JP2564423B2 - レーザ装置 - Google Patents
レーザ装置Info
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- JP2564423B2 JP2564423B2 JP2282061A JP28206190A JP2564423B2 JP 2564423 B2 JP2564423 B2 JP 2564423B2 JP 2282061 A JP2282061 A JP 2282061A JP 28206190 A JP28206190 A JP 28206190A JP 2564423 B2 JP2564423 B2 JP 2564423B2
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- electrode
- preionization
- tube
- main
- discharge
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
- H01S3/09713—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited with auxiliary ionisation, e.g. double discharge excitation
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
- H01S3/0385—Shape
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
- H01S3/0384—Auxiliary electrodes, e.g. for pre-ionisation or triggering, or particular adaptations therefor
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザに関し、特にパルス駆動されるレーザ
に用いられる改善されたプリイオン化電極に関する。
に用いられる改善されたプリイオン化電極に関する。
（従来の技術） CO2TEAレーザ（transversely excited atmospheric l
aser）は領域検出器、指示装置、及びパルスレーダシス
テムにおいて重要な構成要素である。このようなレーザ
に関する信頼性のある設計は極めて重要である。放電プ
リイオン化装置（discharge preionizer）はこのような
レーザの中心的要素であり、又総合的コストの決定的な
部分を占める。
aser）は領域検出器、指示装置、及びパルスレーダシス
テムにおいて重要な構成要素である。このようなレーザ
に関する信頼性のある設計は極めて重要である。放電プ
リイオン化装置（discharge preionizer）はこのような
レーザの中心的要素であり、又総合的コストの決定的な
部分を占める。
CO2方式のような高圧レーザはゲイン媒体を採用し、
このゲイン媒体は大きな縦横比の対向する長方形アノー
ド及びカソードによって定義される。ゲイン媒体はパル
ス状の放電によって励起され、このパルスの持続時間
は、100ナノ秒以下の値である。ゲイン媒体を介して均
一な放電を達成するために、均一なプリイオン化（prei
onizaion）が要求される。コンパクトな戦術レーザに使
用でき、均一なプリイオン化を達成する一つの手段は、
コロナ放電を利用することである。コロナ放電は紫外線
（uv）放射を発生し、この紫外線はゲイン媒体をイオン
化する。
このゲイン媒体は大きな縦横比の対向する長方形アノー
ド及びカソードによって定義される。ゲイン媒体はパル
ス状の放電によって励起され、このパルスの持続時間
は、100ナノ秒以下の値である。ゲイン媒体を介して均
一な放電を達成するために、均一なプリイオン化（prei
onizaion）が要求される。コンパクトな戦術レーザに使
用でき、均一なプリイオン化を達成する一つの手段は、
コロナ放電を利用することである。コロナ放電は紫外線
（uv）放射を発生し、この紫外線はゲイン媒体をイオン
化する。
従来コロナ放電は、パルスの印加される主放電電極に
隣接する、第３の接地され主放電電極から絶縁された予
備の電極を設けることによって得られた。予備電極は一
般にセラミックの絶縁体を使用し、このセラミック絶縁
体は容量を分散するのに役立つ。従ってコロナ強度は、
この分散された容量を充電するのに必要な電力に比例す
る。大きな容量、従って強いコロナ放電を達成するため
に、セラミック予備電極と主電極の間には高誘電領域強
度、及び接近した接触を得ることが重要である。
隣接する、第３の接地され主放電電極から絶縁された予
備の電極を設けることによって得られた。予備電極は一
般にセラミックの絶縁体を使用し、このセラミック絶縁
体は容量を分散するのに役立つ。従ってコロナ強度は、
この分散された容量を充電するのに必要な電力に比例す
る。大きな容量、従って強いコロナ放電を達成するため
に、セラミック予備電極と主電極の間には高誘電領域強
度、及び接近した接触を得ることが重要である。
（発明が解決しようとする課題） 高誘電領域強度を達成するために、従来のプリイオン
