(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起酸素を含む雰囲気中に放電エネルギー発生装置を設け、発生するエネルギーをヨウ素分子流に作用させつつ励起酸素雰囲気中に注入して混合し、混合気を共振部に搬送してレーザ光を発生させることを特徴とするヨウ素レーザ発生方法。
【請求項２】
インジェクターホールを備えたホローカソードを励起酸素を含む雰囲気中に設け、電圧印加したホローカソードのインジェクターホールからヨウ素分子流を噴出させて励起酸素と混合し、混合気を共振部に搬送してレーザ光を発生させることを特徴とするヨウ素レーザ発生方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のヨウ素レーザ発生方法において、エネルギー投入量もしくは印加電圧を制御することによりヨウ素レーザの出力を調整することを特徴とするヨウ素レーザ発生方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のヨウ素レーザ発生方法において、ホローカソードより流出するヨウ素分子流にヘリウム、窒素、アルゴンの少なくとも１種を含むバッファガスを加えることを特徴とするヨウ素レーザ発生方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のヨウ素レーザ発生方法において、励起酸素流とヨウ素分子流を超音速状態にして混合することを特徴とするヨウ素レーザ発生方法。
【請求項６】
励起酸素供給口と、ヨウ素分子供給口と、レーザ共振器と、排気口を備え、励起酸素供給口からレーザ共振器を通って排気口に至る励起酸素流を形成するヨウ素レーザ発振器において、インジェクターホールを有するホローカソードを励起酸素供給口とレーザ共振器の間に配設し、ヨウ素分子供給口から供給されるヨウ素分子を前記インジェクターホールから噴出させて励起酸素と混合し、レーザ共振器に搬送してレーザ放射させるヨウ素レーザ発振器。
【請求項７】
請求項６記載のヨウ素レーザ発振器において、前記ホローカソードの下流側に超音速ノズルを形成するアノードを備えることを特徴とするヨウ素レーザ発振器。
【請求項８】
請求項６または７記載のヨウ素レーザ発振器において、前記ホローカソードがパイプであって、前記インジェクターホールがホローカソードの軸方向に複数配列されていることを特徴とするヨウ素レーザ発振器。
【請求項９】
請求項６記載のヨウ素レーザ発振器において、励起酸素流が流れるノズルを有するアノードを前記インジェクターホールの周囲に絶縁体を介して複数配設することを特徴とするヨウ素レーザ発振器。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載のヨウ素レーザ発振器において、前記ホローカソードの孔がスリット状であることを特徴とするヨウ素レーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヨウ素レーザの発生方法および装置に関し、特に、酸素ヨウ素レーザのレーザ発振器におけるヨウ素供給方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ヨウ素レーザの研究開発が進み、その高出力、高効率、高光質で、しかもファイバー導光性がよく、多くの物質について光吸収率が高いという特質を利用した、穴あけ、切断、溶接、表面処理等の加工への応用が期待できるようになってきた。
【０００３】
ヨウ素レーザは、励起状態（以下、化学式上(*)で表すことがある）のヨウ素（Ｉ(2P1/2)(*)）が基底状態（Ｉ(2P3/2)）に落ちるときに発する１．３１５μｍの放射を利用するもので、工業用途には酸素分子とヨウ素原子の共鳴的なエネルギー移乗反応を利用し、連続レーザ発振が可能な化学励起酸素ヨウ素レーザが多く用いられる。
【０００４】
図８は従来のヨウ素レーザ発生方法を表したブロック図である。図９はレーザ発振器の構成を示す概念図である。
ヨウ素レーザ装置は励起酸素発生器１１０と、ヨウ素気化器１２０と、レーザ発振器１３０と、ヨウ素トラップ１４０と、真空ポンプ１５０を主要構成要素としている。
