JPH03163888A - 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〕 この発明は、レーザ媒質ガス中に混入する水分等の湿気
を除去することが可能なガスレーザ装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 第４図および第５図は従来のガスレーザ装置の構成図で
あり、それぞれ正面断面図と側面断面図を示している。

各図において、（１）は気密容器、（２ａ）及び（２ｂ
】は気密容器（１）内にそれぞれ対向配置された放電電
極、（３）は放電電極（２ａ）　，　（２ｂ）に接続さ
れ、気密容器（１）の外部に配設された高電圧電源、（
４）は放電電極（２ａ）　．　（２ｂ）間に発生した放
電、（５）及び（６）は気密容器（１）に取り付けられ
た部分反射鏡と全反射鏡、（７）はレーザビーム、（８
）は微小な孔が無数に形成され、例えばモレキュラシー
ブス等の乾燥剤を内部に収納する乾燥器で、気密容器（
ｌｌ内に取り付けられている。（９）はレーザ媒質ガス
を冷却する熱交換器、（ｌＯ）はレーザ媒質ガスを高速
で循環するブロア、（１１）及び（ｌ２）は放電電極（
ｚａ）　．　（２１））から熱交換器（９）までのレー
ザ媒質ガスの流路を構成するガスガイド板である。

なお、上記気密容器（１）内部には、レーザ媒質？スと
してＣＯ■、ＣＯ、Ｎ２，　Ｈ．等の混合ガスが満たさ
れている。

次に動作について説明する。

放電電極ｆ２ａ）　，　（２ｂ）に高電圧電源（３）に
より高電圧を印加すると、放電電極（２ａ）　，　（２
ｂ）間に均一なグロー状の放電（４）が発生する。この
放電によリレーザ媒質ガスが励起され、部分反射鏡（５
）及び全反射鏡（６）で構成される光共振器で発振が生
じ、発振光の一部がレーザビーム（７）として部分反射
鏡（５）から外に取り出される。

このとき、放電（４）によってレーザ媒質ガスが加熱さ
れるが、加熱されたレーザ媒質ガスはブロア（ｌＯ）で
加速され、ガスガイド板（ｉｌｌ．　（１２）で構成さ
れる流路により熱交換器（９）に導かれて冷却される。

そして、冷却されたレーザ媒質ガスはブロア（ＩＯ）に
より再び放電（４）部分に導かれ、気密容器（１）内を
循環する。

ところで、レーザ発振時であっても、気密容器（１）内
には、高圧電線給電部、熱交換器（９）、放電電極（２
ａ）　．　（２ｂ）の冷却水供給部、レーザ媒質ガス供
給部等の気密容器（１）内部及び外部の各種真空シール
部を通じ、外気から微量ではあるがＨ２０分子が侵入し
、レーザ媒質ガス中に混入することになる。

また、部分反射鏡（５）や全反射鏡（６）の清掃、交換
等のメンテナンス作業時においては、気密容器（１）が
大気中に開放状態になるため、このときにＨ２０分子が
侵入して気密容器（１）内の各種構成物表面に付着する
ことになる。

レーザ媒質ガスに混入したＨ２０分子が増加すると放電
（４）が乱れ、均一なグロー放電から局部的に集中した
アーク状の放電になるため、レーザ励起効率が低下し、
この結果、レーザ出力が低下することは知られている。

そこで、七記のようなＨ２０分子によるレーザ出力の低
下を防止するために、例えばモレキュラシーブス等の乾
燥剤を気密容器（１）に入れ、この乾燥剤によってＨ２
０分子を吸収するような対策が施されているのである。

なお、乾燥剤は、Ｈ２０分子をある程度吸収すると吸収
能力が低下するために、定期的に交換されていろ。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のガスレーザ装置は以上のように構成されているの
で、足期的に乾燥剤を交換しなければならず、これに伴
うメンテナンスコストの高騰を招く。また、乾燥剤の微
小な粒子が、乾燥器（８）の微小な孔から排出して部分
反射鏡（５）や全反射鏡（６）に付着すると、レーザ光
によって鏡表面に焼き付くために、部分反射鏡（５）や
全反射鏡（６）の寿命が短くなるなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、乾燥剤の定期的な交換を不要にするとともに、
光学部品の長寿命化を図ることが可能なガスレーザ装置
を得ることを目的としでいる。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るガスレーザ装置は、レーザ媒質ガスを封
入する気密容器と、この気密容器に設けられ、固体電解
質膜を介して対向配置された一対の多孔性電極から成る
除湿素子と、多孔性電極間に電圧を印加する電源とを備
えたものである。

