JPH0141263B2 - - Google Patents
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- JPH0141263B2 JPH0141263B2 JP56075215A JP7521581A JPH0141263B2 JP H0141263 B2 JPH0141263 B2 JP H0141263B2 JP 56075215 A JP56075215 A JP 56075215A JP 7521581 A JP7521581 A JP 7521581A JP H0141263 B2 JPH0141263 B2 JP H0141263B2
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- Japan
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- gas
- gas supply
- discharge
- discharge tube
- tube
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- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
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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
-
- 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
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
-
- 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
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
- H01S3/073—Gas lasers comprising separate discharge sections in one cavity, e.g. hybrid lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は同軸型炭酸ガスレーザ発振器の構造に
関し、特に基本モードないしは基本モードに近い
モードで、安定した出力が得られる高性能、小型
の炭酸ガスレーザ発振器を提供するものである。
単一基本モードを提供するレーザを高性能化して
小型化することは、レーザを広く普及させるため
には不可欠であり、共振器の光軸と、放電方向す
なわち直流電界の印加方向、およびレーザガスの
流れる方向３軸が一致する、いわゆる同軸型レー
ザではレーザガスを高速で流す方法が基本的に
は、高性能化の手段として採用されている。
関し、特に基本モードないしは基本モードに近い
モードで、安定した出力が得られる高性能、小型
の炭酸ガスレーザ発振器を提供するものである。
単一基本モードを提供するレーザを高性能化して
小型化することは、レーザを広く普及させるため
には不可欠であり、共振器の光軸と、放電方向す
なわち直流電界の印加方向、およびレーザガスの
流れる方向３軸が一致する、いわゆる同軸型レー
ザではレーザガスを高速で流す方法が基本的に
は、高性能化の手段として採用されている。
しかし実際には単に、レーザガスを高速で放電
管内を流すだけでは高性能化は実現できず、高速
ガスの放電に伴う諸問題を技術的に解決すること
を、併せ行うことによつてはじめて、高性能化が
図られる。第１図に従来の同軸型炭酸ガスレーザ
発振器の構造例を示す。
管内を流すだけでは高性能化は実現できず、高速
ガスの放電に伴う諸問題を技術的に解決すること
を、併せ行うことによつてはじめて、高性能化が
図られる。第１図に従来の同軸型炭酸ガスレーザ
発振器の構造例を示す。
図において、ガス給入路１１から入つてきたレ
ーザガスは間隙１２から共振器内の放電領域１３
に入り、ピン状の陽極電極１４と円筒状陰極電極
１５間で放電を起しガス排出路１６から共振器外
へと出ていく。この構成では、ガス給入路１１と
間隙１２によつてガス流に乱流を発生させ放電の
安定化をはかつたものであるが、陽極電極１４は
ピン状であり、更に共振器外に存在するため、陽
極電極１４と陰極電極１５間の放電で、レーザー
