(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過酸化水素と塩素ガスとを反応させて励起酸素を発生させる励起酸素発生器により供給される励起酸素にヨウ素を注入した反応ガスをレーザ共振器へ導く導入ダクトと、レーザ共振器と交差する位置でレーザ光の出力に寄与した反応ガスを排出する排出ダクトと、を有するヨウ素レーザ装置において、
前記排出ダクトは、前記導入ダクトを流れる前記反応ガスの圧力を、前記反応ガスがレーザ共振器と交差する位置またはその近傍で１０Ｔｏｒｒ以上および前記反応ガスの流速を、前記反応ガスがレーザ共振器と交差する位置またはその近傍で１５０ｍ／ｓ以下に維持しつつ前記反応ガスを前記排出ダクトに導入可能であることを特徴とするヨウ素レーザ装置。
【請求項２】
前記反応ガスがレーザ共振器と交差する位置またはその近傍における前記反応ガスの圧力は、前記励起酸素発生器により発生される励起酸素の圧力に等しいか僅かに低いことを特徴とする請求項１記載のヨウ素レーザ装置。
【請求項３】
前記排出ダクトの排出側すなわち前記反応ガスがレーザ共振器と交差する位置と反対側に定義される前記排出ダクトの端部には、ターボブロワ装置および真空ポンプ装置が順に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヨウ素レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、化学反応により発生させた励起酸素のエネルギーからレーザ光を得るヨウ素レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヨウ素レーザ装置は、ヨウ素をレーザ媒質に用いて過酸化水素の持つエネルギーをレーザ光として取り出すものである。
例えば、塩素ガスと過酸化水素を反応させて発生させた励起酸素中にヨウ素を注入して反応ガスとし、レーザ共振器に導くことにより、
0003768693.tif 000002
が進行して、波長１．３１５μｍの近赤外レーザ光が得られる（＊は、励起状態を示す）。
【０００３】
今日、市場の要求から、高出力かつ小型のヨウ素レーザ装置が要望されている。このため、レーザ共振器に供給する反応ガスの流速を、音速以上または数１００ｍ／ｓの高速とすることにより出力を高める方法が実用化されている。この場合、超高速ノズルと呼ばれるガス流速増速機構により、レーザ共振器に供給する反応ガスの流速が高められる。なお、超高速ノズルにより反応ガスの流速を高めるためには、ノズルの前段における反応ガスの圧力を、例えば、２０Ｔｏｒｒ以上の高圧にする必要がある。このことから、励起酸素発生器内にヘリウムガスや窒素ガスといった不活性ガスを添加することにより、反応ガスの圧力が２０Ｔｏｒｒ以上に維持される。
【０００４】
その一方で、反応ガスの流速を高めることは、反応ガスのガス流がレーザ共振器と交差する位置すなわちレーザ発振領域あるいはその近傍における反応ガスの圧力を低下させることに他ならない。このため、レーザ共振器のレーザ発振領域を通過した反応ガスの圧力を回復させる（高める）ために、ディフューザと呼ばれる圧力回復（上昇）機構が設けられ、レーザ発振領域を通過する反応ガスの圧力が維持される。なお、ディフューザにより圧力が回復された反応ガスは、後段に配置される排気ブロワ装置（主としてルーツ型）および真空ポンプにより大気圧に戻され、排気される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーザ出力を高めるために、レーザ共振器のレーザ発振領域を通過する反応ガスの流速を音速または数１００ｍ／ｓに設定することは、レーザ発振領域を通過した反応ガスの圧力を著しく低下させることから、ディフューザ装置を用いたとしても、レーザ発振領域を通過した直後の反応ガスの圧力は、超高速ノズルの前段の反応ガスの圧力に比較して２０％程度に低下してしまう（２０％より高い圧力に回復できない）。このため、排気ブロワ装置には、非常に大きな容量すなわち吸い出し能力が要求される。
【０００６】
しかしながら、容量の大きな排気ブロワ装置は、大型かつ高価であり、しかも後段に接続される真空ポンプに対しても大きな容量すなわち吸引能力を要求する問題がある。なお、当然のことながら、容量の大きな真空ポンプは非常に高価である。また、排気ブロワ装置が排気する反応ガスの量に比例して反応ガスの使用量（消費量もしくは劣化度合い）も増大するため、ランニングコストも増大することになる。その一方で、ディフューザ装置、排気ブロワ装置および真空ポンプがヨウ素レーザ装置全体の大きさに占める割合は、容量の大きさに関連して増大されることから、レーザ出力を高めることとレーザ装置を小型化するすることを同時に達成することは、非常に困難である。
