JPH02199767A

JPH02199767A - 高出力ビーム発生器

Info

Publication number: JPH02199767A
Application number: JP31080389A
Authority: JP
Inventors: Bernd Dr Gellert; ベルン・ジエラート
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; ABB AB
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1990-08-08
Also published as: CH677846A5; EP0371304B1; DE58905836D1; EP0371304A1

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】産業上の利用分野本発明は、充填ガスの充填された放電室な有する高出力
・ビーム発生器であって、光）Ｊ％　７７　Ａ？ＰＬ静
的放電の影響下でビームを発し、該ガスの放電室は壁に
より画定されており、それら壁の一方は第１の誘電体に
よって形成され、該一方の壁の放電呈反対＠表面には第
１の電極が設けられており、放電室の他方の壁には第２
の電極が設けられており、またはそれ自体が電極として
構成されており、少な（とも１つの壁と該壁に所属する
電極はビーム透過性であり、さらに当該２つの電極に接
続された、放電の給電のための交流源を有する、高出力
ビーム発生器に関する。

本発明は１９８７年７月６日付ヨーロツノ耐特許出願第
８７１０９６７４．９号および１９８８年１月１５日付
スイス特許願第１５２／８８−７号に基づ（。

従来の技術冒頭に述べた形式の紫外線−および超紫外線発生器はＵ
、　Ｋｏｇｅｌ−ｓｃｈａｔｚ　〕’新しい紫外線−お
よび超紫外線エキシマ−発生器１という講演により、ｒ
イツ化学者学会光化学専門グループの第１０回講演会議
、グエルツツルグ１９８７年１１月１８〜２０日におい
て初めて公表された。

この高出力−−ム発生器は大きな電力密度と高い効率で
駆動することができる。その幾何的構成はこのビーム発
生器が使用されるプロセスに広い限界内で適合すること
ができる。従って放電は高圧（０，１〜ｌ　Ｏｂａず）
で行５ことができる。この構成法により１〜δＯｋｗ／
ｌｎ２の電力密度が実現される。

放電内の電子エネルギーを十分に最適化することができ
るので、有゛用な原子の共鳴線を励起したときでも、こ
のようなビーム発生器の効率は非常に高い。ビームの波
長は充填ガスの種類くよってｌＩ整される。例えば水銀
（１８５ｎｍ。

２５４ｎｍ）、窒素（３３７ｎｍ−４１５ｎｍ）、セレ
ン（１９６ｎｍ、２０４ｎｍ、２０６ｎｍ）、ひ素（１
８９ｎｍｌ　１９３ｎｍ）、よう素（１８３ｎｍ）、キ
セノン（ｌ１９ｎｍｔ１３０ｎｍ、１４７ｎｍ）、クリ
プト／（１４２ｎｍ）である。他のガス放電の場合と同
様、種々のガス種の混合が推奨される。

このビーム発生器の利点は、高効率に大きな一一人出力
を面状放射することにある。殆んどすべてのビームが１
つまたは幾つかの波長領域に集中している。すべての場
合で重要なことは、♂−ムが電極の１つを通って出射し
得ることである。この問題は透明の導電層により、また
は目のつんだワイヤネットまたは被着された導体路を電
極として使用することにより解決される。

電極は一方で誘電体への電流供給を保証し、他方でビー
ムに対し十分に透明である。透明な電解質、例えばＨ，
Ｏを別の電極として用いることもできる。これはとりわ
け、水／下水への照射に対して有利である。なぜならこ
のようにして、形成されたビームが［接照射すべき液体
に達し、この液体を同時に冷却手段として用いるからで
ある。

冒頭に引用したスイス特許出願第１５２／８８−７号に
おいて提案されている−よ５に、誘電体に発光層を被覆
すると、４００ｎｍから８０Ｑｎｍの波長領域の可視光
を放出するビーム発生器が得られる。

放電室内の共鳴光線またはエキシマ−ビームにより形成
された紫外線光子が発光層にぶつかる際に、この層を蛍
光発光またはリン光発生させ、それにより可視光線が形
成される。現代のリン忙よってこの可視光への変換過程
は非常圧効率がよい（童子収率は９５％まで達する）。

有利には層が誘電体の内側に被覆される。なぜならそれ
により誘電体自体を通常のガラスのみ点はすべて生じな
い。場合によっては、発光層は薄い紫外線透過層によっ
て放電による破壊作用に対して保護しなければならない
。

