JPS63171640A - エキシマの形成方法と装置およびレーザへの応用 - 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】 本発明は、高繰返し速度を有するパルス式または連続式
のレーザにおいて、紫外域または可視域で放射する光源
として使用し得るエキシマを形成する方法と装置に係る
。

本発明はレーザ一般、特定的には強力で高効率のレーザ
、より特定的には光化学、遠隔通信、制御融解等の分野
に応用し得るものである。

可視波長および紫外波長の分野におけるガスレーザまた
はエキシマの開発がここ１０年間注目を集めて来ている
。これは波長の帯域幅が大きく、しかもレーザ放射のス
ペクトル域が狭い（数ナノメートル）ことが−因である
。

エキシマとは気体状態にある励起化学種であり、下方遷
移の際に発光しながら化学的に解離することができる。

これはエキシマの励起状態とわずかに結合した正常状態
（はぼ１００〜３００ａＲ、）との間の電子遷移に相当
する。

正常状態での分子は化学的解離が非常に速いため、分布
の反転を容易に実現でき、有効誘導放射部分の値が高く
なる（はぼ１Ｏ、６ｃｉ）。

エキシマレーザの原理と特徴に関する全般的説明につい
ては、Ｌａ５ｅｒ　Ｈｇｎｄｂｏｏｋ、　Ｈ，Ｌ、５ｔ
ｉｔｃｈｆＩ。

Ｎｏｒｔｈ　Ｈｏ１ｌａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　
Ｃｏｎ＋ｐａｎｙ　１９７９　、　１３５〜１９７頁に
掲載のＪ、Ｊ、Ｅｗｉｎｇ論文、［エキシマレ−ザ」を
参照されたい。

エキシマレーザにおける活性媒体は、Ｒをキセノンのよ
うな稀ガス、ＸＹを一般的にＣ１２゜Ｆ２．ＨＣｊ！、
ＨＦのようなハロゲン化二原子気体分子とする時の混合
ガスＲ＋ＸＹによって構成される。この活性媒体を、Ｒ
と同一または異種の稀ガスによって構成される緩衝ガス
に混合する。

気体状反応物質Ｒ，ＸＹの何れか一方を光ボンピング、
または電子衝撃または放電によって励起またはイオン化
し、励起した反応物質を他の反応体と衝突させて励起状
態の稀ガスハロゲン化物ＲＹ”を生成し、これをレーザ
発光の先駆体とする。

生成物ＲＹ”は主として、ＢおよびＣと称する２つの励
起電子状態において形成されるが、レーザ発光はＢのレ
ベルとＸの正常レベルとの間の電子遷移に相当する。こ
のレーザ発振は主として、緩衝ガスを補助としてＢの励
起状態（Ｖ−０）から生じる。

反応機構を概略的に示すと次のようになる。

電子Ｒ”＋ＸＹ　　＋Ｍ笥突 Ｒ＋ＸＹ＋Ｍ−）Ｒ＋ＸＹ”　＋Ｍ−＋衝撃Ｒ”　＋Ｘ
Ｙ−＋Ｍ 衝突 ＲＹ”　　（Ｂ、Ｃ）＋Ｘ＋Ｍ−’ 緩和 ＲＹ”　　（Ｂ、Ｖ−０）Ｘ＋Ｍ−”−Ｒ＋Ｙ＋、Ｘ＋
Ｍこの時Ｍは混合物Ｒ＋ＸＹを混和する緩衝ガスである
。

第１図はＲ−ＸｅおよびｘＹ−Ｃ１２の場合のＸｅＣｌ
＊の電位曲線を示す。これらの曲線は上の反応機構を表
すものであり、特にＪ、Ｃｈｅｌｌ、Ｐｈｙｓ、６９゜
１９７８、　ｐｐ２２０９に掲載のＰ、Ｊ、ＨｇＶ他論
文、［キセノンハロゲン化物の共有ソニック状態］に発
表されたものである。これらの曲線では、単位ｎｌでの
ＸｅＣｌ＊の結合距１ｒの関数として、結合エネルギー
Ｅを単位ｅｖで示している。

