JP2003506904A - ガスレーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガスレーザ（１）は放電室（４）を有しており、この放電室は、異なる大きさの横断面を有する２つの電極管（２，３）の間に配置されており、少なくとも１本のレーザ光線が光線拡散方向（１２）で進む。この場合、前記電極管（２，３）の一方（２）は、光線拡散方向（１２）に対して横方向のガス供給方向（５）でレーザ透過性であり、他方の電極管（３）は、光線拡散方向（１２）に対して横方向のガス導出方向（６）でレーザガス透過性である。放電室（４）には、前者の電極管（２）を通してレーザガスが供給され、後者の電極管（３）を通ってレーザガスが放電室（４）から導出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、少なくとも１本のレーザ光線が光線拡散方向で進む放電室を備えた
ガスレーザであって、前記放電室を、ガス供給方向でのレーザガス供給下及びガ
ス導出方向でのレーザガス導出下でレーザガスが流れるようになっており、前記
放電室が、２つの電極管の形の、互いに対応配置された、レーザ光線発生に役立
つ２つの電極ユニットの間の中間室として設けられており、前記電極管が、それ
ぞれ光線拡散方向で延在する電極面を形成し且つ異なる大きさの横断面を有して
おり、より小さな横断面の電極管が、より大きな横断面の電極管の内部に配置さ
れており、当該電極管の電極面が、光線拡散方向に対して横方向で互いに隔てら
れている形式のものに関する。

【０００２】 このような形式のガスレーザは、ヨーロッパ特許第０６１０１７０号明細書に
基づき公知である。

【０００３】 本発明の課題は、従来の構成のガスレーザの性能及び効率を高めることである
。

【０００４】 本発明に基づき、この課題は請求項１の特徴部に記載の構成により解決される
。請求項に記載の本発明は、ガスレーザの性能及び効率は放電室内のレーザガス
の温度に著しく関連しているという認識に基づいている。ＣＯ_２レーザの場合に
２００〜３００℃の範囲に位置する限界温度を超えると、レーザ光線発生は著し
く妨げられている。従って、放電室内のレーザガスの温度は、前記の限界値の下
位に保持しなければならない。この目的のためには、ガスレーザの運転中、放電
室に比較的低温のレーザガスを永続的に供給することができ、この比較的低温の
レーザガスにより、放電室内に滞留しているレーザガスの温度が適当に調整され
るか、若しくは前記の比較的低温のレーザガスにより、レーザプロセスの過程に
おいて加熱されたレーザガスが放電室から押し退けられる。放電室内のレーザガ
スが得られる冷却量若しくは放電室からの熱導出量は、放電室を通過するレーザ
ガス体積流に比例している。このレーザガス体積流はやはり、放電室を通過する
レーザガスの流れ速度及びレーザガスに供与されている流れ横断面の大きさに関
連している。本発明の形式のガスレーザの場合、光線拡散方向で見た放電室の延
在部が、これに対して横方向の放電室の延在部を一般に著しく上回っており、放
電室から導出されるべきレーザガスは、光線拡散方向で、流れ損失を伴う比較的
長い距離を進まなければならない。これに対応して、レーザガスは比較的高い流
れ速度で放電室に供給する必要がある。しかし、このことは、やはりそれ自体は
ガスレーザ全体の効率に関してネガティブな結果を有する大きな流れ損失につな
がる恐れがある。請求項１では、一方では本発明によるガスレーザの放電室を通
過するレーザガスの流路が、できるだけ小さな流れ損失のために最小限にされる
。他方では、放電室に比較的低温のレーザガスを供給するときの流れ横断面が最
大限にされる。本発明によるガスレーザの前記の構成に基づき、レーザガスの交
換には、光線拡散方向で延びる電極管の外周面全体が供与されてよい。レーザガ
ス交換は、レーザガスによる電極管の通流下で行われる。