【０００５】
レーザ発振器１３０は、励起酸素を含む気流を受け入れる励起酸素供給口１３１と、ヨウ素分子とキャリアガスの混合気流を受け入れるヨウ素分子供給口１３２と、両端に反射鏡を備えてレーザ共振を可能とするレーザ共振器１３３と、真空ポンプ１５０と連絡していて器内のガスを吸引して励起酸素流を維持すると共に反応後のガスを排気するための排気口１３４と、ヨウ素分子を励起酸素雰囲気中に噴出させるヨウ素インジェクタ１３５を備えている。
【０００６】
励起酸素発生器１１０により生成された励起酸素は連絡ダクトによりレーザ発振器１３０の励起酸素供給口１３１に導かれる。また、このレーザ発振器１３０のヨウ素分子供給口１３２にはヨウ素気化器１２０からのヨウ素分子が例えば窒素ガスなどのキャリアガスと共に供給される。
レーザ発振器１３０に導かれたヨウ素分子はキャリアガスと共にヨウ素インジェクタ１３５によりレーザ発振器１３０内に噴出される。レーザ発振器１３０内に噴出されたヨウ素分子は、レーザ発振器１３０内に導入された励起酸素からエネルギーを移乗されてヨウ素原子に解離され、さらに励起酸素からエネルギーを移乗されて励起状態とされる。
【０００７】
励起されたヨウ素原子は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を発生する。レーザ共振器１３３がこのレーザ光を増幅してレーザ発振窓より系外に放射する。レーザ共振器１３３内で反射鏡の間を往復する幾つかの光に刺激された励起ヨウ素原子がエネルギーを放出して基底状態に落ちる。レーザ共振器における光は光子１個分増加する。反応式として表すと下の式（１）になる。ここでｎは自然数、ｈνは光のエネルギーである。
【０００８】
【数１】
0003690853.tif 000002
【０００９】
エネルギーを放射して基底状態に戻ったヨウ素原子はキャリアガスや酸素と共に排気口１３４から連絡ダクトを介してヨウ素トラップ１４０に導かれてヨウ素原子が分離回収される。残余のガスは真空ポンプ１５０により大気中に排出される。
【００１０】
酸素分子とヨウ素原子のエネルギー移乗反応は下の式（２）により表される平衡反応であるから、ヨウ素原子の2P1/2−2P3/2準位間にレーザ発振を可能とさせる反転分布を形成するには、電気放電、マイクロ波放電、あるいは化学反応によって生成した電子励起状態の酸素分子（Ｏ2(1Δ))が過剰に存在するようにしなければならない。ここで（Ｏ2(3Σ))は基底状態の酸素である。
【００１１】
【数２】
0003690853.tif 000003
【００１２】
このような電子励起状態の酸素分子（Ｏ2(1Δ))を発生させる方法として化学励起酸素生成法がある。化学励起酸素生成法は、過酸化水素水に水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ溶液を加え、この混合溶液中に塩素ガスをバブリングして、励起酸素を生成するもので、その反応は式（３）により表される。
【００１３】
【数３】
0003690853.tif 000004
【００１４】
この方法では、生成した酸素分子のうち３５〜４０％が電子励起状態に励起されているとされる。
【００１５】
しかし、この方法は、塩素ガスや過酸化水素水など、原料が高価なばかりか、湿式であるため励起酸素中の水蒸気を氷結させて掻き取る水蒸気トラップを必要とし、塩素ガスが含まれる水溶液を処理する廃液処理装置や塩化水素ガスのための排ガス処理装置なども必要とされ、設備や操業の費用が大きいため、生成された励起酸素は非常に高価なものになる。
【００１６】
本願発明者らは既に、化学励起酸素生成法が有する問題を回避してより安価な励起酸素供給を可能とするため、特願平６ー０７０１２８明細書によりＲＦ放電型励起酸素生成法を開示している。この方法は、酸素ガス供給源から供給される酸素ガスをホローカソードに開けた透孔から噴出させておいてＲＦ電源を投入すると、ＲＦ放電が起こり透孔の周縁部に噴水状のプラズマ部が生じ、その内側に生ずる中性酸素とのミキシング部に励起酸素が生成されることを利用するものである。こうした改良により、励起酸素のコストは低減した。
