JPH04118981A - Ｘ線予備電離型レーザ装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、Ｘ線を照射して予備電離を行わせ引き続いて
パルスグロー放電を行わせてレーザ媒質を励起するよう
にしたＸｓＩ予備電離型レーザ装置に関する。

（従来の技術） パルスグロー放電によりレーザ媒質を励起してレーザ発
振を行なわせるレーザ装置には、エキシマレーザ、ＴＥ
Ａ　　ＣＯ２レーザ、金属蒸気レーザ等がある。これら
のレーザは出力効率が高いので、その応用が急速に発展
しつつある。

ところで、パルスグロー放電でレーザ媒質を励起するよ
うにしたレーザ装置では、安定なパルス放電を誘起する
ために、通常、予備電離方式を採用している。すなわち
、主放電電極の近傍に複数のスパークギャップを配置し
、これらスパークギャップでアーク放電を行わせ、この
ときに発生する紫外線でレーザ媒質を低電離状態にし、
引き続いて主放電電極間でパルスグロー放電を行わせて
レーザ媒質に励起に必要なエネルギを注入するようにし
ている。

しかしながら、このようにスパークギャップを用いて予
備電離を行なわせる方式では、スパークギャップでのア
ーク放電によって発生した金属蒸気がレーザ媒質に混入
し、レーザ媒質が短時間で劣化するばかりか、アーク放
電からの紫外線による予備電離の空間的不均一性が生じ
易い。このため、スパークギャップを使って予備電離を
行なわせる方式では、寿命が短いばかりか、大出力化が
困難で、しかも高繰り返し化も困難であった。

そこで、このような不具合を解消するために、最近では
Ｘ線予備電離方式を採用する方向にある。

このＸ線予備電離方式を採用したレーザ装置は、通常、
第３図に示すように構成されている。

このレーザ装置の主要部は、大きく分けると、レーザ管
部１と、このレーザ管部１に隣接して設けられ、レーザ
管部１内にＸ線を照射するＸ線発生装置２とで構成され
ている。

レーザ管部１は、内部にレーザ媒質を散気圧から１０気
圧程度封入した放電室１１を備えている。

放電室１１内には平板状に形成された電極１２が放電室
形成壁とは絶縁状態に配置されている。そして、放電室
形成壁で、電極１２に対向する部分には、上記電極１２
とで対をなす薄い電極１３が放電室形成壁を兼用する関
係に装着されている。

また、放電室形成壁で、電極１２と電極１３との対向空
間の延長線上に位置する部分には光学窓１４Ｊ！、１４
ｂが形成されている。

一方、Ｘ線発生装置２は次のように構成されている。す
なわち、電極１３の背面側に、この電極１３を構成壁の
一部に兼用する関係に低気圧、室１５を設けている。こ
の低気圧室１５内には、数ｍ　Ｔｏｒｒから数１０ｍ　
Ｔｏｒｒのヘリウムガスが封入されている。また、低気
圧室１５内には電極１３に対向し、かつ低気圧室１５を
構成する壁に対して絶縁状態に加速用電極１６が配置さ
れている。そして、加速用電極１６と電極１３との間に
は電離用ワイヤ電極１７が低気圧室１５を構成する壁に
対して絶縁状態に配置されており、さらに電離用ワイヤ
電極１７と加速用電極１６との間にはグリッド電極１８
が低気圧室１５を構成する壁と同電位状態に配置されて
いる。

接地電位に保持されている放電室１１の構成壁、つまり
電極１３はりアクドル１９を介して電極１２に接続され
ている。そして、電極１２はコンデンサ２０、図示極性
のダイオード２１を介して図示しない充電電源に接続さ
れるとともに、コンデンサ２０より容量の小さいコンデ
ンサ２２を介して接地されている。一方、ダイオード２
１と大地との°間にはスイッチ２３が介挿されている。

電離用ワイヤ電極１７と大地との間にはスイッチ２４を
介して図示極性に直流電源２５が接続されており、さら
に加速用電極１６と大地との間にはスイッチ２６を介し
て図示極性に直流電源２７が接続されている。そして、
各スイッチは、図示しない制御系によって後述する関係
に制御される。

このＸ線予備電離型レーザ装置の動作を簡単に説明する
と以下の通りである。

まず、全てのスイッチがオフ状態にあるものとする。こ
の状態で、スイッチ２４がオンに制御され、電離用ワイ
ヤ電極１７に直流電源２５の出力電圧が印加される。こ
の印加によって電離用ワイヤ電極１７の近傍のヘリウム
ガスが電離される。