【０００５】 本発明の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

【０００６】 請求項２記載の構成は、当該電極管にわたって一様なレーザガス流を得るため
に役立つ。

【０００７】 本発明の重要な観点は、本発明によるガスレーザのレーザガス透過性の電極管
の構成である。請求項３に記載したような電極管は特に有利である。つまり、焼
結材料は、レーザガスに対して小さな流れ抵抗しか生ぜしめないので、レーザガ
スを電極管に通流させるためには、電極管における僅かな圧力差は十分である。
焼結材料中の複数のレーザガス通路は、ガス供給方向に対して横方向で延在する
電極管の面積の半分に匹敵する、レーザガスのための流れ横断面を生ぜしめる。
請求項３記載の電極管は、その導電特性に基づき、レーザガス放電に必要とされ
る電界を簡単に発生させるために使用される。特に有利には、焼結された電極管
は、同時に積層スクリーンとして、つまり一様なレーザガス流を発生させるため
の装置として働くことができる。

【０００８】 請求項４は、放電室が電極管とは異なる、光線拡散方向で延びる少なくとも１
つの放電室壁を有している、本発明によるガスレーザに関する。このようなガス
レーザの放電室にレーザガスを効果的に通すことが、請求項４に基づき保証され
ている。

【０００９】 請求項５に基づく本発明の構成の場合、電極管の材料自体は、レーザガス透過
性ではない。本発明のこの構成の電極管のレーザガス透過性は、電極管にスリッ
トを設けることにより生ぜしめられる。

【００１０】 請求項６記載のガスレーザの場合、電極管はレーザガス放電のための電界を発
生させるため以外に、レーザガスを冷却するためにも使用され得る。

【００１１】 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。この場合、紹介した全
てのガスレーザ構造形式は、それぞれ構成及び機能において基本的に互いに一致
している。

【００１２】 ガスレーザ１を以て図１には、同心的な電極管２，３の形の電極ユニットを備
えた同軸的な構造形式のガスレーザが示されている。前記電極管２，３は穿孔さ
れた薄板から製作されており、放電室４として働く環状の中間室を形成している
。択一的に電極管２，３は、焼結金属から成っていてよい。

【００１３】 電極管２はガス供給方向５で、電極管３はガス導出方向６でレーザガス透過性
である。レーザガスポンプ７により、レーザガスがレーザガス流入室８に供給さ
れ、そこからガス供給方向５で外側の電極管２を通って放電室４に流入する。こ
れにより放電室４から押し退けられた加熱されたレーザガスは、内側の電極管３
をガス導出方向６で通過して、内側の電極管３の内部に設けられた円筒形のレー
ザガス流出室９に流入する。そこから加熱されたレーザガスは、レーザガスポン
プ７によって吸い込まれる。レーザガスを調整するために必要なレーザガス冷却
器１０，１１は、それぞれレーザガスポンプ７をレーザガス流入室８及びレーザ
ガス流出室９に接続する導管に接続されている。択一的又は付加的に、レーザガ
ス冷却器はレーザガス流入室８及びレーザガス流出室９に設けられていてよい。
レーザガスポンプ７によって発生されたレーザガス流は、レーザガス冷却器１０
を通過し、これに関連して冷却された後でレーザガス流入室８に流入し、その後
、ガス供給方向５でレーザガス透過性の電極管２を通って放電室４に流入する。
放電室４から押し退けられた加熱されたレーザガスは、適当に冷却されつつレー
ザガス冷却器１１を通過して、最終的にはレーザガスポンプ７に向かって流れる
。

【００１４】 放電室４内で発生されるレーザ光線は、放電室４の軸方向で、延いては円筒形
のレーザガス流出室９の軸線に対して平行に拡散する。これに対応して当然、レ
ーザガス流出室９及び光線拡散方向の軸線には同一符号１２が対応している。こ
の光線拡散方向１２で、この方向に対して横方向で互いに間隔をおかれ且つガス
レーザ１の放電室４を制限している電極面が延在している。従来の構成の反射鏡
及び出射鏡が、放電室４を軸方向で制限している。高周波（ＨＦ）発生器が慣例
のように電極管２，３に接続されており、これらの電極管に、レーザ光線を発生
させるための高周波の交流電圧を印加する。

