JPH03218082A - 炭酸ガスレーザ装置 - Google Patents
炭酸ガスレーザ装置Info
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- JPH03218082A JPH03218082A JP1307790A JP1307790A JPH03218082A JP H03218082 A JPH03218082 A JP H03218082A JP 1307790 A JP1307790 A JP 1307790A JP 1307790 A JP1307790 A JP 1307790A JP H03218082 A JPH03218082 A JP H03218082A
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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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
Landscapes
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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。
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］
この発明はマイクロ波放電を利用してレーザ励起を行う
炭酸ガスレーザ装置に関するものである。
炭酸ガスレーザ装置に関するものである。
［従来の技術］
第５図ないし第７図は各々特開昭６３− １ ８４２９
９号公報に記載された、従来の気体レーザ装置を示す斜
視図、断面構成図、および回路構成図である。第５図に
おいて、（１）はマイクロ波発振器であるマグネトロン
、（２）は導波管、（３）は導波管（２）の巾を拡げる
ホーン導波管、（４）はマイクロ波結合窓、（５）はレ
ーザ発振用のミラー （６）はレーザヘット部であって
、第６図がレーザヘット部（６）の詳細を示す、第５図
Ａ−Ａ線での断面構成図である。第６図に示されるよう
に、レーザヘット部（６）はマイクロ波回路の一種であ
るリッジ導波管型のマイクロ波空胴の構造を持つ。第６
図において、（旧）はマイクロ波結合窓（４）に続く空
胴壁、（６２）および（６３）はこの空胴壁（６１）の
断面の一部に形成されたリッジ、（６４）はこの一方の
りッシ（６２）に形成された溝てあり、（６５）はマイ
クロ波回路の一部を構成する導電体壁であって、この実
施例では溝（６４）の壁面が使用される。（６６）はこ
の導電体壁（Ｆｉ５）に対向して設けられた、例えはア
ルミナセラミックなとの誘電体であり、（６７）はこの
誘電体（６６）が上記溝（６４）を覆うことにより、上
記導電体壁（６５）と誘電体（６６）との間に形成され
る放電空間であって、この放電空間（６７）にＣｏ２レ
ーザガスが１・１人される。また（６８）はりッジ（６
２）および（６３）に形成された冷却水路である。一方
、マグネトロン（１）を駆動する電源は第７図のように
構成されている。第７図において、商用周波数交流電源
１号は４ｒｌ流平滑回路（１１）で直流に変換され、こ
の直流はＤＣ−ＡＣインバータ回路（１２）で例えは２
０ｋｌｌｚのような高周波の交流に変換される。この高
周波の交流はトランス（１３）で昇圧され、コンデンサ
Ｃ、ダイオートＤ１、Ｄ２て構成される半波培電圧整流
回路（１４）により高圧の脈流に変換され、マクネトロ
ン（１）に印加されろ。（ｌ５）はマグネトロンのフィ
ラメント電源である。
９号公報に記載された、従来の気体レーザ装置を示す斜
視図、断面構成図、および回路構成図である。第５図に
おいて、（１）はマイクロ波発振器であるマグネトロン
、（２）は導波管、（３）は導波管（２）の巾を拡げる
ホーン導波管、（４）はマイクロ波結合窓、（５）はレ
ーザ発振用のミラー （６）はレーザヘット部であって
、第６図がレーザヘット部（６）の詳細を示す、第５図
Ａ−Ａ線での断面構成図である。第６図に示されるよう
に、レーザヘット部（６）はマイクロ波回路の一種であ
