JPS6191981A - ホロ−陰極型金属イオンレ−ザ - Google Patents

ホロ−陰極型金属イオンレ−ザ

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JPS6191981A JP21266784A JP21266784A JPS6191981A JP S6191981 A JPS6191981 A JP S6191981A JP 21266784 A JP21266784 A JP 21266784A JP 21266784 A JP21266784 A JP 21266784A JP S6191981 A JPS6191981 A JP S6191981A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 社業上の11   野 本発明は、光3原色を同時に発振できるホロー陰極型金
屈イオンレーザに関し、特に、発振開始までの立ち上り
を良くし、また金属溜の金属イオン発生材料を長時間に
わたり有効に蒸気化して利用するとともに、ホロー陰極
内で生じたスパッタリング生成物を陰極外に放出し、絶
えず陰極内面をクリーニングし、そのレーザ出力光の安
定化とレーザ管の長寿命化を可能としたホロー陰極型金
属イオンレーザに関するもの。
LLへえL 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。この種のレーザは、その励起の強さか
ら多色発振が可能で、現在のところたとえばHe−Cd
イオンレーザでは12本の発振線が観測されており、そ
の中には光3原色の赤・青・緑が含まりているが、いま
だ実用の域に達し゛(い4.−い。
本、明が ′しようとする。1に1、 その原因としては、ボロー陰極材料が放電によってスパ
ッタリングし、その金属が再び陰極内面に蓄積するとき
、局部的にボアの内径を狭めたり、電気絶縁物の表面に
付着して、その電気特性を劣化させることにある。
また今までの多くの提案のように、金属溜を陰(セミ極
内の一部の空間に組み込むと、電極と金属溜の焼き出し
を別々に行なうことができず、金属溜の中から金属イオ
ン発生材料の蒸気が生じ、充分に電極をクリーニングす
ることができない。さらにレーザ出力を増すために、放
電電流を増加すると、金属溜の温度も上昇し、その蒸気
圧を最適に保つことがむずかしい。また構造上、ホロー
陰極材の厚みが大きく複雑な構造で熱容量が大きいと、
レーザ発振動作までの立ち上りに時間がかがり、実用上
好ましくないなどの多くの問題点がある。
L」トス1」工 この発明は、上記の問題点を鑑みなされたもので、放電
によって発生したスパッタ生成物をホロー陰極外に蓄積
させ、陰極ボア内に、最適な金属蒸気圧を送り込むこと
ができ、金属蒸気が電極に付着せず、単純な構造ながら
長時間にわたって安定なレーザ動作が確保できるホロー
陰極型金属イAンレーザを提供することを目的とする。
11些11 したがって、この目的を達成するためにこの発明は、負
グロー放電を用いてレーザ光を発生させるホロー陰極型
金属イオンレーザにおいて、導電性のパイプからなるホ
ロー陰極の側面に、放電プラズマと金属蒸気の送りこみ
用の穴を設け、各穴ごとに陽極とこの陽極の放電空間を
配置し、その放電空間の下にレーザ用金属イオンの発生
材料を収納する金属溜を設け、各放電空間と金属溜をヒ
ータで加熱する構成としたことを特徴とするホロー陰極
型金属イオンレーザを要旨としている。
間 蜘をイ決するための ゛ 導電性のパイプからなるホロー陰極3の側面にある穴4
ごとに、主陽極5と主陽極5の放電空間11を配置し、
この放電空間11の下にレーザ用金属イオンの゛発生材
料8を収納するための金属溜7を設けて、それらのfI
li空間11と金属溜7はヒータ9で加熱づる構成であ
る。
L皿 放電によって発生するスパッタ生成膜12をホロー陰極
3の外にM積させで、金属蒸気は、ヒータ9による外部
からの加熱により潤度制御して、陽極ボア3a内に放電
の電気泳動効果によって最適の蒸気圧で送り込むことが
でき、長い時間にわたって安定なレーザ動作が確保でき
る。
支11 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳III 
’l、:説明する。
第1図は本発明に係る金属イオンレーザの第1の実施例
を示す断面図、第2図は同レーザの要部拡大断面図であ
る。
これらの図において1は、Heガスを封入したレーザ管
、2はブリュースタ窓、3はホロー陰極、4はホロー陰
極3の側面の穴、5はレーザ活性媒質励起用の主陽極、
6はブリュースタ窓2の内面をよごさないように金属蒸
気をとじこめるための補助陽極、7は金属イオン発生材
料8の金属溜、9はヒータ、10は保温材、11は主陽
極5の放電空間、12は付着したスパッタ生成膜、13
は補助用…6の電気絶縁物製の放電通路である。
レーザ管1は、たとえばパイレックスガラス製であり、
ブリュースタ窓2は石英ガラス製である。このレーザ管
1の両端部1b、1Cはその径が大きくなっている。た
とえ、ばレーザ管1の細径部1aの内径は、10.8m
+nで、両端部1b、1cの内径は、20.0mm、そ
して細径部1aの外径は14.0mmに設定しである。
ホロー陰極3は、たとえば5US304などの導電性材
料からなるパイプであり、寸法例をあげれば外径10,
0mm1内径4,0mm1軸方向長さ460mmに設定
しである。このホロー陰極3には、所定間隔をおいて陰
極ボア3aに通じる前記穴4が設けである。実施例では
、主陽極5は13本設定され、補助陽極6は2本であり
、ともにたとえばタングステン製である。
金属イオン発生材料8は、たとえばCd金属が用いられ
る、金属溜7は、絶縁材料たとえばガラスあるいはセラ
ミック製である。主陽極5は金属溜7から穴4付近に配
設しである。金属溜7は、レーザ管1の下側に所定間隔
(たとえば30mmごと)に下方に向けて設けられてい
る。前記各穴4は、この金属溜7の上方に位冒されてい
る。
さらに、金属溜7内には、主陽極5の上端をとりま(よ
うに絶縁性の円筒壁7aが設けである。この円筒壁7a
は、穴4に対向している。20は陰極給電部である。ま
Iζ、ヒータ9は、放電空間11と金属溜7を加熱でき
、Cd金属が294℃(Cd蒸気圧 PCd−2゜2X
 10−2Torr )の到達温度にできる加熱能力を
有しており、図示しない電源と温度制御装置に接続され
ている。
さらに、各金属溜7丙には、たとえば1gのCd金属が
