JP2829479B2 - 金属蒸気レーザー - Google Patents
金属蒸気レーザーInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/227—Metal vapour
Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、管体内に入れた銅等の
蒸気を用いて放電により誘導放出させる金属蒸気レーザ
ーに係り、特にレーザー変換効率に優れた金属蒸気レー
ザーに関する。
蒸気を用いて放電により誘導放出させる金属蒸気レーザ
ーに係り、特にレーザー変換効率に優れた金属蒸気レー
ザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】現今、多方面に用いられている各種レー
ザー（誘導放出による光増幅）にあって、銅、マンガ
ン、鉛、金、カルシウム、バリウム、タリウム、ビスマ
ス等の金属の蒸気を入れた管体内でパルス状の放電を行
うことで、金属原子が強い共鳴捕獲現象を伴い励起され
誘導放出する金属蒸気レーザーは、他の固体レーザー、
常温で動作する半導体レーザー、炭酸ガスレーザーおよ
びよう素レーザーを除くガスレーザー等と比較して高出
力で、エネルギー変換効率が高いという特徴を有してい
る。
ザー（誘導放出による光増幅）にあって、銅、マンガ
ン、鉛、金、カルシウム、バリウム、タリウム、ビスマ
ス等の金属の蒸気を入れた管体内でパルス状の放電を行
うことで、金属原子が強い共鳴捕獲現象を伴い励起され
誘導放出する金属蒸気レーザーは、他の固体レーザー、
常温で動作する半導体レーザー、炭酸ガスレーザーおよ
びよう素レーザーを除くガスレーザー等と比較して高出
力で、エネルギー変換効率が高いという特徴を有してい
る。
【０００３】この金属蒸気レーザーは、管体内に入れた
金属蒸気中で放電を行うことにより、原子を共鳴遷移の
励起状態とし、この励起状態の原子の一部は螢光を自然
放出して基底状態および準安定状態へ遷移する。そし
て、励起状態の原子の分布数が準安定状態の原子の分布
数よりも多い反転分布状態となると、螢光が励起状態の
原子と作用して誘導放出が起きて新たな光が生じ、これ
が反射鏡間を反射しつつ増幅され一部が出力鏡からレー
ザー光として出力されるものである。
金属蒸気中で放電を行うことにより、原子を共鳴遷移の
励起状態とし、この励起状態の原子の一部は螢光を自然
放出して基底状態および準安定状態へ遷移する。そし
て、励起状態の原子の分布数が準安定状態の原子の分布
数よりも多い反転分布状態となると、螢光が励起状態の
原子と作用して誘導放出が起きて新たな光が生じ、これ
が反射鏡間を反射しつつ増幅され一部が出力鏡からレー
ザー光として出力されるものである。
【０００４】そして、銅をレーザー媒質とする銅蒸気レ
ーザーの場合には、可視光波長領域に波長５１０．６ナ
ノメートル，５７８．２ナノメートルの強い発振線が存
在し、１〜１．２％という高いエネルギー変換効率で、
数ワット〜数百ワット以上という高出力が得られてい
る。このため、色素レーザーの励起光源に使用してウラ
ン同位体元素の分離等に用いられているほか、医療用、
産業用等の広い分野で応用研究が進められている。
ーザーの場合には、可視光波長領域に波長５１０．６ナ
ノメートル，５７８．２ナノメートルの強い発振線が存
在し、１〜１．２％という高いエネルギー変換効率で、
数ワット〜数百ワット以上という高出力が得られてい
る。このため、色素レーザーの励起光源に使用してウラ
ン同位体元素の分離等に用いられているほか、医療用、
産業用等の広い分野で応用研究が進められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この金
属蒸気レーザーにあっては、励起状態（レーザー上準
位）の金属原子は、螢光放射によって基底状態および準
安定状態のエネルギー準位に遷移するものの、レーザー
遷移では基底状態よりもエネルギー準位の高い準安定準
位であるレーザー下準位に分布することとなる。そし
て、レーザー上準位における励起寿命時間が数百ナノ秒
であるのに対し、このレーザー下準位から基底状態への
遷移は禁制遷移であって、レーザー下準位における励起
寿命時間は数マイクロ秒から数十マイクロ秒と格段に大
きいことから、レーザー発振とともに反転分布状態はた
ちまち終了してしまい、従来の金属蒸気レーザーは出力
パルス幅がせいぜい数ナノ秒から数十ナノ秒で終止する
自己終端型動作となり、多分野に亘る利用可能性にも限
度があった。
属蒸気レーザーにあっては、励起状態（レーザー上準
位）の金属原子は、螢光放射によって基底状態および準
安定状態のエネルギー準位に遷移するものの、レーザー
遷移では基底状態よりもエネルギー準位の高い準安定準
位であるレーザー下準位に分布することとなる。そし
て、レーザー上準位における励起寿命時間が数百ナノ秒
であるのに対し、このレーザー下準位から基底状態への
遷移は禁制遷移であって、レーザー下準位における励起
寿命時間は数マイクロ秒から数十マイクロ秒と格段に大
きいことから、レーザー発振とともに反転分布状態はた
ちまち終了してしまい、従来の金属蒸気レーザーは出力
パルス幅がせいぜい数ナノ秒から数十ナノ秒で終止する
自己終端型動作となり、多分野に亘る利用可能性にも限
