JPS59500935A - Split type plasma excitation recombination light source - Google Patents

Split type plasma excitation recombination light source

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JPS59500935A
JPS59500935A JP50168283A JP50168283A JPS59500935A JP S59500935 A JPS59500935 A JP S59500935A JP 50168283 A JP50168283 A JP 50168283A JP 50168283 A JP50168283 A JP 50168283A JP S59500935 A JPS59500935 A JP S59500935A
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JP50168283A
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マツクリン・ジヨン・ジヨセフ
シルフヴアスト・ウイリアム・ト−マス
ウツド・オバ−ト・リ−ヴス・サ−ド
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ウエスタ−ン エレクトリツク カムパニ−,インコ−ポレ−テツド
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 分割型プラズマ励起再結合光源 本発明の背景 本発明はレーザのようなプラズマ励起再結合光源に係る。[Detailed description of the invention] Split type plasma excitation recombination light source Background of the invention The present invention relates to plasma excited recombination light sources such as lasers.

応用物理レター(Applied Physics Letters) 、第3 6巻、第8号、615頁(1980)にタフリュ・ティ・シイルフヘエイスト( W、 TSilfvast )、エル・エッチ・スゼエト(L、 H,5zet o )及びオー・アール・ウッド、ジュニア(0,R,Wood、 II )、 は分割されたプラズマ及び再結合(SPER)機構により、多数の金属蒸気の原 イスベクトルでレーザ動作を起させるために開発さねた新しい電気的放電デバイ スについて述べている。このレーザは隣接するストライプの各列の間に小さな間 隙を残ず」:うに、絶縁性基板上に端をあわせて配置された(レーザ物質の)多 数の狭い金属ストライプを含む。ストライプ−バッファカス(好ましい)又は真 空を含むレーザ空胴中に配置され、典型的な場合、厚さ1− rtun幅2 m mで長さ]、 Otnmである。(以後゛バルク電極″とよぶ)。高電圧。Applied Physics Letters, No. 3 Vol. 6, No. 8, p. 615 (1980). W, TSilfvast), L, H, 5zet o) and O. R. Wood, Jr. (0, R, Wood, II), generates a large number of metal vapor sources through the split plasma and recombination (SPER) mechanism. New electrical discharge device developed to generate laser operation in chair vectors It talks about the This laser has a small gap between each row of adjacent stripes. Leaving no gaps: A large number of (laser material) placed edge-to-edge on an insulating substrate. Contains a number of narrow metal stripes. Striped - buffer dregs (preferred) or true placed in a laser cavity containing the sky, typically 1 m thick - 2 m rtun wide length in m], Otnm. (Hereafter referred to as "bulk electrode").High voltage.

高電流パルスがこの構成の端部ストライプに印加された時、高密度金属イオンプ ラズマが各間隙中に形成される。When a high current pulse is applied to the edge stripe of this configuration, the dense metal ion A lasma is formed in each gap.

一度形成されると、(基本的に気化したストライプ材料から成る)これらのプラ ズマは半球状に拡がり、低圧におけるバッククランドガス(たとえばヘリウム) の存在下で冷却され、再結合する。このレーザ構成を用いると、レーザ動作i− 1:]、]元素(Ag 、Bi 、C、Ca 、Cu 、 In 、M9゜Pb 、Sn−、Zn、 )において、029ないし3.95 tlm の70以上の 波長の近赤外で観測された。その中の3つ(A9゜Zn、In)は中性スペクト ルでは振動が観測されなかった。Once formed, these plastics (essentially consisting of vaporized stripes of material) Zuma spreads out in a hemispherical shape and is a backlog gas (e.g. helium) at low pressure. cooled and recombined in the presence of Using this laser configuration, the laser operation i- 1: ], ] elements (Ag, Bi, C, Ca, Cu, In, M9゜Pb , Sn-, Zn, ), 70 or more of 029 to 3.95 tlm It was observed at near-infrared wavelengths. Three of them (A9゜Zn, In) have a neutral spectrum. No vibration was observed in the sample.

これらのあるものについては、先に述べたA P Lの文献中て報告されており 、その他、タフリュー・ティ・シイルフヘエイスト(W、 T、 5ilfva st ) により応用物理レター(Appliecl Physics Let ters ) 、第39巻、第:3号。Some of these are reported in the APL literature mentioned above. , and others, Tafuru T Shilfheaist (W, T, 5ilfva Appliecl Physics Letter by St. ters), Volume 39, No. 3.