第１図はシステムＸｅＣｌ＊の電位曲線である。

起＋　　２ 状！！！（曲線１）がＸｅ（Ｐ）およびＣ１１の状態に
相当する。曲線１から分かるように、エキシマＸｅＣＪ
！”（Ｂ）の結合エネルギーは、結合されていないＸｅ
　とＣｊ−のものより低い。

曲線２は非励起状態のキセノン分子と塩素分子の結合エ
ネルギーを示す。

矢印Ｆによって象徴化して示す放射は、エキシｖＸｅｃ
ｊ”　　（Ｂ、Ｖ−０）の脱遷移によるものであり、放
射に伴なってエキシマＸｅＣｌ＊＊は非励起状態のキセ
ノン原子と塩素原子に解離する（曲線２）。放射される
光の波長は３０８ｎｍである。

現在周知のエキシマレーザの欠点の１つに、抽出レーザ
エネルギーと電子衝撃の間に活性媒体によって吸収され
るエネルギーとの比率によって決定される効率が１％に
過ぎないことがある。

既存のエキシマレーザのもつ他の主な欠点として、出発
ガスの再生が不十分であるため高周波数での動作が困難
になり、連続動作も不可能になるということがある。特
にガスの再循環を換気装置で行なうのが普通であるため
、単位時間当りのレーザパルス数が限定され、レーザの
繰返し速度は約１００ＨＺとなる。

励起反応物質（例えばＲ”）と他の反応体（ＸＹ）との
間の衝突確率を高めて強力レーザを獲得するためには、
反応物質の圧力を高く（はぼ１０４Ｐａに）する必要が
ある。同様に緩衝ガスの圧力も高く（はぼ１０５ｐａに
）して、形成されたエキシマの振動緩和をする必要があ
る。

残念ながら、高圧力媒体の中で２種類の反応物質の一方
のみを励起するように放電の発生を制御するのは困難で
ある。また放電を有効に生じるために従来使用されてい
る電圧は、２５〜３０ＫＶの高電圧である。

ガス流量を大きくし、かつ活性媒体の補充を一定にする
ために、超音速流レーザが開発された。

これ辷ツイテはＪ、ｏｒ　Ｃｅｔｈｅｄｅｃ　１９．特
別号１９８２゜２月、　ｐ０５５−８０に掲載されたＢ
、ＦＯｎｔａｉｎｅ　ｅｔ　ａｔ論文［新型極低温高密
度超音速レーザ］、およびＥｎｔｒＯｐｉｅ、　ＮＯ，
８９−９０，１９７９，ｐｐ、１１８−　１２５に掲載
されたＢ、Ｆｏｎｔａｉｎｅ　ｅｔ　ａｌ論文、［超音
速気流を有するエキシマレーザ」に詳しい。

この装置では、ラバルノズルを用いて超音速流が獲得さ
れ、反応物質Ｒ，ＸＹの何れか一方を励起するために使
用する放電が、電子ビームまたはＸ線によって安定化さ
れるか補助される。反応図は先に示したものと同様であ
る。

さらに、超音速流におけるガス密度（または圧力）はや
はり高く維持して、励起反応物質と他の反応体との間の
衝突および種ＲＹ”　　（Ｂ、Ｃ）の緩和を助けるよう
にしなければならない。残念ながら超音速膨張によるガ
スの冷却が反応物質問に凝集体を形成する一因となり、
エキシマＲＹ”の形成に使用できる反応物質の濃度が制
限される結果となる。

特に反応混合体がＸｅ＋ＨＣｊ！の場合は、ｎを２より
も大きい正の整数とする時の（ＨＣ１）。の凝集体の形
成が多くなる。このような凝集体による欠点にライては
、＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、３６（３）、１．２
゜１９８０　ＤＩ）、　１８５、８７に掲載の８．　Ｆ
ｏｎｔａｉｎｅ論文「３０８ｎｍでの高比出力長パルス
超音速流ＸｅＣル−ザ」に詳しく記載されている。

