JPS5917987B2 - Cold cathode discharge tube and its manufacturing method - Google Patents

Cold cathode discharge tube and its manufacturing method

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JPS5917987B2
JPS5917987B2 JP4439081A JP4439081A JPS5917987B2 JP S5917987 B2 JPS5917987 B2 JP S5917987B2 JP 4439081 A JP4439081 A JP 4439081A JP 4439081 A JP4439081 A JP 4439081A JP S5917987 B2 JPS5917987 B2 JP S5917987B2
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cathode
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discharge tube
cold cathode
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秀三 服部
幟 上出
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道夫 石川
祐治 林
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KINMON DENKI KK
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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
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、冷陰極レーザ放電管及びその製造方法に係
り特に長寿命レーザ放電管の冷陰極構造及びその製造方
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a cold cathode laser discharge tube and a method of manufacturing the same, and more particularly to a cold cathode structure of a long-life laser discharge tube and a method of manufacturing the same.

一般に冷陰極は、発熱が少なく、従つて放電管あ 全体
に亘つて好ましい熱平衡を与えることから種種のタイプ
の気体レーザに用いられている。
Generally, cold cathodes are used in various types of gas lasers because they generate less heat and therefore provide a favorable thermal balance throughout the discharge tube.

また、反射鏡被膜技術及び管封止技術の向上によつてガ
ス・レーザ放電管の寿命が次第に長くなりつつある。こ
のようなガス・レーザ放電管の長寿命化は、特に熱陰極
レーザ放電管に卦いて著しく、好ましい結果を得ている
が、冷陰極レーザ放電管にふ一いては、熱陰極レーザ放
電管に比してそれ程長寿命化を達成することができない
ことが判明するに至つている。このことは、冷陰極レー
ザ放電管には、その寿命を制約する固有の要因があるこ
とを意味している。ホロ一・カソード・レーザの場合に
は、特に冷陰極表面では高い電流密度が必要とされるこ
とから現実には1つとして実用的な設計例がいまだに得
られていない。
Additionally, improvements in mirror coating technology and tube sealing technology are gradually increasing the lifespan of gas laser discharge tubes. The longevity of gas laser discharge tubes has been particularly impressive, and favorable results have been obtained especially for hot cathode laser discharge tubes. It has come to be clear that it is not possible to achieve such a long service life. This means that cold cathode laser discharge tubes have unique factors that limit their lifetime. In the case of a hollow cathode laser, a high current density is required, particularly on the cold cathode surface, and therefore no practical design example has yet been obtained.

丁般にホロ一・カソード放電中には常に陰極材料の原子
スペクトルが観測される。この事実は、実際の放電管温
度に卦ける平衡蒸気圧が低いにも拘らずかなりの量の陰
極材が気相で存在すること証明することとなる。この現
象は、鵠9′いわゆる 陰極スバツタリング として知
られ、現行技術では避けることができないと考えられて
いる。
During holo-cathode discharge, the atomic spectrum of the cathode material is always observed. This fact proves that despite the low equilibrium vapor pressure at the actual discharge tube temperature, a significant amount of cathode material is present in the gas phase. This phenomenon is known as so-called cathode sputtering, and is considered unavoidable with current technology.

一方金属蒸気イオンが中性化されて冷い壁面に沈着する
場合には、不活性放電気体のかなりの量が沈着した金属
中に取り込まれてしまう。こ諷′9の現象は、いわゆる
気体のクリーン・アツグとして知られている。
On the other hand, if the metal vapor ions are neutralized and deposited on a cold wall, a significant amount of the inert discharge material will be incorporated into the deposited metal. This phenomenon is known as the so-called gas clean-up.

この気体のクリーン・アツプはカソードの表面電流密度
が低い場合に卦いても生ずる虞れがあり、特に冷陰極の
表面に光電子放出が生じやすいような加工が施されてい
る場合にその可能性が強い。
This gas clean-up can occur even if the surface current density of the cathode is low, and is particularly likely to occur if the surface of the cold cathode is processed to facilitate photoelectron emission. strong.

このような冷陰極に卦いては、局部的に光電子γ−効果
が突然生ずると、シース電位の平衡を保つ為に局部的な
イオン表面電流密度が増加し、その結果カソード材料の
スパツタリングが局部的に増加するに至ることが予想さ
れる。この発明は上記のような事情に鑑みなされたもの
であつて、放電気体のクリーンアツプがどのように進行
したとしても放電管内の気体圧力がほとんど減少しない
冷陰極を備えた冷陰極レーザ放電管及びその製造方法を
提供することを目的としている。
For such cold cathodes, when a local photoelectron γ-effect suddenly occurs, the local ionic surface current density increases in order to balance the sheath potential, resulting in local sputtering of the cathode material. It is expected that this will increase. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a cold cathode laser discharge tube and a cold cathode having a cold cathode in which the gas pressure within the discharge tube hardly decreases no matter how the cleanup of the discharge body progresses. The purpose of this invention is to provide a manufacturing method for the same.

また、この発明の他の目的は、局部的なイオン衡突の増
加によつて光電子γ一効果の劣化をほとんど生じない冷
陰極レーザ放電管及びその製造方法を提供『るにある。
この発明によれば、長寿命冷陰極は任意形状の陰極支持
体を陽極としてその陰極支持体上に大きな表面電流密度
のスパツタ放電によつて陰極物質を沈着させることによ
つて製造される。
Another object of the present invention is to provide a cold cathode laser discharge tube and a method for manufacturing the same in which the photoelectron gamma effect is hardly degraded due to an increase in local ion collisions.
According to the invention, a long-life cold cathode is produced by depositing cathode material by sputter discharge at a high surface current density onto a cathode support of arbitrary shape with the cathode support as the anode.