2】2頁(t−98]、 )に、1だ光学レター(0pticsLetters  ) 、第7巻、第1号、34頁(1,982)に報告されている。2] On page 2 (t-98], ), Volume 7, No. 1, page 34 (1,982).

5PERレーザは構成が簡単で、長さ及び容積の寸法が容易に決められ、長寿命 をもたせられることが示されており、高効率の可能性ももつ。それは米国特許第 4,336、506号の主題である。5PER lasers are simple to construct, easily dimensioned in length and volume, and have a long lifespan. It has been shown that it can provide high efficiency, and it also has the potential for high efficiency. It is US Patent No. No. 4,336,506.

5PERレーザ中のレーザ動作は、たとえば比較的圧力の高いハッククランドカ スといったプラズマの形成を通常促進するような条件ドにおいてさえ、すべての 金属で同様に観察されるわけてはない。金属蒸気中でレーザ動作を行させること の相対的な容易さを規定する性能指数Mを、導入することができる。Mは以下の ように定義される。The laser operation in a 5PER laser is, for example, a relatively high-pressure Huckland cylinder. Even under conditions that normally promote plasma formation, such as The same observation cannot be made with metals. Performing laser operation in metal vapor A figure of merit M that defines the relative ease of can be introduced. M is as follows It is defined as follows.

M=(K(1)T21−’ (1) ここて、K(li金金属熱伝導率、Cは金属の比熱、Pは金属の密度、Tは金属 電極表面の給体温度である。この表式は電極表面を通るイオン又は電流により、 値Tまで電極表面温度を+げるのに必要な時間に対する熱方程式から導かれる。M=(K(1)T21-' (1) Here, K (li gold metal thermal conductivity, C is the specific heat of the metal, P is the density of the metal, T is the metal This is the feed temperature of the electrode surface. This expression shows that due to ions or current passing through the electrode surface, It is derived from the thermal equation for the time required to raise the electrode surface temperature to a value T.

金属の蒸気圧が約0.1. Torr−になる温度の場合の、Cd 金属の場合 の値で規格化]−たMの計算値とともに多数の金属の一覧表で以下の表に示す。The vapor pressure of metal is about 0.1. In the case of Cd metal at a temperature of Torr- The table below lists a number of metals along with the calculated value of M.

アルカリ金属(Na、 Li、 (:a ) の場合、Mはこれらの金属の場合 形成される酸化物に対して計算すべきである。実験的にd、M〜1の金属は比較 的低いバックグランドカス圧(たとえは1−10Tθrr ) においてずら5 PERレーザ中でレーザ動作を起すのに必要な分割された金属蒸気プラズマを容 易に生成し、一方、Li、 At 、 Ca及びCuのようなMくく1 の金属 は、分割されたプラズマを生じないことがわかった。これらの金属を用いると、 ハッククランドカス圧が減少するとともに、隣接していない電極間のハッククラ ンドカス中の放電により、放電電流が運ばれ、間に起る金属蒸気アークを実効的 に短絡し、金属蒸気プラズマの数を減し、従って正味の利得が下る。For alkali metals (Na, Li, (:a)), M is for these metals It should be calculated for the oxide formed. Experimentally, d, M~1 metals are compared At a relatively low background gas pressure (for example, 1-10Tθrr), the shift of 5 Contains the split metal vapor plasma necessary to generate laser action in a PER laser. On the other hand, metals such as Li, At, Ca and Cu was found not to produce a split plasma. With these metals, As the hack crack pressure decreases, the hack crack pressure between non-adjacent electrodes decreases. A discharge current is carried by the discharge in the gas, effectively eliminating the metal vapor arc that occurs during the process. , reducing the number of metal vapor plasmas and thus lowering the net gain.

本発明の要約 金属ストライプが電極を構成し、それらが従来技術のバルク電極より十分薄く( 典型的な場合約10分のJのt(さ)、そのだめ放電が隣接する電極間にのみ起 るならけ、バルク電極にイ」随した回路短絡の問題が除け、M<<1の材料から 成る金属N’?を用いても、比較的低いハックグランドカス圧においてすら、分 割型金属蒸気プラズマ放電及びレーザ動作が5PERデバイス中で得られること を見出した。この薄い電極のSPE’R構造を用いて、4種の金属(Li、 、 Ae 、 Ca及びCu )中でレーザ動作を実現しメζ。とれらの中では、バ ルク電極と低圧を用いてはレーザ発振が不可能であった。加えて、N1 電極を 用いた5PER中での分割された気体プラズマ放電を観察した。Summary of the invention The metal stripes constitute the electrodes, and they are sufficiently thinner than prior art bulk electrodes ( Typical cases are approximately 10 minutes, so that discharge occurs only between adjacent electrodes. This eliminates the problem of short circuits associated with bulk electrodes, and allows the use of materials with M<<1. The metal N’? Even at relatively low hack ground gas pressures, separation is difficult. Split metal vapor plasma discharge and laser operation can be obtained in a 5PER device I found out. Using this thin electrode SPE'R structure, four types of metals (Li, , Achieving laser operation in Ae, Ca and Cu). Among them, Ba Laser oscillation was not possible using low voltage electrodes and low pressure. In addition, the N1 electrode A segmented gas plasma discharge in the 5PER used was observed.