発明者らは、（ＨＣｊ）ｎの凝集体が形成されるのは、
ＨＣｊ分子の極性が高いことによるものであるという知
見を得た。

その他の凝集体やＲ”（例えばｘ０２＋）形の均質錯体
もイオン・分子反応を介して生成されるものであり、超
音速流の温度圧力条件の下ではその有効部分が非常に大
きくなる。これら２つの効果によるレーザ効率の低下は
ほぼ２．５％である。

上記の超音速流レーザにおけるガス流速のマツへ数は１
〜３の間である。このマツへ数はエキシマを得るために
必要な程度に反応物質問の衝突を行なわせるにはむしろ
低い数値である。単位時間当りの衝突数Ｐは、マツへ数
に関してＰ　！　Ｍ　’と減少関数になるためである。

また、周知の超音速流レーザでは電子銃やｘａ発生＠装
を使用するために構造が複雑化し、コスト高になるとい
う欠点もある。

これまで、エキシマの数を多くして最大の光エネルギー
を獲得するための努力は、全て反応物質間の衝突を生じ
る方向に向けられて来た。ところが発明者らは、Ｂ、Ｆ
Ｏｎｔａｉｎｅｉ　ｅｔ　ａｌの論文の追求した目的及
び多くの理論とは異なり、反応物質問の衝突を離れ、超
音速流のマツへ数を大きくすると共に弱く分極するか非
極性の分子により形成される反応混合物を用いることに
よって、混合ガス中のＲ−ＸＹ形のファンデルワールス
錯体の数を多くすることに努めた。さらにこれらのファ
ンデルワールス錯体の直接励起も追究した。その結果、
発明者らはスペクトルバンド幅の狭い（約１０ｎｍ）エ
キシマの放射を得ることに成功した。

ファンデルワールス錯体（Ｘｅ−Ｂｒ、Ｘｅ一Ｃｌ２）
の形成とこれらの錯体の光励起とが、１９８６年　４月
１５日発行のＪ　、　Ｃｈｅａｐ、　Ｐｈｙｓ、８４（
８）　、ｐｐ、　４７１２−４７１３に掲載のＨ、Ｂｏ
ｉｖｉｎｅａｕ　ｅｔ　ａｌ論文、［Ｘｅ−Ｂｒ２フア
ンデルワ一ルス錯体の二重光励起によるＸｅＢｒ”エキ
シマの形成」の主題になっているが、この場合の錯体の
励起は、複雑な光ボンピング装置によることに注意を要
する。

本発明は上述のような欠点を無くすることのできるエキ
シマを形成するための方法と装置に係る。

本発明で使用する装置は、エキシマの形成に電子銃や複
雑な光ボンピングを要しないため比較的構造が簡単で廉
価であり、しかも先行技術の装置に比較して効率が高い
。

本発明はまず、光放射により脱励起する際に化学的に解
離し得るエキシマを形成する方法に係り、この方法は、
ＸＹとＭを同一または異種とし、ここでＲおよびＸＹを
稀ガス原子、金属原子および多原子分子の中から選択し
たもの、Ｍを！１１１ガスとした際の混合ガスＲ＋ＸＹ
＋Ｍを圧縮する段階と、 前記圧縮ガスを少なくともマツハ数１０で超音速断熱膨
張させて、結合エネルギーがＲ−ＲおよびＸＹ−ＸＹの
結合エネルギーと少なくとも同等のファンデルワールス
錯体Ｒ−ＸＹを１１！ｉガスに混合した状態で形成する
段階と、 前記ファンデルワールス錯体を無補助の放電により直接
励起してエキシマＲＹ”を形成する段階とを含んで成る
ことを特徴とする。

マツハ数を少なくとも１０に等しい高い数値として混合
ガスを断熱膨張させ、従って該混合ガスの冷却をよくす
る（Ｔ、に’で数度）ことは、錯体Ｒ−ＸＹの濃度を高
くする上で必須条件である。

