JPS6130437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射線発生装置、特にレーザとして
知られている放射線発生装置に関する。レーザは
通常初期エネルギー状態からいわゆる励起された
エネルギー状態へ上げられ得る物質を含む細長い
包囲体によつて特徴づけられている。包囲体内の
物質を励起するのに用いられる特定の手段は種々
のものでよい。用いられるレーザの型に依存し
て、光学的、電気的または化学的な励起手段が用
いられてよい。

励起後、放射線は励起された物質がより安定な
エネルギーレベルに戻ると同時に発生するかまた
は刺激を受けることによつて発生する。どちらの
場合にも、発生した放射線の波長は励起された物
質のエネルギーレベル内における量子降下の関数
である。これは物質自身の固有の特性に依存す
る。放射線は、一定波長で伝播して包囲体の両端
部に配置された放射線伝達手段を介して出る。こ
の放射線伝達手段は通常半透明の窓であり、該窓
は必要ではないけれどもしばしば特定の偏光を容
易にするような角度で傾斜している。この傾きは
通常ブルースターの角といわれており、傾斜した
窓はブルースターの窓として特徴づけられること
もある。

前記の型のレーザは、通常半透明な各窓を越え
て所定距離だけ隔置された凹面鏡等の反射手段を
包含している。この凹面鏡は、半透明の窓から放
射された放射線が包囲体内へ反射して実質的に増
大した量の放射線の発生を誘発してその放射線が
反対の窓を通過する。この増大した放射線は同様
に他のミラーによつて包囲体中へ反射されて発生
した放射線をさらに増大させる。放射線は包囲体
を通して前後に連続的に反射されるにつれて、ま
すます多くの量の放射線が発生する。このように
して、初めに放射線発生を誘発するのに用いられ
たエネルギーはレーザ装置によつて“増幅”され
る。もちろん、増幅された放射線をそこから除去
するために少なくとも１つの凹面鏡は一部だけ反
射的につくられる。

放射線の発生を有効にするために多くの種々の
物質が用いられてもよく、この物質は金属として
知られる族の物質の所定部材から成つている。な
ぜならば、この型のレーザに用いられる金属は、
有効に励起させるために通常の固体または液体の
状態から気体の状態へ変形されなければならない
からである。このように、金属蒸発レーザでは、
金属をまず蒸発させてその蒸発した金属を初期エ
ネルギー状態から励起されたエネルギー状態へ上
げる励起手段が設けられなければならない。

記載される型の金属蒸発レーザは放射線を発生
するのに用いられているが、それがある欠点を免
れないことはよく知られている。詳しくいうと、
蒸発した金属は細長い包囲体の両端に配置された
半透明な窓上に凝固して、それによつて窓を比較
的不透明にし、放射線を伝達できなくしてしま
う。過去において、この問題を改善するために、
レーザ包囲体内に電界を生じさせる電気泳動手段
を包含することを試みた。電界は通常半透明の窓
に最も近い領域から離すよう蒸発した金属イオン
を加速し、それによつて蒸発した金属を包囲体の
中心部分に制御するようになつている。

金属蒸発レーザは従来金属の励起と制限のいず
れをも達成するために比較的複雑で扱いにくくて
効率の悪い装置を必要としていた。

従つて本発明の目的は、これらのことをより経
済的かつより効率的に達成するレーザ装置を与え
ることである。本発明の他の目的は、金属を励起
してそれをレーザ包囲体内に制限して半透明な窓
の上における凝固を減少させる励起並びに電気泳
動を結合する手段を有する金属蒸発レーザを提供
することである。

かかる目的を達成するため、本発明によれば、
円筒状のカソードと、このカソードを包囲して該
カソードと共軸関係にあり、多量のガス状物質と
前記金属物質とを実質的に包み込むようになつた
包囲体と、この包囲体の各端に設けられた放射線
伝達手段と、２つのアノードを有し一方のアノー
ドが前記包囲体の一方の端部分近くであつて前記
放射線伝達手段よりも中央側に配置され、他方の
アノードが包囲体の他端近くであつて放射線伝達
手段よりも中央側に配置されている励起兼電気泳
動手段とから成り、この励起兼電気泳動手段は、
前記アノードのそれぞれに電気エネルギーを受取
ると、ガス状物質がカソードに対して電気エネル
ギーを送るのを促進するとともに前記金属物質を
蒸発させる程にカソードの温度を増大させ、蒸発
した金属物質を前記ガス状物質と衝突させること
により初期状態から励起状態へ変化させており、
さらに前記励起兼泳動手段は、各アノードに電気
エネルギーを受取ると、前記包囲体内に電界を形
成して前記蒸発した金属物質を前記放射線伝達手
段から遠ざけるように付勢し、前記放射線伝達手
段上に前記蒸発した金属物質が凝固するのを最小
にすることを特徴とする装置が提供される。

