JPS61154187A - Electron beam excited laser oscillator - Google Patents

Electron beam excited laser oscillator

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JPS61154187A
JPS61154187A JP27650684A JP27650684A JPS61154187A JP S61154187 A JPS61154187 A JP S61154187A JP 27650684 A JP27650684 A JP 27650684A JP 27650684 A JP27650684 A JP 27650684A JP S61154187 A JPS61154187 A JP S61154187A
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electrode
accelerating electrode
plasma
electron beam
accelerating
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民夫 原
Manabu Hamagaki
浜垣 学
Hitsugen Kin
金 弼鉉
Susumu Nanba
難波 進
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    • 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
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/09707Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using an electron or ion beam

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Abstract

PURPOSE:To prevent occurrence of plasma potential disturbance such as anode spots, by forcibly equalizing the plasma potential in the vicinity of the surface of an external accelerating electrode by a plasma-potential-distribution shaping electrode, which is further arranged around the external accelerating electrode. CONSTITUTION:A cylindrical inner accelerating electrode 2 serves the role of a laser tube 1 and has a plurality of slit shaped openings 3. A cylindrical external accelerating electrode 4 is coaxially arranged at the outside of the inner accelerating electrode 2 with a specified interval being provided. Openings 5 are provided in the external accelerating electrode 4 in correspondence with the openings 3 of the inner accelerating electrode 2. A plasma-potential- distribution shaping electrode 15 is provided at the outside of the external accelerating electrode 4 with a specified space being provided. A cylindrical cathode electrode 8 forming a part of a plasma container 7 is further formed at the outside thereof. The plasma-potential-distribution shaping electrode 15 and the cylindrical cathode electrode 8 are insulated from the external accelerating electrode 4 by spacer 6' and 9 and fixed.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電子ビーム励起レーザ発振装置、特にプラズマ
を陰極として用い、このプラズマ中の電子を加速して形
成される電子ビームをレーザ管の軸に対して直角に入射
してレーザ媒質を励起する電子ビーム励起レーザ発振装
置に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to an electron beam excitation laser oscillation device, in particular, which uses plasma as a cathode and accelerates electrons in the plasma to generate an electron beam. The present invention relates to an electron beam excitation laser oscillation device that excites a laser medium by entering the electron beam at right angles to the electron beam.

(従来の技術) 高出力レーザを高効率で発生させるレーザ発振装置とし
て、レーザ管内に充填されたレーザ媒質を外部から入射
された電子ビームにより励起する電子ビーム励起レーザ
発振装置が知られている。
(Prior Art) As a laser oscillation device that generates a high-output laser with high efficiency, an electron beam excitation laser oscillation device that excites a laser medium filled in a laser tube with an externally incident electron beam is known.

この電子ビーム励起レーザ発振装置はレーザ管外部で形
成された電子ビームを入射してレーザ媒質を励起するの
で、高出力なレーザ発振を行うことができる。より大き
な出力で発振を行うためにはレーザ媒質を励起するのに
最適なエネルギーを有しかつ、電流がより大きな電子ビ
ームをレーザ媒質に入射するのが好ましい。このために
は、レーザ媒質を励起する電子ビームを発生する電子ビ
ーム発生手段としては、陰極としてプラズマを使用した
次のものを使用するのが、エネルギーと電流とを独立に
制御できて、所望のエネルギーを有する大電流の電子ビ
ームを得ることができ好ましい。
This electron beam excitation laser oscillation device excites the laser medium by entering an electron beam formed outside the laser tube, so it can perform high-output laser oscillation. In order to perform oscillation with a larger output, it is preferable that an electron beam having the optimum energy for exciting the laser medium and a larger current be incident on the laser medium. To this end, as an electron beam generating means for generating an electron beam that excites the laser medium, it is recommended to use the following method that uses plasma as a cathode, since energy and current can be controlled independently. This is preferable since it is possible to obtain a high-current electron beam with energy.