所望の紫外線波長はガス充填物により選択し得る。ここ
で重要なのは、発光分子としてのエキシマ−（希ガス、
希ガスとハロゲン、水銀、力ｐニクムまたは亜鉛の混合
物）、または強い共鳴線を有する僅かな量の金属（水銀
、セレン等）と希ガスの混合物である。その際、水銀を
含まない充填ガスが有利である。というのは公害の問題
が生じないからである。このよ５にして、従来の蛍光管
および新しいガス放電ランプを基礎とするのと同等の特
性を有する、例えば水銀ビーム発生器を得ることができ
る。

発明が解決しようとする課題本発明の課題は、特に可視光線を送出する高出力発生器
であって、効率が良（、種々異なる（可変の）構成によ
り（例えば文字パターンまたは扁平画像スクリーンにつ
なぎ合わせることができ）有効に色素をボンピングし、
極めて種々様々の持続時間および周波数によりオン・オ
フ制御可能である高出力ビーム発生器を提供することで
ある。

課題を解決するだめの手段上記課題は、放電室が少なくとも一方の側で、ガスまた
は液体中〈分散、懸濁またＩＸｍ解された色素の充填さ
れた空間に接するように構成して解決される。

その際本発明は文献から公知の効果ン利用する。すなわ
ち、所定の色素（例えばメタノール場合によっては水に
溶解しているか、あるいはガス状相にある）は、他の波
長領域からのビーム、例えば紫外線によって照射（Ｉポ
ンプ０）されると、壇々異なる波長の可視光線を高効率
に放射する。

本発明では静的放電が有利にはエキシマ−混合物的で適
当な波長を形成し、ポンプ源として非常に簡単く色素！
ボンゾすることかできる。

それにより新たな適用分野での使用が可能となり、従来
の適用が簡単化される。この適用分野には以下のものが
属する。

１、照明目的、文字または扁平スクリーン上への方う−
放出。

２　せん元ランプないしポンプ源としてのエキシマ−レ
ーザなしのノ々ルス状色累レーザ。

３、せん光ランプなしの擬似ＣＷ−色素レーザ。

実施例以下本発明の実施例を図面に基づぎ詳細忙説明する。

片側から放射する第１図の扁平発光器は、外部電極１ｖ
有する。外部電極は誘電材料、例えばガラスまたは水晶
の板２上に配置されている。

この＠２から距離￥Ｉｌ−置いて、別の板３、例えばガ
ラス製が配置されている。第１の間隔部材が４で示され
ている。２つの１ｔＬ２と３の間のを間は放電室５！形
成する。板３の放電室５反対側表面には透光性の電極６
がワイヤネットの形態で設けられている。ｌｌ［可能な
周波数と振幅を有する交流源は２つの電極１と６に接続
されている。

交流源は基本的に、オゾン発生器の給電に用いるものに
相応する。典盤的には交流源は数１００　Ｖ　〜２０＋
Ｏ＋ＯＶ　ｔ　テノ、ｔ−／　ｎ’１Ｍ可能ｒｘ交Ｒ電
圧ン、数ＫＨ２までの技術的交流領域にＳいて、電極幾
何配置、放電基円の圧力、充填ガス組ｆｆＫ依存して送
出する。

板２と３との間の放電Ｍ５には、放電条件下でビームを
放出する充填ガスが滴たされている。

例えば水銀、希ガス、希ガス−金属蒸気混合物、希がス
ーハロゲンー混合物、場合によっては付加的に別の希ガ
ス、有利には、Ａｒ、　Ｎｅ、　Ｘｅを緩衝ガスとして
使用する。

ビームの所望のスペクトル組ｇＫ応じて、以下の表に従
い物質混合物ン使用することができる。

充填ガス　　　　　　　　　　　ｅ−ムヘリウム　　　
　　　　　　　　　　　　６６０−１Ｏ０ｎネオン　　
　　　　　　　　　　　　　５Ｑ−９Ｑｎｍアル！ン　
　　　　　　　　　　　　　１０７−１６５ｎｌηアル
ゴン＋；”素　　　　　　　　　　１８ｌ８０−２００
ｎ　ルー：Ｐン十塩素　　　　　　　　　　　１ｌ６５
−１９０ｎアルゴン＋クリプ上ン＋塩累　　　１６５−
１９０，２００−２４０αηキセノン　　　　　　　　
　　　　　　１ｌ６０−１９０ｎ窒　　累　　　　　　
　　　　　　　　　３３７−４１５ｎｍクリプトン　　
　　　　　　　　１２４，１ｌ４０−１６０ｎクリプト
ン＋７ツ累　　　　　　　　　２４０−２５５ｎηクリ
ゾトン＋塩　累　　　　　　　　　２００−２４０ｎｍ
水銀　　１８５，２５４，３２０−３６０，３９０−４
−２０ｎｍセレン　　　　　　　　　　　　１９６，２
０４，２０６ｎｍ重水素　　　　　　　　　　　　　　
１ｌ５０−２５０ｎ＊＊／ン＋’ｒ／累　　　　　　　
　　４００−５６０ｎｍ＊セノン＋ｔｌＬ　　素　　　
　　　　　　３００−３２０ｎｍその他一連の充填ガス
がある。