表面電流密度が大さいことから陰極物質の沈着層は多孔
質となり、レーザ放電に用いられる気体と類似の組成を
有するスパツタ放電気体を多量に吸収することがでさる
。陰極物質が沈着された層に光電子γ−効果を与える為
には、少量の酸素ガスがスパツタ放電気体中に加えられ
る。Vfに好ましい陰極支持体の形状は、これが放電用
陰極として用いられた際に負グローが、その内に生じる
ような中空空間を包むように形成される。以下図面を参
照しながら、この発明の一実施例について説明する。
Due to the high surface current density, the deposited layer of cathode material becomes porous and can absorb a large amount of sputter discharge material having a composition similar to the gas used in laser discharge. A small amount of oxygen gas is added into the sputter discharge body to impart a photoelectron gamma effect to the layer on which the cathode material is deposited. The preferred shape of the cathode support for Vf is such that it encloses a hollow space within which a negative glow occurs when it is used as a discharge cathode. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図を参照しながらHe{eレーザ放電管に適用され
たこの発明の一実施例について説明する。
An embodiment of the present invention applied to a He{e laser discharge tube will be described with reference to FIG.

He−Neレーザ放電管に卦いては、放電細管2は、陽
極側外管4の略中心軸に沿つて配置?れ、陽極側外管4
の一端は、放電細管2の外周に気密に一体的にシールさ
れ、その他端は、開口されている。前記陽極側外管4と
のシール部分から陽極側外管4外に延び出している放電
細管2の一端開口には、円管状の陽極6が気密にシール
されて連結され、この陽極6には第1の反射鏡7が気密
に取付けられた陽極側延長部細管8が気密にシールされ
ている。前記陽極側外管4の開口を介して延び出した放
電細管2の他端は、ドラム形状の陰極側支持体10の一
方の挿入孔内に挿入されている。この陰極側支持体10
には、1対の陰極ステム12,14の一端が接続され、
この陰極ステム12,14の夫々は、陽極側外管4の中
心軸に略平行に延び、陽極側外管4を貫通して外管4外
にまで延び出している。陽極側外管4の開口には、この
開口と等形の陰極側外管16の開口が適合され、互に気
密に熔着シールされている。陰極側外管16の中心軸に
沿つて第2の延長部細管18が位置され、この第2の延
長部細管18は、前記陽極側外管に一体的に気密にシー
ルされ、その一端は、前記陰極側支持体10の他方の挿
入孔に挿入され、その他端には、第2の反射鏡20が取
り付けられている。前記陽極側及び陰極側外管4,12
で作られる容器内には、夫々所定圧力のヘリウムHe及
びネオンNeが充填され、前記陰極側支持体10の内面
には、放電気体と類似の組成を有するスパッタ放電気体
が多量に吸着された沈着陰極物質層21が後に詳述され
るように形成されている。第1図に示されたHe{eレ
ーザ放電管は、次のようにして製造される。
Regarding the He-Ne laser discharge tube, the discharge tube 2 is arranged approximately along the central axis of the anode side outer tube 4. Anode side outer tube 4
One end is hermetically sealed integrally with the outer periphery of the discharge capillary tube 2, and the other end is open. A cylindrical anode 6 is hermetically sealed and connected to one end opening of the discharge capillary tube 2 extending outside the anode outer tube 4 from the sealed portion with the anode outer tube 4. The anode side extension thin tube 8 to which the first reflecting mirror 7 is airtightly attached is hermetically sealed. The other end of the discharge capillary 2 extending through the opening of the anode outer tube 4 is inserted into one insertion hole of a drum-shaped cathode support 10. This cathode side support 10
is connected to one end of a pair of cathode stems 12, 14,
Each of the cathode stems 12 and 14 extends substantially parallel to the central axis of the anode outer tube 4, passes through the anode outer tube 4, and extends to the outside of the outer tube 4. The opening of the anode side outer tube 4 is fitted with an opening of the cathode side outer tube 16 having the same shape as this opening, and they are hermetically sealed to each other by welding. A second extension capillary 18 is located along the central axis of the cathode outer tube 16, and is integrally and airtightly sealed to the anode outer tube, with one end thereof having: It is inserted into the other insertion hole of the cathode side support 10, and a second reflecting mirror 20 is attached to the other end. The anode side and cathode side outer tubes 4, 12
A container made of is filled with helium He and neon Ne at a predetermined pressure, respectively, and a large amount of sputtered discharge material having a composition similar to that of the discharge material is adsorbed on the inner surface of the cathode side support 10. A layer of cathode material 21 is formed as detailed below. The He{e laser discharge tube shown in FIG. 1 is manufactured as follows.

