JP2614231B2

JP2614231B2 - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JP2614231B2
Application number: JP62161046A
Authority: JP
Inventors: 憲石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-06-30
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: JPS647578A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明はレーザ媒質としてのレーザガスを放電エネ
ルギで励起してレーザ光を出力するガスレーザ装置に関
する。

（従来の技術）一般に、大気圧あるいは高気圧横放電励起形のガスレ
ーザ装置においては、たとえばCO₂、N₂、Heなどを混合
したレーザガスやエキシマ用レーザガスなどのレーザガ
スが循環させられる放電空間に陽極と陰極とからなる一
対の主電極を設け、これら主電極間で発生する放電エネ
ルギによって上記レーザガスを励起するとともに、上記
主電極が放電を開始する前に、上記レーザガスを補助電
極で予備電離するようにしている。

レーザガスを予備電離する手段としては、紫外線、コ
ロナ放電あるいはＸ線による方法などが知られている。
しかしながら、紫外線の場合は、予備電離電極を主電極
の幅方向側方に設けるため、上記主電極の幅が大きな場
合は、その幅方向中央部分の予備電離が良好に行なえな
いということがある。また、コロナ放電の場合は、その
ためのコロナ電極がレーザガスのスムーズな流れを邪魔
し、さらにＸ線の場合は取扱いが面倒であるばかりか、
高速動作に耐えられないなどのことがあった。

そこで、上述した予備電離における種々の問題を解消
するため、第８図に示す構造のガスレーザ装置が用いら
れている。すなわち、離間対向して配設された一対の主
電極１、２のうちの一方の主電極１の電極部をワイヤ、
メッシュあるいはパンチングメタルなどで形成し、この
主電極１の背面側にはアルミナセラミックス、窒化アル
ミあるいは石英などの誘電体３を介して板状の補助電極
４を設ける。そして、一方の主電極１と補助電極４間に
はこれらに交流成分を印加する補助電源５を接続し、上
記一対の主電極１、２にはこれらにパルス電圧を印加す
る主電源６を接続している。

そして、補助電源５によって一方の主電極１と補助電
極４間に印加すると、この補助電極４の開口部分から露
出した上記誘電体３の表面で沿面放電が発生するから、
この放電によってレーザガスを予備電離することができ
る。したがって、このような予備電離によれば、放電空
間を上記誘電体３の板面全体に応じた範囲で予備電離す
ることができるから、紫外線、コロナ放電あるいはＸ線
により予備電離する場合に生じる欠点をなくすことがで
きる。

しかしながら、誘電体３を用いた予備電離方式による
と、沿面放電は一方の主電極１の電極部となるたとえば
ワイヤの近傍で近く発生し、隣り合う一対のワイヤ間の
中央部分にゆくにしたがって弱くなるという傾向があっ
た。このように放電空間の予備電離にむらが生じると、
レーザ光のパターンが均一性に欠けたり、また一対の主
電極1,2間に印加する電圧を上げると、放電の不均一に
よってアーク放電になるということもある。なお、一方
の主電極１の電極部がメッシュやパンチングメタルの場
合、沿面放電はその開口部の周辺で強く、中央で弱くな
り、ワイヤの場合と同様予備電離が均一に行なえないと
いう問題が生じる。

（発明が解決しようとする問題点）このように、予備電離方式として紫外線、コロナ放電
あるいはＸ線に代わり沿面放電による方式を用いても、
放電空間全体を均一に予備電離することが難しいという
ことがあった。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その
目的とするところは、誘電体を用いて沿面放電により放
電空間を予備電離する場合、その放電空間を均一に予備
電離することができるようにしたガスレーザ装置を提供
することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段及び作用）上記問題点を解決するためにこの発明は、ガスレーザ装置において、一方の電極とこの一方の電極に所定の間隔をおいて対
向されレーザガスの通過部を有する他方の電極とからな
る主電極と、上記他方の電極の背面側に設けられた誘電
体と、この誘電体を介して上記レーザガス通過部に対向
して設けられた補助電極とを備え、上記他方の電極は複数の第１のワイヤを所定間隔で配
置してなり、上記補助電極は複数の第２のワイヤを所定
間隔で、かつ上記第１のワイヤと位置をずらして配置し
てなることを特徴とする。それによって、誘電体の表面
における沿面放電の強度を均一にできるようにする。

