JPS63305576A - 金属蒸気レ−ザ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ガス放電によって金属を加熱、気化および
励起させてレーザ出力を得る。余尺蒸気レーザ装置に関
するものである。

［＆１来の技術］ 第１１図は、雑誌：昭和５６年度レーザー研究第９巻第
２号、「銅蒸気レーザーの製作」に示された従来の金属
蒸気レーザ装置を示す断面構成図であり、図において、
（１）は陰極端子、（２）は陽極端子、（３）は陰極、
（４）は陽極、（５）はこの内部に放電が形成される内
管、（６）はこの内９（５）から径方向への熱伝導や対
流による熱損失を抑制するための断熱材、（７）は真空
部（１１）を形成するためのシール管で、内部に放電用
のガスが充填されている。（８）はレーザ光を取り出す
窓、（９）はこれらを取り囲む金属外管、（１０）は金
属蒸気を生成する金属粒、（１１）は上記シール管（７
）から径方向への熱伝導や対流による熱損失を抑制する
ための真空部、（１２ｂ）はこれの内部にあり、上記シ
ール管（７）からの熱放射による熱損失を抑制する円筒
状の複数の高融点金属板で、この場合はモリブデンであ
る。

次に動作について説明する。陰極端子（１）と陽極端子
（２）の間にパルス電圧が印加されると、陰極（３）と
陽極（４）との間にパルス放電が発生し、内管（５）の
内部にガス放電が形成される０次いで放電により発生し
た熱は、内管（５）に伝導し、内管（５）を取り囲む断
熱材（６）、真空部（１１）、金属板（１２ｂ）により
径方向への熱の対流、伝導、放射による熱損失を極力抑
えることで、内管（５）の温度を上昇させて、内管（５
）内部に設定した金属粒（１０）を溶融して、レーザ発
振を起こすのに必要な金属蒸気を得る。この状態におい
て、パルス電圧により、金属蒸気が励起され、反転分布
を起こし、光共振器（第４図には示されていない）を両
端の窓（８）の外側に設置すれば、窓（８）を通して、
レーザ光が得られる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の金属蒸気レーザ装置は、以上のように構成さ゛れ
ているので、レーザ発振を起こす投入電力を減少させる
には、真空部（１１）内の金属板（１２ｂ）により、シ
ール管（７）からの径方向への熱放射による熱損失を減
少させなければならず、金α板（１２ｂ）の枚数を増加
することが要求される。ここで２つの相対する面の間に
おける熱放射による熱流ＩＱの関係式は以下に示すもの
である。

ε　１　　　ε　２ □（１） （ここで、Ａ：熱放射する面積、ε亀、ε２　：各面の
放射率、’ｒ、、’ｒ２：各面の温度、σ：ステファン
ボルツマン定数） 第１表は、第３図の説明図に示す一次元の熱放射モデル
を仮定した場合における、金属板（１２ｂ）の枚数の増
加に対するシール管（７）から金属外管（９）へ流れ出
る熱流量の計算例を示す。

第１表 第３図右端の記号ｎｌ、ｎ２　”・・・・ｎ、ｌ−１，
ｎｎは、金属板の番号を、Ｑはシール管（７）から金属
外管（９）へ流れ出る熱流量を示す、ここで金属板（１
２）は等間隔に配置されており１番目の金属板（ｎｌ）
は、シール管（７）に付着しており、その温度を１４０
０℃と設定した。また、ｎ番目の金属板（ｎｎ）は、金
属外管（９）に付着しており、その温度を２０℃と設定
した。金属板（１２ｂ）はすべて同じ材料を考え、その
光学的反射率は、例えばモリブデンの場合、０．８５を
用いた。さて、熱流量の計測例を示す第１表においてＮ
ｏ、ｌの場合より金属板（１２）　（図中ではＨａで示
す）の枚数を２枚増加したＮ　ｏ　、　２は、熱流量が
Ｎｏ、１に比べて１７２程度減少し、さらに、枚数が４
枚増加したＮｏ、３は、熱流量がもっと減少して、Ｎｏ
、１の１７３程度になっており、金属板の枚数を増加す
ることで、流れ出る熱流量を減少出来ることがわかる。

ここで図中のＴ、、Ｔ２゜Ｔ３　・・・・・・Ｔ７　は
、各金属板の温度を示す、ところで上記の金属板（１２
ｂ）の枚数を増加するには、各々の金属板（１２ｂ）間
の間隔を一定にして、金属外管（９）の直径を大きくす
るか、あるいは、金属外管（９）の直径を一定にして各
々の金属板（１２ｂ）間の間隔を短くする方法がある。

よって、前者の場きは、装Ｔの寸法、ｆｆ１ｆｆｉが増
大する問題点があり、後者は、金属板の構造がｔ！雑に
なり、各々の金属板（１２ｂ）間の接触や、金属板（１
２ｂ）とシール管（７）の接触等により、径方向への熱
伝導によるス（１損失が増加するなどの問題点があった
。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、シール管（７）から径方向へ流れ出る熱放射
による熱損失を減少するとともに、低い投入電力で動作
する、コンパクトな金属蒸気レーザ装置を得ることを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る金属蒸気レーザ装置は、電極間でガス放
電を起こさせる対向する一対の電極、このＴｉ１Ｋ極間
に配設され、金属蒸気を生成する金属粒子を保待する内
管、この内管を取り囲み、放電用ガスが封入されたシー
ル管、このシール管を取り囲む外管、及びこの外管と上
記シール管で形成される真空部及びこの真空部内に設け
られ光学的反射率の高い金属製反射面を少なくとも上記
シール管側に有する熱放射シールド材を備えたものであ
る。

