JPH05259550A - ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電に占めるシースプラズマの割合を極力小
さくすることにより、電力損失が小さく、効率の高い、
優れたガスレーザ装置を提供する。 【構成】 吸気孔３及び排気孔４を介して放電管１への
レーザ媒質の供給及び排出を行い、熱交換器２１及びガ
ス循環装置２２によってレーザ媒質を循環させる。高周
波電源２０からコイル１１ａ，１１ｂに電流を供給する
ことにより、コア１０ａ，１０ｂによって磁界を形成
し、放電管１内のレーザ媒質を放電励起させ、共振器
５，６によってレーザ発振させる。一般的には、コアと
して、フェライトコアまたはアモルファスコアを使用す
る。また、吸気孔３及び排気孔４として、それぞれ、複
数個の孔を、放電管１の軸方向に等間隔に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高周波電源と放電管よ
り構成される放電励起方式のガスレーザ装置に係り、特
に、その放電部に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高周波電源と放電管を使用した放
電励起方式のガスレーザ装置は、誘電体で構成した放電
管の外部に一対の電極を配置し、その電極間に高周波電
圧を印加し、放電管の内部に充填されたガス状のレーザ
媒質をグロー放電させることによって、レーザ媒質を励
起させると共に、放電管の軸上に共振器を配置すること
によって、レーザ光を発振するように構成されている。

【０００３】図６に、以上のような従来の放電励起方式
のガスレーザ装置の一例を示す。まず、このガスレーザ
装置の構成を説明する。すなわち、図６に示すように、
円筒状に形成された誘電体（一般には石英製）の放電管
１の内部には、ガス状のレーザ媒質が充填されている。
この放電管１の外面には、一対の電極２ａ，２ｂが、放
電管１の軸方向と直交する方向に対向して配置されてい
る。また、放電管１の両端部には、レーザ媒質の吸気孔
３と排気孔４が設けられており、ガス状のレーザ媒質
が、放電管１内部をその軸方向に流れるように構成され
ている。そして、放電管１の両端部における軸上には、
レーザ励起領域を挟む形で、リアミラー５と出力ミラー
６が対向配置され、共振器を構成している。

【０００４】一方、一対の電極２ａ，２ｂは、別に設け
られた高周波電源２０に接続され、高周波電圧を印加さ
れるように構成されている。また、放電管１の排気孔４
の下流には、熱交換器２１及びガス循環装置２２が、配
管２３を介して順次接続され、さらに、ガス循環装置２
２の下流には、同様に配管２３を介して吸気孔３が接続
されており、レーザ媒質が循環するように構成されてい
る。

【０００５】次に、以上のような構成を有する図６のガ
スレーザ装置の作用を説明する。すなわち、運転時に
は、高周波電源２０により一対の電極２ａ，２ｂ間に高
周波電圧を印加し、放電管１の内部に充填されたレーザ
媒質をグロー放電させることによって、レーザ媒質を励
起させ、放電管の軸上に配置されたリアミラー５と出力
ミラー６からなる共振器によってレーザ光３０を発振す
る。この場合、放電管１の吸気孔３から供給され、グロ
ー放電によって加熱されたレーザ媒質は、放電管１の排
気孔４から排出された後、熱交換器２１によって冷却さ
れ、さらに、ガス循環装置２２によって再び放電管１の
吸気孔３に供給され、この一連の循環を繰り返す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、誘電体である放電管の外面に電極を配置する場合、
放電管における電極の配置部分のみにしか放電を発生で
きず、効率が制限されるという欠点がある。また、誘電
体である放電管の外面に電極を配置する場合、通常、放
電管の内部での放電は、誘電体である放電管の壁面に近
い内壁部分に発生するシースプラズマと称される部分
と、放電管の内部空間の中央部分に発生するバルクプラ
ズマと称される部分とに区分される。このうち、レーザ
媒質を有効に励起させるのは、バルクプラズマであり、
シースプラズマにおいては、陰極の電圧降下による電力
損失を生じてしまう。