（実施例）以下、この発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照
して説明する。第１図に示すガスレーザ装置は鎖線で示
す装置本体11を備えている。この装置本体11は密閉容器
からなり、その内部にはレーザガスが収容されている。
そして、レーザガスは図示しない送風機によって強制的
に循環させられるようになっている。

上記装置本体11内には上部主電極12と下部主電極13と
が離間対向して配設されている。下部主電極13はその電
極部が多数のワイヤ14を所定のピッチで配置して形成さ
れている。この下部主電極13の背面側には誘電体15を介
して補助電極16が設けられている。上記誘電体15はアル
ミナセラミックスや窒化アルミナなどの熱伝導性のよい
セラミックスあるいは石英やパイレックスなどの熱膨張
率の小さな材料であるガラスなどから形成されている。
また、上記補助電極16は上記下部主電極13と同様その電
極部が所定のピッチで配置された多数のワイヤ17によっ
て形成されている。そして、下部主電極13のワイヤ14と
補助電極16とのワイヤ17は第２図に示すようにそれぞれ
1/2ピッチずつ位置をずらして配置されている。なお、
図示例では上記主電極12のワイヤ14は３本の連結ワイヤ
14aで連結され、補助電極16のワイヤ17は２本の連結ワ
イヤ17aで連結されている。そして、これら各連結ワイ
ヤ14a、17aもそれぞれ互いに位置をずらしている。ま
た、補助電極16はその多数のワイヤ17が導電板16aによ
って電気的に接続されている。

上記上部主電極12と下部主電極13および補助電極16は
電源部18に接続されている。つまり、上位上部主電極12
と補助電極16の導電板16aとは充電コンデンサ19を介し
て第１のリード線21により高圧電源のマイナス側に接続
されている。また、上記下部主電極13には第２のリード
線22が接続されている。この第２のリード線22と上記第
１のリード線21との間にはサイラトロン23が接続され、
さらに主電極12、13に対して並列に接続されたピーキン
グコンデンサ24および充電コイル25が、充電コンデンサ
19に接続されている。

なお、上記装置本体11には一対の主電極12、13間に形
成された放電空間26を介して共振器を形成する反射鏡27
と出力鏡28とが対向して配設されている。

このような構成のガスレーザ装置においては、まず第
１のリード線21に高電圧のマイナスが印加されると、そ
の第１のリード線21に接続された充電コンデンサ19に充
電コイル25を介して高電圧が充電される。この状態を第
３図（ａ）に示す。一方、充電コイル25には充電コンデ
ンサ19への充電電流が流れるから、ピーキングコンデン
サ24は第３図（ｂ）に示すように短時間の間負極性にな
る。この際、補助電極16も負電圧になるので、これによ
って下部主電極13の周囲の誘電体15には正極性の電荷が
生じ、それが表面に蓄積される。すなわち、誘電体15の
表面がプラスに充電される。

所定時間経過して上記充電コンデンサ19が充電されて
から、サイラトロン23を点弧すれば、上記充電コンデン
サ19の電荷はサイラトロン23を通ってピーキングコンデ
ンサ24をプラスに充電し、その電圧によって上部主電極
12と補助電極16とに下部電極13に対して正電圧の印加を
行なう。したがって、相対的に下部主電極13には負極性
の電界が周囲に生じるから、先に生じた正極性電荷と今
回の補助電極16の正電圧とによって下部主電極13の周囲
には負の電界が生じ、この下部主電極13から電子放出が
行われたり、周囲のガスがプラズマ化される。それによ
って下部主電極13が負極性となり、その周囲には強い負
電界が形成されるから、誘電体15の表面は負極性に荷重
される。一対の主電極12、13間には下部主電極13を陰
極、上部主電極12を陽極とした主放電電流Ｉが第３図
（ｃ）に示すように流れる。そして、この主放電の終了
とともに一対の主電極12、13間の電圧は再び０に戻る。
レーザ発振は主放電の発生タイミングよりも若干遅れて
第３図（ｄ）に示すように生じる。

