JP2001251000A - 交流放電ガスレーザ発振器 - Google Patents

交流放電ガスレーザ発振器

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JP2001251000A
JP2001251000A JP2000059125A JP2000059125A JP2001251000A JP 2001251000 A JP2001251000 A JP 2001251000A JP 2000059125 A JP2000059125 A JP 2000059125A JP 2000059125 A JP2000059125 A JP 2000059125A JP 2001251000 A JP2001251000 A JP 2001251000A
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JP
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gas laser
laser oscillator
electrode holding
electrode
container
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JP2000059125A
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English (en)
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Kenkichi Nakaoka
健吉 中岡
Naoki Miki
直樹 三木
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
Original Assignee
Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 対向する電極以外への放電や沿面放電を防止
した交流放電ガスレーザ発振器を提供することである。 【解決手段】 交流放電ガスレーザ発振器1において、
該ガスレーザ発振器のレーザ容器3内に、若しくは該レ
ーザ容器の一部を構成するように相対向する誘電体から
なる一対の電極保持容器7を設け、該一対の電極保持容
器の内部底面に密着した平板状の金属電極9を設けると
共に、該電極保持容器の開放部を封止する絶縁板11を
設け、該電極保持容器内に冷却水17が循環可能に設け
たことを特徴とする交流放電ガスレーザ発振器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は交流放電ガスレーザ
発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】交流放電ガスレーザ発振器の一形態に3
軸直交型の炭酸ガスレーザ発振器がある。図4は、従来
の交流放電ガスレーザ発振器30の放電電極部の原理的
構成と、放電状態を示したものである。
【0003】レーザ容器31内には低圧の気体レーザ媒
質(例えば、炭酸ガス、窒素、ヘリウムの混合ガス)G
が充填してあり、この気体レーザ媒質Gを放電励起する
ための一対の電極32(a,b)が適宜な間隙をもって
相対向するように配置すると共に、レーザ容器31から
は絶縁距離Aを設けてある。
【0004】電極32(a,b)は金属電極33の周囲
に誘電体34を被覆した構造をしており、金属電極33
は、外部に設けた高周波電源35に導線36を介して接
続してある。
【0005】金属電極33の中心部には、電極32を冷
却する冷却水が通過するための流路37が設けてある。
なお前記レーザ容器31は接地してある。
【0006】前記気体レーザ媒質Gは、循環装置(図示
省略)により、上下の電極32(a,b)の間を左から
右へ(図4において)放電方向に直交する方向に流れる
ように設けてある。また、気体レーザ媒質Gと放電方向
とに直交する方向(紙面に垂直)に、複数のミラーによ
って構成される光共振器38が設けてある。
【0007】上記構成において、相対向して配置された
電極32(a,b)に交流の高電圧を印加して電極32
(a,b)間の放電を発生させて気体レーザ媒質Gを励
起する。そして、放電励起された気体レーザ媒質Gから
誘導放出されるレーザ光が、前記放電空間39に設けた
光共振器38により増幅されてレーザ光として出力され
る。
【0008】図5は、前記電極32(a,b)を製造容
易な構造に改良したもう一つの従来例を示したものであ
り、上方の片側の電極32aのみを示してある。なお、
前記図4と同一の構成部品には、同一の参照番号を付し
その説明を省略する。
【0009】図5を参照するに、電極32aは金属電極
33を合成樹脂製の絶縁板40上に載置し、これをセラ
ミックス(誘電体)製の蓋部材41で封止した構造とな