−希ガス（Ａｒ、　Ｈｅ、に（、Ｎｅ、Ｘｅ　）または
Ｈｇと、Ｆ、、Ｊ、Ｓｒ２．　Ｃｔ、　　のガスないし
蒸気、または放電中に１つまたは複数の原子、Ｆ、Ｊ。

ＳｒまたはＣ２Ｚ分解する化合ｖＪ基 −希ガス（Ａｌ２．Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｒ、Ｘｓ）ｗたｔｓ
Ｈｇ七、０２　または放電中に１つｆｔ−は複数のｏ−
ｉ子ン分解する化合物蓼 −希が、＊　（Ａｒ、　Ｈ８，に（Ｉ　Ｎ　ｅ、　ｘ　
ｅ　＞　トＨｇ　ａ電極１．６間に電圧を印Ｗする際に
多数の放電が形成される。この放電では電子エネルギー
分配１％誘電板３の厚さ、板、の特性、板２と３の間隔
、圧力および／筐た蚤工温度により最適調整される。放
電は紫外線ビーム（矢印８）を放射する。紫外線ビーム
は透明板３を通り、電極６の設けられた根に厘接接する
色素チャネルを貫通する。このチャネルは他方の側を透
光性のガラス板１０により画定されている。このガラス
板は間隔部材１１Ｙ介して板３から互層を置いており、
同時に板３に取付固定されている。

色素チャネル９にｅＸ液体が充填されている。典型的に
は１０〜１０　　モルのローダミン（例えば波長５９０
ｎｍに対してはローダミン６Ｇ）、り！りン、ＤＭＴ％
ＴＭＱ等の溶解液である。それらはレーザ技術から公知
であり、高効率に例えば３０８ｎｍ！たｉｚ２５４ｎｍ
’−）光線によりポンプすることができる。

両側で放射する第１図による扁平ビーム発生器は、本発
明の枠をガアことな（、一連の変温を行うことかできる
。これは第１８図Ｒよび第１ｂ図に模式的に示されてい
る。

第１ａ図による変型実施例を工中央放電Ｍ５１有する扁
平ビーム発生器を示す。この中央放電室は２つの紫外線
ビームｔ＆１２，１３により両足されている。ここで電
極１４．１５は誘電体に埋込まれてＲり交流源子と接続
されている。

板１２．１３の両側にはそれぞれ色素チャネル９ａ＊　
　９ｂが配置されており、それらはそれぞれ透明ガラス
板１０ａ、１ｏｔ）により密閉されている。

第１ｂ＠は同様に、両側で放射する、中央放電室５を有
する扁平♂−ム発生器馨示す。この中央放を室は紫外線
透過性の肪電板２ａ、’；２ｂにより画定されている。

＆２ａ、２ｔ）はその放電室反対側表面にそれぞれ紫外
線透過性の尋電層１６．１７が設けられている。それら
の、ｌｌ１ｌは例えば酸化亜鉛、酸化インジウムまたは
非常に薄い金ｌｌ４（少なくともオンゲストロー厚の金
層）からなる。色素チャネル９ａと９ｂは第１ａ図と同
様Ｋａ明ガラス＆ｌＯ８，１００により密閉されている
。

放電室５の充填ガスと色素チャネル９ａ、９ｂの物質は
、第１図の装置のものに相応する。

８１８図および第１ｂ図による変型実施例では、２つの
色素チャネル内の物質に応じて種々異なる元を一方と他
方に放射する扁平ビーム発生器が得られる。

第１囚による扁平ビーム発生器でも、第１ａ図または第
１ｂ図に図解されたように電極娶設けることができるの
ｆ工自明である。

第２図の外部に放射する円筒状ビーム発生器の場合、ｎ
１１Ｌ材料、例えばガラスまたは水晶展の内部管１８と
、ガラス製の中央管１９と、同様にガラス製の外部管２
０は相互に同心に配置されている。内部管１８の内側に
は金属層２１が施へされている。この金属層はビーム発
生器の高電圧電極を構成する。中央管１９の外面には紫
外線透過性電極２２が金属ワイヤ格子の形態で設けられ
てＳワ、この電極はビーム発生器の他方の電極ヶ構属す
る。２つの管１８と１９の間の環状空間５はビーム発生
器の放電室Ｙ構属する。放電室には放電条件下でビーム
を放射するガスまたはガス混合体が充填されている。