この発明の目的は、レーザ出力が高く、小型でランニングコストの低いヨウ素レーザ装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上述した問題点に基づきなされたもので、過酸化水素と塩素ガスとを反応させて励起酸素を発生させる励起酸素発生器により供給される励起酸素にヨウ素を注入した反応ガスをレーザ共振器へ導く導入ダクトと、レーザ共振器と交差する位置でレーザ光の出力に寄与した反応ガスを排出する排出ダクトと、を有するヨウ素レーザ装置において、前記排出ダクトは、前記導入ダクトを流れる前記反応ガスの圧力を、前記反応ガスがレーザ共振器と交差する位置またはその近傍で１０Ｔｏｒｒ以上および前記反応ガスの流速を、前記反応ガスがレーザ共振器と交差する位置またはその近傍で１５０ｍ／ｓ以下に維持しつつ前記反応ガスを前記排出ダクトに導入可能であることを特徴とするヨウ素レーザ装置を提供するものである。
【０００９】
またこの発明のヨウ素レーザ装置は、反応ガスがレーザ共振器と交差する位置またはその近傍における前記反応ガスの圧力は、前記励起酸素発生器により発生される励起酸素の圧力に等しいか僅かに低いことを特徴とする。
【００１１】
さらにこの発明のヨウ素レーザ装置は、排出ダクトの排出側すなわち反応ガスがレーザ共振器と交差する位置と反対側に定義される排出ダクトの端部に、ターボブロワ装置および真空ポンプ装置が順に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いてこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の実施の形態である化学励起−ヨウ素レーザ装置（Chemical Oxygen Iodine Laser  ：ＣＯＩＬ）の一例を示す概略図である。
【００１３】
図１に示されるように、ヨウ素レーザ装置１００は、ヨウ素（Ｉ）をレーザ媒体に用いてレーザ光を出力するレーザ共振器１０、レーザ共振器１０の軸線方向と直交する方向からレーザ共振器１０に反応ガスを供給するとともにレーザ共振器１０との交差部すなわちレーザ発振領域１０ａにおいてレーザ光の出力（発振）に寄与した反応ガスを後段に接続される排気ダクトに向けて誘導する高圧ガス流路（反応ガスダクト）１２、反応ガスに利用される励起酸素を発生する励起酸素発生器１４、励起酸素発生器１４からレーザ共振器１０に向けて供給される励起酸素にヨウ素を注入するヨウ素インジェクタ（ヨウ素注入部）１６、レーザ共振器１０のレーザ発振領域１０ａにおいてレーザ共振器１０内を反復移動される光ビーム（レーザ光）にエネルギーを移乗した反応ガスを排気して回収する排気機構１８からなる。
【００１４】
反応ガスダクト１２は、励起酸素発生器１４に接続され、励起酸素発生器１４で発生された励起酸素をレーザ共振器１０に向けて案内する励起酸素取込部１２ａおよびレーザ発振器１０の発振領域１０ａを通過した反応ガスを排気機構１８側へ誘導する反応ガス排出部１２ｂを含み、ヨウ素インジェクタ１６からのヨウ素が励起酸素取込部１２ａに注入されることにより、過酸化水素を塩素により励起して得た励起酸素を反応ガスとしてレーザ共振器１０のレーザ発振領域１０ａに案内する。なお、ヨウ素インジェクタ１６には、図示しないバッファガス供給部が併設されており、励起酸素にヨウ素を注入した反応ガスに、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）または窒素（Ｈ2 ）もしくはアルゴン（Ａｒ）のいづれかのバッファガスが所定圧力で供給（混合）される。
【００１５】
励起酸素発生器１４は、例えば、２０Ｔｏｒｒの真空に対してリークの無い容器１４ａに過酸化水素導入部１４ｂと塩素ガス導入部１４ｃと励起酸素出力部１４ｄとが設けられた密閉容器であって、過酸化水素導入部１４ｂに接続された図示しないアルカリ性過酸化水素水溶液タンクから供給されるアルカリ性過酸化水素水溶液に、図示しない塩素ガスボンベから供給される所定圧力の塩素ガスを接触反応させることにより、
0003768693.tif 000003
で示される化学反応の結果として、過酸化水素の持つエネルギーを励起酸素Ｏ2 * として取り出す。なお、発生された励起酸素Ｏ2 * は、励起酸素出力部１４ｄから反応ガスダクト１２の励起酸素取込部１２ａに導入され、上述したバッファガスおよびヨウ素が混合されて、反応ガスとなる。
【００１６】
以下に、図１に示したヨウ素レーザ装置における反応ガスの流れについて詳細に説明する。
所定量および圧力の塩素ガスおよび過酸化水素水溶液が、励起酸素発生器１４に注入される。なお、このとき、励起酸素発生器１４のガス圧力は、１０〜２０Ｔｏｒｒの任意の圧力とする。
【００１７】