従つて、本発明によれば、放射線伝達手段とし
ての透明な窓が常に清浄に保たれ、しかも一般の
レーザ装置にとつて必要とされる加熱コイル等の
加熱装置を必要としないので、装置の構造が極め
て簡単になるとともに電力の消費も少なくなる。

以下図面を参照しながら本発明の実施例を説明
する。

図を参照すれば、放射線の発生を誘発する装置
がレーザ１０の形状で図示される。レーザ１０は
細長い包囲体２０から成り、この包囲体２０はガ
ラスで作られているのが好ましい。初めに、包囲
体２０はその中にガス状の物質を挿入する通路を
包んでおり、挿入時にも包囲体は通常密封されて
いる。包囲体２０は一対の端部２１と２２を含
み、この端部はそれぞれ対応する放射線伝達手段
で終端し、この放射線伝達手段は以下で窓２３と
２４として参照されている。特定の偏光を容易に
することが所望されるならば、窓２３と２４とは
図に示されるようにブルースターの角で傾斜して
もよい。各窓２３と２４において、各端部２１，
２２に沿つてアノードとして用いられる一対の端
子が配置されている。アノード２５と２６は包囲
体２０から延びておりかつ第３図に図示されるよ
うに、電源に接続されており、この場合、電源は
300ボルトの正の電圧源である。以下により詳し
く説明するように、アノード２５と２６とは、包
囲体２０内の物質を励起するとともに、その中に
電界を形成し、それによつて励起された物質を加
速して窓２３と２４に最も近い部分から遠ざける
結合手段として用いられる。

実質的に円筒状で中空な電極が、ガラスの包囲
体２０の内側に配置され、この実施例ではカソー
ド１１として用いられている。包囲体２０の内側
にガス状物質を容易に分布させるために、カソー
ド１１はその軸に沿つて多数の孔１３を含んでよ
い。カソード１１の両端部の中間に端子１２が配
置されることが好ましく、該端子はガラス包囲体
２０を通して延びて第３図に示されているような
大地等の電位の低い点に接続されてよい。カソー
ド１１は任意の多数の物質から作られ、たとえば
モリブデンが好ましい。さらにレーザ１０の成分
に適合する大きさは次のようなものである。：カ
ソードの直径１〜11cm、包囲体の直径1.5〜20
cm、包囲体の長さ20〜30cm。しかし、これらの大
きさは例示のためだけに与えられ、制限されるよ
うに解釈されるべきでない。

動作において、放射線の発生のために初期エネ
ルギー状態から励起されたエネルギー状態へ励起
され得る前もつて選択されたドーピング物質と前
もつて選択されたホスト物質すなわち被ドープ物
質とが包囲体２０内に挿入される。この物質の特
定な型と量は種々であり、この実施例では、約１
〜２グラムのカドミウム金属がカソード１１の内
部にドーピング物質として配置され、一方約
533.3N／m²〜1333.3N／m²（４〜10トル）の圧力
でガス状のヘリウムが包囲体２０内へホスト物質
として入れられる。初めは固体の状態であるカド
ミウムは、参照番号３２で表わされ、包囲体２０
内に挿入されたヘリウムは参照番号３１によつて
表わされる。

＋300ボルトがアノード２５，２６に印加され
ると、いくらかのヘリウム原子３１はイオン化さ
れ、一方残りのヘリウム原子はある励起状態へ上
げられる。イオン化されたヘリウムと電子はアノ
ード２５，２６とカソード１１との間に伝導路を
形成する。結果として、カソード１１は約280℃
の温度まで加熱され、それによつてそこに配置さ
れたカドミウムを蒸発させる。

蒸発したカドミウム原子は、常にヘリウムイオ
ンまたは励起状態のヘリウムに衝突してその間に
エネルギー交換を生じる。このエネルギー交換は
カドミウム原子を初期エネルギー状態からイオン
化された励起エネルギー状態まで上げ、それらは
正電荷によつて特徴づけられている。同時に、励
起またはイオン化されたヘリウムは初期状態に戻
る。しかしながら、アノード２５，２６に300ボ
ルトを連続的に付加することにより、包囲体２０
内にイオン化かつ励起された一定のヘリウムが供
給されてさらに蒸発したカドミウム原子とのエネ
ルギー交換を促進する。