予め陽極側外管4、放電細管2、陽極6、陽極側延長部
細管8、反射鏡7、陰極ステム12,14及び陰極支持
体10から成るレーザー放電管の陽極側セクシヨン22
が周知の方法によつて作られる。次に、第2図に示すよ
うに陽極側セクシヨン22がスパツタ放電用器具24に
排気放電容器26を介して装着される。スパッタ放電用
器具24の外管28は、陰極側外管12と略等形であつ
て、その中心軸に沿つて陰極部支持体10の他方挿入孔
に挿入可能な一端を有する細管30が延在されている。
この細管30は、外管28に一体に熔着シールされると
ともに、その内には、一端にアルミニウム製のスパツタ
リング陰極34が設けられた導体ピン32が延在され、
この導体ピン32は細管30にシールされて支持され、
細管30外に延び出している。前記排気放電容器26に
は、排気管36が連結され、その排気放電容器2611
i、陽極側外管4及びスパッタ放電用器具24の外管2
6が夫々嵌合可能な開口を備えている。この排気放電管
容器26の一方の開口には、第2図に示すように陽極側
外管4が挿入され、0リングを介在して締付けリング3
8によつて締付けられ、シールされる。スパツタ・リン
グ陰極34が陰極支持体10内に配置▲れた後同様に排
気放電管容器26の他方開口には、スパツタ放電用器具
24の外管が挿入され、同様にOリングを介在して締付
けリング40によつて締付けられシールされる。図示す
るように導体ピン32には、放電用電圧源44のマイナ
ス側に接続され、陰極ステム14には、スパッタ放電を
開始させるスイツチ46を介して放電用電圧源44のプ
ラス側に接続されている。前記排気管36を介して排気
放電管容器26、陽極側外管4及び外管28から成るス
パツタ放電用の容器内は、排気され、その後、例えば、
0.08トールのへリウムHe,O.Olトールのネオ
ンNe及び0.01トールの酸素02を含む混合気体が
供給され、スイツチ46が閉成されてスパツタリング陰
極34及び陰極支持体10間でスパツタ放電が開始され
る。
The anode section 22 of the laser discharge tube is made up of the anode outer tube 4, the discharge capillary 2, the anode 6, the anode extension capillary 8, the reflector 7, the cathode stems 12, 14, and the cathode support 10.
is made by a well-known method. Next, as shown in FIG. 2, the anode section 22 is attached to the sputter discharge device 24 via the exhaust discharge vessel 26. The outer tube 28 of the sputter discharge device 24 has approximately the same shape as the cathode side outer tube 12, and has a thin tube 30 extending along its central axis and having one end that can be inserted into the other insertion hole of the cathode support 10. is present.
This thin tube 30 is integrally welded and sealed to the outer tube 28, and a conductor pin 32 having an aluminum sputtering cathode 34 at one end extends therein.
This conductor pin 32 is sealed and supported by the thin tube 30,
It extends outside the thin tube 30. An exhaust pipe 36 is connected to the exhaust discharge vessel 26, and the exhaust discharge vessel 2611
i. Anode side outer tube 4 and outer tube 2 of sputter discharge device 24
6 are each provided with an opening into which they can be fitted. As shown in FIG. 2, the anode side outer tube 4 is inserted into one opening of the exhaust discharge tube container 26, and the tightening ring 3 is inserted through the O-ring.
8 and sealed. After the sputter ring cathode 34 is placed in the cathode support 10, the outer tube of the sputter discharge device 24 is similarly inserted into the other opening of the exhaust discharge tube container 26, and the outer tube of the sputter discharge device 24 is similarly inserted through the O-ring. It is tightened and sealed by a tightening ring 40. As shown in the figure, the conductor pin 32 is connected to the negative side of a discharge voltage source 44, and the cathode stem 14 is connected to the positive side of the discharge voltage source 44 via a switch 46 for starting sputter discharge. There is. The inside of the sputter discharge container consisting of the exhaust discharge tube container 26, the anode side outer tube 4, and the outer tube 28 is evacuated via the exhaust pipe 36, and then, for example,
0.08 torr helium He, O. A gas mixture containing 0.1 Torr of neon Ne and 0.01 Torr of oxygen 02 is supplied, and the switch 46 is closed to begin sputtering discharge between the sputtering cathode 34 and the cathode support 10.

混合気体が供給され続けている間スパツタリング放電が
行なわれることから、陰極支持体10上には、陰極物質
の沈着層21が形成される。例えば、陰極支持体10の
表面に卦ける一平方彌当りの表面密度が20mAで、ス
パツタリング放電が80時間継続された場合には、陰極
物質の沈着層21の厚さは、2μm以上の値となる。こ
のようにして沈着層21が形成された後、スイツチ46
が開成され、スパツタ放電用器具24が陽極側セクシヨ
ン22から取り外され、陽極側外管4に陰極側外管16
が熱熔着され、再びこの外管4,1町及び細管2,18
内空間が真空に排気され、所定圧力のヘリウム(He)
及びネオン(Ne)が封入されてHe{eレーザ放電管
が完成される。上記のようにして製造されたHe−Ne
レーザ放電管によれば、陰極支持体10上には陰極物質
の沈着層21が形成され、この沈着層21VCは、放電
気体即ち、ヘリウム(He)及びネオン(Ne)気体が
多量に吸着されている。
Since sputtering discharge is performed while the mixed gas continues to be supplied, a deposited layer 21 of cathode material is formed on the cathode support 10. For example, if the surface density per square meter on the surface of the cathode support 10 is 20 mA and the sputtering discharge is continued for 80 hours, the thickness of the deposited layer 21 of the cathode material will be 2 μm or more. Become. After the deposited layer 21 has been formed in this manner, the switch 46
is opened, the sputter discharge device 24 is removed from the anode side section 22, and the cathode side outer tube 16 is attached to the anode side outer tube 4.
are heat welded, and this outer tube 4, 1 and thin tube 2, 18 are bonded again.
The inner space is evacuated and helium (He) is evacuated to a predetermined pressure.
and neon (Ne) are sealed to complete a He{e laser discharge tube. He-Ne produced as above
According to the laser discharge tube, a deposited layer 21 of cathode material is formed on the cathode support 10, and this deposited layer 21VC has a large amount of discharge gas, that is, helium (He) and neon (Ne) gases adsorbed therein. There is.