即ち、陰極としてプラズマを使用し、このプラズマから
正電極によって電子を引き出すとともに、この引き出さ
れた電子によって形成されたイオンを負電極によってプ
ラズマ側に引き寄せ、プラズマの電子ビーム放出口にお
いて形成される空間電荷による制限を受けることなく電
子ビームを放出するようにしたものを使用するのが好ま
しい。この電子ビーム発生手段を利用した電子ビーム励
起レーザ発振装置として、従来のレーザ管に相当する全
体が金属メツシュからなる内方加速電極の外部に同軸状
に同様に全体が金属メツシュからなる外方加速電極を配
して、これら内方および外方加速電極の間に電圧を印加
することにより、レーザ管の軸に対して横方向から電子
ビームを入射してレーザ媒質を励起するようにした電子
ビーム励起レーザ発振装置を本出願人は提案した。この
電子ビーム励起レーザ発振装置においては、2つのメツ
シュ電極によって外方から、プラズマ領域、加速領域、
イオン発生領域が形成されており、電子が空間電荷制限
を受けることなく、レーザ媒質に注入される。また、こ
の電子ビーム励起レーザ発振装置は横方向から電子ビー
ムを注入するようにしたので、レーザ発振装置の軸方向
と一致して電子ビームを注入するようにした場合と比較
して、レーザ媒質のガス圧が高い場合でも、励起効率の
良い低エネルギーの電子ビームでレーザ媒質を励起でき
る。さらには、レーデ管の断面積を大きくすることが可
 能となり、レーザ出力の増大を達成しうるという利点
を有している。
That is, a plasma is used as a cathode, electrons are extracted from the plasma by a positive electrode, and ions formed by the extracted electrons are drawn toward the plasma side by a negative electrode, and a space is formed at the electron beam emission port of the plasma. It is preferable to use one that emits an electron beam without being limited by charge. As an electron beam excitation laser oscillation device using this electron beam generating means, an outer accelerating electrode made entirely of metal mesh is placed coaxially on the outside of an inner accelerating electrode made entirely of metal mesh, which corresponds to a conventional laser tube. An electron beam that excites the laser medium by arranging electrodes and applying a voltage between these inner and outer accelerating electrodes to enter the electron beam from a direction transverse to the axis of the laser tube. The applicant proposed an excitation laser oscillation device. In this electron beam excitation laser oscillation device, two mesh electrodes are used to connect the plasma region, the acceleration region, and the
An ion generation region is formed, and electrons are injected into the laser medium without being subject to space charge limitations. In addition, since this electron beam excitation laser oscillation device injects the electron beam from the lateral direction, compared to the case where the electron beam is injected in the same direction as the axis of the laser oscillation device, the Even when the gas pressure is high, the laser medium can be excited with a low-energy electron beam with good excitation efficiency. Furthermore, it is possible to increase the cross-sectional area of the Rede tube, which has the advantage of increasing laser output.

(発明が解決しようとする問題点) 上述した、レーザ管の軸に対して直角に電子ビームを注
入する電子ビーム励起レーザ発振装置は、潜在的には、
極めて優れた利点を有している。しかしながら、この電
子ビーム励起レーザ発振装置を定常運転させようとして
ところ内方または外方のメツシュ電極の一部に電流が集
中してしまい、電極間の放電が生じついには電極が溶断
したり、内方と外方のメツシュ電極とが溶融変形により
短絡してしまい、装置を長時間にわたって連続的運転す
ることができないという問題が生じている。
(Problems to be Solved by the Invention) The above-described electron beam excitation laser oscillation device that injects an electron beam perpendicularly to the axis of the laser tube has the potential to:
It has extremely good advantages. However, when trying to operate this electron beam excited laser oscillation device steadily, the current concentrates on a part of the inner or outer mesh electrodes, causing a discharge between the electrodes and eventually causing the electrodes to melt or break out inside the mesh electrodes. A problem arises in that the inner and outer mesh electrodes are short-circuited due to melting and deformation, making it impossible to operate the device continuously for a long period of time.

このメツシュ電極の溶融の原因は次の様に考えられる。The cause of this melting of the mesh electrode is thought to be as follows.

この原因の一つとして、まず外方の電極表面上の陽極点
の発生が挙げられる。外方加速電極を放電電極対の一方
の電極(アノード電極)として用いると、プラズマ生成
用の放電電流密度が高くなるにつれ、外方加速電極表面
上におけるプラズマ密度分布が一様でなくなり、小数の
陽極点が生じる。陽極点が発生すると、この陽極点に電
流が集中して、電極が部分的に加熱されて溶融に至る。
One of the causes of this is the occurrence of anode spots on the outer electrode surface. When the outer accelerating electrode is used as one electrode (anode electrode) of a pair of discharge electrodes, as the discharge current density for plasma generation increases, the plasma density distribution on the outer accelerating electrode surface becomes uneven and An anode point occurs. When an anode spot is generated, current is concentrated at the anode spot, partially heating the electrode and leading to melting.

このようにして外方電極表面上の一部でもプラズマ密度
が高(なり過ぎると、外方電極としての役割を果たし得
なくなり、プラズマが内方電極に到り、陰極と内方電極
の間の直接放電に移行して、レーザ発振が安定して行わ
れなくなったり、電子ビーム電流及び電子ビームエネル
ギーの上限値を下げることにつながり、大きな問題であ
る。
In this way, even a part of the surface of the outer electrode has a high plasma density (if it becomes too high, it will no longer be able to fulfill its role as an outer electrode, and the plasma will reach the inner electrode, causing a gap between the cathode and the inner electrode). This is a serious problem because it leads to a transition to direct discharge, which causes the laser oscillation to become unstable and to lower the upper limits of the electron beam current and electron beam energy.

