【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザガスを放電励起させるガスレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスレーザ装置としては、対交する一対の電極を備えたものがある。
【０００３】
以下、従来の放電励起ガスレーザ装置について図面を参照しながら説明する。図１０は従来のガスレーザ発振装置の構成を示す図である。図１０において、１は循環路、２は送風機、３は熱交換器、４は誘電体、５ａは第１電極，５ｂは第２電極、６ａは出力鏡、６ｂは全反射鏡、８は高周波電源、９はレーザビームである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
従来のガスレーザ装置において、レーザガスは、送風機２により循環路１を通り、放電部、熱交換器３を介してレーザガスを循環する。第１電極５ａ，第２電極５ｂは、高周波電源８に接続され、第１電極５ａと第２電極５ｂの間で放電し、レーザガスを励起する。
【０００５】
そして、放電励起により温度が上昇したレーザガスは、熱交換器３で冷却される。レーザビーム９は、放電部のガス流れの下流側で、レーザガスの流れ方向と直交する方向で、出力鏡６ａと全反射鏡６ｂとで構成された光共振器により取り出される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００３−４６１６７号公報（第２頁、第９図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のガスレーザ装置では、高出力化する際、注入電力密度に限界があるため、入力を増大させようとすると放電体積を大きくする必要がある。放電体積を大きくするには、放電距離を大きくする場合と、電極の放電面積を大きくする場合が考えられ、さらに、電極の放電面積を大きくする場合、ガス流れ方向と同一方向に大きくする場合と、ガス流れ方向と直交する方向に大きくする場合とが考えられる。
【０００８】
しかしながら、放電距離を大きくする場合、放電の均一化・安定化を維持することが困難となる。また、電極をガス流れ方向と同一方向に大きくすると、電極のガス流れ上流側から光共振器までの距離が長くなり、ガス流れ上流側で励起したレーザガスの寿命が光共振器まで維持できなくなり、発振効率の低下を招くことになる。また、電極をガス流れ方向と直交する方向に大きくすると、対向する電極間の距離をガス流れ方向と直交する方向で均一にするために、機構が複雑になるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するもので、レーザ発振器の小型高出力化できるガスレーザ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、レーザガスを循環させる循環路と、前記循環路中に配置した第１電極と、前記第１電極と対向し前記循環路の壁面に配置した第２電極と、前記第１電極と対向し前記第２電極と反対方向の前記循環路の壁面に配置した第３電極と、前記第１電極と前記第２電極間ならびに前記第１電極と前記第３電極間に電力を供給する電源と、レーザビームを取り出す光共振器とを備え、前記第１電極と前記第２電極間ならびに前記第１電極と前記第３電極間で放電し、レーザガスを励起するため、電極サイズを大きくすることなく放電体積を大きくでき、小型高出力化することができる。
【００１１】
また、電源は、第１電極と第２電極間に電力を供給する第１電源と、前記第１電極と第３電極間に電力を供給する第２電源とからなるため、高出力の電源を使用することなく大出力のレーザビームを取り出すことができる。
【００１２】
また、光共振器は、第１電極と第２電極間にレーザビームを発生させる第１光共振器と、前記第１電極と第３電極間にレーザビームを発生させる第２光共振器とからなるため、第１電源の出力と第２電源の出力を独立制御することで、２種類の出力のレーザビームを取り出せ、また、第１共振器と第２共振器を異なる波長の部品で構成することにより、２種類の波長のレーザビームを取り出すことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の超音速ガス流を用いたガスレーザ装置の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項１、請求項４から請求項１５に係わる。
【００１４】
図１は本実施の形態の構成を示す図である。なお、図１０に示した従来例と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施の形態が従来例と異なる点は、第１電極５ａと第２電極５ｂと第３電極５ｃとを備え、第１電極５ａは、循環路１におけるレーザガス中に設けられ、第２電極５ｂと第３電極５ｃとのそれぞれの空間距離が同一になるように配置し、第１電極５ａと第２電極５ｂ間ならびに第１電極５ａと第３電極５ｃ間で放電し、レーザガスを励起するようにしたことにある。
【００１５】
上記構成においてその動作を説明する。まず、レーザガスは送風機２にて圧縮され循環路１を通して循環する。そして、放電開始を安定化させジッタを減らすため、および放電の均一性を得るために、ＵＶランプ電源１０とＵＶランプ１１とで構成された予備電離装置により予備電離１２される。また、高周波電源８は、アース側出力を第２電極５ｂと第３電極５ｃとに接続し、反対側出力を第１電極５ａに接続し（図２）、第１電極５ａと第２電極５ｂ間ならびに第１電極５ａと第３電極５ｃ間に電力を供給する。
【００１６】
そして、予備電離１２されたレーザガスは、高周波電源８から第１電極５ａと第２電極５ｂと第３電極５ｃに供給された電力により、第１電極５ａと第２電極５ｂ間ならびに第１電極５ａと第３電極５ｃ間で放電励起される。高周波電源を用いた放電励起の場合（以下、ＲＦ放電励起と称す）、放電負荷とのインピーダンスマッチングが比較的容易にとれるため、安定した放電を実現しやすい。
