JPH02199883A - 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］ 本発明はガスレーザ装置の改良に関するものである。

［従来の技術］ 第２４図は従来のガスレーザ装置の（ａ）は正面断面図
、（ｂ）は側面断面図、第２５図はレーザ光の発生メカ
ニズムを示す断面図、第２６図はその電極部分の拡大断
面図である。図中１ａ１１ｂはアパーチャ、２は放電ギ
ャップ、３はレーザガス循環用ブロワ、４は熱交換器、
５は筐体、６はブッシング、７は例えばＩ　Ｍ　Ｈｚの
交流電源、８は全反射鏡、９はＺｎＳと等よりなる部分
反射鏡、１０はレーザガスの循環方向を示す矢印、１１
ａ。

１１ｂ１１１ｃはレーザ光、１２ａ、１２ｂは平板状電
極、１３はレーザ光路、１４ａ、１４ｂは誘電体、１５
ａ、１５ｂは金属電極である。

図に示すように、平板状電極１２ａ、１２ｂはそれぞれ
上下１対の誘電体１４ａ、１４ｂと金属電極１５ａ、１
５ｂとよりなり、電極間にブッシング６を介して交流電
源７により交流電圧を印加すると、放電ギャップ２にお
いて、誘電体によるキャパシティバラスト効果により、
アークに移ることなく極めて安定した放電を保持する無
声放電と称せられる放電が生成される。筐体５内には数
十Ｔｏｒｒ〜百数十Ｔ　ＯｒｒのＣＯ２、Ｃｏ、Ｎ２、
Ｈｅからなるレーザガスが封入されており、無声放電に
よりレーザガス中のＣＯ２分子が励起され、特定の振動
準位間に反転分布を生じる。この放電励起部の放電ギャ
ップ２を挾んで、全反射鏡８と適当な透過率を有する部
分反射鏡９とを対向して配置すると、部分反射鏡９から
レーザ光１１ａが取り出せるのである。

放電より発生する熱のために放電励起部のガス温度が高
くなると、上記反転分布の効率が悪くなる。この熱をレ
ーザガス流により運び去るために、ブロワ３により熱交
換器４を介してレーザガスを筐体５内で矢印１０方向に
循環させている。この放電ギャップ２内におけるガス流
速は、通常数十畠／ｓｅｃである。

なおレーザ光１１ａのモード選択は、放電ギャップ２の
両端に対向して配置されたアパーチャ１ａ、ｌｂによっ
て行われている。

［発明が解決し゛ようとする課題］ ところで上記のように構成された従来のガスレーザ装置
においては、誘電体の比誘導率が１０以上で大投入電力
可能なバイパルス放電の場合、レーザ光１１ａの外に第
１１図に示すようにレーザ光１１ｂ、ｌｉｅが発生する
ことが少なくない。

この原因を追及したところ、電極の表面形状が平板状で
あるため、その反射率が斜入射では実質的に大きくなり
、したがって平板状電極１２ａ１１２ｂと全反射鏡８及
び部分反射鏡９との間でレーザ光路１３に示すような一
種のリング型共振器が構成されることに起因する現象で
あることが確認された。このようなレーザ光１１ａ、ｌ
ｌｂ。

１１ｃをレンズで絞り込んだ場合、絞りが不十分で高品
質なビームが得られず、レーザ加工などに使用するには
不適切である点が問題となっている。

本発明は従来装置の上記間通点を解消するためになされ
たもので、レーザ光１１ｂ、ｌｉｅの発振を抑止し、放
電ギャップ２内で均一な放電を得ることにより、高品質
なビームを発生することの可能なガスレーザ装置を提供
しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明に係るガスレーザ装置
においては、次のような手段を講じた。

（１）筐体内に対向して平行に配置した一対の平板状電
極の対向内面の各表面に、凹凸部または無反射コーティ
ング部を備え、あるいは電極の対向する内面に遮光防壁
を設ける。