化装置は小径のセラミックチューブに囲まれた小径の
（＝1.6mm）ロッド（rods）を使用している。しかしこ
のような設計構造は壊れ易く、15センチ（cm）以上に製
作することができない。とりわけ、構造的強度がないた
めに、主電極の位置合せは非常に困難である。鋭いエッ
ジの電極を使用する方法は生産には適しておらず、高強
度領域による絶縁破壊を起こす傾向がある。
化装置は小径のセラミックチューブに囲まれた小径の
（＝1.6mm）ロッド（rods）を使用している。しかしこ
のような設計構造は壊れ易く、15センチ（cm）以上に製
作することができない。とりわけ、構造的強度がないた
めに、主電極の位置合せは非常に困難である。鋭いエッ
ジの電極を使用する方法は生産には適しておらず、高強
度領域による絶縁破壊を起こす傾向がある。
従来の一つの方法においては、トリガプリイオン化電
極（trigger preionization electrode）がカプセルで
保護された絶縁体内のスロットに挿入されたブレード
（blade）として構成された。この方法は極めて高価で
あり、生産の困難な方法である。
極（trigger preionization electrode）がカプセルで
保護された絶縁体内のスロットに挿入されたブレード
（blade）として構成された。この方法は極めて高価で
あり、生産の困難な方法である。
従って、従来のプリイオン化の方法には次に示す問題
点がある。即ち、（１）プリイオン化絶縁体と主電極の
間に要求される厳密な接近した接触を得ること、（２）
高い生産コスト、（３）適切な許容範囲で機械加工でき
る比較的短い電極長、（４）絶縁体の絶縁破壊耐力に関
する問題である。
点がある。即ち、（１）プリイオン化絶縁体と主電極の
間に要求される厳密な接近した接触を得ること、（２）
高い生産コスト、（３）適切な許容範囲で機械加工でき
る比較的短い電極長、（４）絶縁体の絶縁破壊耐力に関
する問題である。
従って、レーザの改善が本発明の目的である。
レーザに用いられるコロナ放電装置の改善が本発明の
他の目的である。
他の目的である。
パルス状ガスレーザに用いられるプリイオン化電極装
置の改善が本発明の他の目的である。
置の改善が本発明の他の目的である。
プリイオン化絶縁体と主電極の間に要求される接近し
た接触を得るときに生じる問題を取り除くプリイオン化
構造を提供することが本発明の他の目的である。
た接触を得るときに生じる問題を取り除くプリイオン化
構造を提供することが本発明の他の目的である。
従来よりも経済的なプリイオン化構造を提供すること
が本発明の他の目的である。
が本発明の他の目的である。
更に、高電圧破壊に対する耐力を有するプリイオン化
装置を提供することが本発明の他の目的である。
装置を提供することが本発明の他の目的である。
（課題を解決するための手段と作用） これら及び他の目的及び利点は、この発明による大直
径（例えば6.35mm）のプリイオン化電極を包含する絶縁
管又は導管を提供することによって達成することができ
る。大きな断面を有するプリイオン化装置は、強度及び
位置合せに関する従来の問題を解決する一方、必要なプ
リイオン化放射レベルを提供する。
径（例えば6.35mm）のプリイオン化電極を包含する絶縁
管又は導管を提供することによって達成することができ
る。大きな断面を有するプリイオン化装置は、強度及び
位置合せに関する従来の問題を解決する一方、必要なプ
リイオン化放射レベルを提供する。
（実施例） 高圧CO2レーザ放電は、様々な方法で実現できる。し
かしコンパクトで簡素な装置にするのは、コロナ放電に
よる方法が最も望ましい。従来のコロナ放電アッセンブ
リの基本的構造は、絶縁体に覆われ、高電圧パルスの主
電極に隣接する小径の棒状電極を有する。トリガと主電
極は容量板として動作し、絶縁体が容量媒体である。主
電極に高電圧パルスを印加したとき、強電界によって絶
縁体表面付近のガスの崩壊が発生し、紫外線（uv）光子
が放出する。紫外線光子は主放電体を貫通し、その付近
のガスを低レベルで均一にイオン化する。主放電がそれ
に続いて起こる。
かしコンパクトで簡素な装置にするのは、コロナ放電に
よる方法が最も望ましい。従来のコロナ放電アッセンブ
リの基本的構造は、絶縁体に覆われ、高電圧パルスの主
電極に隣接する小径の棒状電極を有する。トリガと主電
極は容量板として動作し、絶縁体が容量媒体である。主
電極に高電圧パルスを印加したとき、強電界によって絶
縁体表面付近のガスの崩壊が発生し、紫外線（uv）光子
が放出する。紫外線光子は主放電体を貫通し、その付近
のガスを低レベルで均一にイオン化する。主放電がそれ
に続いて起こる。
従来の装置において、トリガ電極は小径ロッド（ro
d）の形式がとられ、絶縁体は小径のセラミック管であ
った。入手できるセラミック管により、この方法は短い
ゲイン長（約15cm）のレーザに限定される。更に、その
管は主電極に対して確実に支持せねばならづ、コンパク
トな構造でそれを達成するのは高強度電界の存在する所
では非常に困難である。最後に、従来の構造では必要と
なる動作状況において、絶縁領域強度を増加することに
よって容量変位電流を高め、絶縁破壊がしばしば発生し
た。