また放電が生じる領域では膨張ガスの密度または圧力が
非常に低いことを考えた場合、先行技術のように電子的
またはＸ線放射による補助や安定化を行なうことなく、
１０Ｋ　Ｖ以下で簡単な放電を使用すればよいことにな
る。

本発明による方法を実施するための装置は使用が簡単で
しかも全体的寸法が小さいため、使用する放電は横形、
即ちガス混合物の流れに対して垂直に生成される。

放電により錯体ＲＹ”を励起すると、エキシマＲＹ”の
形成に顕著な特異性（Ｂ、Ｖ≦１０）が得られることは
驚くに値する。即ち、放電は選択的励起方法ではなく、
これによってその他の多くの生成物を形成することがで
き、しかもエキシマを形成するための反応は必要でなく
なる。

本発明による反応の機構は先行技術に比較して簡単なも
のであり、概略的に示すと次のようになる。

超音波　　　　　　　　放電 Ｒ＋ＸＹ＋Ｍ＋　　　（Ｒ−ＸＹ）＋Ｍ−）ＲＹ”（Ｂ
、Ｖ≦１０）＋Ｘ＋Ｍ−）Ｒ＋Ｙ＋Ｘ＋Ｍ本発明による
方法は、結合エネルギーがＲ−Ｒ形およびＸＹ−ＹＸ形
の錯体と同等かそれ以上のＲ−ＸＹ形のファンデルワー
ルス錯体を形成し得る周知の反応性ガスの全部に応用で
きるものである。特に、非極性または微弱性のＲおよび
ＸＹ原子またはＲおよびＸＹ分子に応用することができ
る。

前出のＢ　、　Ｆｏｎｔａｔｎｅの論文にあるように、
錯体（ＨＣ１）。の形成が光の高効率化の妨げになるの
は一部にはＨＣｌの極性が高いことによるのは注意を要
する。

本発明では非極性の原子または分子を使用するため、ｍ
およびｎを正の整数とする時のＲ１−ＸＹ、形の錯体ま
たは混合凝集体の形成を最適化することができる。先行
技術と異なり、電気的励起を行なう間に超音速流の中で
生じる衝突数は非常に少ないため、イオン・分子反応は
余り行なわれない。

またＲ−ＸＹ形の混合錯体の方が結合エネルギ−が高く
従って安定しているため、正常状態でのＲ２形均１ｉｔ
ｉ体の形成も余り行なわれない。例えば、Ｘｅ２の結合
エネルギーが一！　２００３　、（Ｃ１２）２の結合エ
ネルギーがユ２５０ｃＩＲｓｘｅｃ１２８１体の結合エ
ネルギーが：　４００．　　である。

本発明による方法は多数の反応性ガスに応用できる。例
えば反応物質Ｒとしてアルゴン、クリプトン、キセノン
のような稀ガス、金属蒸気、特に水銀、カドミウム、亜
鉛、テルル、カリウムの蒸気、あるいはＣＯ８，ＮＦ　
　％ＣＯ、ＯＦ２、Ｎ２Ｃｌ０□のような微弱極性また
は非極性の多原子気体分子を使用することができる。

反応物質ＸＹについても、アルゴン、クリプトン、キセ
ノンのような稀ガス、金属蒸気、特に水銀、カドミウム
、亜鉛、カリウム、テルル等の蒸気、あるいはＣＯ８，
Ｎ２Ｃｌｏ２、Ｃ０８１ＮＦ　　、ＯＦ２のような多原
子気体分子を使用することができ、中でも好適なのが原
子の少なくとも１つがハロゲンである多原子分子、例え
ばＸをＣｌ、ＢｒまたはＦとする時のＣｊ！２、Ｂｒ　
　−Ｆ２、ＣＨ３Ｘ２．０２Ｈ５Ｘ等である。