（２）筐体内に対向して平行に配置された一対の平板状
電極を、全反射鏡または部分反射鏡のいずれかの側に偏
らせて配置する。

（３）上記一対の平板状電極を光軸方向またはガス循環
方向に傾け、あるいは誘電体電極の形状を加工して、一
対の誘電体電極間の放電ギャップの長さが電極の各位置
により変化するようにした。

［作用］ 平板状電極の対向内面の各表面に、凹凸部や無反射コー
ティング部を備え、あるいは遮光防壁を設けることによ
り、平板状電極表面、全反射鏡及び部分反射鏡により構
成されるリング型共振器の発生が抑止される。

また平板状電極を、全反射鏡あるいは部分反射鏡のいず
れかの側へ偏らせて配置することにより、上記と同様リ
ング型共振器の発生が抑止される。

さらに電極を光軸方向またはガス循環方向に傾けあるい
は電極の形状を加工して、電極間の放電ギャップの長さ
を電極の各位置において変化させると、上記と同様に平
板状電極表面、全反射鏡及び部分反射鏡により構成され
るリング型共振器の発生が抑止される。

上記のようにリング型共振器の発生が抑止される結果、
サブビームの発生は押さえられ、高品質のビームが得ら
れることとなる。

［発明の実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す（ａ）は正面断面図、
（ｂ）は側面断面図、第２図はレーザ光発生のメカニズ
ムを示す断面図で、図中１〜１２ａ１ｂは従来装置と同
一または相当部品、２０は平板状電極の表面に形成され
た凹凸部である。このように構成されたガスレーザ装置
においては、動作は従来装置と同一であるが、従来装置
にあっては反射するはずのレーザ光１１ｂ及びｌｌｃは
、平板状電極１２ａ、１２ｂ表面の凹凸部２０により散
乱され、従来装置では平板状電極表面、全反射鏡及び部
分反射鏡により構成されていたリング型共振器が構成さ
れないこととなる。したがって本実施例のガスレーザ装
置から取り出されるのはレーザ光１１ａのみとなり、高
品質のビームを得ることができる。

なお本実施例において、誘電体のキャパシティブ・バラ
スト効果により電極表面凹凸部２０の放電安定性に与え
る影響は小さく、安定な放電が得られることが確認され
た。

またガスレーザ励起用に一般に用いられる金属電極によ
るＤＣグロー放電の場合、電極表面に凹凸部を形成する
ことにより、エツジ部を起点にアーク放電（レーザ励起
に向かわない電子エネルギの高い放電）に移行すること
が明らかとなった。

したがって電極表面に凹凸部２０を形成してリング型発
振を抑止できるのは、電極が誘電体である場合のみ得ら
れる効果である。

なお本実施例においては、凹凸部２０の形状は三角形状
であるが、方形状、円形状であっても同様な効果が得ら
れる。要するにレーザ光が′ｗｉ極表面で散乱すればよ
い。

第３図は本発明の他の実施例である電極表面に無反射コ
ーティングを施したガスレーザ装置の正面断面図で、２
１はその無反射コーティング部である。電極表面に上記
凹凸部を形成する代わりに、無反射コーティング２１を
施しても上記実施例と同様な効果が得られる。なお無反
射コーティング２１は、第３図に示すように電極表面全
面に施してもよく、第４図に示すように電極表面中央部
の一部であってもよい。

また第５図は本発明の他の実施例である電極の各対向内
面に１対の遮光防壁２２を設けたガスレーザ装置の正面
断面図である。遮光防ＩＵ２２は第５図に示すように中
央部１か所でもよく、第６図のように等間隔に複数対設
けてもよい。上記実施例と同様な効果を示すものである
。

第７図（ａ）　（ｂ）は本発明のさらに他の実施例を示
す断面図で、上記平板状電極１２　ａ　ｓ　ｂを全反射
鏡８の側へ偏らせて配置したものである。ガスレーザ装
置を上記のように構成することにより、第８図にみるよ
うにレーザ光１１ｂ、ｌｌｃはガスレーザ装置から取り
出せないこととなる。