従つて、He−+Jeレーザ放電管が作動された場合に
卦いて、放電気体が陰極支持体10上の陰極物質層21
に吸収されたとしても同量の放電気体を遊離することと
なり、レーザ放電管内の放電気体圧力は、略一定に保れ
続けられる。その結果、レーザ故電管の長寿命化が達成
される。更に、このレーザ放電管内の陰極放電面は、製
造過程に卦いて新にスパツタ放電によつて形成された陰
極物質層21であることから、製造過程が不明な板状原
材料を用いた場合に比べて長く光電子放出γ効果を保つ
ことができる。次に、第2図及び第3図を参照しながら
、この発明が適用されたHe{d陽光柱レーザ放電管に
ついて説明する。図示するように放電細管48は、金属
製の外管50の中心軸上・に配置され、この放電細管4
8の一方端は、外管50内に挿入された同軸二重円筒状
の陰極支持体52内をその外にまで延び出し、第1のセ
ラミツク製の封止管54、封着用金属片56、金属円管
58及びセラミツク製の封止カバー60から成る陰極側
封止部62内に位置されている。この陰極側.封止部6
2内の放電細管48には、カドミニウム(Cd)蒸気を
封止部62に流出させる為の流出間隙64が設けられ、
またこの放電細管48は、封止カバー60を貫通し、そ
の開口は第1の反射光学系66によつて封止されている
。陰極支持体52と封止カバー60間には、同軸円笥状
の部材で作られたもどり放電管68が設けられ、放電細
管48は、このもどり放電管68を介して陰極支持体5
2内空間に連通されている。放電細管48の他方端は、
外管50に連結された第2、第3のセラミツク製の封止
管72,74及び封止用金属片76等から成る陽極側封
止部70内にまで延び出し、陽極側封止部70内のオー
ブン78を貫通するとともにその開口は、第2の光学系
80によつて封止されている。オーブン78は、ヒータ
(図示せず)を備え、このヒータは第2の封止管72に
設けたヒータ電極81,82に接続され、このオーブン
78内には、カドミニウム(Cd)が収納されるととも
にこのオーブン78内放電細管48には、カドミウム蒸
気流入用の間隙84が穿けられている。第3の封止管7
4には、放電細管48!f−連通する空間が設けられ、
この空間内には、放電陽極86が位置されている。既に
述べた第1の実施例と同様に陰極支持体52内面には、
次に述べるような方法により陰極物質層88が形成され
ている。上述したHe{d陽光柱レーザ放電管は、第4
図に示すように予め陰極側封止部62から金属円管58
、セラミツク製の封止カバー60及び反射光学系66等
を設けるだけの状態にまで製造される。
Therefore, when the He-+Je laser discharge tube is operated, the discharge body will displace the cathode material layer 21 on the cathode support 10.
Even if the discharge material is absorbed by the laser discharge tube, the same amount of the discharge material will be released, and the pressure of the discharge material within the laser discharge tube will continue to be kept substantially constant. As a result, the life of the laser waste tube can be extended. Furthermore, since the cathode discharge surface in this laser discharge tube is a cathode material layer 21 newly formed by sputter discharge during the manufacturing process, it is more durable than when a plate-shaped raw material whose manufacturing process is unknown is used. The photoelectron emission γ effect can be maintained for a long time. Next, a He{d positive column laser discharge tube to which the present invention is applied will be explained with reference to FIGS. 2 and 3. As shown in the figure, the discharge capillary 48 is arranged on the central axis of the metal outer tube 50.
One end of the tube 8 extends outside the coaxial double cylindrical cathode support 52 inserted into the outer tube 50, and includes a first ceramic sealing tube 54, a sealing metal piece 56, It is located within a cathode side sealing section 62 consisting of a metal circular tube 58 and a sealing cover 60 made of ceramic. This cathode side. Sealing part 6
An outflow gap 64 is provided in the discharge capillary tube 48 in the discharge tube 2 to allow the cadmium (Cd) vapor to flow out into the sealing part 62.
Further, this discharge capillary 48 passes through a sealing cover 60, and its opening is sealed by a first reflective optical system 66. A return discharge tube 68 made of a coaxial circular box-shaped member is provided between the cathode support 52 and the sealing cover 60, and the discharge capillary 48 is connected to the cathode support 5 through this return discharge tube 68.
It communicates with the interior space of 2. The other end of the discharge capillary 48 is
The anode-side sealing section 70 extends into the anode-side sealing section 70 consisting of second and third ceramic sealing tubes 72 and 74 connected to the outer tube 50, a sealing metal piece 76, and the like. The opening passes through the inner oven 78 and is sealed by a second optical system 80. The oven 78 includes a heater (not shown), this heater is connected to heater electrodes 81 and 82 provided on the second sealed tube 72, and cadmium (Cd) is stored in the oven 78. At the same time, a gap 84 for the inflow of cadmium vapor is bored in the discharge capillary tube 48 in the oven 78. Third sealed tube 7
4 has a discharge capillary 48! f- A communicating space is provided;
A discharge anode 86 is located within this space. As in the first embodiment already described, on the inner surface of the cathode support 52,
The cathode material layer 88 is formed by the method described below. The above-mentioned He{d positive column laser discharge tube has a fourth
As shown in the figure, from the cathode side sealing part 62 to the metal circular tube 58
, a ceramic sealing cover 60, a reflective optical system 66, etc. are only provided.