【００１７】
また、ＲＦ放電励起の場合、放電ガスに接触する表面は金属面を露出するのではなく、誘電体４で覆い容量性の誘電体バラスト効果を用いると放電が安定化する。
【００１８】
なお、誘電体の材質、誘電率および厚みは電源周波数、注入電力、ガス圧、電極サイズ、放電体積等により最適なものを選択する。そして、放電励起され温度が上昇したレーザガスは、熱交換器３において冷却される。
【００１９】
また、光共振器は、出力鏡６ａと全反射鏡６ｂとで構成され、放電励起された励起分子からのレーザ光を増幅し、レーザビームを外に取り出す。安定型光共振器にすることにより、安定した高品質の光ビームが取り出せ、安価な光学部品を使用することができる。
【００２０】
なお、高周波電源８は、図３に示すようにアース側出力を第１電極５ａに接続し、反対側出力を第２電極５ｂと第３電極５ｃに接続しても良い。また、第２電極５ｂと第３電極５ｃは、図４，図５に示すように循環路１と電気的に導通状態であっても良い。
【００２１】
以上のように本実施の形態によれば、第１電極と第２電極間ならびに第３電極間で放電し、レーザガスを励起させるため、高出力化する際、ガス流れと直交する方向に電極サイズを伸ばすことなく、容易に放電体積を大きくでき、高出力化することができる。
【００２２】
また、ガス流れと直交する方向の電極サイズを従来例の半分にしても放電体積を同一とすることができるので、装置の幅を半減でき、装置の小型化を図れる。
【００２３】
ここで、高周波電源８は、ＤＣ電源を用いても良い。ＤＣ放電励起の場合は、電源を安価にすることができ電源の低コスト化が図りやすい。これらの放電励起方式は、装置システムとしての用途に応じて最適な方式を選べばよい。小型で高出力のレーザ出力を得たい場合、各放電方式により安定放電限界の注入電力密度には限界があるため、入力に応じた放電面積および放電体積を確保しなければならない。システムの動作条件、励起周波数、レーザガス種類、レーザガス混合比、ガス圧、放電体積、ガス流量等により安定放電限界の注入電力密度は変化するが、一般的にＣＯ２レーザのＣＷ放電の場合、ＤＣ放電励起では５０Ｗ／ＣＣ程度、ＲＦ放電励起では１５０Ｗ／ＣＣ程度である。
【００２４】
なお、電極、および電源配置の具体的構成については、図示していない。
【００２５】
また、強力な予備電離をさせるためには、レーザガス中でのスパークギャップによる予備電離やコロナ放電による予備電離がある。しかし、これらの予備電離は不純ガスの発生がある。系内の汚染を嫌う場合には、紫外線透過窓を用いて外部より紫外線で予備電離する方法、およびランプをガス流路内挿入する方法がある。
【００２６】
予備電離の手法としては、ＵＶランプ、水銀ランプ、アルゴンランプ、キセノンランプ、コロナ放電、スパーク放電等があり、どの手段であっても得られる効果は同じであり、光軸をさえぎらない位置に配置することによりレーザビームの高品質化が可能である。
【００２７】
また、本実施の形態では、光共振器はガス流れ方向と直交し電極配置と直交する方向で説明しているが、光共振器をガス流れと直交し電極配置と直交する方向にしても、ガス流れ方向と同軸方向にしても発明の効果が損なわれるものではない。
【００２８】
また、本実施の形態では、ガス循環系のガス流路形態は、従来例の図１０の構成と同様のガス循環型で説明しているが、ガスを循環させないオープン系であっても発明の効果が損なわれるものではない。
【００２９】
さらに、本実施の形態のレーザ装置の構成概念は、レーザガスの種類には依存しない。つまり、レーザガスをＣＯ、ＣＯ２、Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅ−Ｎｅ、Ｎ２、ＨｅＣｄ、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ、ヨウ素等に変えることにより、さまざまなガスレーザが実現可能となる。現実には、レーザガスの種類により、放電系、光共振器系等の最適化が必要である。
【００３０】
（実施の形態２）
以下、本発明の超音速ガス流を用いたガスレーザ装置の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項２、請求項４から請求項１５に係わる。
【００３１】
図６は本実施の形態の構成を示す図である。なお、図１に示した実施の形態１と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、放電励起する電力源として第２高周波電源８ｂと第３高周波電源８ｃとを備え、第２高周波電源８ｂは第１電極５ａと第２電極５ｂの間に電力を供給するように接続し、第３高周波電源８ｃは第１電極５ａと第３電極５ｃの間に電力を供給するように接続し、第１電極５ａと第２電極５ｂ間ならびに第１電極５ａと第３電極５ｃ間で放電し、レーザガスを励起するようにしたことにある。
【００３２】
上記構成においてその動作を説明する。まず、レーザガスは送風機２にて圧縮され循環路１を通して循環する。そして、放電開始を安定化させジッタを減らすため、および放電の均一性を得るために、ＵＶランプ電源１０とＵＶランプ１１とで構成された予備電離装置により予備電離１２される。
【００３３】
また、第２高周波電源８ｂは、アース側出力を第１電極５ａに接続し、反対側出力を第２電極５ｂに接続し、第１電極５ａと第２電極５ｂ間に電力を供給する。また、第３高周波電源８ｃは、アース側出力を第１電極５ａに接続し、反対側出力を第３電極５ｃに接続し、第１電極５ａと第３電極５ｃ間に電力を供給する（図７）。
【００３４】