るリッジ導波管型のマイクロ波空胴の構造を持つ。第６
図において、（旧）はマイクロ波結合窓（４）に続く空
胴壁、（６２）および（６３）はこの空胴壁（６１）の
断面の一部に形成されたリッジ、（６４）はこの一方の
りッシ（６２）に形成された溝てあり、（６５）はマイ
クロ波回路の一部を構成する導電体壁であって、この実
施例では溝（６４）の壁面が使用される。（６６）はこ
の導電体壁（Ｆｉ５）に対向して設けられた、例えはア
ルミナセラミックなとの誘電体であり、（６７）はこの
誘電体（６６）が上記溝（６４）を覆うことにより、上
記導電体壁（６５）と誘電体（６６）との間に形成され
る放電空間であって、この放電空間（６７）にＣｏ２レ
ーザガスが１・１人される。また（６８）はりッジ（６
２）および（６３）に形成された冷却水路である。一方
、マグネトロン（１）を駆動する電源は第７図のように
構成されている。第７図において、商用周波数交流電源
１号は４ｒｌ流平滑回路（１１）で直流に変換され、こ
の直流はＤＣ−ＡＣインバータ回路（１２）で例えは２
０ｋｌｌｚのような高周波の交流に変換される。この高
周波の交流はトランス（１３）で昇圧され、コンデンサ
Ｃ、ダイオートＤ１、Ｄ２て構成される半波培電圧整流
回路（１４）により高圧の脈流に変換され、マクネトロ
ン（１）に印加されろ。（ｌ５）はマグネトロンのフィ
ラメント電源である。
以上の炭酸ガスレーザ装置において、マグネトロン（１
）で発生されたマイクロ波は導波管（２）を通ってホー
ン導波管（３）で拡げられ、マイクロ波結合式（４）で
インピーダンスマッチングをとることにより効率良くレ
ーザヘッド部（６）に結合される。
）で発生されたマイクロ波は導波管（２）を通ってホー
ン導波管（３）で拡げられ、マイクロ波結合式（４）で
インピーダンスマッチングをとることにより効率良くレ
ーザヘッド部（６）に結合される。
レーザヘット部（６）は、第６図に示されるようにリッ
シ空胴状になっており、マイクロ波はりッジ（Ｇ２）（
６３）の間に集中する。この集中したマイクロ波の強い
電磁界により、放電空間（６７）に封入されたレーザ気
体が放電破壊し、プラズマを発生し、レーザ媒質が随起
される。ここで冷却水路（６８）に冷却水を流し、放電
プラズマを冷却するとともに、レーザ気体の圧力などの
放電条件を適切に選ぶことによって、レーザ発振条件が
得られ、第５図中のミラー（５）、および図示のないも
うｌ枚のミラーにより、レーザ共振器を形成することで
、レーザ発１辰光を得ろことができる。この時、マイク
ロ波回路の一部を構成する導電体壁（６５）と、この導
電体壁（６５）に対向して設けられ、マイク【フ波の入
射窓となる誘電体（６６）との開に形成される放電空間
（６７）において、リッシ空胴により形成され、誘電体
（６６）とプラズマとの境界に垂直な電界成分を有する
マイクロ波モードによりマイク［７波放電を行わせるた
め、マイクロ波の入射はプラズマの一面からのみ行われ
、ブラスマを貫く電界が生してマイクロ波がプラズマ中
に浸透して電界方向、つまり溝の深さ方向に均一な放電
となる。さらに第７図の電源によりパルスマイク［１波
が発生され、このパルスマイクロ波によりマイクロ波放
電が行われる。ここで、パルス周波数は数１ ０ ｋ
Ｈｚ、バルステ１〜ティーが０．１〜０．４のパルス条
件で放電を行わせていろ。このように高い周波数と比較
的大きなパルスデューテイーで放電させろことで、パル
スマイクロ波で放電させているにもかかわらすレーザ出
力はＣＷとなり、しかも放電空間の長さ方向く第６図の
、紙面に垂直方向）に生しろマイクロ波電磁界の節で放
電が切れる長さが短イ か｝１〜 洛大Ｒ白１．＝
４牌４附ｈＩり均一Ｃこなろ７［発明が解決しようとす
る課題］ 従来の炭酸ガスレーザ装置は以上のように構成されおり
、パルスマイクロ波のパルス条件を比較的高いパルスデ
ューティーと高い周波数に設定していたので、放電の均
一性がまだ十分でなく、従ってレーザ発振効率がやや低
く、またＣＷ発振しかできないという問題点があった。
シ空胴状になっており、マイクロ波はりッジ（Ｇ２）（
６３）の間に集中する。この集中したマイクロ波の強い