発振に寄与しない無効な領域が存在する。すなわ
ち、この構成では、陽極電極１４がピン状である
ため、ガス流が光軸のまわりに対称に分布せず、
基本モードが得にくい欠点があつた。
ーザガスは間隙１２から共振器内の放電領域１３
に入り、ピン状の陽極電極１４と円筒状陰極電極
１５間で放電を起しガス排出路１６から共振器外
へと出ていく。この構成では、ガス給入路１１と
間隙１２によつてガス流に乱流を発生させ放電の
安定化をはかつたものであるが、陽極電極１４は
ピン状であり、更に共振器外に存在するため、陽
極電極１４と陰極電極１５間の放電で、レーザー
発振に寄与しない無効な領域が存在する。すなわ
ち、この構成では、陽極電極１４がピン状である
ため、ガス流が光軸のまわりに対称に分布せず、
基本モードが得にくい欠点があつた。
また陰極電極１５付近でレーザー管１７内いつ
ぱいに広がつていたグロー放電は、高速で循環す
るレーザガスによつて吹き飛ばされることとあい
まつて、ピン状の陽極電極１４に近づくにつれて
細くなつていき、第１図に点線で示したようにな
る。レーザー出力の増大化を図るには放電体積を
増やすということが一つの大きな要因となるので
あるが、ピン状の陽極電極１４を用いることによ
つて、レーザー管内に放電しない領域が生じ、そ
の分だけ出力の低下はまぬがれ得ないため高性化
には不十分であつた。
ぱいに広がつていたグロー放電は、高速で循環す
るレーザガスによつて吹き飛ばされることとあい
まつて、ピン状の陽極電極１４に近づくにつれて
細くなつていき、第１図に点線で示したようにな
る。レーザー出力の増大化を図るには放電体積を
増やすということが一つの大きな要因となるので
あるが、ピン状の陽極電極１４を用いることによ
つて、レーザー管内に放電しない領域が生じ、そ
の分だけ出力の低下はまぬがれ得ないため高性化
には不十分であつた。
さらにこの従来例では高速ガス流体のグロー放
電を安定化させるために乱流を作り放電管内に給
入する方法を用いているが、放電管径が太いため
に乱流は層流に変りやすく、乱流状態を維持し安
定したグロー放電を得るには送風装置として大型
のものが必要となり、その結果装置の小型化をは
ばんできた。
電を安定化させるために乱流を作り放電管内に給
入する方法を用いているが、放電管径が太いため
に乱流は層流に変りやすく、乱流状態を維持し安
定したグロー放電を得るには送風装置として大型
のものが必要となり、その結果装置の小型化をは
ばんできた。
本発明は上記欠点を解消するもので、放電管と
ガス給入路との間にガス給入室を設け、このガス
給入室内でレーザガスの乱流化をはかりさらにそ
の乱流ガスを断熱膨脹させて放電を安定化させ、
従来よりも径の細い放電管に導くように構成する
ことにより、基本単一モードで発振する炭酸ガス
レーザ発振器の高性能、小型化をはかつたもので
ある。
ガス給入路との間にガス給入室を設け、このガス
給入室内でレーザガスの乱流化をはかりさらにそ
の乱流ガスを断熱膨脹させて放電を安定化させ、
従来よりも径の細い放電管に導くように構成する
ことにより、基本単一モードで発振する炭酸ガス
レーザ発振器の高性能、小型化をはかつたもので
ある。
第２図は本発明の第１の実施例である同軸型炭
酸ガスレーザ発振器の共振器部の構成の概略を示
したものである。ガス給入管２１によつて導かれ
たレーザガスは、ガス給入管２１と一体構造をな
すガス給入室（内径l1）２３とガス流変換手段２
２（外径l2の中空管）の間隙を流れることにより
乱流化し、円筒状の陰極電極２４を通過したのち
ガス流断面積の広い領域を経て、内径l3の放電管
２７に入つてゆく。放電により熱くなつたレーザ
ガスはすみやかに陽極電極２５を通過してガス排
出路２６から放電管外に排出される。２８はミラ
ーである。第２図についてさらに詳細に説明す
る。
酸ガスレーザ発振器の共振器部の構成の概略を示
したものである。ガス給入管２１によつて導かれ
たレーザガスは、ガス給入管２１と一体構造をな
すガス給入室（内径l1）２３とガス流変換手段２
２（外径l2の中空管）の間隙を流れることにより
乱流化し、円筒状の陰極電極２４を通過したのち
ガス流断面積の広い領域を経て、内径l3の放電管
２７に入つてゆく。放電により熱くなつたレーザ
ガスはすみやかに陽極電極２５を通過してガス排
出路２６から放電管外に排出される。２８はミラ
ーである。第２図についてさらに詳細に説明す
る。
ガス給入室２３を内径l1＝26mmの金属管で構成