度があった。
【０００６】当然のことながら、レーザー下準位におけ
る励起寿命時間を短くすれば、反転分布時間が長くなっ
てレーザー出力パルス幅を大きくすることができ、これ
によりレーザー変換効率が増大するのみならず、連続発
振動作の可能性も増して、金属蒸気レーザーの実用性が
増し、多分野に亘る有効利用が可能となるものである。
る励起寿命時間を短くすれば、反転分布時間が長くなっ
てレーザー出力パルス幅を大きくすることができ、これ
によりレーザー変換効率が増大するのみならず、連続発
振動作の可能性も増して、金属蒸気レーザーの実用性が
増し、多分野に亘る有効利用が可能となるものである。
【０００７】本発明は、レーザー遷移におけるレーザー
下準位の励起寿命時間を短くし、レーザー動作における
エネルギー変換効率と連続発振の可能性を増大すること
のできる金属蒸気レーザーを提供することを目的とす
る。
下準位の励起寿命時間を短くし、レーザー動作における
エネルギー変換効率と連続発振の可能性を増大すること
のできる金属蒸気レーザーを提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成すべ
く、本発明の金属蒸気レーザーは、管体内にレーザー媒
質として金属の蒸気を入れ、この金属原子を放電により
励起状態のレーザー上準位（共鳴励起準位）に励起して
誘導放出させる金属蒸気レーザーにおいて、前記レーザ
ー媒質中に、基底状態のエネルギー値とレーザー遷移若
しくは螢光遷移後の準安定状態であるレーザー下準位の
エネルギー値との差が、前記金属原子におけるレーザー
上準位のエネルギー値とレーザー下準位のエネルギー値
との差と略同等となる他の金属原子の蒸気を添加し、レ
ーザー下準位の前記金属原子とレーザー下準位の前記他
の金属原子との第２種衝突によるエネルギー移乗により
レーザー下準位の前記金属原子を励起状態に遷移させ、
該金属原子における基底状態の原子数よりも励起状態の
原子数が多くなる反転分布状態の保持時間を長くするこ
とを特徴とするものである。
く、本発明の金属蒸気レーザーは、管体内にレーザー媒
質として金属の蒸気を入れ、この金属原子を放電により
励起状態のレーザー上準位（共鳴励起準位）に励起して
誘導放出させる金属蒸気レーザーにおいて、前記レーザ
ー媒質中に、基底状態のエネルギー値とレーザー遷移若
しくは螢光遷移後の準安定状態であるレーザー下準位の
エネルギー値との差が、前記金属原子におけるレーザー
上準位のエネルギー値とレーザー下準位のエネルギー値
との差と略同等となる他の金属原子の蒸気を添加し、レ
ーザー下準位の前記金属原子とレーザー下準位の前記他
の金属原子との第２種衝突によるエネルギー移乗により
レーザー下準位の前記金属原子を励起状態に遷移させ、
該金属原子における基底状態の原子数よりも励起状態の
原子数が多くなる反転分布状態の保持時間を長くするこ
とを特徴とするものである。
【０００９】また、管体内にレーザー媒質として金属の
蒸気を入れ、この金属原子を放電により励起状態のレー
ザー上準位（共鳴励起準位）に励起して誘導放出させる
金属蒸気レーザーにおいて、前記レーザー媒質中に、レ
ーザー上準位のエネルギー値とレーザー遷移若しくは螢
光遷移後の準安定状態であるレーザー下準位のエネルギ
ー値との差が、前記金属原子における基底状態のエネル
ギー値とレーザー下準位のエネルギー値との差と略同等
で、且つ基底状態のエネルギー値とレーザー遷移若しく
は螢光遷移後の準安定状態であるレーザー下準位のエネ
ルギー値との差が、前記金属原子におけるレーザー上準
位のエネルギー値とレーザー下準位のエネルギー値との
差と略同等となる他の金属原子の蒸気を添加し、レーザ
ー下準位の前記金属原子とレーザー下準位の前記他の金
属原子との第２種衝突によるエネルギー移乗によりレー
ザー下準位の前記金属原子を基底状態及び励起状態に遷
移させ、該金属原子における基底状態の原子数よりも励
起状態の原子数が多くなる反転分布状態の保持時間を長
くすることを特徴とするものである。
蒸気を入れ、この金属原子を放電により励起状態のレー
ザー上準位（共鳴励起準位）に励起して誘導放出させる
金属蒸気レーザーにおいて、前記レーザー媒質中に、レ
ーザー上準位のエネルギー値とレーザー遷移若しくは螢
光遷移後の準安定状態であるレーザー下準位のエネルギ
ー値との差が、前記金属原子における基底状態のエネル
ギー値とレーザー下準位のエネルギー値との差と略同等
で、且つ基底状態のエネルギー値とレーザー遷移若しく
は螢光遷移後の準安定状態であるレーザー下準位のエネ
ルギー値との差が、前記金属原子におけるレーザー上準
位のエネルギー値とレーザー下準位のエネルギー値との
差と略同等となる他の金属原子の蒸気を添加し、レーザ
ー下準位の前記金属原子とレーザー下準位の前記他の金
属原子との第２種衝突によるエネルギー移乗によりレー
ザー下準位の前記金属原子を基底状態及び励起状態に遷
移させ、該金属原子における基底状態の原子数よりも励
起状態の原子数が多くなる反転分布状態の保持時間を長
くすることを特徴とするものである。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の金属蒸気レーザーの装置を
模式的に示すものであり、１はセラミックス等からなる
