの設計が可能である。レーデの総合利
得はレーデの作動長（陰極内に於ける放電の全長）に比
例する。

各陰極の内径と長さは、個々の色に対して最適なレーデ
出力パワーの取り出しが出来るように（従って、金色出
力が最適化されるように）レーデ空洞モードを整合させ
るよう変えることができ、また色の均衡と制御のための
手段も提供する。例えば、ヘリウム圧が約１０）−ル、
電圧が２８０ボルト、各陰極部に於ける電流が約１４０
ミリアンペア（５０ｍａ／ｃｓｍ”　）、カドミウム温
度が６１０℃で動作するヘリウムーカドミウムレーデの
場合、内径が０．３ｃｔｙｔで長さが５国の２陰極のも
の（単一の陽極を有する単一の陰極−陽極組立体）は、
パワーが４乃至５ミリワツトの青及び緑光線と０．５ミ
リワツトの赤光線を提供する。この２陰極構造と同一の
寸法を有する４陰極のもの（６個の１１１極を有するデ
ュアル陰極−一極組立体）の場合は、青及び緑光線が１
５ミリワツトのパワーを有し、赤光線が２ミリワツトの
パワーを有する。

付加的な陰極−一極組立体のためのレーデ形状は、第１
，１人及び１Ｂ図に示す組立体と同様でちり、付加的な
組立体は両端部間にレーｆ１０の光軸に沿って同軸状に
配置される。

第２図の実施例は第１．１人及び１Ｂ図に示す実施例と
ほぼ同一であるが、ブリュースタ窓端部Ｂと光反射器６
０及び６２の代わりに一体となつた鏡組立体７０及び７
２を使用している点が異なる。この各組立体は、開ロ７
ランジ部材７４．７ランク部材７４に接着された鏡７６
及び７８．７ランク部材７４に溶接され容器１１の端部
に封着された金属７ランジ部材８０、及び鋭−整ネシフ
９から成る。さらに先の実施例での４１の代わりに、金
属蒸気凝結防止装置４３のみが容器１１内に補助陽極部
４２に隣接して配置されている。

鏡７８はレーデ光６４をレーず１０から取り出すことが
可能なものとする。

レーデ鏡７６及び７８はレーデ遷移の％定の波長に合わ
せて被筒を施されており、また全レーデ装置１−０と一
体となっている。

レーデ装ＴＩＩｔ１０の全体は、モリブデン製の中空陰
極部及び、’ｉｉｇ温金属−セラミック絶縁性封正体以
外は、すべて金に４ｗ造であり、とくに好ましいのはス
テンレス鋼である。ガスパラスト貯蔵槽３２もステンレ
ス−材製でよい。典型的には、レーデ装置１１１０の鏡
７６と７８間の全長は約２５ｃｍで、第１．１人及び１
Ｂ図に示す実施例のそれよりかなり小さい。このレーデ
装置は小形で竪固構造であり、外部光共振器構造やブリ
ュースタ窓を必要としない。また、レーデ共振器内の外
気攪流によるパワー変動も最小である。一体となった鏡
組立体の詳細は本発明の譲受人に一渡された米国特許第
４，１４９．７７９号に記載されている。

上述した両実施例とも、多くの潜在的な応用を有する強
力な青色もしくは緑色出力光を提供することが出来る点
が注目されるべきである。

これまでは不活性のガスバラスト貯蔵槽で成功を収めて
きたが、１９７８年６月１５日に出願され本発明の譲受
人に１１！渡された米国特許出願第８８５．８５９号に
記載されている活性のヘリウム圧力調整器を使用しても
よい。

通常の代表的なガスレーデ動作の詳細な説明については
、簡潔を期すためここでは記載しない。

例えば、ヘリウムーネオンレー、デの動作は、ヘリ□■ ウムーカＰミウムレーデのような金属蒸気レーデの動作
と同じように、先行技術に於いてよく知られている。前
記の米国特許第４．０２１，８４５号には、６色のレー
ず光が生成されるヘリウムーカｒミウムレーずの動作に
ついて詳述されている。