なお平板状電極１２ａ、ｂは複数対配置してもよく、例
えば第９図は２対の平板状電極１２ａ１ｂ及び１２ｃ、
ｄを使用した例を示している。

またレーザ光の光軸を折り曲げて利用してもよく、例え
ば第１０図にみるように２回折り曲げても、第１１図に
示すように水平方向に折り曲げてもよい。

さらに第１２図は、本発明の他の実施例であるガスレー
ザ装置の（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図で、
図に示すように平板状電極１２　ａ　Ｓｂのうち上部の
電極１２ａを光軸方向に傾けて配置したものである。第
１３図に示すようにガス循環方向に傾けてもよく、下部
の電極１２ｂを傾けても、あるいは両方の電極を傾けて
もよい。

また第１４図はさらに他の実施例であるガスレーザ装置
の構成図、第１５図は同断面図で、２３Ｍ、２３ｂは特
殊形状に加工された誘電体電極である。図にみるように
、誘電体電極１５ａ、ｂのうち上部電極１５ａの形状を
ガス流方向にテーバをつけたものである。

上記のように電極を傾けあるいはテーパをつけて加工形
成した結果、電極ギャップの長さが光軸方向またはガス
循環方向で異なることになる。この結果誘電体電極で反
射されるレーザ光路が第１６図の矢印２４に示す方向を
とるため、従来装置にあっては平板状電極表面、全反射
鏡８及び部分反射鏡９により構成されるリング型共振器
が、本実施例にあっては構成されないことになる。した
がってレーザ光１１ｂ、ｌｌｃの発生が防止され、レー
ザ光１１ａのみが取り出されるので、高品質のビームが
得られることとなる。

なお上記電極を加工する場合、上部誘電体電極２３ｇに
テーバを形成しているが、下部誘電体電極２３ｂに加工
してもよく、第１７図にみるように上下の電極に加工し
てもよい。また加工形状もテーバに限るものでなく、第
１８図にみるように任意の曲率を有する形状でもよく、
それも上下いずれでも第１９図に示すように両方でもよ
い。

さらにガス流方向へ電極ギャップの長さを異ならしめる
だけでなく、第２０図（ａ）　（ｂ）あるいは第２１図
（ａ）　（ｂ）に示すように、電極２４　ａ　％ｂを光
軸方向に加工し、電極ギャップの長さを光軸方向に異な
らしめてもよい。要はＲ電体電極表面、全反射鏡及び部
分反射鏡によりリング型共振器を構成させないため、電
極間の放電ギャップの長さを変化させるように誘電体電
極を加工形成すればよい。

以上リング型共振器の発生を防止するための手段を、励
起媒質にＣＯ２混合レーザガスを用いるガスレーザ装置
について述べた。しかし本発明の対象はＣＯ２ガスレー
ザ装置に限定するものでなく、Ｃｏレーザ、エキシマレ
ーザ、Ｎ２レーザあるいはＡｒレーザなどのガス媒質に
ついても同様の効果が得られる。要するに励起媒質を放
電励起するガスレーザ装置に対しては同じ効果を奏する
のである。

また上記の実施例においては、共振器として安定型共振
器を用いて説明したが、安定型共振器に限定するもので
なく不安定型共振器を用いてもよい。

さらに本実施例は３軸直交型ガスレーザ装置に用いた例
であるが、例えば第２２図、第２３図に示す２軸直交型
ガスレーザ装置に用いても、同様な効果を示すものであ
る。なお図中３０は電極、４０ａＳｂは防壁である。

［発明の効果］ 本発明はガスレーザ装置において、 （１）筐体内に対向して平行に配置した一対の平板状電
極の対向内面の各表面に、凹凸部または無反射コーティ
ング部を備え、あるいは電極の対向する内面に遮光防壁
を設ける。

（２）上記一対の平板状電極を、全反射鏡または部分反
射鏡のいずれかの側に偏らせて配置する。

（３）上記一対の平板状電極を、光軸方向またはガス循
環方向に傾けるあるいは誘電体電極の形状を加工するな
どの方法を講じて、誘電体電極間の放電ギャップの長さ
を変化させる。

