JPH01253976A - レーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はレーザ発振器に係り、さらに詳しくはイオン風
によってレーザ媒質ガスを循環させ、冷却するレーザ発
振器に関するものである。

［従来の技術］ 第９図（ａ）　、　（ｂ）はグロー放電によりレーザ媒
質ガスを励起し、レーザ光を発生させる従来のレーザ発
振器の一例を模式的に示した側面図及び正面図である。

図において、（１）はレーザ発振器の容器、（２）は容
器（１）内に満されたレーザ媒質ガスである。（３）は
板状の陽極、（４）は陽極（３）と所定の間隙を隔てて
対向配置された複数の陰極で、陰極（４）はそれぞれバ
ラスト抵抗（５）を介して直流電源（６）の負極に接続
され、陽極（３）は直流電源（６）の正極に接続されて
いる。（７）は陽極（３）と陰極（４）との間に発生し
たグロー放電である。

（８）は陽極（３）の下方に設けられた熱交換器、（９
）は陽極（３）と陰極（４）との間に横方向からレーザ
媒質ガス（２）を流すブロアで、これらにより３軸直交
型レ一ザ発振器を構成している。（１０）。

（１１）は陽極（３）と陰極（４）の両側に対向して配
置された全反射鏡及び部分反射鏡、（１２）は容器（１
）から出射したレーザ光である。

上記のようなレーザ発振器において、直流電源（６）よ
り陽極（３）と陰極（４）との間に横方向からレーザ媒
質ガス（２）を流すと共に、両者の間に直流高電圧を印
加すると、陰極（４）と陽極（３）との間にグロー放電
（７）が発生し、レーザ媒質ガス（２）が励起される。

これにより、全反射鏡（１０）と部分反射鏡（１１）と
の間でレーザ光の共振が行なわれ、レーザ光（１２）と
なって容器（１）の外部に取出される。一方、劣化した
レーザ媒質ガス（２）は、ブロア（９）により矢印で示
すように陽極（３）と陰極（４）との間及び熱交換器（
８）との間を循環し、冷却される。なお、レーザ光（１
２）は、グロー放電（７）に対して第９図（ｂ）の（１
３）で示す位置が最も発振効率がよい。

次に、第１０図（ａ）　、　（ｂ）は無声放電によって
レーザ媒質ガスを励起し、レーザ光を発生させる従来の
レーザ発振器の一例を模式的に示した側面図及び正面図
である。図において、（２０ａ）、（２０ｂ）は表面が
誘電体に覆われ、所定の間隙を隔てて対向配置された一
対の電極、（２１）は電極（２０ａ）　、　（２０ｂ）
に交流電圧を印加する交流電源、（２２）は画電極（２
０ａ）　、　（２０ｂ）間に発生する無声放電である。

いま、交流電源（２１）より電極（２０ａ）　、　（２
０ｂ）間に高周波の交流電圧を加えると、画電極（２０
ａ）。

（２０ｂ）間に無声放電（２２）が発生し、レーザ媒質
ガス（２）を励起して全反射鏡（１０）と部分反射鏡（
１１）との間で共振し、レーザ光（１２）となって外部
に取出される。なお、劣化したレーザ媒質ガス（２）の
循環及び冷却は、第９図で説明した場合と同様である。

［発明が解決しようとする課題］ 第９図に示した３軸直交型レ一ザ発振器においては、ブ
ロア（９）により陽極（３）と陰極（４）の横方向から
強制的にレーザ媒質（２）を流さなければならないので
、ブロア（９）を省略することはできない。また第９図
及び第１０図に示した従来のレーザ発振器は、劣化した
レーザ媒質ガス（２）を容器（１）内で循環させ、冷却
するためにはブロア（９）を使用しなければならないが
、ブロア（９）が大きいため、レーザ発振器も大型にな
らざるを得ない。