電磁界により、放電空間（６７）に封入されたレーザ気
体が放電破壊し、プラズマを発生し、レーザ媒質が随起
される。ここで冷却水路（６８）に冷却水を流し、放電
プラズマを冷却するとともに、レーザ気体の圧力などの
放電条件を適切に選ぶことによって、レーザ発振条件が
得られ、第５図中のミラー（５）、および図示のないも
うｌ枚のミラーにより、レーザ共振器を形成することで
、レーザ発１辰光を得ろことができる。この時、マイク
ロ波回路の一部を構成する導電体壁（６５）と、この導
電体壁（６５）に対向して設けられ、マイク【フ波の入
射窓となる誘電体（６６）との開に形成される放電空間
（６７）において、リッシ空胴により形成され、誘電体
（６６）とプラズマとの境界に垂直な電界成分を有する
マイクロ波モードによりマイク［７波放電を行わせるた
め、マイクロ波の入射はプラズマの一面からのみ行われ
、ブラスマを貫く電界が生してマイクロ波がプラズマ中
に浸透して電界方向、つまり溝の深さ方向に均一な放電
となる。さらに第７図の電源によりパルスマイク［１波
が発生され、このパルスマイクロ波によりマイクロ波放
電が行われる。ここで、パルス周波数は数１ ０ ｋ
Ｈｚ、バルステ１〜ティーが０．１〜０．４のパルス条
件で放電を行わせていろ。このように高い周波数と比較
的大きなパルスデューテイーで放電させろことで、パル
スマイクロ波で放電させているにもかかわらすレーザ出
力はＣＷとなり、しかも放電空間の長さ方向く第６図の
、紙面に垂直方向）に生しろマイクロ波電磁界の節で放
電が切れる長さが短イ か｝１〜 洛大Ｒ白１．＝
４牌４附ｈＩり均一Ｃこなろ７［発明が解決しようとす
る課題］ 従来の炭酸ガスレーザ装置は以上のように構成されおり
、パルスマイクロ波のパルス条件を比較的高いパルスデ
ューティーと高い周波数に設定していたので、放電の均
一性がまだ十分でなく、従ってレーザ発振効率がやや低
く、またＣＷ発振しかできないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たものであり、レーザ出力としてパルスでもＣＷでも自
在に得られ、しかもレーザ発振効率が高く、出力も大き
な炭酸ガスレーザ装置を得ることを目的とする。
たものであり、レーザ出力としてパルスでもＣＷでも自
在に得られ、しかもレーザ発振効率が高く、出力も大き
な炭酸ガスレーザ装置を得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］
この発明に係わる炭酸ガスレーザ装置は、マイクロ波回
路内に形成ざれ、少なくとも一面が誘電体で形成ざれた
放電空間にプラズマを発生するレーザ気体を封入すると
ともに、ｔ記マイクロ波回路は上記誘電体と上記プラズ
マとの境界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モード
を形成し、上五５マイ／７日庸回路肉ｔ！− ピー々の
マイク口波霊力を上記放電空間の体積で割った電力密度
ｐが５０Ｗ／ｅ１ｍ３以上で、かつ上記電力密度ｐとパ
ルス輻↑．秒、Ｅ記レーザ気体の ｌＯ１３当たりの熱
容量ρｃａｌ／℃ との閏に、ｐ Ｘ ｔ ／ ｐ ＜
１ ０ ０ ０の関係を満足するパルスマイクロ波を
励振するようにしたものである。
路内に形成ざれ、少なくとも一面が誘電体で形成ざれた
放電空間にプラズマを発生するレーザ気体を封入すると
ともに、ｔ記マイクロ波回路は上記誘電体と上記プラズ
マとの境界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モード
を形成し、上五５マイ／７日庸回路肉ｔ！− ピー々の
マイク口波霊力を上記放電空間の体積で割った電力密度
ｐが５０Ｗ／ｅ１ｍ３以上で、かつ上記電力密度ｐとパ
ルス輻↑．秒、Ｅ記レーザ気体の ｌＯ１３当たりの熱
容量ρｃａｌ／℃ との閏に、ｐ Ｘ ｔ ／ ｐ ＜
１ ０ ０ ０の関係を満足するパルスマイクロ波を
励振するようにしたものである。
また、上記条件に加えて、パルスマイクロ波のパルス巾
か１〜１００μｓとなるようにするとよい。
か１〜１００μｓとなるようにするとよい。
［作用］
この発明における炭酸ガスレーザ装置においては、ピー