レーザー管、２はレーザー媒質となる金属または金属化
合物Ａと金属または金属化合物Ｂを蒸発させるべくレー
ザー管１外周を巻回し加熱するヒーター、３，３はレー
ザー管１の両端近くに位置する電極、４は全反射鏡、５
は半透過型の出力鏡、６は供給電源である。
模式的に示すものであり、１はセラミックス等からなる
レーザー管、２はレーザー媒質となる金属または金属化
合物Ａと金属または金属化合物Ｂを蒸発させるべくレー
ザー管１外周を巻回し加熱するヒーター、３，３はレー
ザー管１の両端近くに位置する電極、４は全反射鏡、５
は半透過型の出力鏡、６は供給電源である。
【００１１】そして、レーザー管１内に入れた金属また
は金属化合物Ａ，Ｂをヒータ２で熱して蒸気とし、この
蒸気中で電極３，３間で供給電源６によりパルス放電を
行う。これにより、金属原子Ａが励起状態となり、この
励起状態の金属原子Ａの一部は螢光を自然放出して基底
状態および準安定状態に遷移する。そして、金属原子Ａ
における励起状態の分布数が準安定状態の分布数よりも
多い反転分布状態となると、螢光が励起状態の金属原子
Ａと作用して誘導放出が起きて新たな光が生じ、これが
反射鏡４，５間を反射しつつ増幅され一部が出力鏡５か
らレーザー光として出力されるものである。
は金属化合物Ａ，Ｂをヒータ２で熱して蒸気とし、この
蒸気中で電極３，３間で供給電源６によりパルス放電を
行う。これにより、金属原子Ａが励起状態となり、この
励起状態の金属原子Ａの一部は螢光を自然放出して基底
状態および準安定状態に遷移する。そして、金属原子Ａ
における励起状態の分布数が準安定状態の分布数よりも
多い反転分布状態となると、螢光が励起状態の金属原子
Ａと作用して誘導放出が起きて新たな光が生じ、これが
反射鏡４，５間を反射しつつ増幅され一部が出力鏡５か
らレーザー光として出力されるものである。
【００１２】図２は、本発明に係わる金属蒸気レーザー
におけるエネルギー準位図を示し、左側は金属Ａ、右側
は添加する金属Ｂのエネルギー準位を表わしている。Ｅ
０（Ａ），Ｅ０（Ｂ）は金属原子Ａ，Ｂが励起されてい
ない基底状態のエネルギー値を表わし、Ｅ１（Ａ），Ｅ
１（Ｂ）は電極３，３間の放電による電子の衝突により
金属原子Ａ，Ｂが励起されたレーザーまたは螢光遷移の
上準位（共鳴励起準位）のエネルギー値を表わし、Ｅ２
（Ａ）はレーザー上準位の金属原子Ａが誘導放出したこ
とにより準安定状態で分布するレーザー下準位のエネル
ギー値を表わし、Ｅ２（Ｂ）は共鳴励起準位の金属原子
Ｂが螢光放射（若しくは誘導放出）したことにより準安
定状態で分布する準安定準位のエネルギー値を表わして
いる。
におけるエネルギー準位図を示し、左側は金属Ａ、右側
は添加する金属Ｂのエネルギー準位を表わしている。Ｅ
０（Ａ），Ｅ０（Ｂ）は金属原子Ａ，Ｂが励起されてい
ない基底状態のエネルギー値を表わし、Ｅ１（Ａ），Ｅ
１（Ｂ）は電極３，３間の放電による電子の衝突により
金属原子Ａ，Ｂが励起されたレーザーまたは螢光遷移の
上準位（共鳴励起準位）のエネルギー値を表わし、Ｅ２
（Ａ）はレーザー上準位の金属原子Ａが誘導放出したこ
とにより準安定状態で分布するレーザー下準位のエネル
ギー値を表わし、Ｅ２（Ｂ）は共鳴励起準位の金属原子
Ｂが螢光放射（若しくは誘導放出）したことにより準安
定状態で分布する準安定準位のエネルギー値を表わして
いる。
【００１３】ΔＥ（Ａ）は、金属原子ＡにおけるＥ
１（Ａ）とＥ２（Ａ）とのエネルギー値の差で、レーザ
ー下準位の金属原子Ａをレーザー上準位に励起するのに
必要なエネルギー値を表わしている。また、ΔＥ（Ｂ）
は、金属原子ＢにおけるＥ１（Ｂ）とＥ２（Ｂ）とのエ
ネルギー値の差で、螢光またはレーザー遷移の下準位の
金属原子Ｂを螢光またはレーザー遷移の上準位に励起す
るのに必要なエネルギー値を表わしている。
１（Ａ）とＥ２（Ａ）とのエネルギー値の差で、レーザ
ー下準位の金属原子Ａをレーザー上準位に励起するのに
必要なエネルギー値を表わしている。また、ΔＥ（Ｂ）
は、金属原子ＢにおけるＥ１（Ｂ）とＥ２（Ｂ）とのエ
ネルギー値の差で、螢光またはレーザー遷移の下準位の
金属原子Ｂを螢光またはレーザー遷移の上準位に励起す
るのに必要なエネルギー値を表わしている。
【００１４】そして、レーザー下準位である準安定状態
に溜る金属原子Ａ、螢光またはレーザー遷移の準安定準
位に溜る金属原子Ｂは、それぞれＥ２（Ａ），Ｅ
２（Ｂ）のエネルギー値に相当する仕事をすることがで
き、このエネルギー値と略同じ値の仕事量に対しては効
率良くエネルギーを消費することができる。
に溜る金属原子Ａ、螢光またはレーザー遷移の準安定準
位に溜る金属原子Ｂは、それぞれＥ２（Ａ），Ｅ
２（Ｂ）のエネルギー値に相当する仕事をすることがで
き、このエネルギー値と略同じ値の仕事量に対しては効
率良くエネルギーを消費することができる。
【００１５】
そこで、本発明に関連する第１の実施例と
しては、添加金属原子Ｂを選択する際に、螢光またはレ
ーザー遷移の下準位である準安定準位の金属原子Ｂを共
鳴励起準位に励起するのに必要なエネルギー値ΔＥ
（Ｂ）が、金属原子Ａのレーザー下準位のエネルギー値
Ｅ ２ （Ａ）と略同等となるものを選択するものが存在す
る。
しては、添加金属原子Ｂを選択する際に、螢光またはレ