また、ブロア（９）の運転には大電力が消費されるため
ランニングコストが増大するばかりでなく、ブロア（９
）の回転により容器（１）内に金属粉が発生するという
問題がある。さらに、ブロア（９）は高価であるにかか
わらず信頼性が低く、その上真空に近い容器内で作動す
るため寿命が短かい等、種々問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、ブロアを使用せずにレーザ媒質ガスをイオン
風によって循環させ、冷却するようにしたレーザ発振器
を得ることを目的としたものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を達成するためになされたもので
、グロー放電によってレーザ媒質ガスを励起させる方式
のレーザ発振器において、直流電圧が加えられる陽極と
陰極との間に発生したグロー放電によるイオン風によっ
て前記グロー放電と同方向にレーザ媒質ガス流を発生さ
せるようにしたものである。

また本発明は、無声放電によってレーザ媒質ガスを励起
させる方式のレーザ発振器において、直流電圧が印加さ
れる陽極と陰極を設け、一対の電極間に発生する無声放
電と前記陽極と陰極間に生じるイオン風によってレーザ
媒質ガスを循環させるようにしたものである。

［作　用コ 前者の発明は、グロー放出によって発生したイオンを陰
極に吸引させることによりイオン風を発生させ、このイ
オン風を積極的に利用して容器内のレーザ媒質ガスを循
環させる。

また、後者の発明は、無声放電によって発生したイオン
を直流電圧が印加された陽極と陰極に吸引させてイオン
風を発生させ、これにより容器内のレーザ媒質ガスを循
環させる。

［発明の実施例］ 第１図は本発明をグロー放電式レーザ発振器に実施した
実施例の模式図である。図において、（１）はレーザ発
振器の容器、（２）は容器（１）内に満されたレーザ媒
質ガスである。（３）は陽極で、バラスト抵抗（５）を
介して直流電源（６）の正極に接続されている。（４ａ
）は例えばメツシュ状、ハニカム状の陰極で、所定の間
隙を隔てて陽極（３）と対向配置され、直流電源（６）
の負極に接続されている。（７）は陽極（３）と陰極（
４ａ）との間に発生したグロー放電である。（８）は熱
交換器、（１４）。

（１４ａ）は陽極（３）と陰極（４ａ）との間の両側に
設けた絶縁物からなるダクトである。

上記のように構成した本発明の詳細な説明すれば、次の
通りである。先ず、陽極（３）と陰極（４ａ）との間に
直流電源（６）より直流高電圧を印加し、グロー放電（
７）を発生させてレーザ媒質ガス（２）を励起させる。

これにより全反射鏡と部分反射鏡（図示せず）との間を
レーザ光が共振し、外部へ取出される。

一方、グロー族７ｍ（７）はレーザ媒質ガス（２）を励
起すると共に、イオン化する。即ち、陽極（３）からは
陽イオンのが発生し、この陽イオンのは陰極（４ａ〉に
吸引される。このため陽イオンのが吸引される方向、し
たがって図の矢印方向（グロー放電と同方向）にイオン
風が発生し、レーザ媒質ガス（２）を容器（１）内で循
環させる。このように、本発明に係るレーザ発振器は、
グロー放電の方向とレーザ媒質ガス流とが同方向である
いわゆる２軸直交型レ一ザ発振器である。そして、矢印
方向に循環する劣化し加熱されたレーザ媒質ガス（２）
は熱交換器（８）を通過し、ここで冷却される。また、
ダクト（１４）、　　（１４ａ）はイオン風をより強力
にし、レーザ媒質ガス（２）を効率よく循環させる。

なお、イオン風の強さは、グロー放電（７）の強度と直
流電源（６）の電圧によって決定される。

第２図は本発明の他の実施例の模式図である。

（４ｂ）は多数の陰極で、この陰極（４ｂ）には例えば
Ｕ字状のパイプ（１５）が取付けられており、パイプ（
１５）内には例えば水の如き冷却媒質（１Ｂ）が流され
、陰極（４ｂ）を冷却するように構成されている。

上記のように構成した本実施例によれば、イオン風によ
って循環するレーザ媒質ガス（２）は、陰極（４ｂ）及
びパイプ（１５）内を流れる冷却媒質（１６）によって
冷却されるので、第１図に示した熱交換器（８）を省略
することができる。