クの高いマイクロ波により放電させることにより、瞬時
のマイクロ波電磁界強度が強まり、放電がより均一にな
る。さらに、Ｉ） Ｘ ｔ ／ρを１０００以下とする
ことで、レーザガスの温度を２００℃以下に抑えられる
。またＣＷ〜パルスのレーザ光を自在に発生させる。
クの高いマイクロ波により放電させることにより、瞬時
のマイクロ波電磁界強度が強まり、放電がより均一にな
る。さらに、Ｉ） Ｘ ｔ ／ρを１０００以下とする
ことで、レーザガスの温度を２００℃以下に抑えられる
。またＣＷ〜パルスのレーザ光を自在に発生させる。
また１ − １ ０ ０μｓのパルスマイクロ波により
、パルス巾が約１ − １ ０ ０ ７１ｓのパルスレ
ーザが発生でき、セラミックや複合材料の加工が可能と
な［実施例］ 以下、この発明の一実施例による炭酸力スレーザＶｉ置
を図について説明する。
、パルス巾が約１ − １ ０ ０ ７１ｓのパルスレ
ーザが発生でき、セラミックや複合材料の加工が可能と
な［実施例］ 以下、この発明の一実施例による炭酸力スレーザＶｉ置
を図について説明する。
レーザ装置として、第６図と同様、マイクロ波回路内に
形成され、−面が誘電体で形成ざれた放電空間に、プラ
ズマを発生ずるレーザ気体を封入し、誘電体とプラズマ
との境界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モー１・
を励振する断面形状を有するレーザ装置を用いた。また
マイクロ波を発生するマイクロ波発振器であるマグネト
ロンの電源としては、第２図のものを用いた。第２図に
おいて、高電圧ＴＬ源（１６）で発生された高電圧を高
圧スイッチング回Ｈ（１７）、例えは、スイッチング素
子としてＦＥＴ Ｑｌ．Ｑ２を用いて、Ｏ Ｎ −
Ｏ Ｆ Ｆ Ｌ，、この矩形のパルス高電圧をマグネト
ロン（１）に印加する。この電源で駆動されたマグネト
ロンにより発生されるマイクロ波の波形は第１図のよう
になり、ピーク電力Ｐが１ｋＷ以−Ｌの大きな値で、周
ｔＩＪＩＴを自在にてきる。すなわち、平均電力に対し
てピーク電力の大きなパルスマイクロ波が発生される。
形成され、−面が誘電体で形成ざれた放電空間に、プラ
ズマを発生ずるレーザ気体を封入し、誘電体とプラズマ
との境界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モー１・
を励振する断面形状を有するレーザ装置を用いた。また
マイクロ波を発生するマイクロ波発振器であるマグネト
ロンの電源としては、第２図のものを用いた。第２図に
おいて、高電圧ＴＬ源（１６）で発生された高電圧を高
圧スイッチング回Ｈ（１７）、例えは、スイッチング素
子としてＦＥＴ Ｑｌ．Ｑ２を用いて、Ｏ Ｎ −
Ｏ Ｆ Ｆ Ｌ，、この矩形のパルス高電圧をマグネト
ロン（１）に印加する。この電源で駆動されたマグネト
ロンにより発生されるマイクロ波の波形は第１図のよう
になり、ピーク電力Ｐが１ｋＷ以−Ｌの大きな値で、周
ｔＩＪＩＴを自在にてきる。すなわち、平均電力に対し
てピーク電力の大きなパルスマイクロ波が発生される。
このパルスマイクロ波の周明やデューティーは自在に変
えろことかできる。ここで、放電空間の断面形状を２
ｍｍ Ｘ ２ ４ ＋＊ｍ、放電空間の長さを４ ０
０ １１１１１として、ピーク約１〜ｌ Ｏ ｋ Ｗの
マイクロ波で放電させた。すなわち、放電空間の体積は
、約２ ０ （？１１ ３になっており、ピークのマイ
クロ波電力１〜］Ｏｋ’ｖＶを放電空閏の体積で割った
値、ずなｔつち放電電力密度は５０〜５００Ｗ／ｃｍ３
稈度である。ＤＣやＲＦＦ＆電によるＣＯ２レーザでは
大きな電力密度で放電させるとアーク放電に移行するた
めに、通常５ ０ Ｗ ／ ｃｍ ３以下でしか動作で
きないが、この発明では５ ０ Ｗ ／ ｃｍ ３以上
の大きな電力密度で放電させている。このように、マイ
ク［Ｊ波放電では大きな電力密度で放電させてもアーク
放電に移行することがないため、大きな電力密度で放電
させることができる。また、マイクロ波領域、特に２．
４ ５ Ｃ； Ｈｚ帯では電子レンシ用の安価なマ
グネトロンによりＤＣやＲＦに比較して容易に大きなピ
ーク電力のマイクロ波を発生することができる。今回の