し、ガス流変換手段２２を外径l2＝20mmのガラス
管とし、放電管２７を内径l3＝12.6mm、長さ50cm
のガラス管として、Ｔ EMooモードの出力
170Wを得た。このときの出力の時間的変化のグ
ラフを第３図に示す。本実施例は、放電管２７の
内径をガス流変換手段２２の外径より小さく、即
ちl2＞l3とすることによつて、ガス給入室２３で
生じた乱流をガス放電管２７内でもその効果を維
持し、大きな送風装置を用いずに安定した高出力
が得られたものである。
し、ガス流変換手段２２を外径l2＝20mmのガラス
管とし、放電管２７を内径l3＝12.6mm、長さ50cm
のガラス管として、Ｔ EMooモードの出力
170Wを得た。このときの出力の時間的変化のグ
ラフを第３図に示す。本実施例は、放電管２７の
内径をガス流変換手段２２の外径より小さく、即
ちl2＞l3とすることによつて、ガス給入室２３で
生じた乱流をガス放電管２７内でもその効果を維
持し、大きな送風装置を用いずに安定した高出力
が得られたものである。
なおこの場合においても図から明らかな様に、
まだ放電の完全な安定化をはかることができず、
レーザ出力の時間変化をみると、間欠的に出力の
低下が見られる。出力低下は、ほぼ１分間ほど持
続する。
まだ放電の完全な安定化をはかることができず、
レーザ出力の時間変化をみると、間欠的に出力の
低下が見られる。出力低下は、ほぼ１分間ほど持
続する。
本実施例ではこのスパイク状の出力の低下を取
り除くために以下に示すような改良を行つた。す
なわち、ガス給入室２３を内径l1＝26mmの金属管
とし、ガス流変換手段２２を外径l2＝22mmのガラ
ス管とし、放電管２７を内径l3＝15.6mm、長さ50
cmのガラス管としてTFM10モードを含むTEM00
主体モードの出力230Wを得た。このときのレー
ザ出力の時間変化を第４図に示す。この時の出力
安定度は±１％であり、従来に比べて５倍程度の
向上がみられる。
り除くために以下に示すような改良を行つた。す
なわち、ガス給入室２３を内径l1＝26mmの金属管
とし、ガス流変換手段２２を外径l2＝22mmのガラ
ス管とし、放電管２７を内径l3＝15.6mm、長さ50
cmのガラス管としてTFM10モードを含むTEM00
主体モードの出力230Wを得た。このときのレー
ザ出力の時間変化を第４図に示す。この時の出力
安定度は±１％であり、従来に比べて５倍程度の
向上がみられる。
本実施例ではガス流変換手段２２の外径l2と、
放電管２７の内径l3とについてl2＞l3に選び、か
つガス給入室２３とガス流変換手段２２で作る間
隙の断面積π／４・（l2 1−l2 2）が放電管２７断面積
π／４・l2 3より小さくなるように、即ち、 √（1−2）（1＋2）＜l3＜l2 のようにl3を選ぶことによつて、高性能化と放電
安定化を同時に実現したことを示している。また
本実施例の場合、電極２４，２５を円筒状電極と
しているので、第２図に示すように一様な放電が
生じ、モードも基本単一化できるという利点があ
る。
放電管２７の内径l3とについてl2＞l3に選び、か
つガス給入室２３とガス流変換手段２２で作る間
隙の断面積π／４・（l2 1−l2 2）が放電管２７断面積
π／４・l2 3より小さくなるように、即ち、 √（1−2）（1＋2）＜l3＜l2 のようにl3を選ぶことによつて、高性能化と放電
安定化を同時に実現したことを示している。また
本実施例の場合、電極２４，２５を円筒状電極と
しているので、第２図に示すように一様な放電が
生じ、モードも基本単一化できるという利点があ
る。
放電を不安定にさせる原因として、放電を担う
分子の温度上昇が考えられている。本実施例の場
合には、レーザガスは、N2、He、CO2の混合ガ
スであり、本実施例の陰極２４の近傍では、給入
された新鮮ガスのうちN2、Heが放電の主担体と
なつているであろう。経験によれば、高速で流れ
るガス流の放電安定性は、上流に置かれた電極の
近傍での放電の状態に大きく左右される。
分子の温度上昇が考えられている。本実施例の場
合には、レーザガスは、N2、He、CO2の混合ガ
スであり、本実施例の陰極２４の近傍では、給入
された新鮮ガスのうちN2、Heが放電の主担体と
なつているであろう。経験によれば、高速で流れ
るガス流の放電安定性は、上流に置かれた電極の
近傍での放電の状態に大きく左右される。
本実施例では、陰極２４の近傍での放電を安定
させる、即ち、励起されたN2、He分子を冷却す
ることが、放電の安定につながるのであり、実施
