(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホローカソードの外側にアノードを絶縁体を介して配設してなるＲＦ放電型電極を用いた一重項励起酸素の生成方法であって、
前記ホローカソードの先端部に設けられた透孔から酸素ガスまたは酸素ガスに他のガスを混合したガスを、ＲＦ放電時にプラズマ化しない中性酸素ガスが存在するに足る流速で噴出させて一重項励起酸素を生成することを特徴とする励起酸素の生成方法。
【請求項２】
前記他のガスがヨウ素ガスであることを特徴とする請求項１記載の励起酸素の生成方法。
【請求項３】
前記透孔の外周部に存在するアフターグロープラズマ層に中性酸素を二次供給して一重項励起酸素を生成することを特徴とする請求項１記載の励起酸素の生成方法。
【請求項４】
前記透孔の周壁の酸素ガス流速を低下させて、該透孔の中央部を通過する酸素ガス量を多くすることを特徴とする請求項１記載の励起酸素の生成方法。
【請求項５】
前記透孔の入口部の酸素ガスの流速を出口部の酸素ガスの流速よりも速くしたことを特徴とする請求項１記載の励起酸素の生成方法。
【請求項６】
前記生成された一重項励起酸素が濃度の高い部分から選択的に抽出されることを特徴とする請求項１記載の励起酸素の生成方法。
【請求項７】
ホローカソードの外側にアノードを絶縁体を介して配設してなるＲＦ放電型電極を用いた一重項励起酸素の生成装置であって、
前記ホローカソードが、先端に透孔を有し、
前記透孔から酸素ガスまたは酸素ガスに他のガスを混合したガスを、ＲＦ放電時にプラズマ化しない中性酸素ガスが存在するに足る流速で噴出させて一重項励起酸素を生成するようにされてなる
ことを特徴とする励起酸素の生成装置。
【請求項８】
前記ホローカソードが円筒体からなり、前記円筒体の先端部が上面に透孔を有する円錐台とされてなることを特徴とする請求項７記載の励起酸素の生成装置。
【請求項９】
前記ホローカソードが角体からなり、前記角体の先端部が上面に透孔を有する台形とされてなることを特徴とする請求項７記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１０】
前記ホローカソードの透孔の周壁にガス流速を低下させるための抵抗が形成されてなることを特徴とする請求項７記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１１】
前記抵抗が透孔の周壁に形成されたギザギザ状の凸凹であることを特徴とする請求項１０記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１２】
前記透孔の下部に通過ガス流速を上昇させるための絶縁体からなるノズルが配設されてなることを特徴とする請求項７記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１３】
前記透孔の上部に生成された一重項励起酸素を吸引するための吸引ノズルが配設されてなることを特徴とする請求項７記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１４】
前記吸引ノズルが、中心部に排気パイプが設けられた２重パイプであることを特徴とする請求項１３記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１５】
前記透孔に先広がりのテーパを設けてなることを特徴とする請求項７記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１６】
前記透孔の高さ（Ｈ）と内径（Ｄ）との比Ｈ／Ｄを１以上（１を含む）としてなることを特徴とする請求項７記載の励起酸素の生成装置。
【請求項１７】
請求項７ないし請求項１６のいずれか一項に記載の励起酸素の生成装置を用いてなることを特徴とするヨウ素レーザー装置。
【請求項１８】
前記ヨウ素レーザー装置が、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられている真空ポンプと、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ素気化器とを備え、
前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、
前記レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー発振がなされる
ことを特徴とする請求項１７記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項１９】
前記ヨウ素レーザー装置が、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられている循環送風機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ素気化器とを備え、
前記ヨウ素気化器へのキャリアガスとして酸素ガスが用いられ、
前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、
前記レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー発振がなされ、
前記ヨウ素トラップによりレーザー発振後のガスからヨウ素分が分離され、
前記ヨウ素分が分離されたガスが、前記循環送風機により前記励起酸素の生成装置に循環される
ことを特徴とする請求項１７記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２０】
前記レーザー発振器に圧力検出器が装着され、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間から、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備えてなる圧力調節ラインが分岐され、