発明ではこのようなマイクロ波放電の特長に加えて、弔
にデューテイを下けるだけてはなく、ピーク電力の高い
パルスマイクロ波を励賑し、ビーク５０Ｗ／ｃｍ”以−
Ｌの大きな電力密度で放電させることにより、瞬時的な
電界強度が強くなり、放電維持電界以上になる領域が広
くなるため、第６図の紙面に垂直、すなわち放電空間の
長さ方向のマイクロ波電磁Ｗの節で切れる長さが短くな
り、長さ方向にもより均一な放電にてき、放電空間全体
をより均−にてきることかμいだされた。ここでは、ピ
ークの最大が１０１＜ ’Ａ’のマイクロ波し・か用い
なかったが、これより大きな電力のマイクロ波を用いれ
ばさらに効果が大きくなるのは言うまでもない。このよ
うに第５図と同様の放電空間、すなわち一面が誘電体で
形成された放電空閏、に誘電体とプラズマとの境界に垂
直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成する構成
で、電界方向にプラズマが均一になるとともに、ピーク
の電力密度が５ ０ Ｗ ／ ｃｍ ］以上のパルスマ
イクロ波”Ｃ放電させることにより、放電空間の長さ方
向にもより均一な放電にできるようになり、効率の良い
レーザ発振ができろとともに、後述のように従来のＣ
Ｏ ２ レーザては出来なかった高ピークパルス発振が
できるようになった。
えろことかできる。ここで、放電空間の断面形状を２
ｍｍ Ｘ ２ ４ ＋＊ｍ、放電空間の長さを４ ０
０ １１１１１として、ピーク約１〜ｌ Ｏ ｋ Ｗの
マイクロ波で放電させた。すなわち、放電空間の体積は
、約２ ０ （？１１ ３になっており、ピークのマイ
クロ波電力１〜］Ｏｋ’ｖＶを放電空閏の体積で割った
値、ずなｔつち放電電力密度は５０〜５００Ｗ／ｃｍ３
稈度である。ＤＣやＲＦＦ＆電によるＣＯ２レーザでは
大きな電力密度で放電させるとアーク放電に移行するた
めに、通常５ ０ Ｗ ／ ｃｍ ３以下でしか動作で
きないが、この発明では５ ０ Ｗ ／ ｃｍ ３以上
の大きな電力密度で放電させている。このように、マイ
ク［Ｊ波放電では大きな電力密度で放電させてもアーク
放電に移行することがないため、大きな電力密度で放電
させることができる。また、マイクロ波領域、特に２．
４ ５ Ｃ； Ｈｚ帯では電子レンシ用の安価なマ
グネトロンによりＤＣやＲＦに比較して容易に大きなピ
ーク電力のマイクロ波を発生することができる。今回の
発明ではこのようなマイクロ波放電の特長に加えて、弔
にデューテイを下けるだけてはなく、ピーク電力の高い
パルスマイクロ波を励賑し、ビーク５０Ｗ／ｃｍ”以−
Ｌの大きな電力密度で放電させることにより、瞬時的な
電界強度が強くなり、放電維持電界以上になる領域が広
くなるため、第６図の紙面に垂直、すなわち放電空間の
長さ方向のマイクロ波電磁Ｗの節で切れる長さが短くな
り、長さ方向にもより均一な放電にてき、放電空間全体
をより均−にてきることかμいだされた。ここでは、ピ
ークの最大が１０１＜ ’Ａ’のマイクロ波し・か用い
なかったが、これより大きな電力のマイクロ波を用いれ
ばさらに効果が大きくなるのは言うまでもない。このよ
うに第５図と同様の放電空間、すなわち一面が誘電体で
形成された放電空閏、に誘電体とプラズマとの境界に垂
直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成する構成
で、電界方向にプラズマが均一になるとともに、ピーク
の電力密度が５ ０ Ｗ ／ ｃｍ ］以上のパルスマ
イクロ波”Ｃ放電させることにより、放電空間の長さ方
向にもより均一な放電にできるようになり、効率の良い
レーザ発振ができろとともに、後述のように従来のＣ
Ｏ ２ レーザては出来なかった高ピークパルス発振が
できるようになった。
また、ＣＯ２レーザては、レーザガスの温度が２００℃
以上になるとレーザ発賑か出来なくなる。
以上になるとレーザ発賑か出来なくなる。
このため、パルスマイクロ波で放電させる場合、ｌパル
ス毎のマイクロ波エネルギーでレーザカスの温度が２
０ ０ ”Ｃ’以−Ｌに上がらないようにする必要があ
る。より均一な放電が達成ざれたこの発明では、局部温
度と平均温度の差か小さいから、１パルスのマイクロ波