上記第１図及び第２図に示した実施例は、陽極（３）を
下方に、陰極（４ａ）を上方に配置し、グロー放電（７
）で加熱されたレーザ媒質ガス（２）の対流を積極的に
利用したもので、レーザ媒質ガス（２）は熱交換器（８
）又は陰極（４ｂ）と冷却媒質（１６）によって冷却さ
れたのち下方に向って流れ、容易に循環しうるようにし
である。しかし、第３図に示すように陽極り３）を上方
に、陰極（４ｃ）　、　（４ｃ）を下方に配置し、さら
にその下方に熱交換器（８）を配設してもよい。この場
合は、熱交換器（８）によって冷却されたレーザ媒質ガ
ス（２）は矢印で示すように下方に流れ、循環を容易に
する。

なお、上記の実施例では、陽極（５）、に正、陰極（４
ａ）に負の直流電圧を印加する場合を示したが、逆の電
圧を加えて負のイオンによりイオン風を発生させるよう
にしても、同様の効果を得ることができる。

第４図は無声放電式レーザ発振器に本発明を実施した例
を示す模式図である。図において、（２０ａ）　、　（
２０ｂ）は表面が誘電体に覆われ、所定の間隙を隔てて
対向配置された一対の電極、（２１）は画電極（２０ａ
）　、　（２０ｂ）間に交流電圧を印加する交流電源、
（２２）は画電極（２０ａ）　、　（２０ｂ）間に発生
する無声放電で、レーザ媒質ガス（２）を励起すると共
に、イオン化する。（２３）は無声放電（２２）によっ
て発生した陰イオンｅを吸引する陽極、（２４ａ）　、
　（２４ｂ）は陽極（２３）の両側に所定の間隙を隔て
て配置され、無声放電によって発生した陽イオンのを吸
引する陰極で、陽極（２３）は直流電源（２５）の正極
に、陰極（２４ａ）　、　（２４ｂ）は負極にそれぞれ
接続されている。

上記のように構成した本実施例の作用を説明すれば、次
の通りである。まず、一対の電極（２０ａ）。

（２０ｂ）間に交流電源（２１）より高周波の交流高電
圧を加えると共に、陽極（２３）と陰極（２４ａ）　、
　（２４ｂ）間に直流電源（２５）より直流電圧を印加
する。交流電圧の印加により電極（２０ａ）　、　（２
０ｂ）間に無声放電（２２）が発生し、レーザ媒質ガス
（２）を励起させる。

これによりレーザ光を共振させ、容器（１）の外部に取
出す。一方、レーザ媒質ガス（２）の励起により正負の
イオンが発生するが、この正負のイオンは、周波数の高
い交流電圧が加えられている電極（２０ａ）　、　（２
０ｂ）には吸引されず、陰イオンｅは陽極（２３）に、
陽イオンのは陰極（２４ａ）　、　（２４ｂ）にそれぞ
れ吸引される。これにより、陽イオンのと陰イオンｅの
移動方向にイオン風が発生するので、レーザ媒質ガス（
２）は容器（１）内で矢印方向に循環し、この間熱交換
器（８）を通過して冷却される。なお、イオン風の強さ
は、無声放電（２２）の強度と直流型Ｒ（２５）の電圧
によって決められる。

第５図は本発明の別の実施例の模式図である。

本実施例においては、陽極（２３）及び陰極（２４ａ）
　。

（２４ｂ）に中空の通路（２６）を設け、この通路（２
６）に例えば水の如き冷却媒質を流し、イオン風によっ
て移動するレーザ媒質ガス（２）を冷却するようにした
もので、これにより熱交換器（８）を省略することがで
きる。また、本実施例においては、電極（２０ａ）、（
２０ｂ）と陰極（２４ａ）　、（２４ｂ）との間に、そ
れぞれ絶縁物からなるダクト（２７ａ）　、　（２７ｂ
）を設け、イオン風をより強力にしてレーザ媒質ガス（
２）の循環を効率的にしたものである。

第６図の実施例は、陰極（２４ａ）　、　（２４ｂ）　
、　（２４ｃ）　。

（２４ｄ）と陽極（２３ａ）　、　（２３ｂ）　、　（
２３ｃ）とを交互に配設してそれぞれ直流型ｇ　（２５
）の負極と正極に接続し、イオン風を強力に発生させる
ようにしたものである。