その際、第１図に示した扁平ビーム発生器に関連してリ
ストアツブした充填ガスン便用することができる。

中央管１９と外部管２０との間の環状空間は色素チャネ
ル９ン構底する。

円筒状ビーム発生器でも変型は第１ふと同様に、特に電
極の形態および配置に関して変型可能である（ワイヤ格
子ないし層としての電極、管材料に電極を埋込む等々）
。その際、を要ｌことを工、中央管１９と所属の電極２
２が紫外線ビームに対して透過性である、とい５ことだ
けである。

第３図と第冬図には、前後にないし相互に並列して並ん
だビーム発生器素子か例として示されている。ビーム発
生器長手方向にはそれぞれ（紫外線）放ｔＸが色素チャ
ネルに絖いて２す、それらは平面ぐそれぞれ１つのガラ
ス　２３ないし２４によ０両足されている。放電Ｍ５と
色素チャネル９はそれぞれ透明横壁２６にょつ分離され
ている。第３図ではそれぞれ２つの電極２７．２８が色
素チャネル９円にあり、一方第牛図でを工電極２Ｑ、３
Ｃ）を工、ここで２重層に構成された横壁２５ａと２５
１）％ないし２６ａと２６１）の内部に配置されている
。

実質的には任意に多数の全元素子を１チエーン状１に相
互に接続することができ、任意の形状、例えば文字、数
字、シンボルｌＣＩつなぎ合わせる”ことができる。各
素子はポンプ光（紫外Ｍ）Ｙ送出する部分と、色素チャ
ネルを含む部分とからなる。防電体および透明電極を通
るポンプ光の放出は色素！励起し、色素はすべての方向
すなわちポンプ方向に対してｍ厘にも可視光線乞放射す
る。一方の電極がガス呈にあり、他方の電極か埋込まれ
ているような変調実施例も考え得る。

種々の色素を導入することにより、色（放射波長）馨交
換することができろ。相応の電気接続によりグラス駆動
が可能である。

必要な電圧は種々の周波数であり得る（例えば数Ｈｚか
ら　ＭＨ２）。チェーン構造の個々のセルン種々異なる
時間でオン・オフすることができる。このようくして所
定のチェーン構造、例えば符号やシンデルの形態のもの
を点滅させたり、照明したりすることができる。

第６図と第６図は、内部へ放射する円筒状ビーム発生器
χ色素レーザに対するポンプ源として使用する例γ示す
。第５図はレーザのポンプＭを通る横断面Ｙ示す。例え
ばレーザ文献に記載されている１ｂ部ビーム発生器１の
形態が使用される。この形Ｂは色素の同軸型ポンプとな
る。

ポンｆＮは、ビーム発生器の電極音形成する外部金属管
３１と、これに同心に配置された誘電材料−例えば水晶
製の内部管３２とからなる。

２つの管の間の環状Ｎ５は放電室を形成する。

内部管３２の内面には透明電極３３、例えば格子ネット
が配置されている。管の内部室には、色素ｔｔむ液体が
充填されている。

透明電極３３（色素チャネル内の格子ネット、蒸着電極
または酵電体３２へ注入された透明電極）を通って、必
要なボンツ光が色素に達する。

高周波の正弦波状を流（例えば２００ｋＨｚ）で駆動し
、矩形電流、プラス駆動の際にほぼＣＷ−放射（１擬似
−ビーム持続体）が得られる。

この場合、反復率は電気的に制限されてｇらず、非常に
高くすることができる。というのは電流の持続周期を相
応に選択できるからである。

完全な共鳴装置は（レーザ物理の基本書かられかるよう
に）、既述のポンツ箆と、鏡、ツ９ズム、格子等の光学
的構成要素とからなる（第６図）。これは第６図に非常
に簡単化して示されている。１００％１で反射する鏡３
５と一部透明の韓３０との間にポンプＮ３４がある。