このような動作において、下部主電極13のワイヤ14と
補助電極16のワイヤ17との位置をワイヤ14の間の部分、
すなわちレーザガス通過部に対向した位置にワイヤ17を
ずらして設けたことにより、誘電体15の表面に沿う放電
は、下部主電極13のワイヤ14の近くの箇所に集中する度
合は少なくなり、隣り合うワイヤ14間の誘電体15の表面
に沿ってほぼ均一に放電が生じる。したがって、予備電
離のための放電は上記誘電体15の表面全体からほぼ均一
に生じ、それによって放電空間26が均一に予備電離され
るから、均一なパターンのレーザ光を発振させることが
できる。

第４図と第５図はこの発明の他の実施例で、これは下
部主電極13の変形例である。つまり、誘電体151を筒状
にし、その外周面にワイヤ14を螺旋状に巻回し、内周に
は外周面に補助電極16の電極部を形成するワイヤ17が螺
旋状に巻回された筒状の導電体161を、そのワイヤ17が
上記下部主電極13のワイヤ14とピッチ位置が交互にずれ
る状態で挿入する。また、ワイヤ14の外側には断面半円
形状のカバー31を装着し、これによって放電時のインダ
クタンスと抵抗値を小さくするようにしたものである。

第６図と第７図はこの発明のさらに他の実施例の下部
主電極13を示す。すなわち、この実施例は下部主電極13
の電極部が多数の開口32が穿設されたプレート33からな
り、その背面側には誘電体15を介して導電板16aによっ
て電気的に導通した補助電極の電極部を形成する小さな
円板状の多数の粒体34を上記各開口32のほぼ中心に対応
する位置に設けたもであり、このような構造において
も、開口（レーザガス通過部）32に露出した誘電体15に
表面全体にわたってほぼ均一に沿面放電が生じることに
なる。

［発明の効果］以上述べたようにこの発明によれば、主電極の一方の
電極と他方の電極のうち、背面即に誘電体が設けられる
上記他の電極は複数の第１のワイヤを所定間隔で配置し
てなり、上記補助電極は複数の第２のワイヤを所定間隔
で、かつ上記第１のワイヤと位置をずらして配置した。

そのため、上記誘電体の表面に沿う放電は、他方の電
極の第１のワイヤの近くの箇所に集中する度合は少なく
なり、隣り合う第１のワイヤ間の誘電体の表面に沿って
ほぼ均一に生じる、つまり上記誘電体の表面全体に均一
に生じるから、それによって放電空間の予備電離を均一
に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すガスレーザ装置全体
の構成図、第２図は同じく下部主電極の平面図、第３図
（ａ）〜（ｄ）は電源部のコンデンサの充電状態と放電
電流およびレーザ光の発振のタイミングの関係を示すタ
イミング図、第４図はこの発明の他の実施例を示す下部
主電極の側断面図、第５図は同じく第４図のＶ−Ｖ線に
沿う断面図、第６図はこの発明のさらに他の実施例を示
す下部主電極の平面図、第７図は同じく第６図のVII−V
II線に沿う断面図、第８図は従来のガスレーザ装置の概
略図である。 12……上部主電極、13……下部主電極、14、17……ワイ
ヤ（電極部）、18……電源部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスレーザ装置において、一方の電極とこの一方の電極に所定の間隔をおいて対向
されレーザガスの通過部を有する他方の電極とからなる
主電極と、上記他方の電極の背面側に設けられた誘電体
と、この誘電体を介して上記レーザガス通過部に対向し
て設けられた補助電極とを備え、上記他方の電極は複数の第１のワイヤを所定間隔で配置
してなり、上記補助電極は複数の第２のワイヤを所定間
隔で、かつ上記第１のワイヤと位置をずらして配置して
なることを特徴とするガスレーザ装置。