電離用ワイヤ電極１７の近傍で放電が行われた直後に、
スイッチ２６がオンに、スイッチ２４がオフに制御され
る。この制御によって、電離で生成されたイオンがグリ
ッド電極１８を通過して加速用電極１６へと向かい、所
定の運動エネルギを得て加速用電極１６に衝突する。こ
の衝突によって加速用電極１６の表面から二次電子が放
出され、この二次電子が加速用電極１６とグリッド電極
１８との間で加速され、その後に電極１３に衝突する。

この結果、電極１３からＸ線が発生し、このＸ線が放電
室１１内に照射される。この照射で放電室１１内に低電
離状態が形成され、放電が起こり易い状態になる。この
とき、スイッチ２３がオン状態に制御される。コンデン
サ２０にはすでに充電されているので、コンデンサ２０
の電荷がコンデンサ２２に移行し、これによって電極１
２と電極１３との間に高電圧が印加される。その結果、
放電室１１内に放電が誘起され、放電室１１内のレーザ
媒質が励起されてレーザ発振かけなわれる。なお、レー
ザ光は光学窓１４ａ、１．４ｂの外側に配置された共振
器を構成している図示しない二枚のミラーの間を光軸に
沿って往復して増幅され、一方のミラー（出力ミラー）
を介して外に取り出される。

しかしながら、上記のように構成された従来のＸ線予備
電離型レーザ装置にあっては次のような問題があった。

すなわち、電極１３は、放電電極として用いられるのみ
ならず、Ｘ線発生用のターゲットとしても使用されてい
るので熱的に大きな負荷が加えられる。それに加えて、
放電室１１内の圧力が散気圧から数１０気圧という高気
圧に保たれているので、電極１３には機械的に大きな負
荷も加わっている。このため、電極１３に歪みが生じた
り、あるいは歪みが原因して電極１３が破壊したりし、
長期に亘って運転できないと言う問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来のＸ線予備電離型レーザ装置では、放
電電極とＸ線発生用ターゲットとを兼ねた電極に大きな
機械的、熱的負荷が加わり、これが原因して長期に亘っ
て運転できないと言う問題があった。

そこで本発明は、大出力化、高繰返し出力化を図れると
ともに、長寿命化を図れるＸ線予備電離型レーザ装置を
提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、レーザ媒質の封
入された空間に一対の放電電極を対向配置するとともに
、上記空間にＸ線を照射して予備電離を行わせ、引き続
いて上記一対の放電電極間でパルスグロー放電を行なわ
せてレーザ発振を行なわせるようにしたＸ線予備電離型
レーザ装置において、前記一対の放電電極のうちの一方
の放電電極をＸ線透過金属膜電極で構成するとともに、
発生したＸ線を上記Ｘ線透過金属膜電極に向けて照射す
るＸ線発生装置を上記Ｘ線透過金属膜電極の背面側に設
けたことを特徴としている。

（作　用） Ｘ線透過金属膜電極は、放電電極としての機能と、Ｘ線
を透過させる機能だけ備えていれば良いので、特に熱負
荷が大幅に軽減される。このため、短時間の運転でＸ線
透過金属膜電極が歪んだり、破壊したりするようなこと
はない。

（実施例） 第１図には本発明の一実施例に係るＸ線予備電離型レー
ザ装置の概略構成が示されている。なお、この図では第
３図と同一部分が同一符号で示されている。したがって
、重複する部分の詳しい説明は省略する。

このＸ線予備電離型レーザ装置が従来のもと異なる点は
、放電室と低気圧室との境界に設けられる電極としてＸ
線透過金属膜電極３１を用いたことと、低気圧室１５内
の加速用電極１６でＸ線を発生させるようにしたことと
にある。

したがって、この実施例に係るＸ線予備電離型レーザ装
置においては、電離用ワイヤ電極１７の位置とグリッド
電極１８ａの位置とが従来のちのとは異なっている。す
なわち、グリッド電極１８ａはＸ線透過金属膜電極３１
側に配置されており、また電離用ワイヤ電極１７は加速
用電極１６側に配置されている。そして、グリッド電極
１８ｇは。

全部または一部が酸化バリウム、炭化チタン、ランタン
ヘキサボライド等の仕事関数の低い、二次電子を放出し
易い材料で形成されている。また、直流電源２７は、従
来のものとは逆極性になるように接続されている。そし
て、各スイッチは、この例においても図示しない制御系
によって後述する関係に制御される。

