JPH01291474A - ガスレーザ装置 - Google Patents
ガスレーザ装置Info
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- JPH01291474A JPH01291474A JP12257388A JP12257388A JPH01291474A JP H01291474 A JPH01291474 A JP H01291474A JP 12257388 A JP12257388 A JP 12257388A JP 12257388 A JP12257388 A JP 12257388A JP H01291474 A JPH01291474 A JP H01291474A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
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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。
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〕
本発明は加工用ＣＯ□レーザなどの高出力のガスレーザ
装置の構成に関する。更に詳細にはガスレーザのガス流
と共振器の改良に関する。
装置の構成に関する。更に詳細にはガスレーザのガス流
と共振器の改良に関する。
第３図に従来の高出力ガスレーザ並びにガスレーザ装置
用放電管の原理図を示す。放電管１は石英などの誘電体
の円筒管からなりその外壁上には金属膜の電極４．５が
対向してメタライズなどによって付けられており、電極
間には高周波電源６から高周波電圧が印加される。放電
管１の両端には良く光学調整された出力結合鏡２と全反
射鏡３が設けられている。放電管内のレーザガスが高周
波放電によって励起されると、これらの光学部品で構成
される共振器内外にはそれぞれレーザビーム１３．１４
が発生する。
用放電管の原理図を示す。放電管１は石英などの誘電体
の円筒管からなりその外壁上には金属膜の電極４．５が
対向してメタライズなどによって付けられており、電極
間には高周波電源６から高周波電圧が印加される。放電
管１の両端には良く光学調整された出力結合鏡２と全反
射鏡３が設けられている。放電管内のレーザガスが高周
波放電によって励起されると、これらの光学部品で構成
される共振器内外にはそれぞれレーザビーム１３．１４
が発生する。
ところが放電管発生熱によってレーザガスが加熱される
とレーザ発振利得はＴを絶対温度としてＴの（−３／２
）乗に比例して低下する。ルーツブロワ９ならびに熱交
換器７．８はその事態に対処するための放電管内のレー
ザガスの冷却が目的である。レーザガスはルーツブロワ
９の働きで矢印に示すガス流を作り放電管内から流出し
熱交換器８によって発生熱を除去される。さらに熱交換
器７によってブロワでの圧縮熱を除去してから再度放電
管１に流入する。
とレーザ発振利得はＴを絶対温度としてＴの（−３／２
）乗に比例して低下する。ルーツブロワ９ならびに熱交
換器７．８はその事態に対処するための放電管内のレー
ザガスの冷却が目的である。レーザガスはルーツブロワ
９の働きで矢印に示すガス流を作り放電管内から流出し
熱交換器８によって発生熱を除去される。さらに熱交換
器７によってブロワでの圧縮熱を除去してから再度放電
管１に流入する。
第３図にはさらに装置の排気用真空ポンプ１２及びガス
ボンベ１〇ニードルバルブ１１などが示されているがこ
れらの働きは周知であるので省略する。
ボンベ１〇ニードルバルブ１１などが示されているがこ
れらの働きは周知であるので省略する。
従来技術によるガスレーザ装置には装置構成の面素性な
らびに保全性などの長所があるが出力３ＫＷ以上の高出
力化が困難である。
らびに保全性などの長所があるが出力３ＫＷ以上の高出
力化が困難である。
高出力化のためには第一に共振器を多重折り返し型にし
て注入電力の絶対値を増大させねばならない。その際ガ
ス温度の上昇を防止する必要があり、ガス流量を増大さ
せなければならないが、第３図に示した従来技術による
軸流型レーザでこれを行おうとすると放電管１における
同軸ガス流に対するコンダクタンスは低いので圧力損失
が増大してしまい送風機９への負担が実用レヘル以上の
ものになってしまう。
て注入電力の絶対値を増大させねばならない。その際ガ
ス温度の上昇を防止する必要があり、ガス流量を増大さ
せなければならないが、第３図に示した従来技術による
軸流型レーザでこれを行おうとすると放電管１における
同軸ガス流に対するコンダクタンスは低いので圧力損失
が増大してしまい送風機９への負担が実用レヘル以上の
ものになってしまう。
