JP2011044525A - レーザ装置及びレーザ発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザガスの圧力を高くすることにより、レーザ出力を高めることができるが、レーザガスの圧力を高くすると、放電開始電圧が上昇するため、出力電圧の高い電源を用いなければならない。
【解決手段】 誘電体からなるレーザ容器が、レーザガスを収容する放電空間を画定する。レーザ容器の放電空間に面する表面に沿って沿面放電を生じさせる電極が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電を生じさせてレーザ媒質を励起させるレーザ装置及びレーザ発生方法に関する。

誘電体を介して放電を生じさせる所謂無声放電を利用してレーザ媒質を励起させるレーザ装置が知られている（特許文献１）。その他に、グロー放電、パルス放電等を利用してレーザ媒質を励起させるレーザ装置が実用化されている。

特開平６−１８８４９２号公報

出力の高いレーザ装置の開発が望まれている。レーザガスの圧力を高くすることにより、レーザ出力を高めることができる。ところが、レーザガスの圧力を高くすると、放電開始電圧が上昇するため、出力電圧の高い電源を用いなければならない。

本発明の一観点によると、
レーザガスを収容する放電空間を画定する誘電体からなるレーザ容器と、
前記レーザ容器の前記放電空間に面する表面に沿って沿面放電を生じさせる電極と
を有するレーザ装置が提供される。

本発明の他の観点によると、
レーザ媒質が満たされた放電空間に面する誘電体の表面に沿って沿面放電を生じさせることにより、レーザ媒質を励起して、レーザ発振を生じさせるレーザ発生方法が提供される。

沿面放電を利用することにより、放電開始電圧を低くすることができる。

（１Ａ）は、実施例１によるレーザ装置の概略断面図であり、（１Ｂ）は、（１Ａ）の一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図である。 実施例２によるレーザ装置のレーザ容器及び電極の断面図である。 （３Ａ）及び（３Ｂ）は、実施例の変形例によるレーザ装置のレーザ容器及び電極の断面図である。

図１Ａに、実施例１によるレーザ装置の概略断面図を示す。一対の円筒状のレーザ容器１０Ａ、１０Ｂが、連結ダクト１４で連結されている。レーザ容器１０Ａの中心軸は、レーザ容器１０Ｂの中心軸に一致する。レーザ容器１０Ａ及び１０Ｂが、その内側に放電空間を画定する。放電空間内に、レーザガス、例えば炭酸ガスが充填される。レーザ容器１０Ａ内の放電空間と、レーザ容器１０Ｂ内の放電空間とは、連結ダクト１４内の空間を介して相互に繋がっている。

ダクド１２が、レーザ容器１０Ａの、連結ダクト１４に接続されていない方の端部、連結ダクト１４内の空間、及びレーザ容器１０Ｂの、連結ダクト１４に接続されていない方の端部を相互に接続している。レーザ容器１０Ａ内の放電空間、ダクト１２内の流路、及び連結ダクト１４内の空間により、レーザガスの循環路が形成される。同様に、レーザ容器１０Ｂ内の放電空間、ダクト１２内の流路、及び連結ダクト１４内の空間により、レーザガスの循環路が形成される。ダクト１２の、連結ダクト１４に接続されている部分は、この２つの循環路で共有される。この共有される流路内に、ブロワ１３が配置されている。ブロワ１３は、２つの循環路の各々に、レーザガスの流れを発生させる。

レーザ容器１０Ａ及び１０Ｂの中心軸の延長線上に、レーザ容器１０Ａ及び１０Ｂを挟んで対向するように、一対の光共振器ミラー１１Ａ及び１１Ｂが配置されている。光共振器ミラー１１Ａ、１１Ｂの一方には、部分反射ミラーが用いられる。光共振器ミラー１１Ａ及び１１Ｂにより、レーザ容器１０Ａ、１０Ｂの軸方向を光路方向とする光共振器が得られる。

図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図を示す。円筒状のレーザ容器１０Ａの内側に、放電空間が画定されている。レーザ容器１０Ａは、誘電体材料、例えばアルミナで形成されている。レーザ容器１０Ａの壁の内部に、第１の電極２１が埋め込まれている。第１の電極２１は、レーザ容器１０Ａの中心軸に平行な方向に延在する複数の棒状の導電部材を含む。この複数の導電部材は、中心軸に垂直な断面内において、円周に沿って等間隔に配置され、相互に電気的に接続されている。第１の電極２１は、例えば銅で形成される。レーザ容器１０Ａの外側の表面上に、第２の電極２０が配置されている。第２の電極２０は、円周方向に関して全域を覆う。第２の電極２０には、例えば銅が用いられる。