図面の簡単な説明 第1図は本発明の実施例に従う5PErえレーザの概略構成図、 第2図はCdI中の1.、 =133μ〃1遷移及びCd 1.1中の537. 8nm遷移で動作するCd5PERレーサの場合ζ)、ヘリウム圧の関数として の相対的な出力パワーをグラフに17プC図、 第3図ば3 Torr のヘリウム圧で動作する単一間隙AIS P E Rデ バイスからの394.4 nm A/r共振線、28 ]、 6 nm AA’ 1.I線及び569. nm Ae IIT線についての間隙幅の関数としての 自然放射の相対強度をグラフにした図、 第4図は3種類の電罹厚、すなわちJ、、 2 Tnm、0.5 mm、0、1 25 mmについての間隙幅の関数として、11間隙A45PERレーザにおい て信頼性ある動作をする最近ヘリウム圧をグラフにしだMl 第5図は双金属ストライプを用いた本発明の別の実施例の概略図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a 5PE laser according to an embodiment of the present invention; Figure 2 shows 1. , = 133μ 1 transition and 537. in Cd 1.1. For a Cd5PER laser operating at 8 nm transition ζ), as a function of helium pressure Figure 17 shows the relative output power of Figure 3 shows a single-gap AIS PER device operating at a helium pressure of 3 Torr. 394.4 nm A/r resonance line from vice, 28], 6 nm AA' 1. I line and 569. nm Ae as a function of gap width for IIT line A graph of the relative intensity of natural radiation, Figure 4 shows three types of electrolytic thickness: J, 2 Tnm, 0.5 mm, 0, 1 In 11 gap A45PER laser as a function of gap width for 25 mm. I recently started graphing helium pressure, which operates reliably. FIG. 5 is a schematic diagram of another embodiment of the invention using bimetallic stripes.

a )レーザを生成するために用いられる本発明の実施例が、第1図に示されて いる。複数の金属ストライプ101−110は、゛本発明に従うと、それぞれが 特に薄い電極 、。a) An embodiment of the invention used to generate a laser is shown in FIG. There is. According to the present invention, the plurality of metal stripes 101-110 each have a Especially thin electrodes.

を構成し、隣接するストライプの各対間に小さな間隙を残すように、電気的に絶 縁性のプレート120上で、端部をあわせて配置されている。この電極構成は、 カスセル125中に備えつけられる。容量づ30及びスイッチ132が、第1の 電極101及び最後の電イΦ110間に直列に接続されている。容量130は数 十キロボルトに充電され、スパーク間隙を有する一運の金属ストライプ間で放電 される。しかし、はるかに低い電圧(たとえば数十ボルト)での動作も可能であ る。得られる電流パルスは、各間隙中に明るい金属蒸気プラズマを生成させる。electrically isolated so as to configure the stripes and leave a small gap between each pair of adjacent stripes. They are placed end to end on a marginal plate 120. This electrode configuration is It is installed in the cassette 125. The capacitor 30 and the switch 132 are connected to the first It is connected in series between the electrode 101 and the last electrode Φ110. Capacity 130 is a number Charged to ten kilovolts and discharged across a lucky metal strip with a spark gap be done. However, operation at much lower voltages (e.g. tens of volts) is also possible. Ru. The resulting current pulse creates a bright metal vapor plasma in each gap.

第1図中の領域141−149は間隙からバックグランドカス中に、外に向って 半球状に拡大した後のプラズマの形状を示す。Regions 141-149 in Figure 1 extend outward from the gap into the background dust. This shows the shape of the plasma after it has expanded into a hemispherical shape.

