JPH0590972U - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低出力から最大レーザ出力領域まで発振効率
が低下しないガスレーザ発振装置を提供する。 【構成】 誘電体１ａ、１ｂ内部の金属電極２ａ、２ｂ
のレーザ媒質ガスＧの流れる方向ｙの上流側及び下流側
に少なくとも一部を誘電体１ａ、１ｂと金属電極２ａ、
２ｂとにより形成した所定空間９Ａ、９Ｂを設けた。空
間９Ａ、９Ｂの内部は比誘電率がほぼ１の気体であり、
それらの静電容量Ｃｇａ、Ｃｇｂが非常に小さくなると
ともに、これらと誘電体１ａ、１ｂの静電容量Ｃｄａ、
Ｃｄｂとは直列接続となるので、無声放電の生じる範囲
が所定空隙１３以外のレーザ発振に寄与しない範囲に広
がることがなく、最大出力領域での発振効率の低下を生
じることがなくなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、誘電体電極装置を所定空隙を介して対向配置させ、金属電極間に高 周波電圧を印加することにより空隙に無声放電を生じさせてレーザ媒質ガスを励 起するガスレーザ発振装置に関し、特にその電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図９は、一従来例に係るレーザ発振装置の全体構成を示す断面図である。この 装置は、矩形断面の真空容器４００の内部の下方に熱交換器２００及び送風機３ ００を配設し、上方に誘電体電極装置１００を配設した構成を有している。

【０００３】 図１０は、この従来例の誘電体電極装置１００の部分を示す平面断面図であり 、図１１はその正面断面図である。誘電体電極装置１００は、レーザ媒質ガスＧ が流れる所定空隙１３を挟む位置に１対対向配置されており、放電面がそれぞれ 誘電体１ａ、１ｂで形成された１対の金属電極２ａ、２ｂを有している。誘電体 １ａ、１ｂの内部には、レーザ媒質ガスＧの流れにほぼ直交する方向に複数回折 り返された冷却路８ａ、８ｂが形成されており、その内部に冷却液７を流すこと により誘電体電極装置１００全体が冷却される。金属電極２ａ、２ｂには、空隙 １３に無声放電を生じさせるための高周波電圧を印加する高周波電源１０が接続 されている。更に、誘電体１ａ、１ｂの一端側には、レーザ媒質ガスＧの流れの 方向ｙと直交する方向ｘに発生する光を全反射する全反射鏡６が配置されており 、誘電体１ａ、１ｂの他端側には、発生した光を数十％透過させてレーザ光Ｌを 出力するよう部分透過鏡５が全反射鏡６と対向配置されている。部分透過鏡５と 全反射鏡６とで光共振器が構成されている。

【０００４】 次に動作について説明する。空隙１３にレーザ媒質ガスＧがｙ方向に流されて いる状態で、高周波電源１０により金属電極２ａと金属電極２ｂとに高周波電圧 が印加されると、誘電体１ａ、１ｂを介して空隙１３に無声放電が生じる。無声 放電が生じると、無声放電の方向ｚと直交する方向ｘに光が発生し、部分透過鏡 ５と全反射鏡６とで構成される光共振器内でレーザ発振が起こり、部分透過鏡５ よりレーザ光Ｌが出力される。また、無声放電が生じると、金属電極２ａと金属 電極２ｂとに接触している部分の誘電体１ａ、１ｂは無声放電および誘電体損失 の発熱により温度上昇する。発生した熱は冷却路８ａ、８ｂ内に流される冷却液 ７により冷却される。なお、冷却液７には、主にイオン交換水が使用されている 。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

従来のガスレーザ発振装置は、以上のように構成されていたため、図１２に示 されるように、設計範囲外で無声放電を発生させるという問題を有していた。金 属電極２ａ、２ｂ間に高周波電圧を印加した場合の所定空隙１３内の無声放電は 、誘電体１ａ、１ｂの所定空隙部分の静電容量Ｃａ、Ｃｂに電流が流れることに よってもたらされるが、誘電体電極装置１００内部には、さらに、静電容量値は 静電容量Ｃａ、Ｃｂに比較して小さいものの、誘電体１ａ、１ｂ部分が有する静 電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂ及び冷却路８ａ、８ｂ内に流れる冷却液７の有するＣｗａ 、Ｃｗｂという寄生静電容量が存在する。このため、放電電力を増大することに より静電容量Ｃａ、Ｃｂに流れる電流が増大し、静電容量に発生する電圧が上昇 していくと、電流は電圧の発生していない寄生静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂ、Ｃｗａ 、Ｃｗｂ側にも流れようとして、所定空隙１３内にとどまらず、空隙１３のレー ザ媒質ガスＧの流れの方向ｙの上流側及び下流側にありレーザ発振に寄与してい ない空間１４にまで無声放電が広がり、発振効率を低下させる。この現象は、放 電電力を増大することにより静電容量Ｃａ、Ｃｂに流れる電流が大きくなり、発 生する電圧が大きくなるほど顕著であるため、特に定格レーザ出力以上での発振 効率を低くする原因となっていた。また、この現象は、冷却液７の比誘電率によ っても異なり、比誘電率が大きいほど現象が顕著となる。例えば比誘電率８０の イオン交換水を冷却液７として使用し、放電電力を増加させた場合、無声放電の 生じる空間の範囲は冷却路８ａ、８ｂの位置まで拡大してしまい、発振効率を大 きく低下させてしまうという問題点があった。

