JPS6139593A - Metallic vapor laser - Google Patents

Metallic vapor laser

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Publication number
JPS6139593A
JPS6139593A JP16015484A JP16015484A JPS6139593A JP S6139593 A JPS6139593 A JP S6139593A JP 16015484 A JP16015484 A JP 16015484A JP 16015484 A JP16015484 A JP 16015484A JP S6139593 A JPS6139593 A JP S6139593A
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JP
Japan
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plasma
laser
tube
metal
cylindrical electrode
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Application number
JP16015484A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobutada Aoki
延忠 青木
Hironobu Kimura
博信 木村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6139593A publication Critical patent/JPS6139593A/en
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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
    • H01S3/031Metal vapour lasers, e.g. metal vapour generation

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain high laser output with high efficiency, by radially providing a plurality of plasma guns on each side of cylindrical electrode, and by bombarding a part of incident plasma to a metallic source for vaporizing the metallic atoms. CONSTITUTION:A metallic vapor laser is provided with three plasma guns 20 on each side, with six plasma guns in total. All the high pulse voltages applied form a constant-voltage power supply 42 are synchronized. Plasma entering into a laser radiator tube 10 is deflected along the magnetic lines of force produced by exterior solenoid coils 14, 30a and 30b, and distributed uniformly in the laser radiator tube 10. The plasma thus excited scattered metallic atoms 46, whereby the reverse distribution required for laser radiation is obtained. Thus, the metallic atoms in a certain excited condition are radiated automatically, whereby the metallic atoms in the same excited condition are successively stimulated, and laser beams of the same phase are radiated from Brewster windows 35a and 35b. The radiated laser beams are resonated by a resonator (not shown) and amplified. In this manner, high-output laser beams can be radiated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は金属原子の励起を利用した金属蒸気レーザに係
り、特に可視域で発振し、高効率で高いレーザ出力が得
られる銅蒸気レーザ等の金属蒸気レーザに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to metal vapor lasers that utilize the excitation of metal atoms, and in particular to copper vapor lasers that oscillate in the visible range and can provide high efficiency and high laser output. Related to metal vapor lasers.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

従来の金属蒸気レーザは金属原子を励起さぼるために、
第6図(A)に示されるように陰極(カソード)および
陽極(アノード)2間に発生づ゛るアーク放電を利用し
た二極放電や、第6図(B)に示すように円筒陽極(ア
ノード)3と小口カソード4との間に補助アノード5を
介装してなφホローカソード放電を利用したものがある
Conventional metal vapor lasers excite metal atoms,
As shown in Fig. 6(A), there is a bipolar discharge using an arc discharge generated between a cathode and an anode, and as shown in Fig. 6(B), a cylindrical anode ( There is one that utilizes φ hollow cathode discharge by interposing an auxiliary anode 5 between the anode 3 and the small cathode 4.

一方、レーザ発振に必要な金属蒸気圧をレーザ発振管内
で(qる方法として、アーク放電の際にレーザ発振管内
に発生する熱を利用する方法や、別個に設けられた電気
炉内で加熱された金属蒸気レーザ発振管内に導入する方
法がある。後者の電気炉を使用する場合には、金属蒸気
加熱のために電力の消費が不可欠であるため、金属蒸気
レーザのエネルギ効率が低下する。また、いずれの方法
を採用した場合にも、レーザ発振管内はかなりの高温に
保たれるため、レーザ発振装置の8!成部品の耐熱性が
問題となっている。
On the other hand, there are methods to increase the metal vapor pressure required for laser oscillation inside the laser oscillation tube, such as by using the heat generated inside the laser oscillation tube during arc discharge, or by heating it in a separate electric furnace. There is a method of introducing the metal vapor laser into a metal vapor laser oscillation tube.When using the latter electric furnace, it is essential to consume electric power to heat the metal vapor, so the energy efficiency of the metal vapor laser decreases. Regardless of which method is adopted, the inside of the laser oscillation tube is kept at a fairly high temperature, so the heat resistance of the 8! components of the laser oscillation device is a problem.