d）の形式がとられ、絶縁体は小径のセラミック管であ
った。入手できるセラミック管により、この方法は短い
ゲイン長（約15cm）のレーザに限定される。更に、その
管は主電極に対して確実に支持せねばならづ、コンパク
トな構造でそれを達成するのは高強度電界の存在する所
では非常に困難である。最後に、従来の構造では必要と
なる動作状況において、絶縁領域強度を増加することに
よって容量変位電流を高め、絶縁破壊がしばしば発生し
た。
従来のそのような欠点を改善し、コロナ放電アッセン
ブリを採用するTEAレーザの断面図が第１図に示され
る。このレーザは主放電アノード11及び主放電カソード
13を含み、それらの電極はレーザ容器14の上部及び下部
表面に配置される。アノード11及びカソード13は一般的
な金属部品であり、容器14に接着又は他の方法で支持さ
れる。第２図に示されるように、アノード11及びカソー
ド13はレーザの長手方向の端23、25の間に配置され、各
電極は中心軸35上の光反射ミラー搭載部31、33を接続す
るためのアパーチャ（aperture）27、29を夫々含む。第
１及び第２プリイオン化電極15、17をを含むプリイオン
化装置はアノード11の両側に位置する。プリイオン化電
極15、17はワイアを介してカソード13（グランド）に接
地される。
ブリを採用するTEAレーザの断面図が第１図に示され
る。このレーザは主放電アノード11及び主放電カソード
13を含み、それらの電極はレーザ容器14の上部及び下部
表面に配置される。アノード11及びカソード13は一般的
な金属部品であり、容器14に接着又は他の方法で支持さ
れる。第２図に示されるように、アノード11及びカソー
ド13はレーザの長手方向の端23、25の間に配置され、各
電極は中心軸35上の光反射ミラー搭載部31、33を接続す
るためのアパーチャ（aperture）27、29を夫々含む。第
１及び第２プリイオン化電極15、17をを含むプリイオン
化装置はアノード11の両側に位置する。プリイオン化電
極15、17はワイアを介してカソード13（グランド）に接
地される。
高電圧パルスは高電圧パルス源19からアノード11に供
給され、パルス源19はアノード11及びカソード13に接続
される。このパルスは、先行するプリイオン化放電を作
動させるための少ないエネルギ、及び主電極11、13の間
のレーザ発行媒体20をポンプするエネルギを供給する。
給され、パルス源19はアノード11及びカソード13に接続
される。このパルスは、先行するプリイオン化放電を作
動させるための少ないエネルギ、及び主電極11、13の間
のレーザ発行媒体20をポンプするエネルギを供給する。
一つの実施例において、第１図に示される主電極15、
17の断面の幅は各々3cmであり、長さｌ（第２図）は30c
mである。アノード・カソード分離距離は1.5cmである。
プリイオン化電極15、17は正方形セラミック管16例えば
アルミナ（almina）、加工可能ガラス、セラミック、マ
イカ（mica）、又は適切な絶縁材料により構成される。
各セラミック管16は、整形された導電性金属ロッド18、
例えば銅又はその他適切な導電体により構成される。セ
ラミック管の幅“w"は好適に1.2cmであり、ロッド18の
直径は.635cmである。
17の断面の幅は各々3cmであり、長さｌ（第２図）は30c
mである。アノード・カソード分離距離は1.5cmである。
プリイオン化電極15、17は正方形セラミック管16例えば
アルミナ（almina）、加工可能ガラス、セラミック、マ
イカ（mica）、又は適切な絶縁材料により構成される。
各セラミック管16は、整形された導電性金属ロッド18、
例えば銅又はその他適切な導電体により構成される。セ
ラミック管の幅“w"は好適に1.2cmであり、ロッド18の
直径は.635cmである。
導電性ロッド18はセラミック管に滑り挿入され、ネジ
又は他の一般的な手段によって固定される。セラミック
管16は容器10の壁面に、再び一般的機械的接続又は接着
手段によって固定されることによって、アノード11に接
近して配置される。管16の内部には各々金属を使用し
て、所望の電極を形成することができる。
又は他の一般的な手段によって固定される。セラミック
管16は容器10の壁面に、再び一般的機械的接続又は接着
手段によって固定されることによって、アノード11に接
近して配置される。管16の内部には各々金属を使用し
て、所望の電極を形成することができる。
第３図はプリイオン化15及びアノード11の拡大図であ
り、プリイオン化工程の特徴的部分を示す。プリイオン
化金属ロッド電極18とアノード11の表面の間に高電界が
存在するとき、表面放電が起こり紫外線uv光子43が発生
する。これらの光子43は主放電をプリイオン化し、均一
なグロー放電が発生する。
り、プリイオン化工程の特徴的部分を示す。プリイオン
化金属ロッド電極18とアノード11の表面の間に高電界が
存在するとき、表面放電が起こり紫外線uv光子43が発生
する。これらの光子43は主放電をプリイオン化し、均一
なグロー放電が発生する。
紫外線光子43を十分供給することが重要である。その
供給は表面放電の強度に依存する。表面放電は絶縁体セ
ラミック内の分散した容量41が十分に充電されるまで続