前記圧力調節弁が、前記圧力検出器からの信号に基づいて操作される
ことを特徴とする請求項１９記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２１】
前記ヨウ素レーザー装置が、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられている循環送風機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ素気化器とを備え、
前記ヨウ素気化器へのキャリアガスとして酸素ガスが用いられ、
前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、
前記レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー発振がなされ、
前記ヨウ素トラップによりレーザー発振後のガスからヨウ素分が分離され、
前記ヨウ素分が分離されたガスが、前記循環送風機により前記励起酸素の生成装置と前記ヨウ素気化器に分岐されて循環される
ことを特徴とする請求項１７記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２２】
前記レーザー発振器に圧力検出器が装着され、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間から、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備えてなる圧力調節ラインが分岐され、
前記圧力調節弁が、前記圧力検出器からの信号に基づいて制御される
ことを特徴とする請求項２１記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２３】
前記ヨウ素レーザー装置が、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられている循環送風機とを備え、
前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、
前記レーザー発振器において、前記一重項励起酸素のエネルギーがヨウ素原子に移乗されてレーザー発振がされ、
前記循環送風機により、レーザー発振後のガスが前記励起酸素の生成装置に循環される
ことを特徴とする請求項１７記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２４】
前記励起酸素の生成装置と前記レーザー発振器との間に、前記一重項励起酸素のエネルギーがヨウ素原子に移乗され、励起されたヨウ素原子からエネルギーが誘導放出される過程において、磁界をかけることによりエネルギー誘導放出を防止する手段が配設されてなることを特徴とする請求項２３記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２５】
前記手段が、電磁石または永久磁石からなることを特徴とする請求項２４記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２６】
前記レーザー発振器に圧力検出器が装着され、
前記レーザー発振器と前記循環送風機との間から、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備えてなる圧力調節ラインが分岐され、
前記圧力調節弁が、前記圧力検出器からの信号に基づいて制御される
ことを特徴とする請求項２３記載のヨウ素レーザー装置。
【請求項２７】
前記レーザー発振器の下流にヨウ素原子および／または酸素ガスの補充ラインが接続されてなることを特徴とする請求項２３記載のヨウ素レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はヨウ素レーザーおよび装置に関する。さらに詳しくは、ＲＦ放電型励起酸素生成器により生成された一重項励起酸素を用いてなるヨウ素レーザーおよび装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスレーザーの一種であるヨウ素レーザーは、高出力、高効率、高光質、ファイバー導光がよいこと、高吸収率であることから将来各分野で利用が期待されているものである。
【０００３】
従来、このヨウ素レーザーは、図２０および図２１に示す化学励起酸素発生器ｂを有するヨウ素レーザー装置ａにより発振されている。この化学励起酸素生成器ｂにおいては、図２０および図２１に示すように、過酸化水素水に水酸化ナトリウム溶液を加え、この混合溶液中に塩素ガスがバブリングされて一重項励起酸素（Ｏ2（1Δ））（以下、単に励起酸素ということもある）が生成される。この生成された励起酸素は前記のごとく湿式法により生成されるので、生成された励起酸素には水分が含まれている。そのため、水蒸気トラップｃが設けられて励起酸素中の水分の除去がなされている。
【０００４】
この水蒸気トラップｃは、図２１にその概略が示されるように、回転ディスクｄに励起酸素中に含まれている水蒸気を氷結させて、それをスクレイパー（図示せず）により掻き落とすことにより水蒸気を除去するものである。このため、この水蒸気トラップｃ内には多数枚の回転ディスクｄが設けられている。その結果、この水蒸気トラップｃは大型化するとともに、回転ディスクｄの冷却に要するエネルギーやその回転に要するエネルギーの消費も相当なものとなる。そのため、当然のことながら設備費およびランニングコストが増大する。また、原料として使用される塩素ガス、過酸化水素水および水酸化ナトリウム水溶液も高価であるため、これによってもランニングコストが増大する。
