JPS61244081A - 金属イオンレ−ザ− - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はブリュースター窓が金属蒸気の付着によって汚
れるのを防止し、出力の安定化並びにブリュースター窓
の長寿命化を可能にした金属イオンレーザ−に関する。

〔従来の技術〕

近年、ホロー陰極放電を用いた金属イオンレーザ−が種
々提案されている。この種のレーザーはその励起の強さ
から多色発振が可能で、現在のところＨｅ−ｃａイオン
レーザ−では１２本の発振線が観測されておシ、その中
には光三原色の赤、青、緑が含まれ、液体レーザーおよ
び固体レーザーにみられない優れた特色を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、レーザー管のブリュースター窓が取付けられ
ている両端部は主陽極、補助陽極等が配設されている中
央部分に比べて温度が低く、そのためレーザー活性領域
内の金属蒸気が両端部に移動すると、両端部内周面およ
びブリュースター窓に付着し、特に該窓が金属蒸気の付
着凝固によシ汚れると発振出力が徐々に低下し、安定し
た性能が得られなくなるという不都合があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る金属イオンレーザ−は上述したような不都
合を解決すべくなされたもので、ブリュースター窓に近
いレーザー管の端部に冷却装置を配設して構成したもの
である。

〔作用〕

本発明においては、冷却装置によって金属蒸気を捕捉す
るため、金属蒸気がブリ１−スター窓まで到達せず、し
たがって該窓の汚れを防止する。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は金属イオンレーザ−の一実施例を示すレーザー
管の縦断面図、第２図は同レーザーの一部破断斜視図、
第３図は第１図１−１線断面図である。これらの図にお
いて、１はＨ・ガスを封入したレーザー管、２，３はブ
リュースター窓、４はホロー陰極、５ｍ、５ｂ、５ｃは
主陽極、１５ｍ、（ｉｂは補助陽極、７は陰極、ａｍ、
ａｂ、ａｃはＣｄ金属等の金属イオン発生材料９の溜部
、１０Ａ、ＩＯＢはセラミック上−Ｈ但し第２図では省
略）、１１は）ｌｓｉガス供給源、１２はレーザー管１
内の不純物を取シ除くためのゲッター、１３は陽光柱放
電通路、１４はグロー領域、１５は陰極暗部、１６ｍ。

１６ｂ＊ｔ６ａｔ１６ｄはインバー、１７は基台、１８
は各インバー１６ｍ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに取付け
られレーザー管１を保持固定する調整ねじ、１９はカバ
ーである。

前記ホロー陰極４は、例えばステンレス等からなる導電
性の肉厚パイプで形成されて、その中心孔が前記グロー
領域１４の発生する陰極ボア２１を構成し、該ホロー陰
極４の両端面にはセラミックス等からなる筒状の絶縁体
２２ｍ、２２ｂが嵌合固定され、また前記各主陽極５ｍ
、５ｂ、５ａに対応する周面には透孔がそれぞれ形成さ
れ、との透孔にはリング状の絶縁体２３ｍ、２３ｂ、２
３ｃがそれぞれ嵌合固定されている。このような絶縁体
２２ａ。

２２ｂ、２３ｍ、２３ｂ、２３ｃは、Ｈ・　イオンによ
るスパッタリングによりホロー陰極４の表面から飛び出
した陰極物質が主陽極５１１５ｂ１５ＯＫ付着凝固した
シ、この陰極物質によシホロー陰極４と主陽極５ｍ、５
ｂ、５ｃの短絡したシするのを防止する上で有効とされ
る。

前記各主陽極５ｍ、５ｂ、５ａはタングステン、モリブ
デン等によって製作され、第４図に示すようにレーザー
管１に設けられた筒状の取付は部２Ｔに挿入されている
。この場合、主陽極５ｍ、５ｂ。

