JP2925024B2 - Discharge excitation method and discharge excitation device for laser oscillator - Google Patents

Discharge excitation method and discharge excitation device for laser oscillator

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JP2925024B2
JP2925024B2 JP5187090A JP5187090A JP2925024B2 JP 2925024 B2 JP2925024 B2 JP 2925024B2 JP 5187090 A JP5187090 A JP 5187090A JP 5187090 A JP5187090 A JP 5187090A JP 2925024 B2 JP2925024 B2 JP 2925024B2
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望月  学
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、気体レーザ発振器等のレーザ発振器の放電
励起方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a discharge excitation method for a laser oscillator such as a gas laser oscillator.

(従来の技術) CO2ガス等の気体をレーザ媒体とする気体レーザ発振
器に於ては、多くの場合、放電によりレーザ媒質の励起
が行われている。
(Prior Art) In a gas laser oscillator using a gas such as CO 2 gas as a laser medium, the laser medium is often excited by electric discharge.

放電励起には、連続波による連続励起(CW励起)とパ
ルス波によるパルス励起とがあり、パルス励起は連続励
起に比してレーザ出力の放電電力(放電電流)に対する
飽和値が高いことが知られている。従って、通常、レー
ザ出力のパルスピークを高くとる時には放電電力、即ち
注入電力を大きくすることが行われる。
There are two types of discharge excitation: continuous excitation by continuous waves (CW excitation) and pulse excitation by pulse waves. It is known that pulse excitation has a higher saturation value for laser output discharge power (discharge current) than continuous excitation. Have been. Therefore, usually, when the pulse peak of the laser output is set to be high, the discharge power, that is, the injection power is increased.

(発明が解決しようとする課題) 放電電力の増大によってレーザ出力のパルスピークは
高くなるが、しかしレーザ出力は、放電部の熱的飽和の
ために、所定値以上に放電電力を大きくされてもトリガ
状の尖頭値だけが高くなるだけで、平均出力値が低減す
る傾向を生じる。レーザ出力が尖頭値だけが高いパルス
波では、金属加工の際には、レーザ光のエネルギ不足の
ためにパルスピークが高いことによる効果が生じず、加
工時間の短縮が図られなくなる。
(Problems to be Solved by the Invention) The pulse peak of the laser output is increased by the increase of the discharge power. However, the laser output is increased even if the discharge power is increased to a predetermined value or more due to thermal saturation of the discharge part. Only increasing the trigger-like peak value tends to reduce the average output value. In the case of a pulse wave having a laser output having only a high peak value, an effect due to a high pulse peak does not occur due to a shortage of energy of a laser beam in metal processing, and the processing time cannot be reduced.

本発明者等は、上述の如き不具合に鑑み、実験的研究
を行ったところ、レーザ出力は放電長の影響を受けて変
化し、放電長が、放電電力、レーザ媒質であるレーザガ
スの放電管に於ける流速、所要レーザ出力等により定め
られる適正範囲内では、放電長が長い方が高い放電電力
での熱的なレーザ出力飽和の傾向が大きいが、レーザ発
振の最大効率は高くなり、これに対し放電長が短い方が
レーザ発振の最大効率は小さいが、高い放電電力での熱
的なレーザ出力飽和の傾向が小さいということを見出し
た。
The present inventors conducted an experimental study in view of the above-mentioned problems, and found that the laser output was changed under the influence of the discharge length, and the discharge length was changed by the discharge power and the discharge tube of the laser gas as the laser medium. Within an appropriate range determined by the flow velocity at the flow rate, the required laser output, etc., the longer the discharge length, the greater the tendency of thermal laser output saturation at high discharge power, but the higher the efficiency of laser oscillation becomes. In contrast, it was found that the shorter the discharge length, the smaller the maximum efficiency of laser oscillation, but the smaller the tendency of thermal laser output saturation at high discharge power.

本発明は、上述の如き観点に基いて広い放電電力幅に
亘って効率の良いレーザ発振が行われるようにするレー
ザ発振器の放電励起方法を提供する。
The present invention provides a discharge excitation method for a laser oscillator that enables efficient laser oscillation over a wide discharge power width based on the above-described viewpoint.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 前述のごとき問題に鑑みて、本発明は、放電によりレ
ーザ媒質の励起を行うレーザ発振器の放電励起方法に於
て、高ピークパルス波形のレーザ出力が必要であるとき
には連続波形のレーザ出力が必要である場合に比して放
電長を長くするレーザ発振器の放電励起方法である。
[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) In view of the above problems, the present invention relates to a method for exciting a laser medium, which discharges a laser medium, using a laser having a high peak pulse waveform. This is a discharge excitation method for a laser oscillator that increases the discharge length when output is required as compared to when continuous waveform laser output is required.