これとは異なる原因としては、加速電極の形状が挙げら
れる。外方および内方加速電極は、多量の電子をレーザ
管に注入するためおよびレーザ媒質を均一に励起するこ
とを目的とする自然な発想に基づいて、金属メツシュに
よって形成されているが、レーザ発振装置の軸に直角な
方向において2つの電極の開口部分(網目)の位置が一
致せず、電子ビームの照射によって内方の電極内に生じ
たイオンが外方の電極に衝突する。電極は細い金属線を
編むことによって形成された金属メツシュであるので、
熱伝動率がよくなく、イオンの衝突によって容易に加熱
される。金属が高温に加温されると、熱電子を放出する
ようになり、外方の電極と内方の電極との間で放電が生
じることになる。
Another reason for this difference is the shape of the accelerating electrode. The outer and inner accelerating electrodes are formed of metal mesh based on the natural idea of injecting a large amount of electrons into the laser tube and uniformly exciting the laser medium. The positions of the openings (mesh) of the two electrodes do not match in the direction perpendicular to the axis of the device, and ions generated in the inner electrode by electron beam irradiation collide with the outer electrode. Since the electrode is a metal mesh formed by weaving thin metal wires,
It has poor thermal conductivity and is easily heated by ion collisions. When the metal is heated to a high temperature, it begins to emit thermoelectrons, causing a discharge between the outer electrode and the inner electrode.

また、電極が金属メツシュから形成されており、両電極
間の距離が不均一であるので、この放電は一様に起こり
にくく、内外方の電極は局所的に加熱される。メツシュ
の温度が高い部分はど熱電子は多く放出され、電極の部
分的加熱は加速的に行われ、メツシュの溶断又は電極の
短絡が生ずる。
Further, since the electrodes are formed from metal mesh and the distance between the two electrodes is uneven, it is difficult for this discharge to occur uniformly, and the inner and outer electrodes are locally heated. A large number of thermoelectrons are emitted from a portion of the mesh where the temperature is high, and the electrode is partially heated at an accelerated rate, resulting in melting of the mesh or shorting of the electrode.

(問題点を解決するための手段) 上記目的は、 内部にレーザ媒質が充填されるレーザ管、このレーザ管
の周面に設けられ、開口を有する内方加速電極、 前記レーザ管の軸と直行する方向で前記内方加速電極の
開口と位置が一致する開口を有し、前記レーザ管の外部
に配される外方加速電極、この外方加速電極の開口の外
方に設けられたプラズマ電位分布整形用電極、 前記外方加速電極の周囲にプラズマを保持するプラズマ
容器、および 前記外方加速電極と前記内方加速電極との間に加速電圧
を印加する電源を備えてなる本発明の電子ビーム励起レ
ーザ発振装置によって達成される。
(Means for Solving the Problems) The above objects include: a laser tube whose interior is filled with a laser medium; an inner accelerating electrode provided on the circumferential surface of the laser tube and having an opening; an outer accelerating electrode disposed outside the laser tube, the outer accelerating electrode having an aperture aligned with the aperture of the inner accelerating electrode in the direction of the plasma potential; The electron of the present invention comprises a distribution shaping electrode, a plasma container that holds plasma around the outer accelerating electrode, and a power source that applies an accelerating voltage between the outer accelerating electrode and the inner accelerating electrode. This is achieved by a beam-pumped laser oscillation device.

本発明においては種々の変形態様が可能である。Various modifications are possible to the present invention.

外方加速電極の開口の外方に設けられたプラズマ電位分
布整形用電極としては、メツシュ状あるいはスリット状
の開口部を有する金属筒を使用することができるが、外
方加速電極の開口付近のみに設置された電極を使用する
ことができる。このプラズマ電位分布整形用電極と外方
加速電極との間の距離はl+r+mから2mm程度が好
ましい。レーザ管として開口を有する金属管を用いると
、内方加速電極とレーザ管とを一体化することができる
。内方加速電極 はレーザ管の外周面に曲率を有する板
状の電極を張り付けることによっても形成することがで
きる。また、外方加速電極としてもレーザ管を包含する
一個の金属筒を用いる外に、レーザ管の周面に絶縁部分
が存在する場合は、この部分において分離され直列に配
された複数の金属筒からなるものを使用することもでき
る。さらに、この外方加速電極はプラズマを発生するた
めの放電電極対の一方の電極(アノード電極)として用
いることができる。外方加速電極が加熱されると、内方
加速電極との間で放電が生じるので、外方加速電極の表
面積を可能な限り拡大して、冷却手段により効率よく冷
却が行われるようにするのが好ましい。なお、電極の材
質としては、熱伝導性の良好な銅、ステンレスティール
等の金属を用いるのが部分的な加熱を避けるため、さら
には冷却の点から望ましいが、金属化合物等信の導電材
を使用することもできる。内方加速電極は外方加速電極
と比較して加熱の影響は小さいが、内方加速電極の材料
が蒸気となってレーザ媒質に混入することを極力避ける
ためにはレーザ管を冷却する必要がある。このためには
レーデ管と外方加速電極とを電気絶縁的であってかつ熱
伝導的に連結して、外方加速電極を冷却することによっ
てレーザ管即ち内方加速電極も冷却されるようにすると
よい。
A metal tube with a mesh-like or slit-like opening can be used as the plasma potential distribution shaping electrode provided outside the opening of the outer accelerating electrode, but only near the opening of the outer accelerating electrode. electrodes placed in the area can be used. The distance between the plasma potential distribution shaping electrode and the outer acceleration electrode is preferably about 2 mm from l+r+m. If a metal tube with an opening is used as the laser tube, the inner accelerating electrode and the laser tube can be integrated. The inner accelerating electrode can also be formed by attaching a plate-shaped electrode with curvature to the outer peripheral surface of the laser tube. In addition to using a single metal cylinder that encloses the laser tube as the outer accelerating electrode, if there is an insulating part on the circumferential surface of the laser tube, multiple metal cylinders separated at this part and arranged in series can be used. It is also possible to use one consisting of Furthermore, this outer acceleration electrode can be used as one electrode (anode electrode) of a pair of discharge electrodes for generating plasma. When the outer accelerating electrode is heated, a discharge occurs between it and the inner accelerating electrode, so it is necessary to expand the surface area of the outer accelerating electrode as much as possible so that the cooling means can cool it efficiently. is preferred. As for the electrode material, it is preferable to use metals with good thermal conductivity such as copper or stainless steel to avoid local heating and from the viewpoint of cooling. However, it is preferable to use conductive materials such as metal compounds. You can also use Although the effect of heating on the inner accelerating electrode is smaller than that on the outer accelerating electrode, it is necessary to cool the laser tube in order to prevent the material of the inner accelerating electrode from turning into vapor and mixing with the laser medium as much as possible. be. For this purpose, the laser tube and the outer accelerating electrode are electrically insulatively and thermally conductively connected so that by cooling the outer accelerating electrode, the laser tube, that is, the inner accelerating electrode is also cooled. It's good to do that.