ーザー遷移の下準位である準安定準位の金属原子Ｂを共
鳴励起準位に励起するのに必要なエネルギー値ΔＥ
（Ｂ）が、金属原子Ａのレーザー下準位のエネルギー値
Ｅ ２ （Ａ）と略同等となるものを選択するものが存在す
る。
【００１６】このようにレーザー媒質である金属原子Ａ
に金属原子Ｂを添加すると、金属原子Ａがレーザー光を
放出してレーザー下準位に遷移すると、その状態に長く
留まりＥ ２ （Ａ）のエネルギー値を保持したままレーザ
ー管内温度（数百℃〜千数百℃）で決まる熱運動を行
い、周囲の粒子と激しく衝突を繰り返す。また、金属原
子ＢのＥ ２ （Ｂ）状態の粒子も同様な振る舞いをしてい
る。そして、Ｅ ２ （Ａ）状態にある金属原子ＡとＥ
２ （Ｂ）状態の金属原子Ｂが衝突すると、金属原子Ａは
金属原子Ｂを共鳴励起準位Ｅ １ （Ｂ）に励起する仕事を
行い、金属原子Ａ自身はエネルギーを失い（失活）基底
準位Ｅ ０ （Ａ）に遷移する。また、この逆過程について
は、Ｅ ２ （Ａ）及びΔＥ（Ｂ）がレーザー遷移のエネル
ギー値と充分異なっていればその確率は無視することが
できる。これにより、レーザー下準位における励起寿命
時間が短くなってレーザー下準位の金属原子Ａの粒子数
の増加が抑えられ、レーザー下準位の粒子数よりもレー
ザー上準位の粒子数が多くなる反転分布状態の保持時間
を長くし、すなわちレーザー出力パルス幅が大きくなっ
てレーザー変換効率が増大するものである。
に金属原子Ｂを添加すると、金属原子Ａがレーザー光を
放出してレーザー下準位に遷移すると、その状態に長く
留まりＥ ２ （Ａ）のエネルギー値を保持したままレーザ
ー管内温度（数百℃〜千数百℃）で決まる熱運動を行
い、周囲の粒子と激しく衝突を繰り返す。また、金属原
子ＢのＥ ２ （Ｂ）状態の粒子も同様な振る舞いをしてい
る。そして、Ｅ ２ （Ａ）状態にある金属原子ＡとＥ
２ （Ｂ）状態の金属原子Ｂが衝突すると、金属原子Ａは
金属原子Ｂを共鳴励起準位Ｅ １ （Ｂ）に励起する仕事を
行い、金属原子Ａ自身はエネルギーを失い（失活）基底
準位Ｅ ０ （Ａ）に遷移する。また、この逆過程について
は、Ｅ ２ （Ａ）及びΔＥ（Ｂ）がレーザー遷移のエネル
ギー値と充分異なっていればその確率は無視することが
できる。これにより、レーザー下準位における励起寿命
時間が短くなってレーザー下準位の金属原子Ａの粒子数
の増加が抑えられ、レーザー下準位の粒子数よりもレー
ザー上準位の粒子数が多くなる反転分布状態の保持時間
を長くし、すなわちレーザー出力パルス幅が大きくなっ
てレーザー変換効率が増大するものである。
【００１７】金属原子Ａをマンガン（Ｍｎ）とした場合
に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、バリウム（Ｂ
ａ）、ランタン（Ｌａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ
（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウ
ム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、ツリウム（Ｔｍ）等が存
在する。
に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、バリウム（Ｂ
ａ）、ランタン（Ｌａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ
（Ｎｂ）、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウ
ム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、ツリウム（Ｔｍ）等が存
在する。
【００１８】また、金属原子Ａを銅（Ｃｕ）とした場合
に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、ランタン（Ｌ
ａ）、ニ オブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム
（Ｚｒ）、レニウム（Ｒｅ）、トリウム（Ｔｈ）、タン
グステン（Ｗ）等が存在する。
に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、ランタン（Ｌ
ａ）、ニ オブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム
（Ｚｒ）、レニウム（Ｒｅ）、トリウム（Ｔｈ）、タン
グステン（Ｗ）等が存在する。
【００１９】また、金属原子Ａをヒ素（Ａｓ）とした場
合に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原
子Ｂとしては、クロム（Ｃｒ）、ユウロピウム（Ｅ
ｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ランタン（Ｌａ）、マンガ
ン（Ｍｎ）、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、スカン
ジウム（Ｓｃ）、タンタル（Ｔａ）、トリウム（Ｔ
ｈ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が存在する。
