JP2002185062A - 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Info
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- JP2002185062A JP2002185062A JP2000380222A JP2000380222A JP2002185062A JP 2002185062 A JP2002185062 A JP 2002185062A JP 2000380222 A JP2000380222 A JP 2000380222A JP 2000380222 A JP2000380222 A JP 2000380222A JP 2002185062 A JP2002185062 A JP 2002185062A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極の冷却効率向上および放電の安定性を図
った交流放電ガスレーザ発振器の提供。 【解決手段】 交流放電ガスレーザ発振器１において、
レーザ容器３内に相対向する一対の金属電極７を設け、
板状誘電体９の表面に形成した金属薄膜部１１と前記金
属電極の相対向する側とをろう接合し、該金属電極の周
囲と前記板状誘電体板の放電部表面以外の周囲とを該板
状誘電体の比誘電率より小さい比誘電率を有する絶縁体
１７で密閉被覆して設け、前記金属電極内に冷却水が循
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。
った交流放電ガスレーザ発振器の提供。 【解決手段】 交流放電ガスレーザ発振器１において、
レーザ容器３内に相対向する一対の金属電極７を設け、
板状誘電体９の表面に形成した金属薄膜部１１と前記金
属電極の相対向する側とをろう接合し、該金属電極の周
囲と前記板状誘電体板の放電部表面以外の周囲とを該板
状誘電体の比誘電率より小さい比誘電率を有する絶縁体
１７で密閉被覆して設け、前記金属電極内に冷却水が循
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。
Description
【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。
発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来の３軸直交型の交流放電ガ
スレーザ発振器１００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。
スレーザ発振器１００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１０１内には低圧の気体レーザ
媒質（炭酸ガスレーザでは、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１０３（ａ，ｂ）が適
宜な間隙をもって相対向するように配置してある。な
お、図２では上方の電極１０３ａのみを示す。
媒質（炭酸ガスレーザでは、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１０３（ａ，ｂ）が適
宜な間隙をもって相対向するように配置してある。な
お、図２では上方の電極１０３ａのみを示す。
【０００４】図２を参照するに、電極１０３ａは金属電
極１０５を合成樹脂製の絶縁板１０７上に載置し、これ
をセラミックス（誘電体）製の蓋部材１０９で封止した
構造となっている。蓋部材１０９は、ボルト１１１によ
って絶縁板１０７に着脱可能に固定してある。
極１０５を合成樹脂製の絶縁板１０７上に載置し、これ
をセラミックス（誘電体）製の蓋部材１０９で封止した
構造となっている。蓋部材１０９は、ボルト１１１によ
って絶縁板１０７に着脱可能に固定してある。
【０００５】前記金属電極１０５の中心部には、電極１
０３ａ冷却用の冷却水流路１１５が設けてある。なお、
金属電極１０５は高周波電源１１５に導線１１７を介し
て接続してある。
０３ａ冷却用の冷却水流路１１５が設けてある。なお、
金属電極１０５は高周波電源１１５に導線１１７を介し
て接続してある。
【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１０３（ａ，ｂ）の間の放電空
間１１９を左から右へ（図２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１２１が設け
てある。
省略）により上下の電極１０３（ａ，ｂ）の間の放電空
間１１９を左から右へ（図２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１２１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１０３（ａ，ｂ）に交流の高電圧を印加して電極１
