JP3427338B2 - Microwave-excited gas laser oscillator - Google Patents
Microwave-excited gas laser oscillatorInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ加工機のエネ
ルギー源であるマイクロ波励起ガスレーザ発振器の技術
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique of a microwave excitation gas laser oscillator which is an energy source of a laser processing machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、金属製品や非金属製品の加工にレ
ーザ加工機が用いられ、作業現場の自動無人化や生産効
率の向上に貢献している。さらに、市場においては複数
のレーザ加工機をより効率的に用いるために小型で、安
定した出力が取り出せる高光出力レーザ加工機が望まれ
ている。これら市場の要望により、高注入エネルギーを
実現できるマイクロ波励起ガスレーザ発振器が開発され
ている。2. Description of the Related Art In recent years, laser processing machines have been used for processing metal products and non-metal products, contributing to automatic unmanned work sites and improved production efficiency. Further, in the market, there is a demand for a high-power laser processing machine that is compact and can output stable output in order to use a plurality of laser processing machines more efficiently. In response to these market demands, microwave-excited gas laser oscillators capable of achieving high injection energy have been developed.
【0003】以下に従来のマイクロ波励起ガスレーザ発
振器について説明する。図7は従来のマイクロ波励起ガ
スレーザ発振器の放電部概略構成図を示すものである。
図7において、51は放電区域を制限する放電管、52
は励起に必要なエネルギーをマグネトロン53と共に供
給する電源、54はマイクロ波を伝送する矩形の導波
路、55は放電管51をメインフランジ56及び排気ブ
ロック57に固定する放電管ホルダである。A conventional microwave-excited gas laser oscillator will be described below. FIG. 7 is a schematic diagram of a discharge part of a conventional microwave excitation gas laser oscillator.
In FIG. 7, 51 is a discharge tube that limits the discharge area, and 52 is a discharge tube.
Is a power supply that supplies the energy required for excitation together with the magnetron 53, 54 is a rectangular waveguide that transmits microwaves, and 55 is a discharge tube holder that fixes the discharge tube 51 to the main flange 56 and the exhaust block 57.
【0004】図7においては、1本の放電管51に2個
の導波路54を直列に組み付け、2個の放電区域を設け
ている。即ち、各放電区域は1個の導波路と放電管51
により定まる。In FIG. 7, two waveguides 54 are assembled in series in one discharge tube 51 to provide two discharge areas. That is, each discharge area has one waveguide and discharge tube 51.
Determined by
【0005】以上のように構成されたマイクロ波励起ガ
スレーザ発振器について、以下その動作について説明す
る。まず、励起媒質であるレーザガスはメインフランジ
56から放電管51に流入する。一方、電源52はマグ
ネトロン53を駆動し、マグネトロン53により生じた
マイクロ波は導波路54によって放電管51へと伝送
し、レーザガスを励起し、放電区域を構成する。The operation of the microwave-excited gas laser oscillator configured as described above will be described below. First, the laser gas as the excitation medium flows into the discharge tube 51 from the main flange 56. On the other hand, the power source 52 drives the magnetron 53, and the microwave generated by the magnetron 53 is transmitted to the discharge tube 51 through the waveguide 54 to excite the laser gas and form a discharge area.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、マイクロ波励起ガスレーザ発振器におい
て、高出力を得ようとする場合、1本の放電管に2個以
上の導波路を設け、即ち、1本の放電管に2個以上の放
電区域を設ける必要がある(特開昭61−220486
号公報,特開平3−125485号公報参照)。この場
合、高出力時に放電管中心部に輝度がなく、放電管内壁
近傍にのみ放電輝度が存在する円環状の放電となり、出
力が取り出せない。However, in the above-mentioned conventional configuration, in the microwave-excited gas laser oscillator, in order to obtain a high output, one discharge tube is provided with two or more waveguides, that is, It is necessary to provide two or more discharge areas in one discharge tube (JP-A-61-220486).
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 3-125485). In this case, at the time of high output, there is no brightness in the central portion of the discharge tube, and the discharge brightness exists only near the inner wall of the discharge tube, and the output cannot be taken out.
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、高出力を取り出すことのできるマイクロ波励起ガス
レーザ発振器を提供することを課題とする。The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a microwave excitation gas laser oscillator capable of extracting a high output.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、放電区域を2個以上設け、放電区域から次
段の放電区域へはレーザガスを通過させる中空部のある
金属体で接続したものである。この手段によって、放電
区域内のレーザガス温度を低下することができ、高出力
を取り出すことができる。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention for solving the above problem is provided with a discharge zone 2 or more, following the discharge zone
The discharge area of the step is connected with a metal body having a hollow portion through which laser gas passes . By this means, the temperature of the laser gas in the discharge area can be lowered and a high output can be taken out.