合に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原
子Ｂとしては、クロム（Ｃｒ）、ユウロピウム（Ｅ
ｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ランタン（Ｌａ）、マンガ
ン（Ｍｎ）、白金（Ｐｔ）、レニウム（Ｒｅ）、スカン
ジウム（Ｓｃ）、タンタル（Ｔａ）、トリウム（Ｔ
ｈ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が存在する。
【００２０】更に、金属原子Ａを金（Ａｕ）とした場合
に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ガドリニウム（Ｇｄ）、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリ
ブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔ
ａ）、トリウム（Ｔｈ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が存
在する。
に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ガドリニウム（Ｇｄ）、ゲルマニウム（Ｇ
ｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリ
ブデン（Ｍｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔ
ａ）、トリウム（Ｔｈ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が存
在する。
【００２１】そして、金属原子Ａをバリウム（Ｂａ）と
した場合に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加
金属原子Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、ハフニウ
ム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、トリウム（Ｔｈ）、チタ
ン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が存在する。
した場合に、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）となるような添加
金属原子Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、ハフニウ
ム（Ｈｆ）、ニオブ（Ｎｂ）、トリウム（Ｔｈ）、チタ
ン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等が存在する。
【００２２】当然ながら、上記の如き金属原子以外でも
ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）を満足する金属原子Ａ，Ｂであ
ればよいというものである。
ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ ２ （Ａ）を満足する金属原子Ａ，Ｂであ
ればよいというものである。
【００２３】次に、本発明の第２の実施例としては、添
加金属原子Ｂを選択する際に、準安定準位の金属原子Ｂ
のエネルギー値Ｅ２（Ｂ）が、レーザー下準位の金属原
子Ａを共鳴励起準位Ｅ１（Ａ）に励起するのに必要なエ
ネルギー値ΔＥ（Ａ）と略同等となるようなものを選択
するものである。
加金属原子Ｂを選択する際に、準安定準位の金属原子Ｂ
のエネルギー値Ｅ２（Ｂ）が、レーザー下準位の金属原
子Ａを共鳴励起準位Ｅ１（Ａ）に励起するのに必要なエ
ネルギー値ΔＥ（Ａ）と略同等となるようなものを選択
するものである。
【００２４】このようにレーザー媒質である金属原子Ａ
に金属原子Ｂを添加すると、Ｅ２（Ａ）状態にある金属
原子ＡとＥ２（Ｂ）状態の金属原子Ｂが衝突し、金属原
子Ｂは金属原子Ａを共鳴励起準位Ｅ１（Ａ）に励起する
仕事を行い、金属原子Ｂはエネルギーを失い（失活）基
底準位Ｅ０（Ｂ）に遷移する。これにより、レーザー下
準位における励起寿命時間が短くなってレーザー下準位
の金属原子Ａの粒子数の増加が抑えられレーザー上準位
の粒子数の増加が促進され、レーザー下準位の粒子数よ
りもレーザー上準位の粒子数が多くなる反転分布状態の
保持時間を長くし、すなわちレーザー出力パルス幅が大
きくなってレーザー変換効率が増大するものである。
に金属原子Ｂを添加すると、Ｅ２（Ａ）状態にある金属
原子ＡとＥ２（Ｂ）状態の金属原子Ｂが衝突し、金属原
子Ｂは金属原子Ａを共鳴励起準位Ｅ１（Ａ）に励起する
仕事を行い、金属原子Ｂはエネルギーを失い（失活）基
底準位Ｅ０（Ｂ）に遷移する。これにより、レーザー下
準位における励起寿命時間が短くなってレーザー下準位
の金属原子Ａの粒子数の増加が抑えられレーザー上準位
の粒子数の増加が促進され、レーザー下準位の粒子数よ
りもレーザー上準位の粒子数が多くなる反転分布状態の
保持時間を長くし、すなわちレーザー出力パルス幅が大
