JPH0225267B2 - - Google Patents
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- JPH0225267B2 JPH0225267B2 JP3537480A JP3537480A JPH0225267B2 JP H0225267 B2 JPH0225267 B2 JP H0225267B2 JP 3537480 A JP3537480 A JP 3537480A JP 3537480 A JP3537480 A JP 3537480A JP H0225267 B2 JPH0225267 B2 JP H0225267B2
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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
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
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- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は不安定共振器形レーザの放電励起方
法の改良に関するものである。
法の改良に関するものである。
まず従来の不安定共振器形レーザの構造を、不
安定共振器形直流放電式CO2レーザを例にとつて
説明する。第１図はその構成原理図、第２図はそ
の−断面拡大図である。
安定共振器形直流放電式CO2レーザを例にとつて
説明する。第１図はその構成原理図、第２図はそ
の−断面拡大図である。
図において１は電極ピン、２は安定化抵抗、３
は絶縁基板、４は直流電源、５は放電空間でｄは
その放電空隙長、６は共振定在波でその拡がり角
はθ、中央における外径はD2である。ここで共
振定在波６の拡がり角θとは、波動的効果（回
析）を無視した共振器条件によつて決定される幾
何的な拡がり角を指す。７は金属板電極、８はガ
スガイド板、９はガス流で、ガス（CO2−N2−
He混合気体）が数10ｍ／ｓの高速で流れている。
１０は曲率R2の反射鏡、１１は曲率R1、直径D1
の反射鏡、１２は透過窓、１３は容器、１４はレ
ーザビームで、本明細書中及び図面では便宜上共
振定在波６は共振器内の部分のレーザビームを指
すものとし、レーザビーム１４とは共振器外の部
分のレーザビームを指すものとして以下に説明す
る。１５は集光用の凹面鏡、１６はレーザビーム
の焦点である。電極ピン１はそれぞれに安定化抵
抗２を接続したものが光軸方向に多数並列に配置
されている。反射鏡１０，１１の間隔はＬで （１−Ｌ／R1）（１−Ｌ／R2）＜０または＞１ （凹面の場合R1、R2の符号は正とし、凸面の場
合は負にとる）の関係が成立し、反射鏡１０，１
１により不安定共振器が構成されている。
は絶縁基板、４は直流電源、５は放電空間でｄは
その放電空隙長、６は共振定在波でその拡がり角
はθ、中央における外径はD2である。ここで共
振定在波６の拡がり角θとは、波動的効果（回
析）を無視した共振器条件によつて決定される幾
何的な拡がり角を指す。７は金属板電極、８はガ
スガイド板、９はガス流で、ガス（CO2−N2−
He混合気体）が数10ｍ／ｓの高速で流れている。
１０は曲率R2の反射鏡、１１は曲率R1、直径D1
の反射鏡、１２は透過窓、１３は容器、１４はレ
ーザビームで、本明細書中及び図面では便宜上共
振定在波６は共振器内の部分のレーザビームを指
すものとし、レーザビーム１４とは共振器外の部
分のレーザビームを指すものとして以下に説明す
る。１５は集光用の凹面鏡、１６はレーザビーム
の焦点である。電極ピン１はそれぞれに安定化抵
抗２を接続したものが光軸方向に多数並列に配置
されている。反射鏡１０，１１の間隔はＬで （１−Ｌ／R1）（１−Ｌ／R2）＜０または＞１ （凹面の場合R1、R2の符号は正とし、凸面の場
合は負にとる）の関係が成立し、反射鏡１０，１
１により不安定共振器が構成されている。
次に動作について説明する。直流電源４から数
KVの負電圧が電極ピン１に印加されると直流グ
ロー放電より成る放電空間５が形成され、ガスを
レーザの上位準位へ励起する。放電空間５の形は
第１図、第２図に示されているように三角錘に近
く、ガス流９によつて下流側に引き伸されてい
る。共振定在波６の位置は、放電空間５の下流側
に設置して最大出力のレーザビーム１４が得られ
るように構成されている。共振定在波６の中央に
おける外径D2と拡がり角θは、R1＝−9.9ｍ（凸
面）、R2＝27ｍ（凹面）、D1＝25ｍ、Ｌ＝1.8ｍの
ときD2＝36.5mm、θ＝0.15゜である（反射鏡１０に
