JPH05315688A - ガスレーザ発振器 - Google Patents
ガスレーザ発振器Info
- Publication number
- JPH05315688A JPH05315688A JP4112944A JP11294492A JPH05315688A JP H05315688 A JPH05315688 A JP H05315688A JP 4112944 A JP4112944 A JP 4112944A JP 11294492 A JP11294492 A JP 11294492A JP H05315688 A JPH05315688 A JP H05315688A
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- JP
- Japan
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- discharge
- high frequency
- laser
- frequency power
- gas
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 本発明は、放電電極間に高周波の交流電圧を
印加してレーザ光を発振させるガスレーザ発振器におい
て、放電電極に高周波の交流電圧をオン，オフ動作させ
ることで、放電電極の放電ギャップ間に電子捕捉現象を
生じさせて、レーザパルス動作を行う。 【効果】 本発明によれば、高周波電源をオン，オフす
ることのみでレーザパルス動作を行なうので、小型で総
合効率が高く、レーザパルス特性の優れたガスレーザ発
振器を提供することができる。
印加してレーザ光を発振させるガスレーザ発振器におい
て、放電電極に高周波の交流電圧をオン，オフ動作させ
ることで、放電電極の放電ギャップ間に電子捕捉現象を
生じさせて、レーザパルス動作を行う。 【効果】 本発明によれば、高周波電源をオン，オフす
ることのみでレーザパルス動作を行なうので、小型で総
合効率が高く、レーザパルス特性の優れたガスレーザ発
振器を提供することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放電電極間に高周波の
交流電圧を印加してレーザ光を発振させるガスレーザ発
振器に関する。
交流電圧を印加してレーザ光を発振させるガスレーザ発
振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来のガスレーザ発振器の構成の
一例をを示したものであり、このガスレーザ発振器の構
成はガス流がレーザ光軸と直交した横流形レーザであ
る。
一例をを示したものであり、このガスレーザ発振器の構
成はガス流がレーザ光軸と直交した横流形レーザであ
る。
【０００３】同図において、断面矩形状をなす外部風洞
１内には、断面略Ｕ字状をなす内部風洞２が設けられて
いる。外部風洞１の上面中央部にはセラミックスなどか
らなる平板状をなす第１の誘電体３ａが誘電体３ｂと所
定の間隔をもって対向して気密に取付けられている。内
部風洞２は誘電体３ｂにより閉鎖されており、この内部
風洞２は外気と連通している。
１内には、断面略Ｕ字状をなす内部風洞２が設けられて
いる。外部風洞１の上面中央部にはセラミックスなどか
らなる平板状をなす第１の誘電体３ａが誘電体３ｂと所
定の間隔をもって対向して気密に取付けられている。内
部風洞２は誘電体３ｂにより閉鎖されており、この内部
風洞２は外気と連通している。
【０００４】また、第１の誘電体３ａの上面中央部には
第１の電極４ａが取付けられ一方の誘電体電極を構成
し、第２の誘電体３ｂの下面中央部には第１の電極４ａ
と対をなす第２の電極４ｂが取付けられ、他方の誘電体
電極を構成する。第１の電極４ａ及び第２の電極４ｂ
は、高周波電源５に接続されている。そして、外部風洞
１と内部風洞２との間の空間部にはレーザ媒質としての
ガスが封入されており、そのガスは内部風洞２の下方に
配設された送風機６により外部風洞１内を矢印Ａ方向に
循環され、熱交換器７によって冷却されるようになって
いる。
第１の電極４ａが取付けられ一方の誘電体電極を構成
し、第２の誘電体３ｂの下面中央部には第１の電極４ａ
と対をなす第２の電極４ｂが取付けられ、他方の誘電体
電極を構成する。第１の電極４ａ及び第２の電極４ｂ
は、高周波電源５に接続されている。そして、外部風洞
１と内部風洞２との間の空間部にはレーザ媒質としての
ガスが封入されており、そのガスは内部風洞２の下方に
配設された送風機６により外部風洞１内を矢印Ａ方向に
循環され、熱交換器７によって冷却されるようになって
いる。
【０００５】上記構成において、高周波電源５により第
１及び第２の放電電極４ａ，４ｂ間に交流電圧が印加さ
れると、第１及び第２の誘電体３ａ，３ｂを介してこれ
らの間に高周波放電が生じ、第１及び第２の誘電体３
ａ，３ｂ間に流れるガスが励起されてレーザ光８が紙面
に対して垂直方向に発生する。
１及び第２の放電電極４ａ，４ｂ間に交流電圧が印加さ
れると、第１及び第２の誘電体３ａ，３ｂを介してこれ