【００１７】
しかし、従来のヨウ素レーザ装置では、ヨウ素気化器から供給される分子状態のヨウ素を直接励起酸素の流れの中に注入するため、励起酸素のエネルギーのかなりの部分が分子状態のヨウ素を原子状態に解離するために使用されてしまう。
この反応は下の化学反応式（４）で表される。
【００１８】
【数４】
0003690853.tif 000005
【００１９】
ここで解離のために消費される励起酸素のエネルギーは、ヨウ素励起のために使われるエネルギーにほぼ匹敵するとされる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、せっかく製造した励起酸素が本来の目的であるヨウ素原子の励起に使われずに消費されてしまうため、ヨウ素励起に係わる励起酸素濃度が低下して、上記式（２）の化学平衡が右側に移行しにくく励起ヨウ素の濃度が高くならず、与えた励起酸素量の割に得られるレーザ光が微弱であった。さらには、レーザ発振を起こすためには励起酸素量が所定の酸素励起率（Ｏ2(*)／Ｏ2）を越えていることが必要とされるが、その限界酸素励起率に達することができず発振が起こらないこともあった。
【００２１】
外部から供給されたエネルギでヨウ素分子を原子状態に解離することによってヨウ素分子の解離のために消費される励起酸素を少なくして高いレーザ変換率を達成する方法が特開平３−１５５６８８号公報に開示されている。この方法は、励起酸素を含むガス中に注入する前に、分子状態のヨウ素をその解離温度以上に加熱するなどして予め原子状態に解離した上でレーザ発振器のインジェクタまで搬送して注入するものである。
この方法により励起酸素の浪費が節減できるようになるが、ヨウ素原子は直ちに結合して分子状態に変化するので、原子状態に解離させた後インジェクタまでの配管中で再結合するヨウ素原子も無視できない。
【００２２】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、励起酸素のエネルギーを使用せずにヨウ素分子を解離するとともに再結合の機会を少なくして、励起酸素発生器で製造された励起酸素のエネルギーをできるだけ有効にヨウ素励起に使用するようにすることにある。
励起酸素の浪費を抑えることにより、励起酸素発生器の小型化、ひいては原料溶液ライン、真空装置、冷凍機等の多くの補機の小型化が達成でき、また燃料使用量も大幅に減少するので、ランニングコストの低減が期待できる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のヨウ素レーザ発生方法は、励起酸素を含む雰囲気中に放電エネルギー発生装置を設け、発生するエネルギーをヨウ素分子流に作用させつつ励起酸素雰囲気中に注入して混合し、混合気を共振部に搬送してレーザ光を発生させることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のヨウ素レーザ発生方法は、インジェクターホールを備えたホローカソードを励起酸素を含む雰囲気中に設け、電圧印加したホローカソードのインジェクターホールからヨウ素分子流を噴出させて励起酸素と混合し、混合気を共振部に搬送してレーザ光を発生させることを特徴とするものであってよい。
【００２５】
なお、エネルギー投入量もしくは印加電圧を制御することによりヨウ素レーザの出力を調整するようにすることが好ましい。
さらに、ホローカソードより流出するヨウ素分子流にヘリウム、窒素、アルゴンの少なくとも１種を含むバッファガスを加えるようにしてもよい。
さらに、励起酸素流とヨウ素分子流を超音速状態にして混合することが好ましい。
【００２６】
また、上記課題を解決するため、本発明のヨウ素レーザ発振器は、励起酸素供給口とヨウ素分子供給口とレーザ共振器と排気口を備え、励起酸素供給口からレーザ共振器を通って排気口に至る励起酸素流を形成するように構成されたものであって、インジェクターホールを有するホローカソードを励起酸素供給口とレーザ共振器の間に配設し、ヨウ素分子供給口から供給されるヨウ素分子をそのインジェクターホールから噴出させて励起酸素と混合し、レーザ共振器に搬送してレーザ放射させる用にしたことを特徴とする。