【０００５】
それに加えて、励起酸素を生成するために用いられている塩素ガスがバブリングされた水溶液は、そのまま放流することができないため、廃液処理設備が必要となる。また、塩素ガスのバブリングの際の余剰の塩素ガスやバブリングの過程で副産物として生成される塩化水素ガスも有害ガスであるため、その排ガス処理設備も必要となる。この各処理設備が必要なことも、この化学励起酸素発生器ｂを有するヨウ素レーザー装置ａの大型化およびコストの増大を助長している。なお、図１９において、ｅはヨウ素インジェクタを示す。
【０００６】
このように、化学励起酸素発生器ｂを有するヨウ素レーザー装置ａは、かかる問題を有しているために、化学励起酸素発生器ｂを用いない、いわゆる乾式の励起酸素発生器を有するヨウ素レーザー装置の研究がなされている。この乾式の励起酸素発生器に関する研究報告としては、「マイクロウェーブ  エキサイテイション  オブ  オキシゲン  Ｏ2（1Δ）  フォー  アン  オキシゲンーイオダインレーザー（ＤＦＶＬＲ−ＦＢ  ８９−２３）」や「フィジカル  カイネティクス  オブ  ア  エッチエフ  グロー  ディスチャージ  イン  オキシゲン  ジェネレイション  オブ  ザ  Ｏ2（1Δ）  ステイト  フォー  ポンプィング  アンイオダイン  レーザー（Ｃｚｅｃｈ  Ｊ．  Ｐｈｙｓ．  Ｂ  ３４  （１９８４））」などがある。
【０００７】
しかしながら、これらの文献に報告されている方式では、励起酸素発生率は最高で１０％程度であるため、ヨウ素レーザーを発振させるための閾値を超えることができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、化学励起酸素発生器を用いることなく発振されるヨウ素レーザーおよび装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はかかる従来技術の問題点に対し鋭意研究した結果、ＲＦ放電において、ホローカソードの形態を適当に選択するとともに、ホローカソードを通過する酸素ガスの流速、ホロー内圧力、投入電力などを適当に選択してＲＦ放電を行うと、プラズマ化されていない中性酸素とグロー部との間におけるアフターグロープラズマ層において効率よく励起酸素が生成されることを見出し本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の励起酸素の生成方法は、ホローカソードの外側にアノードを絶縁体を介して配設してなるＲＦ放電型電極を用いた一重項励起酸素の生成方法であって、前記ホローカソードの先端部に設けられた透孔から酸素ガスまたは酸素ガスに他のガスを混合したガスを、ＲＦ放電時にプラズマ化しない中性酸素ガスが存在するに足る流速で噴出させて一重項励起酸素を生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明の励起酸素の生成方法においては、前記他のガスがヨウ素ガスであるのが好ましい。
【００１２】
また、本発明の励起酸素の生成方法においては、前記透孔の外周部に存在するアフターグロープラズマ層に中性酸素を二次供給して一重項励起酸素を生成するのが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の励起酸素の生成方法においては、前記透孔の周壁の酸素ガス流速を低下させて、該透孔の中央部を通過する酸素ガス量を多くするのが好ましい。
【００１４】
さらに、本発明の励起酸素の生成方法においては、前記透孔の入口部の酸素ガスの流速を出口部の酸素ガスの流速よりも速くするのが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明の励起酸素の生成方法においては、前記生成された一重項励起酸素が、濃度の高い部分から選択的に抽出されるのが好ましい。
【００１６】
本発明の励起酸素の生成装置は、ホローカソードの外側にアノードを絶縁体を介して配設してなるＲＦ放電型電極を用いた一重項励起酸素の生成装置であって、前記ホローカソードが、先端に透孔を有し、前記透孔から酸素ガスまたは酸素ガスに他のガスを混合したガスを、ＲＦ放電時にプラズマ化しない中性酸素ガスが存在するに足る流速で噴出させて一重項励起酸素を生成するようにされてなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の励起酸素の生成装置においては、前記ホローカソードが、円筒体からなり、前記円筒体の先端部が上面に透孔を有する円錐台とされてなるのが好ましい。
【００１８】
また、本発明の励起酸素の生成装置においては、前記ホローカソードが、角体からなり、前記角体の先端部が上面に透孔を有する台形とされてなるのが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の励起酸素の生成装置においては、前記ホローカソードの透孔の周壁にガス流速を低下させるための抵抗が形成されてなるのが好ましい。その場合、前記抵抗が、例えば透孔の周壁に形成されたギザギザ状の凸凹とされる。
【００２０】
さらに、本発明の励起酸素の生成装置においては、前記透孔の下部に通過ガス流速を上昇させるための絶縁体からなるノズルが配設されてなるのが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明の励起酸素の生成装置においては、前記透孔の上部に生成された一重項励起酸素を吸引するための吸引ノズルが配設されてなるのが好ましい。その場合、前記吸引ノズルが、中心部に排気パイプが設けられた２重パイプであるのがさらに好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の励起酸素の生成装置においては、前記透孔に先広がりのテーパを設けてなるのが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明の励起酸素の生成装置においては、前記透孔の高さ（Ｈ）と内径（Ｄ）との比Ｈ／Ｄを１以上（１を含む）としてなるのが好ましい。