本発明の効果ヲマとめると以下のとおりである。

レーザの便用に対して雲一／臂ルス的に駆動する際にコストが低減、できる。な
ぜならポンプ源としてエキシマ−レーザを必要としない
からである。

−擬似ＣＷ粗駆動際にコストが低減できる。

−高出力紫外線ビーム発生器により公知の如（高効率で
ある。

−有利な同軸型ポンプ構成（第４図参照］が藺単に笑現
される。

−長い増幅路（ボンピング色素長）が可能である。すな
わち、比軟的に高い出力への放射の簡単な高スグーりン
グが可能である。

−）Ｒルス駆動装置での高反復″４（放電忙よる実質的
制限がない）照明目的に対してｔ一種々異なる色が可能、 −電気制御可能な発光面（文字、扁平スクリーン等、一種々異なる寸法が可能（ｒｒｒｒ１以下からｍ以上の
オーダ）、一種々の構成（３次元も）可能、 −高出力紫外線ビーム発生器により公知の如（高効率で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第１ａ図、第１ｂ図は本発明による、片側から
均等に放射する扁平ビーム発生器の形態の実施例の断面
図、第２図を工外部へ放射する円筒状ビーム発生器の実
施例馨示す図、第３図は７ｉ！ｉｉ＠へ均等に放射する
扁平ビーム発生器であって、色素チャネル内に電極Ｙ有
する実施例の断面図、第４図は電極奢色素チャネル外に
有するｗＬ３図の変形実施例の断面図、第６図は色素レ
ーザのポンプＮ７通る横断面図、第６図は第８図による
ボン２Ｎを用いたレーザ！装置の模式図である。ｌ・・・外部電極、２・・・＃電体、３・・・、ｆクス
、養・・・間隔部材、６・・・放電璽、６・・・電極、
７・・・交流源、８・・・紫外線ビーム、９・・・色素
チャネル、１０・・・ガラス版、１１・・・間魚町材、
１２．１３・・・酵電板、１４．１５・・・１．２．１
３内の電極、１６Ｉ１７・・・２！！明電極、１８・・
・内部管、１９・・・中央管、２０・・・外部管、２１
・・・金属層、２２・・・金属格子、２３．２４・・・
ガラス仮、２５．２６・・・１ＩＩ４壁、２７〜３０・
・・電極、３１・・・外部管、・３３・・・格子ネット
、３４・・・ポンプ室、３５・・・１００％鏡、３６・
・・一部透明佛ＦＩＧ、１ａＦＩＧ、１ＦＩＧ、１ｂＦＩＧ、３ＦＩＧ４ＦＩＧ、６

Claims

【特許請求の範囲】１、充填ガスの充填された放電室を有する高出力ビーム
発生器であつて、充填ガスは静的放電の影響下でビーム
を発し、該ガスの放電室は壁により画定されており、そ
れら壁の一方は第１の誘電体によつて形成され、該一方
の壁の放電室に離隔した側表面には第１の電極が設けら
れており、放電室の他方の壁には第２の電極が設けられ
ており、またはそれ自体が電極として構成されており、
少なくとも１つの壁と該壁に所属する電極はビーム透過
性であり、さらに当該２つの電極に接続された、放電の
給電のための交流電源を有する、高出力ビーム発生器に
おいて、放電室（５）は少なくとも一方の側で色素チャネル（９）に接しており、該色素チャネルにはガス
または液体中に分散、懸濁または溶解された色素が充た
されていることを特徴とする高出力ビーム発生器。２、放電室（５）および色素チャネルは平坦な板（２、
３、１０）により画定されており、放電室（５）に面し
たほうの板（３）は放電チャネル内で形成されたビーム
に対し透過性であり、色素チャネル（９）を外部に対し
密閉する板（１０）は色素チャネル内で形成されたビー
ムに対し透光性である請求項１記載の高出力ビーム発生
器。３、放電室（５）と色素チャネル（９）は同心管（１８
、１９、２０）間の環状空間である請求項１記載の高出
力ビーム発生器。４、中央管（１９）は放電室（５）内で形成されたビー
ムに対して透明であり、色素チャネル（９）に接する他
方の管は色素チャネル（９）内で発生したビームに対し
て透光性である請求項３記載の高出力ビーム発生器。５、放電室（６）は同心管（３１、３２）の間の環状空
間であり、色素チャネル（９）は内部管（３２）の内部
空間により構成されている請求項１記載の高出力ビーム
発生器。６、中央放電室（５）に両側で色素チャネル（９ａ、９
ｂ）が接しており、放電室（５）を画定する壁には電極
（１４、１５、１６、１７）が設けられており、同様に
電極も放電室（５）内で形成されるビームに対して透明
であり、一方色素チャネルを外部に対して仕切る壁（１
０ａ、１０ｂ）は色素チャネル（９）内で形成されるビ
ームに対して透光性である請求項２記載の高出力ビーム
発生器。７、放電室（５）と色素チャネル（９）は側面で透明板
（２３、２４）により、また相互には、電極（２７、２
８；２７ａ、２８ａ）の設けられた分離壁（２５、２６
、２５ａ、２６ａ、２６ｂ）により分離されている請求
項６記載の高出力ビーム発生器。