JPS6197883A - Metallic vapor laser - Google Patents

Metallic vapor laser

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Publication number
JPS6197883A
JPS6197883A JP21920884A JP21920884A JPS6197883A JP S6197883 A JPS6197883 A JP S6197883A JP 21920884 A JP21920884 A JP 21920884A JP 21920884 A JP21920884 A JP 21920884A JP S6197883 A JPS6197883 A JP S6197883A
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JP
Japan
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ceramic tube
container
laser
metal
bellows
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JP21920884A
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Japanese (ja)
Inventor
Iwao Miura
巌 三浦
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To contrive to improve the reliability by preventing the decrease in vacuum-holding function even when the end of a ceramic tube comes to high temperatures, by a method wherein this end is metallized, and a bellows is brazed to the metallized part with metal. CONSTITUTION:A ceramic-tube flange 54 is brazed 53 with metal to the metallized surface 52 formed in the outer periphery at the end of the ceramic tube 4. A flange 51 for the bellows 7 is welded 56 to a cathode side container 19; next, a flange 50 on the opposite side of the bellows 7 is welded to said flange 54. This can prevent the unfavorableness such as the decrease in vacuum degree in the ceramic tube 4 and thus improves the reliability of laser oscillation.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、可視領域の発振波長を持ち、高効率で高いレ
ーザ出力が得られ、金属ウランの同位体分離技術等に応
用される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 a metal vapor laser that has an oscillation wavelength in the visible region, can obtain high efficiency and high laser output, and is applied to isotope separation technology of metallic uranium, etc. Regarding.

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

従来、金属蒸気レーザは第3図に示す如く、大きく分け
て放電管本体とその外部磯構とから構成されている。即
ち、放電管本体は、ガス供給器1から供給されるバッフ
ァガス(He、Ne等)及び陰極2と陽極3との間に印
加されるパルス高電圧により発生される放電によって内
部に設@された金属粒16を加熱蒸発させる耐熱性セラ
ミック管4と、放電部5を0リング6及びベローズ7に
より真空隔離している断熱室8と、断熱室8内に収容さ
れた熱′aVi板9と、ざらにレーザ光取出し用のブリ
ュースター窓10とから構成されている。
Conventionally, a metal vapor laser is mainly composed of a discharge tube body and an external rock structure, as shown in FIG. That is, the discharge tube body is internally set up by the discharge generated by the buffer gas (He, Ne, etc.) supplied from the gas supply device 1 and the pulsed high voltage applied between the cathode 2 and the anode 3. A heat-resistant ceramic tube 4 that heats and evaporates the metal particles 16, a heat-insulating chamber 8 that vacuum-isolates the discharge section 5 by an O-ring 6 and a bellows 7, and a heat-resistant ceramic tube 4 that is housed in the heat-insulating chamber 8. , and a Brewster window 10 for extracting laser light.

また、外部機構としては、放電部5にのみバッフ7ガス
を導入するガス供給器1、放電部5及び断熱室8をそれ
ぞれ別個のロータリーポンプ11゜12により排気する
真空排気系、高圧DC電源及び高速スイッチング回路か
らなるパルス高電圧電源13、さらに全反射ミラー14
と出力ミラー15とが作る光共振器、放電管本体を冷却
する水冷配管18等が設けられている。
The external mechanisms include a gas supply device 1 that introduces the buff 7 gas only into the discharge section 5, a vacuum exhaust system that evacuates the discharge section 5 and the heat insulation chamber 8 by separate rotary pumps 11 and 12, a high-voltage DC power source, and a A pulse high voltage power supply 13 consisting of a high-speed switching circuit, and a total reflection mirror 14
An optical resonator formed by the output mirror 15 and a water cooling pipe 18 for cooling the discharge tube body are provided.

上記の構成において、レーザ媒質となる金属蒸気は、放
電プラズマの接触によってセラミック管4が金属沸点ま
で加熱され、セラミック管4の内部に設置された金属粒
16が蒸発することによって得られる。この金属蒸気は
、セラミック管4内に一様に1014〜101’[α°
3]の密度で分布し、放電プラズマ中の電子により励起
されることによりその金属特有の波長の光を放出する。
In the above configuration, the metal vapor serving as the laser medium is obtained by heating the ceramic tube 4 to the boiling point of the metal through contact with the discharge plasma and vaporizing the metal grains 16 placed inside the ceramic tube 4. This metal vapor is uniformly distributed in the ceramic tube 4 from 1014 to 101'[α°
3], and when excited by electrons in the discharge plasma, it emits light with a wavelength unique to the metal.