【0009】また、本発明における他の発明は、レーザ
ガスの流路を構成する放電管の両端を中空部のある金属
体としたものである。この手段により、放電管を冷却す
ることができ、円環状の放電を抑制し、高出力を取り出
すことができる。In another invention of the present invention, both ends of a discharge tube constituting a laser gas flow path are made of a metal body having a hollow portion . By this means, the discharge tube can be cooled, the annular discharge can be suppressed, and high output can be taken out.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、励起媒質であるレーザガスと、放電区域を制限する
放電管と、励起に必要なエネルギーを供給する電源及び
マグネトロンと、前記エネルギーを伝送する導波路と、
2個以上の放電区域を備え、放電区域から次段の放電区
域へは前記レーザガスを通過させる中空部のある金属体
で接続したものであり、高温になっているレーザガスが
金属体の中空部を通過する際に、そのレーザガスの温度
を金属体が冷却する作用を有し、次段の放電区域に流入
するレーザガスは再び前段の放電区域同様励起される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention is a laser gas as an excitation medium, a discharge tube for limiting a discharge area, a power supply and a magnetron for supplying energy necessary for excitation, and the energy. A waveguide for transmitting
Equipped with two or more discharge areas, the discharge area next to the discharge area
The region is connected by a metal body having a hollow portion that allows the laser gas to pass therethrough , and when the high temperature laser gas passes through the hollow portion of the metal body, the metal body cools the temperature of the laser gas. And the laser gas flowing into the discharge area of the next stage is excited again like the discharge area of the previous stage.
【0011】また、本発明の請求項2に記載の発明は、
金属体の内径を放電管内径と同じにしたものであり、レ
ーザガスが金属体の中空部を通過する際に、温度の低い
金属体の中空部内壁に接触して冷却されるものである。The invention according to claim 2 of the present invention is
The inner diameter of the metal body is made the same as the inner diameter of the discharge tube, and when the laser gas passes through the hollow portion of the metal body, it contacts the inner wall of the hollow portion of the metal body having a low temperature and is cooled.
【0012】また、本発明の請求項3に記載の発明は、
金属体の内径を放電管内径より大きくしたものであり、
レーザガスは乱流となり、金属体の中空部内壁との熱交
換及びレーザガスの乱流化によりその温度が低下する作
用を有する。The invention according to claim 3 of the present invention is
The inner diameter of the metal body is larger than the inner diameter of the discharge tube.
The laser gas becomes a turbulent flow, and has the effect of lowering its temperature due to heat exchange with the inner wall of the hollow portion of the metal body and turbulent flow of the laser gas.
【0013】また、本発明の請求項4に記載の発明は、
金属体の内径を放電管内径より小さくしたものであり、
金属体の内径がレーザガスの励起によって形成する光出
力のモードを制限するアパーチャーの役目をし、任意の
光出力のモードが取り出せる。The invention according to claim 4 of the present invention is
The inner diameter of the metal body is smaller than the inner diameter of the discharge tube.
The inner diameter of the metal body serves as an aperture that limits the mode of light output formed by exciting the laser gas, and any mode of light output can be taken out.
【0014】また、本発明の請求項5に記載の発明は、
2個以上の放電区域を接続する金属体の内径が、レーザ
ガス流に沿って、小さくなるようにしたものであり、順
次小径とする金属体の中空部は請求項4と同様に任意の
光出力のモードが取り出せるものである。The invention according to claim 5 of the present invention is
The inner diameter of the metal body connecting the two or more discharge areas is made smaller along the laser gas flow, and the hollow portion of the metal body which is successively reduced in diameter has the same optical output as in claim 4. The mode of can be taken out.
【0015】また、本発明の請求項6に記載の発明は、
2個以上の放電区域を接続する金属体の内径が、レーザ
ガス流に沿って、大きくなるようにしたものであり、金
属体の中空部に流入するレーザガスは金属体の内壁に接
触して冷却されると共に乱流化が促進され、レーザガス
温度が低下する作用を有し、放電区域内でのレーザガス
流を変化させることもできる。The invention according to claim 6 of the present invention is
The inner diameter of the metal body connecting the two or more discharge areas is made larger along the laser gas flow, and the laser gas flowing into the hollow portion of the metal body contacts the inner wall of the metal body and is cooled. In addition, turbulence is promoted, the temperature of the laser gas is lowered, and the laser gas flow in the discharge area can be changed.
【0016】また、本発明の請求項7に記載の発明は、
2個以上の放電区域を接続する金属体が、ガスチャンバ
ーであるようにしたものであり、請求項1記載の発明の
作用と同様ガスレーザを冷却すると共に異なるレーザガ
ス流が放電区域内に供給されて出力に影響を与える作用
を有する。The invention according to claim 7 of the present invention is
The metal body connecting two or more discharge areas is a gas chamber, which cools the gas laser and supplies different laser gas flows into the discharge areas in the same manner as the operation of the invention of claim 1. It has the effect of affecting the output.