このような未完成な放電管に図示するようにスパツタ放
電用容器90が取り付けられる。即ち、このスパツタ放
電用容器90によつて支持された棒状のアルミニウム・
スパツタ電極92が陰極支持体52内に挿入され、この
スパツタ放電用容器90がLリング94によつてセリミ
ツク封止管54に真空気密に取り付けられる。スパッタ
電極92に接続された金属セラミック封入子94が放電
電圧源96のマイナス側に接続され、スパッタ放電の陽
極となる陰極支持体52に接続された外管50は、スイ
ッチ100を介して放電電圧源96のプラス側に接続さ
れている。外管50外の陰極支持体52外周には、放電
管の軸方向磁場を生じさせる為のソレノイド・コイル1
00が配置されている。未完成な放電管及びスパツタ放
電容器90内の気密空間は、外管98に取り付けた排気
管102を介して排気され、その後例えば、0.04ト
ールのヘリウムHe及び0.01トールの酸素02を含
む混合気体が供給される。ソレノイド・コイル100に
通電して軸方向に例えば1200ガウスの磁場を生じさ
せるとともにスイツチ100を閉成してアルミニウム電
極92及び陰極支持体52間で一様なスパツタ放電を生
じさせる。スパツタ放電によつてクリーンアツプが生ず
る間混合気体を供給し続けると、陰極支持体52内表面
には、へリウムHeが吸着されたアルミニウムで作られ
た沈着層88が形成される。この沈着層88は、陰極支
持体24の表面1d当りの表面電流密度が25mAの放
電を80時間継続した場合には、その厚さが略2.5μ
m以上となる。沈着層88が形成された後、スパツタ放
電用容器90が取り除れ、金属円筒58、封止カバー6
0及び反射光学系66が封止管54に取り付けられて放
電灯が完成する。このレーザー放電管では、放電管内に
充填されたヘリウムHe及びオーブン内で発生され、放
電細管48を介して金属円管58内に流入し、この金属
円笥内面に沈着するカドミウム(Cd)蒸気によつて純
へリウム放電及びヘリウム・カドミニウム放電の接続放
電が陽極86及び陰極支持体52の沈着層88間で生ず
る。このレーザ放電管では、既に述べたように陰極支持
体52の沈着層88でクリーンアツプ現象が生じたとし
ても沈着層88からヘリウムが発生される為放電管内ヘ
リウム圧力は略一定に保れ、その結果レーザー放電管の
長寿命化が達成される。更に、第5図及び第6図を参照
しながら、この発明が適用されたホロ一・カソードHe
{′dレーザ放電管について説明する。
A sputter discharge vessel 90 is attached to such an unfinished discharge tube as shown in the figure. That is, the rod-shaped aluminum plate supported by this sputter discharge container 90
A sputter electrode 92 is inserted into the cathode support 52, and the sputter discharge vessel 90 is vacuum-tightly attached to the ceramic sealed tube 54 by an L-ring 94. A metal-ceramic enclosure 94 connected to a sputter electrode 92 is connected to the negative side of a discharge voltage source 96, and an outer tube 50 connected to a cathode support 52, which serves as an anode for sputter discharge, is connected to a discharge voltage via a switch 100. connected to the positive side of source 96. On the outer periphery of the cathode support 52 outside the outer tube 50, there is a solenoid coil 1 for generating an axial magnetic field of the discharge tube.
00 is placed. The airtight space within the unfinished discharge tube and sputter discharge vessel 90 is evacuated via an exhaust pipe 102 attached to the outer tube 98 and then filled with, for example, 0.04 Torr of helium He and 0.01 Torr of oxygen 02. A gas mixture containing the above is supplied. Solenoid coil 100 is energized to create an axial magnetic field of, for example, 1200 Gauss and switch 100 is closed to create a uniform spatter discharge between aluminum electrode 92 and cathode support 52. If the mixed gas is continued to be supplied while cleanup is generated by sputter discharge, a deposited layer 88 made of aluminum with helium He adsorbed is formed on the inner surface of the cathode support 52. This deposited layer 88 has a thickness of approximately 2.5 μm when a discharge with a surface current density of 25 mA per 1 d of the surface of the cathode support 24 is continued for 80 hours.
m or more. After the deposited layer 88 has been formed, the sputter discharge container 90 is removed, and the metal cylinder 58 and the sealing cover 6 are removed.
0 and a reflective optical system 66 are attached to the sealed tube 54 to complete the discharge lamp. In this laser discharge tube, helium (He) filled in the discharge tube and cadmium (Cd) vapor generated in the oven, flowing into the metal circular tube 58 through the discharge capillary 48, and depositing on the inner surface of the metal tube are used. A pure helium discharge and a coupled helium-cadmium discharge thus occur between the anode 86 and the deposited layer 88 of the cathode support 52. In this laser discharge tube, even if a clean-up phenomenon occurs in the deposited layer 88 of the cathode support 52, helium is generated from the deposited layer 88 as described above, so the helium pressure inside the discharge tube can be kept approximately constant. As a result, a longer life of the laser discharge tube is achieved. Furthermore, with reference to FIGS. 5 and 6, a hollow cathode He to which the present invention is applied
{'d The laser discharge tube will be explained.