らの間に高周波放電が生じ、第１及び第２の誘電体３
ａ，３ｂ間に流れるガスが励起されてレーザ光８が紙面
に対して垂直方向に発生する。
【０００６】ここで、高周波電源５は連続（ＣＷ）動作
とパルス動作を行なう。パルス動作に関して放電の点弧
特性をよくするために、シマー放電等の予備電離手段に
より、レーザパルス，オフ時でも高周波放電を点弧す
る。そのため、図２の（ａ）に示すように高周波電源５
の電源出力は、シマー放電期間と主放電期間とを交互に
有している。
とパルス動作を行なう。パルス動作に関して放電の点弧
特性をよくするために、シマー放電等の予備電離手段に
より、レーザパルス，オフ時でも高周波放電を点弧す
る。そのため、図２の（ａ）に示すように高周波電源５
の電源出力は、シマー放電期間と主放電期間とを交互に
有している。
【０００７】こうして、レーザパルス動作を行うさい
に、高周波電源５が発生するシマー放電期間の電圧と放
電期間の電圧との差を小さくして高周波電源５の負荷を
軽減していた。
に、高周波電源５が発生するシマー放電期間の電圧と放
電期間の電圧との差を小さくして高周波電源５の負荷を
軽減していた。
【０００８】
【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ガスレーザ発振器において
は、以下に述べるような問題点がある。
ような構成を有する従来のガスレーザ発振器において
は、以下に述べるような問題点がある。
【０００９】シマー放電を有しているため、レーザパル
ス動作を行わない場合でも常に放電を点弧していなくて
はならなく装置の効率が低下する。また、シマー放電が
あるため、レーザパルス特性も自体も悪くなる。
ス動作を行わない場合でも常に放電を点弧していなくて
はならなく装置の効率が低下する。また、シマー放電が
あるため、レーザパルス特性も自体も悪くなる。
【００１０】そこで、本発明はこのような点を考慮して
なされたもので、小型で、総合効率が高く、レーザパル
ス特性が優れたガスレーザ装置を提供することを目的と
する。
なされたもので、小型で、総合効率が高く、レーザパル
ス特性が優れたガスレーザ装置を提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、レーザガスが循環して流れる循環流路と、この循
環流路の途中に設けられたレーザガス循環用送風機と、
前記循環流路に対向して配置された一対の放電電極と、
この放電電極に交流電圧を印加する高周波電源とを有す
るガスレーザ発振器において、放電電極に高周波の交流
電圧をオン，オフ動作させることで、前記放電電極の放
電ギャップ間に電子捕捉現象を生じさせて、レーザパル
ス動作を行う高周波電源とを有することを特徴とするも
のである。
めに、レーザガスが循環して流れる循環流路と、この循
環流路の途中に設けられたレーザガス循環用送風機と、
前記循環流路に対向して配置された一対の放電電極と、
この放電電極に交流電圧を印加する高周波電源とを有す
るガスレーザ発振器において、放電電極に高周波の交流
電圧をオン，オフ動作させることで、前記放電電極の放
電ギャップ間に電子捕捉現象を生じさせて、レーザパル
ス動作を行う高周波電源とを有することを特徴とするも
のである。
【００１２】
【作用】高周波電源により、放電電極間に高周波数の交
流電圧を印加すると、電子捕捉現象が生じる。この電子
捕捉現象とは以下に述べる条件下で起こる。
流電圧を印加すると、電子捕捉現象が生じる。この電子
捕捉現象とは以下に述べる条件下で起こる。
【００１３】放電電極間に印加される高周波の交流電圧
の周波数である放電周波数ｆの時、放電ギャプ間に存在
する放電中の電子の振幅α0 （ｍ）は、次式で表すこと
ができる。
の周波数である放電周波数ｆの時、放電ギャプ間に存在
する放電中の電子の振幅α0 （ｍ）は、次式で表すこと
ができる。
【００１４】一般的なガスレーザ発振器においては、ガ
ス混合比によっても変化するが、電子のドリフト速度υ
d (m/s) はυd ≧３×104 であるので、この式を（１）
式に代入すると、 である。ここで放電ギャップ長ｄ（ｍ）としたとき、次
式を満足するときには、図１に示すように電子の振幅範
囲より放電ギャップ長が大きいので、常に放電ギャップ
中に電子が存在する電子捕捉現象が生じる。 ｄ ≧ ２α0 （ｍ） ………… （３） （２），（３）式より電子捕捉現象が起こる条件式とし
て次式を導くことができる。 ｄ ≧ ３×104 ／πｆ （ｍ） ………… （４）
ス混合比によっても変化するが、電子のドリフト速度υ
d (m/s) はυd ≧３×104 であるので、この式を（１）
式に代入すると、 である。ここで放電ギャップ長ｄ（ｍ）としたとき、次
式を満足するときには、図１に示すように電子の振幅範
囲より放電ギャップ長が大きいので、常に放電ギャップ
中に電子が存在する電子捕捉現象が生じる。 ｄ ≧ ２α0 （ｍ） ………… （３） （２），（３）式より電子捕捉現象が起こる条件式とし
て次式を導くことができる。 ｄ ≧ ３×104 ／πｆ （ｍ） ………… （４）