また、内方加速電極と外方加速電極との間の距離は、こ
れら電極間で放電が生じないように、電極間におけるガ
ス圧と電極間距離との積が充分小さな値になる様に定め
られるが、例えば1mmから0゜5+n+++程度であ
る。さらに内方加速電極と外方加速電極に設けられる開
口は、長方形、楕円形、円形等の種々の形態を取り得る
が、レーザ媒質が一様に電子ビームの照射を受けるよう
に、開口は数多く設けることが望ましい。この開口の幅
が広いと電極間距離が近くとも低電圧で阻止放電に移行
する。逆に狭いと放電開始電圧は上昇し、高エネルギー
まで電子を加速できる様になるが、電子ビームの加速効
率の低下および電流密度の上昇による加速電極の部分的
な加熱にもつながるので適当な幅を選ぶことが必要であ
る。例えば1mmから0.3mm程度が好ましい。本発
明においては、外方加速電極と内方加速電極の少なくと
も一方の開口に金属メッシユを張り付けることにより、
開口の幅を実質的に各あるいは1/3 と調整すること
ができるが、これはプラズマ電位分布整形用電極によっ
て陽極点の発生が防止されるために可能となったものと
考えられる。即ち、特許請求の範囲に記載される本発明
には内方加速電極と外方加速電極の開口に金属メツシュ
が張付けされた態様も包含されるものとし、この場合に
おいても、同様あるいはそれ以上の効果を得ることが可
能である。
In addition, the distance between the inner accelerating electrode and the outer accelerating electrode is determined so that the product of the gas pressure between the electrodes and the distance between the electrodes is a sufficiently small value so that no discharge occurs between these electrodes. However, for example, it is about 1 mm to 0°5+n+++. Further, the apertures provided in the inner accelerating electrode and the outer accelerating electrode can take various shapes such as rectangular, elliptical, circular, etc., but there are many apertures so that the laser medium is uniformly irradiated with the electron beam. It is desirable to provide one. If the width of this opening is wide, even if the distance between the electrodes is short, the discharge will shift to a blocked discharge at a low voltage. On the other hand, if the width is too narrow, the discharge starting voltage will increase and electrons can be accelerated to high energy, but this will lead to a decrease in electron beam acceleration efficiency and partial heating of the accelerating electrode due to an increase in current density. It is necessary to choose. For example, it is preferably about 1 mm to 0.3 mm. In the present invention, by attaching a metal mesh to the opening of at least one of the outer accelerating electrode and the inner accelerating electrode,
The width of the opening can be adjusted to substantially 1/3 or 1/3, and this is considered to be possible because the generation of anode spots is prevented by the plasma potential distribution shaping electrode. That is, the present invention described in the claims also includes an embodiment in which a metal mesh is attached to the openings of the inner accelerating electrode and the outer accelerating electrode, and even in this case, similar or better It is possible to obtain the effect.

なお、円筒状ホロー陰極の内部に、これと同軸状に円筒
状陽極を配したホロー陰極放電型レーザ発振装置が従来
から知られているが、この装置においてはホロー陰極と
陽極との間で放電を起こすことによりレーザ発振を起こ
すものであり、本発明とは異なるものである。また、こ
のホロー陰極放電型レーザ発振装置においては、陽極と
陰極の距離および陽極間隔を適当に選ぶことによって放
電電圧を制御することが可能であるが、放電電流、放電
電圧及びガス圧等の重要なパラメータは互いに独立では
なく、レーザ媒質の励起に適合するエネルギーの大電流
電子ビームを得ることはできない。
Note that a hollow cathode discharge type laser oscillation device is conventionally known in which a cylindrical anode is arranged coaxially inside a cylindrical hollow cathode, but in this device, a discharge occurs between the hollow cathode and the anode. This is different from the present invention because it causes laser oscillation by causing . In addition, in this hollow cathode discharge type laser oscillator, it is possible to control the discharge voltage by appropriately selecting the distance between the anode and cathode and the anode spacing, but there are important factors such as discharge current, discharge voltage, and gas pressure. The parameters are not independent of each other, and it is not possible to obtain a high-current electron beam with energy compatible with the excitation of the laser medium.