また、七記気密容器内の検出湿度と気密容器内の設定湿
度とを比較し、この比較結果に応じて上記電源を制御す
るように制御手段を設けたものである。

［作用］ この発明においては、除湿素子により気密容器内の［２
０分子が吸収され、気密容器の外に排出される。

また、制御手段により気密容器内が所定の湿度になるよ
うに、除湿素子の能力が調整される。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明によるガスレーザ装置の構成を示す正面断
面図であり、従来のガスレーザ装置と同一部分には同一
符号を付して、その詳しい説明は省略する。

図において、（ｌ３）は除湿素子であり、対向配置され
た一対の多孔性電極（１４ａ）　．　（１４ｂ）と、こ
の両者間に設けられた固体電解質膜（ｌ５）とから構成
されている。そして、一方の多孔性電極（１４ａ）が気
密容器（１）の内側、他方の多孔性電極（１４ｂ）が気
密容器（１）の外側になるように気密容器（１）に設け
られている。（１６）は除湿素子（Ｉ３）の多孔性電極
（１４ａ）　．　（１４ｂ）に直流電圧を供給する直流
電源である。

次に、この発明の動作について説明するが、レーザビー
ム（７）の出力に至るまでは従来と同様であるので説明
を省略し、ここでは、除湿素子（ｌ３）による気密容器
（１）内の除湿動作を説明する。

除湿素子（ｌ３）の気密容器（ｌ）内側の多孔性電極（
１４ａ）が、プラスの極性となるように一対の多孔性電
極（１４ａ）　，　（１４ｂ）に直流電圧を印加すると
、気密容器（１）内の｝１２０分子が気密容器（１）内
側の多孔性電極（１４ａ）に吸収されて０２分子を放出
する。

同時に、気密容器（１）外側の多孔性電極（１４ｂ）か
らはＨ２０分子が放出されて０２分子が吸収される。

以上が、除湿素子（ｌ３）の基本的な除湿動作の原理で
あるが、つぎに、その詳細を第２図を用いて（７） 説明する。

図に示すように、除湿素子（ｌ３）は、水素イオンＨ＋
を選択的に透過させる固体電解質膜（１５）と、この固
体電解質膜（１５）の両面に、例えば金属メッキ等で構
成した多孔性電極（１４ａ）　．　（１４ｂ）とで構成
されている。

この構成において、多孔性電極（１４ａ）　．　（１４
ｂ）間に３〜５■の直流電圧を印加すると、プラス側の
多孔性電極（１４ａ）部でＨ２０分子が酸素０２と水素
イオンＨ＋に分解される。そして、分解された酸素０２
はレーザ媒質ガス中に放出されるが、一方の水素イオン
Ｈ′は電流の流れに沿って固体電解質膜（ｌ５）内を移
動し、マイナス側の多孔性電極（１４ｂ）部で酸素０２
と再び結合してＨ２０分子を生成し、外部に放出される
。

このような除湿素子（ｌ３）の動作原理によって、第１
図に示す気密容器（１１内のＨ２０分子が気密容器（１
）外へ排出されることになるので、従来装置の乾燥剤と
同様に、気密容器（１）内の湿度を低くすることができ
るのである。

（８） ？お、除湿素子（ｌ３）は材質的な劣化がほとんどない
ために定期的な交換は不要であり、また、除湿素子（ｌ
３）が分解してレーザ媒質中に混入し、部分反射鏡（５
）や全反射鏡（６）の表面に付着することもないので、
上記のような光学部品の寿命を長くすることができる。

さらに、除湿素子（ｌ３）は上記のほかに次のような効
果を生ずる。

気密容器（１）内の多孔性電極（１４ａ）では、Ｈ．０
分子を吸収すると同時に酸素０２をレーザ媒質ガス中に
放出することは前述のとおりである。

レーザ媒質ガス中のＣＯ■分子は、放電（４）によりＣ
Ｏと０２に解離反応（Ｃ０２→ＣＯ＋’／２０■）によ
って分解され、これによってＣＯ■の濃度が減少ずるた
めにレーザ出力が徐々に低下して行くことは周知である
が、この場合、除湿素子（ｌ３）によって酸素０２が供
給されるので、００２分子の解離反応が抑制され、レー
ザ出力の低下を防止することができる。