各ストライプの全部がプラズマ中に気化しうる材料で構成される必要はない。第 5図に示されるように、もしカソード端部202b、203b、等がそのような 金属で構成され、アノード端部202 a、203 a等がデバイスの動作条件 下で不揮発性の材料で構成されれば十分である。たとえば、この実施例において 、各ストライプは不揮発性の縦型要素(たとえば202a及び202 b)と相 互に電気的に接続された揮発性材料から成る。ここで意図する視野内で、不揮発 性材料の例は、タングステンでをンる。It is not necessary that each stripe be entirely composed of material that can be vaporized into the plasma. No. As shown in Figure 5, if the cathode ends 202b, 203b, etc. It is made of metal, and the anode ends 202a, 203a, etc. meet the operating conditions of the device. It is sufficient if the bottom is made of non-volatile material. For example, in this example , each stripe is compatible with non-volatile vertical elements (e.g. 202a and 202b). Consisting of volatile materials electrically connected to each other. In the field of view intended here, non-volatile An example of a flexible material is tungsten.

更に、多色源を生じるように、単一デバイス内で異なる揮発性材料のストライプ を混合することができる。Furthermore, stripes of different volatile materials within a single device to yield a polychromatic source can be mixed.

レーザ放射に対し共振器を構成するために、所望のレーザ波長において反射が最 大になるように、二つの誘電体球面鏡150及び151は被覆される。たとえば 、こJlらの鏡はカスセル125を構成する管の端部にマウントされる。この共 振器の光軸160は箔電極の列に平行で、わずかにその−ヒに配置されている。To construct a resonator for laser radiation, the reflection should be maximized at the desired laser wavelength. The two dielectric spherical mirrors 150 and 151 are coated to increase the size. for example , these mirrors are mounted on the ends of the tubes that make up the cassette 125. This joint The optical axis 160 of the vibrator is parallel to the row of foil electrodes and located slightly to the left.

この共振器からの出力は線170て示されるように、適当女フィルタを通して、 適当な光検出器(図示されていない)−Lに焦点があわされている。The output from this resonator is passed through a suitable filter, as shown by line 170. A suitable photodetector (not shown)--L is focused.

C(I S P E R1ノーサの従来技術においては、容量1301i 0. 01 μF”の答方;を有し、21 K Vに充電され、12MF:T z の くり退し周波数をもつ8/I OAの電流パルスを発句−し、た。ハックグラン ドカスは5 Torr の低圧におけるヘリウムであった。ミラーは曲率半径か 37?7て、″/?1′11i極−ヒ7 mInに位置する光学軸をもつレーザ 放射用Jt(、長さ12 tynの共振器を形成し、た。光検出器は室温((お けるGcタイオードであった。C(I S P E R1 In the conventional technology of NOSA, the capacity is 1301i 0. 01μF”, charged to 21KV, 12MF:Tz A current pulse of 8/I OA with a repeating frequency was uttered. hackgran The docus was helium at a low pressure of 5 Torr. Does the mirror have a radius of curvature? A laser with an optical axis located at 37?7,''/?1'11i pole-hi7 mIn. For radiation, a resonator with a length of 12 tyn was formed.The photodetector was placed at room temperature ( It was a Gc diode.

例 第1図に示された型の構成を用い、Mくく1 をもつ4行の金属元素L1.At  、 I:a及びC11において、569.6nmないし54601′1m間の 可視及び近赤外の波長で、S ))ERレーザを作成した。第1表は観測された 波長及びこれら元素についての遷移の同定を示す。example Using the configuration of the type shown in FIG. 1, four rows of metal elements L1. At , I: between 569.6 nm and 54601′1m in a and C11 S)) ER lasers were created at visible and near-infrared wavelengths. Table 1 is observed Wavelengths and identification of transitions for these elements are shown.

こねらのSP E Rレーザの試験的構成において、】−J OTorr の( Iy圧でヘリウムのハッククランドガスを用いた。カラス基板上に41の凋い電 極を、縦に並べた。In the experimental configuration of Konera's SP E R laser, ]-J OTorr's ( Hackkland gas of helium was used at Iy pressure. 41 flying lights on a glass board The poles were arranged vertically.