【0017】また、本発明の請求項8に記載の発明は、
2個以上の放電区域を接続する金属体の内径が、レーザ
ビームプロファイルによって、変化するようにしたもの
であり、精密なモード制御ができる。The invention according to claim 8 of the present invention is
The inner diameter of the metal body that connects two or more discharge areas is changed according to the laser beam profile, and precise mode control can be performed.
【0018】また、本発明の請求項9に記載の発明は、
請求項1記載の発明において、放電区域を構成する放電
管の両端を中空部のある金属体としたものであり、両端
の金属体によってレーザガスは冷却され、円環状の放電
を抑制する。The invention according to claim 9 of the present invention is
In the invention according to claim 1 , both ends of the discharge tube forming the discharge area are made of metal bodies having hollow portions, and the laser gas is cooled by the metal bodies at both ends to suppress annular discharge.
【0019】また、本発明の請求項10に記載の発明
は、請求項1記載の発明において、放電管の内面がレー
ザガスの反応を促進する触媒としたものであり、励起に
より解離したガスの一部は放電管の内面の触媒に接触し
てレーザガスに還元されて加工に利用されるものであ
る。According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to the first aspect, the inner surface of the discharge tube is used as a catalyst for promoting the reaction of the laser gas, and one of the gases dissociated by excitation is used. The part contacts the catalyst on the inner surface of the discharge tube , is reduced to laser gas, and is used for processing.
【0020】また、本発明の請求項11に記載の発明
は、エネルギー供給手段が放電部電界の振動方向が互い
に異なる複数のマイクロ波でレーザガスを励起する構造
の導波路としたものであり、レーザガスの励起がよく高
出力のマイクロ波励起ガスレーザ発振器とすることがで
きる。In the eleventh aspect of the present invention, the energy supply means is a waveguide having a structure in which the laser gas is excited by a plurality of microwaves in which the electric fields of the discharge part vibrate in different directions. It is possible to obtain a microwave-excited gas laser oscillator that excites well and has a high output.
【0021】(実施の形態1)以下本発明の実施の形態
1について図面を参照しながら説明する。図1は本発明
の実施の形態1における放電部の概略構成を示し、図2
は本発明の実施の形態1における放電部近傍の断面を示
している。図1及び図2において、1は円周方向に放電
区域を制限する放電管、2は励起に必要なエネルギーを
マグネトロン3と共に供給する電源、4はマイクロ波を
伝送する矩形の導波路、5は放電管1を導波路4に固定
する放電管ホルダである。上記放電管1,マグネトロン
3,導波路4及び放電管ホルダ5により1つの放電ユニ
ットを構成する。図1及び図2では、前記放電ユニット
を2個により放電部を構成している状態を示している。
6は放電ユニットをメインフランジ7に固定する流入
筒、8は放電ユニットを接続する中空部のある金属体と
しての第1の接続筒、9は放電ユニットを排気ブロック
10に固定する流出筒である。流出筒9の内壁にはレー
ザガスと反応して、解離したガスをレーザガスに還元す
る触媒が存在している。流入筒6,第1の接続筒8,流
出筒9はいずれも金属であり、水冷している。図2に第
1の接続筒8の断面を示す。第1の接続筒8の内径は放
電管1の内径と同一である。また、図1においてレーザ
ガスに対して上流側に設置した放電ユニットの一端は流
入筒6を介してメインフランジ7に固定し、他端は第1
の接続筒8を介して次段の、即ちレーザガスに対して下
流側に設置した放電ユニットに接続している。一方、レ
ーザガスに対して下流側に設置した放電ユニットの一端
は前述の第1の接続筒8を介して前段の、即ちレーザガ
スに対して上流側に設置した放電ユニットに接続し、他
端は流出筒9を介して排気ブロック10に固定してい
る。(Embodiment 1) Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 shows a schematic configuration of a discharge unit according to Embodiment 1 of the present invention.
3 shows a cross section near the discharge part in the first embodiment of the present invention. 1 and 2, 1 is a discharge tube that limits the discharge area in the circumferential direction, 2 is a power supply that supplies energy necessary for excitation together with the magnetron 3, 4 is a rectangular waveguide that transmits microwaves, and 5 is A discharge tube holder for fixing the discharge tube 1 to the waveguide 4. The discharge tube 1, magnetron 3, waveguide 4 and discharge tube holder 5 constitute one discharge unit. FIG. 1 and FIG. 2 show a state in which two discharge units constitute a discharge part.
