JPH05299729A - ガスレーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 本発明は、レーザ媒質であるガスを充填した
放電管と、この放電管内に設けられ、間隙を介して対向
し、対向側に突起１０ａ〜１０ｄを有する誘電体２ａ，
２ｂと、この誘電体の内部に設けられた金属電極３ａ，
３ｂと、この金属電極に交流電圧を印加する交流電源４
とを有する。 【効果】 本発明によれば、レーザ発振効率が高いガス
レーザ発振器を提供する事が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属電極に交流電圧を
印加してレーザ媒質であるガスを励起し、レーザ光を発
振するガスレーザ発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のガスレーザ発振器の従来構成の
一例の断面図を図７に示す。

【０００３】本構成はガス流で光軸が直交した、いわゆ
る横流型装置の例である。風洞１の内部には１対の誘電
体２ａ，２ｂが対向して配置され、これら誘電体２ａ，
２ｂ中には金属電極３ａ，３ｂがそれぞれ埋め込まれて
いる。誘電体２ａ，２ｂの対向する面はほぼ平面に近い
形状を有し、両端部は電界緩和のため放電ギャップ側を
丸めた形状にしている。誘電体２ａ，２ｂの間がいわゆ
る放電ギャップを形成する。風洞１の内部にはレーザガ
スを封入する。従って放電ギャップはレーザガスで満た
される。

【０００４】前述の金属電極３ａ，３ｂには、交流電源
４が接続され、交流電源４が交流電圧を金属極間に印加
すると誘電体２ａ，２ｂを容量結合して放電ギャップに
交流電圧が発生し、放電ギャップを満たしたレーザガス
に放電５が発生する。レーザガスが放電５により加熱さ
れるのを適度に抑えるため、送風機６により風洞１内を
レーザガスが矢印Ａ方向に循環し、熱交換器７によって
冷却されるようになっている。放電５によりレーザ励起
が行なわれ、紙面に垂直方向に構成した図示しない光共
振器によりこの光共振器の断面積８内にレーザ９が発生
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成を有する従来のレーザ装置においては、以下
に述べるような放電５の漏れについて解決するべき課題
があった。

【０００６】このようなレーザ装置の放電５の分布は次
のように考えられる。交流電圧を金属電極３ａ，３ｂ間
に印加し、誘電体２ａ，２ｂ間の放電ギャップに放電５
が発生したとき、誘電体２ａ，２ｂ表面における電流連
続の式は、

【０００７】

【数１】 ｊ＝−αＤ／αｔ （１）

【０００８】ここで、ｊは放電５を流れる伝導電流、Ｄ
は誘電体２ａ，２ｂの表面の電束、ｔは時間である。こ
の電束Ｄは誘電体の誘電率εと誘電体２ａ，２ｂの表面
の電界Ｅを使って、

【０００９】

【数２】 Ｄ＝εＥ （２） 電界Ｅは交流電界であるので、その振幅Ｅと角周波数ω
を用いて、

【００１０】

【数３】 Ｅ＝Ｅ・ｓｉｎ（ωｔ） （３） と示せるから、（１）（２）（３）式から

【００１１】

【数４】 ｊ＝ωεＥ・ｃｏｓ（ωｔ） （４） 電流ｊの絶対値は、

【００１２】

【数５】 ｜ｊ｜＝ωεＥ （５）

【００１３】（５）式より誘電体２ａ，２ｂの表面の誘
電率εが一定であれば、ωは分布によらないから、電流
の絶対値｜ｊ｜の分布は誘電体２ａ，２ｂの表面の電界
分布Ｅに等しく、また、放電５の分布は電流の絶対値｜
ｊ｜の分布に等しいから、放電５の分布は誘電体２ａ，
２ｂの表面の電界分布に等しい。

【００１４】図８は図７に示した従来のガスレーザ発振
器の電極形状の誘電体表面の高速表面電荷法による電界
計算結果で、誘電体２ａの右半分を示している。図示し
なかった誘電体２ａの左半分は右半分と対称であり、誘
電体２ｂは誘電体２ａと対称であるので、誘電体２ａの
右半分だけを考えれば十分である。

【００１５】図９には誘電体２ａ表面の電界を線分で表
しており、線分の方向と大きさが電界の方向と大きさを
表す。この図９から判るように、電界は金属電極３ａの
真下だけでなく、ほぼ平面に近い形状を有した部分はも
とより、両端部の丸めた形状の部分まで電界の大きさが
十分には小さくならない。放電５の電流はこの電界に比
例するから、ほぼ平面に近い形状を有した部分から両端
部の丸めた形状の部分まで放電が漏れる事になる。