【００１５】この電子捕捉現象が起きると電子が常に放
電ギャップ中に存在するため放電点弧が容易となり、放
電点弧電圧が低くなるのでシマー放電等の予備電離手段
が不要となる。この作用は放電周波数が高い程顕著であ
る。
電ギャップ中に存在するため放電点弧が容易となり、放
電点弧電圧が低くなるのでシマー放電等の予備電離手段
が不要となる。この作用は放電周波数が高い程顕著であ
る。
【００１６】従って、本発明によれば、この効果を積極
的に利用するため、高周波電源をオン，オフすることの
みで図３の（ｂ）に示すようなレーザ出力を得ることの
できるレーザパルス動作が実現でき、総合効率が高く、
レーザパルス特性が優れたガスレーザ装置を提供するこ
とができる。
的に利用するため、高周波電源をオン，オフすることの
みで図３の（ｂ）に示すようなレーザ出力を得ることの
できるレーザパルス動作が実現でき、総合効率が高く、
レーザパルス特性が優れたガスレーザ装置を提供するこ
とができる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。なお、従来例と重複する部分の説明は省略する。
図３は、本実施例であるガスレーザ発振器の構成を示す
ものであり、放電ギャップｄ＝ 9.5 (mm) 、高周波電源
９の出力周波数ｆ＝１ＭＨｚである。この値は、以下に
述べる計算により算出される。高周波電源の出力周波数
ｆ＝１ＭＨｚとして、この値を電子捕捉現象が起こる条
件式である（４）式に代入すると、 ｄ ≧（ 3×104 ）／（π×106 ）＝ 0.0095 （ｍ）と
なる。
する。なお、従来例と重複する部分の説明は省略する。
図３は、本実施例であるガスレーザ発振器の構成を示す
ものであり、放電ギャップｄ＝ 9.5 (mm) 、高周波電源
９の出力周波数ｆ＝１ＭＨｚである。この値は、以下に
述べる計算により算出される。高周波電源の出力周波数
ｆ＝１ＭＨｚとして、この値を電子捕捉現象が起こる条
件式である（４）式に代入すると、 ｄ ≧（ 3×104 ）／（π×106 ）＝ 0.0095 （ｍ）と
なる。
【００１８】また、レーザ励起において、放電電極の電
極層領域の電力損失を少なくすることのできる放電周波
数は、７００ｋＨｚ以上である。そのため、本実施例に
おいては高周波電源９の出力周波数ｆ＝１ＭＨｚと設定
した。このように、電子捕捉現象が発生するように、放
電ギャップ長ｄと高周波電源９の出力周波数ｆを設定し
ている。
極層領域の電力損失を少なくすることのできる放電周波
数は、７００ｋＨｚ以上である。そのため、本実施例に
おいては高周波電源９の出力周波数ｆ＝１ＭＨｚと設定
した。このように、電子捕捉現象が発生するように、放
電ギャップ長ｄと高周波電源９の出力周波数ｆを設定し
ている。
【００１９】図４は、高周波電源９の概要を表した図で
ある。三相200 ｖからの電力を直流電源部10を通してイ
ンバータ回路11で周波数ｆの高周波電力を発生した後、
整合器12を通して電極４ａ，４ｂに供給する。
ある。三相200 ｖからの電力を直流電源部10を通してイ
ンバータ回路11で周波数ｆの高周波電力を発生した後、
整合器12を通して電極４ａ，４ｂに供給する。
【００２０】直流電原部では、ＡＣ 200ｖを整流平滑す
る回路とパルス幅変調（ＰＷＭ）形直流変換回路より構
成されており、電極４ａ，４ｂへ供給する出力高周波電
力のレベル及びパルス制御を行なう。インバータ回路11
は固体素子である静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）よ
り構成されスイッチング動作を行なっている。
る回路とパルス幅変調（ＰＷＭ）形直流変換回路より構
成されており、電極４ａ，４ｂへ供給する出力高周波電
力のレベル及びパルス制御を行なう。インバータ回路11
は固体素子である静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）よ
り構成されスイッチング動作を行なっている。
【００２１】ところで、図中には示していないがインバ
ータ回路11からの出力電圧波形と出力電流波形をモニタ
して周波数を可変させることにより、両波形の位相を一
定にして放電負荷が変動しても常に整合状態を保つＰＬ
Ｌ（Phase Locked Loop ）制御を行なっている。これに
より、高周波電力を効率良く放電負荷に注入することが
可能である。また、出力高周波電力を一定に保つためイ
ンバータ回路11からの出力電流と電圧をモニタして直流
電源部10に送ることによるフィードバック制御も行なっ
ている。この様な構成を有する本実施例のガスレーザ発
振器における作用について、以下に述べる。
ータ回路11からの出力電圧波形と出力電流波形をモニタ
して周波数を可変させることにより、両波形の位相を一
定にして放電負荷が変動しても常に整合状態を保つＰＬ
Ｌ（Phase Locked Loop ）制御を行なっている。これに
より、高周波電力を効率良く放電負荷に注入することが
可能である。また、出力高周波電力を一定に保つためイ
ンバータ回路11からの出力電流と電圧をモニタして直流