電極は典型的な場合長さ25脳、幅25順、厚さ0.1−02脳であった。隣接 する電極間の間隙は、Li及び(aの場合約0.2 mm 、At及びCu の 場合約0.5 mmが好寸しかった。重要なことは、この薄い電極形状は厚さ] 、0胴のバルク電極を10ないし2.0肛離して用いた従来の実験で用いたもの とは異なることである。この4]電極構成を15−30KVパルスで励起し、5 O−20OAで5/l5eCの電流パルスが形成された時、各間隙中に金属蒸気 プラズマが形成された。40の金属蒸気プラズマが間隙領域から低圧ヘリウムカ ス(1−1,0Torr ) 中に20−25 on拡大し、クロー放電後、衝 突再結合が他のず−・ての電子損失プロセスを支配するようになる点まで冷却さ れる。再結合イオン又は原子の高励起状態の衝突脱励起は、放射減衰が衝突減衰 を支配し、ポピュレーションインハーションが実現されるレベルの密度を」−げ る。The electrodes were typically 25 cm long, 25 cm wide, and 0.1-02 cm thick. adjacent The gap between the electrodes is approximately 0.2 mm for Li and (a), and approximately 0.2 mm for At and Cu. In this case, about 0.5 mm was suitable. The important thing is that this thin electrode shape has a , used in previous experiments using 0 body bulk electrodes separated by 10 to 2.0 mm. This is different from Excite this 4] electrode configuration with a 15-30 KV pulse and When a current pulse of 5/l5eC is formed at O-20OA, metal vapor is generated in each gap. A plasma was formed. 40 metal vapor plasma is discharged from the interstitial region by low pressure helium gas. It expanded to 20-25 on during the current (1-1,0 Torr), and after the claw discharge, the impact Cooled to the point where sudden recombination begins to dominate all other electron loss processes. It will be done. Collisional deexcitation of a highly excited state of a recombining ion or atom indicates that the radiative decay is the collisional decay ``Give a level of density that will control the population and achieve population growth.'' Ru.

これらのプラズマにおいて、1]、5mの長さのレーザ共振器が箔電極上7脳の 所にこれと平行に置かれた時、レーザ動作か観測された。曲率)4′−径2mの 2個の高反射誘電体被覆ミラー150及び151により形成さツユた共振器は、 1900より短い波長をもつレーザで用いられ、曲率半径2mの2個の金被覆ミ ラー(1個のミラーには中火に直径2喘の結合窓があけられている)により形成 された共振器は、11−900a以上の波長に対して用いられた。レーザ出力け 1/4メ一タ分光器を通し、(゛波長に依存して)フォトマルチプライヤ、鉄性 ケルマニウム検出器又C1液体ヘリウムに冷却されだGe : Cu検出器を用 いて検出された。In these plasmas, 1], a 5 m long laser cavity is placed on a foil electrode of 7 brains. When placed parallel to this, laser action was observed. Curvature) 4'-diameter 2m A resonator formed by two highly reflective dielectric coated mirrors 150 and 151 is It is used in lasers with wavelengths shorter than 1900 nm, and consists of two gold-coated mirrors with a radius of curvature of 2 m. Formed by mirror (one mirror has a connecting window with a diameter of 2 mm on medium heat) The developed resonator was used for wavelengths of 11-900a and above. Laser output Through a 1/4 meter spectrometer, a photomultiplier (depending on the wavelength), Kermanium detector or C1 cooled by liquid helium Ge:Cu detector used was detected.

本発明による電極5PER構造を用いて作られた30の新しい再結合レーザが、 第1表に示されている。イオン化の段階である再結合は、常に下る順序で起るか ら、レーザ出力の一時的な振舞いは、レーザ動作に含捷れる具体的な中性又はイ オン化段階を同定するのに助けとなる。再結合レーザは一般に各イオン化段階の スペクトル中の、禁制帯を越えて起るから、特定の段階に含1れるものの同定も 困難てはなかった。Thirty new recombinant lasers made using the electrode 5PER structure according to the present invention It is shown in Table 1. Does recombination, the ionization step, always occur in descending order? Therefore, the temporary behavior of the laser output depends on the specific neutrality or impurities involved in the laser operation. Helps identify the on-stage. Recombinant lasers typically Since it occurs beyond the forbidden band in the spectrum, it is also difficult to identify what is included in a particular stage. It wasn't difficult.

再結合レーザ動作特に高イオン段階での再結合レーザ動作を祷るために、プラズ マは冷却を最大にする[1的で第1図のように分割すべきで、プラズマは第2図 に示されるように、低圧で利得が最大になるハックグランドカス(たとえはヘリ ウム)中で起すべきである。Recombinant laser operation In order to improve recombinant laser operation, especially in the high ion stage, plasma The plasma should be divided as shown in Figure 1 to maximize cooling [the plasma should be divided as shown in Figure 2]. As shown in Figure 2, the gain is maximum at low pressure (for example, a helicopter). um).