【０００６】 この考案は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、低出力 から最大レーザ出力領域まで発振効率が低下しないガスレーザ発振装置を提供す ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成するために、本考案は、少なくともその内壁の一部が金 属電極から構成される空間を、空隙内のレーザ媒質ガス流方向の上流側及び下流 側に位置するよう、各誘電体内にそれぞれ形成したことを特徴とする。

【０００８】 請求項２は、前記空間を、レーザ媒質ガス流方向に直交する方向に少なくとも １回以上折り返されるよう形成したことを特徴とする。

【０００９】 請求項３は、前記空間を、少なくとも１か所で大気に開放したことを特徴とす る。

【００１０】 そして、請求項４は、前記空間を、少なくとも２か所で大気に開放し、空間内 部に冷却気体を流すことを特徴とする。

【００１１】

【作用】

本考案においては、誘電体内部のレーザ媒質ガスの流れの上流側及び下流側に 金属電極に隣接して空間が形成される。従って、気体の比誘電率は低いことから 誘電体電極装置内の寄生静電容量が小さくなり、所定空隙内のみに無声放電を生 じさせることができるため、低出力から最大レーザ出力領域まで発振効率の低下 を起こさない。

【００１２】 また、請求項２においては、空間がレーザ媒質ガス流方向に直交する方向に少 なくとも１回以上折り返される。従って、レーザ媒質ガスの温度上昇に伴い誘電 体に生じる熱応力に対抗できるよう、誘電体の強度を確保できる。

【００１３】 さらに、請求項３においては、空間が少なくとも１か所で大気に開放される。 従って、空間内の気体の熱膨張により誘電体が変形しあるいは破壊するといった 不具合が防止される。

【００１４】 そして、請求項４においては、空間が少なくとも２か所で大気に開放される。 これにより、空間内部に開放箇所から冷却気体を流通させることが可能になる。 これにより、冷却作用が顕著になる。

【００１５】

【実施例】

以下、本考案の第１実施例を図を用いて説明する。図１は、本実施例に係るガ スレーザ発振装置の誘電体電極装置を示す平面断面図であり、図２はその正面断 面図である。なお、図９から図１２までと同一構成部分には同一符号を付して説 明を省略する。図１及び図２においては、レーザ媒質ガスＧが流れる方向ｙの上 流側と下流側において、誘電体１ａの内部に金属電極２ａと接する空間９Ａが形 成されている。同様に金属電極２ｂについても空間９Ｂが形成されている。更に 、冷却路８Ａ，８Ｂは、金属電極２ａ、２ｂからみて空隙１３と反対側に形成さ れ、その内部に冷却液７が流される。従って、空間９Ａ、９Ｂの内部は比誘電率 がほぼ１の気体となり、それらの静電容量Ｃｇａ、Ｃｇｂは非常に小さくなる。 さらに、これらと誘電体１ａ、１ｂの静電容量Ｃｄａ、Ｃｄｂとは直列接続とな るので、無声放電の生じる範囲が所定空隙１３以外のレーザ発振に寄与しない範 囲に広がることがなく、最大出力領域での発振効率の低下を生じることがなくな る。また、空隙１３に生じる無声放電及び誘電体損失によって誘電体１ａ、１ｂ の金属電極２ａ、２ｂに接する部分に発生する熱は、金属電極２ａ、２ｂを介し て冷却路８Ａ、８Ｂに流れる冷却液７により冷却されるため、誘電体１ａ、１ｂ が熱膨脹差で変形、破壊することはない。

【００１６】 図３は、本考案の第２実施例を示す平面断面図であり、図４はその正面断面図 である。なお、図１及び図２と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略す る。本実施例において特徴的なことは、図３及び図４に示すように、空間９Ｃ、 ９Ｄがレーザ媒質ガスＧの流れの方向ｙとほぼ直交する方向に折り返して形成さ れていることである。これにより、レーザ媒質ガスＧの温度上昇により加熱され 熱応力が発生する誘電体１ａ、１ｂの強度を高めることができる。