また、放電管１内のガス流路が長いのでガスの放電管内
停留時間が長くガス冷却効果が十分でないという問題が
あり、特に高出力領域でこれは顕著になる。
停留時間が長くガス冷却効果が十分でないという問題が
あり、特に高出力領域でこれは顕著になる。
これらの問題を解決し、高出力化するために従来直交型
ガスレーザがあったが、直交型ガスレーザでは送風機、
熱交換器等を真空チャンバー内に設ける必要があるので
、装置形寸法、重量が太き（、保全性が悪い。
ガスレーザがあったが、直交型ガスレーザでは送風機、
熱交換器等を真空チャンバー内に設ける必要があるので
、装置形寸法、重量が太き（、保全性が悪い。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、軸
流型と直交型の長所を有し、かつ多重反射光路を有する
ガスレーザ装置を提供することを目的とする。
流型と直交型の長所を有し、かつ多重反射光路を有する
ガスレーザ装置を提供することを目的とする。
本発明では上記の課題を解決するために、レーザ励起を
行う放電管、レーザ共振を行う共振器、該放電管内のレ
ーザガスを強制送風させる送風装置、レーザガスを冷却
する熱交換器を含むガスレーザ装置において、 少なくとも該放電管と該送風装置及び該熱交換器との間
を内部にレーザガスが流れるパイプによって接続し、 前記放電管が放電部と、前記放電部に平行位置関係に連
結したガスの出入りを行う淀み部とからなり、 前記放電部のコンダクタンスは前記淀み部のコンダクタ
ンスに対して小とし、 前記共振器が一個の放電領域中の多重反射光路から構成
される多重反射共振器であることを特徴とするガスレー
ザ装置が、 提供される。
行う放電管、レーザ共振を行う共振器、該放電管内のレ
ーザガスを強制送風させる送風装置、レーザガスを冷却
する熱交換器を含むガスレーザ装置において、 少なくとも該放電管と該送風装置及び該熱交換器との間
を内部にレーザガスが流れるパイプによって接続し、 前記放電管が放電部と、前記放電部に平行位置関係に連
結したガスの出入りを行う淀み部とからなり、 前記放電部のコンダクタンスは前記淀み部のコンダクタ
ンスに対して小とし、 前記共振器が一個の放電領域中の多重反射光路から構成
される多重反射共振器であることを特徴とするガスレー
ザ装置が、 提供される。
すなわち、放電管外の構成は軸流型とし、放電管内のガ
ス流のみを直交型のものと同一にして、軸流型と直流型
の長所をとりいれ、さらに放電領域内におけるレーザ光
路が多重折り返しである多重折り返し型共振器を構成し
て出力増大をはかっている。
ス流のみを直交型のものと同一にして、軸流型と直流型
の長所をとりいれ、さらに放電領域内におけるレーザ光
路が多重折り返しである多重折り返し型共振器を構成し
て出力増大をはかっている。
共振器内のガス流は共振器光軸に直交する方向にして流
れの断面積を増大させガス圧…を低下させ、かつ停留時
間を短縮してガスの冷却効果を高め、レーザ出力３ＫＷ
以上の領域でも使用可能にする。
れの断面積を増大させガス圧…を低下させ、かつ停留時
間を短縮してガスの冷却効果を高め、レーザ出力３ＫＷ
以上の領域でも使用可能にする。
また、放電管外でのガス流は従来の軸流型レーザ同様真
空パイプ内を流れるようにして軸流型レーザの長所を残
している。
空パイプ内を流れるようにして軸流型レーザの長所を残
している。
さらに、同一放電領域内に多重光路の折り返し型共振器
を構成させてレーザ出力の増大をはかつている。
を構成させてレーザ出力の増大をはかつている。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図（ａ）及び（ｂ）に本発明の放電管部分の一実施
例を示す。第１図（ａ）には共振器光軸から見た断面図
を、第１図（ｂ）には共振器光軸に平行な断面図を示す
。放電管以外の部分は第３図に示すような従来技術の軸
流型レーザ構成を用いる。
例を示す。第１図（ａ）には共振器光軸から見た断面図
を、第１図（ｂ）には共振器光軸に平行な断面図を示す
。放電管以外の部分は第３図に示すような従来技術の軸
流型レーザ構成を用いる。
第１図（ａ）の断面図に示すようにこの放電管は中央の
くびれだ放電部１５の他に両脇に放電部に比較して十分
に断面積の大きな淀み部１６．１７をともなっている。
くびれだ放電部１５の他に両脇に放電部に比較して十分
に断面積の大きな淀み部１６．１７をともなっている。
淀み部１６．１７内のＡ及びＢで示す符号はガス流が紙
面に垂直に手前から、奥へ流れることを示している。電
極４．５は放電部の外側に対向する金属膜としてメタラ
イズなどによって設けられる０両電掻４．５間に高周波
電圧を印加するのは従来技術と同様である。共振器は出
力結合鏡２と全反射鏡３から構成されるがその位置は放
電領域のやや下流に設定して最大利得に対応させる。