(作用) 本発明によるレーザ発振器の放電励起方法に於ては、
高ピークパルス波形のレーザ出力が必要である時には、
連続波形のレーザ出力が必要である場合に比して放電長
が長いことにより、レーザ発振の最大効率が高くなり、
これに応じて高ピークパルスのレーザ出力が得られ、こ
れに対し例えば連続波形のレーザ出力が必要であるとき
には、放電長が短いことにより、熱的なレーザ出力飽和
の最大放電電力が大きくなり、ノーマルパルス波形のレ
ーザ出力が必要である場合、或いはCW発振時には高い平
均的レーザ出力が得られるようになる。
(Operation) In the discharge excitation method of the laser oscillator according to the present invention,
When high peak pulse waveform laser output is required,
As the discharge length is longer than when a continuous waveform laser output is required, the maximum efficiency of laser oscillation increases,
In response to this, a laser output of a high peak pulse is obtained, and for example, when a laser output of a continuous waveform is required, the maximum discharge power of thermal laser output saturation increases due to the short discharge length, When a laser output with a normal pulse waveform is required or during CW oscillation, a high average laser output can be obtained.

(実施例) 以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳
細に説明する。
The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明によるレーザ発振器の放電励起装置の
一つの実施例を示している。レーザ発振器は、ガラス管
等により構成されたレーザ放電管1を有しており、レー
ザ放電管1の一端部には光共振器としての全反射鏡3
が、また他端には半反射鏡により構成された出力ミラー
5が各々設けられている。
FIG. 1 shows an embodiment of a discharge excitation device for a laser oscillator according to the present invention. The laser oscillator has a laser discharge tube 1 composed of a glass tube or the like, and a total reflection mirror 3 as an optical resonator is provided at one end of the laser discharge tube 1.
The other end is provided with an output mirror 5 constituted by a semi-reflective mirror.

レーザ放電管1は、その内部に軸線方向に、即ち図に
て左右方向に延在するレーザガス室7を構成しており、
その一端部にはレーザガス入口9が、また他端にはレー
ザガス出口11が各々設けられている。
The laser discharge tube 1 constitutes a laser gas chamber 7 extending in the axial direction, that is, in the left-right direction in the drawing.
A laser gas inlet 9 is provided at one end, and a laser gas outlet 11 is provided at the other end.

レーザ放電管1のレーザガス入口9の部分には針状の
アノード電極13が設けられている。またレーザ放電管1
には、アノード電極13に対して第一の所定値だけ隔たっ
た位置にリング状のカソード電極15が設けられ、またア
ノード電極13に対して前記第一の所定値より大きい第二
の所定値だけ隔たった位置にリング状の第二のカソード
電極17が設けられている。アノード電極13は放電用の電
源装置19に常時導電接続され、これに対し第一のカソー
ド電極15と第二のカソード電極17とはスイッチング回路
21によってその何れか一方が選択的に電源装置19に導電
接続されるようになっている。
A needle-shaped anode electrode 13 is provided at the laser gas inlet 9 of the laser discharge tube 1. Laser discharge tube 1
A ring-shaped cathode electrode 15 is provided at a position separated by a first predetermined value with respect to the anode electrode 13, and a second predetermined value larger than the first predetermined value with respect to the anode electrode 13 is provided. A ring-shaped second cathode electrode 17 is provided at a separated position. The anode electrode 13 is always conductively connected to a power supply device 19 for discharging, whereas the first cathode electrode 15 and the second cathode electrode 17 are connected to a switching circuit.
21 allows one of them to be selectively conductively connected to the power supply 19.

スイッチング回路21は、制御装置23によって切換作動
され、高ピークパルス波形のレーザ出力が必要である時
には、第二のカソード電極17が電源装置19に導通接続さ
れる切換位置に切換えられ、これ以外の時には、例えば
ノーマルパルス波形、連続波のレーザ出力が必要である
場合には、第一のカソード電極15が電源装置19に導通接
続される切換位置に切換えられるようになっている。
The switching circuit 21 is switched by the control device 23, and when a laser output having a high peak pulse waveform is required, the switching position is switched to a switching position where the second cathode electrode 17 is electrically connected to the power supply device 19, At times, for example, when a laser output of a normal pulse waveform or a continuous wave is required, the first cathode electrode 15 is switched to a switching position where it is electrically connected to the power supply device 19.

上述の如き構成によれば、高ピークパルス波形のレー
ザ出力が必要である時には、アノード電極13と第二のカ
ソード電極17との間にて放電が行われ、この場合の放電
長はアノード電極13と第一のカソード電極15との間にて
放電が行われる場合に比して長くなり、これに応じてレ
ーザ発振の最大効率が高くなる。
According to the above-described configuration, when a laser output having a high peak pulse waveform is required, a discharge is performed between the anode electrode 13 and the second cathode electrode 17, and the discharge length in this case is the anode electrode 13 And the first cathode electrode 15 is longer than in the case where a discharge is performed, and accordingly, the maximum efficiency of laser oscillation is increased.