そして、予備電離１２されたレーザガスは、第２高周波電源８ｂと第３高周波電源５ｃから第１電極５ａと第２電極５ｂと第３電極５ｃに供給された電力により、第１電極５ａと第２電極５ｂ間ならびに第１電極５ａと第３電極５ｃ間で放電励起される。ＲＦ放電励起の場合、放電負荷とのインピーダンスマッチングが比較的容易にとれるため、安定した放電を実現しやすい。
【００３５】
また、ＲＦ放電励起の場合、放電ガスに接触する表面は金属面を露出するのではなく、誘電体４で覆い容量性の誘電体バラスト効果を用いると放電が安定化する。なお、誘電体の材質、誘電率および厚みは電源周波数、注入電力、ガス圧、電極サイズ、放電体積等により最適なものを選択する。
【００３６】
そして、放電励起され温度が上昇したレーザガスは、熱交換器３において冷却される。また、光共振器は、出力鏡６ａと全反射鏡６ｂとで構成され、放電励起された励起分子からのレーザ光を増幅し、レーザビーム９を外に取り出す。安定型光共振器にすることにより、安定した高品質の光ビームが取り出せ、安価な光学部品を使用することができる。
【００３７】
なお、第２高周波電源８ｂは、アース側出力を第２電極５ｂに接続し、反対側出力を第１電極５ａに接続し、第３高周波電源８ｃは、アース側出力を第３電極５ｃに接続し、反対側出力を第１電極５ａに接続しても良い（図８）。
【００３８】
以上のように本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果・作用を図れ、さらに、高出力の電源を使用することなく大出力のレーザビームを取り出せる。
【００３９】
ここで、第１高周波電源８ｂ，第２高周波電源８ｃは、ＤＣ電源を用いても良い。ＤＣ放電励起の場合は、電源を安価にすることができ電源の低コスト化が図りやすい。これらの放電励起方式は、装置システムとしての用途に応じて最適な方式を選べばよい。
【００４０】
小型で高出力のレーザ出力を得たい場合、各放電方式により安定放電限界の注入電力密度には限界があるため、入力に応じた放電面積および放電体積を確保しなければならない。システムの動作条件、励起周波数、レーザガス種類、レーザガス混合比、ガス圧、放電体積、ガス流量等により安定放電限界の注入電力密度は変化するが、一般的にＣＯ２レーザのＣＷ放電の場合、ＤＣ放電励起では５０Ｗ／ＣＣ程度、ＲＦ放電励起では１５０Ｗ／ＣＣ程度である。
【００４１】
なお、電極、および電源配置の具体的構成については、図示していない。
【００４２】
また、強力な予備電離をさせるためには、レーザガス中でのスパークギャップによる予備電離やコロナ放電による予備電離がある。しかし、これらの予備電離は不純ガスの発生がある。系内の汚染を嫌う場合には、紫外線透過窓を用いて外部より紫外線で予備電離する方法、およびランプをガス流路内挿入する方法がある。
【００４３】
予備電離の手法としては、ＵＶランプ、水銀ランプ、アルゴンランプ、キセノンランプ、コロナ放電、スパーク放電等があり、どの手段であっても得られる効果は同じであり、光軸をさえぎらない位置に配置することによりレーザビームの高品質化が可能である。
【００４４】
また、本実施の形態では、ガス循環系のガス流路形態は、従来例の図１０の構成と同様のガス循環型で説明しているが、ガスを循環させないオープン系であっても発明の効果が損なわれるものではない。
【００４５】
さらに、本実施の形態のレーザ装置の構成概念は、レーザガスの種類には依存しない。つまり、レーザガスをＣＯ、ＣＯ２、Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅ−Ｎｅ、Ｎ２、ＨｅＣｄ、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ、ヨウ素等に変えることにより、さまざまなガスレーザが実現可能となる。現実には、レーザガスの種類により、放電系、光共振器系等の最適化が必要である。
【００４６】
（実施の形態３）
以下、本発明の超音速ガス流を用いたガスレーザ装置の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項３、から請求項１５に係わる。
【００４７】
図９は本実施の形態の構成を示す図である。なお、図６に示した実施の形態２と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態２と異なる点は、第１出力鏡７ａと第１全反射鏡７ｂとで構成された第１光共振器と第２出力鏡７ｃと第２全反射鏡７ｄとで構成された第２光共振器とを備え、第１電極５ａと第２電極５ｂ間で放電励起された励起分子からのレーザ光を第１共振器で増幅し、第１レーザビーム９ａを外に取り出し、さらに第１電極５ａと第３電極５ｃ間で放電励起された励起分子からのレーザ光を第２共振器で増幅し、第２レーザビーム９ｃを外に取り出すようにしたことにある。
【００４８】
上記構成においてその動作を説明する。まず、レーザガスは送風機２にて圧縮され循環路１を通して循環する。そして、放電開始を安定化させジッタを減らすため、および放電の均一性を得るために、ＵＶランプ電源１０とＵＶランプ１１とで構成された予備電離装置により予備電離１２される。
【００４９】
また、第２高周波電源８ｂは、アース側出力を第１電極５ａに接続し、反対側出力を第２電極５ｂに接続し、第１電極５ａと第２電極５ｂ間に電力を供給する。
【００５０】
また、第３高周波電源８ｃは、アース側出力を第１電極５ａに接続し、反対側出力を第３電極５ｃに接続し、第１電極５ａと第３電極５ｃ間に電力を供給する（図７）。
【００５１】
そして、予備電離１２されたレーザガスは、第２高周波電源８ｂと第３高周波電源５ｃから第１電極５ａと第２電極５ｂと第３電極５ｃに供給された電力により、第１電極５ａと第２電極５ｂ間ならびに第１電極５ａと第３電極５ｃ間で放電励起される。ＲＦ放電励起の場合、放電負荷とのインピーダンスマッチングが比較的容易にとれるため、安定した放電を実現しやすい。