エネルギーをカスの熱容量で割った平均ＩＥσからこの
条件が導き出せる。２００℃以下の条件を、放電電力密
度ｐ Ｗ ／ ｃｍ ’ パルスｉｌ ｔ秒、ｌｃｍ
３当たりのレーザガスの熱容量をρｃａｌ／℃ とする
と、Ｉ） Ｘ ｔ ／ Ｄが１０００以下になるような
パルス条件にすれはよい。すなわち、５ ０ Ｗ ／
＋：ｍ ３以上の放電電力密度で、ｐＸｔ／ρが１００
０以下の条件を満足するマイクロ波電力を励振すれは、
効率の良いレーザ発賑が出来るものてある。
ス毎のマイクロ波エネルギーでレーザカスの温度が２
０ ０ ”Ｃ’以−Ｌに上がらないようにする必要があ
る。より均一な放電が達成ざれたこの発明では、局部温
度と平均温度の差か小さいから、１パルスのマイクロ波
エネルギーをカスの熱容量で割った平均ＩＥσからこの
条件が導き出せる。２００℃以下の条件を、放電電力密
度ｐ Ｗ ／ ｃｍ ’ パルスｉｌ ｔ秒、ｌｃｍ
３当たりのレーザガスの熱容量をρｃａｌ／℃ とする
と、Ｉ） Ｘ ｔ ／ Ｄが１０００以下になるような
パルス条件にすれはよい。すなわち、５ ０ Ｗ ／
＋：ｍ ３以上の放電電力密度で、ｐＸｔ／ρが１００
０以下の条件を満足するマイクロ波電力を励振すれは、
効率の良いレーザ発賑が出来るものてある。
以下で種々のパルス条件のマイクロ波によるレーザ発振
の例を示す。第３図、第４図は各々この発明の炭酸ガス
レーザ装置におけるマイクロ波波形とレーザ出力波形の
例である。第３図はパルス巾Ｑ１０ Ｉｔ ｓ， 繰
り返し周波数１ｋＨｚのマイクａ波によるもので、マイ
クロ波電力のピークが１２ｋＷの時、レーザ出力として
ピーク約１．２ｋＷ，パルス巾約１ ０ Ｂ ｓ、平均
出力約４５Ｗのパルス出力が得られた。また、第４図は
パルス巾５７１ｓ、繰り返し周波数２０ｋＨｚのマイク
ロ波によるもので、ピーク約１０ｋＷ、平均１ｋＷでレ
ーザ出力はモ均９０ＷのほぼＣＷの出力が得られた。特
に縁り返し周波数約１０ｋｌ２以上では、ほぼＣＷ出力
になり、約２ｋＨｚ以下ではパルス出力になる。
の例を示す。第３図、第４図は各々この発明の炭酸ガス
レーザ装置におけるマイクロ波波形とレーザ出力波形の
例である。第３図はパルス巾Ｑ１０ Ｉｔ ｓ， 繰
り返し周波数１ｋＨｚのマイクａ波によるもので、マイ
クロ波電力のピークが１２ｋＷの時、レーザ出力として
ピーク約１．２ｋＷ，パルス巾約１ ０ Ｂ ｓ、平均
出力約４５Ｗのパルス出力が得られた。また、第４図は
パルス巾５７１ｓ、繰り返し周波数２０ｋＨｚのマイク
ロ波によるもので、ピーク約１０ｋＷ、平均１ｋＷでレ
ーザ出力はモ均９０ＷのほぼＣＷの出力が得られた。特
に縁り返し周波数約１０ｋｌ２以上では、ほぼＣＷ出力
になり、約２ｋＨｚ以下ではパルス出力になる。
このように、パルス巾や繰り返し周波数などのパルス条
件を変えろことで種々のレーザ発振が可能になった。ま
た、パルス発振ではピーク出力が平均出力に対して約３
０倍のバルスビームが得られた。パルスｌ１数１０１ｉ
ｓでビーク／平均が数倍以Ｌのパルス発振は、Ｉｌｔｓ
以ｒのパルス巾しか得られないＴＥＡＣＯ２レーサや、
１００７ｚｓ以Ｌのバルス１ｔ１シか得られない従来の
ＤＣからマイクロ波放電によるＣＯ２レーザに比べて、
非常に特長的である。このよろなｌ − １ ０ ０
７ｚ ｓのバルス１１１てビーク／平均が数倍以−Ｌの
パルスレーザヒーノ、はプラスチックと金属の複合材科
やセラミックなと、特に非金属材科の加五に最適で、こ
の発明のｌ〜ｌ （１ ０ ｐ ｓのパルス巾のマイク
ロ波放電によろＣ０２レーザにより、１，′＃来ては出
来なかった加玉か町能になった。
件を変えろことで種々のレーザ発振が可能になった。ま
た、パルス発振ではピーク出力が平均出力に対して約３
０倍のバルスビームが得られた。パルスｌ１数１０１ｉ
ｓでビーク／平均が数倍以Ｌのパルス発振は、Ｉｌｔｓ
以ｒのパルス巾しか得られないＴＥＡＣＯ２レーサや、
１００７ｚｓ以Ｌのバルス１ｔ１シか得られない従来の
ＤＣからマイクロ波放電によるＣＯ２レーザに比べて、
非常に特長的である。このよろなｌ − １ ０ ０
７ｚ ｓのバルス１１１てビーク／平均が数倍以−Ｌの
パルスレーザヒーノ、はプラスチックと金属の複合材科