一般に、レーザ発振管から発振されるレーザ出力の増大
のための条件には、(a)レーザ発i管の管容積の増大
を図り、(b)レーザ発振に必要でかつ充分な伍の金属
蒸気と、金属原子密度のために高密度の高エネルギ電子
(プラズマ)がレーザ発振管内で得られ、(C)蒸気化
された金m原子の励起が早急に行なわれることである。
In general, the conditions for increasing the laser output emitted from a laser oscillation tube include (a) increasing the tube volume of the laser oscillation tube, and (b) increasing the amount of metal vapor necessary and sufficient for laser oscillation. (C) Due to the metal atom density, high-density, high-energy electrons (plasma) are obtained within the laser oscillation tube, and (C) the vaporized gold m atoms are quickly excited.

また、レーザ発振装置には、レーザ発振が安定的に行な
われるために、(d)プラズマ−放電管(レーザ発振管
)の接触による絶縁破壊を起こしにくく、(e)蒸気化
された金属の回収が容易であり、(f)金属源の供給が
容易で、(g)長寿命を保持できること等の条件具備が
望J:れる。
In addition, since the laser oscillation device performs stable laser oscillation, (d) dielectric breakdown due to contact between plasma and discharge tube (laser oscillation tube) is less likely to occur, and (e) vaporized metal is recovered. (f) It is easy to supply a metal source, and (g) It is desirable to have a long life.

従来の金属蒸気レーザにd3いて、陰極および陽極間で
発生するアーク放電を利用ブ゛る二極放電法では、アー
ク放電が両電極のごく狭い局所領域でしか起こらない。
In the bipolar discharge method, which utilizes an arc discharge generated between a cathode and an anode in a conventional metal vapor laser, the arc discharge occurs only in a very narrow local area of both electrodes.

このた、め、両電極の面積を広げても、一様なプラズマ
を(qることが1lflであり、この金属蒸気レーザで
は電極面積を小さくして電極間を大き(とり、レーザ発
振管の長さを大きくすることにより、上記(a)の条件
を満たしている。
For this reason, even if the area of both electrodes is increased, a uniform plasma (q) is 1lfl, and in this metal vapor laser, the electrode area is small and the gap between the electrodes is large (and the laser oscillation tube is By increasing the length, the above condition (a) is satisfied.

また、二極放電法を採用した縦放電型金属蒸気レーザで
は、レーザ発振管内にセラミックチューブが収容され、
このセラミックデユープに金属源が入れられている。こ
の金属源はプラズマと接触しているときは蒸気化が充分
に行なわれ、所要母の蒸気化された金属原子が(qられ
るが、レーザ発振管内のプラズマが一様でない場合には
、レーザ発振管内の金属原子密度が不安定となって、レ
ーザ出力のゆらぎが大きく、レーザ出力が安定しない等
の問題があり、レーザ出力の増大に厳しい制約を受ける
In addition, in vertical discharge metal vapor lasers that employ the two-electrode discharge method, a ceramic tube is housed within the laser oscillation tube.
A metal source is placed in this ceramic duplex. When this metal source is in contact with the plasma, sufficient vaporization occurs, and the required base vaporized metal atoms are (q), but if the plasma in the laser oscillation tube is not uniform, the laser There are problems such as the metal atom density within the tube becoming unstable, resulting in large fluctuations in laser output and unstable laser output, which places severe restrictions on increasing the laser output.