【００５２】
また、ＲＦ放電励起の場合、放電ガスに接触する表面は金属面を露出するのではなく、誘電体４で覆い容量性の誘電体バラスト効果を用いると放電が安定化する。
【００５３】
なお、誘電体の材質、誘電率および厚みは電源周波数、注入電力、ガス圧、電極サイズ、放電体積等により最適なものを選択する。そして、放電励起され温度が上昇したレーザガスは、熱交換器３において冷却される。
【００５４】
また、第１光共振器は、第１出力鏡７ａと第２全反射鏡７ｂとで構成され、第１電極５ａと第２電極５ｂ間で放電励起された励起分子からのレーザ光を増幅し、レーザビーム９ａを外に取り出す。
【００５５】
さらに、第２光共振器は、第２出力鏡７ｃと第２全反射鏡７ｄとで構成され第１電極５ａと第３電極５ｃ巻で放電励起された励起分子からのレーザ光を増幅しレーザビーム９ｃを外に取り出す。第１光共振器，第２光共振器は、安定型光共振器にすることにより、安定した高品質の光ビームが取り出せ、安価な光学部品を使用することができる。
【００５６】
なお、第２高周波電源８ｂは、アース側出力を第２電極５ｂに接続し、反対側出力を第１電極５ａに接続し、第３高周波電源８ｃは、アース側出力を第３電極５ｃに接続し、反対側出力を第１電極５ａに接続しても良い（図８）。
【００５７】
以上のように本実施の形態によれば、第１電源の出力と第２電源の出力を独立制御することで、２種類の出力のレーザビームを取り出せ、また、第１共振器と第２共振器を異なる波長の部品で構成することにより、２種類の波長のレーザビームを取り出せる。
【００５８】
ここで、第１高周波電源８ｂ，第２高周波電源８ｃは、ＤＣ電源を用いても良い。ＤＣ放電励起の場合は、電源を安価にすることができ電源の低コスト化が図りやすい。これらの放電励起方式は、装置システムとしての用途に応じて最適な方式を選べばよい。
【００５９】
小型で高出力のレーザ出力を得たい場合、各放電方式により安定放電限界の注入電力密度には限界があるため、入力に応じた放電面積および放電体積を確保しなければならない。システムの動作条件、励起周波数、レーザガス種類、レーザガス混合比、ガス圧、放電体積、ガス流量等により安定放電限界の注入電力密度は変化するが、一般的にＣＯ２レーザのＣＷ放電の場合、ＤＣ放電励起では５０Ｗ／ＣＣ程度、ＲＦ放電励起では１５０Ｗ／ＣＣ程度である。
【００６０】
なお、電極、および電源配置の具体的構成については、図示していない。
【００６１】
また、強力な予備電離をさせるためには、レーザガス中でのスパークギャップによる予備電離やコロナ放電による予備電離がある。しかし、これらの予備電離は不純ガスの発生がある。系内の汚染を嫌う場合には、紫外線透過窓を用いて外部より紫外線で予備電離する方法、およびランプをガス流路内挿入する方法がある。予備電離の手法としては、ＵＶランプ、水銀ランプ、アルゴンランプ、キセノンランプ、コロナ放電、スパーク放電等があり、どの手段であっても得られる効果は同じであり、光軸をさえぎらない位置に配置することによりレーザビームの高品質化が可能である。
【００６２】
また、本実施の形態では、ガス循環系のガス流路形態は、従来例の図１０の構成と同様のガス循環型で説明しているが、ガスを循環させないオープン系であっても発明の効果が損なわれるものではない。
【００６３】
さらに、本実施の形態のレーザ装置の構成概念は、レーザガスの種類には依存しない。つまり、レーザガスをＣＯ、ＣＯ２、Ａｒ、Ｘｅ、Ｈｅ−Ｎｅ、Ｎ２、ＨｅＣｄ、ＸｅＣｌ、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ、ヨウ素等に変えることにより、さまざまなガスレーザが実現可能となる。現実には、レーザガスの種類により、放電系、光共振器系等の最適化が必要である。
【００６４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、レーザガスを放電励起させるガスレーザ装置において、レーザ発振器の小型高出力化でき、さらに、２種類のレーザ出力を取り出せるガスレーザ装置を提供できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ装置の構成図
【図２】同実施の形態１における電源の第１の接続図
【図３】同実施の形態１における電源の第２の接続図
【図４】同実施の形態１における電源の第３の接続図
【図５】同実施の形態１における電源の第４の接続図
【図６】同実施の形態２におけるガスレーザ装置の構成図
【図７】同実施の形態２における電源の第１の接続図
【図８】同実施の形態２における電源の第２の接続図
【図９】同実施の形態３におけるガスレーザ装置の構成図
【図１０】従来の超音速ガス流れを用いたガスレーザ装置の構成図
【符号の説明】
１ 循環路
２ 送風機
３ 熱交換器
４ 誘電体
５ａ 第１電極
５ｂ 第２電極
５ｃ 第３電極
６ａ 出力鏡
６ｂ 全反射鏡
７ａ 第１出力鏡
７ｂ 第１全反射鏡
７ｃ 第２出力鏡
７ｄ 第２全反射鏡
８ 高周波電源
８ｂ 第２高周波電源
８ｃ 第３高周波電源
９ レーザビーム
９ｂ 第１レーザビーム
９ｃ 第２レーザビーム
１０ ＵＶランプ電源
１１ ＵＶランプ
１２ 予備電離[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas laser device that excites a laser gas by discharge.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a gas laser device, there is a gas laser device provided with a pair of electrodes that cross each other.
