JPH0469829B2 - - Google Patents
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- JPH0469829B2 JPH0469829B2 JP310286A JP310286A JPH0469829B2 JP H0469829 B2 JPH0469829 B2 JP H0469829B2 JP 310286 A JP310286 A JP 310286A JP 310286 A JP310286 A JP 310286A JP H0469829 B2 JPH0469829 B2 JP H0469829B2
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- cathode electrode
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- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
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- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
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- -1 pressure Substances 0.000 description 1
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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- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、グロー放電を利用するガス循環型気
体レーザに関する。
体レーザに関する。
ガス循環型気体レーザの代表例としてCO2レー
ザがある。分割型カソード電極を有する従来のカ
ソード循環型CO2レーザの構造例を第６図に示
す。１１は平板状のアノード電極であり、１２は
複数個に分割して配列されたカソード電極であ
る。カソード電極１２は絶縁支持板１３に取付け
られている。アノード電極１１は主電源１５の正
極に接続され、カソード電極１２は放電制限抵抗
１４を介して主電源１５の負極に接続されてい
る。
ザがある。分割型カソード電極を有する従来のカ
ソード循環型CO2レーザの構造例を第６図に示
す。１１は平板状のアノード電極であり、１２は
複数個に分割して配列されたカソード電極であ
る。カソード電極１２は絶縁支持板１３に取付け
られている。アノード電極１１は主電源１５の正
極に接続され、カソード電極１２は放電制限抵抗
１４を介して主電源１５の負極に接続されてい
る。
１６1，１６2は共振器ミラーであり、１７は
CO2ガス流の方向を示している。図から明らかな
ように、ガス流と放電電流方向は直交し、ミラー
１６1，１６2はこれらガス流および放電電流の双
方に直交する方向に沿つて対向配置されている。
CO2ガス流の方向を示している。図から明らかな
ように、ガス流と放電電流方向は直交し、ミラー
１６1，１６2はこれらガス流および放電電流の双
方に直交する方向に沿つて対向配置されている。
この様な従来の構成では、アノード電極１１と
カソード電極１２間に生成される放電プラズマの
空間的一様性が充分ではなく、放電電力密度が低
くまた放電も不安定である。従つて高いレーザ出
力効率が得られず、大出力を得ようとすると装置
が大型になる、という問題があつた。
カソード電極１２間に生成される放電プラズマの
空間的一様性が充分ではなく、放電電力密度が低
くまた放電も不安定である。従つて高いレーザ出
力効率が得られず、大出力を得ようとすると装置
が大型になる、という問題があつた。
本発明は上記した点に鑑み、放電電力密度の向
上および放電プラズマの空間的一様性の向上を図
り、もつてレーザ出力効率の向上、装置の小型化
を可能としたガス循環型気体レーザを提供するこ
とを目的とする。
上および放電プラズマの空間的一様性の向上を図
り、もつてレーザ出力効率の向上、装置の小型化
を可能としたガス循環型気体レーザを提供するこ
とを目的とする。
本発明によるガス循環型気体レーザは、カソー
ド電極またはアノード電極の少なくとも一方との
間で補助グロー放電を誘起させる分割型補助電極
をカソード電極に対してガス上流側に配置するこ
とを基本とする。そしてこの様な基本構成におい
て更に、補助電極とアノード電極との間の距離を
カソード電極とアノード電極との間の距離より小
さく設定し、かつカソード電極はアノード電極と
の間の距離が下流側でガス上流側より大となる平
坦な傾斜端面を持たせたことを特徴とする。
ド電極またはアノード電極の少なくとも一方との
間で補助グロー放電を誘起させる分割型補助電極
をカソード電極に対してガス上流側に配置するこ
とを基本とする。そしてこの様な基本構成におい
て更に、補助電極とアノード電極との間の距離を
カソード電極とアノード電極との間の距離より小
さく設定し、かつカソード電極はアノード電極と
の間の距離が下流側でガス上流側より大となる平
坦な傾斜端面を持たせたことを特徴とする。
本発明によれば、分割型補助電極を用いてカソ
ード電極に対してガス流の上流側で補助グロー放
電を誘起させることにより、全体として放電プラ