(作 用) 外方加速電極の周囲にさらに配置されたプラズマ電位分
布整形用電極は外方加速電極表面付近のプラズマ電位を
強制的に一様化し、陽極点の様なプラズマ電位の乱れの
発生を防止する。
(Function) The plasma potential distribution shaping electrode further placed around the outer accelerating electrode forcibly equalizes the plasma potential near the surface of the outer accelerating electrode, thereby preventing the occurrence of disturbances in the plasma potential such as those at the anode point. prevent.

本発明においては、内方加速電極および外方加速電極と
して金属メッシユの代わりに開口を有する筒状あるいは
板状電極を用いたので、内方、外方の両電極の開口の位
置合わせを容易に行うことができる。従って、電子ビー
ム注入によって生成されたイオンが外方加速電極にあま
り衝突することなくレーザ管から放出されるので、外方
加速電極が高温に加熱されなくなる。また、加速電極が
筒状あるいは板状の金属から形成されているので、熱伝
導効率が高く、加速電極が局所的に加熱されることがな
くなるとともに、外方加速電極の開口が設けられていな
い側壁に冷却パイプを密接することができるので、外部
加速電極を効率よく冷却することができる。また、内部
加速電極と外部加速電極とが剛性の高い筒状体から形成
されていると、内部加速電極と外部加速電極との間隔を
均一かつ正確にすることができる。
In the present invention, cylindrical or plate-shaped electrodes with openings are used instead of metal mesh as the inner accelerating electrode and the outer accelerating electrode, so the openings of both the inner and outer electrodes can be easily aligned. It can be carried out. Therefore, the ions generated by electron beam implantation are emitted from the laser tube without much collision with the outer accelerating electrode, so that the outer accelerating electrode is not heated to a high temperature. In addition, since the accelerating electrode is formed from a cylindrical or plate-shaped metal, heat conduction efficiency is high, the accelerating electrode is not locally heated, and there is no opening for the outer accelerating electrode. Since the cooling pipe can be placed in close contact with the side wall, the external accelerating electrode can be efficiently cooled. Moreover, when the internal accelerating electrode and the external accelerating electrode are formed from a highly rigid cylindrical body, the interval between the internal accelerating electrode and the external accelerating electrode can be made uniform and accurate.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。第
1図は本発明の電子ビーム励起レーザ発振装置の側断面
図であり、第2図は第1図の■−■断面図である。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view of the electron beam excitation laser oscillation device of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line 1--2 of FIG.

レーザ管1を兼ねる円筒状内方加速電極2は複数のスリ
ット状開口3を有しており、この内方加速電極2の外方
には所定の間隔をあけて円筒状外方加速電極4が同軸状
に配されている。この外方加速電極4には開口5が内方
加速電極2の開口3と位置を一致して設けられている。
A cylindrical inner accelerating electrode 2, which also serves as a laser tube 1, has a plurality of slit-shaped openings 3, and a cylindrical outer accelerating electrode 4 is arranged at a predetermined interval on the outside of this inner accelerating electrode 2. They are arranged coaxially. This outer accelerating electrode 4 is provided with an opening 5 that is aligned with the opening 3 of the inner accelerating electrode 2 .

外方加速電極4の端部と内方加速電極2の外周との間に
は絶縁体のスペーサ6が介在されており、これによって
外方加速電極4が内方加速電極2に固定されている。外
方加速電極4の外側には所定の間隔をあけてプラズマ電
位分布整形用電極15、さらにその外側にはプラズマ容
器7の一部を形成する円筒状カソード電極8が設けられ
ている。プラズマ電位分布整形用電極15および円筒状
カソード電極8はそれぞれスペーサ6′、9によってそ
れぞれ外方加速電極4から絶縁されて固定されている。
An insulating spacer 6 is interposed between the end of the outer accelerating electrode 4 and the outer circumference of the inner accelerating electrode 2, thereby fixing the outer accelerating electrode 4 to the inner accelerating electrode 2. . A plasma potential distribution shaping electrode 15 is provided outside the outer acceleration electrode 4 at a predetermined interval, and a cylindrical cathode electrode 8 forming a part of the plasma container 7 is provided further outside the electrode 15 for shaping the plasma potential distribution. The plasma potential distribution shaping electrode 15 and the cylindrical cathode electrode 8 are fixed and insulated from the outer acceleration electrode 4 by spacers 6' and 9, respectively.