【００２４】
本発明のヨウ素レーザー装置は、前記いずれかの励起酸素の生成装置を用いてなることを特徴とする。
【００２５】
本発明のヨウ素レーザー装置においては、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられている真空ポンプと、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ素気化器とを備え、前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー発振がなされるのが好ましい。
【００２６】
また、本発明のヨウ素レーザー装置においては、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられている循環送風機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ素気化器とを備え、前記ヨウ素気化器へのキャリアガスとして酸素ガスが用いられ、前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー発振がなされ、前記ヨウ素トラップによりレーザー発振後のガスからヨウ素分が分離され、前記ヨウ素分が分離されたガスが、前記循環送風機により前記励起酸素の生成装置に循環されるのが好ましい。その場合、前記レーザー発振器に圧力検出器が装着され、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間から、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備えてなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁が、前記圧力検出器からの信号に基づいて操作されるのがさらに好ましい。
【００２７】
さらに、本発明のヨウ素レーザー装置においては、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられているヨウ素トラップと、該ヨウ素トラップの下流に設けられている循環送風機と、前記レーザー発振器にヨウ素原子を供給するヨウ素気化器とを備え、前記ヨウ素気化器へのキャリアガスとして酸素ガスが用いられ、前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発振器において、前記ヨウ素気化器からのヨウ素原子に前記一重項励起酸素のエネルギー移乗がなされてレーザー発振がなされ、前記ヨウ素トラップによりレーザー発振後のガスからヨウ素分が分離され、前記ヨウ素分が分離されたガスが、前記循環送風機により前記励起酸素の生成装置と前記ヨウ素気化器に分岐されて循環されるのが好ましい。その場合、前記レーザー発振器に圧力検出器が装着され、前記ヨウ素トラップと前記循環送風機との間から、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備えてなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁が、前記圧力検出器からの信号に基づいて制御されるのがさらに好ましい。
【００２８】
さらに、本発明のヨウ素レーザー装置においては、前記励起酸素の生成装置の下流に設けられているレーザー発振器と、該レーザー発振器の下流に設けられている循環送風機とを備え、前記励起酸素の生成装置により一重項励起酸素が生成され、前記レーザー発振器において、前記一重項励起酸素のエネルギーが、ヨウ素原子に移乗されてレーザー発振がされ、前記循環送風機により、レーザー発振後のガスが前記励起酸素の生成装置に循環されるのが好ましい。
【００２９】
その場合、前記励起酸素の生成装置と前記レーザー発振器との間に、前記一重項励起酸素のエネルギーがヨウ素原子に移乗され、励起されたヨウ素原子からエネルギーが誘導放出される過程において、磁界をかけることによりエネルギー誘導放出を防止する手段が配設されてなるのが好ましく、前記手段が、電磁石または永久磁石からなるのがさらに好ましい。また、前記レーザー発振器に圧力検出器が装着され、前記レーザー発振器と前記循環送風機との間から、圧力調節弁と該圧力調節弁の下流に真空ポンプとを備えてなる圧力調節ラインが分岐され、前記圧力調節弁が、前記圧力検出器からの信号に基づいて制御されるのが好ましく、また前記レーザー発振器の下流にヨウ素原子および／または酸素ガスの補充ラインが接続されてなるのも好ましい。
【００３３】
【作用】
ＲＦ放電型励起酸素発生器内でＲＦ放電がなされて、ヨウ素レーザー発振に必要な一重項励起酸素が生成される。この生成された励起酸素は、レーザー発振器に導入される。一方、このレーザー発振器には、ヨウ素気化器からのヨウ素原子もキャリアガスとともに導入されている。そのため、このレーザー発振器内で励起酸素からヨウ素原子へのエネルギー移乗がなされる。このエネルギー移乗されたヨウ素原子が基底状態に戻る際にヨウ素レーザーの発振がなされる。この発振されたヨウ素レーザーは、レーザー発振器に設けられた窓から放射される。このレーザー発振が終了したヨウ素原子は、レーザー発振器の下流のヨウ素トラップにより分離回収される。このヨウ素原子が分離されたガスは、真空ポンプにより大気に放出される。
【００３４】
キャリアガスとして酸素が用いられている場合は、レーザー発振後のガスは、真空ポンプにより大気に放出される代わりに、循環送風機によりＲＦ放電型励起酸素発生器に循環されて再利用される。この場合、循環ガスの一部はヨウ素気化器に循環されてキャリアガスとしても利用されてもよい。