このレーザ放電管の陰極体102は、放電容器の一部を
成し、この陰極体102には、その軸に沿つて陰極穴1
04が穿けられ、また、その軸に平行に且つ円対称に陽
極空洞106,108,110が穿けられている。この
陽極空洞106,108,110の各々と陰極穴104
とは、各陽極空洞106,108,110の各々に設け
られた切欠溝112,114,116を介して連通され
ている。各陽極空洞106,108,110には、夫々
陽極118,120,122が挿入配置され、この陽極
118,120,122の各々と対応する陽極空洞10
6,108,110の壁面との間には、この陽極と陽極
空洞壁面との間にグロー放電が発生されないような陰極
暗部長を有する間隙が空けられている。各陽極118,
120,122の各々には、凸部124,126,12
8が設けられ、この凸部は溝112,114,116を
介して陰極穴104内に頭出されている。陰極体102
には、更に陰極穴102に連通する収納ヘリウム気体の
体積を増加させる為の穴130,132,134が穿け
られている。第5図に示すように陰極体102及び陽極
118,120,122は、その中心にレーザを通過?
せる為の穴139を有するセラミツク製の封止環136
,138によつて保持されている。即ち、陽極118は
、封止環136に設けた穴140内に挿入され、この封
止環136に気密に固定された陽極ピン142に接続さ
れ、この封止環136の一方側は封止片144によつて
陰極体102の熔接片146に熔接によつて封着されて
いる。この封止管136の他方側には、可変反射鏡保持
器145が封着され、この可変反射鏡保持器145には
、反射鏡148がガラスフリツトによつて封着されてい
る金属片150によつて熔接により封着されている。封
止環136の穴に開口するCd金属源容器152がこの
封止環136と可変反射鏡保持器46間に保持され、こ
れは後に破壊される。第4図に示す実施例にあつては、
図面から明らかなように封止環138の左右が対称な構
造となつて卦り、両者が連結されてレーザ放電管が完成
される。陰極体102の陰極穴104の内面には、既に
述べたと同様の方法によつて陰極物質層154が沈着さ
れている。
The cathode body 102 of this laser discharge tube forms part of the discharge vessel, and the cathode body 102 has a cathode hole 1 along its axis.
04 is drilled, and anode cavities 106, 108, 110 are drilled parallel to the axis and circularly symmetrically. Each of the anode cavities 106, 108, 110 and the cathode hole 104
are in communication with each other via cutout grooves 112, 114, and 116 provided in each of the anode cavities 106, 108, and 110, respectively. Anodes 118, 120, 122 are inserted into each anode cavity 106, 108, 110, respectively, and the anode cavity 10 corresponding to each of the anodes 118, 120, 122 is inserted into each anode cavity 106, 108, 110.
A gap is provided between the anode 6, 108, and the wall surface of the anode cavity 110 to have a cathode dark section such that no glow discharge is generated between the anode and the anode cavity wall surface. each anode 118,
120 and 122 have convex portions 124, 126, and 12, respectively.
8 is provided, and this convex portion is projected into the cathode hole 104 via grooves 112, 114, and 116. Cathode body 102
Further, holes 130, 132, and 134 are formed to increase the volume of stored helium gas communicating with the cathode hole 102. As shown in FIG. 5, the cathode body 102 and the anodes 118, 120, 122 have a laser beam passing through their center.
Ceramic sealing ring 136 with hole 139 for
, 138. That is, the anode 118 is inserted into a hole 140 provided in the sealing ring 136 and connected to an anode pin 142 that is hermetically fixed to the sealing ring 136, and one side of the sealing ring 136 is provided with a sealing piece. 144 and is sealed to the welding piece 146 of the cathode body 102 by welding. A variable reflector holder 145 is sealed to the other side of the sealed tube 136, and a reflector 148 is attached to the variable reflector holder 145 by a metal piece 150 sealed with glass frit. It is sealed by welding. A Cd metal source container 152 opening into a hole in the sealing ring 136 is held between the sealing ring 136 and the variable reflector holder 46, which is later destroyed. In the embodiment shown in FIG.
As is clear from the drawing, the left and right sides of the sealing ring 138 are symmetrical, and the two are connected to complete a laser discharge tube. A layer of cathode material 154 is deposited on the inner surface of cathode hole 104 of cathode body 102 by a method similar to that previously described.