Reference numeral 6 is an inflow cylinder for fixing the discharge unit to the main flange 7, 8 is a first connection cylinder as a metal body having a hollow portion for connecting the discharge unit, and 9 is an outflow cylinder for fixing the discharge unit to the exhaust block 10. . A catalyst that reacts with the laser gas and reduces the dissociated gas to the laser gas is present on the inner wall of the outflow cylinder 9. The inflow cylinder 6, the first connection cylinder 8 and the outflow cylinder 9 are all made of metal and are water-cooled. FIG. 2 shows a cross section of the first connecting cylinder 8. The inner diameter of the first connecting tube 8 is the same as the inner diameter of the discharge tube 1. Further, in FIG. 1, one end of the discharge unit installed upstream of the laser gas is fixed to the main flange 7 via the inflow tube 6, and the other end is the first
It is connected to the discharge unit in the next stage, that is, on the downstream side with respect to the laser gas, via the connecting cylinder 8. On the other hand, one end of the discharge unit installed on the downstream side of the laser gas is connected to the discharge unit on the preceding stage, that is, installed on the upstream side of the laser gas via the above-mentioned first connecting tube 8, and the other end flows out. It is fixed to the exhaust block 10 via the cylinder 9.
【0022】以上のように構成されたマイクロ励起ガス
レーザ発振器についてその動作を説明する。励起媒質で
あるレーザガスはメインフランジ7から流入筒6を通し
て放電区域である放電管1に流入する。この時、電源
2,マグネトロン3,導波路4により発生,伝送する励
起エネルギーをレーザガスに供給してレーザガスを励起
する。放電区域内で励起したレーザガスは放電区域から
流出し、第1の接続筒8に流入し、励起状態から基底状
態になる。この時、レーザガスは励起直後であり、レー
ザガス温度は非常に高い。水冷している第1の接続筒8
はレーザガスが通過する際に、レーザガス温度を下げ、
次段の放電区域に流入させる。レーザガスは再び、前段
の放電区域同様励起し、流出筒9を介して排気ブロック
10に流出する。流出筒9を通過する際、励起により解
離したガスの一部は、流出筒9の内壁の触媒によりレー
ザガスに還元されて利用する。The operation of the microexcitation gas laser oscillator configured as described above will be described. The laser gas that is the excitation medium flows from the main flange 7 through the inflow tube 6 into the discharge tube 1 that is the discharge area. At this time, the excitation energy generated and transmitted by the power supply 2, the magnetron 3, and the waveguide 4 is supplied to the laser gas to excite the laser gas. The laser gas excited in the discharge area flows out of the discharge area, flows into the first connecting cylinder 8, and changes from the excited state to the ground state. At this time, the laser gas has just been excited and the laser gas temperature is very high. Water-cooled first connecting cylinder 8
Lowers the laser gas temperature as it passes through,
It flows into the discharge area of the next stage. The laser gas is excited again like the discharge area in the previous stage, and flows out to the exhaust block 10 via the outflow tube 9. When passing through the outflow tube 9, a part of the gas dissociated by excitation is reduced to a laser gas by the catalyst on the inner wall of the outflow tube 9 and used.
【0023】以上のように本実施の形態1によれば、冷
却した金属体である第1の接続筒8で放電区域間を接続
することにより、放電直後の高温のレーザガスが冷却さ
れた第1の接続筒8の内壁と直接接触し、レーザガス温
度が低下する。このレーザガス温度の低下により、続け
て励起を行う放電区域での発振効率が向上し、安定した
高出力のマイクロ波励起ガスレーザ発振器を提供でき
る。As described above, according to the first embodiment, the high temperature laser gas immediately after the discharge is cooled by connecting the discharge areas with the first connecting cylinder 8 which is a cooled metal body. And the laser gas temperature is lowered. Due to this decrease in the laser gas temperature, the oscillation efficiency in the discharge area where excitation is continued is improved, and a stable and high output microwave excited gas laser oscillator can be provided.
【0024】なお、本実施の形態1では導波路4を2個
設けて2放電区域としたが、3個以上の放電区域を設
け、各放電区域間を延長管で直列に接続しても同様の効
果が得られ、また、本実施の形態1では第1の接続筒8
を水冷したが油冷にしたり、放熱フィンを設けて空冷に
することによっても同様の効果が得られる。さらに、本
実施の形態1では導波路4を矩形としたが、放電部電界
の振動方向が互いに異なる複数のマイクロ波でレーザガ
スを励起する構造の導波路を用いることによっても同様
の効果が得られる。In the first embodiment, two waveguides 4 are provided to form two discharge areas. However, if three or more discharge areas are provided and each discharge area is connected in series with an extension tube, the same result is obtained. In addition, in the first embodiment, the first connecting tube 8 can be obtained.
The same effect can be obtained by cooling with water but with oil, or by cooling with air by providing a radiation fin. Further, although the waveguide 4 is rectangular in the first embodiment, the same effect can be obtained by using a waveguide having a structure in which the laser gas is excited by a plurality of microwaves in which the electric fields of the discharge part vibrate in different directions. .