例のl1，l2，l3の選択条件下では、高速流体に一
種の断熱膨脹による冷却作用が生じていることを
示している。
させる、即ち、励起されたN2、He分子を冷却す
ることが、放電の安定につながるのであり、実施
例のl1，l2，l3の選択条件下では、高速流体に一
種の断熱膨脹による冷却作用が生じていることを
示している。
第２図の実施例では、ガス排出路２６を共通と
して中央に設け、両端にガス給入室２３を配置し
ているが、ガス給入室２３を共通として中央に設
け、両端にガス排出路２６を配置してもよい。こ
の例を第５図に示す。第２図と同じ部位には同じ
番号を付し、細かな説明は省略するが、本実施例
の場合、レーザガスは中央部に設けられたガス給
入室２３に、ガス給入路２１より供給され、ガス
流変換手段２２により乱流化されたレーザガスは
左右両方向に分岐され、それぞれ断熱膨脹を受け
たのちに放電管２７へ導かれ、ガス排出路２６よ
り排出される。この場合通常電極２４を陽極と
し、電極２５を陰極に選ぶ。一方放電はガス流方
向に流れやすいので本実施例の構成の場合、陽極
である電極２４とガス排出路２６に接続された送
風装置（図示せず）との間で異常放電がおこるこ
とがなく、電気絶縁が容易である利点を有する。
して中央に設け、両端にガス給入室２３を配置し
ているが、ガス給入室２３を共通として中央に設
け、両端にガス排出路２６を配置してもよい。こ
の例を第５図に示す。第２図と同じ部位には同じ
番号を付し、細かな説明は省略するが、本実施例
の場合、レーザガスは中央部に設けられたガス給
入室２３に、ガス給入路２１より供給され、ガス
流変換手段２２により乱流化されたレーザガスは
左右両方向に分岐され、それぞれ断熱膨脹を受け
たのちに放電管２７へ導かれ、ガス排出路２６よ
り排出される。この場合通常電極２４を陽極と
し、電極２５を陰極に選ぶ。一方放電はガス流方
向に流れやすいので本実施例の構成の場合、陽極
である電極２４とガス排出路２６に接続された送
風装置（図示せず）との間で異常放電がおこるこ
とがなく、電気絶縁が容易である利点を有する。
また本実施例では放電管２７の周辺に冷却手段
２９を設けた場合を示してある。冷却手段２９と
しても種々のものが考えられるが、好ましくは油
による冷却が考えられる。この冷却手段２９は必
らずしも必要ではないが、かかる手段を設けた方
がよりよい結果がえられる。第２図に示す実施例
の場合にも冷却手段を設けても良いことを断つて
おく。
２９を設けた場合を示してある。冷却手段２９と
しても種々のものが考えられるが、好ましくは油
による冷却が考えられる。この冷却手段２９は必
らずしも必要ではないが、かかる手段を設けた方
がよりよい結果がえられる。第２図に示す実施例
の場合にも冷却手段を設けても良いことを断つて
おく。
上記実施例については左右対称の構造の場合に
ついて示したが、本発明はこれに限定されること
なく左右対称でない構造についても全く同じ考え
方が適用される。またいずれか片側だけでも十分
に機能する。また、電極２４をガス給入室２３の
内壁と別体のように図示してあるが、ガス給入室
２３を金属で作製して、電極２４の機能を付加さ
せてもよい。
ついて示したが、本発明はこれに限定されること
なく左右対称でない構造についても全く同じ考え
方が適用される。またいずれか片側だけでも十分
に機能する。また、電極２４をガス給入室２３の
内壁と別体のように図示してあるが、ガス給入室
２３を金属で作製して、電極２４の機能を付加さ
せてもよい。
さらに電極の極性についても、実施例と正反対
の配置でもよいし、放電管、ガス給入室、ガス流
変換手段の断面形状についても任意に選択できる
ことは明らかである。
の配置でもよいし、放電管、ガス給入室、ガス流
変換手段の断面形状についても任意に選択できる
ことは明らかである。
以上述べてきたように本発明はガス給入路と放
電管との間にガス給入室を設け、このガス給入室
によりレーザガスを乱流化しさらに断熱膨脹を行
わしめることによりガスの冷却をはかつたもので
基本モードで安定した放電を示す高性能、小型レ
ーザ発振器が得られる利点を有する。
電管との間にガス給入室を設け、このガス給入室
によりレーザガスを乱流化しさらに断熱膨脹を行
わしめることによりガスの冷却をはかつたもので
基本モードで安定した放電を示す高性能、小型レ
ーザ発振器が得られる利点を有する。
第１図は従来の同軸型炭酸ガスレーザ発振器の
構成図、第２図は本発明に係る同軸型炭酸ガスレ