【００２７】
本発明のヨウ素レーザ発振器は、ホローカソードの下流側に超音速ノズルを形成するアノードを備えるようにしてもよい。
また、ホローカソードがパイプであって、インジェクターホールがホローカソードの軸方向に複数配列されていてもよい。
さらに、励起酸素流が流れるノズルを有するアノードをインジェクターホールの周囲に絶縁体を介して複数配設するようにしてもよい。
なお、ホローカソードの孔はスリット状であってよい。
【００２８】
本発明のヨウ素レーザ発生方法によれば、放電エネルギー発生装置が励起酸素を含む雰囲気中に設けられているため、ヨウ素はレーザ発振器中の励起酸素気流部分まで分子の状態で搬送されてきて、そこで初めて放電エネルギー発生装置で発生するエネルギーによりヨウ素原子に解離し、そのまま直接的に励起酸素雰囲気中に注入され、ヨウ素原子は励起酸素からのエネルギー移乗を受けて励起状態になる。したがって、解離されたヨウ素原子が再結合して分子状態に戻る割合が著しく減少し、励起酸素のエネルギーをヨウ素原子の励起のために有効に使用することが可能になる。
励起状態になったヨウ素原子はレーザ共振器の領域に搬送されて、ここでレーザ光を放射する。
この方法によれば、励起酸素がヨウ素分子の解離に消費されないので、レーザ発振に必要な反転分布を与えるだけの励起ヨウ素原子を得るための限界酸素励起率（Ｏ2(*)／Ｏ2）を越える励起酸素量を容易に生成することができる。
【００２９】
また、インジェクターホールを備えたホローカソードを用いたヨウ素レーザ発生方法によれば、ヨウ素分子流をインジェクターホールから噴出しながらホローカソードに直流あるいは高周波の電圧を印加すると、インジェクターホールの周縁に沿って噴水のような形をしたプラズマ領域が発生する。発生したプラズマ領域とインジェクターホールの中心部を通過するヨウ素分子との遷移部分に原子状態に解離したヨウ素が生成される。
解離したヨウ素原子はそのまま直接に励起酸素雰囲気中に注入され、励起酸素からエネルギー移乗を受けて励起状態になり、先に述べた方法と同じ作用効果を呈する。
【００３０】
なお、放電エネルギー発生装置やホローカソードへのエネルギー投入量もしくは印加電圧によりヨウ素原子への解離量が変化するので、これら印加エネルギー量を調整することによりヨウ素レーザの出力を制御することが出来る。したがって、このように構成すればレーザ出力の制御が電気的に行える利点がある。
さらに、ヨウ素分子流量は励起酸素流量に対してごく少量でよいため、流れを正確に調整することが困難であるが、ヨウ素分子流にヘリウム、窒素、アルゴンの少なくとも１種を含むバッファガスを適当に加えるようにすると、ヨウ素分子流が全体として増量するため流量の管理が容易になるという利点がある。
【００３１】
さらに、励起酸素流とヨウ素分子流を超音速状態にして混合する場合は、両者がよく混合されて接触的反応が促進されるという利点に加えて、断熱的膨張を起こして冷却するため平衡条件が変化して、常温では２０％程度とされる限界酸素励起率（Ｏ2(*)／Ｏ2）が、例えば摂氏−１５０度程度で５〜７％に低下する効果が生じる。
【００３２】
また、インジェクターホールを有するホローカソードを励起酸素供給口とレーザ共振器の間に配設した本発明のヨウ素レーザ発振器によれば、真空ポンプに引かれて励起酸素供給口からレーザ共振器を通って排気口に至るように形成された励起酸素流が存在し、この励起酸素流中にインジェクターホールを有するホローカソードが配設されているので、供給されるヨウ素分子を電源印加されたホローカソードのインジェクターホールから噴出させることによりヨウ素を原子状態に解離させるとそのまま直接的に励起酸素と混合するので、励起酸素のエネルギーはヨウ素分子の解離に消費されず大部分がヨウ素原子の励起に使われるようになる。したがって、必要とされる励起酸素量も減少しレーザ発振器の周辺機器の規模を小さくすることができ、また運転費用も節減できる。
【００３３】
ホローカソードの下流側に超音速ノズルを形成するアノードを備えるようにしたものは、ヨウ素原子と混合した励起酸素流がさらによく混ざり合いエネルギー移乗反応が促進されると共に、断熱膨張による冷却により酸素励起率が低くてもレーザ発振が可能になる効果がある。