【００３５】
あるいは、ヨウ素トラップによりヨウ素原子を分離することなく、ヨウ素原子を含有したまま循環送風機によりＲＦ放電型励起酸素発生器に循環されて再利用される。この場合、レーザー発振器に到達する前に、励起ヨウ素原子からエネルギーが誘導放出される恐れがあるが、そのときは磁界かけることにより励起ヨウ素からのエネルギー放出が抑制される。
【００３６】
本発明においては、乾式によりヨウ素レーザーの発振がなされているので、水蒸気トラップ、排水処理設備、排ガス処理設備等が不要となり、ヨウ素レーザー装置が簡素化されて、装置全体がコンパクトになる。また、水蒸気トラップ等が不要になるので、エネルギー消費を低減でき、ランニングコストが低減される。さらに、励起酸素を発生させるための過酸化水素水、水酸化ナトリウムおよぴ塩素ガスが不要となり、原料費も低減される。ガスを循環しているものにおいては、原料費は著しく低減される。
【００３７】
【実施例】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３８】
実施例１
本発明の実施例１にかかわるヨウ素レーザー装置を図１に示し、実施例１のヨウ素レーザー装置１は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０と、ヨウ素気化器２０と、レーザー発振器３０と、ヨウ素トラップ４０と、真空ポンプ５０とを主要構成要素としている。
【００３９】
この実施例１のヨウ素レーザー装置１においては、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０により生成された励起酸素は連絡ダクトによりレーザー発振器３０に導かれる。また、このレーザー発振器３０には、ヨウ素気化器２０からのヨウ素原子が、例えばチッ素ガスなどのキャリアガスとともに導かれている。このレーザー発振器３０に導かれたヨウ素原子は、ヨウ素インジェクタ３１により、レーザー発振器３０内にキャリアガスとともに噴出される。このレーザー発振器３０内に噴出されたヨウ素原子は、同じくこのレーザー発振器３０内に導入されている励起酸素によりエネルギーが移乗されて励起状態とされる。この励起されたヨウ素原子がエネルギーを放出して基底状態に戻る際にヨウ素レーザーが発振される。この発振されたヨウ素レーザーは、レーザー発振器３０に設けられたレーザー発振窓３２より系外に放射される。一方、エネルギーを放出して基底状態に戻ったヨウ素原子は、連絡ダクトによりヨウ素トラップ４０に導かれてヨウ素原子が分離される。ついで、このヨウ素分が分離されたガスは、下流側にある真空ポンプ５０により大気に放出される。
【００４０】
なお、この実施例１に用いられているレーザー発振器３０、ヨウ素トラップ４０および真空ポンプ５０の構成の詳細な説明は省略するが、従来より化学励起酸素発生器が用いられているヨウ素レーザー装置に用いられているものと同種の構成のものが用いられている。このことは、特に断りがないかぎり以下の実施例においても同様である。
【００４１】
ここで、この実施例１に用いられているＲＦ放電型励起酸素発生器１０の励起酸素発生部について説明する。このＲＦ放電型励起酸素発生器１０は以下に説明する各実施例にも用いられている。
【００４２】
図２および図３は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１の一実施例（以下、電極実施例１という）の要部構造図である。
【００４３】
図２および図３に示す電極実施例１においては、電極１１は、円筒体のホローカソード１２と、このホローカソード１２の外側中間部に絶縁体１３を介して装着されている板状のアノード１４とから構成されている。このホローカソード１２の先端部１２ａは、図２に示すように、円錐台とされ、その中央部に円形の透孔１２ｂが設けられている。そして、このように構成された電極１１に、図２にブロック図的に示すように、ＲＦ電源が接続されている。
【００４４】
このホローカソード１２の下端部には、図示しない酸素ガス供給源から酸素ガスが供給されて、透孔１２ｂから酸素ガスが噴出させられている。この状態において、ＲＦ電源が投入されるとＲＦ放電が起こり、透孔１２ｂの周縁部にプラズマ部が形成される。ここで、前述のごとく、アノード１４がホローカソード１２の外側中間部に装着されているので、この透孔１２ｂの周縁部に形成されるプラズマの形状は、図４に模式的に示すように、噴水状となる。このとき、ＲＦ電源の条件および透孔１２ｂを通過する酸素ガスの流速を適度に調整すると、酸素分子への電子からのエネルギー移乗時間を短くすることができ、図５に模式的に示すように、中央部プラズマ化されていない中性酸素１５が存在し、その外側に一重項励起酸素が生成されるミキシング部１６と、さらにその外側にプラズマ部１７が存在する状態が形成される。このＲＦ放電型励起酸素発生器１０は、このミキシング部１６で生成された一重項励起酸素を取り出して使用するものである。本明細書では、このプラズマ部１７と中性酸素１５との間のミキシング部１６近傍の電子のエネルギーレベルの低い部分を、アフターグロープラズマ層１８という。
【００４５】
なお、ここで、例えばホローノズルの径を３ｍｍ、高さを４ｍｍとした場合、酸素ガス量１Ｎｌ／ｍｉｎ、ホローノズルの１次圧力を５０Ｔｏｒｒ、２次圧力を１Ｔｏｒｒとするときは、透孔１２ｂを通過するときの酸素ガスの流速は、例えば約４００ｍ／秒とされている。この時のＲＦ電源入力は５００Ｗ程度で、しかも高い励起率が得られた。
【００４６】
このように、電極実施例１においては、ホローカソード１２に酸素ガスを通過させて、ＲＦ放電を行うだけで一重項励起酸素を生成することができる。
【００４７】
図６および図７は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１の他の実施例（以下、電極実施例２という）の要部構造図である。