即ち、陽極118,120,122は、デルタ接続され
た3相交流電源156,158,160に接続され、そ
の中性点が直流電源162のマイナス側にスイツチ16
4を介して接続され、その直流電源162のプラス側が
陰極体102に接続されている。陰極穴104及び陽極
空洞106,108,110にヘリウム(He)気体例
えば、0.1トールのヘリウムを供給し、スイツチ16
4を閉成すると陽極118,120,122を陰極及び
陰極体102を陽極として電源156,158,160
,164から3相脈流電圧が両者間に供給される。従つ
て、陽極の凸部124,126,128と陰極穴壁面と
の間でスパツタ放電が生ずる。この供給される3相脈流
電圧の1周期の約4分の1の期間の間は、陰極穴壁面は
、凸部に対して負電位に保れることから、一時的にスパ
ツタ放電が遮断される。間欠的にスパツタ放電が生じて
いる間、放電容器内は0.1トールのへリウム(He)
気体で満され続けるとともに、Cd金属源容器152は
、スパツタ放電により約5×10−3トールのCd金属
蒸気を供給できる温度に加熱され続ける。このようにス
パツタ放電が継続されると、例えば、80時間程スパツ
タ放電が行なわれると、陰極穴壁面にヘリウム気体が吸
着された陰極物質層即ち、カドミニウム層154が沈着
される。Cd金属源容器152は、スパツタ放電によつ
てその内のCd金属が消失され、その後この容器152
は、破壊されて1対の反射鏡148間のレーザ光路が確
保される。上述したようなホローカソードHe{dレー
ザ放電管は、Cd金属を外部から補給することなく、4
000時間作動し続けることが確認されている。
That is, the anodes 118, 120, 122 are connected to three-phase AC power supplies 156, 158, 160 connected in delta, and the neutral point is connected to the negative side of the DC power supply 162 by the switch 16.
4, and the positive side of the DC power supply 162 is connected to the cathode body 102. Helium (He) gas, for example, 0.1 Torr, is supplied to the cathode hole 104 and the anode cavities 106, 108, 110, and the switch 16 is turned on.
4 is closed, the anodes 118, 120, 122 are used as cathodes and the cathode body 102 is used as an anode, and the power supplies 156, 158, 160 are connected.
, 164, a three-phase pulsating current voltage is supplied between the two. Therefore, spatter discharge occurs between the protrusions 124, 126, 128 of the anode and the wall surface of the cathode hole. During approximately one quarter of one cycle of the supplied three-phase pulsating voltage, the cathode hole wall surface is maintained at a negative potential with respect to the convex portion, so spatter discharge is temporarily interrupted. Ru. While spatter discharge occurs intermittently, the inside of the discharge vessel is filled with 0.1 Torr of helium (He).
As it continues to be filled with gas, the Cd metal source vessel 152 continues to be heated by sputter discharge to a temperature capable of providing approximately 5 x 10-3 Torr of Cd metal vapor. If the sputter discharge is continued in this manner, for example, for about 80 hours, a cathode material layer in which helium gas is adsorbed, ie, a cadmium layer 154, is deposited on the wall surface of the cathode hole. The Cd metal source container 152 has the Cd metal therein dissipated by sputter discharge, and then the container 152
is destroyed to ensure a laser optical path between the pair of reflecting mirrors 148. The hollow cathode He{d laser discharge tube as described above can produce 400 ml of Cd without externally replenishing Cd metal.
It has been confirmed that it continues to operate for 000 hours.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、この発明の一実施例に係るHe−+Jeレー
ザ放電管を示す縦断面図、第2図は、第1図に示すレー
ザ放電管の製造過程に}けるアセンブリを示す縦断面図
、第3図は、この発明の他の実施例に係るHe{d陽光
柱レーザ放電管を示す縦断面図、第4図は、第2図に示
すレーザ放電管の製造過程に卦けるアセンブリを示す縦
断面図、第5図は、この発明の更に他の実施例に係るホ
ローカソードHe{′dレーザ放電管の製造過程に卦け
るアセンブリを示す縦断面図、第6図は第5図のV−線
断面図である。 2・・・放電細管、4・・・陽極側細管、6・・・陽極
、7,20・・・反射鏡、8・・・陽極側延長部細管、
10・・・陰極側支持体、12,14・・・陰極ステム
、16・・・陰極側外管、18・・・延長部細管、21
・・・沈着層、22・・・陽極側セクシヨン、24・・
・スパツタ放電用器具、26・・・排気放電容器、28
・・・外管、30・・・細管、32・・・導体ピン、3
4・・・スパツタリング陰極、36・・・排気管、38
,40・・締付けリング、42・・・放電用電圧源、4
6・・・スイツチ、48・・・放電細管、50・・外管
、52・・倫極支持体、54・・・封止管、56・・・
封着用金属片、58・・金属円管、60・・・封止カバ
ー、62−・・陰極側封止部、64・・・流出間隙、6
6・・・反射光学系、68・・・もどり放電管、70・
・・陽極側封止部、72,74・・・封止管、76・・
・金属片、78・・・オーブン、80・・・第2の光学
系、81,82・・ゼータ電極、84・・・間隙、86
・・・陽極、88・・・陰極、90・・・スパツタ放電
用容器、92・・・スパツタ電極、94・・・Lリング
、96・・・放電電圧源、98・・・外管、100・・
・スイツチ、102・・・陰極体、104・・倫極穴、
106,108,110・・・陽極空洞、112,11
4,16・・・切欠溝、118,120,122・・・
陽極、24,126,128・・・凸部、130,13
234,140・・・穴、136,138・・・封止環
、42・・・陽極ピン、144・・・封止片、145・
・・可変反射保持器、146・・・熔接片、148・・
・反射鏡、150・・金属片、152・・・Cd金属源
容器、154・・倫極物質層、156,158,160
,162・・・電源、164・・・スイツチ。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a He-+Je laser discharge tube according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an assembly during the manufacturing process of the laser discharge tube shown in FIG. 1. , FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a He{d positive column laser discharge tube according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing an assembly during the manufacturing process of the laser discharge tube shown in FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an assembly during the manufacturing process of a hollow cathode He{'d laser discharge tube according to still another embodiment of the present invention, and FIG. It is a V-line sectional view. 2... Discharge capillary, 4... Anode side capillary, 6... Anode, 7, 20... Reflector, 8... Anode side extension tubule,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Cathode side support body, 12, 14... Cathode stem, 16... Cathode side outer tube, 18... Extension part thin tube, 21