きくなってレーザー変換効率が増大するものである。
【００２５】金属原子Ａを銅（Ｃｕ）とした場合に、Ｅ
２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金属原子Ｂとし
ては、ユウロピウム（Ｅｕ）、鉄（Ｆｅ）、オスミウム
（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、イ
ットリウム（Ｙ）、マンガン（Ｍｎ）等が存在する。
２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金属原子Ｂとし
ては、ユウロピウム（Ｅｕ）、鉄（Ｆｅ）、オスミウム
（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、イ
ットリウム（Ｙ）、マンガン（Ｍｎ）等が存在する。
【００２６】また、金属原子Ａをマンガン（Ｍｎ）とし
た場合に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金
属原子Ｂとしては、ひ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）
等が存在する。
た場合に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金
属原子Ｂとしては、ひ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）
等が存在する。
【００２７】更に、金属原子Ａをバリウム（Ｂａ）とし
た場合に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金
属原子Ｂとしては、スズ（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）等
が存在する。
た場合に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金
属原子Ｂとしては、スズ（Ｓｎ）、マンガン（Ｍｎ）等
が存在する。
【００２８】また、金属原子Ａを鉛（Ｐｂ）とした場合
に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）等が存在する。
に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金属原子
Ｂとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）等が存在する。
【００２９】また、金属原子Ａをタリウム（Ｔｌ）とし
た場合に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金
属原子Ｂとしては、ひ素（Ａｓ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、チタン（Ｔｉ）等が存在する。
た場合に、Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）となるような添加金
属原子Ｂとしては、ひ素（Ａｓ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）、チタン（Ｔｉ）等が存在する。
【００３０】当然ながら、上記の如き金属原子以外でも
Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）を満足する金属原子Ａ，Ｂであ
ればよいものである。
Ｅ２（Ｂ）≒ΔＥ（Ａ）を満足する金属原子Ａ，Ｂであ
ればよいものである。
【００３１】次に、本発明の第３の実施例としては、添
加金属原子Ｂを選択する際に、準安定準位の金属原子Ｂ
を共鳴励起準位に励起するのに必要なエネルギー値ΔＥ
（Ｂ）が、金属原子Ａのレーザー下準位のエネルギー値
Ｅ２（Ａ）と略同等となるとともに、準安定準位の金属
原子Ｂのエネルギー値Ｅ２（Ｂ）が、レーザー下準位の
金属原子Ａを共鳴励起準位に励起するのに必要なエネル
ギー値ΔＥ（Ａ）と略同等となるようなものを選択す
る。すなわち、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ２（Ａ）及びＥ２（Ｂ）
≒ΔＥ（Ａ）を共に満足する金属原子を選択するもので
ある。
加金属原子Ｂを選択する際に、準安定準位の金属原子Ｂ
を共鳴励起準位に励起するのに必要なエネルギー値ΔＥ
（Ｂ）が、金属原子Ａのレーザー下準位のエネルギー値
Ｅ２（Ａ）と略同等となるとともに、準安定準位の金属
原子Ｂのエネルギー値Ｅ２（Ｂ）が、レーザー下準位の
金属原子Ａを共鳴励起準位に励起するのに必要なエネル
ギー値ΔＥ（Ａ）と略同等となるようなものを選択す
る。すなわち、ΔＥ（Ｂ）≒Ｅ２（Ａ）及びＥ２（Ｂ）
≒ΔＥ（Ａ）を共に満足する金属原子を選択するもので
ある。
【００３２】このようにレーザー媒質である金属原子Ａ
に同様にレーザー媒質である金属原子Ｂを添加し、Ｅ２
（Ａ）状態の金属原子ＡとＥ２（Ｂ）状態の金属原子Ｂ
が衝突すると、金属原子Ａは金属原子Ｂを共鳴励起準位
Ｅ１（Ｂ）に励起する仕事を行って、金属原子Ａはエネ
ルギーを失い（失活）基底準位Ｅ０（Ａ）に遷移すると