【００４８】
図６および図７に示す電極実施例２においては、電極１１は、長方形状のホローカソード１２と、このホローカソード１２の外側中間部に絶縁体１３を介して装着されている板状のアノード１４とから構成されている。このホローカソード１２の先端部１２ａは、図６に示すように、台形とされ、その中央部に長方形状の透孔１２ｂが設けられている。そして、このように構成された電極に、図６にブロック図的に示すように、ＲＦ電源が接続されている。
【００４９】
しかして、このように構成された電極実施例２においても、電極実施例１と同様に、この透孔１２ｂに酸素ガスが通過させられた状態でＲＦ放電がなされて一重項励起酸素が生成される。
【００５０】
なお、ここでの運転条件も円形断面の電極実施例１に準じて設定される。
【００５１】
このように、電極実施例２においても、ホローカソード１２に酸素ガスを通過させて、ＲＦ放電を行うだけで一重項励起酸素を生成することができる。
【００５２】
図８は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例（以下、電極実施例３という）の要部構造図である。
【００５３】
図８に示す電極実施例３は、電極実施例１を改変したものであって、ホローカソード１２の上方に、生成された励起酸素を選択的に取り出すための吸引ノズル１９が配設されてなるものである。この吸引ノズル１９の配設位置は、その中心が励起酸素の濃度が一番高い位置に一致するようにされるのが好ましい。
【００５４】
このように、電極実施例３においては、生成された励起酸素を、その濃度が高い箇所から選択的に取り出すことができる。したがって、励起酸素発生器１０からレーザー発振器３０へ送気されるガス中の励起酸素濃度を高くすることができ、レーザー発振器３０における発振効率を向上することができる。
【００５５】
図９は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例（以下、電極実施例４という）の要部構造図である。
【００５６】
図９に示す電極実施例４は、電極実施例３を改変したものである。すなわち、電極実施例３においては、図８に示すように、励起酸素濃度の高い箇所が一箇所であるために、吸引ノズル１９は円筒体とされているが、電極実施例４においては、励起酸素濃度の高い箇所が外周部にあるために、吸引ノズル１９は中心部に排気部１９ａが設けられた円筒体とされて、排気部１９ａと外筒１９ｂとの間に吸引部１９ｃが形成されている。この吸引部１９ｃの配設位置は、その中心が励起酸素の濃度が一番高い位置に一致するようにされるのが好ましい。なお、排気部１９ａ付近の濃度の低いガスは本排気部１９ａにより除去される。
【００５７】
このように、電極実施例４においても、電極実施例３と同様に、生成された励起酸素を、その濃度が高い箇所から選択的に取り出すことができ、レーザー発振器３０における発振効率を向上することができる。
【００５８】
図１０および図１１は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極のさらに他の実施例（以下、電極実施例５という）の要部構造図である。
【００５９】
図１０および図１１に示す電極実施例５は、電極実施例１を改変したものである。すなわち、電極実施例５においては、円筒体の筒体１２自身にも酸素ガスの流路１２ｃが形成されて、この流路より二次酸素ガスが、透孔１２ｂの外周部に存在するアフターグロープラズマ層１８の外周部に噴出されるようにされている。このように電極実施例５においては、酸素ガスが多段的に投入されているので、励起酸素が効率よく多量に生成される。したがって、励起酸素発生器１０からレーザー発振器３０へ送気されるガス中の励起酸素濃度を高くすることができ、レーザー発振器３０における発振効率を向上することができる。
【００６０】
図１２は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例（以下、電極実施例６という）の要部構造図である。
【００６１】
図１２に示す電極実施例６は、電極実施例１を改変したものである。すなわち、電極実施例６においては、透孔１２ｂの壁面に噴出酸素ガスの壁面に沿う流速を低下させて、中央部を流れる酸素ガスの流量を多くするための抵抗が形成されている。この抵抗１２ｄは、例えば図１２に示すように、壁面にぎざぎざの凹凸を形成して設けられる。この電極実施例６においては、励起酸素生成効率の悪い透孔の壁面の酸素ガス流速を低下させてその部分の流量を減少させるとともに、励起酸素生成効率の高い部分（中央部）の酸素ガスの量を増大させているので、励起酸素生成効率を上昇させることができる。したがって、励起酸素発生器１０からレーザー発振器３０へ送気されるガス中の励起酸素濃度を高くすることができ、レーザー発振器３０における発振効率を向上することができる。
【００６２】
図１３は、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０に用いられるＲＦ放電用電極１１のさらに他の実施例（以下、電極実施例７という）の要部構造図である。
【００６３】
図１３に示す電極実施例７は、透孔１２ｂの下部に、例えば耐熱ガラスなどの絶縁体からなるリング状のノズル１２ｅが装着されている。このため、透孔１２ｂ入口部の電界強度を低くすることができるとともに、透孔１２ｂを通過する酸素ガス流速を上げることができるので、酸素ガスへの電子からのエネルギー移乗を適度に抑制することができる。そのため、励起酸素を高効率で生成することができる。したがって、励起酸素発生器１０からレーザー発振器３０へ送気されるガス中の励起酸素濃度を高くすることができ、レーザー発振器３０における発振効率を向上することができる。
【００６４】