っている。蓋部材41は、ボルトなどの固定手段42に
よって絶縁板40に着脱可能に固定してある。
【0010】なお、金属電極33の側面と蓋部材41と
の間には製造上の誤差から必然的に生ずる微小な空間4
3がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述の図4に示した電
極32(a,b)間の放電においては、電極32(a,
b)が相対面する面以外の側面にも放電(沿面放電)3
9Sが発生する。さらに、レーザ容器31との間にも異
常放電が発生することがある。
【0012】上述の沿面放電39Sによる励起エネルギ
ーは、光共振器のある放電空間39の外に注入され、レ
ーザ発振には寄与しないのでエネルギー効率(電力の光
への変換効率)を悪くする。
【0013】また、図5に示す如き分解可能な電極構造
の場合、金属電極33と蓋部材41、金属電極33と絶
縁板40および絶縁板40とレーザ容器31との間の間
隙には、静電容量による電気的結合やグロー放電によ
り、電流密度の小さい漏れ電流(i1,i2,i3)が流れ
る。しかし、これらの漏れ電流(i1,i2,i3)は、流
れる経路によっては、誘電損失による絶縁体の自己発熱
により絶縁体にダメージを発生させるものである。
【0014】また、対向する電極への放電において、金
属電極33と蓋部材41との微小な隙間(空気が介在す
る部分)44には、グロー放電ではなく非常に電流密度
の大きい高温のアーク放電が発生し、周囲の蓋部材41
(誘電体)を局部的過熱による熱衝撃で破損させる恐れ
もある。なお、このアーク放電による高い電流密度は、
蓋部材41(誘電体)の通過により低減し、相対する電
極間では正常なグロー放電となる。
【0015】さらに、上述の微小な隙間(空気が介在す
る部分)44の存在により、蓋部材41に対する冷却効
果が低下する。
【0016】本発明は上述の如き問題を解決するために
成されたものであり、本発明の課題は、対向する電極以
外への放電や沿面放電を防止した交流放電ガスレーザ発
振器を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として請求項1に記載の交流放電ガスレーザ発振器は、
交流放電ガスレーザ発振器において、該ガスレーザ発振
器のレーザ容器内に、若しくは該レーザ容器の一部を構
成するように相対向する誘電体からなる一対の電極保持
容器を設け、該一対の電極保持容器の内部底面に密着し
た平板状の金属電極を設けると共に、該電極保持容器の
開放部を封止する絶縁板を設け、該電極保持容器内に電
気的絶縁も兼ねた冷却水を循環可能に設けたことを要旨
とするものである。
【0018】請求項2に記載の交流放電ガスレーザ発振
器は、交流放電ガスレーザ発振器において、該ガスレー
ザ発振器のレーザ容器内に、若しくは該レーザ容器の一
部を構成するように相対向する誘電体からなる一対の電
極保持容器を設け、該電極保持容器内部に金属電極を設
け、該電極保持容器の開放部を封止する絶縁板を設ける
と共に、該電極保持容器と前記金属電極との間の空間に
シリコーン樹脂を充填したことを要旨とするものであ
る。
【0019】請求項3に記載の交流放電ガスレーザ発振
器は、請求項2に記載の交流放電ガスレーザ発振器にお
いて、前記空間に導電性接着剤を充填したことを要旨と
するものである。
【0020】請求項4に記載の交流放電ガスレーザ発振
器は、交流放電ガスレーザ発振器において、該ガスレー
ザ発振器のレーザ容器内に、若しくは該レーザ容器の一
部を構成するように相対向する誘電体からなる一対の電
極保持容器を設け、該一対の電極保持容器内面に該内面
に密着した金属薄膜を形成し、該金属薄膜上に金属電極
を設けると共に、前記電極保持容器の開放部を封止する
絶縁板を設けたことを要旨とするものである。
【0021】請求項5に記載の交流放電ガスレーザ発振
器は、請求項1、2、3または請求項4に記載の交流放
電ガスレーザ発振器において、前記誘電体の比誘電率が
少なくとも20以上であることを要旨とするものであ
る。
【0022】請求項6に記載の交流放電ガスレーザ発振
器は、請求項1、2、3または請求項4に記載の交流放
電ガスレーザ発振器において、前記誘電体が酸化チタン
系セラミックスまたはチタン酸バリウム系セラミックス
であることを要旨とするものである。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
によって説明する。
【0024】図1は、本発明に係る交流放電ガスレーザ
発振器1の第一実施例で放電電極部の構成と放電状態を
示したものである。
【0025】レーザ容器3内には低圧の気体レーザ媒質
(例えば、炭酸ガス、窒素、ヘリウムの混合ガス)Gが
充填してあり、この気体レーザ媒質Gを放電励起するた
めの相対向する一対の電極5(a,b)が適宜な間隙を
もって設けてある。なお、図1においては電極5aのみ
を示してある。