ズマの空間的一様性が向上する。また補助電極と
アノード電極間の距離をカソード電極とアノード
電極間の距離より小さく設定することにより、補
助放電で発生したプラズマを主放電領域に効率よ
く供給することが可能となり、これにより主放電
電力密度の増大が図られる。また放電開始電圧も
低下し、電源電圧を低くすることができる。更に
また、カソード電極のアノード電極側端面の形状
を選ぶことによつて、負グローのガス下流側への
集中を防止して安定な広い放電領域を得ることが
できる。従つて本発明によれば、高効率のレーザ
出力が得られ、また装置の小型化が可能になる。
ード電極に対してガス流の上流側で補助グロー放
電を誘起させることにより、全体として放電プラ
ズマの空間的一様性が向上する。また補助電極と
アノード電極間の距離をカソード電極とアノード
電極間の距離より小さく設定することにより、補
助放電で発生したプラズマを主放電領域に効率よ
く供給することが可能となり、これにより主放電
電力密度の増大が図られる。また放電開始電圧も
低下し、電源電圧を低くすることができる。更に
また、カソード電極のアノード電極側端面の形状
を選ぶことによつて、負グローのガス下流側への
集中を防止して安定な広い放電領域を得ることが
できる。従つて本発明によれば、高効率のレーザ
出力が得られ、また装置の小型化が可能になる。
以下本発明の実施例を説明する。
第１図は一実施例のガス循環型CO2レーザを共
振器長方向から見た断面図であり、第２図は同じ
くガス流方向から見た断面図である。１は平板状
アノード電極、２はカソード電極である。カソー
ド電極２は共振器長方向に沿つて複数個に分割配
列されている。カソード電極２に対してガス流の
下流側に複数個の補助電極３がやはり共振器長方
向に沿つて配列されている。これらカソード電極
２および補助電極３は絶縁支持板４に取付けられ
ている。カソード電極２は放電制限抵抗５1を介
して主電源６に接続されている。補助電極３は放
電制限抵抗５2を介し、スイツチを介して選択的
に主電源６に、または補助直流電源７1や補助交
流電源７2に接続され、あるいは接地されるよう
になつている。８1，８2は共振器を構成するミラ
ーであり、９はガス流方向を示している。
振器長方向から見た断面図であり、第２図は同じ
くガス流方向から見た断面図である。１は平板状
アノード電極、２はカソード電極である。カソー
ド電極２は共振器長方向に沿つて複数個に分割配
列されている。カソード電極２に対してガス流の
下流側に複数個の補助電極３がやはり共振器長方
向に沿つて配列されている。これらカソード電極
２および補助電極３は絶縁支持板４に取付けられ
ている。カソード電極２は放電制限抵抗５1を介
して主電源６に接続されている。補助電極３は放
電制限抵抗５2を介し、スイツチを介して選択的
に主電源６に、または補助直流電源７1や補助交
流電源７2に接続され、あるいは接地されるよう
になつている。８1，８2は共振器を構成するミラ
ーであり、９はガス流方向を示している。
カソード電極２は、アノード電極１側の端面が
ガス流方向に所定の幅をもつて形成されている。
そして第１図に示すように、カソード電極２のガ
ス流下流側でのアノード電極１との間の距離l3が
ガス流上流側でのアノード電極１との間の距離l2
より大となるように、その端面が平坦な傾斜面と
なつている。また補助電極３とアノード電極１と
の間の距離l1はカソード電極２とアノード電極１
との間の距離l2より小となるように設定されてい
る。
ガス流方向に所定の幅をもつて形成されている。
そして第１図に示すように、カソード電極２のガ
ス流下流側でのアノード電極１との間の距離l3が
ガス流上流側でのアノード電極１との間の距離l2
より大となるように、その端面が平坦な傾斜面と
なつている。また補助電極３とアノード電極１と
の間の距離l1はカソード電極２とアノード電極１
との間の距離l2より小となるように設定されてい
る。
この様に構成されたCO2レーザの特性を次に説
明する。ガス循環型CO2レーザは一般にある電極
構造において、ガス組成、圧力、ガス流速等が決
まるとこれらのパラメータに対応してグロー放電
電力密度の上限値が決まる。しかし第１図、第２
図のように補助電極３を設けて、主放電とは別に
補助放電を発生させると、主放電電力密度が増大
する。後に詳細なデータを挙げるが、補助放電を
発生させることによる主放電電力密度の増大は３
〜４倍になることが実験的に確認されている。し
かも同一圧力、同一ガス混合比で補助放電を行な
うと、放電維持電圧Vgは、補助放電を行なわな
い場合と比較して低下するが、放電電流Igは５倍
程度増大し、レーザ発振出力が増大する。また分
割型補助電極構成として空間的に一様な補助放電
を行なうことにより、ガス流方向およびビーム方
向の放電プラズマ部が空間的に一様になる。これ
らの効果は、補助放電によりガス流上流側で発生
したプラズマが主放電領域に直接供給されて電離
効率が上がるためと考えられる。そしてこれらの
効果は、補助電極３とアノード電極１間の距離l1
を、カソード電極２とアノード電極１間の距離l2
より小さくすることにより、倍加されている。
明する。ガス循環型CO2レーザは一般にある電極
構造において、ガス組成、圧力、ガス流速等が決
まるとこれらのパラメータに対応してグロー放電
電力密度の上限値が決まる。しかし第１図、第２
図のように補助電極３を設けて、主放電とは別に