また、ホロカソードを利用した金属蒸気レーザでは、レ
ーザ発振管内の放電が二極放電法より安定しており、自
由電子温度の高いプラズマが得られるが、レーザ出力を
上げるために、電極面積を広げると、一様なプラズマが
得られず、二極放電法と同じ問題を有する。
In addition, in metal vapor lasers that use a hollow cathode, the discharge inside the laser oscillation tube is more stable than in the bipolar discharge method, and a plasma with a high free electron temperature can be obtained, but in order to increase the laser output, the electrode area must be expanded. , a uniform plasma cannot be obtained and has the same problem as the bipolar discharge method.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、Pi
密度で高い電子温度を有する一様なブラダ7を生成する
とともに放電によって生ずる熱エネルギを利用して高密
度の金属蒸気を安定的に得、安定した高出力のレーザ発
振が得られるようにした金属蒸気レーザを提供すること
を目的とする。
The present invention was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and
A metal that generates a uniform bladder 7 that is dense and has a high electron temperature, and uses the thermal energy generated by discharge to stably obtain high-density metal vapor, thereby obtaining stable high-output laser oscillation. The purpose is to provide a vapor laser.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上述した目的を達成するために、本発明に係る金属蒸気
レーザは、レーザ発振管内に正電位に印加される耐熱管
内蔵の円筒電極を収容し、この円筒電極に対向してプラ
ズマ封じ込め用ソレノイドコイルを設けるとともに、上
記円筒電極の側方に複数基のプラズマ銃を放射状に設け
、上記プラズマ銃にプラズマ拡散室を介して金属源を対
向配設してなり、上記プラズマ銃からプラズマ拡散室に
入射されるプラズマと前記円筒電極との間に2次放電を
形成する一方、上記入射プラズマの一部を金属源に衝撃
させて金属原子を蒸気化さμ、蒸気化された金属原子を
前記ソレノイドコイルにJ、って封じ込められたプラズ
マにより励起さU、レーザ発振に必要な反転分布を得る
ようにしたことを特徴どするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the metal vapor laser according to the present invention houses a cylindrical electrode built in a heat-resistant tube to which a positive potential is applied within the laser oscillation tube, and a solenoid coil for plasma containment is installed opposite to the cylindrical electrode. and a plurality of plasma guns are provided radially on the sides of the cylindrical electrode, and a metal source is disposed opposite to the plasma gun via a plasma diffusion chamber, and the plasma gun enters the plasma diffusion chamber from the plasma gun. A secondary discharge is formed between the plasma and the cylindrical electrode, while a part of the incident plasma is bombarded with a metal source to vaporize metal atoms, and the vaporized metal atoms are transferred to the solenoid coil. This is characterized by the fact that the plasma is excited by the confined plasma and the population inversion necessary for laser oscillation is obtained.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明に係る金属蒸気レーザの一実施例について
誰何図面を参照して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a metal vapor laser according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図において′、符号10は金属蒸気レーザのレーザ
発振管を示し、このシー11発振管10は管ボディ11
が数分割可能に一体的に構成され、内部が気密に保たれ
る。レーザ発振管10の中央部には正電位に印加される
円筒電極12が収容される一方、この円筒電極12内に
耐熱性の優れた耐熱管としてのセラミックス管13が収
容され、二重筒構造にされる。円筒電極12およびセラ
ミックス管13を外側から囲むように管ボディ11に外
部ソレノイドコイル14が4セツト軸方向に配設される
。上記円筒電極12およびセラミックス管13の中央部
に形成された開口15は排気ボート16に通じており、
この排気ボート16は管ボディ11の中央部に形成され
る。上記外部ソレノイドフィル14への通電によりミラ
ー磁場を形成するようになっている。
In FIG. 1, the reference numeral 10 indicates a laser oscillation tube for a metal vapor laser, and this oscillation tube 10 has a tube body 11.
It is constructed integrally so that it can be divided into several parts, and the interior is kept airtight. A cylindrical electrode 12 to which a positive potential is applied is housed in the center of the laser oscillation tube 10, and a ceramic tube 13 as a heat-resistant tube with excellent heat resistance is housed within this cylindrical electrode 12, creating a double-tube structure. be made into Four sets of external solenoid coils 14 are arranged in the tube body 11 in the axial direction so as to surround the cylindrical electrode 12 and the ceramic tube 13 from the outside. An opening 15 formed in the center of the cylindrical electrode 12 and the ceramic tube 13 communicates with an exhaust boat 16,
This exhaust boat 16 is formed in the center of the tube body 11. A mirror magnetic field is formed by energizing the external solenoid fill 14.