さらに、励起酸素流が流れるノズルを有するアノードをインジェクターホールの周囲に絶縁体を介して複数配設したものは、ヨウ素原子の流れの周囲に近接して励起酸素流が存在するため、両者がよく混合してエネルギー移乗が確実に行われる。また、両ノズルを超音波ノズルとするときは雰囲気温度が低下して反応が進む効果がある。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明に係るヨウ素レーザ発生方法とヨウ素レーザ発振器を詳細に説明する。
図１は、本発明のヨウ素レーザ発生方法の１実施例を説明するブロック図、図２は、本発明のヨウ素レーザ発振器に用いるホローカソードの１例を示す断面図である。
ヨウ素レーザ装置は従来同様、励起酸素発生器１０と、ヨウ素気化器２０と、レーザ発振器３０と、ヨウ素トラップ４０と、真空ポンプ５０を主要構成要素としている。
【００３５】
励起酸素発生器１０は、過酸化水素水に水酸化カリウムなどのアルカリ溶液を加えた混合溶液中に塩素ガスをバブリングして励起酸素を生成する化学励起酸素生成法によるものであっても、酸素ガス供給源から供給される酸素ガスをホローカソードに開けた透孔から噴出させておいてＲＦ放電を起こすと透孔の周縁部に生ずるプラズマ部の内側に生ずるミキシング部に励起酸素が生成されることを利用するＲＦ放電型励起酸素生成法によるものであってもよい。
励起酸素発生器１０により生成された励起酸素は基底状態の酸素やアルゴン、窒素、ヘリウムなどのイナートガスと一緒に連絡ダクトによりレーザ発振器３０の励起酸素供給口に導かれる。
【００３６】
レーザ発振器３０に到達した励起酸素流は真空ポンプ５０に吸引されて、レーザ発振器３０内を層を成して流れ排気口から排出されて、真空ポンプ５０から大気中に放散される。
【００３７】
ヨウ素気化器２０は、一般に固体状のヨウ素を例えば摂氏６０度など、適当に加熱して昇華させ、流量調整バルブにより流量を制御しながらレーザ発振器３０のヨウ素分子供給口に供給する。昇華して気体状になったヨウ素分子は搬送と流量調整を容易にするため、アルゴン、窒素、ヘリウムなど不活性なキャリアガスと混合されて増量されている。
【００３８】
レーザ発振器３０には、両端に反射鏡を備えてレーザ共振を可能とするレーザ共振器３３が励起酸素流中をその軸が通るように設けられている。レーザ共振器３３は、励起ヨウ素原子から放出される波長１．３１５μｍの光を共振させて、その一部をレーザビームとして一方の反射鏡から放射する。
【００３９】
励起酸素供給口とレーザ共振器３３の中間には、励起酸素流を横切るように中空のパイプ３５が設けられており、一端がヨウ素分子供給口に接続されている。レーザ発振器３０の壁には、このパイプ３５と絶縁された電極板３６が設けられている。パイプ３５と電極板３６はそれぞれ高周波（ＲＦ）電源３８の別の電極に結線されている。
【００４０】
上記中空パイプ３５には適当な間隔でインジェクターホール３７が開けられており、供給されたヨウ素分子流はインジェクターホール３７を介して励起酸素流中に放出される。励起酸素とヨウ素原子間のエネルギー移乗を効率的に行うために適当な量は、励起酸素量１００に対してヨウ素量１程度とされており、ヨウ素自体の流量は極微量で取り扱いが難しい。そこでヨウ素に不活性ガスを加えてたとえば１０倍に増量して制御しやすい流量とする工夫が行われている。
【００４１】
ヨウ素分子流が存在する状態でパイプ３５と電極板３６にＲＦ電源３８からＲＦ電圧を供給すると、パイプ３５は高真空のレーザ発振器３０中で電極板３６をアノードとするホローカソードとなりＲＦ放電を起こし、インジェクターホール３７の周縁部に噴水状のプラズマ部３９を発生する。プラズマ部３９の外縁部分ではヨウ素分子が解離されて単体のヨウ素原子が多量に発生する。
【００４２】
このようにして解離されたヨウ素原子はホローカソード３５周辺の励起酸素流中に直接混入され、励起酸素との間でエネルギー移乗を起こして励起状態になり、レーザ共振器３３の位置まで搬送される。
ヨウ素原子を含む励起酸素流は真空中における亜音速から超音速領域の流れとするのが好ましい。