プラズマ分割を通して利得を増す技術については、先に引用した5ilfvas tsの論文及び特許中に述べられており、適切に動作する5PERレーサにおい ては、ガス降伏の後には各間隙中に金属蒸気アークが形成される。しかし、先に 述べたように、性能指数Mが小さい金属の場合、ヘリウム圧が下るとともに、放 電電流は隣接していない電極間のヘリウムカス中での放電により運ばれ、交互に 々つだ蒸気アークを実効的に短絡さぜ、金属蒸気プラズマの数を減し、従って正 味のレーザ利得を下る。アーク放電が最終的にとる経路形成の時間遅れ及び各経 路に沿ったイオン化の成長速度に依存する。なぜならば、印加された電圧は隣接 していないバルク電極間のバッファカス中の間隙たけてなく経路に沿っても降伏 を起すのに必要な電圧を越えるからである。隣接してい力いバルク電極間のイオ ン化の進展は、ハックグランドカス中のイオン化現象に支配され、異なる金属及 び電極形状に対して、おおよそ一定である。一方、間隙領域中での金属蒸気4ト 成を増進させる技術は、イオン化の成長と蒸気の生成を促進させるはずで、従っ て電極として用いられる具体的々金属の特性によって、かなり決ると考えられる 。For techniques to increase gain through plasma splitting, see 5ilfvas cited above. In a properly operating 5PER laser as described in the ts papers and patents, As a result, a metal vapor arc is formed in each gap after gas breakdown. But first As mentioned above, in the case of metals with a small figure of merit M, as the helium pressure decreases, the release Electrical current is carried by discharges in helium sludge between non-adjacent electrodes, alternating Effectively shorts out multiple vapor arcs, reducing the number of metal vapor plasmas and thus increasing positive Go down the taste laser gain. The time delay in the final path formation of the arc discharge and each path depends on the growth rate of ionization along the path. Because the applied voltage is Breakdown occurs not only in the gaps in the buffer scum between the bulk electrodes but also along the path. This is because the voltage exceeds the voltage required to cause . Ions between adjacent strong bulk electrodes The progress of ionization is controlled by the ionization phenomenon in the hack ground gas, and It is approximately constant for both electrode shape and electrode shape. On the other hand, the metal vapor in the interstitial region Techniques that enhance growth should promote ionization growth and vapor production, and therefore It is thought that this is largely determined by the characteristics of the specific metal used as the electrode. .

ハックグランドカスはプラズマ拡大プロセスにおいて、二つの目的を果すと信じ られている。(1)電子を冷却し、それにより電子−イオン再結合を導入する。It is believed that hackground cus serves a dual purpose in the plasma expansion process. It is being (1) Cool the electrons, thereby introducing electron-ion recombination.

(2)反転領域を光空胴のモート容積に閉じ込める。Cd の再結合から生じる 中性原子及びCd の再結合から生じる一価イオン(Ccl 1+ )中でのS  l” E R型デバイスの場合の、典型的なレーザ出力対圧力曲線が、第2図 に示されている。(2) Confining the inversion region to the moat volume of the optical cavity. arises from the recombination of Cd S in monovalent ions (Ccl 1+) resulting from recombination of neutral atoms and Cd A typical laser power versus pressure curve for an R type device is shown in Figure 2. is shown.

励、に高イオン段階の場合、低ハッククランドカス圧が重要であることがわかる 。For excitation, low Huckland gas pressures are found to be important for high ionic stages. .

再結合レーザ動作の場合、間隙幅は金属蒸気アークからの自発放射強度ば最適化 するように選択すべきである。For recombinant laser operation, the gap width is optimized depending on the spontaneous radiation intensity from the metal vapor arc. You should choose to do so.

箔電極AI S P E Rレーザ中の394.4 nm 、/+7’ T共鳴 線の自発放射強度の増加間隙幅依存性が第3図に示されている。Al l+及び Al用スペクトル中の放射強度の線は、はぼ同じように間隙とともに変化すると ともわかった。間隙幅が2.0 mmを越えて増加するとき、金属蒸気からの放 射は低下し、金属蒸気−主に半球状の一プラズマ間てヘリウム放電が現れた。第 3図に示された結果は、(もし電子密度が高すきなければ)自発放射の強度が間 隙幅とともに増加し、約]、、 5 mmにおいて電極AI S P E Rデ バイスで最大値をもつ。Foil electrode AI S P E R 394.4 nm, /+7' T resonance in laser The increasing gap width dependence of the spontaneous radiation intensity of the line is shown in FIG. Al l+ and The line of radiation intensity in the spectrum for Al changes with the gap in approximately the same way. I also understood. When the gap width increases beyond 2.0 mm, the emission from metal vapor The radiation decreased and a helium discharge appeared between the metal vapor and a mainly hemispherical plasma. No. The results shown in Figure 3 indicate that (if the electron density is not high) the intensity of spontaneous emission will be It increases with the gap width, and the electrode AI S P E R de It has the maximum value in the device.