電源部10に送ることによるフィードバック制御も行なっ
ている。この様な構成を有する本実施例のガスレーザ発
振器における作用について、以下に述べる。
【００２２】放電ギャップ長と高周波電源の出力周波数
を先に述べたように設定したので、放電ギャップ間にお
いて電子捕捉現象が生じる。そのため、常に放電ギャッ
プ中に電子が存在するので放電点弧が容易となり、放電
点弧電圧が低くなるので、シマー放電、トリガー放電や
その他の予備電離手段なしで、直接高周波電源９をオ
ン，オフするだけでレーザパルス動作を実現できる。
を先に述べたように設定したので、放電ギャップ間にお
いて電子捕捉現象が生じる。そのため、常に放電ギャッ
プ中に電子が存在するので放電点弧が容易となり、放電
点弧電圧が低くなるので、シマー放電、トリガー放電や
その他の予備電離手段なしで、直接高周波電源９をオ
ン，オフするだけでレーザパルス動作を実現できる。
【００２３】放電電極の電極層領域の電力損失を少なく
することのできる７００ｋＨｚ以上の放電周波数である
１ＭＨｚを高周波電源９の出力周波数ｆとして設定して
いるので、レーザ励起効率を高めることができる。ま
た、本発明は高周波電源に固体素子を使いスイッチング
動作を行なっている為、レーザ装置の小形化、高効率化
がはかれる。
することのできる７００ｋＨｚ以上の放電周波数である
１ＭＨｚを高周波電源９の出力周波数ｆとして設定して
いるので、レーザ励起効率を高めることができる。ま
た、本発明は高周波電源に固体素子を使いスイッチング
動作を行なっている為、レーザ装置の小形化、高効率化
がはかれる。
【００２４】ここで、固体素子を使った場合、放電点弧
時に放電開始電圧が定常動作値に比べ高くなるため、固
体素子には高耐サージ特性が要求される。放電周波数を
１ＭＨｚとしたとき放電点弧時に固体素子に流れる瞬時
電流は放電時の２倍から2.5倍である。この点を考慮す
ると静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）が最適である。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、軸流形レーザでもよい。
時に放電開始電圧が定常動作値に比べ高くなるため、固
体素子には高耐サージ特性が要求される。放電周波数を
１ＭＨｚとしたとき放電点弧時に固体素子に流れる瞬時
電流は放電時の２倍から2.5倍である。この点を考慮す
ると静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）が最適である。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、軸流形レーザでもよい。
【００２５】また、本実施例では周波数を可変すること
により高周波電源とレーザ負荷とのインピーダンス整合
をとったが、整合器の定数を最大出力時近傍に合わせて
パルス周波数10ｋＨｚ以上のパルスデューティを可変す
ることによりレーザ出力を制御しても良い。さらに、本
実施例では高耐サージ特性を有する固体素子として、特
に静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）を用いたが、他の
固体素子を用いてもよい。
により高周波電源とレーザ負荷とのインピーダンス整合
をとったが、整合器の定数を最大出力時近傍に合わせて
パルス周波数10ｋＨｚ以上のパルスデューティを可変す
ることによりレーザ出力を制御しても良い。さらに、本
実施例では高耐サージ特性を有する固体素子として、特
に静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）を用いたが、他の
固体素子を用いてもよい。
【００２６】最後に、本実施例は、ガスレーザ発振器に
ついて述べたが、レーザ増幅器に適用しても同等の性能
が得られ、また、エキシマレーザ等、他のガスレーザに
も適用可能である。
ついて述べたが、レーザ増幅器に適用しても同等の性能
が得られ、また、エキシマレーザ等、他のガスレーザに
も適用可能である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、高周波電源をオン，オ
フすることのみでレーザパルス動作を行なうので、小型
で総合効率が高く、レーザパルス特性の優れたガスレー
ザ発振器を得ることができる。
フすることのみでレーザパルス動作を行なうので、小型
で総合効率が高く、レーザパルス特性の優れたガスレー
ザ発振器を得ることができる。
【図１】本発明のガスレーザ発振器の放電電極ギャップ
間の電子捕捉現象を説明する図である。
間の電子捕捉現象を説明する図である。
【図２】本発明のガスレーザ発振器の高周波電源出力と
レーザ出力を示す図である。
レーザ出力を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係るガスレーザ発振器を示す
構成図である。
構成図である。
【図４】本発明の実施例に係るガスレーザ発振器の電源
構成を示す概略図である。
構成を示す概略図である。