【０００７】この場合、電極間に印加する高周波電圧の
電源周波数が数ＭＨｚ以上の比較的高いレベルであれ
ば、放電の大部分の領域がバルクプラズマとなり、シー
クプラズマの占める割合が極めて小さいため、陰極電圧
降下による電力損失をわずかな値に抑制できる。しかし
ながら、高周波電圧の電源周波数が１〜数ＭＨｚの比較
的低いレベルになると、シークプラズマの占める割合が
大きくなり、陰極電圧降下による電力損失が増大してし
まう。

【０００８】その反面、電源周波数が数ＭＨｚ以上にな
ると、電源回路の内部に真空管を使用しなければならな
くなり、電源のスイッチング動作効率が低下する問題が
ある。そして、全固体電源とし、高効率スイッチング動
作を行うためには、電源周波数を数ＭＨｚ以下にするこ
とが必要である。

【０００９】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、高
周波電源と放電管より構成される放電励起方式を採用し
ながら、放電管の軸方向における全体に放電を発生可能
とし、且つ、数ＭＨｚ以下の電源周波数に対して、放電
に占めるシースプラズマの割合を極力小さくすることに
より、電力損失が小さく、効率の高い、優れたガスレー
ザ装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるガスレーザ
装置は、高周波電源と放電管によって放電回路を構成す
ると共に、前記放電管の軸上に共振器を配置してなり、
前記放電管に設けた吸気孔及び排気孔を介して前記放電
管へのレーザ媒質の供給及び排出を行い、レーザ媒質を
循環させた状態で、前記高周波電源の動作によって前記
放電管内のレーザ媒質を放電励起させ、前記共振器によ
ってレーザ発振させる、放電励起方式のガスレーザ装置
において、前記高周波電源と前記放電管を、トランスを
介して結合したことを特徴としている。

【００１１】この場合、トランスのコアとしては、一般
的に、フェライトコアまたはアモルファスコアを使用す
る。また、放電管の吸気孔及び排気孔は、それぞれ、複
数個の孔を、放電管の軸方向に伸びる形で等間隔に配置
することが望ましい。さらに、放電管の形状は、一般的
に、少なくとも１箇所の直線部分を有する環状とし、直
線部分の軸上に共振器を配置する。代表的には、放電管
を、平行に配置された２箇所の直線部分とこれを結ぶ円
弧状の２箇所の曲線部分からなるレーストラック形状と
し、その２箇所の直線部分の軸上に共振器を配置する。

【００１２】一方、トランスのコアの具体的な構成とし
ては、例えば、トランスのコアの径を、放電管の径の２
倍以上とすることが可能である。あるいは、トランスの
コアの形状を、放電管の軸方向に伸びる形状とし、コア
と放電管の間にコイルを巻回することが可能である。さ
らにまた、トランスのコアを、コアの中心が放電管の中
心にほぼ一致するように配置することが可能である。

【００１３】

【作用】以上のような構成を有する本発明のガスレーザ
装置の作用は次の通りである。すなわち、運転時には、
高周波電源からトランスに電流を供給することにより、
トランスのコアによって磁界が形成される。この磁界に
よって、放電管に電流が流れ、放電が発生する。この場
合、放電は、放電管の軸方向に伸びる形で放電管の中央
部に発生する。そして、放電管の形状を環状とした場合
には、放電は、放電管の全周に発生することになる。

【００１４】また、コアの径を放電管の径の２倍以上と
した場合には、より有効な磁界を形成することが可能と
なり、コアの形状を放電管の軸方向に伸びる形状とした
場合には、磁界の漏れを極力少なくできる。さらに、コ
アを、その中心と放電管の中心とが一致するように配置
した場合には、放電管に対して均等に磁界を与えること
ができる。

【００１５】特に、吸気孔及び排気孔を、放電管の軸方
向に伸びる形で多数配置した場合には、多数の吸気孔か
ら供給されたレーザ媒質が、放電管の内壁に沿って旋回
し、多数の排気孔から排出されるため、放電は、積極的
に放電管の中央部に集められ、放電管の内壁の影響を受
けることなく持続する。従って、数ＭＨｚ以下の電源周
波数に対しても、シースプラズマをほとんど生じること
なく、放電の大部分の領域がバルクプラズマとなるた
め、陰極電圧降下による電力損失をほとんど生じること
なく、レーザ媒質の励起を最大限有効に行うことができ
る。