５ｃは、その材質に応じた封着用ガラス２８に封着され
、このガラス２８が前記取付は部２Ｔの開口端に溶着さ
れている０また、各主陽極５ｍ、５ｂｙ５Ｃの先端部は
放電効果を高めると共に放電に伴う損耗を防止するため
略円錐状に形成され、前記絶縁体２３　ａ　ｖ　２３　
ｂ　ｔ　２３　ｃの外側面との間に僅かな間隔ｄ１が設
定されておシ、これＫよってホロー陰極４をレーザー管
１内に嵌合する際、ホロー陰極４が主陽極５ｍ、５ｂ、
５ｃの先端部に当って破損するのを防止している。そし
て、主陽極５ｍ、５ｂ。

５Ｃの間隔は比較的狭く、例えば活性長３０ｃＩ＆。

ボア径（Ｄ）３．５ｍの場合、２ｃＩｎ程度に設定され
ている。

前記各溜部Ｑｍ、８ｂ＊８’は、レーザー管１を膨出さ
れることによシ形成され、前記ホロー陰極４に形成され
たスリット３０　ａ　ｅ　３０　ｂ　ｐ　３０　ｅによ
シ前記グロー領域１４とそれぞれ連通している。まえ、
溜部８ｍ、８ｂ、、８ｃは、前記主陽極５ｍ、５ｂ、５
ａの間隔ピッチとほぼ等しく、かつ主陽極５ｍ、５ｂ。

５ｃとは１ピツチだけずれて設けられている。

前記補助陽極Ｌａ、６ｂは前記ブリュースター窓２．３
を保護するためのもので、前記主陽極５ｍ。

５ｂ、５ｃと同様封着用ガラス３５をレーザー管１に配
設され、前記ホロー陰極４の両側に位置している。

前記陰極７は前記主陽極５ｍ、５ｂ、５ｅおよび補助陽
極４と同様、レーザー管１に封着用ガラス３６を介して
配設されているが、その内端は前記ホロー陰極４の外周
筒に直接接触している。

前記レーザー管１０両端部外周面には本発明を特徴づけ
る冷却装置４０がそれぞれ配設されている。各冷却装置
４０はサーモモジュールからなシ、第５図に示すように
前記レーザー管１の上下に対向する如く一対づつ設けら
れている。

このような構成において、主陽極５ｍ、５ｂ、５ａ補助
陽極６ｍ、８ｂ′ｓ？よびホロー陰極４との間に所要の
電圧を印加すると、前記主陽極５ｍ、５ｂ、５ｃと前記
ホロー陰極４間に負グロー放電が発生する。

ここで、金属イオン発生材料９としてＣｄを用いたＨ・
−Ｃｄレーザーの場合について説明すると、上記負グロ
放電の黒損によｊＤｃｄ蒸気が発生し、これがＨ・イオ
ンなどの励起粒子によって高いエネルギー準位へ遷移さ
れる０この場合、前記ホロ−陰極４は肉厚パイプで形成
されているため、熱伝導および熱容量が大きく、グロー
領域１３の温度分布を均一にするので、異常グロー放電
からアーク放電への移行は防止される。しかし、ブリュ
ースター窓２，３に近いレーザー管１の端部付近は、ホ
ロー陰極４が設けられている中央部に比べて温度が低く
、そのため、Ｃｄ蒸気およびＨ・イオンによシスバッタ
リングされた陰極物質は、レーザー管１の端部内局面お
よびブリュースター窓２．３の内面に付着凝固する。そ
こで、レーザー管１の端部に冷却装置４０．４１をそれ
ぞれ配設し、これによってレーザー管１の端部を冷却す
ると、中央部よシブリュースター窓２，３方向に向う前
記Ｃｄ蒸気および陰極物質４３は、その手前でレーザー
管１の内周面に付着凝固し、前記プリ１−スター窓２，
３１で到達することができず、したがって該窓２，３が
汚れず、安定したレーザー発振を行う。