ともに、金属原子Ｂは金属原子Ａを共鳴励起準位Ｅ
１（Ａ）に励起する仕事を行って、金属原子Ｂはエネル
ギーを失い（失活）基底準位Ｅ０（Ｂ）に遷移する。こ
れにより、金属原子ＡおよびＢのレーザー下準位におけ
る励起寿命時間が短くなってレーザー下準位の金属原子
ＡおよびＢの粒子数の増加が抑えられ、逆にそれぞれの
レーザー上準位の粒子数は増加し、レーザー下準位の粒
子数よりもレーザー上準位の粒子数が多くなる反転分布
状態の保持時間を長くし、すなわちレーザー出力パルス
幅が大きくなってＡ，Ｂ両原子のレーザー変換効率が増
大するものである。
に同様にレーザー媒質である金属原子Ｂを添加し、Ｅ２
（Ａ）状態の金属原子ＡとＥ２（Ｂ）状態の金属原子Ｂ
が衝突すると、金属原子Ａは金属原子Ｂを共鳴励起準位
Ｅ１（Ｂ）に励起する仕事を行って、金属原子Ａはエネ
ルギーを失い（失活）基底準位Ｅ０（Ａ）に遷移すると
ともに、金属原子Ｂは金属原子Ａを共鳴励起準位Ｅ
１（Ａ）に励起する仕事を行って、金属原子Ｂはエネル
ギーを失い（失活）基底準位Ｅ０（Ｂ）に遷移する。こ
れにより、金属原子ＡおよびＢのレーザー下準位におけ
る励起寿命時間が短くなってレーザー下準位の金属原子
ＡおよびＢの粒子数の増加が抑えられ、逆にそれぞれの
レーザー上準位の粒子数は増加し、レーザー下準位の粒
子数よりもレーザー上準位の粒子数が多くなる反転分布
状態の保持時間を長くし、すなわちレーザー出力パルス
幅が大きくなってＡ，Ｂ両原子のレーザー変換効率が増
大するものである。
【００３３】上述した各実施例において、添加する金属
原子Ｂに付随するエネルギー準位等が、レーザー媒質で
ある金属原子Ａのレーザー発振動作を妨げるような相互
作用を有さないことが必要である。また、金属原子Ａ，
Ｂの蒸気圧の比率は、反転分布状態の保持時間を長くす
べく適宜に設定されるが、１対１程度であってもよい。
原子Ｂに付随するエネルギー準位等が、レーザー媒質で
ある金属原子Ａのレーザー発振動作を妨げるような相互
作用を有さないことが必要である。また、金属原子Ａ，
Ｂの蒸気圧の比率は、反転分布状態の保持時間を長くす
べく適宜に設定されるが、１対１程度であってもよい。
【００３４】尚、図１に示す金属蒸気レーザーの装置
は、あくまで模式的なものであり、金属または金属化合
物Ａ，Ｂの気化温度が異なる場合には各金属原子毎に専
用のヒーターを配設し、各金属原子毎にその蒸気圧をコ
ントロールするものである。
は、あくまで模式的なものであり、金属または金属化合
物Ａ，Ｂの気化温度が異なる場合には各金属原子毎に専
用のヒーターを配設し、各金属原子毎にその蒸気圧をコ
ントロールするものである。
【００３５】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の金属蒸気レ
ーザーによれば、レーザー媒質となる金属原子に第２種
衝突によるエネルギー移乗を行い得る他の金属原子の蒸
気を添加したことにより、レーザー遷移におけるレーザ
ー下準位における励起寿命時間が短くなり、反転分布時
間が長くなってレーザー出力パルス幅を大きくすること
ができ、これによりレーザー変換効率が増大するのみな
らず、連続発振動作の可能性も増して、金属蒸気レーザ
ーの実用性が増し、多分野に亘る有効利用が可能となる
ものである。
ーザーによれば、レーザー媒質となる金属原子に第２種
衝突によるエネルギー移乗を行い得る他の金属原子の蒸
気を添加したことにより、レーザー遷移におけるレーザ
ー下準位における励起寿命時間が短くなり、反転分布時
間が長くなってレーザー出力パルス幅を大きくすること
ができ、これによりレーザー変換効率が増大するのみな
らず、連続発振動作の可能性も増して、金属蒸気レーザ
ーの実用性が増し、多分野に亘る有効利用が可能となる
ものである。
【図１】本発明の金属蒸気レーザーの装置を示す説明図
である。
である。
【図２】本発明の金属蒸気レーザーにおけるエネルギー
準位図である。
準位図である。
１ 管体 ２ ヒーター ３ 電極 ４ 全反射鏡 ５ 出力鏡 ６ 供給電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/227
Claims (2)
- 【請求項１】 管体内にレーザー媒質として金属の蒸気
を入れ、この金属原子を放電により励起状態のレーザー
上準位（共鳴励起準位）に励起して誘導放出させる金属
蒸気レーザーにおいて、前記レーザー媒質中に、基底状
態のエネルギー値とレーザー遷移若しくは螢光遷移後の
準安定状態である下準位のエネルギー値との差が、前記
金属原子におけるレーザー上準位のエネルギー値とレー
ザー下準位のエネルギー値との差と略同等となる他の金
属原子の蒸気を添加し、レーザー下準位の前記金属原子
と準安定状態である下準位の前記他の金属原子との第２
種衝突によるエネルギー移乗によりレーザー下準位の前
記金属原子をレーザー上準位に遷移させ、該金属原子に
おけるレーザー下準位の原子数よりもレーザー上準位の
原子数が多くなる反転分布状態の保持時間を長くするこ
とを特徴とする金属蒸気レーザー。 - 【請求項２】 管体内にレーザー媒質として金属の蒸気
を入れ、この金属原子を放電により励起状態のレーザー
上準位（共鳴励起準位）に励起して誘導放出させる金属
蒸気レーザーにおいて、前記レーザー媒質中に、レーザ
