JPH0426175A - ガスレーザ発振装置の運転方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、安定なレーザビームを得ることができるガス
レーザ発振装置の運転方法に関する。

（従来の技術） ガスレーザは気体放電によってプラズマをつくり、その
内部で各種の衝突を行って反転分布を達成する。第３図
は、この機構によってガス１ノーザを発振するガスレー
ザ発振装置１の断面図である。

気密容器２にはレーザ発振に係るレーザガス３が封入さ
れるが、この気密容器２内には、容器壁２ａに沿って周
方向に順に、送風機４、冷却器５ａ１空隙６を介して対
向する放電電極７ａ、７ｂおよび冷却器５ｂが設置され
る。また気密容器２内には、さらに送風機４とカップリ
ング８によって連結する駆動装置９も設置される。放電
電極７ａ、７ｂは気密容器２外の高圧電源（図示せず）
と接続する。

このような構成のガスレーザ発振器１を運転すると、ま
ず駆動装置９が稼働し、その動力はカップリング８を介
して送風機４に伝えられ、送風機４が作動する。送風機
４はレーザガス３を、冷却器５ａを通過させながら放電
電極７ａ、７ｂ開の空隙（放電領域）６に送風する。す
ると、高圧電源から給電された放電電極７ａ、７ｂは、
空隙６にパルス状のグロー放電を生じさせ、流れ込んだ
レーザガス３を励起させてレーザ発振させる。レーザ発
振によって生じたレーザビーム（図示せず）は気密容器
２の外に取出される。

（発明が解決しようとする課題） 一方、グロー放電に係るエネルギーの９０％以上は、レ
ーザガス３の加熱に消費される。するとレーザガス３は
この加熱によって膨脹し、気密容器２の容器壁２ａに沿
って循環する際通風抵抗を生じる。こうなると、放電電
極７ａ、７ｂ間の空隙６におけるレーザガス３の流速が
低下−脈動する。

ところでレーザビームの出力の安定性は放電の安定性に
大きく依存するが、放電の安定性は放電電極７ａ、７ｂ
間の空隙６を流れるレーザガス３の流速の安定性に大き
く依存する。そこで、レーザガス３の流速を乱す元にな
るレーザガス３の膨脹を抑えるため、レーザガス３が通
る放電電極７ａ、７ｂの前後に１対の冷却器５ａ、５ｂ
を配置し、レーザガス３を冷却して体積増を抑える試み
がなされているが、この方法だけではレーザガス３の流
速を十分に安定させることはできなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、放電を
受けるレーザガスの流速を安定にして安定なレーザビー
ムを得ることができるガスレーザ発振装置の運転方法を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、レーザガスを送風
して放電領域を通過させながら循環させ、レーザ発振さ
せるガスレーザ発振装置の運転方法において、レーザガ
スのガス圧の変化割合に対する流量の変化割合を５０％
以下にすることを特徴とするガスレーザ発振装置の運転
方法を提供する。

（作用） 本発明のガスレーザ発振装置の運転方法は、例えば動翼
の段数を増やすなどして送風機のレザガスを送り出す圧
力を高め、レーザガスの通風特性をガス圧の変化割合に
対する圧力の変化割合を５０％以下にする。このため、
レーザガスが放電によって加熱され体積が膨脹しても、
放電領域において、この体積膨張に起因するガス圧の上
昇に対してレーザガスの流速（流量）の低下を抑えるこ
とができる。

（実施例） 以下第１図と第２図を参照して本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明の方法の一実施例に係るガスレザ発振装
置１０の断面図である。本実施例に係るガスレーザ発振
装置１０の基本的構成は第３図に示したものと実質的に
異ならないので、対応する箇所には同一の符号を付して
詳しい説明は省略する。

このガスレーザ発振装置１０において、気密容器２内に
設置される送風機１１は軸流型で３段の動翼１２を備え
る。この動翼１２は送風機１１の送風に係る圧力を高め
る役割をするが、動翼の数は多ければ多いほどこの効果
は大きくなる。したがって、本実施例のガスレーザ発振
装置１０においては、従来と同様放電時には冷却器５ａ
、５ｂが膨脹したレーザガス３を収縮させるが、たとえ
レーザガス３の体積が放電をしない場合に比べて膨脹し
、通風抵抗の増大によってガス圧が低下しても、放電電
極７ａ、７ｂ間の空隙６を通過するレーザガス３の流速
は、放電がない場合に比べてさほど減少しない。

第２図は、本実施例の方法に係るガスレーザ発振装置１
０と、第３図に示した従来の複数段の動翼がないガスレ
ーザ発振装置を用いてエキシマレザを発生させたときの
通風特性を示すグラフ図で、横軸はレーザガスの流量、
縦軸はレーザガスのガス圧および通風抵抗である。図中
、曲線１３と１４は通風特性曲線で、それぞれガスレー
ザ発振装置１０と従来のガスレーザ発振装置におけるレ
ーザガスの流量とガス圧の関係を表す。すなわち、いず
れの曲線においても、ガス圧と流量の関係は右下がりで
、流量が少ないときは高いガス圧が得られるが、流量が
増大するとガス圧は低下する。ただし、曲線１３は曲線
１４に比べ、ガス圧の増加に係る流量の減少の度合が高
い。