【0025】(実施の形態2)以下本発明の実施の形態
2について図3を参照しながら説明する。図3は本発明
の実施の形態2における放電部近傍の断面を示し、図2
における第1の接続筒8を第2の接続筒11とした構成
であり、他の構成は同一である。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 3 shows a cross section in the vicinity of the discharge part according to the second embodiment of the present invention.
In the configuration, the first connection cylinder 8 in FIG. 2 is replaced with the second connection cylinder 11, and the other configurations are the same.
【0026】図3においては、放電区域間を放電管1の
内径より大きな内径をもつ第2の接続筒11で接続する
構成としている。In FIG. 3, the discharge areas are connected by a second connecting tube 11 having an inner diameter larger than the inner diameter of the discharge tube 1.
【0027】以上のように構成されたマイクロ波励起ガ
スレーザ発振器について動作を説明する。上記実施の形
態1と同様に、レーザガスに対して上流側に設置した放
電区域内で励起したレーザガスは、放電区域から流出
し、第2の接続筒11に流入して、励起状態から基底状
態になる。この時、レーザガスは励起直後であり、レー
ザガス温度は非常に高い。水冷している第2の接続筒1
1は放電管1の内径より大きな内径を持っているので、
第2の接続筒11に流入するレーザガスは乱流となり、
第2の接続筒11の内壁との熱交換及びレーザガスの乱
流化によりレーザガス温度が低下する。The operation of the microwave excitation gas laser oscillator configured as above will be described. Similar to the first embodiment, the laser gas excited in the discharge area installed on the upstream side of the laser gas flows out of the discharge area and flows into the second connecting cylinder 11 to change from the excited state to the ground state. Become. At this time, the laser gas has just been excited and the laser gas temperature is very high. Water-cooled second connecting tube 1
Since 1 has an inner diameter larger than the inner diameter of the discharge tube 1,
The laser gas flowing into the second connecting cylinder 11 becomes a turbulent flow,
The temperature of the laser gas decreases due to heat exchange with the inner wall of the second connecting cylinder 11 and turbulence of the laser gas.
【0028】以上のように本実施の形態2によれば、冷
却した金属体で中空部のある第2の接続筒11で放電区
域間を接続し、第2の接続筒11の内径を放電区域を制
限する放電管1の内径より大きくすることにより、放電
直後の高温のレーザガスが冷却した第2の接続筒11の
内壁と直接接触し、また、レーザガスの乱流化が促進
し、レーザガス温度が低下する。このレーザガス温度の
低下により、続けて励起を行う放電区域での発振効率が
向上し、高出力のマイクロ波励起ガスレース発振器を提
供できる。As described above, according to the second embodiment, the discharge regions are connected by the second connecting cylinder 11 having a hollow portion made of a cooled metal body, and the inner diameter of the second connecting cylinder 11 is set to the discharge area. By setting the inner diameter of the discharge tube 1 to be smaller than that of the discharge tube 1, the high-temperature laser gas immediately after the discharge comes into direct contact with the inner wall of the cooled second connecting cylinder 11, and the turbulent flow of the laser gas is promoted to increase the laser gas temperature descend. Due to this decrease in the laser gas temperature, the oscillation efficiency in the discharge area where excitation is continued is improved, and a high-power microwave excited gas race oscillator can be provided.
【0029】(実施の形態3)以下本発明の実施の形態
3について図4を参照しながら説明する。図4は本発明
の実施の形態3における放電部近傍の断面を示し、図2
における第1の接続筒8を金属体で中空部のある第3の
接続筒12としたものであり、他の構成は同一である。(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 4 shows a cross section in the vicinity of the discharge part according to the third embodiment of the present invention.
The first connection tube 8 in is a third connection tube 12 made of a metal body and having a hollow portion, and the other configurations are the same.
【0030】図4においては、放電区域間を放電管1の
内径より小さな内径をもつ第3の接続筒12で接続して
いる。In FIG. 4, the discharge areas are connected by a third connecting tube 12 having an inner diameter smaller than the inner diameter of the discharge tube 1.
【0031】以上のように構成されたマイクロ波励起ガ
スレーザ発振器について動作を説明する。上記実施の形
態1と同様に、レーザガスに対して上流側に設置した放
電区域内で励起したレーザガスは、放電区域から流出
し、第3の接続筒12に流入し、次段の放電区域へと流
出する。この時、水冷している第3の接続筒12は放電
管1の内径より小さな内径を持っているので、レーザ発
振器内部にレーザガスの励起によって形成する光出力の
モードを制限するアパーチャーをとなる。この制限によ
り、アパーチャーとなる第3の接続筒12に生じる熱は
水冷により除熱する。The operation of the microwave excitation gas laser oscillator configured as above will be described. Similar to the first embodiment, the laser gas excited in the discharge area installed on the upstream side with respect to the laser gas flows out of the discharge area, flows into the third connecting tube 12, and is discharged to the next-stage discharge area. leak. At this time, since the water-cooled third connecting tube 12 has an inner diameter smaller than the inner diameter of the discharge tube 1, it serves as an aperture that limits the mode of optical output formed by exciting the laser gas inside the laser oscillator. Due to this limitation, the heat generated in the third connecting cylinder 12 serving as the aperture is removed by water cooling.