第７図の実施例は、電極（２０ａ）　、　（２０ｂ）を
下方に、陽極（２３）と陰極（２４ａ）　、　（２４ｂ
）を上方に配設すると共に、両側に熱交換器（８）　、
　（８ａ）を設けることにより、無声放電によって加熱
されたレーザ媒質ガス（２）の対流を積極的に利用した
ものである。そして、レーザ媒質ガス（２）は両側に設
けた熱交換器（８）　、　（８ａ）により冷却されて下
方に流れ、循還を容易にする。

第８図の実施例は、陽極（２３）と陰極（２４ａ）。

（２４ｂ）の下流側に、例えばメツシュ、ハニカム等の
通風性のある陰極（２８）をさらに設けたもので、無声
放電によって発生した陽イオンのを陰極（２４ａ）　、
　（２４ｂ）及び（２８）に、陰イオンｅを陽極（２３
）にそれぞれ吸引させ、効率よくイオン風を発生させる
ようにしたものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明は、レーザ発振
器において、グロー放電又は無声放電によって発生する
イオンを、陰極若しくは陽極に吸引させることによりイ
オン風を発生させ、このイオン風を積極的に利用してレ
ーザ媒質ガスを容器内で循環させ、冷却するようにした
ので、ブロアの如き機械的送風手段を省略することがで
きる。

このため装置全体を小形化することができ、安価で信頼
性の高いレーザ発振器が得られる。

また、陰極は容器内の塵埃を吸着するので、発振器を構
成する全反射鏡、部分反射鏡の汚れを防止できるため、
これらの寿命を延長することができる。

なお、グロー放電式のレーザ発振器の場合は、グロー放
電からイオンを吸引するので、グロー放電内のイオン密
度を下げることができ、このためレーザ光の励起効率を
向上させ、消費電力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図はそれぞれグロー放電式のレ
ーザ発振器に本発明を実施した実施例の模式図、第４図
、第５図、第６図、第７図及び第８図はそれぞれ無声放
電式のレーザ発振器に本発明を実施した実施例の模式図
、第９図（ａ）　、　（ｂ）は従来のグロー放電式のレ
ーザ発振器を模式的に示した側面図及び正面図、第１０
図（ａ）　、（ｂ）は従来の無声放電式のレーザ発振器
を模式的に示した側面図及び正面図である。 図において、（１）は容器、（２〉はレーザ媒質ガス、
（３）、（２３）は陽極、（４）　、（４ａ）　、（４
ｂ）　、　（２４ａ）　。 （２４ｂ）　、　（２８）は陰極、（５）はバラスト抵
抗、（６〉。 （２５）は直流電源、（７）はグロー放電、（８）は熱
交換器、（１４）　、　（１４ａ）　、　（２７ａ）　
、　（２７ｂ）はダクト、（２０ａ）。 （２０ｂ）は電極、（２１）は交流電源、（２２）は無
声放電である。なお、図中同一符号は同−又は相当部分
を示すものとする。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　レーザ媒質ガスを満した容器内に対向して設け
   た陽極と陰極との間に直流電圧を印加して該陽極、陰極
   間にグロー放電を発生させ、前記レーザ媒質ガスを励起
   してレーザ光を発生させるレーザ発振器において、 前記陽極と陰極との間に直流電圧を印加し、この陽極、
   陰極間に発生するグロー放電によるイオン風によって前
   記グロー放電と同方向にレーザ媒質ガス流を発生させる
   直流電源を具備したことを特徴とするレーザ発振器。
2. （２）　レーザ媒質ガスを満した容器内に対向して設け
   た一対の電極間に交流電圧を印加して該電極間に無声放
   電を発生させ、前記レーザ媒質ガスを励起してレーザ光
   を発生させるレーザ発振器において、 前記電極に近接して配設された陽極及び陰極と、この陽
   極、陰極間に直流電圧を印加して前記電極間に発生する
   無声放電と前記陽極及び陰極との間に生じたイオン風に
   よって前記レーザ媒質ガスを循環させる直流電源とを具
   備したことを特徴とするレーザ発振器。