【００１６】

【実施例】以下には、本発明によるガスレーザ装置の複
数の実施例を、図１乃至図５を参照して説明する。この
場合、図１は、第１実施例のガスレーザ装置を示す構成
図、図２は、図１のガスレーザ装置の放電管を示す断面
図、図３は、第２実施例のガスレーザ装置を示す構成
図、図４は、第３実施例のガスレーザ装置を示す構成
図、図５は、第４実施例のガスレーザ装置を示す構成図
である。なお、図６に示した従来技術と同一部分には同
一符号を付している。

【００１７】（１） 第１実施例…図１、図２ 図１に示す第１実施例のガスレーザ装置において、円筒
状に形成された石英製の放電管１は、平行に配置された
２箇所の直線部分１ａ，１ｂとこれを結ぶ円弧状の２箇
所の曲線部分１ｃ，１ｄからなるレーストラック形状と
されている。そして、この放電管１の２箇所の直線部分
１ａ，１ｂを囲むようにフェライトコア１０ａ，１０ｂ
が、それぞれ配置されている。各フェライトコア１０
ａ，１０ｂには、それぞれ、コイル１１ａ，１１ｂが巻
回され、コイル１１ａ，１１ｂには、高周波電源２０が
接続されている。

【００１８】また、放電管１の各直線部分１ａ，１ｂ及
び各曲線部分１ｃ，１ｄには、多数個の吸気孔３及び排
気孔４が、それぞれ、各部１ａ〜１ｄの軸方向に等間隔
に配置されている。この吸気孔３及び排気孔４は、図２
に示すように、放電管１の下面における径断面方向両側
に設けられている。そして、排気孔４の下流には、熱交
換器２１及びガス循環装置２２が、配管２３を介して順
次接続され、さらに、ガス循環装置２２の下流には、同
様に配管２３を介して吸気孔３が接続されており、レー
ザ媒質が循環するように構成されている。

【００１９】一方、共振器は、次のように構成されてい
る。すなわち、２箇所の直線部分１ａ，１ｂの軸上にお
ける一方の端部には、出力ミラー６及びリアミラー５が
それぞれ配置され、他端には、ウィンドウ７ａ，７ｂが
それぞれ配置され、このウィンドウ７ａ，７ｂの外部に
は、折り返しミラー８ａ，８ｂがそれぞれ配置されてい
る。

【００２０】以上のような構成を有する本実施例のガス
レーザ装置の作用は、次の通りである。すなわち、運転
時には、高周波電源２０からコイル１１ａ，１１ｂに電
流を供給することにより、フェライトコア１０ａ，１０
ｂによって磁界が形成される。この磁界によって放電管
１に電流が流れ、放電が発生する。この場合、放電は、
放電管１の軸方向に伸びる形で放電管１の中央部に発生
する。また、放電管１の形状は環状であるため、放電
は、放電管１を一周する。

【００２１】特に、本実施例においては、吸気孔３及び
排気孔４を、放電管１の軸方向に伸びる形で多数配置し
ていることにより、多数の吸気孔３から供給されたレー
ザ媒質が、放電管１の内壁に沿って旋回し、多数の排気
孔４から排出されるため、放電は、積極的に放電管１の
中央部に集められ、放電管１の内壁の影響を受けること
なく持続する。従って、数ＭＨｚ以下の電源周波数に対
しても、シースプラズマをほとんど生じることなく、放
電の大部分の領域がバルクプラズマとなるため、陰極電
圧降下による電力損失をほとんど生じることなく、レー
ザ媒質の励起を有効に行うことができる。

【００２２】そして、この放電によって、レーザ媒質が
励起され、放電管１の軸上に配置されたリアミラー５、
出力ミラー６、ウィンドウ７ａ，７ｂ、及び折り返しミ
ラー８ａ，８ｂからなる共振器によってレーザ光３０が
発振される。