一方、レーザ発振管10の円筒電極12の両側方にはリ
ングあるいはディ妥りプレート状絶縁部材17.18を
介して複数基のプラズマ銃20がそれぞれ装着される。
On the other hand, a plurality of plasma guns 20 are mounted on both sides of the cylindrical electrode 12 of the laser oscillation tube 10 via ring or plate-shaped insulating members 17 and 18, respectively.

このプラズマ銃20は、第2図に示すように例えば3基
が120度の等角度をなして配設され、プラズマ銃本体
21の筒状部に、絶縁材2を介して装着されたF3ai
(カソード)23と、この陰極23に対向する水冷却バ
イブを備えた陽極(アノード)24どを有し、両極23
゜24間にガス導入管25によりヘリウムガスまたはア
ルゴンガス等の希ガスが供給され、このヘリウムガス等
により1次放電としてのパルス放電が起される。
As shown in FIG. 2, this plasma gun 20 includes, for example, three units arranged at equal angles of 120 degrees, and an F3ai mounted on a cylindrical part of a plasma gun body 21 via an insulating material 2.
(cathode) 23 and an anode (anode) 24 equipped with a water-cooled vibe facing this cathode 23.
A rare gas such as helium gas or argon gas is supplied through the gas inlet pipe 25 between .degree. 24 and a pulse discharge as a primary discharge is caused by the helium gas or the like.

プラズマ銃20の陽極24の中心軸には半径方向内方を
向く細孔26が穿設され、この細孔26からパルス放電
により発生したプラズマが射出され、プラズマ拡散室2
7内に入射される。このプラズマ拡散室27はプラズマ
銃本体21の中心部に画成される一方、プラズマが射出
される各細孔26に直径方向に対向する位置にレシウム
(Cs)、亜鉛(Zn)、セレン(Se)、銅(Cu)
等の金属源28が設けられる。これらの金属ti28は
筒状サポート29の先端に保持され、細孔26から入射
されたプラズマ(熱エネルギ)の一部が金属源28を直
撃し、その放電にJ:る熱エネルギにより金属を蒸気化
している。金属源28はべ1コーズ等を介して外部から
進退可能に保持し、金属のIQ耗に対処できるようにし
てもよい。
The central axis of the anode 24 of the plasma gun 20 is provided with a pore 26 that faces inward in the radial direction, and the plasma generated by the pulse discharge is ejected from this pore 26 and flows into the plasma diffusion chamber 2.
7. This plasma diffusion chamber 27 is defined in the center of the plasma gun body 21, and lesium (Cs), zinc (Zn), selenium (Se ), copper (Cu)
A metal source 28 such as the like is provided. These metals 28 are held at the tip of a cylindrical support 29, and a part of the plasma (thermal energy) incident through the pores 26 directly hits the metal source 28, and the thermal energy generated by the discharge turns the metal into vapor. It has become The metal source 28 may be held so as to be movable from the outside via a bell bell or the like, so that IQ wear of the metal can be dealt with.

また、プラズマ銃20を配設したレーザ発振管10の両
側方には、正電位に印加される円筒電極30a、30b
が対をなして収容され、上記円筒電極30a、30bに
耐熱性に優れたセラミックス管31a、31bが収納さ
れて、二重管構造に形成される。これらの円筒電極30
a、30bおよびセラミックス管31a、31bに対応
するように、レーザ発振管10の管ボディ11にはソレ
ノイドコイル33a、33bが2セツトづつ装着され、
このソレノイドコイル33a、33bへの通電により磁
場を形成するようになっている。
Further, on both sides of the laser oscillation tube 10 in which the plasma gun 20 is disposed, cylindrical electrodes 30a and 30b are applied to a positive potential.
are housed in pairs, and ceramic tubes 31a, 31b with excellent heat resistance are housed in the cylindrical electrodes 30a, 30b, forming a double tube structure. These cylindrical electrodes 30
Two sets of solenoid coils 33a, 33b are attached to the tube body 11 of the laser oscillation tube 10 so as to correspond to the solenoid coils 33a, 30b and the ceramic tubes 31a, 31b.
A magnetic field is created by energizing the solenoid coils 33a and 33b.