【００１５】 ガス供給方向５若しくはガス導出方向６での電極管２，３の前記のレーザガス
透過性に基づき、レーザガスは最短距離で、僅かな流れ抵抗及び小さな流れ速度
を以て効果的に放電室４を通過することができる。従って、放電室４内部のレー
ザガス温度は、装置全体の効率が良いと、高いレーザ出力の保証されているレベ
ルに調整され得る。

【００１６】 光線拡散方向に対して横方向のガス供給方向若しくはガス導出方向でレーザガ
ス透過性の電極管の特別な利用は、図１に示した形式の同軸的なガスレーザの場
合、このような形式のガスレーザの放電室が、図１に示した放電室４と同様に、
比較的大きな軸方向延在部において、半径方向ではしばしば比較的狭いという結
果生じる。これに基づき、放電室内では光線拡散方向のレーザガス流に対して、
著しい流れ抵抗が生ぜしめられる恐れがある。図１に示したガスレーザ１の場合
に実現されている同軸的なガスレーザの横方向流においては、両電極管における
レーザガスに大きな流れ横断面が供与されていると同時に、放電室内部のレーザ
ガスが進むべき流れ距離が非常に小さい。これに対応して、例えばガスレーザ１
の場合、レーザガスによる放電室４の効果的な通過を保証するためには、レーザ
ガス流入室８を支配する圧力とレーザガス流出室９を支配する圧力との間の小さ
な差で十分である。この事情に基づき勿論、レーザガス流は、レーザガス流入室
８から放電室４を通ってレーザガス流出室９に、このレーザガス流出室９内を軸
方向で流れる媒体を介してもたらされてもよい。この媒体は、レーザガスをウォ
ータジェットポンプの形式で、図１では外側から内側に向かって電極管２，３を
通して吸い込む。

【００１７】 やはり同軸的な構成のガスレーザ、つまりガスレーザ２１が図２に示されてい
る。この場合、放電室２４は、同軸的な電極管２２，２３の形の電極ユニット間
の環状室状の中間室によって形成される。前記電極管は焼結された金属管である
。外側の電極管２２はガス供給方向５で、内側の電極管２３はガス導出方向６で
レーザガス透過性である。電極管２２の外壁に沿って、冷却剤を案内する冷却巻
線３３が延びており、これに対応して、電極管２３の内壁に沿って、冷却剤を案
内する冷却巻線３４が延びている。

【００１８】 レーザガス循環は、図１に関して上で説明したように行われる。遠心ファンの
形のレーザガスポンプ２７を介して、レーザガスはガスレーザケーシング３５の
内部に設けられたレーザガス流入室２８に吐出される。冷却巻線３３を通過し、
これに関連して冷却された後で、レーザガスは外側の電極管２２をガス供給方向
５で通過し、これにより、放電室２４に流入する。これに基づき、加熱されたレ
ーザガスが放電室２４からガス導出方向６で内側の電極管２３を通ってレーザガ
ス流出室２９に流入し、途中で冷却巻線３４によって冷却される。最後にレーザ
ガスは、レーザガスポンプ２７によりレーザガス流出室２９から、このレーザガ
ス流出室２９の軸方向で吸い込まれる。図２にはレーザ光線が一点鎖線で示され
ている。光線拡散方向１２は、反射鏡３６と出射鏡３７とによって規定される。

【００１９】 放電室２４内部のレーザ光線の進路は、図２ａに詳しく示されている。この光
線進路は、反射鏡３６及び出射鏡３７の選ばれた構成に基づき可能になる。即ち
、反射鏡３６は公知の形式で円錐形の鏡面を有している。出射鏡３７の鏡面は、
図２ａに一点鎖線で示した放電室２４の仮想軸線を中心として螺旋状に、この軸
線の方向で勾配するように延びている。