これに対しノーマルパルス波形のレーザ出力が必要で
ある場合或いは連続波のレーザ出力、即ちCW発振時に
は、アノード電極13と第一のカソード電極15との間にて
放電が行われ、この場合の放電長はアノード電極13と第
二のカソード電極17との間にて放電が行われる場合に比
して短くなり、これに応じてレーザ発振の最大効率は小
さくなるが、高電力でのレーザ出力飽和の傾向が小さく
なり、レーザ出力飽和の最大電力が大きくなって、高い
平均的レーザ出力が得られるようになる。
On the other hand, when a laser output of a normal pulse waveform is required or a continuous wave laser output, that is, at the time of CW oscillation, discharge is performed between the anode electrode 13 and the first cathode electrode 15, and the discharge in this case is performed. The length is shorter than when the discharge is performed between the anode electrode 13 and the second cathode electrode 17, and the maximum efficiency of the laser oscillation is correspondingly reduced. , The maximum power of laser output saturation increases, and a high average laser output can be obtained.

第2図は、放電長が短い場合の、即ちアノード電極13
と第一のカソード電極15との間にて放電が行われる場合
と、放電長が長い場合、即ちアノード電極13と第二のカ
ソード電極17との間にて放電が行われる場合の放電電力
とレーザ出力との関係を連続励起時とパルス励起時の各
々について示している。第2図のグラフに於て、実線は
連続励起時の特性を、破線はパルス励起時の特性を各々
示している。尚、パルス励起時の特性はレーザ出力のピ
ーク値(尖頭値)について示している。
FIG. 2 shows the case where the discharge length is short, that is, the anode electrode 13
And when the discharge is performed between the first cathode electrode 15 and the discharge power when the discharge length is long, that is, when the discharge is performed between the anode electrode 13 and the second cathode electrode 17. The relationship with the laser output is shown for each of continuous excitation and pulse excitation. In the graph of FIG. 2, the solid line shows the characteristic at the time of continuous excitation, and the broken line shows the characteristic at the time of pulse excitation. The characteristics at the time of pulse excitation indicate the peak value (peak value) of the laser output.

第2図に示されたグラフからも、放電長が長い場合に
は、大きい放電電力に於ける熱的なレーザ出力の飽和の
傾向が大きいが、しかしレーザ発振の最大効率が高くな
り、これに対し放電長が短いと、レーザ発振の最大効率
は小さくなるが、大きい放電電力での熱的なレーザ出力
飽和の傾向が小さいことが理解されよう。
As can be seen from the graph shown in FIG. 2, when the discharge length is long, the tendency of thermal laser output saturation at a large discharge power is large, but the maximum efficiency of laser oscillation is high. On the other hand, when the discharge length is short, the maximum efficiency of laser oscillation is small, but it can be understood that the tendency of thermal laser output saturation at a large discharge power is small.

また、放電長が長いと、連続励起に於ては大電力での
レーザ出力は低下するが、しかしパルス励起時に於ける
レーザ出力のピーク値は高くなり、放電長が短いと、熱
的なレーザ出力の飽和の傾向が少ないから、レーザ発振
の最大効率は低いが、連続励起では放電長が長い時より
も高いレーザ出力が得られ、またパルス励起に於ては矩
形状のノーマルパルス波形のレーザ出力が得られること
が理解されよう。
When the discharge length is long, the laser output at high power decreases during continuous excitation, but the peak value of the laser output during pulse excitation increases. Since the output is less likely to saturate, the maximum efficiency of laser oscillation is low.However, continuous excitation produces a higher laser output than when the discharge length is longer, and pulse excitation has a rectangular normal pulse waveform. It will be appreciated that the output is obtained.

従って、高ピークパルスのレーザ出力を必要としない
ノーマルパルスのレーザ出力時或いはCW発振時には、短
い放電長にて放電が行われればよく、これにより、例え
ば第3図に示されている如く、広い放電電力幅にわたっ
て高ピークパルスの尖頭値を含まないレーザ出力が得ら
れる。
Therefore, at the time of laser output of a normal pulse that does not require a laser output of a high peak pulse, or at the time of CW oscillation, it is only necessary to perform a discharge with a short discharge length, thereby, for example, as shown in FIG. A laser output that does not include the peak value of the high peak pulse over the discharge power width is obtained.