溜めである。保温材10はたとえばガラステープを数回
巻いたものである。
なお、主放電、吹き返し放電は、単一直流電源にて行な
う。
次に、このような構成におけるレーザ動作について説明
する。ここでは、金属イオン発生材料8としてCd金属
を用いた)le −Cdイオンレーザの場合について説
明する。
たとえば!−1eガス圧を8Torrに設定し、主陽極
5、補助陽極6およびホロー陰極3との間に所要電圧(
たとえば600V)を印加すると、室温時において放電
電流は、980mA(各ビン当り60mA)であるが、
十分蒸気圧が上がって白色動作する時は660mA(各
ビン当り44mA)になる。その時のレーザ管1の到達
温度は350℃である。放電させると、ホロー陰極3の
陰極ボア3a内には、負グロー放電が、さらに放電空間
11にはその陽光柱放電が生ずる。
放電開始と同時に金属溜7に巻いたヒータ9に電流を流
し加熱する。しばらくして金属溜7の中の発生材料8 
(Cd )が蒸気化する。
このCd蒸気は放電空間11に生じている陽光柱放電内
の電気泳動効果、すなわち、Heイオンの流れに電気的
中性のCd原子がまきこまれて流れる効果によって、ホ
ロー陰極3内に生じている負グロー放電領域にCd原子
が送り込まれ、この陰極ボア内で励起されたHe原子や
)HeイオンとCd原子が相互作用して、Cdイオンの
レベル間に反転粒子分布を生じ、レーザ発振が開始づる
レーザ発振はまず青色(441,6nm) 、次に緑色
(537,8nm) 、最後に赤色(636,0nm)
が加わり、この光3原色が同時に揃って白色光レーザと
なる。
放電中、ホロー陰極3の内面は、HeイオンやCdイオ
ンによってスパッタされ、そのスパッタ生成物はホロー
陰極3の側面の穴4を通して外部に放出されて放電空間
11の内壁にスパッタ生成膜12として付着するが、ホ
ロー陰極3の外であるので放電状態には影響を与えない
レーザ動作を中止するときは、まず金属溜7のヒータ9
の電流を切り、金属溜7の温度をレーザ管1の中で一番
低い状態にすると、陰極ボア3a内のCd蒸気は、すべ
て元の金属溜7に戻ってくる。その結果、陰極ボア3a
内はHeガスのみの放電となり、ホロー陰極3の内面も
Heイオンのスパッタリングによってきれいになる。こ
のとき、ホロー陰極3はいまだ放電熱によって熱せられ
ているため、その輻射熱で主陽極5の先端部分は焼かれ
、Cd膜の付着はなく電気絶縁は保たれる。
なお、ブリュースタ窓2へのCd蒸気の拡散を防ぐため
に、放電通路13内の電気泳動効果によって、その蒸気
の吹き出しを抑えている。
第2図に示すように、主陽極5の先端は電気絶縁物の前
記円筒壁7aでおおわれ、放電が拡がることを防ぐとと
もに、円筒壁7a内に生ずる陽光柱放電によって、その
内面にCdやスパッタ生成膜12が付着するのを防 、
いでいる。なお、レーザ動作の立上がり時間は、金属溜
7の大きさや保温材10の種類により変わる。
第3図は、本発明の第2の実施例を示しており、レーザ
管が熱によってその管軸がそるのを防ぐために、金属溜
107をレーザ管101の左右に交互に配置した場合の
横断面図である。なお、第1の実施例と同様の箇所には
、同じ符号を記す。この場合、左右で均等に膨張するの
で、レーザ管101は反らない。
ところで、第1と第2の実施例において、ホロー陰極3
の肉厚は、真直な光軸を得るために反ることのないよう
に最大限3mg+程度確保すると好ましいが、ホロー陰
極3の加熱立上り時間を短くすることを考慮すると3I
l1mより薄くした方がよい。
ただ、あまり薄くしすぎると、穴4の周辺が加熱してホ
ロー陰極3の他の部分と穴4部分との間に大きな温度勾
配が生じて好ましくないので、この点を踏まえてホロー
陰極3の肉厚を決定する必要がある。
上述したように、本発明に係るホロー陰極型金属イオン
レーザは、Heガスのスパッタリングによってホロー陰
極3の内面を絶えず孝れい(クリーニング)にしており
、そのスパッタリング生成物が陰極ボア3a内に蓄積覆
ることを防いでいる。また、金属溜7の温度を外部より
制御して金属イオン発生材料8の蒸気圧を最適に設定し
、その蒸気圧はホロー陰極の温度とは独立に制御できる
。なおし−ザ動作を終了するときは、一度蒸発させた金
属蒸気をふたたび元の金属溜に回収でき、金属イオン発
生材料の拡散損失を極力抑えている。
また主陽極5は金属溜7の上部に設は両者を同時に加熱
し、更にはその先端部分を放電の電気泳動効果によって
焼けるので、レーザ動作中もその終了時もその先端部分
に金属が付着汚染することはなく、電気絶縁は保たれる
また、その材料の厚みをうすくして単に穴4を設けるだ
けの構造なので、放電熱によってすぐにホロー陰極3の
温度が最適値に達することができ、レーザ発振までの所
要時間は実用化されている青色発光の陽光柱型He−C
dイオンレーザと同程度である。
なおホロー陰極型の場合は青以外に更に緑と赤を発振さ
せることができる。また構造上さらに立ち上り時間を早
めることも可能である。
さらに、金属溜7をホロー陰極3の外で放電空間の下に
配置したため、レーザ管を組み立てた後、陰極3と金属
溜7に納めた金属イオン発生材料8を別々に焼き出しす
ることができる。
泣」し生力」し 以上説明したように、本発明に係るホロー陰極型金属イ
オンレーザは、導電性パイプからなる小ロー陰極の側面
にある穴ごとに、陽極とその放電空間を配向し、この放
電空間の下にレーザ用金属イオンの発生材料を収納する
金属溜を設け、放電空間全体をヒータで加熱する構成で
ある。スパッタ生成物はホローFB極外に蓄積させ、陰
極ボア内に最適な蒸気圧で金属蒸気を送り込むことがで
き、ホロー陰極に金属蒸気が付着せず、単純な構造であ
りながら長時間にわたり、光3原色の安定なレーザ光が
得られる従来にない優れた効果がある。
【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第1の実施例
で、金属溜をレーザ管の下側に配列したときの断面図、
第2図は同レーザ管の要部拡大断面図、第3図は金属溜
をレーザ管の左右交互に配置した第2の実施例の横断面
図である。 1.101.、、、、レーザ管 2.0.、、、、、、ブリュースタ窓 3、、、、、、、、、ホロー陰極 4、、、、、、、、、ホロー陰極の側面の穴5、、、、
、、、、、主1’i極 −6,、、、、、、、、補助陽極 7.107.、、、、金属溜 8、、、、、、、、、金属イオン発生材料9、、、、、
、、、、  ヒータ 10、、、、.01.保温材