【図５】従来のガスレーザ発振器を示す構成図である。
１…外部風洞、２…内部風洞、３ａ，３ｂ…誘電体、４
ａ，４ｂ…電極、５…高周波電源、６…送風機、７…熱
交換器、８…レーザ光、９…高周波電源、10…直流電源
部、11…インバータ回路、12…整合器。
ａ，４ｂ…電極、５…高周波電源、６…送風機、７…熱
交換器、８…レーザ光、９…高周波電源、10…直流電源
部、11…インバータ回路、12…整合器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 博勝 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 (72)発明者 玉川 徹 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 森口 晃 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 (3)
- 【請求項１】 レーザガスが循環して流れる循環流路
と、 この循環流路の途中に設けられたレーザガス循環用送風
機と、 前記循環流路に対向して配置された一対の放電電極と、 この放電電極に交流電圧を印加する高周波電源とを有す
るガスレーザ発振器において、 放電電極に高周波の交流電圧をオン，オフ動作させるこ
とで、前記放電電極の放電ギャップ間に電子捕捉現象を
生じさせて、レーザパルス動作を行う高周波電源とを有
することを特徴とするガスレーザ発振器。 - 【請求項２】 レーザガスが循環して流れる循環流路
と、 この循環流路の途中に設けられたレーザガス循環用送風
機と、 前記循環流路に対向して配置された一対の放電電極と、 この放電電極に交流電圧を印加する高周波電源とを有す
るガスレーザ発振器において、 放電ギャップ長ｄ(m) がｄ≧３×104 ／πｆ（ｆ：放電
周波数）である放電電極と、 この放電電極に高周波の交流電圧をオン，オフ動作させ
ることのみでレーザパルス動作を行う高周波電源とを有
することを特徴とするガスレーザ発振器。 - 【請求項３】 前記高周波電源に固体素子を用い、スイ
ッチング動作を行うことを特徴とする請求項１または請
求項２記載のガスレーザ発振器。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4112944A JPH05315688A (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | ガスレーザ発振器 |
| US08/034,867 US5295149A (en) | 1992-04-10 | 1993-03-19 | Gas laser device |
| EP93302147A EP0565262A1 (en) | 1992-04-10 | 1993-03-22 | Gas laser device |
| KR1019930005980A KR960009301B1 (ko) | 1992-04-10 | 1993-04-09 | 가스레이저장치 |
| TW082102642A TW249304B (ja) | 1992-04-10 | 1993-04-09 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4112944A JPH05315688A (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | ガスレーザ発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315688A true JPH05315688A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=14599423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4112944A Pending JPH05315688A (ja) | 1992-04-10 | 1992-05-06 | ガスレーザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05315688A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000004059A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ用電源装置 |
-
1992
- 1992-05-06 JP JP4112944A patent/JPH05315688A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000004059A (ja) * | 1998-06-16 | 2000-01-07 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ用電源装置 |
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