ー上準位のエネルギー値とレーザー遷移後の準安定状態
であるレーザー下準位のエネルギー値との差が、前記金
属原子における基底状態のエネルギー値とレーザー下準
位のエネルギー値との差と略同等で、且つ基底状態のエ
ネルギー値とレーザー遷移後の準安定状態であるレーザ
ー下準位のエネルギー値との差が、前記金属原子におけ
るレーザー上準位のエネルギー値とレーザー下準位のエ
ネルギー値との差と略同等となる他の金属原子の蒸気を
添加し、レーザー下準位の前記金属原子とレーザー下準
位の前記他の金属原子との第２種衝突によるエネルギー
移乗によりレーザー下準位の前記金属原子および前記他
の金属原子のそれぞれを基底状態及びレーザー上準位に
遷移させ、両金属原子におけるレーザー下準位の原子数
よりもレーザー上準位の原子数が多くなる反転分布状態
の保持時間を長くすることを特徴とする金属蒸気レーザ
ー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5225159A JP2829479B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 金属蒸気レーザー |
| GB9416466A GB2281437B (en) | 1993-08-18 | 1994-08-15 | Metal vapor lasers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5225159A JP2829479B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 金属蒸気レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0758384A JPH0758384A (ja) | 1995-03-03 |
| JP2829479B2 true JP2829479B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=16824872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5225159A Expired - Lifetime JP2829479B2 (ja) | 1993-08-18 | 1993-08-18 | 金属蒸気レーザー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2829479B2 (ja) |
| GB (1) | GB2281437B (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPN813596A0 (en) * | 1996-02-16 | 1996-03-07 | Macquarie Research Limited | Metal vapour laser |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1045236A (en) * | 1976-01-19 | 1978-12-26 | Georges Fournier | Lasing device and method using mercury and cadmium or ammonia |
| US4348765A (en) * | 1980-02-25 | 1982-09-07 | Thermo Electron Corporation | Thermionic laser |
| AU582027B2 (en) * | 1986-01-24 | 1989-03-09 | Monash University | Room temperature metal vapour laser |
| JPH0770793B2 (ja) * | 1987-02-26 | 1995-07-31 | 株式会社東芝 | 金属蒸気レ−ザ装置 |
| GB8711212D0 (en) * | 1987-05-12 | 1987-06-17 | English Electric Valve Co Ltd | Laser apparatus |
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1993
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1994
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| レーザ研究 第２０巻 第１０号 （１９９２年） ｐ７７７−７８５ |
| 岩手大学工学部研究報告 第３８巻 （１９８５年） ｐ１−５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9416466D0 (en) | 1994-10-05 |
| GB2281437B (en) | 1997-04-02 |
| JPH0758384A (ja) | 1995-03-03 |
| GB2281437A (en) | 1995-03-01 |
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