比較的低い圧力でプラズマを形成することに対する間隙幅及び電極の厚さの効果 は、以下のように試験した。Effect of gap width and electrode thickness on plasma formation at relatively low pressures was tested as follows.

巨視的に一様な間隙を得るだめに注意深く桜械加二1することにより、多数の1 1間隙薄電極At −S P E Rデバイス(それぞれが異なる間隙幅をもつ )を製作[2だ。ヘリウムハッククランドカスの圧力を徐々に下るとともに、隣 接していない電極間にヘリウムプラズマか起ることによるーないし複数の間隙が 短絡される」:〈規定される圧がある。この圧力はデバイスが(M転性よ〈分割 型プラズマを生じる最低の圧力で、Pm]nと印されている。200Aのピーク 電流及び5μsecの持続時間で励起した時、異なる電極間隙幅及び電極厚を有 する一連のデバイスについてPm1nを測定した結果が第4図に示されている。In order to obtain a macroscopically uniform gap, a large number of 1 1-gap thin electrode At-S P E R device (each with a different gap width) ) was produced [2. Gradually reduce the pressure of the helium hack and This is due to the formation of helium plasma between electrodes that are not in contact, or due to the presence of multiple gaps. "Short-circuited": <There is a specified pressure. This pressure is The lowest pressure that produces a type plasma is marked Pm]n. 200A peak with different electrode gap widths and electrode thicknesses when excited with a current and a duration of 5 μsec. The results of measuring Pm1n for a series of devices are shown in FIG.

電極厚に対する強い依存性とは対照的に、電極幅の変化はほとんと影響しないこ とがわかった。0.1 mm以−ヒの間隙幅の場合、最も薄い電4@ (0,1 25mm )のみがPm1nの低い値と、分割されたAl蒸気プラズマを生じた 。従って、用いられる実際の間隙幅はレー→ノ動作に必要な最低圧により決るで あろうが、正味の利得を最大にし、111中で再結合レーザ動作が起る確率を最 大にするためには、約]、、 Ommの間隙幅と約01市の電極厚を用いるべき である。In contrast to the strong dependence on electrode thickness, changes in electrode width have little effect. I found out. In the case of a gap width of 0.1 mm or more, the thinnest electrode 4@(0,1 25 mm) produced low values of Pm1n and a segmented Al vapor plasma. . Therefore, the actual gap width used will depend on the minimum pressure required for ray → no action. However, it is possible to maximize the net gain and minimize the probability that recombinant lasing occurs in the In order to increase the It is.

上で述べた構成は本発明の原理を用いて渚えられる多くの可能な実施例を単に示 すものであることを理解すべきである。The configurations described above are merely illustrative of the many possible embodiments that may be implemented using the principles of the present invention. It should be understood that the

薄い電極は電極中への伝導による熱損失を減ずことにより、電極表面で起りやす い熱的プロセスを促進させるため、それらはよく動作する。バルク電極の場合、 電極中への熱の流れは三次元的であるが、薄い形状では熱の流れはほぼ二次元的 である。従って、伝導による熱損失(d薄い形状の場合により小さく、薄い電極 はより短時間て与えられた温度に達する。この効果はより高い蒸気圧をもたらシ フ、イオン化成長速度を増すと考えられる。Thin electrodes reduce heat loss by conduction into the electrode, which is more likely to occur at the electrode surface. They work well because they accelerate thermal processes. For bulk electrodes, The heat flow into the electrode is three-dimensional, but in thin shapes the heat flow is almost two-dimensional. It is. Therefore, heat loss due to conduction (d is smaller for thin geometries, and thinner electrodes reaches a given temperature in a shorter time. This effect results in a higher vapor pressure This is thought to increase the ionization growth rate.

しかし、機構の如何によらず、薄電極により低圧に訃いて分割型プラスマチハイ ス中て低性能指数の金属を用いることを可能にするだけでなく、表面に酸化物層 を崩する反応性金属(たとえばアルカリ金属)中でプラズマの生成が可能になる 。However, regardless of the mechanism, the split type plasma high Not only does it allow the use of low figure of merit metals in the Plasma generation becomes possible in reactive metals (e.g. alkali metals) that disrupt .