励起されたカドミウムは放射線を自己発生また
は誘発してその初期エネルギー状態に戻る。その
初期エネルギー状態に戻る段階で、励起された物
質の初期特性に依存する周波数で放出線が発生さ
れる。カドミウムの場合は、赤と緑と青の特有の
光が窓２３，２４を通して放出される。

第３図に図示される凹面鏡４１，４２は各窓２
３，２４を越えて配置されている。業界に周知の
方法で凹面鏡４１，４２は、窓２３を通して放出
された放射線を包囲体２０内へ反射して増大した
量の放射線の発生を誘発する。増大した量の放射
線は窓２３，２４を通過し、その後鏡４１，４２
によつて包囲体の内側に再反射する。前に説明し
たように、初めに誘発された放射線の発生はレー
ザ１０によつて何回も“増幅される。”もちろ
ん、“増幅された”エネルギーを装置から逃がす
ために、鏡４１，４２のうち少なくとも１つは一
部分だけ反射されるようになつている。

前に説明したように、＋300ボルトの電圧がアノ
ード２５，２６に印加される。この正の電圧は、
包囲体２０内で第３図の参照番号４３と４４で示
される電界の勾配を生じる。電界の勾配４３と４
４はそれぞれカソード１１からアノード２５と２
６の方へ向いている。従つて、窓２３と２４の直
前の領域は包囲体２０の中心領域よりも正であ
る。このように、電気泳動効果によつて正に帯電
されて励起されたカドミウム蒸気を加速して窓２
３と２４とに最も近い領域からカソード１１の方
へ遠ざけられる。結果として、励起されたカドミ
ウムは、窓に近づきすぎてその上に凝固してしま
うのを防げられる。このように、蒸発金属が窓２
３と２４とに凝固することから通常得られる不利
な効果は、完全に排除されるか、もしくは緩和さ
れる。

前述の観点から、前記レーザ１０の形状は励起
並びに電気泳動を結合する手段を包含し、この結
合手段によつてドーピング物質を初期エネルギー
状態から励起状態へ励起させ、さらに励起ドーピ
ング物質が窓２３，２４の方へ移動してその上で
凝固するのを実質的に防ぐ。これは、窓２３と２
４の前にたつた１対のアノード２５，２６を設け
かつ、カソード１１をもつと中心に配置すること
によつて部分的に達成される。結果として、励起
効果及び電気泳動効果は比較的簡単で経済的な効
率のよいレーザ装置で達成され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の概略図である。第
２図は第１図の線２―２に沿つて取られた断面図
である。第３図は、動作時の実施例を示す、第１
図に示された実施例のわずかに縮小された、部分
切断概略図である。 １０……レーザ、１１……カソード、１２……
端子、１３……孔、２０……包囲体、２１，２２
……端部、２３，２４……半透明窓、２５，２６
……アノード、４１，４２……凹面鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属物質を初期状態から励起状態まで励起す
   ることによつて放射線の発生を誘発する装置にお
   いて、円筒状のカソードと、前記カソードを包囲
   して該カソードと共軸関係にあり、多量のガス状
   物質と前記金属物質とを実質的に包み込むように
   なつた包囲体と、この包囲体の各端に設けられた
   放射線伝達手段と、２つのアノードを有し一方の
   アノードが前記包囲体の一方の端近くであつて放
   射線伝達手段よりも中央側に配置され、他方のア
   ノードが包囲体の他端近くであつて放射線伝達手
   段よりも中央側に配置されている励起兼電気泳動
   手段とから成り、この励起兼電気泳動手段は、前
   記アノードのそれぞれに電気エネルギーを受取る
   と、ガス状物質がカソードに対して電気エネルギ
   ーを送るのを促進するとともに前記金属物質を蒸
   発させる程にカソードの温度を増大させ、蒸発し
   た金属物質を前記ガス状物質と衝突させることに
   より初期状態から励起状態へ変化させており、さ
   らに前記励起兼電気泳動手段は、各アノードに電
   気エネルギーを受取ると、前記包囲体内に電界を
   形成して前記蒸発した金属物質を前記放射線伝達
   手段から遠ざけるように付勢し、前記放射線伝達
   手段上に前記蒸発した金属物質が凝固するのを最
   小にすることを特徴とする装置。