[0003]
Hereinafter, a conventional discharge excitation gas laser device will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a conventional gas laser oscillation device. In FIG. 10, 1 is a circulation path, 2 is a blower, 3 is a heat exchanger, 4 is a dielectric, 5a is a first electrode, 5b is a second electrode, 6a is an output mirror, 6b is a total reflection mirror, and 8 is a high frequency. The power supply 9 is a laser beam (for example, see Patent Document 1).
[0004]
In the conventional gas laser device, the laser gas circulates through the circulation path 1 by the blower 2, and circulates through the discharge unit and the heat exchanger 3. The first electrode 5a and the second electrode 5b are connected to the high-frequency power supply 8 and discharge between the first electrode 5a and the second electrode 5b to excite the laser gas.
[0005]
Then, the laser gas whose temperature has increased due to the discharge excitation is cooled by the heat exchanger 3. The laser beam 9 is extracted by an optical resonator including an output mirror 6a and a total reflection mirror 6b on the downstream side of the gas flow of the discharge unit in a direction orthogonal to the flow direction of the laser gas.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2003-46167 (page 2, FIG. 9)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional gas laser device, when the output is increased, the injected power density has a limit. Therefore, it is necessary to increase the discharge volume in order to increase the input. In order to increase the discharge volume, it is conceivable to increase the discharge distance or to increase the discharge area of the electrode.Furthermore, to increase the discharge area of the electrode, to increase the discharge area in the same direction as the gas flow direction It is considered that the size is increased in a direction perpendicular to the gas flow direction.
[0008]
However, when the discharge distance is increased, it is difficult to maintain uniform and stable discharge. When the electrode is enlarged in the same direction as the gas flow direction, the distance from the gas flow upstream side of the electrode to the optical resonator becomes longer, and the life of the laser gas excited on the gas flow upstream side cannot be maintained up to the optical resonator, The oscillation efficiency will be reduced. Further, when the electrodes are enlarged in the direction perpendicular to the gas flow direction, there is a problem that the mechanism becomes complicated in order to make the distance between the opposed electrodes uniform in the direction perpendicular to the gas flow direction.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a gas laser device capable of increasing the size and the output of a laser oscillator.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a circulating path for circulating a laser gas, a first electrode disposed in the circulating path, and a second electrode disposed on a wall of the circulating path opposite to the first electrode. A third electrode facing the first electrode and disposed on a wall surface of the circulation path in a direction opposite to the second electrode, between the first electrode and the second electrode, and between the first electrode and the third electrode. A power supply for supplying power to the laser, and an optical resonator for extracting a laser beam, for discharging between the first electrode and the second electrode and between the first and third electrodes to excite a laser gas, The discharge volume can be increased without increasing the electrode size, and the size and output can be increased.
[0011]
Further, the power supply includes a first power supply for supplying power between the first electrode and the second electrode, and a second power supply for supplying power between the first electrode and the third electrode. A high-power laser beam can be extracted without using it.
[0012]
The optical resonator includes a first optical resonator that generates a laser beam between the first electrode and the second electrode, and a second optical resonator that generates a laser beam between the first electrode and the third electrode. Therefore, by independently controlling the output of the first power supply and the output of the second power supply, two types of laser beams can be extracted, and the first resonator and the second resonator are constituted by components having different wavelengths. Thereby, laser beams of two kinds of wavelengths can be extracted.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of a gas laser device using a supersonic gas flow according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention relates to claims 1, 4 to 15.
[0014]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the present embodiment. The same components as those of the conventional example shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The present embodiment is different from the conventional example in that a first electrode 5a, a second electrode 5b, and a third electrode 5c are provided, and the first electrode 5a is provided in the laser gas in the circulation path 1, and the second electrode 5b And the third electrode 5c are arranged so that the respective spatial distances are the same, and discharge is performed between the first electrode 5a and the second electrode 5b and between the first electrode 5a and the third electrode 5c to excite the laser gas. It is to have done.
[0015]
The operation of the above configuration will be described. First, the laser gas is compressed by the blower 2 and circulates through the circulation path 1. Then, in order to stabilize the start of discharge and reduce jitter, and to obtain uniformity of discharge, preliminary ionization 12 is performed by a preliminary ionization device including a UV lamp power supply 10 and a UV lamp 11. The high-frequency power supply 8 connects the ground side output to the second electrode 5b and the third electrode 5c, connects the opposite side output to the first electrode 5a (FIG. 2), and connects the first electrode 5a and the second electrode 5b. Electric power is supplied between the first electrode 5a and the third electrode 5c.
[0016]
The pre-ionized laser gas 12 is supplied to the first electrode 5a, the second electrode 5b, and the third electrode 5c by the power supplied from the high frequency power supply 8 to the first electrode 5a and the second electrode 5b and to the first electrode 5a. And the third electrode 5c is excited by discharge. In the case of discharge excitation using a high-frequency power supply (hereinafter referred to as RF discharge excitation), impedance matching with a discharge load can be relatively easily achieved, and stable discharge can be easily realized.