もう一方のレーザ容器１０Ｂにも、レーザ容器１０Ａと同様に、第１の電極及び第２の電極が配置されている。

高周波電源２２が、第１の電極２１と第２の電極２０との間に、放電発生用の高周波電圧を印加する。第２の電極２０は接地される。第１の電極２１と第２の電極２０との間に高周波電圧が印加されると、レーザ容器１０Ａ及び１０Ｂの、放電空間に面する表面に沿って沿面放電が発生する。沿面放電によってレーザガスが励起され、レーザ発振が生ずる。

沿面放電の放電開始電圧は、誘電体の表面とは無関係に、三次元空間内に生じる放電の放電開始電圧よりも低い。従って、レーザガスの圧力を高くしても、放電開始電圧の上昇が抑制される。レーザガスの圧力を高くすることにより、レーザ出力を高めることができる。また、放電開始電圧が低いため、高周波電源２２として、安価で小型のものを利用することができる。

第１の電極２１と第２の電極２０とを結ぶ最短の経路が、放電空間を通過する場合には、この空間内に、沿面放電とは異なる放電が生じる。実施例１では、第１の電極２１と第２の電極２０とを結ぶ最短の経路が、レーザ容器１０Ａの誘電体のみを通過し、放電空間を通過しない。このため、沿面放電が優先的に発生する。

また、実施例１では、第１の電極２１がレーザ容器１０Ａの壁内に埋め込まれているため、第１の電極２１の劣化を抑制することができる。

図２に、実施例２によるレーザ装置のレーザ容器の断面図を示す。以下、図１Ｂに示した実施例１によるレーザ装置との相違点に着目して説明する。

実施例１では、第１の電極２１がレーザ容器１０Ａの壁内に埋め込まれていたが、実施例２では、第１の電極２１が、レーザ容器１０Ａの、放電空間に面する表面上に敷設されている。第１の電極２１は、レーザ容器１０Ａの中心軸に平行な方向に延在する複数の棒状の導電部材を含む。第１の電極２１には、例えばステンレス鋼が用いられる。その他の構成は、図１Ｂに示した実施例１によるレーザ装置の構成と同一である。

実施例２の場合でも、レーザ容器１０Ａの、放電空間に面する表面に沿って沿面放電が発生する。なお、実施例２の構成では、第１の電極２１が放電に晒されるため、第１の電極２１は、銅よりもステンレス鋼で形成することが好ましい。

図２に示した例では、第１の電極２１の棒状の導電部材の断面形状を、角に丸みをつけた長方形にしたが、その他の形状にしてもよい。例えば、円形、半円形、長方形等にしてもよい。

上記実施例１及び２では、レーザ容器１０Ａ、１０Ｂの断面が円形であったが、他の形状にしてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂに示した変形例では、レーザ容器１０Ａの断面形状が、レーストラック型にされている。第１の電極２１及び第２の電極２０は、それぞれレーストラックの一方の直線部分の内側及び外側に敷設されている。図３Ａに示した例では、第１の電極２１がレーザ容器１０Ａの内側の表面上に敷設されている。図３Ｂに示した例では、第１の電極２１が、レーザ容器１０Ａの壁内に埋め込まれている。

第１の電極２１及び第２の電極２０が配置された直線部分に相当するレーザ容器１０Ａの内面に沿って、沿面放電が発生する。このように、円形以外の断面を持つレーザ容器を用いても、沿面放電を発生させることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０Ａ、１０Ｂ レーザ容器
１１Ａ、１１Ｂ 光共振器ミラー
１２ ダクト
１３ ブロワ
１４ 連結ダクト
２０ 第２の電極
２１ 第１の電極
２２ 高周波電源

Claims (4)

1. レーザガスを収容する放電空間を画定する誘電体からなるレーザ容器と、
   前記レーザ容器の前記放電空間に面する表面に沿って沿面放電を生じさせる電極と
   を有するレーザ装置。
2. 前記電極は、
   前記レーザ容器の壁の内部に埋め込まれた第１の電極と、
   前記レーザ容器の、前記放電空間に面する表面とは反対側の表面上に配置された第２の電極と
   を含む請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記電極は、
   前記レーザ容器の、前記放電空間に面する表面上に配置された第１の電極と、
   前記レーザ容器の、前記第１の電極が配置された表面とは反対側の表面上に配置された第２の電極と
   を含む請求項１に記載のレーザ装置。
4. レーザ媒質が満たされた放電空間に面する誘電体の表面に沿って沿面放電を生じさせることにより、レーザ媒質を励起して、レーザ発振を生じさせるレーザ発生方法。

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