これに対し高いピークパルス波形のパルス出力が必要
である時には、長い放電長をもって放電が行われればよ
く、この場合には、第4図に示されている如く高いピー
ク出力を有する高ピークパルス波形のレーザ出力が得ら
れるようになる。高いピークパルス波形のレーザ出力
は、レーザ加工時に於けるピアス時間を短縮することが
でき、これは、全加工時間に於けるピアス時間が占める
割合が大きいことから、全加工時間を大きく短縮するこ
とになる。これは、特に高い周波数の短いデューティ比
のパルスによるパルス励起である場合、高いパルスピー
ク波形のレーザ出力が短い間隔にて連続的に得られるこ
とにより、より一層効果的になる。
On the other hand, when a pulse output with a high peak pulse waveform is required, the discharge may be performed with a long discharge length. In this case, a high peak pulse waveform having a high peak output as shown in FIG. Laser output can be obtained. A laser output with a high peak pulse waveform can reduce the piercing time during laser processing, which is a significant reduction in the total processing time because the piercing time accounts for a large percentage of the total processing time. become. This is even more effective, especially in the case of pulse excitation using a high-frequency pulse with a short duty ratio, because a laser output having a high pulse peak waveform is continuously obtained at short intervals.

尚、パルス励起に於ては、放電電力が大きい場合に於
て高いピークパルス波形のレーザ出力が得られるのは、
パルス放電では平均放電エネルギが連続放電である場合
に比して低く、これによってレーザガス温度が高温度に
はならないからであると考えられる。
In pulse excitation, a laser output having a high peak pulse waveform when the discharge power is large is obtained.
It is considered that the average discharge energy in the pulse discharge is lower than that in the case of the continuous discharge, so that the laser gas temperature does not become high.

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に
説明したが、本発明は、これに限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。
In the above, the present invention has been described in detail with respect to a specific embodiment. However, the present invention is not limited to this, and various embodiments can be made within the scope of the present invention. It will be clear to those skilled in the art.

[発明の効果] 上述の如き実施例の説明より理解されるように、本発
明によるレーザ発振器の放電励起方法によれば、高ピー
クパルス波形のレーザ出力が必要である時には、連続波
形のレーザ出力が必要である場合に比して放電長が長い
ことにより、レーザ発振の最大効率が高くなって高ピー
クパルスのレーザ出力が得られ、これに対しそうでない
時には、放電長が短いことにより、熱的なレーザ出力飽
和の最大放電電力が大きくなり、ノーマルパルス波形の
レーザ出力が必要である場合、或いはCW発振時には高い
平均値レーザ出力が得られるようになり、これらのこと
から広い放電電力幅に亘って効率の良いレーザ発振が行
われるようになる。
[Effects of the Invention] As can be understood from the above description of the embodiment, according to the discharge excitation method of the laser oscillator according to the present invention, when a laser output having a high peak pulse waveform is required, a laser output having a continuous waveform is required. When the discharge length is longer than required, the maximum efficiency of laser oscillation is increased and a laser output with a high peak pulse is obtained. The maximum discharge power of typical laser output saturation increases, and when a laser output with a normal pulse waveform is required, or a high average laser output can be obtained during CW oscillation, a wide discharge power width can be obtained from these facts. Efficient laser oscillation is performed over the entire area.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明によるレーザ発振器の放電励起装置の一
つの実施例を示す概略構成図、第2図は放電長が短い場
合と長い場合とに於ける放電電力とレーザ出力との関係
を示すグラフ、第3図は放電長が短い場合のパルス励起
時のレーザ出力波形を示す波形図、第4図は放電長が長
い場合のパルス励起時のレーザ出力波形を示す波形図で
ある。 1……レーザ放電管、7……レーザガス室 13……アノード電極 15……第一のカソード電極 17……第二のカソード電極 19……電源装置、21……スイッチング回路 23……制御装置
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of a discharge excitation device for a laser oscillator according to the present invention, and FIG. 2 shows the relationship between discharge power and laser output when the discharge length is short and long. FIG. 3 is a waveform diagram showing a laser output waveform at the time of pulse excitation when the discharge length is short, and FIG. 4 is a waveform diagram showing a laser output waveform at the time of pulse excitation when the discharge length is long. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser discharge tube, 7 ... Laser gas chamber 13 ... Anode electrode 15 ... First cathode electrode 17 ... Second cathode electrode 19 ... Power supply device, 21 ... Switching circuit 23 ... Control device

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】放電によりレーザ媒質の励起を行うレーザ
発振器の放電励起方法に於て、高ピークパルス波形のレ
ーザ出力が必要であるときには連続波形のレーザ出力が
必要である場合に比して放電長を長くすることを特徴と
するレーザ発振器の放電励起方法。
In a discharge excitation method of a laser oscillator for exciting a laser medium by discharge, when a laser output having a high peak pulse waveform is required, a discharge is performed as compared with a case where a continuous waveform laser output is required. A discharge excitation method for a laser oscillator, characterized by increasing the length.
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