さらに、レーザ発振管10の両端には平面偏光のレーザ
光を出力するブリュースタ窓35a、35bが設けられ
1.このブリュースタ窓35a、a5bへの衝撃を抑え
るために電子反射電極36a。
Furthermore, Brewster windows 35a and 35b are provided at both ends of the laser oscillation tube 10 to output plane-polarized laser light.1. An electron reflecting electrode 36a is provided to suppress the impact on the Brewster windows 35a and a5b.

36bが設置される。電子反射電極26a、36bは絶
縁部材37を介してレーザ発振管10の両端部に設けら
れ、ブリュースタ窓35a、35bに対向している。
36b is installed. The electron reflecting electrodes 26a, 36b are provided at both ends of the laser oscillation tube 10 via an insulating member 37, and are opposed to the Brewster windows 35a, 35b.

ところで、レーザ発振管10に装着されたプラズマ銃2
0に放電を生じさせる電気回路40は第3図に示すよう
に構成され、プラズマ銃20の陰極23と陽極24との
二極間にサイラトロン等の高電圧のスイッチング41の
ON作用により、定電圧電源42より高電圧が印加され
る。この高電圧はコンデンサ43によりチャージされ、
パルス状に印加される。また、円筒電極口30a、30
bや電子反射電極36a、36bは定電圧電源44a、
44bにより電圧が印加される。
By the way, the plasma gun 2 attached to the laser oscillation tube 10
The electric circuit 40 that generates a discharge at zero is configured as shown in FIG. A high voltage is applied from the power supply 42. This high voltage is charged by the capacitor 43,
Applied in pulse form. Moreover, the cylindrical electrode ports 30a, 30
b and electron reflecting electrodes 36a, 36b are constant voltage power supply 44a,
A voltage is applied by 44b.

次に、この発明の詳細な説明する。Next, the present invention will be explained in detail.

金属蒸気レーザの起動は、プラズマ銃20への放電によ
って行なわれる。この放電はプラズマ銃20の陰極23
と陽極24との間で生じるパルス状高電圧アーク放電(
1次放電;〜10kV。
Activation of the metal vapor laser is performed by discharging the plasma gun 20. This discharge occurs at the cathode 23 of the plasma gun 20.
A pulsed high voltage arc discharge (
Primary discharge; ~10kV.

数Torr〜数十Torr)であり、二極間に負荷され
る高電圧スイッチング41によってパルス運転される。
(several Torr to several tens of Torr), and is pulsed by high voltage switching 41 applied between two poles.

その際、プラズマ銃20の二極間に1−ICガス等の希
ガスが注入される。プラズマ銃20の二極間内で生成し
たプラズマは、陽極24に形成された細孔26から、自
己ピンチ作用により、高密度のジェット流となってレー
ザ発振管10内のプラズマ拡散室27に入射される(第
4図(A>参照)。このとき、プラズマは対向設置され
た金属源28に熱衝撃を加え、励起目的金属を蒸気化す
る。
At this time, a rare gas such as 1-IC gas is injected between the two electrodes of the plasma gun 20. The plasma generated between the two electrodes of the plasma gun 20 enters the plasma diffusion chamber 27 in the laser oscillation tube 10 as a high-density jet stream through the pore 26 formed in the anode 24 due to self-pinch action. (See FIG. 4 (A>). At this time, the plasma applies a thermal shock to the metal source 28 placed oppositely, and vaporizes the metal to be excited.

この場合、金属蒸気レーザに設置されるプラズマ銃20
は片側に3基づつ、全体で6基備えられており、定電圧
電ai42より印加される高圧のパルス電圧は全て同期
化されている。このように複数基のプラズマ銃20を設
け、プラズマ銃20の数を増大させることにより、プラ
ズマ射出」が多く、レーザ発振管10の管径を大きくす
ることができるので、管容積が増大し、レーザ出力を大
きくとることができる。
In this case, the plasma gun 20 installed in the metal vapor laser
There are six in total, three on each side, and the high-voltage pulse voltages applied from the constant voltage electricity ai42 are all synchronized. By providing a plurality of plasma guns 20 in this manner and increasing the number of plasma guns 20, it is possible to increase the number of plasma injections and to increase the diameter of the laser oscillation tube 10, thereby increasing the tube volume. Laser output can be increased.