また、各主陽極５ｍ、５ｂ、５ｃの内部をホロー陰極４
の外側に位置させておくと、該陰極４のレーザ管１内へ
の挿入を可能にするばかシか、陰極物質がレーザー管１
の取付は部２７内に侵入し付着凝固するのを防止する。

すなわち、主陽極５　ａ　＊　５　ｂ　＊　５　ｅをホ
ロー陰極４の外側に位置させると、絶縁体２３ｍ、２３
ｂ、２３ａの中心孔に挿入しその内端を陰極面、すなわ
ち陰極ボア１３と面一にした場合もしくは該ボア１３内
に突出させた場合に比べて、放電熱で前記取付は部２７
の内面全体を焼き、周囲の陰極温度よシ高くすると同時
にＨ・イオンでスパッタリングするため、Ｃｄ蒸気およ
び陰極物質の付着が殆んど起らず、また放電の背後（取
付は部２７の奥側）に入シ込もうとするＣｄ蒸気は、主
陽極５ｍ、５ｂ。

５ｃの真下にある陽光柱放電の電気泳動効果によって吹
き返し、前記絶縁体２３ｍ、２３ｂ、２３ｃ、前記取付
は部２Ｔおよび封着ガラス２８への付着を防止する。し
たがって、主陽極５ｍ、５ｂ、５ａとホロー陰極４とが
短絡して同電位になることがなく、初期状態を良好に維
持し、安定な放電を得ることができる。なお、補助陽極
６ｍ、６ｂについても同様である。

また、主陽極５ｍ、５ｂ、Ｓｅａその間隔が狭く設定さ
れているので、ホロー陰極４の陰極面をＨ・イオンが絶
えずスパッタリングし、該陰極面２１の状態をきれいに
する０ また、陰極ボア２１と各溜部１３ｍ、８ｂ、１３ｃとを
スリン）３０ｍ、３０ｂ、３０ｅで連通すると、該溜部
８ｍ、８ｂ、８ｃをグロー領域１４から実質的に離すこ
とができるので、プラズマが各溜部８ｍ、１３ｂ。

８ｃＫ入シ込むのを防止する。したがって、Ｈｅイオン
のスパッタリングによってＣｄ蒸気が過多になることが
なく、陰極温度のみによってＣｄ蒸気圧を制御できる利
点を有している。

ここで、冷却装置４０としては種々の変更が可能で、例
えば第６図〜１０図に示すものであってもよい。すなわ
ち、第６図は、レーザー管１に金属等の熱伝導度の高い
材料からなるブロック５０を単に配設し、このブロック
５０を外気で冷やし、冷却装置としたものである。第７
図および第８図はレーザー管１の端部外周に放熱板５１
を介してファン５２を配設したもの、第９図は前述した
冷却装置４０に加えて、レーザー管１の内部にＣｄ蒸気
および陰極物質を捕捉する金網５４を配設したもの、そ
して第１０図は金属棒５５をレーザー管１内に挿入し、
その外端を外気で冷やすようにしたものである。

さらに、前記レーザー管１は第２図鎖線で示す排気ファ
ン６０によって強制風冷されている。排気７７ン６０は
カバー１９の上面長手方向略中央部に配設されている。

一方、基台１Ｔの中央にはその長手方向に延在し、両端
に大きな丸孔６３を有するスリット孔６２が形成されて
いる。排気フ７／８０によってカバー１９内の空気を排
出すると、スリット孔Ｂ２から外気が流入し、この空気
流によってレーザー管１を冷却するが、この時丸孔６３
から流入する空気の量は、スリット孔６２から流入する
空気量に比べて多く、これによってレーザー管１の端部
の冷却効果を高めている。