そして、放電管本体の両端に置かれた全反射ミラー14
と出力ミラー15とからなる光共振器で光が増幅され、
出力ミラー15側よりレーザ光となって取出されるもの
となっている。なお、上記の放電は、セラミック管4内
に導入されたバッファガスと電極2.3間に印加される
電圧数〜10数[KVコ、繰返し周波数数〜10数[K
Hz]のパルス2極放電である。
Total reflection mirrors 14 placed at both ends of the discharge tube body
The light is amplified by an optical resonator consisting of an output mirror 15 and an output mirror 15.
The laser light is extracted from the output mirror 15 side. The above-mentioned discharge is caused by the voltage applied between the buffer gas introduced into the ceramic tube 4 and the electrodes 2.3 to 10 [KV], and the repetition frequency to 10 [K
Hz] is a pulsed bipolar discharge.

しかしながら、この種の従来装置にあっては次のような
問題があった。即ち、セラミック管4とベローズ7との
シールにはOリング6が用いられているが、セラミック
管4の内部の温度は中心部付近で約1400[℃]、l
58I!付近で約300[”C]である。このため、O
りング6が焼けたり、セラミック管4の熱膨張のために
0リング6の性能が悪くなり、真空度保持礪能を劣化さ
せ、レーザ発振特性に悪影響を及ぼす等の問題があった
However, this type of conventional device has the following problems. That is, although the O-ring 6 is used to seal between the ceramic tube 4 and the bellows 7, the temperature inside the ceramic tube 4 is approximately 1400 [°C] and l
58I! It is about 300 [''C] near the area. Therefore, O
There were problems such as burning of the O-ring 6 and deterioration of the performance of the O-ring 6 due to thermal expansion of the ceramic tube 4, degrading the ability to maintain the vacuum level and adversely affecting the laser oscillation characteristics.

〔発明の目的〕、1 本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、セラミック管の端部が高温(数i o
oo℃)になっても真空保持振能が低下するのを防止で
き、信頼性の向上をはかり得る金属蒸気レーザを提供す
ることにある。
[Object of the Invention], 1 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to prevent the end of the ceramic tube from reaching a high temperature (several i o
It is an object of the present invention to provide a metal vapor laser which can prevent a decrease in vacuum holding performance even if the temperature reaches 00°C and can improve reliability.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の骨子は、熱に弱い0リングの代りに金属のロー
付けによりセラミック管とベローズとの接続を行うこと
にある。
The gist of the present invention is to connect the ceramic tube and the bellows by metal brazing instead of using a heat-sensitive O-ring.

即ち本発明は、陰極容器及び陽極容器を絶縁管で接続し
てなり且つその両端にブリュースター窓を形成してなる
レーザ管容器と、この容器内に配置されパルス高圧電源
が接続される陰極及び陽極と、上記容器内に該容器とベ
ローズを介して接続されたセラミック管と、上記容器の
外側に配置された全反射ミラー及び出力ミラーとを具備
してなり、上記セラミック管内に設置した金属粒を放電
加熱により蒸発させて金属蒸気とし、この金属蒸気を放
電プラズマ中の電子により励起°してレーザを発生する
金属蒸気シー1ザにおいて、前記セラミック管の端部を
メタライズし、該メタライズ部分に前記ベローズを金属
によりロー付けするようにしたものである。
That is, the present invention provides a laser tube container comprising a cathode container and an anode container connected by an insulating tube and Brewster windows formed at both ends thereof, and a cathode and anode disposed inside the container and connected to a pulsed high voltage power source. an anode, a ceramic tube connected to the container via a bellows, and a total reflection mirror and an output mirror placed outside the container, and metal particles placed in the ceramic tube. is evaporated by discharge heating to become metal vapor, and this metal vapor is excited by electrons in discharge plasma to generate a laser.In a metal vapor sheather, the end of the ceramic tube is metallized, and the metalized portion is heated. The bellows is brazed with metal.