面に垂直に手前から、奥へ流れることを示している。電
極４．５は放電部の外側に対向する金属膜としてメタラ
イズなどによって設けられる０両電掻４．５間に高周波
電圧を印加するのは従来技術と同様である。共振器は出
力結合鏡２と全反射鏡３から構成されるがその位置は放
電領域のやや下流に設定して最大利得に対応させる。
放電部１５ならびに淀み部１６．１７は同一の誘電体材
による一体構造が望ましいが、淀み部１６．１７のみは
金属性パイプなどを使用してもよく、両者の接合には周
知技術である気密性接合を用いればよい、それにはガラ
ス−金属溶着、セラミックー金属溶着やパツキン接合な
どがあり、高出力レーザの場合はパツキン接合が望まし
い。
による一体構造が望ましいが、淀み部１６．１７のみは
金属性パイプなどを使用してもよく、両者の接合には周
知技術である気密性接合を用いればよい、それにはガラ
ス−金属溶着、セラミックー金属溶着やパツキン接合な
どがあり、高出力レーザの場合はパツキン接合が望まし
い。
本発明で重要なことは第１図（ｂ）に示す様に（ｉ）放
電部１５でのガス流を共振器光軸に直交にすること。
電部１５でのガス流を共振器光軸に直交にすること。
（ｉｉ ）ガス流を放電部１５の一部だけでなく全域に
及ばせることである。
及ばせることである。
ガス流を共振器光軸に直行させるだけのためには淀み部
１６．１７でのガスの出入り口を第１図（ｂ）のように
ではなく同一の側から行わせれば良い。しかし、この時
放電部１５のガス流がガス出入り口に近い領域だけに局
在してしまうおそれがある。その時は放電部１５の前後
で生じるガス圧損が淀み部１６．１７では管軸方向に生
じることになる。従ってこの様な事態の防止のためには
淀み部１６．１７の共振器軸方向の流れのコンダクタン
スが放電部１５の共振器軸に直交方向のコンダクタンス
に比較して十分に大きければよい。
１６．１７でのガスの出入り口を第１図（ｂ）のように
ではなく同一の側から行わせれば良い。しかし、この時
放電部１５のガス流がガス出入り口に近い領域だけに局
在してしまうおそれがある。その時は放電部１５の前後
で生じるガス圧損が淀み部１６．１７では管軸方向に生
じることになる。従ってこの様な事態の防止のためには
淀み部１６．１７の共振器軸方向の流れのコンダクタン
スが放電部１５の共振器軸に直交方向のコンダクタンス
に比較して十分に大きければよい。
第１図（ｂ）に示す様に淀み部ガスの出入り口が逆方向
にある時には、ガス流を放電部の一部だけでなく全域に
及ばせることは、少なくとも上記のコンダクタンスの条
件が満足されているならば実現しやすい。
にある時には、ガス流を放電部の一部だけでなく全域に
及ばせることは、少なくとも上記のコンダクタンスの条
件が満足されているならば実現しやすい。
しかし、ガス流が完全な直交流でなく斜流である可能性
はある。これも前記のコンダクタンスの条件によって防
止することができる。いずれにしても圧損の増加防止、
停留時間の短縮を本発明が目的とするかぎり多少の斜流
は差し支えない。
はある。これも前記のコンダクタンスの条件によって防
止することができる。いずれにしても圧損の増加防止、
停留時間の短縮を本発明が目的とするかぎり多少の斜流
は差し支えない。
なお、ここで言う淀み部１６．１７は放電部に比較して
流速が小さいことを強調しての表現であって決してその
内部におけるガスが停留しているものではないことを強
調したい、淀み部といえども内部のガス流速は数１０ｍ
／ｓｅｃ程度のものである。
流速が小さいことを強調しての表現であって決してその
内部におけるガスが停留しているものではないことを強
調したい、淀み部といえども内部のガス流速は数１０ｍ
／ｓｅｃ程度のものである。
本発明ではさらに同一の放電領域内で多重光路をとる多
重折り返し型共振器を採用してレーザ出力の増大をはか
っている。
重折り返し型共振器を採用してレーザ出力の増大をはか
っている。
第２図（ａ）に禾すのは平行の４本の光路が一列に並ん
でいる場合を示す。これに対応した共振器の鏡保持機構
は周知技術の範晴に入るのでここでの説明は省略する。
でいる場合を示す。これに対応した共振器の鏡保持機構
は周知技術の範晴に入るのでここでの説明は省略する。
この構成では電極４．５間の距離が小さいので、放電維
持電圧を低い値におさえるとかできる。又レーザ出力ビ
ームの直線偏光特性も保証されるという長所がある。一
方ガス流路が長くなる。
持電圧を低い値におさえるとかできる。又レーザ出力ビ
ームの直線偏光特性も保証されるという長所がある。一
方ガス流路が長くなる。
第２図（ｂ）に示すのは４本の平行光路が２×２のマト
リックスに配列されている例を示す。この場合の長所と
短所は前記のものと相補の関係にあり、放電維持電圧は
高（なるが、ガス流は短くなる。高周波励起の場合には