[0017]
In the case of RF discharge excitation, the surface in contact with the discharge gas does not expose the metal surface but is covered with the dielectric 4 to stabilize the discharge when the capacitive dielectric ballast effect is used.
[0018]
The material, the dielectric constant, and the thickness of the dielectric are selected optimally according to the power supply frequency, the injected power, the gas pressure, the electrode size, the discharge volume, and the like. The laser gas whose temperature has risen due to the discharge excitation is cooled in the heat exchanger 3.
[0019]
The optical resonator includes an output mirror 6a and a total reflection mirror 6b, amplifies the laser light from the excited molecules excited by the discharge, and takes out the laser beam. By using a stable optical resonator, a stable high-quality light beam can be extracted, and inexpensive optical components can be used.
[0020]
As shown in FIG. 3, the high-frequency power supply 8 may have an output on the earth side connected to the first electrode 5a and an output on the opposite side connected to the second electrode 5b and the third electrode 5c. Further, the second electrode 5b and the third electrode 5c may be in an electrically conductive state with the circulation path 1 as shown in FIGS.
[0021]
As described above, according to the present embodiment, a discharge is generated between the first electrode and the second electrode and between the third electrode and the laser gas to excite the laser gas. The discharge volume can be easily increased without increasing the length, and the output can be increased.
[0022]
Further, even if the electrode size in the direction perpendicular to the gas flow is reduced to half that of the conventional example, the discharge volume can be made the same, so that the width of the device can be reduced by half and the device can be downsized.
[0023]
Here, the high frequency power supply 8 may use a DC power supply. In the case of DC discharge excitation, the power supply can be made inexpensive and the cost of the power supply can be easily reduced. As these discharge excitation methods, an optimum method may be selected according to the use as an apparatus system. When it is desired to obtain a small-sized and high-output laser output, there is a limit to the injection power density at a stable discharge limit depending on each discharge method. Therefore, a discharge area and a discharge volume according to the input must be secured. Operating conditions of the system, the excitation frequency, laser gas type, the laser gas mixture ratio, when the gas pressure, discharge volume, injection power density stable discharge limit by gas flow rate, etc. will vary, generally CO 2 laser of CW discharge, DC It is about 50 W / CC for discharge excitation and about 150 W / CC for RF discharge excitation.
[0024]
The specific configuration of the electrodes and the power supply arrangement is not shown.
[0025]
In order to perform strong preionization, there are preionization due to a spark gap in a laser gas and preionization due to corona discharge. However, these pre-ionizations may generate impurity gases. When contamination in the system is disliked, there are a method of externally pre-ionizing with ultraviolet rays using an ultraviolet transmitting window, and a method of inserting a lamp into a gas flow path.
[0026]
Preliminary ionization methods include UV lamps, mercury lamps, argon lamps, xenon lamps, corona discharges, spark discharges, etc. By doing so, it is possible to improve the quality of the laser beam.
[0027]
Also, in the present embodiment, the optical resonator is described in a direction orthogonal to the gas flow direction and orthogonal to the electrode arrangement, but the optical resonator may be orthogonal to the gas flow and orthogonal to the electrode arrangement. The effect of the invention is not impaired even if the direction is coaxial with the gas flow direction.
[0028]
Further, in the present embodiment, the gas circulation mode of the gas circulation system is described as a gas circulation type similar to the configuration of FIG. 10 of the conventional example, but the invention is applicable to an open system in which gas is not circulated. The effect is not impaired.
[0029]
Further, the configuration concept of the laser device of the present embodiment does not depend on the type of laser gas. That is, various gas lasers can be realized by changing the laser gas to CO, CO 2 , Ar, Xe, He—Ne, N 2 , HeCd, XeCl, KrF, ArF, F, iodine, or the like. In reality, it is necessary to optimize a discharge system, an optical resonator system, etc., depending on the type of laser gas.
[0030]
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of a gas laser device using a supersonic gas flow according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention relates to claims 2, 4 to 15.
[0031]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the present embodiment. The same components as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. The present embodiment is different from the first embodiment in that a second high-frequency power supply 8b and a third high-frequency power supply 8c are provided as power sources for discharge excitation, and the second high-frequency power supply 8b is provided with a first electrode 5a and a second electrode 5b. The third high frequency power supply 8c is connected to supply power between the first electrode 5a and the third electrode 5c, and is connected between the first electrode 5a and the second electrode 5b. That is, a discharge is caused between the first electrode 5a and the third electrode 5c to excite the laser gas.
[0032]
The operation of the above configuration will be described. First, the laser gas is compressed by the blower 2 and circulates through the circulation path 1. Then, in order to stabilize the start of discharge and reduce jitter, and to obtain uniformity of discharge, preliminary ionization 12 is performed by a preliminary ionization device including a UV lamp power supply 10 and a UV lamp 11.
[0033]
The second high frequency power supply 8b connects the ground side output to the first electrode 5a, connects the opposite side output to the second electrode 5b, and supplies power between the first electrode 5a and the second electrode 5b. The third high-frequency power supply 8c connects the ground side output to the first electrode 5a, connects the opposite side output to the third electrode 5c, and supplies power between the first electrode 5a and the third electrode 5c (FIG. 7).