レーザ共振器３３には１．３１５μｍのレーザ光が反射鏡間に閉じ込められており、その一部が一方の反射鏡を透過して放射され、レーザとして利用されている。レーザ共振器３３の位置まで搬送された励起状態のヨウ素原子は、反射鏡間に定在するレーザ光に刺激されて同じ波長の光を発生して基底状態に戻り、排出口から排出される。
【００４３】
排気中にはヨウ素が含まれているので、ヨウ素トラップ４０で回収し、残余のガスを真空ポンプ５０により大気中に放散する。酸素や不活性ガスを図外の循環送風機により励起酸素発生器１０やヨウ素気化器２０に循環使用しても良い。
【００４４】
図３は、ホローカソード３５とアノード３６に印加する電源電圧に従ってレーザ出力が変化する様子を模式的に示した図面である。
図中Ａで示す領域のように、電源電圧を高くして放電エネルギーを増加させると、インジェクターホール３７の周縁に生成するプラズマ部が大きくなり、プラズマ部周縁におけるヨウ素分子の解離も盛んになる。したがって励起酸素の消費量が減少して励起ヨウ素原子が増えレーザ共振部３３におけるレーザ出力も大きくなる。
【００４５】
一方、図中Ｂで示す領域のように、印加する電源をオフにするとヨウ素分子の解離は全て励起酸素の作用によることになるので、ヨウ素原子の励起に当てられる励起酸素量が減少してレーザ出力が低下する。逆転分布が生じない程度に励起ヨウ素原子が減少するとレーザ発光も生じなくなる。
さらに、図中Ｃでしめすように、中間的な電圧を印加すると放電エネルギーが減少する分だけレーザ出力が低下する。
従来、レーザ出力を任意に調節することは非常に困難であったが、本発明によればホローカソードの電源を調整することで容易に制御できるようになる。
【００４６】
なお、上記実施例では、アノード３６の配設位置をレーザ発振器３０の壁としているが、ホローカソード３５と絶縁されていれば特定の配置である必要はなく、励起酸素流から見て上下流あるいは左右いずれの位置を選んでも良い。また、ホローカソードやアノードの数にも制限はない。
図４は超音速ノズルを電極に結線してアノードにした例を示す一部切り欠き斜視図である。
【００４７】
励起酸素流に直交する方向に延びるヨウ素分子供給管３２から複数のホローカソード３５が櫛の歯のように垂下している。ホローカソード３５には軸方向に複数のインジェクターホール３７が開けられている。各ホローカソード３５の下流には断面が先細のくさび状桟が形成されている。このくさび状桟は導電性を有しホローカソード３５と絶縁されていてホローカソード３５に対するアノード３６の機能を果たす。くさび状桟３６は隣り合ったもの同士の間で開口比が例えば１：５となるような超音速ノズルを形成し、高真空励起酸素流が真空ポンプで引かれて超音速あるいは亜音速でノズルを通過する。
従って、電源３８から供給される放電エネルギーによりヨウ素分子から解離され、インジェクターホール３７から注入されたヨウ素原子は、超音速流となった励起酸素流中で十分混合して、励起酸素からスムーズにエネルギー移乗を受けて励起状態に遷移する。
なお、亜音速から超音速の流れを生成するためのノズルの形態にはこの他にも中細ノズルなど各種ある。
【００４８】
インジェクターホール３７の形状は円形に限らない。図５に列挙して例示したように長円形、方形、三角形等いずれでもよく、また複数の種類のものを併用しても良い。いずれにしろ、ヨウ素原子流に偏流が生じないように配置することが好ましい。
【００４９】
図６は、本発明のヨウ素レーザ発振器に用いるホローカソードの他の実施例を示す平面図で、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を表す一部断面図である。
本実施例のアノード板６０はレーザ共振器３３より上流で励起酸素流を遮るように配置される。ヨウ素インジェクターホール６４と酸素ノズル６２はいずれも中細ノズルとして通過流体を亜音速あるいは超音速に加速する機能を有する。
【００５０】