レーザ管1の端部には通常のガスレーザーと同様にブリ
ニースターの窓10.10’ が設けられており、さら
にレーザ管1の軸線上には完全反射型と一部透過型の一
対の外部鏡11.11′ が設けられており、レーザ発
振が行われて外部鏡11からレーザ光が放出されるよう
になっている。内方加速電極2と外方加速電極4との間
には電圧可変の加速電源12によって電圧が印加される
。外方加速電極4とカソード電極8との間には放電電源
13によって電圧が印加され、プラズマ容器7中にプラ
ズマが生成される。このプラズマの内型子が内方加速電
極2によって吸引されて開口5および開口3を通過して
内方加速電極2の内部に注入される。レーザ媒質が電子
の照射を受けるとレーザ媒質はイオンと電子とに分解さ
れるが、この内イオンは外方加速電極4に吸引されるが
、このイオンによって外方加速電極4の開口に形成され
る空間電荷が除去される二従って、電源12によって与
えられる加速電圧が低くても、電源13の電流を多くし
てプラズマ容器7中の電子密度を高くすることにより大
電流の電子ビームを内方加速電極2(レーデ管1)の内
部に注入することができる。プラズマ電位分布整形用電
極15は浮動電位を有するが、この電極の位置する部分
においてプラズマ電位は一定となり陽極点は発生しない
。また、内方加速電極2の開口3と外方加速電極40開
口5が一致していると、イオンが外方加速電極4に衝突
しないので、外方加速電極4は加熱され難い。さらに、
内方加速電極2と外方加速電極4との間隔を全ての部分
において等しくかつ小さくすることができるので、局所
的な放電が発生することはない。また、図示されるよう
に外方加速電極4の外周面に冷却パイプ14が設けられ
ていると、外方加速電極4の昇温を完全に阻止すること
ができる。
The end of the laser tube 1 is provided with a blini star window 10, 10' like a normal gas laser, and a pair of external windows 10, 10' of a fully reflective type and a partially transmissive type are provided on the axis of the laser tube 1. Mirrors 11, 11' are provided so that laser oscillation is performed and laser light is emitted from the external mirror 11. A voltage is applied between the inner accelerating electrode 2 and the outer accelerating electrode 4 by an accelerating power source 12 with a variable voltage. A voltage is applied between the outer accelerating electrode 4 and the cathode electrode 8 by a discharge power source 13, and plasma is generated in the plasma container 7. The inner particles of this plasma are attracted by the inner accelerating electrode 2, pass through the openings 5 and 3, and are injected into the inner accelerating electrode 2. When the laser medium is irradiated with electrons, the laser medium is decomposed into ions and electrons. Of these, the ions are attracted to the outer accelerating electrode 4, but the ions are formed at the opening of the outer accelerating electrode 4. Therefore, even if the accelerating voltage provided by the power source 12 is low, by increasing the current of the power source 13 and increasing the electron density in the plasma vessel 7, the high current electron beam can be directed inward. It can be injected into the inside of the accelerating electrode 2 (Lade tube 1). Although the plasma potential distribution shaping electrode 15 has a floating potential, the plasma potential is constant in the portion where this electrode is located, and no anode point is generated. Further, when the opening 3 of the inner accelerating electrode 2 and the opening 5 of the outer accelerating electrode 40 match, ions do not collide with the outer accelerating electrode 4, so that the outer accelerating electrode 4 is less likely to be heated. moreover,
Since the distance between the inner accelerating electrode 2 and the outer accelerating electrode 4 can be made equal and small in all parts, no local discharge occurs. Furthermore, if a cooling pipe 14 is provided on the outer circumferential surface of the outer accelerating electrode 4 as shown in the figure, it is possible to completely prevent the temperature of the outer accelerating electrode 4 from rising.

なお、プラズマ電位分布整形用電極15としては外方加
速電極4の全周を包囲するのでなく第3図に示されるよ
うに外方加速電極4の開口5の外方部分にのみ設け、そ
の他の部分を絶縁物で覆うようにしてもよい。
Note that the plasma potential distribution shaping electrode 15 does not surround the entire circumference of the outer acceleration electrode 4, but is provided only on the outer part of the opening 5 of the outer acceleration electrode 4 as shown in FIG. The portion may be covered with an insulating material.

プラズマ電位分布整形用電極15は浮動電位を有してい
てもよいし、外部から与えられた適当な電位を有してい
てもよい。
The plasma potential distribution shaping electrode 15 may have a floating potential, or may have an appropriate potential applied from the outside.

第1図および第2図に示された構成において、媒質とし
てHeを用い、加速電圧を200■とし、ガス圧を2.
QTorrとし、電極の開口の大きさを3cmx0.5
cmとし、さらに外方加速電極の開口にコノ開口を0.
25cm x 0.5c+r+に分割するMO金属メツ
シュが設けられた場合における放電電流Idと加速電流
Ibとの関係を第4図に示す。第4図に示されるように
放電電流Idが増加すると、即ちプラズマ密度が上昇す
るとこれにともなって加速電極間に流れる電流1b、即
ちレーザ管内に流入する電子ビームの電流が線形的に増
大することが示されている。即ち、加速電圧が一定であ
っても、空間電荷の制限を受けていないので大電流の電
子ビームによってレーザ媒質を励起することができた。
In the configuration shown in FIGS. 1 and 2, He is used as the medium, the accelerating voltage is 200 μm, and the gas pressure is 2.0 μm.
QTorr, and the electrode opening size is 3cm x 0.5
cm, and furthermore, the opening of the outer accelerating electrode is set to 0.
FIG. 4 shows the relationship between the discharge current Id and the acceleration current Ib when an MO metal mesh dividing into 25 cm x 0.5c+r+ is provided. As shown in FIG. 4, when the discharge current Id increases, that is, when the plasma density increases, the current 1b flowing between the accelerating electrodes, that is, the current of the electron beam flowing into the laser tube increases linearly. It is shown. That is, even if the accelerating voltage is constant, the laser medium can be excited by a large current electron beam because it is not limited by space charge.