周波数と電極間距離を適性に選び、例えばガス流の高さ
４０ｍｍに対して、高周波電源６の周波数を２ＭＨｚと
すれば、電子捕捉現象が発生して放電維持電圧が上昇せ
ずレーザ発振効率が約２倍上昇するというメリットも生
ずる。
リックスに配列されている例を示す。この場合の長所と
短所は前記のものと相補の関係にあり、放電維持電圧は
高（なるが、ガス流は短くなる。高周波励起の場合には
周波数と電極間距離を適性に選び、例えばガス流の高さ
４０ｍｍに対して、高周波電源６の周波数を２ＭＨｚと
すれば、電子捕捉現象が発生して放電維持電圧が上昇せ
ずレーザ発振効率が約２倍上昇するというメリットも生
ずる。
この構成では上下と左右の反射において発生しやすい直
線偏光の方向が異なる。しかし両者は反射回数に差があ
るので回数が多く選ばれた方向の直線偏光が得られるこ
とになる。
線偏光の方向が異なる。しかし両者は反射回数に差があ
るので回数が多く選ばれた方向の直線偏光が得られるこ
とになる。
これらの他にもｖ字型の折り返し共振器を採用してもよ
い。その場合多少直線偏光特性が得られずらいので、こ
れを他の方法で解決する必要がある。
い。その場合多少直線偏光特性が得られずらいので、こ
れを他の方法で解決する必要がある。
上記の説明では、多重反射光路は４本として説明したが
、勿論このような数は単なる例を示すものであり、上記
に説明したように、放電維持電圧、ガス流のコンダクタ
ンス、光学部品の直径、レーザ出力等を考慮して、選択
することができる。
、勿論このような数は単なる例を示すものであり、上記
に説明したように、放電維持電圧、ガス流のコンダクタ
ンス、光学部品の直径、レーザ出力等を考慮して、選択
することができる。
以上説明したように本発明では、共振器内部は光軸とガ
ス流を直交させる構造としたので、ガス停留時間が短く
なり、３ＫＷ以上の出力領域でも使用でき、圧損が低い
のでガス送風器への負担が少なく一般のプロワが使用で
きる。
ス流を直交させる構造としたので、ガス停留時間が短く
なり、３ＫＷ以上の出力領域でも使用でき、圧損が低い
のでガス送風器への負担が少なく一般のプロワが使用で
きる。
また、放電管外は真空パイプによるガス流であるので重
量、大型、高価格の真空チャンバーを必要とせず、かつ
部品の保全性もよい。
量、大型、高価格の真空チャンバーを必要とせず、かつ
部品の保全性もよい。
さらに、光軸を多重反射光路としたので、より高出力化
が可能になる。
が可能になる。
従って、従来の軸流型ガスレーザでは困難とされた３Ｋ
Ｗ以上の高出力のガスレーザにも、形状及び重量を大き
くせず、保全性を低下させることなく、適用することが
できる。勿論３ＫＷ以下のガスレーザにも適用できる。
Ｗ以上の高出力のガスレーザにも、形状及び重量を大き
くせず、保全性を低下させることなく、適用することが
できる。勿論３ＫＷ以下のガスレーザにも適用できる。
すなわち、同一の型式で広範囲の°出力可能なガスレー
ザを構成することができる。
ザを構成することができる。
第１図（ａ）は本発明の放電管の共振器光軸がら見た断
面図、 第１図（ｂ）は本発明の放電管の共振器光軸に平行な断
面図、 第２図（ａ）は反射光路をガス流の方向に並列に配置し
た共振器部の断面図、 第２図（ｂ）は反射光路をガス流の方向にマトリックス
状に配置した共振器部の断面図、第３図は従来技術であ
る軸流型レーザの構成例を示す図である。 １−・・・−・・−一−−−放電管 ２−・−一−−−−−−−−−出力結合鏡３−一−−−
・・−−−−一・・−全反射鏡４．５−・−・・−・−
・−・−電極 ６−ｍ−−−・・−・−・−高周波電源７．８−・・・
−・−・−・−熱交換器９・・〜−−−−−・−・・・
−送風機１０−・−・−・−ガスボンベ １１−−−−−−−−−−−−−−−ニードルバルブ１
２−・−−−一−−・−−−−一真空ポンプ１３・・・
−・・−・−・・−・共振器内レーザビーム１４・・−
・−・−・−・−共振器外レーザビーム１５−−−−−
−−−−−・−放電部 １６．１７・・・−・・−−−−−・・−淀み部１８．
１９−・・−・・−・・−・−ガス出入り口２０〜２７
−−−−−−・−・−共振器断面円光路特許出願人 フ
ァナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第１図（Ｇ） 介 第１図（ｂ） 第２図（０） 第２図（ｂ）
面図、 第１図（ｂ）は本発明の放電管の共振器光軸に平行な断
面図、 第２図（ａ）は反射光路をガス流の方向に並列に配置し
た共振器部の断面図、 第２図（ｂ）は反射光路をガス流の方向にマトリックス
状に配置した共振器部の断面図、第３図は従来技術であ
る軸流型レーザの構成例を示す図である。 １−・・・−・・−一−−−放電管 ２−・−一−−−−−−−−−出力結合鏡３−一−−−