やセラミックなと、特に非金属材科の加五に最適で、こ
の発明のｌ〜ｌ （１ ０ ｐ ｓのパルス巾のマイク
ロ波放電によろＣ０２レーザにより、１，′＃来ては出
来なかった加玉か町能になった。
［定明の効果］
以Ｌのように、この発明によればマイクロ波回路中のマ
イクロ波によりプラズマを発生し、レーサ励起を行う炭
酸ガスレーザ装置において，上記マイクロ波回路内に形
成され、少なくとも一面が函准体で形成された放電空間
に上記プラズマを発生するレーザ気体を封入するととも
に、上記マイクロ波回路はＬ記誘電体と上記ブラスマと
の境界に准直な電界成分を有するマイクロ波モードを形
成し、−１一記マイクロ波回路内に、ピークのマイクロ
波電力をＬ記放電空間の体積で割った電力密度！）か５
０ Ｗ ／ ｃｍ ３以上で、かつ上記電力密度■
）とパルス幅Ｌ秒、−Ｌ記レーザ気体のｌｃｖ３当たり
の熱容ｆｕρｃａｌ／℃との間に， Ｉ） Ｘ ｔ ／
７） ＜ １ ０ ０ ０の関係を満足するパルスマ
イクロ波を励振するようにしたので、レーザ出力として
パルスでもＣ Ｗても自在に得られ、しかもコンパクト
な構成で、レーザガスの温度上詳を抑制でき、効率が高
く、出力も大きなレーザ装置か得られる効果がある。
イクロ波によりプラズマを発生し、レーサ励起を行う炭
酸ガスレーザ装置において，上記マイクロ波回路内に形
成され、少なくとも一面が函准体で形成された放電空間
に上記プラズマを発生するレーザ気体を封入するととも
に、上記マイクロ波回路はＬ記誘電体と上記ブラスマと
の境界に准直な電界成分を有するマイクロ波モードを形
成し、−１一記マイクロ波回路内に、ピークのマイクロ
波電力をＬ記放電空間の体積で割った電力密度！）か５
０ Ｗ ／ ｃｍ ３以上で、かつ上記電力密度■
）とパルス幅Ｌ秒、−Ｌ記レーザ気体のｌｃｖ３当たり
の熱容ｆｕρｃａｌ／℃との間に， Ｉ） Ｘ ｔ ／
７） ＜ １ ０ ０ ０の関係を満足するパルスマ
イクロ波を励振するようにしたので、レーザ出力として
パルスでもＣ Ｗても自在に得られ、しかもコンパクト
な構成で、レーザガスの温度上詳を抑制でき、効率が高
く、出力も大きなレーザ装置か得られる効果がある。
また．とくに１〜１ ０ ０ ７１ｓのパルス幅のパル
スマイクロ波を励振するようにすれは、従来の炭酸力ス
レーザでもＴＦ．Ａ ｉ：Ａ酸ガスレーザでも発生出
来なかったパルス幅で、ピーク出力／平均出力の大きな
パルス出力が得られ、セラミックや複合材科の加工のよ
うな１ｆ来の炭酸ガスレーザでは出来なかった加工に連
用できる画期的な効果かある。
スマイクロ波を励振するようにすれは、従来の炭酸力ス
レーザでもＴＦ．Ａ ｉ：Ａ酸ガスレーザでも発生出
来なかったパルス幅で、ピーク出力／平均出力の大きな
パルス出力が得られ、セラミックや複合材科の加工のよ
うな１ｆ来の炭酸ガスレーザでは出来なかった加工に連
用できる画期的な効果かある。
第１図はこの発明の−実施例による炭酸ガスレーザ装置
におけるパルスマイクロ波の波形を示す波形図、第２図
はこの発明の一実施例に係わる電源回路を示す回路構成
図、第３図および第４図は各々この発明の一実施例によ
る炭酸ガスレーザ装置におけるマイクロ波波形とレーザ
出ｈ波形を示す波形図、第５図は従来の気体レーザ装置
を示すｔ１視図、第６図は第５図のＡ−Ａ線での断面構
成図、並びに第７図は？ｒＹｉ来の気体レーザ装置の電
源回路を示す回路構成図である。 図Ｃこおいて，（１）はマグ７トロン、（６）はレーザ
・＼ット部、（６６）は誘電体、（６７）は放電空間で
ある。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を不す・
におけるパルスマイクロ波の波形を示す波形図、第２図
はこの発明の一実施例に係わる電源回路を示す回路構成
図、第３図および第４図は各々この発明の一実施例によ
る炭酸ガスレーザ装置におけるマイクロ波波形とレーザ
出ｈ波形を示す波形図、第５図は従来の気体レーザ装置
を示すｔ１視図、第６図は第５図のＡ−Ａ線での断面構
成図、並びに第７図は？ｒＹｉ来の気体レーザ装置の電
源回路を示す回路構成図である。 図Ｃこおいて，（１）はマグ７トロン、（６）はレーザ