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 負グロー放電を用いてレーザ光を発生させ るホロー陰極型金属イオンレーザにおいて、導電性のパ
    イプからなるホロー陰極の側面に、放電プラズマと金属
    蒸気の送りこみ用の穴を設け、各穴ごとに陽極とこの陽
    極の放電空間を配置し、その放電空間の下にレーザ用金
    属イオンの発生材料を収納する金属溜を設け、各放電空
    間と金属溜をヒータで加熱する構成としたことを特徴と
    するホロー陰極型金属イオンレーザ。
JP21266784A 1984-10-12 1984-10-12 ホロ−陰極型金属イオンレ−ザ Granted JPS6191981A (ja)

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EP85306812A EP0178810B1 (en) 1984-10-12 1985-09-25 A hollow-cathode type metal ion laser
DE8585306812T DE3581779D1 (de) 1984-10-12 1985-09-25 Metallionenlaser vom hohlkathodentyp.
CA000491713A CA1248211A (en) 1984-10-12 1985-09-27 Hollow-cathode type metal ion laser
US07/244,592 US4821280A (en) 1984-10-12 1988-09-13 Hollow-cathode type metal ion laser

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS498198A (ja) * 1972-05-10 1974-01-24

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS498198A (ja) * 1972-05-10 1974-01-24

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