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

以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。 Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.

第1図は本発明の一実施例に係わる金属蒸気レーザの概
略構成を示す断面図である。なお、第3図と同一部分に
は同一符号を付して、その詳しl/X説明は省略する。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a metal vapor laser according to an embodiment of the present invention. Note that the same parts as in FIG. 3 are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

この実施例が第3図に示した従来装置と異なる点は、セ
ラミック管4とベローズ7との接続にあり、他の部分の
構成は第3図と同様である。即ち、陰極側容器1つと陽
極側容器20とを絶縁管17を介して接続し、その両端
にブリュースター窓10を設けてレーザ管容器23が形
成されている。レーザ、管容器23内には放電部5に金
属粒16を設置したセラミック管4がベローズ7を介し
て接続され、セラミック管4の両端にはパルス高電圧電
源13に接続される陰極2及び陽極3がそれぞれ設けら
れている。断熱室8には熱遮蔽板9が配置されている。
This embodiment differs from the conventional device shown in FIG. 3 in the connection between the ceramic tube 4 and the bellows 7, and the configuration of other parts is the same as that in FIG. That is, one cathode-side container and an anode-side container 20 are connected via an insulating tube 17, and Brewster windows 10 are provided at both ends to form a laser tube container 23. A ceramic tube 4 in which metal grains 16 are installed in a discharge section 5 is connected to the laser tube vessel 23 via a bellows 7, and a cathode 2 and an anode connected to a pulsed high voltage power source 13 are connected to both ends of the ceramic tube 4. 3 are provided respectively. A heat shield plate 9 is arranged in the heat insulation chamber 8.

また、レーザ管容器23にはロータリーポンプ11.1
2とガス供給器1が接続される。また、ブリュースタ−
窓10の外側にはレーザ光を反射するための全反射ミラ
ー14及びレーザ光を取出すための出力ミラー15が配
置されている。また、レーザ管容器23の外周には冷却
用水冷配管18が設置されている。
In addition, the laser tube container 23 includes a rotary pump 11.1.
2 and the gas supply device 1 are connected. Also, Brewster
A total reflection mirror 14 for reflecting the laser beam and an output mirror 15 for extracting the laser beam are arranged outside the window 10. Further, a water cooling pipe 18 for cooling is installed on the outer periphery of the laser tube container 23 .

さて、前記セラミック管4とベローズ7とは、第2図に
示す如く接続されている。即ち、セラミック管4の端部
外周面に施されたメタライズ面52にセラミック管用フ
ランジ54が金属によりロー付けされる。53がロー付
は部分である。まず、ベローズ7のフランジ51は陰極
側容器19に溶接される。56が溶接部分である。次に
、ベローズ7の反対側のフランジ50と前記セラミック
管フランジ54とが溶接される。55が溶接部分である
Now, the ceramic tube 4 and the bellows 7 are connected as shown in FIG. That is, the ceramic tube flange 54 is metal-brazed to the metallized surface 52 provided on the outer peripheral surface of the end portion of the ceramic tube 4. 53 is the brazed part. First, the flange 51 of the bellows 7 is welded to the cathode side container 19. 56 is a welded portion. Next, the flange 50 on the opposite side of the bellows 7 and the ceramic tube flange 54 are welded. 55 is a welded portion.

ここで、セラミック管4は金属粒16の沸点温度まで使
用可能な高耐熱性セラミックである。熱遮蔽板9にはタ
ンタル或いはニッケル板等が使用される。電極2.3に
はタンタルが使用される。
Here, the ceramic tube 4 is a highly heat-resistant ceramic that can be used up to the boiling point temperature of the metal particles 16. The heat shield plate 9 is made of tantalum or nickel plate. Tantalum is used for electrode 2.3.

パルス高電圧電源13は高圧直流電源(図示せず)と高
速スイッチング回路(図示せず)からなる。
The pulsed high voltage power supply 13 consists of a high voltage DC power supply (not shown) and a high speed switching circuit (not shown).

ガス供給器1はHe、 Ne等のバッファガスを供給す
るものである。
The gas supply device 1 supplies a buffer gas such as He or Ne.