【００１６】ところで、この放電５によりレーザ励起が
行なわれ、紙面に垂直方向に構成した図示しない光共振
器によりレーザ９を取出すわけであるが、この時、放電
ギャップをガスが一方向Ａに循環している。光共振器の
断面８より下流の放電５により励起されたエネルギーは
光共振器の断面積内を通過しないためレーザにはならな
い。また、光共振器の断面積８より上流の放電５により
励起されたエネルギーは光共振器の断面積８に達するま
でにやや緩和してエネルギーを失う。つまり、光共振器
の断面積８より放電５が大きく広がると、放電により励
起したエネルギーのうちレーザにならない損失が発生し
てしまう。そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされた
もので、その目的はレーザ発振効率が高いガスレーザ発
振器を提供する事にある。 ［発明の構成］

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、レーザ媒質であるガスを充填した放電管
と、この放電管内に設けられ、間隙を介して対向し、対
向側に突起を有する誘電体と、この誘電体の内部に設け
られた金属電極と、この金属電極に交流電圧を印加する
交流電源とを備えたガスレーザ発振器、及びレーザ媒質
であるガスを充填した放電管と、この放電管内に設けら
れ、間隙を介して対向した誘電体と、この誘電体の内部
に設けられた金属電極と、前記誘電体内の金属電極の外
周部に設けられた遊電極と、前記金属電極に交流電圧を
印加する交流電源とを備えたガスレーザ発振器とを提供
する。

【００１８】

【作用】以上のように構成された本発明のガスレーザ発
振器においては、誘電体の表面の電界分布が金属電極近
傍で強く、それ以外では弱くできる。前述のように、放
電分布は電流分布に等しく、電流分布はこの誘電体の表
面の電界分布に等しいから、放電分布は電界分布に等し
い。従って、放電を金属電極近傍のみに発生させ、それ
以外では放電が漏れないように、放電を制限できる。そ
の結果、放電を制限した領域を光共振器の断面積程度と
することができ、放電により励起したエネルギーを効率
よくレーザにする事が可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１，図２を用
いて説明する。同図において、図７，図８に示した従来
例と同一のものについては同一符号を付して示した。

【００２０】図１に示すように、本実施例のガスレーザ
発振器は、１対の誘電体２ａ，２ｂが対向して配置さ
れ、これら誘電体２ａ，２ｂ中には金属電極３ａ，３ｂ
がそれぞれ埋め込まれている。金属電極２ａ，２ｂに挾
まれた誘電体２ａ，２ｂの対向する面は、ほぼ平面に近
い形状を有し、金属電極３ａ，３ｂの外周部で、誘電体
２，ａ２ｂは放電ギャップ側に、突起１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ，１０ｄを有する。

【００２１】そして、これら突起１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ，１０ｄの外側で、対向した誘電体２ａ，２ｂの間隔
を徐々に開く形状にしている。このとき、突起１０ａ，
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの外側では誘電体の形状が滑ら
かな曲線あるいは滑らかな直線上の断面を形成してい
る。図２は図１の第１実施例の電極形状の誘電体表面の
高速表面電荷法による電界計算結果で、図８の従来例と
同様に誘電体２ａの右半分を示している。

【００２２】この図２により判るように、電界は金属電
極３ａの真下で強く、金属電極３ａの横に行くに従い、
少し弱くなり、突起１０ｂのすぐ外側の位置で電界は一
旦、零に下がる。その後、誘電体の形状を徐々に開いた
部分ですこし電界がでてくるが、その値は小さい。前述
のように放電分布はこの電界分布に等しいので、実際に
放電５はこの突起１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの内
側に制限される。

【００２３】一般のレーザ装置、あるいは放電装置のよ
うな直流放電やパルス放電のような金属電極間に直接放
電を発生させる装置では、金属電極の放電ギャップ面に
突起があると放電がその部分に集中するが、本実施例の
ように、誘電体を介して交流放電をつけるレーザ装置で
は逆で、誘電体電極の放電ギャップ面に突起があると放
電がその部分で弱くなる。次に、本発明の第２実施例を
図３，図４を用いて説明する。同図においても、図７，
図８の従来例と同一のものは同一符号を付して示した。

【００２４】図３に示すように、本実施例は、１対の誘
電体２ａ，２ｂが対向して配置され、これら誘電体２
ａ，２ｂ中には金属電極３ａ，３ｂがそれぞれ埋め込ま
れている。金属電極２ａ，２ｂに挾まれた誘電体２ａ，
２ｂの対向する面はほぼ平面に近い形状を有し、金属電
極３ａ，３ｂの外周部で、誘電体２ａ，２ｂは、突起１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを持つように、誘電体２
ａ，２ｂの間隔を急激に開く形状にしている。図４は図
３の第２実施例の電極形状の誘電体表面の高速表面電荷
法による電界計算結果で、図８の従来例と同様に誘電体
２ａの右半分を示している。