[0034]
The pre-ionized laser gas 12 is supplied to the first electrode 5a, the second electrode 5b, and the third electrode 5c by the power supplied from the second high-frequency power supply 8b and the third high-frequency power supply 5c to the first electrode 5a and the second electrode 5b. Discharge is excited between the electrodes 5b and between the first electrode 5a and the third electrode 5c. In the case of RF discharge excitation, since impedance matching with a discharge load can be relatively easily achieved, stable discharge can be easily realized.
[0035]
In the case of RF discharge excitation, the surface in contact with the discharge gas does not expose the metal surface but is covered with the dielectric 4 to stabilize the discharge when the capacitive dielectric ballast effect is used. The material, the dielectric constant, and the thickness of the dielectric are selected optimally according to the power supply frequency, the injected power, the gas pressure, the electrode size, the discharge volume, and the like.
[0036]
The laser gas whose temperature has risen due to the discharge excitation is cooled in the heat exchanger 3. The optical resonator is composed of an output mirror 6a and a total reflection mirror 6b, amplifies the laser light from the excited molecules excited by discharge, and extracts the laser beam 9 to the outside. By using a stable optical resonator, a stable high-quality light beam can be extracted, and inexpensive optical components can be used.
[0037]
The second high-frequency power supply 8b has a ground-side output connected to the second electrode 5b, the opposite output connected to the first electrode 5a, and the third high-frequency power supply 8c has a ground-side output connected to the third electrode 5c. Alternatively, the opposite output may be connected to the first electrode 5a (FIG. 8).
[0038]
As described above, according to the present embodiment, the same effects and operations as those of the first embodiment can be achieved, and a high-power laser beam can be extracted without using a high-power power supply.
[0039]
Here, the first high-frequency power supply 8b and the second high-frequency power supply 8c may use DC power supplies. In the case of DC discharge excitation, the power supply can be made inexpensive and the cost of the power supply can be easily reduced. As these discharge excitation methods, an optimum method may be selected according to the use as an apparatus system.
[0040]
When it is desired to obtain a small-sized and high-output laser output, there is a limit to the injection power density at a stable discharge limit depending on each discharge method. Therefore, a discharge area and a discharge volume according to the input must be secured. Operating conditions of the system, the excitation frequency, laser gas type, the laser gas mixture ratio, when the gas pressure, discharge volume, injection power density stable discharge limit by gas flow rate, etc. will vary, generally CO 2 laser of CW discharge, DC It is about 50 W / CC for discharge excitation and about 150 W / CC for RF discharge excitation.
[0041]
The specific configuration of the electrodes and the power supply arrangement is not shown.
[0042]
In order to perform strong preionization, there are preionization due to a spark gap in a laser gas and preionization due to corona discharge. However, these pre-ionizations may generate impurity gases. When contamination in the system is disliked, there are a method of externally pre-ionizing with ultraviolet rays using an ultraviolet transmitting window, and a method of inserting a lamp into a gas flow path.
[0043]
Preliminary ionization methods include UV lamps, mercury lamps, argon lamps, xenon lamps, corona discharges, spark discharges, etc. By doing so, it is possible to improve the quality of the laser beam.
[0044]
Further, in the present embodiment, the gas circulation mode of the gas circulation system is described as a gas circulation type similar to the configuration of FIG. 10 of the conventional example, but the invention is applicable to an open system in which gas is not circulated. The effect is not impaired.
[0045]
Further, the configuration concept of the laser device of the present embodiment does not depend on the type of laser gas. That is, various gas lasers can be realized by changing the laser gas to CO, CO 2 , Ar, Xe, He—Ne, N 2 , HeCd, XeCl, KrF, ArF, F, iodine, or the like. In reality, it is necessary to optimize a discharge system, an optical resonator system, etc., depending on the type of laser gas.
[0046]
(Embodiment 3)
Hereinafter, Embodiment 3 of a gas laser device using a supersonic gas flow of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention relates to claims 3 to 15.
[0047]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the present embodiment. The same components as those of the second embodiment shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted. The present embodiment is different from the second embodiment in that a first optical resonator composed of a first output mirror 7a and a first total reflection mirror 7b, a second output mirror 7c, a second total reflection mirror 7d, , And amplifies the laser light from the excited molecules discharged and excited between the first electrode 5a and the second electrode 5b by the first resonator, and externally transmits the first laser beam 9a. And the laser light from the excited molecules discharged and excited between the first electrode 5a and the third electrode 5c is amplified by the second resonator, and the second laser beam 9c is extracted outside.
[0048]
The operation of the above configuration will be described. First, the laser gas is compressed by the blower 2 and circulates through the circulation path 1. Then, in order to stabilize the start of discharge and reduce jitter, and to obtain uniformity of discharge, preliminary ionization 12 is performed by a preliminary ionization device including a UV lamp power supply 10 and a UV lamp 11.
[0049]
The second high frequency power supply 8b connects the ground side output to the first electrode 5a, connects the opposite side output to the second electrode 5b, and supplies power between the first electrode 5a and the second electrode 5b.
[0050]
The third high-frequency power supply 8c connects the ground side output to the first electrode 5a, connects the opposite side output to the third electrode 5c, and supplies power between the first electrode 5a and the third electrode 5c (FIG. 7).