【0032】以上のように本実施の形態3によれば、冷
却した金属体で中空部のある第3の接続筒12で放電区
域間を接続し、第3の接続筒12の内径を放電区域を制
限する放電管1の内径より小さくすることにより、任意
の光出力のモードが取り出せるマイクロ波励起ガスレー
ザ発振器を提供できる。As described above, according to the third embodiment, the discharge areas are connected by the third connecting tube 12 having a hollow portion with a cooled metal body, and the inner diameter of the third connecting tube 12 is set to the discharge area. It is possible to provide a microwave pumped gas laser oscillator capable of taking out an arbitrary mode of optical output by making the diameter smaller than the inner diameter of the discharge tube 1 which limits the.
【0033】なお、本実施の形態3では第3の接続筒1
2の内径を放電管1の内径より小さくすることについて
のみ言及したが、第3の接続筒12の内径をレーザ発振
器のモードのプロファイルに沿って変えて設けることに
より、より精密なモード制御ができる。In the third embodiment, the third connecting tube 1
Although it has been mentioned only that the inner diameter of 2 is smaller than the inner diameter of the discharge tube 1, more precise mode control can be performed by changing the inner diameter of the third connecting tube 12 along the mode profile of the laser oscillator. .
【0034】(実施の形態4)以下本発明の実施の形態
4について図5を参照しながら説明する。図5は本発明
の実施の形態4における放電部近傍の断面を示し、図2
における第1の接続筒8を金属体で中空部のある第4の
接続筒13としたものであり、他の構成は同一である。(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 5 shows a cross section in the vicinity of the discharge part according to the fourth embodiment of the present invention.
The first connecting cylinder 8 in is a fourth connecting cylinder 13 made of a metal body and having a hollow portion, and the other configurations are the same.
【0035】図5においては、放電区域間を内部がガス
チャンバーである第4の接続筒13で接続したものであ
る。図5にはレーザガス流に対してラッパ状に拡大する
内径を持つ第4の接続筒13を示す。In FIG. 5, the discharge areas are connected by a fourth connecting tube 13 having a gas chamber inside. FIG. 5 shows a fourth connecting cylinder 13 having an inner diameter that expands like a trumpet with respect to the laser gas flow.
【0036】以上のように構成されたマイクロ波励起ガ
スレーザ発振器について動作を説明する。上記実施の形
態1と同様に、レーザガスに対して上流側に設置した放
電区域内で励起したレーザガスは、放電区域から流出
し、第4の接続筒13に流入して、励起状態から基底状
態になる。この時、レーザガスは励起直後であり、レー
ザガス温度は非常に高い。水冷している第4の接続筒1
3の内部はガスチャンバーを形成しているので、次段の
放電区域に流入するレーザガスは乱流となる。The operation of the microwave excitation gas laser oscillator configured as above will be described. Similar to the first embodiment, the laser gas excited in the discharge area installed on the upstream side of the laser gas flows out of the discharge area and flows into the fourth connecting cylinder 13 to change from the excited state to the ground state. Become. At this time, the laser gas has just been excited and the laser gas temperature is very high. Water-cooled fourth connecting cylinder 1
Since the inside of 3 forms a gas chamber, the laser gas flowing into the discharge area of the next stage becomes a turbulent flow.
【0037】以上のように本実施の形態4によれば、冷
却した金属体で中空部のある第4の接続筒13で放電区
域間を接続し、第4の接続筒13の内部をガスチャンバ
ーとすることにより、放電直後の高温のレーザガスが冷
却した第4の接続筒13の内壁と直接接触し、また、レ
ーザガスの乱流化が促進し、レーザガス温度が低下す
る。このレーザガス温度の低下により、続けて励起を行
う放電区域での発振効率が向上し、高出力のマイクロ波
励起ガスレーザ発振器を提供できる。As described above, according to the fourth embodiment, the discharge regions are connected by the fourth connecting cylinder 13 having a hollow portion with a cooled metal body, and the inside of the fourth connecting cylinder 13 is connected to the gas chamber. By doing so, the high temperature laser gas immediately after the discharge comes into direct contact with the inner wall of the cooled fourth connecting cylinder 13, and the turbulent flow of the laser gas is promoted to lower the laser gas temperature. This lowering of the laser gas temperature improves the oscillation efficiency in the discharge area where excitation is continued, and a microwave pumped gas laser oscillator with high output can be provided.