【００２５】この図４から判るように、電界は金属電極
３ａの真下で強く、金属電極３ａのない横に行くに従
い、少し弱くなり、突起１０ｂのすぐ内側の位置で電界
は一旦、零に近い値まで下がる。

【００２６】前述のように放電分布はこの電界分布に等
しく、突起１１ｂで一旦、電界が零に近い値まで下がる
ので、前述のように放電分布はこの突起１１ｂの内側に
とどまろうとする。そこで放電５は突起１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄの内側におよそ制限される。

【００２７】ただし、突起１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄの誘電体の形状を開いた部分ですこし電界がでてい
るため、交流電源の電圧を上げ、高密度放電を行なおう
とすると、少し漏れ放電を生じてしまう。しかしなが
ら、従来例より漏れ放電は、はるかに少ない。本発明の
第３実施例を図５，図６を用いて説明する。同図におい
ても、図７，図８の従来例と同一のものは同一符号を付
して示した。

【００２８】図５は第３実施例の構成を示し、その基本
構成は第１実施例にならっている。図５に示すように、
本実施例は、突起１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの外
側で、対向した誘電体２ａ，２ｂの間隔を徐々に開く形
状にしているが、その部位の誘電体２ａ，２ｂ中に浮遊
電位となる浮遊電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが
封入されている。

【００２９】図６は図５の第３実施例の電極形状の誘電
体表面の高速表面電荷法による電界計算結果で、図８の
従来例と同様に誘電体２ａの右半分を示している。図よ
り判るように電界は金属電極３ａの真下で強く、金属電
極３ａのない横に行くに従い、少し弱くなり、突起１０
ｂのすぐ外側の位置で電界は一旦、零に下がる。その
後、誘電体の形状を徐々に開いた部分ですこし電界がで
てくるが、その値は第１実施例よりさらに小さい。前述
のように放電分布はこの電界分布に等しいので、実際に
放電５はこの突起１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの内
側に制限される。

【００３０】以上、第１乃至第３の実施例を示したが、
いづれの実施例においても、放電５を適当な範囲に制限
することが可能であるので、放電５を制限した領域を光
共振器の断面積８程度とすることができ、放電５により
励起したエネルギーを効率よくレーザ９にする事が可能
となる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、レ
ーザ発振効率が高いガスレーザ発振器を提供する事が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す概要構成図。

【図２】本発明の第１実施例の作用を示す電界計算結果
を示す図。

【図３】本発明の第２実施例を示す概要構成図。

【図４】本発明の第２実施例の作用を示す電界計算結果
を示す図。

【図５】本発明の第３実施例を示す概要構成図。

【図６】本発明の第３実施例の作用を示す電界計算結果
を示す図。

【図７】従来のガスレーザ発振器を示す概要構成図。

【図８】従来のガスレーザ発振器の放電分布を示す電界
計算結果を示す図。

【符号の説明】

１…風洞、 ２ａ，２ｂ…誘電
体、３ａ，３ｂ…金属電極、 ４…交流電源、
５…放電、 ６…送風機、７…熱
交換器、 ８…光共振器の断面積、９
…レーザ、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１１ａ，
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…突起、１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄ…浮遊電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 伸次 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 小林 定章 三重県三重郡朝日町大字繩生2121番地 株 式会社東芝三重工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ媒質であるガスを充填した放電管
   と、この放電管内に設けられ、間隙を介して対向し、対
   向側に突起を有する誘電体と、この誘電体の内部に設け
   られた金属電極と、この金属電極に交流電圧を印加する
   交流電源とを具備したことを特徴とするガスレーザ発振
   器。
2. 【請求項２】 前記誘電体の対向する側の面より反対向
   側の面の方が大きいことを特徴とする請求項１記載のガ
   スレーザ発振器。
3. 【請求項３】 前記誘電体の突起の外側の側面が曲面を
   成していることを特徴とする請求項２記載のガスレーザ
   発振器。
4. 【請求項４】 レーザ媒質であるガスを充填した放電管
   と、この放電管内に設けられ、間隙を介して対向した誘
   電体と、この誘電体の内部に設けられた金属電極と、前
   記誘電体内の金属電極の外周部に設けられた浮遊電極と
   なる金属と、前記金属電極に交流電圧を印加する交流電
   源とを具備したことを特徴とするガスレーザ発振器。