０３（ａ，ｂ）間にグロー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、放電空間１１９
に設けた光共振器１２１により増幅されてレーザ光とし
て出力される。
電極１０３（ａ，ｂ）に交流の高電圧を印加して電極１
０３（ａ，ｂ）間にグロー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、放電空間１１９
に設けた光共振器１２１により増幅されてレーザ光とし
て出力される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述の電極１０３ａに
おける金属電極１０５と蓋部材１０９との接触面はミク
ロ的に見れば完全に密着しておらず、空気ほかの物質が
介在する微小な空間が存在している。レーザ媒質の放電
励起に有効に作用するグロー放電を行うためには、安定
したグロー放電が維持できる範囲において、この接触面
を大きな電流が通過する様にしなければならない。
おける金属電極１０５と蓋部材１０９との接触面はミク
ロ的に見れば完全に密着しておらず、空気ほかの物質が
介在する微小な空間が存在している。レーザ媒質の放電
励起に有効に作用するグロー放電を行うためには、安定
したグロー放電が維持できる範囲において、この接触面
を大きな電流が通過する様にしなければならない。
【０００９】また、電源の仕様設定の面から見た場合、
この接触面における電気的特性の管理が必要である。こ
の電気的特性管理とは、放電回路における静電容量Ｃと
抵抗Ｒを管理することである。
この接触面における電気的特性の管理が必要である。こ
の電気的特性管理とは、放電回路における静電容量Ｃと
抵抗Ｒを管理することである。
【００１０】上述の接触面で管理しなくてはならないの
は、電極を構成する材料としての金属電極の電気抵抗Ｒ
や誘電損失を無視すると、誘電体の比誘電率εｒ 、誘
電損失等の材料物性、およびその厚さである。
は、電極を構成する材料としての金属電極の電気抵抗Ｒ
や誘電損失を無視すると、誘電体の比誘電率εｒ 、誘
電損失等の材料物性、およびその厚さである。
【００１１】また、上述の如く接触面には空気ほかの物
質が介在しており、この空気の厚みを正確に管理するこ
とはできない。
質が介在しており、この空気の厚みを正確に管理するこ
とはできない。
【００１２】例えば、金属電極１０５とセラミックス
（誘電体）製の蓋部材１０９との接触面に空気が介在す
る電極１０３ａの静電容量Ｃは、空気層の静電容量Ｃ１
と蓋部材１０９の静電容量Ｃ２とを合成したものとな
る。
（誘電体）製の蓋部材１０９との接触面に空気が介在す
る電極１０３ａの静電容量Ｃは、空気層の静電容量Ｃ１
と蓋部材１０９の静電容量Ｃ２とを合成したものとな
る。
【００１３】例えば、蓋部材１０９の比誘電率εｒが１
００、厚さが１０ｍｍ（１０−２ｍ）、放電面積Ｓが１
ｍ２、空気層の厚みが０．１ｍｍ（１０−４ｍ）とする
と、空気層の静電容量Ｃ１と蓋部材１０９の静電容量Ｃ
２は共に８．８５×１０−８［Ｆ／ｍ］となる。
００、厚さが１０ｍｍ（１０−２ｍ）、放電面積Ｓが１
ｍ２、空気層の厚みが０．１ｍｍ（１０−４ｍ）とする
と、空気層の静電容量Ｃ１と蓋部材１０９の静電容量Ｃ
２は共に８．８５×１０−８［Ｆ／ｍ］となる。
【００１４】従って、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２を合
成した合計の静電容量Ｃは、
成した合計の静電容量Ｃは、
【数１】 Ｃ＝Ｃ１ ／２＝Ｃ２／２＝４．４２５×１０−８［Ｆ／ｍ］…………（１） となる。なお，空気の比誘電率を１、真空の誘電率ε
０ を８．８５×1０−１ ２［Ｆ／ｍ］として計算。
０ を８．８５×1０−１ ２［Ｆ／ｍ］として計算。
【００１５】従って、トータルな静電容量ＣがＣ１ ／
２ となるので、電極１０３ａにかかる電圧Ｖｃが同一
ならば放電回路に流れる放電電流ｉは、電極１０３
（ａ，ｂ）を含む放電部をＣとＲとの直列回路からなる
ものと見た場合、Ｖｃ＝（１／ｊωＣ）*ｉの関係か
ら、Ｒが小さいときは空気層が介在しない場合のときの
約半分程度に減少することになる。これは接触面に空気
層が介在しない状態における電流を保持するためには電
源電圧を高くする必要があることを意味する。
２ となるので、電極１０３ａにかかる電圧Ｖｃが同一
ならば放電回路に流れる放電電流ｉは、電極１０３
（ａ，ｂ）を含む放電部をＣとＲとの直列回路からなる
ものと見た場合、Ｖｃ＝（１／ｊωＣ）*ｉの関係か
ら、Ｒが小さいときは空気層が介在しない場合のときの
約半分程度に減少することになる。これは接触面に空気
層が介在しない状態における電流を保持するためには電
源電圧を高くする必要があることを意味する。