一方、プラズマ銃20からプラズマ拡散室27に入射さ
れたプラズマは、正電位に印加された円筒電極12.3
0a、30bとの間で2次放電を起こずトリガとなる。
On the other hand, the plasma incident on the plasma diffusion chamber 27 from the plasma gun 20 is transferred to the cylindrical electrode 12.3 which is applied to a positive potential.
No secondary discharge occurs between 0a and 30b, resulting in a trigger.

このとき、プラズマ拡散室27と円筒電極12.30a
、30bとの間に第3図に示す定電圧電源43から定常
電圧が印加される。
At this time, the plasma diffusion chamber 27 and the cylindrical electrode 12.30a
, 30b from a constant voltage power supply 43 shown in FIG.

他方、金属蒸気レーザには8セツトのプラズマ封じ込め
用外部ソレノイドコイル14.33a。
On the other hand, the metal vapor laser has eight sets of external solenoid coils 14.33a for plasma containment.

33bが配設され、これらのソレノイドコイル14.3
3a、33bにより、第5図で示すように、レーザ発振
管10のプラズマ生成部でカスブ磁場を、中央部でミラ
ー磁場を形成しており、カスブ磁場配位は、プラズマ銃
20から入射されるプラズマを磁力線4°5に乗せて中
心部に拡散できる。
33b are arranged and these solenoid coils 14.3
3a and 33b, as shown in FIG. Plasma can be spread to the center by placing the magnetic field lines at 4°5.

拡散されたプラズマはミラー[!配位でミラー磁場によ
り封じ込められる。このミラー磁場配位は2次放電によ
り生成されるプラズマもこの部分で閉じ込め、閉じ込め
られるプラズマにその分布の一様性とプラズマ密度の増
加が図られる。
The diffused plasma is mirrored [! In coordination, it is confined by the mirror magnetic field. This mirror magnetic field configuration also confines the plasma generated by the secondary discharge in this portion, and the uniformity of distribution and increase in plasma density of the confined plasma are achieved.

しかして、金属源28へのプラズマmsにより蒸気化さ
れた金i原子46は周囲に飛散され、第2図(8)に示
すように、レーザR,1&管10に形成された排気ボー
ト16に向itで拡散される。
Thus, the gold i atoms 46 vaporized by the plasma ms to the metal source 28 are scattered around, and as shown in FIG. It will be spread on the internet.

そのとき、レーザ発振管10内に入射されたプラズマは
外部ソレノイドコイル14,308.30bがつくる磁
力線45に沿って偏向され、レーザ発振管10内に一様
に分布され、飛散してくる金B原子46を第4図(C)
に示すように励起させる。この励起はプラズマ内で加速
された自由電子が金属原子46と衝突することにより行
なわれ、電子のもつ運動エネルギが金属原子46の内部
エネルギに移り、金属原子46の励起単位が向上する。
At that time, the plasma that has entered the laser oscillation tube 10 is deflected along the magnetic lines of force 45 created by the external solenoid coil 14, 308.30b, and is uniformly distributed within the laser oscillation tube 10, causing the gold B to fly away. Atom 46 in Figure 4 (C)
Excite as shown in . This excitation occurs when free electrons accelerated in the plasma collide with the metal atoms 46, and the kinetic energy of the electrons is transferred to the internal energy of the metal atoms 46, increasing the excitation unit of the metal atoms 46.

この金属原子の励起により、レーザ発振に必要な反転分
布が得られる。反転分布とは金属原子の各エネルギ単位
における原子数密度が反転することをいう。
This excitation of metal atoms provides population inversion necessary for laser oscillation. Population inversion refers to the inversion of the atomic number density in each energy unit of metal atoms.