使用し得るＲ−ＸＹの気体対として、Ｂ　、　Ｆｏｎ−
−ｔａｉｎｅおよびＪ　、　Ｊ　、　Ｅｗｉｎｇの論文
に記載のものを挙げることができる。

緩衝ガスとしては、アルゴン、ネオン、クリプトン、キ
セノン、ヘリウムのような稀ガスまたはそれらの混合物
、あるいは水銀蒸気のような金属蒸気を使用することが
できる。有利な方法としては、ＲとＭを稀ガスとし、Ｘ
Ｙをα　、Ｂｒ２およびＦ２とする。特にＲをｘｅとし
、ＸＹをＣｌ２、Ｍをヘリウムとすると錯体ｘｅ−Ｃｌ
２を直接励起してエキシマＸｅＣｊ”を得ることが可能
になる。

この他に好適な混合ガスは、Ｒに水銀、ＸＹにＣＨ３Ｃ
避２、Ｍにヘリウムを用いるものがある。

本発明によると、混合ガスの圧縮を１〜５ＭＰａの圧力
で行ない、膨張は１３５Ｐ　ａ　（Ｉ　Ｔｏｒｒ）未満
の圧力に下げて行なう。このような圧力範囲は、エキシ
マの形成に衝突を要する従来形のシステムでは到達し得
ないものである。

特にエキシマＸｅＣｊ”の形成の場合では、他に形成さ
れ得る錯体に比べてファンデルワールス組体Ｘｅ−（１
４２の形成を促進するために、混合ガスをほぼ２ＭＰａ
まで圧縮するのが望ましい。

本発明は上記方法を実施する１ｉ＠にも係る。本発明に
よるとこの装置は、圧縮室と、前記圧縮室において混合
ガスＲ＋ＸＹ＋Ｍを圧縮するための手段と、少なくとも
１つの開口部によって前記圧縮室と連通ずる膨張室と、
前記膨張室内の圧力を前記圧縮室において支配的な圧力
より十分に低くするための手段と、前記圧縮室内の前記
開口部の下流側において放電を生じるための手段とを含
んで成り、前記圧縮室と膨張室との圧力差、前記開口部
の表面積および前記圧縮室の体積が、前記混合ガスが圧
縮室に流入する際に、これを少なくともマツへ数が１０
に等しくて超音速断熱膨張させるようになっている。

本発明によるこの装置は、先行技術の装置と異なり、連
続的にまたは非常に高い繰返し速度で（約ＩＫＨ２）パ
ルス式に動作するレーザとして使用することができる。

さらにこのレーザ装置はエキシマの放射する光のエネル
ギーレベルが高いため、その光を増幅するシステムを備
える必要がない。必要に応じて光のスペクトル幅を減少
させる波長セレクタを備えることができる。

本発明によるレーザ装置は上で挙げた全ての反応性ガス
と共に使用することができる。本発明によるレーザ装置
によって形成できるエキシマ、およびそれに対応するレ
ーザ放射については、前出のＢ　、　Ｆｏｎｔａｉｎｅ
およびＪ、Ｊ、Ｅｗｉｎｇの論文に詳しく示されている
。

以下の非限定的実施態様についての詳細な説明、並びに
添付図面から、本発明のその他の特徴と利点についても
理解されよう。

第２図と第３図を参照して分かるように、本発明の連続
式エキシマレーザは、第１端部に全反射鏡５を備え他端
部に出射窓７を備える共振空洞３を含んで成る。出射窓
７は石英等によって形成され、空洞３内で放射される光
の９５％を透過する。

このレーザは例えば平行六面体状を−成し、レーザ放射
の要因である混合ガスの膨張室を構成する。

レーザ効果に関係するガスを、流速はぼ５０００７１？
／時のコンプレッサ１３の圧縮ステージ１１によってま
ず圧縮室９に導入する。圧縮ステージ１１の働きにより
、レーザ効果の先駆体としての混合ガスを１〜５ＭＰａ
の圧力までに圧縮することが可能になる。パイプ１４が
コンプレッサから圧縮混合ガスを圧縮室９へ運搬する。