【００１６】なお、ωは電源電圧Ｖｃの角周波数、Ｃは
静電容量、ｊは虚数単位である。
静電容量、ｊは虚数単位である。
【００１７】また、実際的には接触面の空気層が均一の
厚みを有することはなく、この空気層の介在は、誘電体
からなる蓋部材１０９および放電空間に流れる電流に偏
りを生じさせ均一なグロー放電を維持する上での障害と
なる。
厚みを有することはなく、この空気層の介在は、誘電体
からなる蓋部材１０９および放電空間に流れる電流に偏
りを生じさせ均一なグロー放電を維持する上での障害と
なる。
【００１８】また、上述の空気層の存在により蓋部材１
０９に対する冷却効果が低下する。
０９に対する冷却効果が低下する。
【００１９】上述の空気層の介在を無くすために、シリ
コーン樹脂または導電性接着剤を注入することも行われ
ている。しかし、シリコーン樹脂を注入した場合には高
周波電流が通過するためにシリコーン樹脂の誘電損失に
よる発熱が起こると言う問題がある。
コーン樹脂または導電性接着剤を注入することも行われ
ている。しかし、シリコーン樹脂を注入した場合には高
周波電流が通過するためにシリコーン樹脂の誘電損失に
よる発熱が起こると言う問題がある。
【００２０】また、導電性接着剤の場合には、空気やシ
リコーン樹脂に比し導電性がある分、電源の出力電圧上
昇や電流の偏りは小さくなる。しかし、導電性接着剤の
導電率は一般的に金属より小さくさらに誘電損失も大き
い。
リコーン樹脂に比し導電性がある分、電源の出力電圧上
昇や電流の偏りは小さくなる。しかし、導電性接着剤の
導電率は一般的に金属より小さくさらに誘電損失も大き
い。
【００２１】さらに、上述のシリコーン樹脂または導電
性接着剤の注入はいずれも電極１０３ａの冷却効果を低
下させると言う問題がある。
性接着剤の注入はいずれも電極１０３ａの冷却効果を低
下させると言う問題がある。
【００２２】本発明は上述の如き問題を解決するために
なされたものであり、本発明の課題は、電極の冷却効率
向上と放電の安定性を図った交流放電ガスレーザ発振器
を提供することである。
なされたものであり、本発明の課題は、電極の冷却効率
向上と放電の安定性を図った交流放電ガスレーザ発振器
を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決する手
段として請求項１に記載の交流放電ガスレーザ発振は、
交流放電ガスレーザ発振器において、レーザ容器内に相
対向する一対の金属電極を設け、板状誘電体の表面に形
成した金属薄膜部と前記金属電極の相対向する側とをろ
う接合し、該金属電極の周囲と前記板状誘電体板の放電
部表面以外の周囲とを該板状誘電体の比誘電率より小さ
い比誘電率を有する絶縁体で密閉被覆して設け、前記金
属電極内に冷却水が循環可能に設けたことを要旨とする
ものである。
段として請求項１に記載の交流放電ガスレーザ発振は、
交流放電ガスレーザ発振器において、レーザ容器内に相
対向する一対の金属電極を設け、板状誘電体の表面に形
成した金属薄膜部と前記金属電極の相対向する側とをろ
う接合し、該金属電極の周囲と前記板状誘電体板の放電
部表面以外の周囲とを該板状誘電体の比誘電率より小さ
い比誘電率を有する絶縁体で密閉被覆して設け、前記金
属電極内に冷却水が循環可能に設けたことを要旨とする
ものである。
【００２４】請求項２に記載の交流放電ガスレーザ発振
器は、請求項１に記載の交流放電ガスレーザ発振器にお
いて、前記板状誘電体がセラミックスであり、前記絶縁
体がシリコーンゴムであることを要旨とするものであ
る。
器は、請求項１に記載の交流放電ガスレーザ発振器にお
いて、前記板状誘電体がセラミックスであり、前記絶縁
体がシリコーンゴムであることを要旨とするものであ
る。
【００２５】
【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。
よって説明する。
【００２６】図１は本発明に係る３軸直交形の交流放電
ガスレーザ発振器１の実施の形態で放電電極部の構成と
放電状態を示したものである。レーザ容器３内には低圧
の気体レーザ媒質（炭酸ガスレーザでは、ＣＯ2、Ｎ2、
Ｈeの混合気体）Ｇが封入してあり、このレーザ媒質を
放電励起するための相対向する一対の放電電極５（ａ，
ｂ）が設けてある。なお、放電電極５（ａ，ｂ）は上下
対称形の構成であるので、図１においては上側の放電電
極５ａのみを示してある。
ガスレーザ発振器１の実施の形態で放電電極部の構成と
放電状態を示したものである。レーザ容器３内には低圧
の気体レーザ媒質（炭酸ガスレーザでは、ＣＯ2、Ｎ2、
Ｈeの混合気体）Ｇが封入してあり、このレーザ媒質を
放電励起するための相対向する一対の放電電極５（ａ，
ｂ）が設けてある。なお、放電電極５（ａ，ｂ）は上下
対称形の構成であるので、図１においては上側の放電電
極５ａのみを示してある。
【００２７】上記放電電極５ａは次のように構成してあ