く。従って、容量が大きいほど、放電は大きい。大容量
を確保するために、ロッド18とアノード11の間は薄い絶
縁壁であるのが望ましく、プリイオン化電極15とアノー
ド11の間の接触面積は大きい方が望ましい。これらの目
的は、好適実施例において、大型のセラミック管16及び
大直径の内部電極18によって達成することができる。管
幅“w"及び内部電極の直径範囲は、各々約1/2から１−1
/2cm、及び.3から.9cmである。これは大きさの変化に関
する適切な範囲であり、頑丈で容易に位置調整できる構
造を供給するこの発明の利点を達成し、又この構造の全
長を長くすることができ、一方、絶縁体の高電圧破壊を
避けることができる。あらゆる特定の構造が、ロッド18
の直径を正方形セラミック管16の幅“w"に合致させるこ
とができ、適切な容量を達成する。
供給は表面放電の強度に依存する。表面放電は絶縁体セ
ラミック内の分散した容量41が十分に充電されるまで続
く。従って、容量が大きいほど、放電は大きい。大容量
を確保するために、ロッド18とアノード11の間は薄い絶
縁壁であるのが望ましく、プリイオン化電極15とアノー
ド11の間の接触面積は大きい方が望ましい。これらの目
的は、好適実施例において、大型のセラミック管16及び
大直径の内部電極18によって達成することができる。管
幅“w"及び内部電極の直径範囲は、各々約1/2から１−1
/2cm、及び.3から.9cmである。これは大きさの変化に関
する適切な範囲であり、頑丈で容易に位置調整できる構
造を供給するこの発明の利点を達成し、又この構造の全
長を長くすることができ、一方、絶縁体の高電圧破壊を
避けることができる。あらゆる特定の構造が、ロッド18
の直径を正方形セラミック管16の幅“w"に合致させるこ
とができ、適切な容量を達成する。
動作に関して、開示された形式の幾つかのプリイオン
化装置は、200Hzの反復レートで、一発のミスなく、数
百万発連続で動作した。電圧は25キロボルトの値であ
り、格納された総合エネルギはパルス当たり６ジュール
であった。開示された大きさの前記レーザは長い動作寿
命を有し、パルス当たりのレーザ出力エネルギは350ミ
リジュールである。プリイオン化装置15、17は、主電極
11と簡単に位置合せでき、費用のかからない頑丈なアッ
センブリとして構成できる。従来のプリイオン化装置の
妥協を強いられた位置合せに関する性能を著しく改善し
た。
化装置は、200Hzの反復レートで、一発のミスなく、数
百万発連続で動作した。電圧は25キロボルトの値であ
り、格納された総合エネルギはパルス当たり６ジュール
であった。開示された大きさの前記レーザは長い動作寿
命を有し、パルス当たりのレーザ出力エネルギは350ミ
リジュールである。プリイオン化装置15、17は、主電極
11と簡単に位置合せでき、費用のかからない頑丈なアッ
センブリとして構成できる。従来のプリイオン化装置の
妥協を強いられた位置合せに関する性能を著しく改善し
た。
前述のように、従来のプリイオン化装置は、一般に円
形断面を有する管を必要とし、要求される許容範囲で小
径に製作することができる唯一の形式であるが、好適実
施例においては、正方形の管が使用される。正方形の管
の平らな壁面により増加した表面積によって（従来の円
形管との線接触とは逆に）、要求を満たす分散した容量
を提供し、一方、大直径のプリイオン化ロッド電極を用
いて、絶縁体中の電界ストレスを減少している。
形断面を有する管を必要とし、要求される許容範囲で小
径に製作することができる唯一の形式であるが、好適実
施例においては、正方形の管が使用される。正方形の管
の平らな壁面により増加した表面積によって（従来の円
形管との線接触とは逆に）、要求を満たす分散した容量
を提供し、一方、大直径のプリイオン化ロッド電極を用
いて、絶縁体中の電界ストレスを減少している。
前述されたように、従来の装置は比較的小さい断面積
を用いて大容量を達成した。しかし、そのような場合、
強度は失われ、電極の高電圧破壊がしばしば発生し、短
い電極のみが製作された。好適実施例においてはそれら
の問題を、頑丈なセラミック及び管アッセンブリによっ
て解決し、このアッセンブリは長さ30cmに製作でき、高
電界強度及びセラミック破壊に関する問題を回避する。
更に好適実施例の装置は電極の他の部分から分離して加
工及び製作することができる。最後に、好適実施例の装
置は放電の両極に適合することができ、即ち主電極11、
13の両方に配置することができる。
を用いて大容量を達成した。しかし、そのような場合、
強度は失われ、電極の高電圧破壊がしばしば発生し、短
い電極のみが製作された。好適実施例においてはそれら
の問題を、頑丈なセラミック及び管アッセンブリによっ
て解決し、このアッセンブリは長さ30cmに製作でき、高
電界強度及びセラミック破壊に関する問題を回避する。
更に好適実施例の装置は電極の他の部分から分離して加
工及び製作することができる。最後に、好適実施例の装
置は放電の両極に適合することができ、即ち主電極11、
13の両方に配置することができる。
ここで開示された実施例は、この発明の範囲を越える
ことなく、当業者によって追加や変更を加えることがで
きる。従って、この発明は実施例に詳細に説明された範