反転分布が達成されると、ある励起状態にある金属原子
が自然に放射され、その放射光が四方に拡がると、同じ
励起状態にある金属原子を次々に刺激し、同位相のレー
ザ光がブリュースタ窓35a、35bから放射される。
When population inversion is achieved, metal atoms in a certain excited state spontaneously emit radiation, and when the emitted light spreads in all directions, it stimulates metal atoms in the same excited state one after another, causing laser light with the same phase to be blown out. It is radiated from the star windows 35a and 35b.

放射されたレーザ光は共振器(図示せず)間で共振され
、増幅作用を受け、高出力のレーザ光となって発振され
る。
The emitted laser light is resonated between resonators (not shown), is amplified, and is oscillated as a high-power laser light.

この金属蒸気レーザでは、レーザ発振管10の径を拡大
し、プラズマ銃20の数を増加させることにより、生成
されるプラズマの容量の増大が図れ、かつソレノイドコ
イルによりレーザ発振?ff10内にプラズマを一様に
封じ込めることができるので、発振されるレーザ出力の
増大を図ることができる。また、プラズマ銃20から放
電されたプラズマの一部(放電エネルギの一部)を金属
の蒸気化に用いることにより、加熱炉を使用しなくても
金属を蒸気化させることができ、金属の蒸気化効率の向
上を図ることができる。
In this metal vapor laser, by enlarging the diameter of the laser oscillation tube 10 and increasing the number of plasma guns 20, the capacity of the generated plasma can be increased, and the solenoid coil can oscillate the laser. Since the plasma can be uniformly confined within the ff10, the oscillated laser output can be increased. Further, by using a part of the plasma discharged from the plasma gun 20 (part of the discharge energy) to vaporize the metal, the metal can be vaporized without using a heating furnace, and the metal vapor can be vaporized without using a heating furnace. It is possible to improve the conversion efficiency.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に述べたように本発明に係る金属蒸気レーザは、円
I!電極の側方に複数基のプラズマ銃を放射状に配設し
たから、レー)7発振管の管径を大ぎくして管容積を増
大させることができるとともに、プラズマ容量を増大さ
せることができ、プラズマ容量が増大しても、このプラ
ズマをソレノイドコイルによりレーザ発振管内に一様に
」Jじ込めることができるので、プラズマ密度が増大し
、高いレーザ出力が得られる。
As described above, the metal vapor laser according to the present invention has a circle I! Since a plurality of plasma guns are arranged radially on the side of the electrode, it is possible to increase the tube volume by increasing the tube diameter of the 7 oscillation tube, and the plasma capacity can also be increased. Even if the plasma capacity increases, this plasma can be uniformly contained within the laser oscillation tube by the solenoid coil, so the plasma density increases and high laser output can be obtained.

また、プラズマ銃から射出されるプラズマの一部が金属
源を衝撃し、金属を゛蒸気化し、飛散させるため、金W
fA源を蒸気化させるのに電気炉等の独立した加熱炉が
不要になり、金属原子の蒸気化エネルギ効率を高め、安
定した高密度の蒸気化された金属原子を得ることができ
る。
In addition, a part of the plasma ejected from the plasma gun impacts the metal source, vaporizes the metal, and scatters it.
An independent heating furnace such as an electric furnace is not required to vaporize the fA source, the energy efficiency of vaporizing metal atoms is increased, and stable, high-density vaporized metal atoms can be obtained.