加えて、本発明の薄電極S P E RデバイスによりNi(M二〇〇3)にお いてその可視放射の波長特性で自発放射が生じるのを観測できた。In addition, the thin electrode SPR device of the present invention can be applied to Ni (M2003). We were able to observe that spontaneous radiation occurs due to the wavelength characteristics of visible radiation.

b覧1 FIG、 2 5(3 匍掠幅1mm1 M8幅(開) 国際調査報告b list 1 FIG. 2 5 (3 Grain width 1mm1 M8 width (open) international search report

Claims (1)

【特許請求の範囲】 J 放電路を形成する間隙をその間にもつ少々くとも2個のストライプ(101 −110)及び前記少なくとも2個のストライプに電気的パルスを印加する手段 (130,132)から成り、 前記少なくとも2個のストライプの少なくとも一部分(202b)は、前記電気 的パルスを印加するとプラズマを生じるように変換され、プラズマ(徒冷却され 再結合して放射を生じる再結合光源において、前記部分は1よりはるかに小さい 性能指数Mを有する金属から成り、前記放電路が前記少なくとも2個のストライ プの隣接する1個の間にのみ生じるように、十分薄いことを特徴とする再結合光 源。 2 請求の範囲第1項に記載された光源において、前記材料ばM≦033の性能 指数を有することをq1徴とする光源。 3 請求の範囲第2項に記載された光源において、前記材料はLi 、 At、  Ca 、 Ni及びCuから成る類から選択、される金属であることを特徴と する光源。 4、請求の範囲第1項に記載された光源において、前記少なくとも2個のストラ イプはそれぞれ約01−0.2 mmの厚さであることを特徴とする光源。 5 請求の範囲第1項に記載された光源において、約1−10 Torr の圧 力のヘリウムの入ったガス容器を含み、前記少なくとも2個のストライプは前記 ガス容器内に配置されることを特徴とする光源。 6 請求の範囲第1項に記載された光源において、前記少すくとも1個の間隙は 、約0.2−0.5 mmの幅を有することを特徴とする光源。 7 請求の範囲第1項に記載された光源において、前記少なくとも2個のストラ イプのそれぞれの全体が前記材料から成ることを特徴とする光源。 8 請求の範囲第1.2.4.5.6又は7項に記載された光源において、 レーザとして用いられ、 それからの該放射の放出に適したレーザ共振空胴が更に含まれ、 前記励起手段は前記空胴中において前記放射を生成するのに適していることを特 徴とする光源。 9 請求の範囲第8項に記載された光源において、前記利料はLi 、 Al、  Ca及びCu から成る類から選択されることを特徴とする特許[Claims] J At least two stripes (101 -110) and means for applying electrical pulses to said at least two stripes. Consisting of (130, 132), At least a portion (202b) of the at least two stripes is When a target pulse is applied, it is converted to generate plasma, and the plasma (wastely cooled) In a recombining light source that recombines to produce radiation, the fraction is much smaller than 1 made of a metal having a figure of merit M, wherein the discharge path is connected to the at least two stripes. recombination light characterized by being sufficiently thin so that it occurs only between one adjacent source. 2. In the light source according to claim 1, the performance of the material M≦033 A light source whose q1 characteristic is that it has an index. 3. In the light source according to claim 2, the material is Li, At, It is characterized by being a metal selected from the group consisting of Ca, Ni and Cu. light source. 4. The light source according to claim 1, wherein the at least two struts The light source is characterized in that the thickness of each layer is about 01-0.2 mm. 5. In the light source according to claim 1, a pressure of about 1-10 Torr is used. the at least two stripes including a gas container containing helium; A light source characterized in that it is placed within a gas container. 6. In the light source according to claim 1, the at least one gap is , a width of about 0.2-0.5 mm. 7. In the light source according to claim 1, the at least two struts 1. A light source characterized in that each of the tubes consists entirely of the material. 8 In the light source described in claim 1.2.4.5.6 or 7, Used as a laser, further comprising a laser resonant cavity suitable for emitting said radiation therefrom; characterized in that said excitation means are suitable for producing said radiation in said cavity; A light source used as a sign. 9. In the light source according to claim 8, the interest rate is Li, Al, A patent characterized in that Ca and Cu are selected from the group consisting of
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5660086A (en) * 1979-10-05 1981-05-23 Western Electric Co Recombination laser

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