囲もさることながら、特許請求の範囲内において実施さ
れるものである。
ことなく、当業者によって追加や変更を加えることがで
きる。従って、この発明は実施例に詳細に説明された範
囲もさることながら、特許請求の範囲内において実施さ
れるものである。
第１図はこの発明による電極アッセンブリ（assembly）
を含むレーザの断面図、第２図は線２−２についての断
面図、第３図は第１図に示される断面図の電極アッセン
ブリの一部を示す拡大図である。 11……アノード、13……カソード、16……絶縁体、18…
…導電性金属ロッド、19……高電圧パルス源、20……レ
ーザ発行媒体。
を含むレーザの断面図、第２図は線２−２についての断
面図、第３図は第１図に示される断面図の電極アッセン
ブリの一部を示す拡大図である。 11……アノード、13……カソード、16……絶縁体、18…
…導電性金属ロッド、19……高電圧パルス源、20……レ
ーザ発行媒体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウエイド・エイチ・アフレック アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90245、エル・セグンド、アレナ 523 (56)参考文献 特開 昭63−217684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−21980（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−9582（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−151277（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−151276（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】対向する第１及び第２平面を有する容器
と、 前記対向する第１及び第２平面に各々搭載される第１及
び第２主電極、ここで前記第１主電極は互いに直交する
第１、第２及び第３側平面を有し、前記第２側平面は前
記容器の第１側平面に密着し、 前記第１主電極の両側に搭載される第１及び第２プリイ
オン化電極とを具備し、 前記第１及び第２プリイオン化電極は、直径３〜9mmの
円形断面を有する導電性電極を囲む矩形絶縁管を各々有
し、各前記矩形絶縁管の隣合う２側平面は各々前記容器
の第１側平面と、前記主電極の第１または第３側平面に
密着することを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項２】前記矩形管は正方形管であることを特徴と
する請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項３】前記管は12ミリメータ平方の大きさである
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ装置。 - 【請求項４】前記導電性電極の直径は実質的に6.35ミリ
メータであることを特徴とする請求項１記載のレーザ装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US425,264 | 1989-10-23 | ||
| US07/425,264 US4953174A (en) | 1989-10-23 | 1989-10-23 | Preionization electrode for pulsed gas laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03151678A JPH03151678A (ja) | 1991-06-27 |
| JP2564423B2 true JP2564423B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=23685836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2282061A Expired - Lifetime JP2564423B2 (ja) | 1989-10-23 | 1990-10-22 | レーザ装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4953174A (ja) |
| EP (1) | EP0426993B1 (ja) |
| JP (1) | JP2564423B2 (ja) |
| DE (1) | DE69005263T2 (ja) |
| IL (1) | IL95786A (ja) |
| NO (1) | NO904553L (ja) |
| TR (1) | TR25724A (ja) |
Families Citing this family (44)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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