また、加速電極が加熱によって変形することもなかった
Further, the accelerating electrode was not deformed by heating.

第5図は本発明の別の実施例を示す側断面図である。本
実施例においては、プラズマを形成するカソード電極8
はプラズマ容器7と別体にされており、プラズマ容器7
の外部に取りつけられている。このカソード電極8を図
示するようにタンタル(Ta)、LaB5等からなるパ
イプ状あるいはディスク状の形態にすると、放電がカソ
ード電極8の先端に集中するので低い電圧で放電を起こ
すことができる。
FIG. 5 is a side sectional view showing another embodiment of the invention. In this embodiment, the cathode electrode 8 that forms plasma is
is separate from the plasma container 7, and the plasma container 7
attached to the outside of the If the cathode electrode 8 is formed into a pipe or disk shape made of tantalum (Ta), LaB5, etc. as shown in the figure, the discharge will be concentrated at the tip of the cathode electrode 8, so that discharge can be caused at a low voltage.

カソード電極8としてはまた第6図に示されるように加
速電極2.4と軸を異にしてかつ平行に配された側壁に
スリットが入れられた小径のパイプを用いることもでき
る。
As shown in FIG. 6, the cathode electrode 8 can also be a small-diameter pipe having a slit in its side wall, the axis of which is different from and parallel to the accelerating electrode 2.4.

第7図は本発明の更に別の実施例を示す側断面図である
FIG. 7 is a side sectional view showing still another embodiment of the present invention.

本実施例においては、内方加速電極2はレーザ管1と別
体に形成されており、管状内方加速電極2がレーデ管1
に嵌合されている。この内方加速電極2及び外方加速電
極4は管状である必要はなく、複数枚にわかれ、レーザ
管lの周面に貼付されたものであってもよい。この時、
レーザ管全長にわたって電子ビームの一様な照射を保証
するため、外方加速電極片ごとに抵抗を結合して運転の
バランスをとることも重要である。また、本実施例にお
いては、プラズマを形成するカソード電極8がプラズマ
容器7と分離している。
In this embodiment, the inner accelerating electrode 2 is formed separately from the laser tube 1, and the tubular inner accelerating electrode 2 is formed separately from the laser tube 1.
is mated to. The inner accelerating electrode 2 and the outer accelerating electrode 4 do not need to be tubular, and may be divided into a plurality of pieces and attached to the circumferential surface of the laser tube l. At this time,
In order to ensure uniform irradiation of the electron beam over the entire length of the laser tube, it is also important to balance the operation by coupling a resistor to each outer acceleration electrode piece. Further, in this embodiment, the cathode electrode 8 that forms plasma is separated from the plasma container 7.

第8図は本発明の更に別の実施例を示す側断面図である
FIG. 8 is a side sectional view showing still another embodiment of the present invention.

本実施例においては、内方加速電極2、外方加速電極4
およびプラズマ容器7が全て短形状の断面を有しており
、また、プラズマ領域が2つに分割されている。
In this embodiment, an inner accelerating electrode 2, an outer accelerating electrode 4
and plasma container 7 all have rectangular cross sections, and the plasma region is divided into two.

第9図は第8図の更に変形例であり、組立てが極めて容
易な構成を有している。
FIG. 9 is a further modification of FIG. 8, and has a configuration that is extremely easy to assemble.

(発明の効果) 本発明の電子ビーム励起レーザ発振装置においては、外
方加速電極の開口の外方にプラズマ電位整形電極が設け
られているので、陽極点の様なプラズマ電位の乱れが発
生することが防止され電流密度が局所的に上昇すること
がない。また、内方および外方加速電極に設けられた開
口をレーザ管の軸と直交する方向で容易に一致させるこ
とができるので、外方加速電極にイオンが衝突して加熱
することが少ない。従って、加速電極が局所的に加熱さ
れることがないので、電極が溶断したり、内方と外方加
速電極とが溶融変形により短絡することがない。また、
プラズマ電位分布整形用電極の配置により、放電電流の
高い領域まで外方加速電極表面上のプラズマ密度分布が
一様に保たれるので電子ビーム電流およびビームエネル
ギーの上限値が大きく改善できる。
(Effects of the Invention) In the electron beam excitation laser oscillation device of the present invention, since the plasma potential shaping electrode is provided outside the opening of the outer accelerating electrode, disturbances in the plasma potential similar to those at the anode point occur. This prevents the current density from increasing locally. Furthermore, since the openings provided in the inner and outer accelerating electrodes can be easily aligned in the direction perpendicular to the axis of the laser tube, ions are less likely to collide with and heat the outer accelerating electrodes. Therefore, since the accelerating electrode is not locally heated, there is no possibility that the electrode will melt or that the inner and outer accelerating electrodes will be short-circuited due to melting and deformation. Also,
By arranging the plasma potential distribution shaping electrode, the plasma density distribution on the surface of the outer accelerating electrode is kept uniform even in the region where the discharge current is high, so that the upper limits of the electron beam current and beam energy can be greatly improved.

