JPH05291663A

JPH05291663A - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH05291663A
Application number: JP9470292A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sato; 健佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1993-11-05

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】熱交換器２１及びガス循環装置２２により、
吸気孔３及び排気孔４を介して放電管１内のレーザ媒質
を循環させる。放電管１の一部にコア１０ａ，１０ｂを
配置し、その周囲にコイル１１ａ，１１ｂを巻回すると
共に、一部のコイル１１ｃを放電管１に近接配置する。
高周波電源２０からコイル１１ａ〜１１ｃに電流を供給
し、コア１０ａ，１０ｂにより磁界を形成し、放電管１
内のレーザ媒質を放電励起させ、共振器５，６によりレ
ーザ発振させる。一般的には、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】高周波電源と放電管を使用した放電励起
方式のガスレーザは、誘電体で構成した放電管の外面に
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３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３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３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容易に発
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、且つ、トランスの一次側のコイルの一部
を、放電管に近接配置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】より具体的には、トランスの一次側のコイ
ルの一部を、放電管の軸方向に沿って配置することが望
ましい。選択的に、トランスの一次側のコイルの一部
を、放電管の排気孔の近傍に配置することが可能である
が、これ以外にも、吸気孔の近傍、放電管の上部、放電
管の下部などに配置したり、それらを組み合わせる形で
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。特
に、本発明では、トランスの一次側のコイルの一部を、
放電管に近接配置しているため、放電が発生し易くなっ
ている。また、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】さらに、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。

【００１５】より具体的に、トランスの一次側のコイル
の一部を、放電管の軸方向に沿って配置した場合には、
放電を、放電管の軸方向に伸びる形で均一に発生させる
ことができる。また、トランスの一次側のコイルの一部
を、放電管の排気孔の近傍に配置した場合には、レーザ
媒質が放電管の中を旋回し、排気孔近傍に達した際に、
放電が発生し易くなる。これ以外にも、吸気孔の近傍、
放電管の上部、放電管の下部などに配置したり、それら
を組み合わせる形で配置した場合には、これらの各部
で、同様に放電を発生し易くできる。

【００１６】

【実施例】以下には、本発明によるガスレーザ装置の一
実施例を、図１及び図２を参照して説明する。この場
合、図１は本発明の一実施例による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】図１に示す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。この放電管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。

【００１８】また、放電管１の２箇所の直線部分１ａ，
１ｂの中央部を囲むようにフェライトコア１０ａ，１０
ｂが、それぞれ配置されている。各フェライトコア１０
ａ，１０ｂは、円筒型のカットコアであり、それぞれ、
一次側に当たるコイル１１ａ，１１ｂが巻回されてい
る。加えて、一次側の一部のコイル１１ｃは、放電管１
の排気孔４の近傍に、その軸方向に沿って、レーストラ
ック形状に巻かれている。そして、これらのコイル１１
ａ〜１１ｃは、高周波電源２０に接続されている。

【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〜１１ｃ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
するが、本実施例においては、コイル１１ｃが、放電管
１の軸方向に沿って配設されているため、放電は、この
コイル１１ｃの形状に沿って、放電管１内で均一に発生
する。また、コイル１１ｃは、放電管１の排気孔４の近
傍に配設されているため、レーザ媒質が放電管１の中を
旋回し、排気孔４近傍に達した際に、放電が発生し易く
なっている。さらに、放電管１の形状は環状であるた
め、放電は、放電管１を一周する形で、放電管１の軸方
向に沿って均一に発生することになる。

【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。また、旋回し
ているレーザ媒質によって、放電管１と中央部の放電と
を断熱することができるため、放電管１は放電の熱の影
響を受けない。

【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。特に、放電管１の近傍に一次側の一部の
コイル１１ｃを配置しているため、放電が発生し易くな
っている。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】なお、本発明は前記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、前記実施例においては、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、前記実
施例では、放電管の直線部分にのみコアを設置したが、
これに加えて曲線部分に設置してもよく、さらに、一箇
所にのみコアを設置することも可能である。これに関連
して、コアの数や形状は自由に変更可能である。一方、
前記実施例においては、放電管に近接配置するコイル
を、レーザ媒質の排気側に配置したが、これ以外にも、
吸気孔の近傍、放電管の上部、放電管の下部などに配置
したり、それらを組み合わせる形で配置することが可能
であり、その場合には、コイルを配置した各部で、同様
に放電を発生し易くできる。

【００２５】

【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、特に、ト
ランスの一次側のコイルの一部を、放電管に近接配置す
ることにより、放電管の軸方向における全体に放電を容
易に発生可能とし、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】本発明による放電励起方式のガスレーザ装置の
一実施例を示す構成図。

【図２】図１のガスレーザ装置の放電管を示す断面図。

【図３】従来の放電励起方式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１０ａ，１０ｂ…フェライトコア１１ａ〜１１ｃ…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

【特許請求の範囲】

【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、且つ、トランスの一次側のコイルの一部を、放電管
に近接配置したことを特徴とするガスレーザ装置。
【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。
【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。
【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。
【請求項５】トランスの一次側のコイルの一部を、放
電管の軸方向に沿って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。
【請求項６】トランスの一次側のコイルの一部を、放
電管の排気孔の近傍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。