補助放電を発生させると、主放電電力密度が増大
する。後に詳細なデータを挙げるが、補助放電を
発生させることによる主放電電力密度の増大は３
〜４倍になることが実験的に確認されている。し
かも同一圧力、同一ガス混合比で補助放電を行な
うと、放電維持電圧Vgは、補助放電を行なわな
い場合と比較して低下するが、放電電流Igは５倍
程度増大し、レーザ発振出力が増大する。また分
割型補助電極構成として空間的に一様な補助放電
を行なうことにより、ガス流方向およびビーム方
向の放電プラズマ部が空間的に一様になる。これ
らの効果は、補助放電によりガス流上流側で発生
したプラズマが主放電領域に直接供給されて電離
効率が上がるためと考えられる。そしてこれらの
効果は、補助電極３とアノード電極１間の距離l1
を、カソード電極２とアノード電極１間の距離l2
より小さくすることにより、倍加されている。
また、カソード電極２の端面を傾斜面として、
上流側でのアノード電極１までの距離l2より下流
側でのアノード電極１までの距離l3を大きくする
ことにより、放電の安定性向上が図られている。
即ち一般に、流れのある数＋torr以上のガス中で
はカソード電極表面の負グロー領域が不安定にな
り易く、一方ガス循環型レーザ放電はガス流方向
に沿つて共振器ミラーに応じてある幅を持つた放
電領域が必要である。そのため分割型カソード電
極はガス流方向にある幅が必要であるが、単に幅
だけを確保したとしても、実際の放電の様子を観
察すると負グロー領域はガス流方向に流されて下
流側に集中して不安定になる。これに対して第１
図に示すようにカソード電極２の端面形状を設計
することにより、分割カソード電極端面全体に安
定して負グロー領域が存在するようになり、放電
領域が広がるのである。
上流側でのアノード電極１までの距離l2より下流
側でのアノード電極１までの距離l3を大きくする
ことにより、放電の安定性向上が図られている。
即ち一般に、流れのある数＋torr以上のガス中で
はカソード電極表面の負グロー領域が不安定にな
り易く、一方ガス循環型レーザ放電はガス流方向
に沿つて共振器ミラーに応じてある幅を持つた放
電領域が必要である。そのため分割型カソード電
極はガス流方向にある幅が必要であるが、単に幅
だけを確保したとしても、実際の放電の様子を観
察すると負グロー領域はガス流方向に流されて下
流側に集中して不安定になる。これに対して第１
図に示すようにカソード電極２の端面形状を設計
することにより、分割カソード電極端面全体に安
定して負グロー領域が存在するようになり、放電
領域が広がるのである。
次にこの実施例のCO2レーザでの具体的な特性
データを説明する。
データを説明する。
第３図および第４図は、ガス流速と最大グロー
放電電力の関係を、各種補助放電条件について測
定した結果である。第５図は入力電力とレーザ出
力電力の関係を、やはり各種補助放電条件につい
て測定した結果である。なお最大グロー放電電力
とは、グロー放電が不安定になりアーク放電が発
生し始める時の電力を云う。第３図はガス圧が
PT＝60torr、第４図は同じくPT＝30torrの場合で
ある。各電極間距離は、l1≒50mm、l2＝60mm、l3
＝70mmである。補助電極とカソード電極間の直流
補助放電は、第１図において補助電極３を制限抵
抗５2を介して接地（即ちアノード電極１と同電
位に設定）することにより行なつた。またこれら
の図には、補助電極３をフローテイングに保つて
補助放電を行なわなかつた場合のデータを併せて
示してある。
放電電力の関係を、各種補助放電条件について測
定した結果である。第５図は入力電力とレーザ出
力電力の関係を、やはり各種補助放電条件につい
て測定した結果である。なお最大グロー放電電力
とは、グロー放電が不安定になりアーク放電が発
生し始める時の電力を云う。第３図はガス圧が
PT＝60torr、第４図は同じくPT＝30torrの場合で
ある。各電極間距離は、l1≒50mm、l2＝60mm、l3
＝70mmである。補助電極とカソード電極間の直流
補助放電は、第１図において補助電極３を制限抵
抗５2を介して接地（即ちアノード電極１と同電
位に設定）することにより行なつた。またこれら
の図には、補助電極３をフローテイングに保つて
補助放電を行なわなかつた場合のデータを併せて
示してある。
これらのデータから、以下のようなことが言え
る。
る。
(1) 補助放電がある場合、補助放電がない場合に
比べて最大グロー放電電力は２〜４倍になる。
比べて最大グロー放電電力は２〜４倍になる。
(2) 補助放電を行なうと、ガス流速が速くなれば
なる程、最大グロー放電電力は増加する傾向が
顕著になる。
なる程、最大グロー放電電力は増加する傾向が
顕著になる。
(3) 補助放電形態に関しては、ガス圧が高い場合
には直流放電よりも交流放電の方が有利であ
る。圧力が低い場合はその相違は殆ど見られな
い。
には直流放電よりも交流放電の方が有利であ
る。圧力が低い場合はその相違は殆ど見られな
い。
(4) 圧力が高い場合、補助放電は交流放電、直流
放電いずれの方式の場合もアノード電極とカソ
ード電極の双方に起こすと効果が充分に上が
る。圧力が低い場合は、アノード電極またはカ
ソード電極のいずれか一方に対して起こせば効
果が出る。
放電いずれの方式の場合もアノード電極とカソ
ード電極の双方に起こすと効果が充分に上が
る。圧力が低い場合は、アノード電極またはカ
ソード電極のいずれか一方に対して起こせば効
果が出る。