圧縮前の混合ガスは、コンプレッサ１３の圧縮ステージ
１１と連結された混合容器１５に貯蔵される。

パイプ１７．１９．２１が容器１５に対してガスまたは
蒸気Ｒ，ガスまたは蒸気Ｙおよび緩衝ガスをそれぞれ供
給する。

圧縮室９内で圧縮された混合ガスは、通常２００譚の幅
ｄのように非常に細いスリット２３を介して膨張室３に
導入される。このスリット２３は空洞３の正中面に位置
している。

圧縮室９からスリット２３を通過した混合ガスは、マツ
ハ数で１０〜２０Ｇの超音速断熱膨張作用を受ける。こ
の目的で膨張室３の最小距１１１Ｄは、スリット２３の
幅ｄよりほぼ２０倍大きくする必要がある。

また空洞３の初期圧も、圧縮室９内で支配的な圧力によ
り十分低くしておく必要がある。即ち膨張室の圧力を、
１３５Ｐａ未満（＜Ｉ　Ｔｏｒｒ）　、例えば１３〜１
３５Ｐａ（１０、〜１■０「ｒ）とする。

膨張室３をこのように比較的低圧力にするのは、コンプ
レッサ１３の第２ステージ２５を構成する真空ポンプの
働きによる。空洞３内に入ってスリット２３と対向する
パイプ２６を設けることにより、膨張ガスを空洞から真
空ポンプ２５まで移動させることができる。

本発明によると、圧縮した混合ガスＭ十Ｒ＋ＸＹをマツ
ハ数で１０以上で超音速膨張させることによってファン
デルワールス錯体Ｒ−ＸＹを形成することができる。

それぞれ高圧源と大地に接続されている電極２７゜２９
を膨張室３の内部に配設し、放電を矢印Ｅによって象徴
的に示すように、矢印Ｆ゛の示すガス混合物の流れの方
向に対して垂直方向に生じることができるようにする。

放電Ｅによってファンデルワールス錯体Ｒ−ＸＹをエキ
シマＲＹ’に変換することができる。Ｒがｘｅを表しＸ
ＹがＣｊ２を表す場合、得られるエキシマはＸｅＣｌ＊
ｍであり、そのポテンシャル曲線は第１図に示す通りで
ある。

本発明によるレーザでは、ガス流が比較的大きいため、
活性媒体の補充を一定に行なうことができ、従って連続
的に光放射して矢印Ｌ（第３図）によって表すようにレ
ーザ空洞の窓７から出射することができる。

本発明によると、スリット２３の下流側のガス密度また
は圧力が比較的低い領域で放電Ｅを生じるため、５〜１
０Ｋ　Ｖの電圧を使用することが可能になる。スリット
２３から放電発生箇所までの距１１ｉｘは通常４ＪＩＩ
ＩＩである。この距離Ｘはスリット２３の幅のほぼ２０
倍とする。

膨張室３の冷間域（約１０’Ｋ）で放電を生じる電極２
７．２９は任意の形態とすることができ、例えば連続ス
リット２３の場合では円形基部を有する２つの中実円筒
形とすることができる。

また第４図に示したように、大地に並列接続した複数の
電極２９ａと高電圧源に並列接続した複数の電極２７ａ
とを用いて複数の放電を生じることも可能である。特に
、空洞３の正中面に複数のスリット２３ａまたは孔を並
べて設けることにより、レーザの圧縮室９と膨張室３と
の間の連通を図る場合には、このように電極を配設する
。スリットまたは孔２３ａを複数個設けることによって
、複数の圧縮ガス噴流を一列状に生じることができる。

本発明によると、ｌＫＨ２を超えるレーザパルス繰返し
速度を有するパルス式レーザを製造することも可能であ
る。このようなレーザを概略的に示したのが第５図であ
る。このレーザが上に説明した連続式レーザと異なる点
は、パルス式制御井３６を例えばコンプレッサ１３の圧
縮ステージ１１の下流側に配設して使用している点であ
る。弁３６は例えばスリット３８を備えた回転ドラムで
あり、前記スリットがパイプ１４の軸と整列している時
に圧縮ガスを通過させて、圧縮ステージ１１と圧縮室９
とを連結する。