次に、上記のように構成されたＸ線予備電離型レーザ装
置の動作を説明する。

まず、全てのスイッチがオフ状態にあるものとする。こ
の状態で、スイッチ２４がオン状態に制御され、これに
よって電離用ワイヤ電極１７に直流電源２５の出力電圧
が印加される。この印加によって電離用ワイヤ電極１７
の近傍のヘリウムガスが電離される。この電離によって
生成されたプラスのイオンがグリッド電極１８ａに引き
寄せられてグリッド電極１８ａに衝突する。この衝突に
よってグリッド電極１８ａから二次電子が多量に放出さ
れる。二次電子が放出された直後（０，１〜１μｓ後）
に、スイッチ２４がオフに、スイッチ２６がオンに制御
される。この切替わりによって、グリッド電極１８ｇと
加速用電極１６との間で二次電子が加速され、この二次
電子は加速用電極１６に衝突する。この衝突によって加
速用電極１６からＸ線が放出され、このＸ線がＸ線透過
金属膜電極３１を透過して放電室１１内に照射される。

この照射で放電室１１内に低電離状態が形成され、放電
が起こり易い状態になる。

このとき、スイッチ２３がオン状態に制御される。コン
デンサ２０にはすでに充電されているので、コンデンサ
２０の電荷がコンデンサ２２に移行し、これによって電
極１２とＸ線透過金属膜電極３１との間に高電圧が印加
される。その結果、放電室１１内に放電が誘起され、放
電室１１内のレーザ媒質が励起されてレーザ発振が行な
われる。

レーザ光は光学窓１４ａ、１４ｂの外側に配置された共
振器を構成している図示しない二枚のミラーの間を光軸
に沿って往復して増幅され、一方のミラー（出力ミラー
）を介して外に取り出される。

したがって、上記構成であると、Ｘ線透過金属膜電極３
１は、放電電極としての機能と、Ｘ１ｓを透過させる機
能だけ備えていれば良いので、特に熱負荷が大幅に軽減
されることになる。このため、短時間の運転でＸ線透過
金属膜電極３１が歪んだり、破壊したりするようなこと
はなく、結局、長寿命化を実現できることになる。

［発明の効果］ 以上麺述べたように、本発明によれば、放電室と低気圧
室との境界壁を兼ねる放電電極にＸ線発生用ターゲット
としての機能を持たせていないので、この電極の熱負荷
を大幅に軽減でき、これによって上記電極の長寿命化を
図ることができ、長寿命で、信頼性の高いＸ線予備電離
型レーザ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るＸ線予備電離型レーザ
装置の概略構成図、第２図は同装置の主要部の縦断面図
、第３図は従来のＸ線予１ｍ離型レーザ装置の概略構成
図である。 １．１ａ・・・レーザ管部、２，２ａ・・・Ｘ線発生装
置、１１・・・放電室、１２．１３・・・電極、１５・
・・低気圧室、１６・・・加速用電極、１７・・・電離
用ワイヤ電極、１８．１８ａ・・・グリッド電極、２０
．２２・・・コンデンサ、２３．２４．２６・・・スイ
ッチ、２５．２７・・・直流電源、３１・・・Ｘ線透過
金属膜電極。 出願代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 箪 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ媒質の封入された空間に一対の放電電極を
   対向配置するとともに、上記空間にＸ線を照射して予備
   電離を行わせ、引き続いて上記一対の放電電極間でパル
   スグロー放電を行なわせてレーザ発振を行なわせるよう
   にしたＸ線予備電離型レーザ装置において、前記一対の
   放電電極のうちの一方の放電電極をＸ線透過金属膜電極
   で構成するとともに、発生したＸ線を上記Ｘ線透過金属
   膜電極に向けて照射するＸ線発生装置を上記Ｘ線透過金
   属膜電極の背面側に設けてなることを特徴とするＸ線予
   備電離型レーザ装置。
2. （２）前記Ｘ線発生装置は、前記Ｘ線透過金属膜電極の
   背面側に上記Ｘ線透過金属膜電極を構成壁の一部に兼用
   させて設けられた低気圧室と、この低気圧室内に封入さ
   れた不活性ガスと、前記低気圧室内に前記Ｘ線透過金属
   膜電極の背面に対向して設けられ、電子の衝突を受けて
   Ｘ線を放出する加速用電極と、この加速用電極と前記Ｘ
   線透過金属膜電極との間に張設された電離用ワイヤ電極
   と、この電離用ワイヤ電極と前記Ｘ線透過金属膜電極と
   の間に設けられたグリッド電極と、前記電離用ワイヤ電
   極の近傍で放電を起こさせ、この放電で生成されたイオ
   ンを前記グリッド電極に衝突させて上記グリッド電極か
   ら二次電子を放出させ、この電子を前記加速用電極に衝
   突させるべく上記各電極の電位を制御する手段とで構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線予備
   電離型レーザ装置。
3. （３）前記グリッド電極は、少くとも一部が、酸化バリ
   ウム、炭化チタン、ランタンヘキサボライドのうちから
   選ばれた少なくとも一種で構成されていることを特徴と
   する請求項２に記載のＸ線予備電離型レーザ装置。