(5) 補助放電を行なうと放電維持電圧が低下し、
放電電力密度は従来の２〜４倍、およそ8W／
cm2以上になることが判つた。この結果が第５図
に示すようにレーザ出力の増大につながつてい
る。
放電電力密度は従来の２〜４倍、およそ8W／
cm2以上になることが判つた。この結果が第５図
に示すようにレーザ出力の増大につながつてい
る。
本発明は上記実施例に限られるものではない。
例えば第１図において交流補助電源７2を用いる
場合、制限抵抗５2の代わりにコンデンサを用い
ることができる。その他本発明はその趣旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができ
る。
例えば第１図において交流補助電源７2を用いる
場合、制限抵抗５2の代わりにコンデンサを用い
ることができる。その他本発明はその趣旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができ
る。
第１図は本発明の一実施例のCO2レーザを示す共
振器長方向の断面図、第２図は同じくガス流方向
の断面図、第３図および第４図はそのCO2レーザ
のガス流速と最大グロー放電電力の関係を示す
図、第５図は同じく放電入力とレーザ出力の関係
を示す図、第６図は従来のCO2レーザの構成を示
す図である。 １…アノード電極、２…カソード電極、３…補
助電極、４…絶縁支持板、５1，５2…放電制限抵
抗、６…主電源、７1…補助直流電源、７2…補助
交流電源、８1，８2…共振器ミラー、９…ガス流
方向。
振器長方向の断面図、第２図は同じくガス流方向
の断面図、第３図および第４図はそのCO2レーザ
のガス流速と最大グロー放電電力の関係を示す
図、第５図は同じく放電入力とレーザ出力の関係
を示す図、第６図は従来のCO2レーザの構成を示
す図である。 １…アノード電極、２…カソード電極、３…補
助電極、４…絶縁支持板、５1，５2…放電制限抵
抗、６…主電源、７1…補助直流電源、７2…補助
交流電源、８1，８2…共振器ミラー、９…ガス流
方向。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ グロー放電を誘起させるアノード電極と分割
型カソード電極を有するガス循環型気体レーザに
おいて、前記カソード電極に対してガス上流側
に、前記カソード電極またはアノード電極の少な
くとも一方との間で補助グロー放電を誘起させる
分割型補助電極が配置され、この補助電極と前記
アノード電極との間の距離は前記カソード電極と
アノード電極との間の距離より小さく設定され、
かつ前記カソード電極は前記アノード電極との間
の距離がガス下流側で上流側より大となる平坦な
傾斜端面を有することを特徴とするガス循環型気
体レーザ。 ２ 前記補助電極は、前記アノード電極とカソー
ド電極間にグロー放電を誘起させるための主電源
とは別に設けられた補助直流電源に放電制限素子
を介して接続されている特許請求の範囲第１項記
載のガス循環型気体レーザ。 ３ 前記補助電極は、前記アノード電極とカソー
ド電極間にグロー放電を誘起させるための主電源
とは別に設けられた補助交流電源に放電制限素子
を介して接続されている特許請求の範囲第１項記
載のガス循環型気体レーザ。 ４ 前記補助電極は、前記アノード電極とカソー
ド電極間にグロー放電を誘起させるための主電源
に放電制限素子を介して接続されている特許請求
の範囲第１項記載のガス循環型気体レーザ。 ５ 前記補助電極は、放電制限素子を介して接地
されている特許請求の範囲第１項記載のガス循環
型気体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP310286A JPS62160780A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | ガス循環型気体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP310286A JPS62160780A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | ガス循環型気体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62160780A JPS62160780A (ja) | 1987-07-16 |
| JPH0469829B2 true JPH0469829B2 (ja) | 1992-11-09 |
Family
ID=11547983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP310286A Granted JPS62160780A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | ガス循環型気体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62160780A (ja) |
-
1986
- 1986-01-10 JP JP310286A patent/JPS62160780A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62160780A (ja) | 1987-07-16 |
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