【0038】なお、本実施の形態4ではガスチャンバー
内部をラッパ状としているが、内部を変化させる例えば
螺旋状に溝を切ったりあるいはテーパー状にすることに
よって異なるレーザガス流が放電区域内に供給されて出
力に影響を与える。また、排気パイプの内径あるいは内
面形状を変化させることによっても放電区域内でのレー
ザガス流が変化し、高出力を与えることができる。ま
た、レーザガス流に沿って、接続管内径を順次大きくし
たり、小さくしたり、或いは接続管内径をレーザガス流
に沿って組み合わせて設置することによっても、ガスチ
ャンバーと同様の効果が得られる。Although the inside of the gas chamber has a trumpet shape in the fourth embodiment, different laser gas flows are supplied into the discharge area by changing the inside, for example, by cutting a groove in a spiral shape or by tapering. Affect the output. Also, by changing the inner diameter or the inner surface shape of the exhaust pipe, the laser gas flow in the discharge area changes, and a high output can be provided. Further, the same effect as that of the gas chamber can be obtained by sequentially increasing or decreasing the inner diameter of the connecting pipe along the laser gas flow, or by installing the inner diameter of the connecting pipe in combination along the laser gas flow.
【0039】(実施の形態5)以下本発明の実施の形態
5について図面を参照しながら説明する。図6は本発明
の実施の形態5における放電部近傍の断面であり、1個
の放電区域の断面を示したものである。なお、図2にお
ける構成と同一な構成部分には同一の番号を付し、詳細
な説明を略する。(Fifth Embodiment) The fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross section in the vicinity of the discharge part according to the fifth embodiment of the present invention and shows a cross section of one discharge area. The same components as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0040】図6において、14は熱伝導率が良く、マ
イクロ波に対して透過率の良い誘電体であるアルミナセ
ラミックス管であり、15は水冷している中空部のある
金属体の延長管である。アルミナセラミックス管14の
両端面は延長管15と、例えばろう付けで接続されてお
り、1本の放電管を構成している。アルミナセラミック
ス管14と延長管15はホルダ16により導波路4に固
定されている。In FIG. 6, reference numeral 14 is an alumina ceramics tube which is a dielectric having good thermal conductivity and good transmittance for microwaves, and 15 is an extension tube of a water-cooled metal body having a hollow portion. is there. Both end surfaces of the alumina ceramics tube 14 are connected to the extension tube 15 by brazing, for example, and constitute one discharge tube. The alumina ceramic tube 14 and the extension tube 15 are fixed to the waveguide 4 by a holder 16.
【0041】以上のように構成されたマイクロ波励起ガ
スレーザ発振器について動作を説明する。まず、延長管
15に流入したレーザガスは導波路4で、アルミナセラ
ミックス管14により制限される放電区域で励起する。
その際、アルミナセラミックス管14内壁は、アルミナ
セラミックス管14の両端にろう付けされて水冷された
延長管15からの熱伝導により冷却される。この冷却に
よりレーザガス温度が低下して、即ち、放電輝度が円環
状にならずに放電が均一となり、高出力が得られる。The operation of the microwave excitation gas laser oscillator configured as above will be described. First, the laser gas flowing into the extension tube 15 is excited in the waveguide 4 in the discharge area limited by the alumina ceramic tube 14.
At this time, the inner wall of the alumina ceramics tube 14 is cooled by heat conduction from the water-cooled extension tube 15 which is brazed to both ends of the alumina ceramics tube 14. By this cooling, the temperature of the laser gas is lowered, that is, the discharge brightness is not annular and the discharge is uniform, so that a high output can be obtained.
【0042】以上のように本実施の形態5によれば、ア
ルミナセラミックス管14の両端に延長管15をろう付
けして水冷する放電管とすることで高出力のマイクロ波
励起ガスレーザ発振器を提供することができる。As described above, according to the fifth embodiment, a high output microwave excited gas laser oscillator is provided by brazing the extension tubes 15 to both ends of the alumina ceramic tube 14 to form a water cooled discharge tube. be able to.
【0043】なお、本実施の形態5では、アルミナセラ
ミックス管14を用いたが、マイクロ波を効率良く透過
し、耐熱性に優れ、熱伝導率の良い誘電体、例えば、ベ
ベリアセラミックス管を用いても同様の効果が得られ、
また、本実施の形態5では、両端の延長管を直接冷却し
たが、金延長管水冷ジャケットを装着することによって
も同様の効果が得られる。In the fifth embodiment, the alumina ceramics tube 14 is used, but a dielectric material that transmits microwaves efficiently, is excellent in heat resistance, and has good thermal conductivity, for example, bebereria ceramics tube is used. Even if the same effect is obtained,
In addition, in the fifth embodiment, the extension pipes at both ends are directly cooled, but the same effect can be obtained by mounting the gold extension pipe water cooling jacket.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば放電区域を2個以上設け、各放電区域間を中空
部のある金属体を用いて接続することにより、高出力を
取り出すことのできるマイクロ波励起ガスレーザ発振器
を実現することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, two or more discharge areas are provided, and a metal body having a hollow portion is used to connect between the discharge areas to obtain a high output. It is possible to realize a microwave-excited gas laser oscillator capable of performing the above.