さらに、ＲＦ放電用電極１１としては、例えば図１４や図１５に示すような形状とすることもできる。
【００６５】
図１４は透孔に先広がりのテーパを形成したものである。これによってもノズル内のガス流速を超音速流にすることができ、励起率の向上が図られる。
【００６６】
図１５は円形ノズル（透孔）の高さＨと内径Ｄとの比Ｈ／ＤをＨ／Ｄ≧１としたものである。これによっても、励起率の向上が図られる。
【００６７】
以上、ＲＦ放電用電極１１を実施例に基づいて説明してきたが、この電極１１は前記に限定されるものではなく、前記各電極実施例を組み合わせることもできる。例えば、電極実施例５において、電極実施例３に設けられているような吸引ノズル１９を設けることもできる。
【００６８】
実施例２
本発明の実施例２にかかわるヨウ素レーザー装置を図１６に示し、実施例２のヨウ素レーザー装置１Ａは、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０と、ヨウ素気化器２０と、レーザー発振器３０と、ヨウ素トラップ４０と、循環送風機６０とを主要構成要素としている。
【００６９】
この実施例２のヨウ素レーザー装置１Ａでは、キャリアガスが酸素ガスとされ、ヨウ素トラップ４０によりヨウ素が分離された後のガスが、循環送風機６０によりＲＦ放電型励起酸素発生器１０に循環されている点が実施例１と相違しているが、その他は実施例１と同様とされている。このように、実施例２においては、ガスを循環させて使用しているので、原料ガスの消費を著しく低減することができる。
【００７０】
ここで、循環送風機６０としては、各種のものを用いることができるが、ターボ型送風機を用いるのが、軽量小型化の点から好ましい。
【００７１】
実施例２においては、ヨウ素気化器２０からのキャリアガス（Ｏ2）が供給されているために、循環ダクト内のガス圧が上昇する。そこで、レーザー発振器３０に圧力検出器Ｐを設けるとともに、ヨウ素トラップ４０と循環送風機６０との間に圧力調節弁７１と真空ポンプ７２からなる圧力調節ライン７０を接続し、その圧力調節弁７１を前記圧力検出器Ｐからの信号に基づいて制御して、循環ダクト内の圧力を一定に保つようにされている。また、この圧力調節ライン７０は、ヨウ素レーザー装置１Ａの起動時のダクト内の排気装置として使用することもできる。
【００７２】
実施例３
本発明の実施例３にかかわるヨウ素レーザー装置を図１７に示し、実施例３のヨウ素レーザー装置１Ｂは、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０と、ヨウ素気化器２０と、レーザー発振器３０と、ヨウ素トラップ４０と、循環送風機６０とを主要構成要素としている。
【００７３】
この実施例３のヨウ素レーザー装置１Ｂでは、キャリアガスが酸素ガスとされ、ヨウ素トラップ４０によりヨウ素分が分離された後のガスが、循環送風機６０によりＲＦ放電型励起酸素発生器１０に循環されている点は実施例２と同様であるが、実施例３においては、循環ガスの一部は分岐されてキャリアガスとしてヨウ素気化器２０にも供給されている。このため、実施例３においては、実施例２のように、キャリアガスが循環経路内に供給されることにより経路内のガス圧が上昇することはない。
【００７４】
しかしながら、実施例２と同様に、レーザー発振器３０に圧力検出器Ｐを設けるとともに、ヨウ素トラップ４０と循環送風機６０との間に圧力調節弁７１と真空ポンプ７２からなる圧力調節ライン７０を接続し、その圧力調節弁７１を前記圧力検出器Ｐからの信号により制御して、循環ダクト内の不測の圧力変動に対処できるようにされているのが好ましい。また、この圧力調節ライン７０は実施例２と同様に、ヨウ素レーザー装置１Ｂの起動時のダクト内の排気装置としても使用される。
【００７５】
実施例４
本発明の実施例４にかかわるヨウ素レーザー装置を図１８に示し、実施例４のヨウ素レーザー装置１Ｃは、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０と、レーザー発振器３０と、循環送風機６０とを主要構成要素としている。
【００７６】
この実施例４のヨウ素レーザー装置１Ｃでは、実施例２と同様に、ガスが循環されて使用されているが、ヨウ素原子が含有された状態でガスが循環される。このため、レーザー発振器３０にはヨウ素インジェクタ３１が設けられていない。かかる構成を有するヨウ素レーザー装置１Ｃにおいては、理論上はヨウ素原子は消耗することはないが、ダクトへの付着等によりヨウ素原子の濃度が低下する場合があり得るので、かかる事態に対処するために、レーザー発振器３０の下流側に、初期充填用および補充の用のための補充ライン８０が接続されている。また、実施例４では、通常の状態ではキャリアガスが循環経路内に供給されることがないので、経路内のガス圧が上昇することはない。
【００７７】
しかしながら、補充時にはキャリアガスが系内に供給さてダクト内のガス圧が上昇するので、実施例２と同様に、レーザー発振器３０に圧力検出器Ｐを設けるとともに、レーザー発振器３０と循環送風機６０との間に圧力調節弁７１と真空ポンプ７２からなる圧力調節ライン７０を接続し、その圧力調節弁７１を前記圧力検出器Ｐからの信号に基づいて制御して、循環ダクト内の不測の圧力変動に対処できるようにされているのが好ましい。また、この圧力調節ライン７０は、実施例２と同様に、ヨウ素レーザー装置１Ｃの起動時のダクト内の排気装置としても使用される。
【００７８】
なお、この場合、ヨウ素原子もホローカソード１２に導かれるので、一部電子によりエネルギー移乗されてプラズマ化するが、これによる投入電力の損失はヨウ素ガスの量が酸素ガスの量の例えば１／１００とわずかなため、励起酸素生成に際し問題となることはないし、また、レーザー発振に際しても問題となることはない。
【００７９】
実施例５