・・−−−−一・・−全反射鏡４．５−・−・・−・−
・−・−電極 ６−ｍ−−−・・−・−・−高周波電源７．８−・・・
−・−・−・−熱交換器９・・〜−−−−−・−・・・
−送風機１０−・−・−・−ガスボンベ １１−−−−−−−−−−−−−−−ニードルバルブ１
２−・−−−一−−・−−−−一真空ポンプ１３・・・
−・・−・−・・−・共振器内レーザビーム１４・・−
・−・−・−・−共振器外レーザビーム１５−−−−−
−−−−−・−放電部 １６．１７・・・−・・−−−−−・・−淀み部１８．
１９−・・−・・−・・−・−ガス出入り口２０〜２７
−−−−−−・−・−共振器断面円光路特許出願人 フ
ァナック株式会社 代理人 弁理士 服部毅巖 第１図（Ｇ） 介 第１図（ｂ） 第２図（０） 第２図（ｂ）
Claims (5)
- （１）レーザ励起を行う放電管、レーザ共振を行う共振
器、該放電管内のレーザガスを強制送風させる送風装置
、レーザガスを冷却する熱交換器を含むガスレーザ装置
において、 少なくとも該放電管と該送風装置及び該熱交換器との間
を内部にレーザガスが流れるパイプによって接続し、 前記放電管が放電部と、前記放電部に平行位置関係に連
結したガスの出入りを行う淀み部とからなり、 前記放電部のコンダクタンスは前記淀み部のコンダクタ
ンスに対して小とし、 前記共振器が一個の放電領域中の多重反射光路から構成
される多重反射共振器であることを特徴とするガスレー
ザ装置。 - （２）前記多重反射光路は放電領域の下流に設けられて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス
レーザ装置。 - （３）前記多重反射光路は前記ガス流に対して並列に配
置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガ
スレーザ装置。 - （４）前記多重反射光路はガス流に対して、マトリック
ス状に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のガスレーザ装置。 - （５）前記多重反射光路はＶ字型に配置したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12257388A JPH01291474A (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | ガスレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12257388A JPH01291474A (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | ガスレーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01291474A true JPH01291474A (ja) | 1989-11-24 |
Family
ID=14839249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12257388A Pending JPH01291474A (ja) | 1988-05-19 | 1988-05-19 | ガスレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01291474A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004048841A1 (en) * | 2002-11-23 | 2004-06-10 | University Of Durham | Conduit traversing vehicle |
-
1988
- 1988-05-19 JP JP12257388A patent/JPH01291474A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004048841A1 (en) * | 2002-11-23 | 2004-06-10 | University Of Durham | Conduit traversing vehicle |
| GB2410781A (en) * | 2002-11-23 | 2005-08-10 | Univ Durham | Conduit traversing vehicle |
| GB2410781B (en) * | 2002-11-23 | 2006-05-03 | Univ Durham | Conduit traversing vehicle |
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