【００２０】 同軸的な構成の別のガスレーザ、つまりガスレーザ４１及びガスレーザ６１が
図３及び図４に部分的に示されている。

【００２１】 図３では、環状室状の放電室４４が、電極管４２，４３の形の電極ユニットに
よって制限される。圧延された金属から成る電極管４２，４３は、それぞれ巻線
状にスリットが設けられており、これらのスリットに基づきガス供給方向５若し
くはガス導出方向６でレーザガス透過性である。焼結された電極管の場合と異な
り、前記電極管４２，４３の材料自体は、レーザガス透過性ではない。

【００２２】 図４では、ガスレーザ６１の放電室６４は、冷却剤を案内する同心的な冷却巻
線の形の電極ユニットによって制限されており、前記の冷却巻線が、電極管６２
，６３の形式の電極ユニットを形成している。この場合、電極面７８，７９は、
放電室６４に面した電極管６２，６３の壁部分の形で設けられている。外側の電
極管６２のレーザガス透過性はガス供給方向５で、並びに内側の電極管６３のレ
ーザガス透過性はガス導出方向６で、電極管６２，６３の互いに隣接した巻条間
の間隔に基づき調整される。ガスレーザ６１の場合は、電極管６２，６３はレー
ザガス放電用の電界を発生させる他に、レーザガスを冷却するためにも使用でき
る。個別に説明した電極構造に対して択一的に、穿孔薄板から成形された電極管
を使用することもできる。

【００２３】 図５は、放電室８４を備えたガスレーザ８１に関するものであり、前記放電室
８４は、誘電材料から成る、光線拡散方向１２で延びる同心的な放電室壁１００
，１０１によって制限されている。これらの放電室壁１００，１０１は電極管８
２，８３に設けられており、これらの電極管８２，８３は、図３に示した電極管
４２，４３と同様に形成されている。これに対応して、電極管８２，８３も巻線
状にスリットが設けられている。放電室壁１００，１０１も同様に巻線状にスリ
ットが設けられており、その結果、放電室壁１００，１０１は巻線状のレーザガ
ス通流部１０２，１０３を形成している。

【００２４】 レーザガスは、上で説明した形式のレーザガスポンプによって放電室８４に供
給される。この場合、レーザガスは電極管８２の上流側に配置されたガイドスク
リーン１０４を介して流入し、このガイドスクリーン１０４は、ガス供給方向５
で流れるレーザガスを、電極管８２の巻線状のスリット若しくは放電室壁１００
の巻線状のレーザガス通流部１０２に均等に配分するための装置として働く。ガ
イドスクリーン１０４の上流側にはレーザガス冷却器（図示せず）が位置してい
る。これに対応して、レーザガス冷却器は電極管８３の下流側にも配置されてい
る。ガイドスクリーン１０４の代わりに、放電室８４に供給されるレーザガスを
均等に配分するための装置としては、分岐しているガス供給導管が設けられてい
てもよい。このような分岐したガス供給導管も、やはり図５に示したガイドスク
リーン１０４のように均等なレーザガス流を、放電室８４内で光線拡散方向１２
に対して横方向で生ぜしめる。押し退けられたレーザガスは、放電室壁１０１の
巻線状のレーザガス通流部１０３、並びに巻線状にスリットの設けられた電極管
８３を通過して放電室８４から流出する。加熱されたレーザガスはレーザガスポ
ンプ（図示せず）により、最終的に電極管８３の内部から、この電極管８３の下
流側に設けられたレーザガス冷却器で冷却されつつ導出される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるガスレーザの実施例を概略的に示した図である。