本発明の実施例５にかかわるヨウ素レーザー装置を図１９に示し、実施例５のヨウ素レーザー装置１Ｄは、ＲＦ放電型励起酸素発生器１０と、ヨウ素原子エネルギーの誘導放出抑制手段９０と、レーザー発振器３０と、循環送風機６０とを主要構成要素としている。
【００８０】
この実施例５のヨウ素レーザー装置１Ｄは、実施例４を改変したものである。すなわち、実施例４においては、励起されたヨウ素原子からのエネルギー誘導放出が、レーザー発振器３０へ導入される前または直後になされる恐れがある。しかしながら、このエネルギー誘導放出は、磁界をかけることにより防止することができる。そこで、実施例５では、永久磁石や電磁石を主要構成要素としているエネルギー移乗防止手段９０がＲＦ放電型励起酸素発生器１０とレーザー発振器３０との間に介装されて、励起酸素に所定の磁界がかけられている。この場合の磁界の強度は、例えば５００ガウス程度とされている。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、ＲＦ放電型励起酸素発生器により得られた一重項励起酸素を用いてヨウ素レーザー発振を行っているので、レーザー装置を小型化することができる。したがって、ヨウ素レーザー装置のコストを著しく低減できるという優れた効果が得られる。また、ヨウ素レーザー装置を小型化していること、および原料ガスの消費量が少ないので、ランニングコストを著しく低減することもできるという優れた効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のヨウ素レーザー装置のブロック図である。
【図２】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例１の縦方向断面図である。
【図３】同平面図である。
【図４】電極実施例１における励起酸素生成の説明図である。
【図５】図４のＡーＡ線断面図である。
【図６】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例２の縦方向断面図である。
【図７】同平面図である。
【図８】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例３の縦方向断面図である。
【図９】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例４の縦方向断面図である。
【図１０】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例５の縦方向断面図である。
【図１１】同平面図である。
【図１２】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例６の縦方向断面図である。
【図１３】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例７の縦方向断面図である。
【図１４】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例の他の例の縦方向断面図である。
【図１５】本発明のヨウ素レーザー装置のＲＦ放電型励起酸素発生器に用いる電極実施例のさらに他の例の縦方向断面図である。
【図１６】本発明の実施例２のヨウ素レーザー装置のブロック図である。
【図１７】本発明の実施例３のヨウ素レーザー装置のブロック図である。
【図１８】本発明の実施例４のヨウ素レーザー装置のブロック図である。
【図１９】本発明の実施例５のヨウ素レーザー装置のブロック図である。
【図２０】従来の化学励起酸素発生器を用いているヨウ素レーザー装置のブロック図である。
【図２１】同装置の一部を破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
１        ヨウ素レーザー装置
１０        ＲＦ放電型励起酸素発生器
１１        ＲＦ放電用電極
１２        ホローカソード
１２ｂ      透孔
１３        絶縁体
１４        アノード
１５        中性酸素
１６        ミキシング部
１７        プラズマ部
１８        アフターグロープラズマ層
１９        吸引ノズル
２０        ヨウ素気化器
３０        レーザー発振器
３１        ヨウ素インジェクタ
３２        レーザー発振窓
４０        ヨウ素トラップ
５０        真空ポンプ
６０        循環送風機
７０        圧力調節ライン
７１        圧力調節弁
７２        真空ポンプ
８０        補充ライン
９０        抑制手段（発振抑制手段）
【図１】
0003639871.tif 000002
【図２】
0003639871.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003639871.tif 000009
【図９】
0003639871.tif 000010
【図１０】
0003639871.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003639871.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003639871.tif 000016
【図１６】
0003639871.tif 000017
【図１７】
0003639871.tif 000018
【図１８】
0003639871.tif 000019
【図１９】
0003639871.tif 000020
【図２０】
0003639871.tif 000021
【図２１】
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