【0026】電極5(a,b)は次のように構成されて
いる。セラミックスからなる箱状の電極保持容器7を設
け、この電極保持容器7の内部底面に平板状の金属電極
9をメタライジング(metallizing)加工により形成
し、また金属電極9に対向する電極保持容器7の開放部
は合成樹脂製の絶縁板11により密封してある。
【0027】電極保持容器7と絶縁板11はボルト13
により接合してある。また電極保持容器7と絶縁板11
の接合部はOリングなどのシール部材15によってシー
ルしてある。前記電極保持容器7の内部空間には、金属
電極9、電極保持容器7および絶縁板11を冷却するた
めの冷却水17が循環するように設けてある。また、こ
の冷却水は電気的絶縁を目的ともする。
【0028】上述の冷却水17は図示省略の冷却水循環
装置に連通してあり、金属電極9はレーザ容器3の外部
に設置した高周波電源(図示省略)に接続してある。
【0029】上述の電極保持容器7に使用するセラミッ
クスは、少なくともその比誘電率(ε)が20以上のも
のを使用するのが望ましい。また絶縁板11には合成樹
脂を使用している。
【0030】なお、比誘電率( ε)が大きいセラミッ
クスとして、例えば、酸化チタン系セラミックス(ε=
330)、またはチタン酸バリウム系セラミックス( ε=
3,000)などを使用することができる。また、上述の冷却
水17には、イオン交換樹脂を用いて純水化した電気導
電度の小さい水を使用するのが望ましい。
【0031】いま、電極保持容器7の底部の厚さをdと
し、電極保持容器7の部分の静電容量をC、この静電容
量Cの両端の電圧をVとすると、この電圧Vの大き
さは、
【数1】 |Vc|=|1/2πfC|*i=|d/2πfεεS|*i…(1) ここに、εは真空の誘電率、εは誘電体の比誘電
率で、Sはコンデンサを形成する誘電体の表面積、dは
誘電体の厚さ、iは放電回路に流れる電流、fは高周波
電源の周波数である。なお、εは誘電体の誘電率であり
ε=εεである。
【0032】したがって、上述の式(1)において、静
電容量Cの両端の電圧V と、周波数fを適宜な範囲
に設定した状態において、前記電極保持容器7に比誘電
率(ε)を少なくとも20以上のセラミックス(誘電
体)を採用することにより、電極保持容器7の厚さ(す
なわち誘電体の厚さ)dを実用に耐え得る機械的強度を
有する大きな値に設定することができる。
【0033】例えば、Vc=1kV,f=749kH
z,ε=20,S=1.2×0.04=0.048m
,とすれば、ε=8.85×10−12[F/
m]であるから、d=4mmとなり、冷却水の水圧に耐
え得る機械的強度を有する電極保持容器7を製作するこ
とが可能となる。
【0034】上記構成により、冷却水は誘電体からなる
電極保持容器と金属電極との両方に直接接触するので電
極保持容器に対する冷却効果が大きい。また、金属電極
と電極保持容器との間の空間(真空または大気の充満し
た空間)がなく、かつ金属電極と電極保持容器との間は
循環する冷却水で充満されているので沿面放電が発生せ
ず、放電エネルギーは全て光共振器のある放電空間19
に注入されるので、エネルギー効率(電力の光への変換
効率)が向上する。
【0035】また、金属電極同士が対向する側の面以外
の金属電極面が、誘電体からなる電極保持容器と離れて
いるため、漏れ電流が非常に小さくなる。
【0036】次に、第二実施例について図2を参照しな
がら説明する。第二実施例は第一実施例における電極5
(a,b)自体がレーザ容器3の壁面の一部を構成する
ように設けたものである。電極保持容器7を絶縁板11
を介して保持した例を示してあるが、例えば、絶縁板1
1と電極保持容器7のフランジFの外周寸法を同一に設
けて、電極保持容器7のフランジ部を直接レーザ容器3
に取り付ける構成にしても構わない。
【0037】図3は、前記図5に示した従来例を改善し
た第三実施例である。なお、前記図5と同一の構成部品
には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【0038】この第三実施例においては、セラミックス
誘電体の蓋部材41の内面全体にメタライジング加工に
より金属薄膜45を設け、この金属薄膜45上に前記金
属電極33を配置する。
【0039】上記構成により、空間43における有害放
電を防止することができる。なお、金属薄膜45は、金
属電極の周囲をカバーする範囲にのみ設けても同一の効
果を得ることができる。
【0040】また、前記金属薄膜45の代わりに、絶縁
物質であるシリコーン樹脂またはペースト状の導電性接
着剤を前記空間43に充填しても同様な効果が得られ
る。すなわち、環境により絶縁性が変化する空気の介在
をシリコーン樹脂または導電性接着剤を充填して排除す
ることにより、漏れ電流若しくは沿面放電を低減するこ
とができる。
【0041】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、冷却水が誘電