る。図１に示すように、長方形断面（幅Ｗ×厚さＨ）を
有する金属電極７が紙面に直交する方向に適宜の長さに
延伸させて設けてある。
る。図１に示すように、長方形断面（幅Ｗ×厚さＨ）を
有する金属電極７が紙面に直交する方向に適宜の長さに
延伸させて設けてある。
【００２８】この金属電極７は、セラミックスからなる
板状誘電体９の上面に形成した金属薄膜部分１１に“ろ
う接合”してある。ろう接合部１３には、Ｓn-Ｐb 系の
はんだ(Soft Solder)または、銀ろう、りん銅ろう等の
硬ろう(Hard Solder)を使用することができる。
板状誘電体９の上面に形成した金属薄膜部分１１に“ろ
う接合”してある。ろう接合部１３には、Ｓn-Ｐb 系の
はんだ(Soft Solder)または、銀ろう、りん銅ろう等の
硬ろう(Hard Solder)を使用することができる。
【００２９】上述の板状誘電体９の長さは金属電極７よ
り大きく、幅は金属電極７の幅Ｗより大きく設けてあ
る。なお、前記板状誘電体９の上面の金属薄膜１１はメ
タライジング（metallizing）加工により形成してあ
る。
り大きく、幅は金属電極７の幅Ｗより大きく設けてあ
る。なお、前記板状誘電体９の上面の金属薄膜１１はメ
タライジング（metallizing）加工により形成してあ
る。
【００３０】また、前記金属電極７の周囲と前記板状誘
電体板９下面の放電部１５側の表面以外の周囲とを該板
状誘電体の比誘電率より小さい比誘電率を有するシリコ
ーンゴムなどの絶縁体１７で密閉被覆してある。
電体板９下面の放電部１５側の表面以外の周囲とを該板
状誘電体の比誘電率より小さい比誘電率を有するシリコ
ーンゴムなどの絶縁体１７で密閉被覆してある。
【００３１】前記金属電極７内には冷却水が循環可能な
水路１９が設けてあり、この水路１９にレーザ容器３外
部の冷却水循環装置（図示省略）が接続してある。また
前記金属電極７は導線２１を介してレーザ容器外部３に
設置した高周波電源２３に接続してある。
水路１９が設けてあり、この水路１９にレーザ容器３外
部の冷却水循環装置（図示省略）が接続してある。また
前記金属電極７は導線２１を介してレーザ容器外部３に
設置した高周波電源２３に接続してある。
【００３２】前記レーザ媒質Ｇは循環装置（図示省略）
によって、上下の放電電極５（ａ，ｂ）の間を矢印の方
向（放電方向に直交する方向）へ流れるように設けてあ
る。また、レーザ媒質Ｇの流れる方向と放電方向とに直
交する方向（紙面に直交する方向）に複数のミラー（図
示省略）によって構成される光共振器２５が設けてあ
る。
によって、上下の放電電極５（ａ，ｂ）の間を矢印の方
向（放電方向に直交する方向）へ流れるように設けてあ
る。また、レーザ媒質Ｇの流れる方向と放電方向とに直
交する方向（紙面に直交する方向）に複数のミラー（図
示省略）によって構成される光共振器２５が設けてあ
る。
【００３３】上記構成の交流放電ガスレーザ発振器１に
おいて、上下の放電電極５（ａ，ｂ）に適宜な交流高電
圧を印加して電極間隙にグロー放電２７を発生させて気
体のレーザ媒質Ｇを励起する。放電励起されたレーザ媒
質Ｇから誘導放出されたレーザ光が前記光共振器１８に
より増幅されてレーザ光として出力される。
おいて、上下の放電電極５（ａ，ｂ）に適宜な交流高電
圧を印加して電極間隙にグロー放電２７を発生させて気
体のレーザ媒質Ｇを励起する。放電励起されたレーザ媒
質Ｇから誘導放出されたレーザ光が前記光共振器１８に
より増幅されてレーザ光として出力される。
【００３４】上記構成の放電電極５（ａ，ｂ）により、
金属電極７と板状誘電体９との接触面を板状誘電体９に
形成した金属薄膜部分１１を介して“はんだ”または、
“ろう”によって接触面全体を接合したので、空気層ま
たは物性や厚みが管理されていない物質の介在なしに金
属電極７と誘電体９とが電気的および熱的にも完全に密
着接合され、電源から見た負荷やグロー放電が安定す
る。
金属電極７と板状誘電体９との接触面を板状誘電体９に
形成した金属薄膜部分１１を介して“はんだ”または、
“ろう”によって接触面全体を接合したので、空気層ま
たは物性や厚みが管理されていない物質の介在なしに金
属電極７と誘電体９とが電気的および熱的にも完全に密
着接合され、電源から見た負荷やグロー放電が安定す
る。
【００３５】また、熱伝導率の高い金属薄膜１１およ
び、ろう接合部１３からなる金属層が空気層に代わって
介在するので、放電電極５（ａ，ｂ）全体の冷却効率が
向上する。特に最も温度が上昇する放電空間２７に接触
する板状誘電体９を効率的に冷却することができる。
び、ろう接合部１３からなる金属層が空気層に代わって
介在するので、放電電極５（ａ，ｂ）全体の冷却効率が
向上する。特に最も温度が上昇する放電空間２７に接触
する板状誘電体９を効率的に冷却することができる。
【００３６】さらに、上述の金属層における誘電損失は