ドラム３６の回転速度は周知の回転速度計４０によって
制御することができ、該速度計はそれぞれ高電圧源と大
地に接続されている放電電極２７ｂ、２９ｂとの間に並
列接続されたサイリスタ形火花ギャップ４２に適当な電
気信号を送る。火花ギャップ４２が放電する結果、電極
２７ｂと２９ｂとの間でパルス状の放電が生じる。この
放電はパルス式弁３６と同期化される。

第２Ｅ！！ｌと第３図にＷＵ遷して説明したのと同様の
超音速流装置に直径２００庫の円形ノズルを使用Ｌ　タ
場合、１００：１：１（７）比率’ｔ’Ｈｅ／Ｃ１２／
Ｘｅを混合した混合ガスを用いて３０８ｎｍでのＸｅＣ
ｌ＊＊エキシマの放射を観察することができた。

圧縮室９内のガス圧を１４バールとし、膨張室３内の圧
力を１３．５Ｐ　ａ　（１Ｏ、Ｔｏｒｒ）とした。ノズ
ルと放電箇所の距１１×を４ｍとし、ノズルの幅ｄを２
００Ｉｍとした。この時のｘ：ｄの比率はほぼ２０であ
り、マツへ数にしてほぼ２４に相当する。６ＫＶの電圧
を用いて放電を保証した。

以上のような条件下で獲得された放電スペクトルの一例
を示したのが第６図である。膨張中に形成されえるファ
ンデルワールス錯体Ｘｅ−ＣＩ２を励起することで電子
状ＢＢのエキシマＸｅＣｊ　　を選択的に生じることが
できる。これがＸｅＣＺ”　　（Ｂ、Ｖｇｌｏ）−＋Ｘ
（７）電ｉ１１移（第１図）に相当する３０８ｎｍのレ
ーザ放射の唯一の先駆体となるものである。

電子状ｆｌＢのエキシマＸｅＣｌ＊＊は比較的低温（Ｖ
≦１０）で直接形成でき、電子振動状ＩＢ、Ｃの混合か
ら撮動レベルの低い状態Ｂを分布させるのに衝突の緩和
を要する先行技術と異なることが特筆される。

八で示される３０８ｎｍでの放射の最中のスペクトル幅
はほぼ１０ローである。その他の線はＣ１２の電子的遷
移に帰することができ、特に２５８ｎｌでの放射につい
てそれが当てはまる。２５８ｎ−での発光は、圧縮ガス
の圧力を上述の条件より高い２０バールまで上げること
により、はるかに小さくして３０８ｎｉでの発光と比較
すると無視できる程度にすることができる。

１００：　１　：　１の比率でＨｅ／Ｈｇ／ＣＨ３ｃｌ
を混合するとエキシマＨＱＣｊ！”（Ｂ）の放射を得る
ことができる。

本発明によるエキシマ形成方法によって、先行技術の方
法と異なり信頼性の轟い連続式またはパルス式のレーザ
の製造が可能になり、その性能（効率、パワー、使用の
簡便さ、低電圧での放電発生の容易さ）から大きな利点
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ　ｅ　−ＣＩのポテンシャル曲線図、第２図
は本発明による連続式エキシマレーザの全体図で、レー
ザの動作部を斜視図と断面図で、一方ガスの再循環部に
ついては縮図で示す図、第３図は第２図のレーザ動作部
の■−■面に沿って取った断面図、第４図は本発明によ
る連続式レーザの動作部の変形例を示す長手断面図、第
５図は本発明によるパルス式レーザを全体的に示す線図
、第６図は本発明の方法により励起したＨｅ／Ｘｅ／Ｃ
１２混合ガスの発光スペクトルを示す図である。 ３・・・膨張室、９・・・圧縮室、１１・・・圧縮ステ
ージ、１３・・・コンプレッサ、２３．２３ａ・・・ス
リット、２５・・・真空ポンプ、２７．２９．２７ａ　
、　２９ａ・・・電極。 鳴り

