JPH01293680A - ガスレーザ装置 - 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〕 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。

〔従来の技術〕

第２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。

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。第２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。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術によるガスレーザ装置には装置構成の簡素性な
らびに保全性゛の良さ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ガス流量を増大させなければならな
いが、第２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
風機への負担が実用レベ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点
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、重量が大きく、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するガスレーザ装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

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、 前記放電管が放電領域を含む中央部と、前記中央部に平
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、 前記中央部に少なくとも共振器内の光路を設けた構造の
板をガス流に平行位置に設置した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
の長所を取り入れ、さらに中央部に板をガス流に平行位
置に設置して、放電部のコンダクタンスを小さくしてい
る。

〔作用〕

共振器内部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損を低下させ、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３Ｋ
Ｗ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。

さらに中央部に板をガス流に平行位置に設置して、放電
部のコンダクタンスを小さくして中央部のコンダクタン
スを小として、ガス流が放電部を−様にながれるように
する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第】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２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
くびれた中央部１５の他に両脇に中央部に比較して十分
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。画電極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。

中央部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
金属膜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。

第１図（ａ）ではレーザ共振器は単軸で示しているが放
電部で、多段折り返し構造にしてもよい。

そのほうが高出力化に適しているし、一方向のガス流下
でもＴＥＭＯＯモードが実現しやすい。

本発明で重要なことは第１図（ｂ）に示す様に（ｆ）放
電部でのガス流を共振器光軸に直交にすること。

（ｉｉ　）ガス流を放電部の一部だけでなく全域に及ば
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（同一の側から行わせれば良い、しかし、この時
放電部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１６．１
７の共振器軸方向の流れのコンダクタンスが放電部の共
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。

このコンダクタンスの条件を満足するためには淀み部１
６．１７の直径を大きくすればよい。

本発明の主旨は中央部に設置した絶縁板２０．２１．２
２．２３の構造である。これらの板は出来れば放電領域
における放電に影響しないように絶縁体で作られている
ことが望ましい。そして共振器の光路に相当する所では
第１図（ａ）、第１図（ｂ）に示すように孔２４．２５
．２６．２７が設けられているか、あるいは光路上に板
が存在しないでレーザ発振を妨害しないように構成され
ている。板２０．２１．２２．２３の設置方向は光軸と
直交方向であってガス流に平行である。

この板の機能は下記の通りである。

第一に中央部壁板の保護である。実際の出力３ＫＷのＣ
ｏｔレーザの場合の例として、中央部の壁の第１図（ａ
）に示す幅Ｗは２６０ｍｍ程度である。一方、この壁は
誘電率と高周波損失から石英を選んでいるが壁厚ｔは放
電負荷特性から決まり、１．５ｍｍ程度である。これか
ら真空圧力によって補強板がない時には壁板が歪んでし
まうことが理解できる。第１図（ｂ）には仮数は４枚で
あるがこれは必要に応じた枚数にすることは言うまでも
ない。

第二はガス流の方向づけである。本発明ではガス流が共
振器軸に直交方向を取ることが望まれるがこれらの板は
ガスがこの方向を取るための案内板になる。

第三は特に第１図（ａ）に示した様に板上にＴＥＭ００
モードを得るための最適のアパーチャとして動作する孔
が開けられている時の共振器モード純化機能である。高
出力レーザではアパーチャは局在しているよりも図に示
した様に分布設置しである方が回折の影響が少なく理想
的であってＴＥＭ００モードが得られやすい。

板２０等の材質は放電管１と同じ石英を使用することも
できるが、セラミックあるいはＦＲＰ（ファイバー強化
プラスチック）等でもよい。

尚、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十ｍ／ｓ
ｅｃ程度のものである。

〔発明の効果〕

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ブロワが使用で
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。

さらに、中央部に板を設けたので、中央部を補強し、ガ
ス流が共振器に直交する方向になり、レーザ光のアパチ
ャーとしても作用し、レーザ出力の高出力化とモードの
改善に寄与する。

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、保守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。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の放電管の共振器光軸から見た断
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−−−−−
−−−−・全反射鏡４．５−−−−−−−−−−−−−
−一電極６・−−−−−−−−−−・−高周波電源７．
８−・−・・−・〜・−・熱交換器９−−−−−−−−
−−−−二送風機 １０−　・−−−−−−−−−−・ガスボンベ１１−・
−−−−−一−−一一二−ドルバルブ１２−−−−−・
−・−・−・真空ポンプ１３−−−−−−−−−−−−
−−一共振器内レーザビーム１４−・−・−〜−−−−
−−共振器外レーザビーム１５・−・−−−−−・−・
−・−中央部１６．１７−・−−−一−−−−−−・淀
み部１８．１９−・−・−一−−−−ガス出入り口２０
〜２３−・−・−・−絶縁板 ２４〜２７−・−−−−−・−・−孔 特許出願人　ファナック株式会社 代理人　　　弁理士　　服部毅巖 甘 第１図（ｂ） 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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、 前記放電管が放電領域を含む中央部と、前記中央部に平
   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、 前記中央部に少なくとも共振器内の光路を設けた構造の
   板をガス流に平行位置に設置したことを特徴とするガス
   レーザ装置。
2. （２）前記光路はアパチャーとして動作するように構成
   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。
3. （３）前記板は石英であ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。
4. （４）前記板はセラミックであ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。（５）前記板
   はＦＲＰ（ファイバ強化プラスチック）であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。