[0051]
The pre-ionized laser gas 12 is supplied to the first electrode 5a, the second electrode 5b, and the third electrode 5c by the power supplied from the second high-frequency power supply 8b and the third high-frequency power supply 5c to the first electrode 5a and the second electrode 5b. Discharge is excited between the electrodes 5b and between the first electrode 5a and the third electrode 5c. In the case of RF discharge excitation, since impedance matching with a discharge load can be relatively easily achieved, stable discharge can be easily realized.
[0052]
In the case of RF discharge excitation, the surface in contact with the discharge gas does not expose the metal surface but is covered with the dielectric 4 to stabilize the discharge when the capacitive dielectric ballast effect is used.
[0053]
The material, the dielectric constant, and the thickness of the dielectric are selected optimally according to the power supply frequency, the injected power, the gas pressure, the electrode size, the discharge volume, and the like. The laser gas whose temperature has risen due to the discharge excitation is cooled in the heat exchanger 3.
[0054]
The first optical resonator is composed of a first output mirror 7a and a second total reflection mirror 7b, and amplifies laser light from excited molecules that are discharge-excited between the first electrode 5a and the second electrode 5b. Then, the laser beam 9a is taken out.
[0055]
Further, the second optical resonator is constituted by a second output mirror 7c and a second total reflection mirror 7d, and amplifies laser light from excited molecules that are discharge-excited by the first electrode 5a and the third electrode 5c. The beam 9c is taken out. When the first optical resonator and the second optical resonator are stable optical resonators, a stable high-quality light beam can be extracted, and inexpensive optical components can be used.
[0056]
The second high-frequency power supply 8b has a ground-side output connected to the second electrode 5b, the opposite output connected to the first electrode 5a, and the third high-frequency power supply 8c has a ground-side output connected to the third electrode 5c. Alternatively, the opposite output may be connected to the first electrode 5a (FIG. 8).
[0057]
As described above, according to the present embodiment, by independently controlling the output of the first power supply and the output of the second power supply, two types of laser beams can be extracted, and the first resonator and the second resonance By constructing the vessel with components of different wavelengths, laser beams of two different wavelengths can be extracted.
[0058]
Here, the first high-frequency power supply 8b and the second high-frequency power supply 8c may use DC power supplies. In the case of DC discharge excitation, the power supply can be made inexpensive and the cost of the power supply can be easily reduced. As these discharge excitation methods, an optimum method may be selected according to the use as an apparatus system.
[0059]
When it is desired to obtain a small-sized and high-output laser output, there is a limit to the injection power density at a stable discharge limit depending on each discharge method. Therefore, a discharge area and a discharge volume according to the input must be secured. Operating conditions of the system, the excitation frequency, laser gas type, the laser gas mixture ratio, when the gas pressure, discharge volume, injection power density stable discharge limit by gas flow rate, etc. will vary, generally CO 2 laser of CW discharge, DC It is about 50 W / CC for discharge excitation and about 150 W / CC for RF discharge excitation.
[0060]
The specific configuration of the electrodes and the power supply arrangement is not shown.
[0061]
In order to perform strong preionization, there are preionization due to a spark gap in a laser gas and preionization due to corona discharge. However, these pre-ionizations may generate impurity gases. When contamination in the system is disliked, there are a method of externally pre-ionizing with ultraviolet rays using an ultraviolet transmitting window, and a method of inserting a lamp into a gas flow path. Preliminary ionization methods include UV lamps, mercury lamps, argon lamps, xenon lamps, corona discharges, spark discharges, etc. By doing so, it is possible to improve the quality of the laser beam.
[0062]
Further, in the present embodiment, the gas circulation mode of the gas circulation system is described as a gas circulation type similar to the configuration of FIG. 10 of the conventional example, but the invention is applicable to an open system in which gas is not circulated. The effect is not impaired.
[0063]
Further, the configuration concept of the laser device of the present embodiment does not depend on the type of laser gas. That is, various gas lasers can be realized by changing the laser gas to CO, CO 2 , Ar, Xe, He—Ne, N 2 , HeCd, XeCl, KrF, ArF, F, iodine, or the like. In reality, it is necessary to optimize a discharge system, an optical resonator system, etc., depending on the type of laser gas.
[0064]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, in the gas laser device for exciting the laser gas by discharge, the advantageous effects that the size of the laser oscillator can be reduced and the output can be provided and that the gas laser device which can output two kinds of laser outputs can be provided are obtained.
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram of a gas laser device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a first connection diagram of a power supply according to the first embodiment; FIG. 3 is a second connection diagram of a power supply according to the first embodiment; FIG. 4 is a third connection diagram of a power supply according to the first embodiment. FIG. 5 is a fourth connection diagram of a power supply according to the first embodiment. FIG. 6 is a configuration diagram of a gas laser device according to the second embodiment. FIG. 7 is a first connection diagram of a power supply according to the second embodiment; FIG. 8 is a second connection diagram of a power supply according to the second embodiment; FIG. 9 is a configuration diagram of a gas laser device according to the third embodiment; FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional gas laser device using a supersonic gas flow.
Reference Signs List 1 circulation path 2 blower 3 heat exchanger 4 dielectric 5a first electrode 5b second electrode 5c third electrode 6a output mirror 6b total reflection mirror 7a first output mirror 7b first total reflection mirror 7c second output mirror 7d second Total reflection mirror 8 High frequency power supply 8b Second high frequency power supply 8c Third high frequency power supply 9 Laser beam 9b First laser beam 9c Second laser beam 10 UV lamp power supply 11 UV lamp 12 Preionization