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）光放射により脱励起する間に化学的に解離し得る
   エキシマを形成する方法であって、該方法が、ＲとＸＹ
   とＭとを同一または異なるものとし、ここでＲおよびＸ
   Ｙを稀ガス原子、金属原子および多原子分子の中から選
   択したもの、Ｍを緩衝ガスとした際の混合ガスＲ＋ＸＹ
   ＋Ｍを圧縮する段階と、前記圧縮ガスを少なくともマッ
   ハの数１０に等しくして超音速断熱膨張させて、結合エ
   ネルギーがＲ−ＲおよびＸＹ−ＸＹの結合エネルギーと
   少なくとも同等のファンデルワールス錯体Ｒ−ＸＹを緩
   衝ガスに混合した状態で形成する段階と、前記ファンデ
   ルワールス錯体を無補助の放電により直接励起してエキ
   シマＲＹ＾＊を形成する段階とを含んで成る方法。
2. （２）膨張した混合ガスの流れの方向に対して垂直方向
   に放電を生じることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載の方法。
3. （３）前記放電を膨張箇所の下流側のマッハ数≧１０の
   領域において生じることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の方法。
4. （４）前記混合ガスの圧縮を１〜５ＭＰａで行なうこと
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項から第３項のいず
   れか１項に記載の方法。
5. （５）ＲをＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ及びＨｇの中から選択する
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第４項の
   いずれか１項に記載の方法。
6. （６）ＸＹが非極性の多原子分子であることを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項から第５項のいずれか１項に
   記載の方法。
7. （７）ＸＹが多原子分子であり、その原子の少なくとも
   １つがハロゲンであることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項から第６項のいずれか１項に記載の方法。
8. （８）ＸをＣｌ、ＢｒおよびＦから選択したものとする
   時、ＸＹがＣｌ＿２、Ｂｒ＿２、Ｆ＿２、ＣＨ＿３Ｘ、
   ＣＨ＿２Ｘ＿２またはＣ＿２Ｈ＿５Ｘから選択されたも
   のであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から
   第７項のいずれか１項に記載の方法。
9. （９）Ｍが少なくとも１種類の稀ガスを表わすことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項から第８項のいずれか１
   項に記載の方法。
10. （１０）ＲがＨｇを表わし、ＸＹがＣＨ＿３Ｃｌを表わ
    し、ＭがＨｅを表わしていることを特徴とする、特許請
    求の範囲第１項から第９項のいずれか１項に記載の方法
    。
11. （１１）ＲがＸｅを表わし、ＸＹがＣｌ＿２を表わし、
    ＭがＨｅを表わすことを特徴とする、特許請求の範囲第
    １項に記載のエキシマＸｅＣｌ＾＊の形成方法。
12. （１２）特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれか
    １項に記載の方法を実施するための装置であって、該装
    置が圧縮室と、前記圧縮室において混合ガスＲ＋ＸＹ＋
    Ｍを圧縮するための手段と、少なくとも１つの開口部に
    よって前記圧縮室と連通する膨張室と、前記膨張室内の
    圧力を前記圧縮室において支配的な圧力より十分に低く
    するための手段と、前記圧縮室内の前記開口部の下流側
    において放電を生じるための手段とを含んで成り、前記
    圧縮室と膨張室との圧力差、前記開口部の表面積および
    前記圧縮室の体積が、前記混合ガスが圧縮室に流入する
    際にこれを少なくともマッハ数が１０に等しくて超音速
    断熱膨張するようになつていることを特徴とする装置。
13. （１３）エキシマを含む共振空洞を備えて可視域または
    紫外域で放射する強力レーザであって、該エキシマが特
    許請求の範囲第１項から第１１項のいずれか１項に記載
    の方法によって形成されるものであることを特徴とする
    強力レーザ。
14. （１４）エキシマＸｅＣｌ＾＊を含む共振空洞を備えて
    ３０８ｎｍで放射する強力レーザであって、該エキシマ
    が特許請求の範囲第１１項に記載の方法によつて形成さ
    れるものであることを特徴とする強力レーザ。