おける外径34mm、反射鏡１１における外径39mm）。
ここで反射鏡１１におけるビームの外径は反射鏡
１０における外径に比べて５mm大きくなるように
曲率Ｒ１，Ｒ２が定められたのは、レーザビーム
を出力する透過窓１２の光学的歪を低減し、集光
性のよいビームとして使用することを目的とした
ものである。D2は放電空隙長ｄより10mm程度小
さくなるように光学定数（R1、R2、D1、Ｌ）を
決める。これは電極ピン１近傍のガス温度は局部
的に非常な高温（200〜300℃）であり、その近く
ではガスによる共振定在波６の自己吸収が大きく
なり、結果としてレーザビーム１４の焦点１６に
おける収束性が不良になるためである。
KVの負電圧が電極ピン１に印加されると直流グ
ロー放電より成る放電空間５が形成され、ガスを
レーザの上位準位へ励起する。放電空間５の形は
第１図、第２図に示されているように三角錘に近
く、ガス流９によつて下流側に引き伸されてい
る。共振定在波６の位置は、放電空間５の下流側
に設置して最大出力のレーザビーム１４が得られ
るように構成されている。共振定在波６の中央に
おける外径D2と拡がり角θは、R1＝−9.9ｍ（凸
面）、R2＝27ｍ（凹面）、D1＝25ｍ、Ｌ＝1.8ｍの
ときD2＝36.5mm、θ＝0.15゜である（反射鏡１０に
おける外径34mm、反射鏡１１における外径39mm）。
ここで反射鏡１１におけるビームの外径は反射鏡
１０における外径に比べて５mm大きくなるように
曲率Ｒ１，Ｒ２が定められたのは、レーザビーム
を出力する透過窓１２の光学的歪を低減し、集光
性のよいビームとして使用することを目的とした
ものである。D2は放電空隙長ｄより10mm程度小
さくなるように光学定数（R1、R2、D1、Ｌ）を
決める。これは電極ピン１近傍のガス温度は局部
的に非常な高温（200〜300℃）であり、その近く
ではガスによる共振定在波６の自己吸収が大きく
なり、結果としてレーザビーム１４の焦点１６に
おける収束性が不良になるためである。
従来の不安定共振器形レーザは以上のように構
成されており、次ぎの２つの欠点があつた。
成されており、次ぎの２つの欠点があつた。
(イ) 共振定在波６の外径D2を放電空隙長ｄに近
づけられない、すなわち放電空間５で励起され
た分子のエネルギーを有効にとり出すことがで
きず発振エネルギー効率が悪い。
づけられない、すなわち放電空間５で励起され
た分子のエネルギーを有効にとり出すことがで
きず発振エネルギー効率が悪い。
(ロ) 放電空隙長ｄの場所的な不均一が一部の電極
ピン１における局部的なグロー放電からアーク
放電への転移を誘発し、放電が不安定である。
ピン１における局部的なグロー放電からアーク
放電への転移を誘発し、放電が不安定である。
この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するために成されたもので、放電励起方法を
直流グロー放電から、誘電体を介した交流放電即
ち無声放電にかえるとともに、電極の設定間隔と
角度を最適化することにより大出力レーザビーム
を効率よく安定に取り出せる不安定共振器形レー
ザを提供することを目的としている。
除去するために成されたもので、放電励起方法を
直流グロー放電から、誘電体を介した交流放電即
ち無声放電にかえるとともに、電極の設定間隔と
角度を最適化することにより大出力レーザビーム
を効率よく安定に取り出せる不安定共振器形レー
ザを提供することを目的としている。
以下この発明の一実施例を第３図〜第４図につ
いて説明する。図において２０は交流電源、２
１，２２は電極で誘電体２３によつてそれぞれ放
電面が被覆され、当該電極内に形成された通水路
２４内を脱イオン冷却水２５を流すことによつて
冷却し誘電体２３の熱的破壊を防ぐよう構成され
ている。また不安定共振器の光学定数で決定され
る共振定在波６の中央における外径D2と拡がり
角θに対し、電極２１，２２の中央における放電
空隙長ｄはD2にほゞ等しいか、またはそれより
少し大きい値に、２つの電極２１，２２の成す角
は拡がり角θにほぼ等しく配置されている。即ち
反射鏡１０，１１側における放電空隙長ｄの値は
それぞれ34mm、39mmに近い値、またはそれより数
mm大きい値に設定されている。
いて説明する。図において２０は交流電源、２
１，２２は電極で誘電体２３によつてそれぞれ放
電面が被覆され、当該電極内に形成された通水路
２４内を脱イオン冷却水２５を流すことによつて
冷却し誘電体２３の熱的破壊を防ぐよう構成され
ている。また不安定共振器の光学定数で決定され
る共振定在波６の中央における外径D2と拡がり
角θに対し、電極２１，２２の中央における放電
空隙長ｄはD2にほゞ等しいか、またはそれより
少し大きい値に、２つの電極２１，２２の成す角