体からなる電極保持容器と金属電極との両方に直接接触
する構造のため電極保持容器に対する冷却効果が大き
い。また、金属電極と電極保持容器との間の空間(真空
または大気の充満した空間)がなく、かつ金属電極と電
極保持容器との間は循環する冷却水で充満されているの
で沿面放電が発生せず、エネルギー効率(電力の光への
変換効率)が向上する。
【0042】請求項2〜請求項4の発明によれば、電極
保持容器と金属電極の間の有害放電を防止することがで
きる。
【0043】請求項5または請求項6の発明によれば、
誘電体からなる電極保持容器7の厚さを実用に耐え得る
機械的強度を有する大きな値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る交流放電ガスレーザ発振器の第一
実施例で放電電極部の構成と放電状態を示したものであ
る。
【図2】本発明に係る交流放電ガスレーザ発振器の第二
実施例。
【図3】本発明に係る交流放電ガスレーザ発振器の第三
実施例。
【図4】従来の交流放電ガスレーザ発振器放電電極部の
原理的構成と放電状態を示した図。
【図5】もう一つの従来例であり図4の従来例を製造容
易に改良したもの。
【符号の説明】
1 交流放電ガスレーザ発振器 3 レーザ容器 5(a,b) 電極 7 電極保持容器 9 金属電極 11 絶縁板 13 ボルト 15 シール部材 17 冷却水 19 放電空間
フロントページの続き (72)発明者 三木 直樹 神奈川県伊勢原市石田350 株式会社アマ ダエンジニアリングセンター内 Fターム(参考) 5F071 AA05 CC07 FF04 JJ05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流放電ガスレーザ発振器において、該
    ガスレーザ発振器のレーザ容器内に、若しくは該レーザ
    容器の一部を構成するように相対向する誘電体からなる
    一対の電極保持容器を設け、該一対の電極保持容器の内
    部底面に密着した平板状の金属電極を設けると共に、該
    電極保持容器の開放部を封止する絶縁板を設け、該電極
    保持容器内に冷却水が循環可能に設けたことを特徴とす
    る交流放電ガスレーザ発振器。
  2. 【請求項2】 交流放電ガスレーザ発振器において、該
    ガスレーザ発振器のレーザ容器内に、若しくは該レーザ
    容器の一部を構成するように相対向する誘電体からなる
    一対の電極保持容器を設け、該電極保持容器内部に金属
    電極を設け、該電極保持容器の開放部を封止する絶縁板
    を設けると共に、該電極保持容器と前記金属電極との間
    の空間にシリコーン樹脂を充填したことを特徴とする交
    流放電ガスレーザ発振器。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の交流放電ガスレーザ発
    振器において、前記空間に導電性接着剤を充填したこと
    を特徴とする交流放電ガスレーザ発振器。
  4. 【請求項4】 交流放電ガスレーザ発振器において、該
    ガスレーザ発振器のレーザ容器内に、若しくは該レーザ
    容器の一部を構成するように相対向する誘電体からなる
    一対の電極保持容器を設け、該一対の電極保持容器内面
    に該内面に密着した金属薄膜を形成し、該金属薄膜上に
    金属電極を設けると共に、前記電極保持容器の開放部を
    封止する絶縁板を設けたことを特徴とする交流放電ガス
    レーザ発振器。
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3または請求項4に記載
    の交流放電ガスレーザ発振器において、前記誘電体の比
    誘電率が少なくとも20以上であることを特徴とする交
    流放電ガスレーザ発振器。
  6. 【請求項6】 請求項1、2、3または請求項4に記載
    の交流放電ガスレーザ発振器において、前記誘電体が酸
    化チタン系セラミックスまたはチタン酸バリウム系セラ
    ミックスであることを特徴とする交流放電ガスレーザ発
    振器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010103267A (ja) * 2008-10-23 2010-05-06 Mitsubishi Electric Corp ガスレーザ発振装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010103267A (ja) * 2008-10-23 2010-05-06 Mitsubishi Electric Corp ガスレーザ発振装置

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