以上、詳述したように本発明によると大出力のレーザを
高効率で長時間にわたって連続的に発振出力することが
可能となる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to continuously oscillate a high-output laser with high efficiency over a long period of time.

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

第1図は本発明の電子ビーム励起レーザ発振装置の一実
施例の側断面図、 第2図は第1図のII−II断面図、 第3図は別の実施例における第1図の■−■断面図、 第4図は第1図および第3図に示された実施例における
放電電流と加速電流との関係を示すグラフ、 第5図は本発明の別の実施例の側断面図、第6図は本発
明の更に別の実施例の横断面図第7図は本発明の更に別
の実施例の側断面図第8図及び第9図は断面形状が短形
状である場合の実施例の斜視図である。 1191、レーザ管、 2.、、、内方加速電極、3、
、、、開口、 4.、、、外方加速電極、5、、、、開
口、 6.6 ’、、、、スペーサ、?、、、、プラズ
マ容器、 8.、、、カソード電極、9、、、、スペー
サ、 10.10 ’、、、、ブリュースターの窓、11.1
1 ’、、、、外部鏡、 12.、、、加速電源、13
、、、、放電電源、 14.、、、冷・却パイプ、15
、、、、プラズマ電位分布整形用電極。 第1図 第2図 (WLLI)  l)I 第7図
1 is a side sectional view of one embodiment of the electron beam excitation laser oscillation device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view of FIG. 1 in another embodiment. -■ sectional view; FIG. 4 is a graph showing the relationship between discharge current and accelerating current in the embodiment shown in FIGS. 1 and 3; FIG. 5 is a side sectional view of another embodiment of the present invention. , FIG. 6 is a cross-sectional view of still another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a side sectional view of still another embodiment of the present invention. FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views of a case where the cross-sectional shape is rectangular. It is a perspective view of an example. 1191, laser tube, 2. ,,inward acceleration electrode,3,
,,,Aperture, 4. ,,,Outer accelerating electrode, 5,,,Aperture, 6.6',,,Spacer,? , , , plasma container 8. , , Cathode electrode, 9, , Spacer, 10.10', , Brewster's window, 11.1
1', , External mirror, 12. ,,,acceleration power supply, 13
,,,discharge power supply, 14. ,,,cooling pipe, 15
,,, Electrode for plasma potential distribution shaping. Figure 1 Figure 2 (WLLI) l) I Figure 7

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)内部にレーザ媒質が充填されるレーザ管、このレ
ーザ管の周面に設けられ、開口を有する内方加速電極、 前記レーザ管の軸と直行する方向で前記内方加速電極の
開口と位置が一致する開口を有し、前記レーザ管の外部
に配される外方加速電極、この外方加速電極の開口の外
方に設けられたプラズマ電位分布整形用電極、 前記外方加速電極の周囲にプラズマを保持するプラズマ
容器、および 前記外方加速電極と前記内方加速電極との間に加速電圧
を印加する電源を備えてなる電子ビーム励起レーザ発振
装置。
(1) A laser tube whose inside is filled with a laser medium, an inner accelerating electrode provided on the circumferential surface of the laser tube and having an opening, and an opening of the inner accelerating electrode in a direction perpendicular to the axis of the laser tube. an outer acceleration electrode having apertures that coincide with each other and arranged outside the laser tube; a plasma potential distribution shaping electrode provided outside the opening of the outer acceleration electrode; An electron beam excitation laser oscillation device comprising: a plasma container surrounding which plasma is held; and a power source applying an accelerating voltage between the outer accelerating electrode and the inner accelerating electrode.
(2)前記レーザ管が金属製であり、このレーザ管が前
記内方加速電極を兼ねることを特徴とする特許請求の範
囲第(1)項記載の電子ビーム励起レーザ発振装置。
(2) The electron beam excitation laser oscillation device according to claim (1), wherein the laser tube is made of metal and also serves as the inner accelerating electrode.
(3)前記電源が電圧可変電源であることを特徴とする
特許請求の範囲第(1)項記載の電子ビーム励起レーザ
発振装置。
(3) The electron beam excitation laser oscillation device according to claim (1), wherein the power source is a variable voltage power source.
(4)前記外方加速電極がプラズマを形成する放電電極
の一方の電極を兼ねることを特徴とする特許請求の範囲
第(1)項記載の電子ビーム励起レーザ発振装置。
(4) The electron beam excitation laser oscillation device according to claim (1), wherein the outer acceleration electrode also serves as one electrode of a discharge electrode that forms plasma.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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