は拡がり角θにほぼ等しく配置されている。即ち
反射鏡１０，１１側における放電空隙長ｄの値は
それぞれ34mm、39mmに近い値、またはそれより数
mm大きい値に設定されている。
このように構成された装置において、交流電源
２０から数10KHz、数KVの交流高電圧が電極２
１に印加されると電極２３との間に無声放電が生
じ放電空間５が形成される。従来装置の直流グロ
ー放電に比べてこの無声放電はレーザ励起のエネ
ルギー効率は大体同じであるが、放電の安定性、
放電空間５の均一性ははるかに優れている。これ
は無声放電が誘電体２３を介して生じる放電であ
る故に、偶発的な局部放電集中が生じてもそれは
誘電体２３表面の局部的電荷の蓄積すなわち逆電
界の発生を伴い、自動的に上記局部放電集中が阻
止されることによる。この無声放電の安定性を利
用して電極２１，２２に広がり角度を設け、放電
空隙長ｄが場所的に異なる様に配置し得た。従来
装置では放電空隙長ｄを不均一に設定することは
放電の安定性の面から極めて困難であつた。また
放電空隙長ｄをD2に近づけても、無声放電空間
５には局所的高温部分が存在しない（発明者らの
発見した事実）ので、レーザビーム１４の焦点１
６における収束性は良い。また放電空隙を共振定
在波６がほとんど余すところなくカバーしている
から放電空間５で励起された分子は無駄なく発振
に利用され、発振エネルギー効率が向上した。
２０から数10KHz、数KVの交流高電圧が電極２
１に印加されると電極２３との間に無声放電が生
じ放電空間５が形成される。従来装置の直流グロ
ー放電に比べてこの無声放電はレーザ励起のエネ
ルギー効率は大体同じであるが、放電の安定性、
放電空間５の均一性ははるかに優れている。これ
は無声放電が誘電体２３を介して生じる放電であ
る故に、偶発的な局部放電集中が生じてもそれは
誘電体２３表面の局部的電荷の蓄積すなわち逆電
界の発生を伴い、自動的に上記局部放電集中が阻
止されることによる。この無声放電の安定性を利
用して電極２１，２２に広がり角度を設け、放電
空隙長ｄが場所的に異なる様に配置し得た。従来
装置では放電空隙長ｄを不均一に設定することは
放電の安定性の面から極めて困難であつた。また
放電空隙長ｄをD2に近づけても、無声放電空間
５には局所的高温部分が存在しない（発明者らの
発見した事実）ので、レーザビーム１４の焦点１
６における収束性は良い。また放電空隙を共振定
在波６がほとんど余すところなくカバーしている
から放電空間５で励起された分子は無駄なく発振
に利用され、発振エネルギー効率が向上した。
なお、上記実施例では電極２１，２２をいずれ
も放電面が誘電体２３で被覆された構造とした
が、片方の電極は必らずしも誘電体２３で被覆す
る必要はない。
も放電面が誘電体２３で被覆された構造とした
が、片方の電極は必らずしも誘電体２３で被覆す
る必要はない。
電極２１，２２の間隔は共振器の構成に応じて
より拡がりを大きく設定できることも当然であ
る。
より拡がりを大きく設定できることも当然であ
る。
またレーザの種類としてはCO2レーザに限ら
ず、CO、Ar、Ee−Neなどすべての連続発振式
の気体レーザにこの発明は効果を発揮する。
ず、CO、Ar、Ee−Neなどすべての連続発振式
の気体レーザにこの発明は効果を発揮する。
また、ガス流９の方向は光軸と直交しなくとも
良く、これと斜交、または平行に流れるいずれの
場合にもこの発明は効果がある。
良く、これと斜交、または平行に流れるいずれの
場合にもこの発明は効果がある。
以上のようにこの発明は、２個の反射鏡で構成
される不安定共振器と、この共振器の光軸方向に
延在しかつ当該光軸を挟んで相対向する電極と、
この両電極間で放電を生成させて当該放電空間内
を流れるガスをレーザ励起するように構成された
ものにおいて、上記両電極のうち少なくとも一方
の電極の電極面を覆う誘電体と、当該電極を冷却
する手段と、当該両電極間に高周波高電圧を印加
する交流電源とを有し、上記不安定共振器はレー
ザビームの共振定圧波の外径が出力側に向けて拡
大されるように構成され、上記両電極の間隔はレ
ーザビームの共振定在波の外径が拡がりに対応し
て拡大されるように構成したので、レーザビーム
の共振定在波の外径が出力側に向けて拡大しても
放電空間には局所的高温部分が存在せず、レーザ
ビームの焦点における収束性が良くなる、共振定
在波の外径を放電空隙長に近ずけることができ、
もつて発振エネルギーが向上する、放電空隙長の
場所的な不均一が存在せず、放電が安定に取り出
せる、等の優れた効果が得られる。
される不安定共振器と、この共振器の光軸方向に
延在しかつ当該光軸を挟んで相対向する電極と、
この両電極間で放電を生成させて当該放電空間内
を流れるガスをレーザ励起するように構成された
ものにおいて、上記両電極のうち少なくとも一方