・＼ット部、（６６）は誘電体、（６７）は放電空間で
ある。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を不す・
Claims (2)
- （１）マイクロ波回路中のマイクロ波によりプラズマを
発生し、レーザ励起を行う炭酸ガスレーザ装置において
、上記マイクロ波回路内に形成され、少なくとも一面が
誘電体で形成された放電空間に上記プラズマを発生する
レーザ気体を封入するとともに、上記マイクロ波回路は
上記誘電体と上記プラズマとの境界に垂直な電界成分を
有するマイクロ波モードを形成し、上記マイクロ波回路
内に、ピークのマイクロ波電力を上記放電空間の体積で
割った電力密度ｐが５０Ｗ／ｃｍ＾３以上で、かつ上記
電力密度ｐとパルス幅ｔ秒、上記レーザ気体の１ｃｍ＾
３当たりの熱容量ρｃａｌ／℃との間に、ｐ×ι／ρ＜
１０００の関係を満足するパルスマイクロ波を励振する
ことを特徴とする炭酸ガスレーザ装置。 - （２）パルスマイクロ波のパルス巾が１〜１００μｓで
あることを特徴とする請求項１記載の炭酸ガスレーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1307790A JPH03218082A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 炭酸ガスレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1307790A JPH03218082A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 炭酸ガスレーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03218082A true JPH03218082A (ja) | 1991-09-25 |
Family
ID=11823097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1307790A Pending JPH03218082A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 炭酸ガスレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03218082A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005103625A (ja) * | 2003-10-01 | 2005-04-21 | Hitachi Via Mechanics Ltd | Ｃｏ２レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
| JP2011150911A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Konica Minolta Holdings Inc | マイクロ波加熱装置 |
-
1990
- 1990-01-23 JP JP1307790A patent/JPH03218082A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005103625A (ja) * | 2003-10-01 | 2005-04-21 | Hitachi Via Mechanics Ltd | Ｃｏ２レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
| JP4493967B2 (ja) * | 2003-10-01 | 2010-06-30 | 日立ビアメカニクス株式会社 | Ｃｏ２レーザ加工方法およびレーザ加工装置 |
| JP2011150911A (ja) * | 2010-01-22 | 2011-08-04 | Konica Minolta Holdings Inc | マイクロ波加熱装置 |
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