ーザ発振器の構成図、第３図及び第４図は本発明
に係るレーザ発振器の出力安定特性を示す図、第
５図は本発明に係る同軸型炭酸ガスレーザ発振器
の第２の実施例を示す図である。 １１，２１……ガス給入路、１４，１５，２
４，２５……電極、１７，２７……放電管、１
６，２６……ガス排出路、２２……ガス流変換手
段、２３……ガス給入室、２８……ミラー、２９
……冷却手段。
構成図、第２図は本発明に係る同軸型炭酸ガスレ
ーザ発振器の構成図、第３図及び第４図は本発明
に係るレーザ発振器の出力安定特性を示す図、第
５図は本発明に係る同軸型炭酸ガスレーザ発振器
の第２の実施例を示す図である。 １１，２１……ガス給入路、１４，１５，２
４，２５……電極、１７，２７……放電管、１
６，２６……ガス排出路、２２……ガス流変換手
段、２３……ガス給入室、２８……ミラー、２９
……冷却手段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 管軸が光軸とほぼ一致するように配置された
放電管と、この放電管の一端に設けられたガス給
入路と、前記放電管の他端に設けられたガス排出
路と、前記放電管の両端近傍にそれぞれ設けられ
た円筒状の電極と、前記放電管と前記ガス給入路
間に接続されたガス給入室とを具備し、このガス
給入室内にガス給入路から給入されたレーザガス
流を放電管の方向に変換させる中空管が放電管と
同軸に設けられており、この中空管の外壁と、ガ
ス給入室の内壁とで構成される間隙を通過したレ
ーザガスが前記間隙の断面積よりも大きなガス流
断面積を有する空間を経て、前記放電管に流入さ
れるごとく構成されており、前記放電管の内部断
面積が、中空管の外部断面積より小さくかつ前記
間隙の断面積より大きいことを特徴とする同軸型
炭酸ガスレーザ発振器。 ２ 両端部に第１および第２のガス給入室、中央
部に共通のガス排出路を配し、第１のガス給入室
とガス排出路間および第２のガス給入路とガス排
出路間の各々に放電管が配された特許請求の範囲
第１項記載の同軸型炭酸ガスレーザ発振器。 ３ 両端部に第１および第２のガス排出路、中央
部に共通のガス給入室を配し、第１のガス排出路
とガス給入室間および第２のガス排出路とガス給
入室間の各々に放電管が配された特許請求の範囲
第１項記載の同軸型炭酸ガスレーザ発振器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56075215A JPS57188892A (en) | 1981-05-18 | 1981-05-18 | Coaxial carbon dioxide laser oscillator |
| US06/379,505 US4470144A (en) | 1981-05-18 | 1982-05-18 | Coaxial-type carbon dioxide gas laser oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56075215A JPS57188892A (en) | 1981-05-18 | 1981-05-18 | Coaxial carbon dioxide laser oscillator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57188892A JPS57188892A (en) | 1982-11-19 |
| JPH0141263B2 true JPH0141263B2 (ja) | 1989-09-04 |
Family
ID=13569759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56075215A Granted JPS57188892A (en) | 1981-05-18 | 1981-05-18 | Coaxial carbon dioxide laser oscillator |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4470144A (ja) |
| JP (1) | JPS57188892A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS57188892A (en) | 1982-11-19 |
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