アノード板６０の下流側から真空吸引することによりアノード板６０を貫通している酸素ノズル６２に酸素流を通過させて励起酸素を含む亜音速流れあるいは超音速流れを発生させる。高速流は一方ヨウ素供給管６３から供給するヨウ素分子流は複数のヨウ素インジェクターホール６４のそれぞれに分配され、そこから噴出することにより亜音速流れあるいは超音速流れになる。ここで発生する超音速流れは断熱膨張により雰囲気を冷却して式（２）の右辺側に移動する方向の平衡係数を大きくするため、反応が右辺に進むために必要な限界酸素励起率が低下させる。限界酸素励起率は常温で２０％以上とされるのに対し、周囲温度が零下１５０度になれば５〜７％となる。
【００５１】
アノード板６０には、各ヨウ素インジェクターホール６４の周囲を取り囲むようにして励起酸素流が流れる複数の酸素ノズル６２が配設されている。ヨウ素インジェクターホール６４と酸素ノズル６２の間には絶縁体６６が介在して両者を電気的に絶縁していて、それぞれＲＦ電源３８の電極が接続されている。
ＲＦ電源３８からアノード板６０とインジェクターホール６４にＲＦ電圧が供給されると、インジェクタホール６４の部分にプラズマ部が発生しここを通過するヨウ素分子が原子に解離される。解離されて原子状態になったヨウ素は、亜音速あるいは超音速で下流に噴出して、周囲を壁のように取り囲む亜音速あるいは超音速状態の励起酸素流に巻き込まれ、励起酸素と共に下流にあるレーザ共振器３３の光が定在している部分まで流れ下る。
【００５２】
ヨウ素原子は励起酸素流中でエネルギー移乗を受けて励起されているので、レーザ共振器内で光刺激を受けて１．３１５μｍの赤外光を放射して基底状態に落ちる。
このように構成されたアノード板６０を用いると高速流れ同士で極めて均質によく混合すると共に、冷却により限界酸素励起率が低下し効率の良いエネルギー移乗が出来る。
以上説明した実施例では放電エネルギーを供給する電源装置としてＲＦ電源を使用しているが、直流電源であっても作用は同じである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明した通り、ヨウ素レーザにおいてヨウ素原子を励起するためにせっかく生成させた励起酸素をヨウ素分子を原子状態にするために浪費していたのを、本発明によりヨウ素分子の解離には放電エネルギーを利用して励起酸素は無駄なくヨウ素原子の励起にしようすることを可能にし、またレーザ出力の制御も簡便にすることが出来たので、ヨウ素レーザ装置に付帯する励起酸素発生装置にかかる部分が軽量簡便になり、ヨウ素レーザ装置総体の経済性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヨウ素レーザ発生方法の１実施例を説明するブロック図である。
【図２】本発明のヨウ素レーザ発振器に用いるホローカソードの１例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例におけるエネルギー印加状況を示す図である。
【図４】本発明のヨウ素レーザ発振器に用いるアノードの１例を示す斜視図である。
【図５】本発明に用いるホローカソードのインジェクターホールの形状例を示す斜視図である。
【図６】本発明のヨウ素レーザ発振器に用いるホローカソードの他の１例を示す平面図である。
【図７】図６のホローカソードのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を表す一部断面図である。
【図８】従来のヨウ素レーザ発生方法を説明するブロック図である。
【図９】従来のヨウ素レーザ発振器を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  励起酸素発生器
２０  ヨウ素気化器
３０  レーザ発振器
３３  レーザ共振器
３５  ホローカソード
３６  電極板
３７  インジェクターホール
３８  高周波（ＲＦ）電源
３９  プラズマ部
４０  ヨウ素トラップ
５０  真空ポンプ
６０  アノード板
６２  酸素ノズル
６４  ヨウ素インジェクターホール
６６  絶縁体
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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