また曲線１５と１６は通風抵抗曲線で、それぞれ放電を
しない場合と放電をした場合のレーザガスの流量とその
流量下における通風抵抗の関係を表す。これらの曲線１
５．１６はいずれも右上がりで、流量の増加に伴って通
風抵抗が増すが、曲線１６の方が放電に伴う昇温による
体積膨張のため、同じ流量でも通風抵抗が大きい。

そこで、これらガスレーザ発振装置において、送風機１
１を作動させ、まず放電がない状態でレーザガス３を循
環させる。すると、曲線１３と１４の図示しない部分（
原点より）において、ガス圧と流量が変動しながら上昇
していく。しかしガス圧の上昇につれて、曲線１５に示
すように通風抵抗が増すため、やがてガス圧は流量の増
大に対して低下の傾向を示し、曲線１３と１４は右下が
りになる。

一方、ガスレーザ発振装置１０と従来のガスレーザ発振
装置における流量は、それぞれ曲線１３゜１４にしたが
って増加し、やがて曲線１５との交点、すなわちガス圧
と通風抵抗が拮抗する動作点１７ａまで到達する。そし
て、この動作点１７ａの流量でレーザガスの循環が継続
する。

そして、この動作点１７ａで放電を生じさせると、放電
に伴う体積膨張のため、上述のように通風抵抗曲線は曲
線１５から曲線１６にシフトする。

すなわち、同じ流量では通風抵抗が増すことになり、こ
の増大する通風抵抗と拮抗するためガス圧も上昇する。

その結果、動作点１７ａは、曲線１３と１４に対してそ
れぞれ動作点１７ｂと動作点１７ｃに移行し、流量は減
少する。そしてこれらの動作点１７ｂ、１７ｃの下でレ
ーザ発振が行われる。

ところが、このとき本実施例のガスレーザ発振装置１０
は、通風特性曲線１３の動作点１７ａに向かう勾配が、
従来のガスレーザ発振装置に係る通風特性曲線１４の動
作点１７ａに向かう勾配よりも急なため、動作点１７ａ
から動作点１７ｂまでの流量の減少量は、動作点１７ａ
から動作点１７ｃまでのそれに比べて小幅である。

本実施例においては、動作点１７ａではガス圧が１００
０　ｍｍ　Ｈ２０、流量が３．　０ｒｄ／ｓ、また動作
点１７ｂではガス圧が１０６０　ｍｍ　Ｈ２０、流量が
２．９ｍ／＋となるように通風特性曲線を調整した。こ
の場合、動作点１７ａから動作点１７ｂへの移行に伴う
ガス圧の変化割合は、（１０６０ｍｍＨ２０１０００ｍ
ｍＨ２０）　／　１０００ｍｍＨ２０＝０．０６、また
流量の変化割合は、（３，０ｍ／ｓ−２，９ｒｄ／ｓ）
　／２．　９ｆｆｌ／ｓ＝０．　０３で、ガス圧の変化
割合に対する流量の変化割合は５０％になる。

したがって、本実施例の方法でレーザ発振装置１０を運
転すれば、放電によってレーザガスの温度が上昇し、体
積膨張によって通風抵抗が増しても、レーザガスの循環
が継続する流量はさほど低下しなくてすむ。そしてレー
ザガスの循環の過程において、レーザガスの体積が多少
変動することがあっても、ガス圧の変化と流量の変化は
動作点１７ｂから曲線１３に沿って生ずるため、ガス圧
の変化割合に対する流量の変化割合は５０％以下テスむ
。このため、レーザガスの流速は従来に比べて大幅に安
定し、安定なレーザビームを得ることができる。

なお安定なレーザビームを得るには、ガス圧の変化割合
に対する流量の変化割合は、本実施例の５０％に限らず
、少なければ少ないほどよい。本発明の方法を実現する
勾配の通風特性曲線を得るには、軸流型送風機の動翼の
段数を増やすことの外に、１つ１つの動翼を大きくした
り、より送風効率を上げられる形状にすることのほか、
送風機の直径を拡大したり回転数を上げるなどの対処の
仕方がある。また、そのような通風特性曲線が得られる
ならば、送風機は軸流型でな（、他の型（例えば遠心型
）でもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のガスレーザ発振装置の運
転方法によれば、レーザガスの体積が膨張してもレーザ
ガスの流速の脈動を抑えることができ、安定なレーザビ
ームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るガスレーザ発振装置の
断面図、第２図はレーザガスの通風特性を示す図、第３
図は従来のガスレーザ発振装置の断面図である。 ２・・・気密容器、３・・・レーザガス、４・・・送風
機、５ａ、５ｂ・・・冷却器、６・・・空隙、７ａ、７
ｂ・・・放電電極。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１ｘ １２因 第３！！！

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザガスを送風して放電領域を通過させながら循環さ
   せ、レーザ発振させるガスレーザ発振装置の運転方法に
   おいて、レーザガスのガス圧の変化割合に対する流量の
   変化割合を５０％以下にすることを特徴とするガスレー
   ザ発振装置の運転方法。