などの措置を行ったので、誘電体よりなる平板状電極表
面と全反射鏡及び部分反射鏡より構成されるリング型共
振器の発生を防止できることとなり、その結果高品質の
ビームが得られるという優れた効果を挙げることとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるガスレーザ装置の（ａ
）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図、第２図はレーザ
光発生のメカニズムを示す断面図、第３図、第４図は電
極内面に無反射コーティング部を備えた他の実施例の断
面図、第５図、第６図は電極内面に遮光防壁を設けた他
の実施例の断面図、第７図は平板状電極を全反射鏡の側
へ偏らせて配置した他の実施例の（ａ）は正面断面図、
（ｂ）は側面断面図、第８図は該実施例におけるレーザ
先発・生のメカニズムを示す断面図、第９図は２組の電
極を備えた他の°実施例の正面断面図、第１０図、ｍｌ
１図は光軸を折り曲げた他の実施例の断面図、第１２図
は電極を長手方向に傾けた他の実施例の（ａ）は正面断
面図、（ｋｌ）は側面断面図、第１３図は電極を横方向
に傾けた他の実施例の（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側
面断面図、第１４図は電極間の放電ギャップの長さを変
化させるため誘電体電極を加工形成した他の実施例の構
成図、第１５図は該実施例の側面断面図、第１６図は該
実施例のレーザ光の反射方向を示す説明図、第１７図、
第１８図、第１９図、第２０図（ａ）　（ｂ）、第２１
図（ａ）（ｂ）は上記誘電体電極を加工形成した他の実
施例の構成図及び断面図、第２２図、第２３図は２軸直
交型ガスレーザ装置の（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側
面断面図、第２４図は従来のガスレーザ装置の（ａ）は
正面断面図、（ｂ）は側面断面図、第２５図はレーザ光
発生のメカニズムを示す断面図、第２６図は電極部分の
拡大図である。 図中２は放電ギャップ、７は交流電源、８は全反射鏡、
９は部分反射鏡、ｌｌａ、ｂ、ｃはレーザ光、１２ａ、
ｂは電極、２０は凹凸部、２１は無反射コーティング部
、２２は遮光防壁、２３ａ。 ｂは誘電体、２４　ａ　ｓ　ｂは電極間の放電ギャップ
の長さを変化させるため加工形成された誘電体電極、２
５はレーザ光の反射方向を示す矢印である。 なお図中の同一符号は同一または相当部品を示すものと
する。 代理人　　弁理士　　佐々木宗治 第７図 （ｂｌ 第１２図 （ｂｌ 第１４図 房娼渇１ 第１３図 （ｂ） 第１６図 第１７図 第２０図 （ｂ） 第２１図 ｔｏ） 第２２図 （ａ） （ｂ） ￥２３図 １ａ） Ｔｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向して平行に配置された１対の平板状電極と、
   放電ギャップを挾んで対向して配置された全反射鏡及び
   部分反射鏡と、ガス循環手段とを備えてなるガスレーザ
   装置において、 上記１対の平板状電極の対向内面の各表面に凹凸部、無
   反射コーティング部あるいは遮光防壁を備えた ことを特徴とするガスレーザ装置。
2. （２）対向して平行に配置された１対の平板状電極と、
   放電ギャップを挾んで対向して配置された全反射鏡及び
   部分反射鏡と、ガス循環手段とを備えてなるガスレーザ
   装置において、 上記１対の平板状電極を、全反射鏡または部分反射鏡の
   いずれかの側に偏らせて配置した ことを特徴とするガスレーザ装置。
3. （３）対向して平行に配置された１対の平板状電極と、
   放電ギャップを挾んで対向して配置された全反射鏡及び
   部分反射鏡と、ガス循環手段とを備えてなるガスレーザ
   装置において、 上記１対の平板状電極間の放電ギャップの長さが電極表
   面の各位置により変化するように、上記平板状電極が形
   成されている ことを特徴とするガスレーザ装置。