第６人及び５Ｂ図は本発明の特徴を開示した図である。

上述した図示及び実り例に於いて、管状陽極は２個の分
離されたー陰極に対して共通のものとして設計された。

これらの実施例では、各陰極の電流は同一の陽極によっ
て供給され、各電流の＾整は各回路ループのバラスト抵
抗５７．５９によって行われる。しかしながら、各陰極
の電流の均衡をバラスト抵抗でｖＭ整するのは困鹸であ
る。

また分離された陰極に共通の陽極を有するために、バラ
ンス電流の維持も困難である。電諒と制御電子系に対す
る％気菌な接続も、特に多分割レーデ管の場合は不便で
ある。

第５Ａ図は分割（スジリット）陰極１６ａ。

１６ｂを示しており、−極が物理的に２つの部分に分割
され、それらの間がセラミック絶縁体２０によって゛電
気的に絶縁されている。この形態では、各陰極部１８に
於ける電流が互いに全く独立しており、制御や均衡をと
ることが容易である。さらに、分割陽極間の１１ｇ４的
絶縁により、各陽極−陰極モジュールを電気的に分離も
しくは浮かすことが可能でめる０このことはレーデ管に
対する１を源［ｇＩ＃１ＩＪｐ制姉電子系の電気的接続
を便利にする・このような設計の単位モジュール形ホロ
ーカッ−ｒは、ガスレーデの制御性、モジュール性、及
び製造性に大きな衝撃を与えるものである。

第６Ｂ図は多モジュール実施例のための分割陽極、ホロ
ーカソード・レーデの設計を示すものである。すなわち
、分割陽極１６ａ＃１６１）及び１７１Ｌ、１７に＋が
中空陰極１Ｂの間に存在する。

第６ム及び６Ｂ図は、第１及び２図で説明及び図示した
レーデをより簡略化及び改良を加えて表わしたものであ
る。第６ム及び６Ｂ図に示す実施例は、前記の納１及び
第２＃ｇＪで説明したレーデ管の特徴を含めて理解する
べき′Ｃある。

特定の実施例を数層した本発明の説明により、先行技術
に通達している人は、本発明の範ｌと基本点から逸脱せ
ずに各種の変更を加えることや、構成部品を同等品に代
えることが可能である０さらに、本発明の基本的な教示
力）−ら逸脱せずに多くの変更も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はブリュースタ窓を使用した本発明にょるレーデ
の側面図であ“る０　− 第１、Ａ図及び第１Ｂ図は、第１図に示すレーデの断面
図である。 第２図は一体となった鏡を使用した本発明にょるレーデ
の断面図である〇 第５Ａ図及び第６Ｂ図は、レーデ空洞に発生される特定
のレーデモードを最適化するように、本発明による分ｖ
ｓ−極をどのように構成するかの例を簡略化して表わし
た図である。 代理人　浅　村　　　　皓 外４名

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス媒体と、電圧源に接続されてガス媒体内に放
   電を発生させるための中空で同軸形の陽極及び陰極装置
   とを収容した細長い容器、及び、容器端部もしくＧｊそ
   の付近に置かれた反射器装置を有するがスレーブであっ
   て、陰極装置が少くとも２個の分離した陰極から成り、
   陽極装置がこれら分°離した陰極間の中央に配置された
   少くとも２個の短い円筒形陽極から成っていることを特
   徴とするがスレーブ。
2. （２）ガス媒体と、電圧源に接続されてガス媒体内に放
   電を発生させるための中空で同軸形の陽極及び陰極装置
   とを収容した細長い容器を有していて。 陰極装置が陽極装置の端部に隣接して対称的に配置され
   た少くとも２個の分離した陰極から成っているがスレー
   ブであって、陽極装置がそれら陰極間の中央に配置され
   た分割した陽極から成っていることを特徴とするガスレ
   ーデ。