［作用］ この発明においては、真空部内に設置した熱放射シール
ド材に光学的反射率の高い材料を使用することによりシ
ール管からの熱放射による熱損失が減少され、装置の熱
効率が良くなる。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明の一実施例を示す断面図であり、（１）
〜（１２）は、上記従来装置と全く同一のものである。

第１図において、（１２ａ）は、真空部（１１）に設け
られた熱放射シールド材（１２）を構成する１枚あるい
は複数枚の光学的反射率の高い材料を用いた金属板であ
る。第２図は、真空部（１１）に設けられた熱放射シー
ルド材（Ｉ２）を示す第１図の部分拡大断面構成図であ
る。

上記のように構成された金属蒸気レーザ装置においては
、真空部（１１）内に設置した熱放射シールド材（１２
）のうち、１枚又は複数枚の金属板（１２ａ）に光学的
反射率の高い材料を使用することにより、シール管（７
）から径方向への熱放射による熱損失が減少出来る。

第２表 第２表には、第１表と同様に（１）式を用いて計算した
、金属板の枚数と光学的反射率の構成に対する熱流量を
示す、ここで、計算上での条件は、全て第１表と同様に
設定した。金属板は光学的反射率の異なるＭａ、　Ｍｂ
、　Ｍｅの３種類の板を考えている。また、１番目の金
属板の温度、１４００　’Ｃに対して温度と波長の間数
である魚体ふく射エネルギーは、波長λｍａｘ＝Ｚμｍ
で最大値となるので、金属板の光学的反射率は、波長１
〜５μｍに対する値を用いるべきである。第２表におい
て、Ｎｏ、５゜Ｎｏ、６に示すように、Ｎ０１４の例え
ばモリブデン等の金属板Ｈａ（反射率０．８５）の一部
を銅等の金属板Ｍｂ（反射率０．９５）に置き換えるこ
とで、熱放射による熱流量をＮＯ６５で２５％、Ｎ０１
６で４０％減少することができ、さらに、Ｎｏ、２にお
いて、金属板Ｍｂの温度を銅の融点１０８５℃以下にで
きる。また、Ｎ０１７のように、銅を蒸着した面を持つ
金属板Ｍｃ　（反射率０゜９８５）を用いると、金属板
Ｈａの枚数を減少しても、熱流量は同じにすることがで
きる。よって、金属板の光学的反射率を高めることで、
低い投入電力で所定の温度を達成できるし、また、金属
板の枚数の減少４こより、上記金属外管（９）の直径を
小さくできるので、コンパクトな金属蒸気レーザ装置が
得られる。

なお、上記実施例では、真空部（１１）内に設置した金
属板のうち、１枚あるいは複数枚に、光学的反射率の高
い材料を使用したものを示したが、金属外管（９）の真
空部（１１）側の表面の光学的反射率を高めてもよい、
また、真空部（１１）内に設置した光学的反射率の高い
金属板（１２ａ）の代わりに、母材金属および絶縁物等
に、光学的反射率の高い材料をコーティングしたものを
使用してもよい。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば電極間でガス放電を起
こさせる対向する一対の電極、この電極間に配設され、
金属蒸気を生成する金属粒子を保待する内管、この内管
を取り囲み、放電用ガスが封入されたシール管、このシ
ール管を取り囲む外管、及びこの外管と上記シール管で
形成される真空部、及びこの真空部内に設けられ光学的
反射率の高い金属製反射面を少なくとも上記シール管側
に有する熱放射シールド材を備えたものにすることによ
り、熱効率の良いコンパクトな金属蒸気レーザ装置が得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による金属蒸気レーザ装
置を示す断面構成図、第２図は、第１図における熱放射
シールド部の部分拡大断面図、第３図は熱放射モデルの
説明図、第４図は従来の金属蒸気レーザ装置を示す断面
構成図である。 図において、（３）は陰極、（４）は陽極、（７）はシ
ール管、（１１）は真空部、（１２）は熱放射シールド
材、（１２ａ＞は光学的反射率の高い金属製反射面を有
する材である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極間でガス放電を起こさせる対向する一対の電
   極、この電極間に配設され、金属蒸気を生成する金属粒
   子を保待する内管、この内管を取り囲み、放電用ガスが
   封入されたシール管、このシール管を取り囲む外管、及
   びこの外管と上記シール管で形成される真空部及びこの
   真空部内に設けられ光学的反射率の高い金属製反射面を
   少なくとも上記シール管側に有する熱放射シールド材を
   備えた金属蒸気レーザ装置。
2. （２）熱放射シールド材は少なくとも光学的反射率の高
   い金属製反射面を有する材を少なくとも含み間隔をあけ
   て複数積層して形成されている特許請求の範囲第１項記
   載の金属蒸気レーザ装置。
3. （３）熱放射シールド材は、シール管側が高融点材、外
   管側が光学的反射率の高い金属製反射面を有する材で構
   成されている特許請求の範囲第１項又は第２項記載の金
   属蒸気レーザ装置。
4. （４）光学的反射率の高い金属として銅、銀及び金のい
   ずれか一種以上を用いた特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項のいずれかに記載の金属蒸気レーザ装置。
5. （５）高融点材料としてはモリブデン、タンタル及びタ
   ングステンのいずれか一種以上を用いた特許請求の範囲
   第３項又は第４項に記載の金属蒸気レーザ装置。