の電極の電極面を覆う誘電体と、当該電極を冷却
する手段と、当該両電極間に高周波高電圧を印加
する交流電源とを有し、上記不安定共振器はレー
ザビームの共振定圧波の外径が出力側に向けて拡
大されるように構成され、上記両電極の間隔はレ
ーザビームの共振定在波の外径が拡がりに対応し
て拡大されるように構成したので、レーザビーム
の共振定在波の外径が出力側に向けて拡大しても
放電空間には局所的高温部分が存在せず、レーザ
ビームの焦点における収束性が良くなる、共振定
在波の外径を放電空隙長に近ずけることができ、
もつて発振エネルギーが向上する、放電空隙長の
場所的な不均一が存在せず、放電が安定に取り出
せる、等の優れた効果が得られる。
第１図は従来の不安定共振器形レーザの構成を
示す縦断面図、第２図はその−線よりみた断
面図、第３図はこの発明の一実施例の構成を示す
縦断面図、第４図はその−線よりみた断面図
である。 図において、５は放電空間、６は共振定在波、
７は金属板電極、９はガス流、１０，１１は反射
鏡、１２は透過窓、１４はレーザビーム、１５は
凹面鏡、１６は焦点、２０は交流電源、２１，２
２は電極、２３は誘電体、２４は通水路、２５は
冷却水である。なお図中同一符号はそれぞれ同一
または相当部分を示す。
示す縦断面図、第２図はその−線よりみた断
面図、第３図はこの発明の一実施例の構成を示す
縦断面図、第４図はその−線よりみた断面図
である。 図において、５は放電空間、６は共振定在波、
７は金属板電極、９はガス流、１０，１１は反射
鏡、１２は透過窓、１４はレーザビーム、１５は
凹面鏡、１６は焦点、２０は交流電源、２１，２
２は電極、２３は誘電体、２４は通水路、２５は
冷却水である。なお図中同一符号はそれぞれ同一
または相当部分を示す。
Claims (1)
- １ ２個の反射鏡で構成される不安定共振器と、
この共振器の光軸方向に延在しかつ当該光軸を挟
んで相対向する電極と、この両電極間で放電を生
成させて当該放電空間内を流れるガスをレーザ励
起するように構成されたものにおいて、上記両電
極のうち少なくとも一方の電極の電極面を覆う誘
電体と、当該電極を冷却する手段と、当該両電極
間に高周波高電圧を印加する交流電源とを有し、
上記不安定共振器はレーザビームの共振定在波の
外径が出力側に向けて拡大されるように構成さ
れ、上記両電極の間隔はレーザビームの共振定在
波の外径の拡がりに対応して拡大されるように構
成されていることを特徴とするガスレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3537480A JPS56131984A (en) | 1980-03-19 | 1980-03-19 | Gas laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3537480A JPS56131984A (en) | 1980-03-19 | 1980-03-19 | Gas laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56131984A JPS56131984A (en) | 1981-10-15 |
| JPH0225267B2 true JPH0225267B2 (ja) | 1990-06-01 |
Family
ID=12440119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3537480A Granted JPS56131984A (en) | 1980-03-19 | 1980-03-19 | Gas laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56131984A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07501721A (ja) * | 1991-09-28 | 1995-02-23 | ダンロップ・リミテッド | ゴルフクラブヘッド |
-
1980
- 1980-03-19 JP JP3537480A patent/JPS56131984A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07501721A (ja) * | 1991-09-28 | 1995-02-23 | ダンロップ・リミテッド | ゴルフクラブヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56131984A (en) | 1981-10-15 |
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