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

第1図は本発明に係る金属蒸気レーザの一実施例を示す
レーザ発振管の縦断面図、第2図は第1図のIF−IF
線に沿う断面図、第3図は本発明の金属蒸気レーザの各
電極に電圧を印加させる供給電源系統の配線図、第4図
(A)〜(C)は全屈蒸気レーザの動作原理を順を追っ
て説明した説明図、第5図は外部ソレノイドコイルによ
り形成された磁場配位を示ず図、第6図(A)および(
B)は従来の二極型レーザ発振管およびボロカソード型
レーザ発振管をそれぞれ示す図である。 10 ・・・レーザ発振管、12.30a、30b・・
・円筒電極、13.31a、31b−・・セラミックス
管(耐熱管) 、14.33a、33b・・・外部ソレ
ノイドコイル、16・・・排出1ノ”ボート、20・・
・プラズマ銃、23・・・陽極、24・・・陽極、26
・・・細孔、27・・・プラズマ拡散室、28・・・金
属源、35a。 35b・・・ブリュースタ窓、36a、36b・・・電
子反射電極、41・・・スイッチング、42,44a。 44b・・・定電圧電源、45・・・磁力線、46・・
・金属原子。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a laser oscillation tube showing an embodiment of the metal vapor laser according to the present invention, and FIG. 2 is an IF-IF diagram of FIG.
3 is a wiring diagram of the power supply system that applies voltage to each electrode of the metal vapor laser of the present invention, and FIGS. 4 (A) to (C) are sectional views taken along the line, and FIG. Explanatory diagrams explained step by step, Figure 5 does not show the magnetic field configuration formed by the external solenoid coil, Figure 6 (A) and (
B) is a diagram showing a conventional dipole type laser oscillation tube and a conventional borocathode type laser oscillation tube, respectively. 10... Laser oscillation tube, 12.30a, 30b...
・Cylindrical electrode, 13.31a, 31b- Ceramic tube (heat-resistant tube), 14.33a, 33b... External solenoid coil, 16... Discharge 1" boat, 20...
・Plasma gun, 23...Anode, 24...Anode, 26
... Pore, 27... Plasma diffusion chamber, 28... Metal source, 35a. 35b... Brewster window, 36a, 36b... electron reflecting electrode, 41... switching, 42, 44a. 44b... Constant voltage power supply, 45... Lines of magnetic force, 46...
・Metal atoms.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、レーザ発振管内に正電位に印加される耐熱管内蔵の
円筒電極を収容し、この円筒電極に対向してプラズマ封
じ込め用ソレノイドコイルを設けるとともに、上記円筒
電極の側方に複数基のプラズマ銃を放射状に設け、上記
プラズマ銃にプラズマ拡散室を介して金属源を対向配設
してなり、上記プラズマ銃からプラズマ拡散室に入射さ
れるプラズマと前記円筒電極との間に2次放電を形成す
る一方、上記入射プラズマの一部を金属源に衝撃させて
金属原子を蒸気化させ、蒸気化された金属原子を前記ソ
レノイドコイルによって封じ込められたプラズマにより
励起させ、レーザ発振に必要な反転分布を得るようにし
たことを特徴とする金属蒸気レーザ。 2、円筒電極の両側方にプラズマ銃が複数基づつ放射状
に設けられ、各プラズマ銃に金属源をレーザ発振管の直
径方向に対向させて設けた特許請求の範囲第1項に記載
の金属蒸気レーザ。 3、円筒電極に内蔵される耐熱管はセラミックス管であ
る特許請求の範囲第1項に記載の金属蒸気レーザ。
[Claims] 1. A cylindrical electrode built into a heat-resistant tube that is applied with a positive potential is housed in the laser oscillation tube, and a solenoid coil for plasma containment is provided opposite to this cylindrical electrode, and a solenoid coil for plasma containment is provided on the side of the cylindrical electrode. a plurality of plasma guns are arranged radially in the plasma gun, and a metal source is arranged opposite to the plasma gun via a plasma diffusion chamber, and between the plasma entering the plasma diffusion chamber from the plasma gun and the cylindrical electrode. While forming a secondary discharge, a part of the incident plasma is bombarded with a metal source to vaporize metal atoms, and the vaporized metal atoms are excited by the plasma confined by the solenoid coil, causing laser oscillation. A metal vapor laser characterized in that the population inversion required for this purpose is obtained. 2. The metal vapor according to claim 1, wherein a plurality of plasma guns are provided radially on both sides of the cylindrical electrode, and a metal source is provided in each plasma gun so as to face each other in the diameter direction of the laser oscillation tube. laser. 3. The metal vapor laser according to claim 1, wherein the heat-resistant tube built into the cylindrical electrode is a ceramic tube.
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