【図２】 本発明によるガスレーザの別の実施例を概略的に示した図である。

【図３】 本発明によるガスレーザの別の実施例を概略的に示した図である。

【図４】 本発明によるガスレーザの別の実施例を概略的に示した図である。

【図５】 本発明によるガスレーザの別の実施例を概略的に示した図である。

【符号の説明】

１，２１，４１，６１，８１ ガスレーザ、 ２，３，２２，２３，４２，４
３，６２，６３，８２，８３ 電極管、 ４，２４，４４，６４，８４ 放電室
、 ５ ガス供給方向、 ６ ガス導出方向、 ７，２７ レーザガスポンプ、
８，２８ レーザガス流入室、 ９，２９ レーザガス流出室、 １０，１１
レーザガス冷却器、 １２ 光線拡散方向、 ３３，３４ 冷却巻線、 ３５
ガスレーザケーシング、 ３６ 反射鏡、 ３７ 出射鏡、 ７８，７９ 電
極面、 １００，１０１ 放電室壁、 １０２，１０３ レーザガス通流部、
１０４ ガイドスクリーン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１本のレーザ光線が光線拡散方向（１２）で進む
   放電室（４，２４，４４，６４，８４）を備えたガスレーザであって、前記放電
   室を、ガス供給方向（５）でのレーザガス供給下及びガス導出方向（６）でのレ
   ーザガス導出下でレーザガスが流れるようになっており、前記放電室が、２つの
   電極管（２，３；２２，２３；４２，４３；６２，６３；８２，８３）の形の、
   互いに対応配置された、レーザ光線発生に役立つ２つの電極ユニットの間の中間
   室として設けられており、前記電極管が、それぞれ光線拡散方向（１２）で延在
   する電極面を形成し且つ異なる大きさの横断面を有しており、より小さな横断面
   の電極管（３，２３，４３，６３，８３）が、より大きな横断面の電極管（２，
   ２２，４２，６２，８２）の内部に配置されており、当該電極管（２，３；２２
   ，２３；４２，４３；６２，６３；８２，８３）の電極面が、光線拡散方向（１
   ２）に対して横方向で互いに隔てられている形式のものにおいて、 電極管（２，３；２２，２３；４２，４３；６２，６３；８２，８３）の内の
   一方（２，２２，４２，６２，８２）が、光線拡散方向（１２）に対して横方向
   のガス供給方向（５）でレーザガス透過性であり、他方の電極管（３，２３，４
   ３，６３，８３）が、光線拡散方向（１２）に対して横方向のガス導出方向（６
   ）でレーザガス透過性であり、放電室（４，２４，４４，６４，８４）に、前者
   の電極管（２，２２，４２，６２，８２）を通ってレーザガスが供給され、後者
   の電極管（３，２３，４３，６３，８３）を通ってレーザガスが放電室（４，２
   ４，４４，６４，８４）から導出されることを特徴とするガスレーザ。
2. 【請求項２】 ガス供給方向（５）でレーザガス透過性の電極管（８２）の
   放電室側のレーザガス流出部の上流に、放電室（８４）に供給されるレーザガス
   を前記レーザガス流出部に均等に配分するための少なくとも１つの装置（１０４
   ）が設けられている、請求項１記載のガスレーザ。
3. 【請求項３】 ガス供給方向（５）及び／又はガス導出方向（６）でレーザ
   ガス透過性の電極管（２，３；２２，２３）が、焼結された導電性材料によって
   形成されている、請求項１又は２記載のガスレーザ。
4. 【請求項４】 放電室（８４）が、光線拡散方向（１２）で延在する少なく
   とも１つの放電室壁（１００，１０１）を有しており、これらの放電室壁の、半
   径方向で見て放電室（８４）から離反する側に、ガス供給方向（５）又はガス導
   出方向（６）でレーザガス透過性の電極管（８２，８３）が設けられており、前
   記放電室壁（１００，１０１）が、対応配置された電極管（８２，８３）とレー
   ザガス流結合する少なくとも１つのレーザガス通流部（１０２，１０３）を有し
   ている、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスレーザ。
5. 【請求項５】 電極管（４２，４３）が、それ自体はレーザガス非透過性の
   材料から成っており、巻線状にスリットが設けられていることに基づきガス供給
   方向（５）若しくはガス導出方向（６）でレーザガス透過性である、請求項１か
   ら４までのいずれか１項記載のガスレーザ。
6. 【請求項６】 電極管（６２，６３）として、冷却剤を案内する同心的な冷
   却巻線が設けられており、これらの冷却巻線の互いに隣接した巻条が、光線拡散
   方向（１２）で相互に間隔をおかれている、請求項１から５までのいずれか１項
   記載のガスレーザ。