次に、上記構成された実施例レーザの作用について説明
する。まず、放電部5と断熱室8とがロータリーポンプ
11.12により排気された後、ガス供給器1により放
電部5にバッファガスが供給される。放電部5では、パ
ルス高電圧電源13から電極2,3間に供給される電圧
数〜10数[KV]、繰返し周波数数〜10数[Kt−
1z)のパルスによるパルス2極放電を起こす。
Next, the operation of the embodiment laser configured as described above will be explained. First, after the discharge section 5 and the heat insulation chamber 8 are evacuated by the rotary pumps 11 and 12, buffer gas is supplied to the discharge section 5 by the gas supply device 1. In the discharge section 5, the number of voltages supplied between the electrodes 2 and 3 from the pulse high voltage power supply 13 is ~10 [KV], and the repetition frequency is ~10 [Kt-].
A pulsed bipolar discharge is caused by the pulse of 1z).

レーザ媒質となる金属蒸気は、放電プラズマの接触によ
ってセラミック管4が高温に加熱し、内部に設置された
金属粒16が蒸発することにより得られる。この金属蒸
気は、セラミック管4内の放電部5に一様に10” 〜
10” a Ccuv3コの密度で分布し、放電プラズ
マ中の電子により励起され、その金属特有の波長の光を
発光する。この     光は、ブリュースター窓10
の外側に置かれた全反射ミラー14及び出力ミラー15
からなる光共振器で増幅され、出力ミラー15側からレ
ーザ光として取出されることになる。
The metal vapor serving as the laser medium is obtained when the ceramic tube 4 is heated to a high temperature by contact with the discharge plasma, and the metal grains 16 placed inside are evaporated. This metal vapor is uniformly distributed in the discharge section 5 within the ceramic tube 4 at a depth of 10"~
Distributed at a density of 10" a Ccuv3, it is excited by electrons in the discharge plasma and emits light with a wavelength unique to the metal. This light is transmitted through the Brewster window 10.
A total reflection mirror 14 and an output mirror 15 placed outside the
The light is amplified by an optical resonator consisting of the following, and is extracted as a laser light from the output mirror 15 side.

レーザ発振中はセラミック管4の中心部付近は非常に高
温であり、端部もかなり高い温度となる。
During laser oscillation, the temperature near the center of the ceramic tube 4 is extremely high, and the temperature at the ends is also quite high.

ここで、セラミック管4とベローズ7との接続を金属の
ロー付けにより行っているので、従来のようにOリング
を用いた場合のように高温によりOリングの性能が悪く
なり、真空度が低下する等の不都合を避けることができ
る。また、セラミック管4の温度上昇に伴いセラミック
管4の線膨張が大きくなるが、このセラミック管4に接
続されたベローズ7が伸びて、この線膨張による伸びを
吸収する。
Here, since the connection between the ceramic tube 4 and the bellows 7 is made by metal brazing, the performance of the O-ring deteriorates due to high temperature and the degree of vacuum decreases, unlike when an O-ring is used in the conventional case. You can avoid inconveniences such as Further, as the temperature of the ceramic tube 4 increases, the linear expansion of the ceramic tube 4 increases, but the bellows 7 connected to the ceramic tube 4 expands to absorb the expansion due to this linear expansion.

かくして本実施例によれば、セラミック管4が高1にな
っても、セラミック管4内の真空度が低下する等の不都
合を未然に防止することができ、レーザ発振の信頼性の
向上をはかり得る。
Thus, according to this embodiment, even if the ceramic tube 4 becomes high 1, it is possible to prevent problems such as a decrease in the degree of vacuum inside the ceramic tube 4, thereby improving the reliability of laser oscillation. obtain.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施す
ることができる。例えば、前記セラミック管のメタライ
ズ部分にフランジをロー付けすることなく、ベローズを
直接ロー付けするようにしてもよい。また、ロー付けの
ための金属としては、銀その他の金属を適宜選択すれば
よい。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof. For example, the bellows may be brazed directly to the metallized portion of the ceramic tube without brazing the flange. Further, as the metal for brazing, silver or other metal may be appropriately selected.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、セラミック管とベ
ローズとを金属によりロー付けしているので、高温度に
よるレーザ管の伸びを吸収することができ、より高温或
いは長時間使用して、または多くの温度サイクルに対し
ても真空保持の性能劣化を防止することができ、レーザ
発振管の信頼性の向上及び長寿命化をはかり得る。
As explained above, according to the present invention, since the ceramic tube and the bellows are brazed with metal, the elongation of the laser tube due to high temperatures can be absorbed, and it is possible to Deterioration of vacuum maintenance performance can be prevented even under many temperature cycles, and reliability and longevity of the laser oscillation tube can be improved.