無視できるほど小さいので、電極構成部品として自己発
熱による弊害を心配する必要がない。
無視できるほど小さいので、電極構成部品として自己発
熱による弊害を心配する必要がない。
【００３７】
【発明の効果】請求項１、請求項２の発明によれば、放
電電極における金属電極と板状誘電体との接合面に空気
層や物性や厚みが管理されていない物質が介在すること
がないので、電源から見た負荷やグロー放電が安定す
る。
電電極における金属電極と板状誘電体との接合面に空気
層や物性や厚みが管理されていない物質が介在すること
がないので、電源から見た負荷やグロー放電が安定す
る。
【００３８】また、放電電極の冷却効率が向上し、特に
最も温度が上昇する放電空間に接触する板状誘電体を効
率的に冷却することができる。
最も温度が上昇する放電空間に接触する板状誘電体を効
率的に冷却することができる。
【００３９】さらに、金属薄膜および、ろう接合部から
なる金属層における誘電損失は無視できるほど小さいの
で、電極構成部品として自己発熱による弊害を心配する
必要がない。
なる金属層における誘電損失は無視できるほど小さいの
で、電極構成部品として自己発熱による弊害を心配する
必要がない。
【図１】本発明に係る交流放電ガスレーザ発振器の実施
の形態で放電電極部の構成と放電状態を示した図。
の形態で放電電極部の構成と放電状態を示した図。
【図２】従来の交流放電ガスレーザ発振器の放電電極の
例とその放電状態を示した図。
例とその放電状態を示した図。
１ 交流放電ガスレーザ発振器 ３ レーザ容器 ５（ａ，ｂ） 放電電極 ７ 金属電極 ９ 板状誘電体 １１ 金属薄膜部 １３ ろう接合部 １５ 放電部 １７ 絶縁体 １９ 水路 ２１ 導線 ２３ 高周波電源 ２５ 光共振器 ２７ グロー放電 Ｇ レーザ媒質
Claims (2)
- 【請求項１】 交流放電ガスレーザ発振器において、レ
ーザ容器内に相対向する一対の金属電極を設け、板状誘
電体の表面に形成した金属薄膜部と前記金属電極の相対
向する側とをろう接合し、該金属電極の周囲と前記板状
誘電体板の放電部表面以外の周囲とを該板状誘電体の比
誘電率より小さい比誘電率を有する絶縁体で密閉被覆し
て設け、前記金属電極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。 - 【請求項２】 請求項１に記載の交流放電ガスレーザ発
振器において、前記板状誘電体がセラミックスであり、
前記絶縁体がシリコーンゴムであることを特徴とする交
流放電ガスレーザ発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000380222A JP2002185062A (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 交流放電ガスレーザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000380222A JP2002185062A (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 交流放電ガスレーザ発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002185062A true JP2002185062A (ja) | 2002-06-28 |
Family
ID=18848448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000380222A Pending JP2002185062A (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 交流放電ガスレーザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002185062A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1314173C (zh) * | 2003-09-29 | 2007-05-02 | 北京礴德恒激光科技有限公司 | 一维全金属板条波导气体激光器 |
| JP2011119458A (ja) * | 2009-12-03 | 2011-06-16 | Mitsubishi Electric Corp | ガスレーザ発振装置 |
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- 2000-12-14 JP JP2000380222A patent/JP2002185062A/ja active Pending
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