【００２３】以上のように、本実施例によれば、フェラ
イトコア１０ａ，１０ｂを介して放電管１内に放電を発
生させるため、電極を使用していた従来技術において問
題となっていたように、電極部分だけに放電が発生する
のではなく、放電管１の全周に亘って放電を発生させる
ことができる。そして、レーザ媒質を放電管１の内壁に
沿って流すことにより、放電管１の中央部に放電を集中
させることができるため、シースプラズマをほとんど生
じることなく、放電の大部分の領域がバルクプラズマと
なり、レーザ媒質の励起を最大限有効に行うことができ
る。従って、電力損失が小さく、効率の高いガスレーザ
装置を実現できる。

【００２４】（２） 第２実施例…図３ 図３に示す第２実施例のガスレーザ装置においては、レ
ーストラック形状の放電管１のうち、第１の曲線部分１
ｃを囲むようにフェライトコア１０が配置され、このフ
ェライトコア１０にはコイル１１が巻回され、コイル１
１には高周波電源２０が接続されている。そして、フェ
ライトコア１０の径は、放電管１の径の約８倍とされて
いる。なお、その他の構成については、前記第１実施例
と全く同様である。

【００２５】このように、フェライトコア１０の径を放
電管１の径に対して約８倍と大きくした場合には、単体
のフェライトコア１０によってより有効な磁界を形成す
ることができるため、１個のフェライトコア１０のみを
配置するという構成の簡略化を実現しながら、しかも、
前記第１実施例と同様の作用効果を得られる。

【００２６】（３） 第３実施例…図４ 図４に示す第３実施例のガスレーザ装置においては、レ
ーストラック形状の放電管１の２箇所の直線部分１ａ，
１ｂ及び２箇所の曲線部分１ｃ，１ｄを個別に囲むよう
に、４つのフェライトコア１０ａ〜１０ｄが、それぞれ
配置されている。この場合、各フェライトコア１０ａ〜
１０ｄは、対応する各部分１ａ〜１ｄの軸方向にそれぞ
れ伸びる形状とされ、対応する各部分１ａ〜１ｄの大半
を覆うように配置されている。そして、フェライトコア
１０ａ〜１０ｄと放電管１との間には、放電管１の軸方
向に沿ってコイル１１が巻回され、コイル１１には高周
波電源２０が接続されている。なお、その他の構成につ
いては、前記第１実施例と全く同様である。

【００２７】以上のような構成を有する本実施例におい
ても、前記第１実施例と同様の作用効果が得られる。特
に、本実施例では、放電管１の大半をフェライトコア１
０ａ〜１０ｄで包囲したことにより、磁界の漏れを極力
少なくできる。

【００２８】（４） 第４実施例…図５ 図５に示す第４実施例のガスレーザ装置においては、フ
ェライトコア１０として、Ｅ文字型のカットコアが使用
されている。そして、このフェライトコア１０は、放電
管１の２箇所の直線部分１ａ，１ｂを一括して包囲し、
且つ、フェライトコア１０の中心とレーストラック形状
の放電管１全体の中心とが一致するように配置されてい
る。そして、フェライトコア１０にはコイル１１が巻回
され、コイル１１には高周波電源２０が接続されてい
る。なお、その他の構成については、前記第１実施例と
全く同様である。

【００２９】以上のような構成を有する本実施例におい
ても、前記第１実施例と同様の作用効果が得られる。特
に、本実施例では、フェライトコア１０を、その中心と
レーストラック形状の放電管１全体の中心とが一致する
ように配置したことにより、放電管１全体に対して均等
に磁界を与えることができる。