したがって、安定したレーザ出力が得られるとともに、
長期間レーザ媒質ガスを使用することが可能になるので
ある。

ところで、上記実施例では、除湿素子（ｌ３）に印加す
る電圧が一定であるために、除湿能力は変化することな
く常に一定である。しかし、気密容器（１）内の湿度は
、気密容器（１）に侵入するＩ｛２０分子の侵入量によ
って変化することになるので、この湿度の変化によって
レーザ励起効率が微妙に変化するため，高精度，高安定
なレーザ出力を得ることができなくなるという欠点が生
じてくる。

そこで、これらの欠点を解消するものとして第３図に示
す方法がある。第３図は、前述の実施例の装置に気密容
器（ｌｊ内の湿度を制御する手段を付加した構成図であ
り、図において、（ｌ８）は気密容器（１）内の湿度を
測定する湿度測定手段（ｌ７）により検出された湿度が
所定値になるように、直流電源（ｌ６）の電圧を制御し
て除湿素子（ｌ３）の除湿能力を調整する制御手段、（
ｌ９）は所定の湿度を設定する湿度設定指令である。

この構成においては、気密容器ｍ内の湿度は湿度測定手
段（１７）によって測定される。そして、測定された湿
度は、予め湿度設定指令（Ｉ９）に設定された気密容器
，（１）内の所定湿度と比較され、その比較結果に応じ
て、除湿素子（ｌ３）の除湿能力を調整すべく制御手段
（ｌ８）が直流電源に４８号を出力することになる。

これによって、気密容器（１）内の湿度が常に所定値に
制御され、高精度、高安定なレーザ出力を得ることがで
きるのである。

「発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、レーザｔｓ質ガスを収
納する気密容器と、この気密容器に設けられ、固体電解
質膜を介して対向配置された一対の多孔性電極から成る
除湿素子と、上記多孔性電極間に電圧を印加する電源と
によりガスレーザ装置を構成したので、気密容器内の除
湿を行う乾燥剤の定期的な交換が不要になり、これに伴
うメンテナンス費用も不要となって大きな経済効果が得
られる。

また、全反射鏡や部分反射鏡等の光学部品への何着物が
ないために、光学部品の長寿命化が可能（ｉｉ） 示す。

になり、高信頼性のガスレーザ装置が得られるという効
果がある。

また、気密容器内の検出湿度と気密容器内の設定湿度と
を比較し、この比較結果に応じてＮｔＸを制御するよう
に構成したので、気密容器内の湿度が常に一定に保たれ
ることによって、レーザ出力の精度および安定性の向上
を図ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるガスレーザ装１置を
示す正面断面図、第２図はこの発明による除湿素子の動
作原理を説明する図、第３図はこの発明の他の実施例に
よるガスレーザ装置を示すｉＥ面断面図、第４図は従来
のガスレーザ装置を示す正面断面図、第５図は同側面断
面図である。 図において、　（１）は気密容器、（ｌ３）は除湿素子
（１４ａ）　，　（１４ｂ）は多孔性電極、（ｌ５）は
固体電解質膜（ｌ６）は直流電源、（ｌ７）は湿度測定
手段、（１８）は制御手段、（１９）は湿度設定指令で
ある。 なお、図中、同一符号は同−、又は相当部分を（ｌ２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ媒質ガスを封入する気密容器と、この気密
   容器に設けられ、固体電解質膜を介して対向配置された
   一対の多孔性電極から成る除湿素子と、上記多孔性電極
   間に電圧を印加する電源とを備えて成るガスレーザ装置
   。
2. （２）レーザ媒質ガスを封入する気密容器と、この気密
   容器に設けられ、固体電解質膜を介して対向配置された
   一対の多孔性電極から成る除湿素子と、上記多孔性電極
   間に電圧を印加する電源と、上記気密容器内の検出湿度
   と気密容器内の設定湿度を比較し、この比較結果に応じ
   て上記電源を制御する制御手段とを備えて成るガスレー
   ザ装置。