【図1】本発明の実施の形態1における放電部概略構成
図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a discharge unit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同放電部近傍の断面図FIG. 2 is a sectional view of the vicinity of the discharge part.
【図3】本発明の実施の形態2における放電部近傍の断
面図FIG. 3 is a sectional view of the vicinity of a discharge part according to the second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態3における放電部近傍の断
面図FIG. 4 is a sectional view of the vicinity of a discharge part according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施の形態4における放電部近傍の断
面図FIG. 5 is a sectional view of the vicinity of a discharge part according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態5における放電部近傍の断
面図FIG. 6 is a sectional view of the vicinity of a discharge part according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】従来のマイクロ波励起ガスレーザ発振器の放電
部概略構成図FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a discharge part of a conventional microwave excitation gas laser oscillator.
1 放電管 2 電源 3 マグネトロン 4 導波路 6 流入筒 8 第1の接続筒(中空部のある金属体) 9 流出筒 11 第2の接続筒(中空部のある金属体) 12 第3の接続筒(中空部のある金属体) 13 第4の接続筒(中空部のある金属体) 14 アルミナセラミックス管 15 延長管 1 discharge tube 2 power supplies 3 magnetron 4 Waveguide 6 inflow cylinder 8 First connection tube (metal body with hollow part) 9 Outflow tube 11 Second connection cylinder (metal body with hollow part) 12 Third connection cylinder (metal body with hollow part) 13 Fourth connection cylinder (metal body with hollow part) 14 Alumina ceramic tube 15 Extension pipe
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30
Claims (11)
を制限する放電管と、励起に必要なエネルギーを供給す
る電源及びマグネトロンと、前記エネルギーを伝送する
導波路と、2個以上の放電区域を備え、放電区域から次
段の放電区域へは前記レーザガスを通過させる中空部の
ある金属体で接続するマイクロ波励起ガスレーザ発振
器。1. A laser gas as an excitation medium, a discharge tube for limiting a discharge area, a power supply and a magnetron for supplying energy necessary for excitation, a waveguide for transmitting the energy, and two or more discharge areas. Prepared and discharged from the area
A microwave-excited gas laser oscillator in which a metal body having a hollow portion for passing the laser gas is connected to the discharge area of the step .
請求項1記載のマイクロ波励起ガスレーザ発振器。2. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein the inner diameter of the metal body is the same as the inner diameter of the discharge tube.
た請求項1記載のマイクロ波励起ガスレーザ発振器。3. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein the inner diameter of the metal body is larger than the inner diameter of the discharge tube.
た請求項1記載のマイクロ波励起ガスレーザ発振器。4. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein the inner diameter of the metal body is smaller than the inner diameter of the discharge tube.
内径が、レーザガス流に沿って、小さくなるようにした
請求項1記載のマイクロ波励起ガスレーザ発振器。5. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein an inner diameter of the metal body connecting the two or more discharge areas is made smaller along the laser gas flow.
内径が、レーザガス流に沿って、大きくなるようにした
請求項1記載のマイクロ波励起ガスレーザ発振器。6. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein the inner diameter of the metal body connecting the two or more discharge areas is increased along the laser gas flow.
が、ガスチャンバーである請求項1記載のマイクロ波励
起ガスレーザ発振器。7. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein the metal body connecting two or more discharge areas is a gas chamber.
内径が、レーザビームプロファイルに沿って、変化する
ようにした請求項1記載のマイクロ波励起ガスレーザ発
振器。8. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein the inner diameter of the metal body connecting the two or more discharge areas is changed along the laser beam profile.
部のある金属体とした請求項1記載のマイクロ波励起ガ
スレーザ発振器。9. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1 , wherein both ends of the discharge tube constituting the discharge area are made of a metal body having a hollow portion.
進する触媒とした請求項1記載のマイクロ波励起ガスレ
ーザ発振器。10. The microwave excited gas laser oscillator according to claim 1, wherein the inner surface of the discharge tube is a catalyst for promoting the reaction of the laser gas.
動方向が互いに異なる複数のマイクロ波でレーザガスを
励起する構造の導波路とした、請求項1から10のうち
のいずれかに記載のマイクロ波励起ガスレーザ発振器。11. The microwave excitation according to claim 1, wherein the energy supply means is a waveguide having a structure in which the laser gas is excited by a plurality of microwaves in which the electric field oscillation directions of the discharge part are different from each other. Gas laser oscillator.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP29765095A JP3427338B2 (en) | 1995-10-20 | 1995-10-20 | Microwave-excited gas laser oscillator |
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JPH09116217A JPH09116217A (en) | 1997-05-02 |
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