前記レーザー管１の材質としては通常パイレックスガラ
スが使用され、その取付は部２Ｔに第４図に示したよう
に封着用ガラス２８を介して主陽極５ｍ、５ｂ、５ｅ　
（補助陽極６ｍ、６ｂも同様）を配設したが、　Ｃｄ蒸
気による封着用ガラス２Ｂの破損、損傷を防止すべく、
取付部２Ｔおよび封着用ガラス２８の内側面に第１１図
に示す如くパイレックスガラスＴＯを固定し、保膿する
ようにしてもよい。この場合、このパイレックスガラス
によシ形成された凹部内にＣｄ９を溜めることが可能と
なる。封着用ガラス２８としてはレーザー管１の熱膨張
係数と略等しいガラスが使用され、パイレックスガラス
でレーザー管１を製作し陽極５ｍ。

５ｂ、５ｃ、補助陽極６ｍ、６ｂにタングステンを用い
た場合、タングステン溶封ガラスが用いられる。

また、封着用ガラス２８は第４図に示す断面形状のもの
に限らず、第１２図に示すような単なる円筒状とし、レ
ーザー管１の取付は部２７ｔ−＃らかじめ鎖線で示す如
く筒状に形成し、これを加熱して先端開口部を前記封着
用ガラス２８の外周面に圧着してもよい。さらに、第１
２図人に示すように封着用ガラス２８をバイレツクスガ
ラスノ１／−ザー管１の側壁に直接溶着させてもよい。

レーザー管１とホロー陰極４とは熱膨張係数が異なり、
ホロー陰極４の方が大であるため、ｉ＊ｓ極４の膨張を
吸収すべく該レーザー管１の内周面との間に適宜な隙間
を設けるとよい。その場合、第１３図に示すように、レ
ーザー管１の一部分、す表わちホロー陰極４の湖に嵌合
された絶縁体２２ｍ、２２ｂに対応する部分に小径部７
５を形成し、この小径部７５によυ前記絶縁体２２ｍ、
２２ｂを固定保持するようにするとよい。ｉ九、ホロー
陰極４の軸方向の膨張は、ホロー陰極４と絶縁体２２＆
、２２ｂとを軸方向に相対移動自在に嵌合し、これら両
者間の隙間ｒｒ、ｒａで吸収するようにするとよい。な
お、レーザー管１とホロー陰極４との間に形成された隙
間Ｔ９は、その両端が前記小径部７５と絶縁体２２ｍ、
２２ｂとで寒がれているので、該隙間７９を通ってＣｄ
蒸気がブリ１−スター窓方向に行くことはない０ なお、本実施例において社３本の主陽極５＆。

５ｂ、５’ｃをレーザー管１の上面に横−例に配設した
が、その数に何ら特定されるものではなく、第１４図に
示すように上面よシ左右にずらし、横二列に配設し丸も
のであってもよい０その場合、左右の主陽極は、千鳥状
に配列され、またこのような配列においては、主陽極間
の間隔を一層狭めることができ、レーザー管１の小型化
と高出力が得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明に係る金属イオンレーザ−は、
レーザー管の端部付近に冷却装置を配設したので、該レ
ーザー管内の金属蒸気がブリュースター窓に到達するま
でに前記冷却装置の処で凝固し、ブリュースター窓を汚
すことがなく、シたがって長期に亘って安定したレーザ
ー出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属イオンレーザ−の一実施例を
示すレーザー管の縦断面図、第２図は同レーザーの一部
破断斜視図、第３図は第１図夏−１！断面図、第４図は
レーザー管の要部拡大断面図、第５図は第１図■−ｖ線
断面図、第６図〜第１Ｇ図はそれぞれ冷却装置の他の実
施例を示す断面図で、特に第８図は第７図Ｖｌ−■線断
面図、第１１図、第１２図および第１２図人はそれぞれ
主陽極の他の取付は構造を示す断面図、第１３図はホロ
ー陰極の他の取付は構造を示す断面図、第１４図はレー
ザー管の他の実施例を示す断面図である。 １・・・レーザー管、２・・・ブリュースター窓、４０
・・・冷却装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザー管のブリュースター窓に近い部分に冷却装置を
   配置したことを特徴とする金属イオンレーザー。