【００３０】（５） 他の実施例 なお、本発明は前記各実施例に限定されるものではな
く、他にも、多種多様な構成の装置を実施することが可
能である。まず、前記各実施例においては、いずれも、
放電管の形状をレーストラック形状としたが、全て直線
部分から構成することも可能であり、逆に、１箇所のみ
直線部分を設けることも可能である。次に、トランスの
コアは、フェライトコアに限定されるものではなく、ア
モルファスコアを使用することも可能である。また、コ
アの数は自由に変更可能であり、例えば、前記第２実施
例の変形例として、複数個のコアを設ける構成も可能で
ある。これに関連して、コアの径の、放電管の径に対す
る倍率は自由に変更可能である。さらに、コアと放電管
との間にコイルを巻回する場合、前記第３実施例のよう
に放電管の軸方向に沿って巻回する代わりに、放電管に
対してポロイダル方向に巻回することも可能である。一
方、コアの形状も自由に変更可能であり、例えば、前記
第４実施例の変形例として、円筒型のコアを使用する構
成も可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波電源と放電管をトランスを介して結合し、トラン
スのコアを介して放電管内に放電を発生させることによ
り、放電管の軸方向における全体に放電を発生可能と
し、且つ、数ＭＨｚ以下の電源周波数に対して、放電に
占めるシースプラズマの割合を極力小さくすることがで
きるため、従来の装置に比べて電力損失が小さく、効率
の高い、優れたガスレーザ装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１実施例のガスレーザ装置を示
す構成図。

【図２】図１のガスレーザ装置の放電管を示す断面図。

【図３】本発明による第２実施例のガスレーザ装置を示
す構成図。

【図４】本発明による第３実施例のガスレーザ装置を示
す構成図。

【図５】本発明による第４実施例のガスレーザ装置を示
す構成図。

【図６】従来のガスレーザ装置の一例を示す構成図。

【符号の説明】

１…放電管 １ａ，１ｂ…直線部分 １ｃ，１ｄ…曲線部分 ２ａ，２ｂ…電極 ３…吸気孔 ４…排気孔 ５…リアミラー ６…出力ミラー ７ａ，７ｂ…ウィンドウ ８ａ，８ｂ…折り返しミラー １０，１０ａ〜１０ｄ…フェライトコア １１，１１ａ，１１ｂ…コイル ２０…高周波電源 ２１…熱交換器 ２２…ガス循環装置 ２３…配管 ３０…レーザ光

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電源と放電管によって放電回路を
   構成すると共に、前記放電管の軸上に共振器を配置して
   なり、前記放電管に設けた吸気孔及び排気孔を介して前
   記放電管へのレーザ媒質の供給及び排出を行い、レーザ
   媒質を循環させた状態で、前記高周波電源の動作によっ
   て前記放電管内のレーザ媒質を放電励起させ、前記共振
   器によってレーザ発振させる、放電励起方式のガスレー
   ザ装置において、 前記高周波電源と前記放電管を、トランスを介して結合
   したことを特徴とするガスレーザ装置。
2. 【請求項２】 トランスのコアとして、フェライトコア
   またはアモルファスコアを使用したことを特徴とする請
   求項１に記載のガスレーザ装置。
3. 【請求項３】 吸気孔及び排気孔として、それぞれ、複
   数個の孔を、放電管の軸方向に等間隔に配置したことを
   特徴とする請求項１に記載のガスレーザ装置。
4. 【請求項４】 放電管の形状を、少なくとも１箇所の直
   線部分を有する環状とし、直線部分の軸上に共振器を配
   置したことを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ装
   置。
5. 【請求項５】 放電管の形状を、平行に配置された２箇
   所の直線部分とこれを結ぶ円弧状の２箇所の曲線部分か
   らなるレーストラック形状とし、２箇所の直線部分の軸
   上に共振器を配置したことを特徴とする請求項１に記載
   のガスレーザ装置。
6. 【請求項６】 トランスのコアの径を、放電管の径の２
   倍以上としたことを特徴とする請求項１に記載のガスレ
   ーザ装置。
7. 【請求項７】 トランスのコアの形状を、放電管の軸方
   向に伸びる形状とし、コアと放電管の間にコイルを巻回
   したことを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ装
   置。
8. 【請求項８】 トランスのコアを、コアの中心が放電管
   の中心にほぼ一致するように配置したことを特徴とする
   請求項１に記載のガスレーザ装置。