励起酸素発生器１４において発生された励起酸素には、反応ガスダクト１２で上述したバッファガスとヨウ素が混合される。なお、このとき、反応ガスの圧力は、バッファガスの流量および圧力が適正化されることにより、励起酸素発生器１４内の圧力に概ね等しいか僅かに低い圧力に維持される。また、反応ガスの流速は、反応ガスの圧力を不所望に低下させることのない、例えば、５０〜１５０ｍ／ｓのうちの任意の速度に設定される。
【００１８】
反応ガスダクト１２を通ってレーザ共振器１０のレーザ発振領域１０ａに案内された反応ガスは、レーザ発振領域１０ａと交差する際に、図１において紙面と直交する方向にレーザ共振器１０内を反復移動する光ビーム（レーザ光）に励起酸素のエネルギーを移乗して排出部１２ｂ側へ通過（排気）される。なお、このとき、レーザ発振領域１０ａを通過する反応ガスの圧力は、反応ガスの流速との関係から、励起酸素発生器１４から出力された直後すなわちヨウ素インジェクタ１６によりヨウ素が注入された時点の圧力と概ね等しいか僅かに低い圧力が確保されている。
【００１９】
レーザ発振領域１０ａを横切ることでレーザ光の出力に寄与した反応ガスは、反応ガスダクト１２のガス排出部１２ｂを通って、排気機構１８に誘導される。
排気機構１８は、先に説明したルーツ型の排気ブロワ装置に比較して小型で、レーザ装置の大きさを支配する要因とはなりにくいターボブロワ装置２０および真空ポンプ２２を経由して排気ダクト２４に導かれて、排気される。すなわち、レーザ発振領域１０ａを通過する反応ガスの圧力は、ヨウ素インジェクタ１６によりヨウ素が注入された時点の圧力と概ね等しいか僅かに低い圧力であるから、周知のルーツ型の排気ブロワ装置に比較して大きさの小さいターボブロワ装置が利用可能であり、また、反応ガスの流速が音速に比較して、最大で１／２程度であるから、反応ガスの圧力を回復させるためのディフューザ装置も不要となる。従って、排気機構１８に、レーザ光の出力に寄与した反応ガスを案内する排出部１２ｂに要求される長さ（距離）が低減され、結果として、ヨウ素レーザ装置の大きさが低減される。なお、図１に示した排気機構を周知のルーツ型ブロワ装置とディフューザ機構とにより構成したとすれば、レーザ共振器１０より後段側の大きさは、少なくとも２倍以上になることが認められる。また、反応ガス（レーザガス）を１０Ｔｏｒｒ以上の高圧かつ１５０ｍ／ｓ以下の速度で流しているので、結果としてレーザ共振器１０において非常に短い距離で反応ガスからエネルギーを光ビーム（レーザ光）に取り出すことが可能になることから、レーザ共振器１０の構造が小型で単純なものでレーザ光の利用に適した小さなビーム径で取り出すことができる。
【００２０】
以上説明したように、この発明のヨウ素レーザ装置によれば、レーザ共振器との交差部でエネルギーがレーザ光として取り出された反応ガスを、音速に比較して概ね１／２程度の流速かつ励起酸素発生器から供給される圧力に対する変動量が僅かな状態で排出機構のターボ型ブロワ装置２０へ導入可能であるから、反応ガスの排気のために要求される排気機構の大きさおよび排気機構に用いられるブロワ装置の大きさが低減される。また、反応ガスに利用されるバッファガス及びヨウ素ガスの量も低減されることから、ランニングコストが抑制される。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のヨウ素レーザ装置は、ヨウ素ガスとバッファガスが注入された励起酸素流すなわち反応ガスの圧力および流速を低減することなくレーザ共振器に導くことにより、排気系の排気効率を向上させることができる。これにより、レーザ共振器と排気系との間に要求されるレーザ装置の構成要素の大きさを低減できる。
【００２２】
また、レーザ装置の運転に必要なヨウ素ガスやバッファガスすなわち高価な材料の消費量を抑制できる。従って、運転コストが低減される。
さらに、要求されるレーザ光の断面ビーム径に対応して小さな断面ビーム径のレーザ光を容易に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態であるヨウ素レーザ装置の一例を示す概略図。
【符号の説明】
１００  ・・・ヨウ素レーザ装置、
１０  ・・・レーザ共振器、
１２  ・・・反応ガスダクト（高圧ガス流路）、
１２ａ・・・励起酸素取込部（高圧ガス流路）、
１２ｂ・・・反応ガス排出部（高圧ガス流路）、
１４  ・・・励起酸素発生器、
１４ａ・・・真空容器、
１４ｂ・・・過酸化水素流入部、
１４ｃ・・・塩素ガス流入部、
１４ｄ・・・励起酸素出力部、
１６  ・・・ヨウ素注入部（ヨウ素インジェクタ）、
１８  ・・・排気機構、
２０  ・・・排気ターボブロワ、
２２  ・・・排気ポンプ。
【図１】
0003768693.tif 000004