...Deposition layer, 22...Anode side section, 24...
・Spatsuta discharge equipment, 26... Exhaust discharge container, 28
... Outer tube, 30 ... Thin tube, 32 ... Conductor pin, 3
4... Sputtering cathode, 36... Exhaust pipe, 38
, 40... Tightening ring, 42... Voltage source for discharge, 4
6...Switch, 48...Discharge capillary tube, 50...Outer tube, 52...Rinpoku support body, 54...Sealing tube, 56...
Metal piece for sealing, 58... Metal circular tube, 60... Sealing cover, 62... Cathode side sealing part, 64... Outflow gap, 6
6... Reflection optical system, 68... Return discharge tube, 70.
...Anode side sealing part, 72, 74...Sealing tube, 76...
- Metal piece, 78... Oven, 80... Second optical system, 81, 82... Zeta electrode, 84... Gap, 86
. . . Anode, 88 . . . Cathode, 90 . . . Sputter discharge container, 92 .・・・
・Switch, 102...Cathode body, 104...Rinpoku hole,
106, 108, 110...Anode cavity, 112, 11
4, 16... Notch groove, 118, 120, 122...
Anode, 24, 126, 128... Convex portion, 130, 13
234, 140... Hole, 136, 138... Sealing ring, 42... Anode pin, 144... Sealing piece, 145...
...Variable reflection retainer, 146...Welded piece, 148...
・Reflector, 150...Metal piece, 152...Cd metal source container, 154...Rinkyoku material layer, 156, 158, 160
, 162...power supply, 164...switch.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 光学キヤビイテイを構成する1対の反射鏡と、レー
ザ放電気体を収納した放電容器と、及び光学キヤビイテ
イ光軸上の放電容器に放電を生じさせる陽極及び陰極と
から成る冷陰極放電管において、前記陰極は、前記放電
気体が吸着された陰極物質活性層及びこの陰極物質活性
層が沈着された活性層支持電極から成ることを特徴とす
る冷陰極放電管2 前記陰極物質活性層は光電子効果を
有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の冷
陰極放電管3 前記陰極物質活性層は、レーザ活性媒質
としての金属を含有し、レーザ放電中において金属蒸気
を供給することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
の冷陰極放電管4 前記陰極はその内に負グロー放電が
生ずる空間を囲む形状であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の冷陰極放電管5 レーザ放電気体と
類似の組成を有する気体を収納した気密容器内に配置さ
れた支持電極に、スパッタ放電を生じさせてその支持電
極表面に前記放電気体が吸着された陰極物質活性層を形
成することを特徴とする冷陰極放電管の製造方法6 前
記類似組成を有する気体は、前記活性層にスパッタ放電
によつて光電効果を与える成分を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第5項記載の冷陰極放電管の製造方法7
前記光電効果を与える成分は、酸素であることを特徴
とする特許請求の範囲第6項記載の冷陰極放電管の製造
方法8 前記陰極物質活性層には、スパッタ放電の際に
レーザ活性媒質としての金属が吸蔵されることを特徴と
する特許請求の範囲第5項記載の冷陰極放電管の製造方
法9 前記支持電極を陽極とし、スパッタ放電電極を陰
極として両者間でスパッタ放電を生じさせて支持電極上
にスパッタ放電電極物質を沈着させ、その後スパッタ放
電電極を取り除くことを特徴とする特許請求の範囲第5
項記載の冷陰極放電管の製造方法
1. A cold cathode discharge tube comprising a pair of reflecting mirrors constituting an optical cavity, a discharge vessel housing a laser discharge electric body, and an anode and a cathode for generating a discharge in the discharge vessel on the optical axis of the optical cavity, in which the above-mentioned Cold cathode discharge tube 2, characterized in that the cathode consists of a cathode material active layer on which the discharge material is adsorbed and an active layer support electrode on which the cathode material active layer is deposited.The cathode material active layer has a photoelectronic effect. Cold cathode discharge tube 3 according to claim 1, characterized in that the cathode material active layer contains metal as a laser active medium and supplies metal vapor during laser discharge. The cold cathode discharge tube 4 according to claim 1. The cold cathode discharge tube 5 according to claim 1, wherein the cathode has a shape that surrounds a space in which a negative glow discharge occurs. Generating sputter discharge on a supporting electrode placed in an airtight container containing a gas having a composition similar to that of the laser discharge material to form a cathode material active layer in which the discharge material is adsorbed on the surface of the supporting electrode. A method for manufacturing a cold cathode discharge tube 6, characterized in that the gas having a similar composition contains a component that imparts a photoelectric effect to the active layer through sputter discharge. Manufacturing method 7 of cold cathode discharge tube
8. Method for manufacturing a cold cathode discharge tube according to claim 6, wherein the component giving the photoelectric effect is oxygen. 9. Method 9 of manufacturing a cold cathode discharge tube according to claim 5, wherein the supporting electrode is used as an anode, the sputter discharge electrode is used as a cathode, and sputter discharge is generated between the two. Claim 5, characterized in that sputter discharge electrode material is deposited on the support electrode and the sputter discharge electrode is subsequently removed.
Method for manufacturing a cold cathode discharge tube described in section
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