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

第1図は本発明の一実施例に係わる金属蒸気レーザの概
略構成を示す断面図、第2図は上記レーザの要部構成を
拡大して示す断面図、第3図は従来レーザの概略構成を
示す断面図である。 1・・・ガス供給器、2.3・・・電極、4・・・セラ
ミック管、5・・・放電部、6・・・Oリング、7・・
・ベローズ、8・・・断熱室、9・・・熱遮蔽板、10
・・・ブリュースタ−窓、11.12・・・ロータリー
ポンプ、13・・・パルス高電圧発生上、14・・・全
反射ミラー、15・・・出力ミラー、16・・・金属粒
、17・・・絶縁管、18・・・水冷配管、19・・・
陰極側容器、20・・・陽極側容器、23・・・レーザ
管容器、50.51・・・ベローズフランジ、52・・
・メタライズ面、54・・・セラミック管フランジ、5
5.56・・・溶接部、53・・・ロー付は部。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a metal vapor laser according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing an enlarged configuration of the main parts of the laser, and FIG. 3 is a schematic configuration of a conventional laser. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Gas supply device, 2.3... Electrode, 4... Ceramic tube, 5... Discharge part, 6... O-ring, 7...
・Bellows, 8...Insulation chamber, 9...Heat shielding plate, 10
... Brewster window, 11.12 ... Rotary pump, 13 ... Pulse high voltage generation, 14 ... Total reflection mirror, 15 ... Output mirror, 16 ... Metal particles, 17 ...Insulation tube, 18...Water cooling pipe, 19...
Cathode side container, 20... Anode side container, 23... Laser tube container, 50.51... Bellows flange, 52...
・Metallized surface, 54... Ceramic pipe flange, 5
5.56... Welded part, 53... Brazed part.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)陰極容器及び陽極容器を絶縁管で接続してなり且
つその両端にブリュースター窓を形成してなるレーザ管
容器と、この容器内に配置されパルス高圧電源が接続さ
れる陰極及び陽極と、上記容器内に該容器とベローズを
介して接続されたセラミック管と、上記容器の外側に配
置された全反射ミラー及び出力ミラーとを具備してなり
、上記セラミック管内に設置した金属粒を放電加熱によ
り蒸発させて金属蒸気とし、この金属蒸気を放電プラズ
マ中の電子により励起してレーザを発生する金属蒸気レ
ーザにおいて、前記セラミック管の端部はメタライズさ
れ、該メタライズ部分に前記ベローズが金属によりロー
付けされていることを特徴とする金属蒸気レーザ。
(1) A laser tube container formed by connecting a cathode container and an anode container with an insulating tube and forming a Brewster window at both ends thereof, and a cathode and anode arranged in this container and connected to a pulsed high-voltage power source. , comprising a ceramic tube connected to the container via a bellows in the container, and a total reflection mirror and an output mirror placed outside the container, and the metal particles placed in the ceramic tube are discharged. In a metal vapor laser that generates a laser by evaporating the metal vapor by heating and exciting this metal vapor with electrons in discharge plasma, the end of the ceramic tube is metallized, and the bellows is attached to the metallized portion by metal. A metal vapor laser characterized by being brazed.
(2)前記セラミック管の端部にはセラミック管用フラ
ンジが金属によりロー付けされ、このフランジに前記ベ
ローズ用フランジが金属によりロー付けされていること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の金属蒸気レー
ザ。
(2) A ceramic tube flange is brazed with metal to the end of the ceramic tube, and the bellows flange is brazed with metal to this flange. Metal vapor laser.
(3)前記セラミック管は、前記レーザ容器の陰極容器
に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の金属蒸気レーザ。
(3) The ceramic tube is connected to the cathode container of the laser container.
Metal vapor laser as described in section.
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