【００１７】 図５は、本考案の第３実施例を示す平面断面図であり、図６はその正面断面図 である。なお、図１から図４までと同一構成部分には同一符号を付して説明を省 略する。本実施例において特徴的なことは、図５及び図６に示すように、レーザ 媒質ガスＧの流れの方向ｙとほぼ直交する方向に折り返して形成された空間９Ｃ 、９Ｄに連通する穴１１Ｃ、１１Ｄを誘電体１ａ、１ｂに穿設したことである。 従って、レーザ媒質ガスＧの温度上昇により加熱され誘電体１ａ，１ｂが温度上 昇した場合、その内部の空間９Ｃ、９Ｄ内の気密状態の気体が熱膨張しても、熱 膨張した気体が穴１１Ｃ、１１Ｄを介して大気に放出されるため、空間９Ｃ、９ Ｄ内の圧力が上昇して誘電体１ａ、１ｂが変形、破壊するのが防止される。

【００１８】 図７は、本考案の第４実施例を示す平面断面図であり、図８はその正面断面図 である。なお、図１から図６までと同一構成部分には同一符号を付して説明を省 略する。本実施例において特徴的なことは、図７及び図８に示すように、レーザ 媒質ガスＧの流れの方向ｙとほぼ直交する方向に折り返して空間９Ｃ、９Ｄを形 成し、空間９Ｃ、９Ｄの一端と他端とに連通する穴１１Ｅ、１１Ｆを誘電体１ａ 、１ｂに穿設し、空間９Ｃ、９Ｄの一端の穴１１Ｅ、１１Ｆから他端の穴１１Ｅ 、１１Ｆへ向けて冷却気体を流すことにより誘電体１ａ、１ｂを冷却するように 構成したことである。従って、レーザ媒質ガスＧの温度上昇により加熱され温度 上昇した誘電体１ａ、１ｂを冷却気体により冷却できるため、誘電体１ａ、１ｂ の熱膨張による熱応力の発生を抑制し、誘電体１ａ、１ｂが変形、破壊するのを 防止できる。

【００１９】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案のガスレーザ発振装置によれば、誘電体電極装置 内のレーザ媒質ガスの流れの上流側及び下流側に金属電極に隣接して空間が形成 される。この空間により、レーザ媒質ガスの流れの上流側及び下流側の静電容量 値を小さくしたため、放電電力を上昇させても無声放電が所定空隙以外でレーザ 発振に寄与しない範囲に広がることなく、高出力領域での発振効率の低下を防止 できる。

【００２０】 また、請求項２によれば、前記空間をレーザ媒質ガス流方向に直交する方向に 少なくとも１回以上折り返すようにしたため、レーザ媒質ガスの温度上昇に伴い 誘電体に生じる熱応力に対向できるよう誘電体の強度を確保できる。

【００２１】 さらに、請求項３によれば、前記空間を少なくとも１か所で大気に開放したた め、空気内の気体の熱膨脹により誘電体が変形、あるいは破壊するといった不具 合が防止される。

【００２２】 そして、請求項４によれば、空間を少なくとも２か所で大気に開放し、解放箇 所から空間内部に冷却気体を流通させるようにしたため、冷却作用がより顕著に なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す平面断面図である。

【図２】第１実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す正面断面図である。

【図３】第２実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す平面断面図である。

【図４】第２実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す正面断面図である。

【図５】第３実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す平面断面図である。

【図６】第３実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す正面断面図である。

【図７】第４実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す平面断面図である。

【図８】第４実施例に係るガスレーザ発振装置の誘電体
電極装置を示す正面断面図である。

【図９】従来のガスレーザ発振装置の全体構成を示す断
面図である。

【図１０】従来のガスレーザ発振装置の誘電体電極装置
を示す平面断面図である。

【図１１】従来のガスレーザ発振装置の誘電体電極装置
を示す正面断面図である。

【図１２】従来のガスレーザ発振装置の誘電体電極装置
の静電容量を示す図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ 誘電体 ２ａ、２ｂ 金属電極 ８ａ、８ｂ、８Ａ、８Ｂ 冷却路 ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 空間 １３ 空隙 １１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ、１１Ｆ 穴

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【手続補正書】

【提出日】平成４年６月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ誘電体内部に配置された金属電
   極を有し互いの金属電極が誘電体及び空隙を介して対向
   する一対の誘電体電極装置を備え、誘電体間の空隙にレ
   ーザ媒質ガスを流しつつ金属電極間に高周波電圧を印加
   することにより前記空隙に無声放電を生じさせレーザ媒
   質ガスを励起させるガスレーザ発振装置であって、さら
   に各誘電体内にその内壁の一部が金属電極から構成され
   るよう空隙と逆側に冷却路を形成し、冷却路に冷却液を
   流して金属電極を冷却するガスレーザ発振装置におい
   て、 少なくともその内壁の一部が金属電極から構成される空
   間を、空隙内のレーザ媒質ガス流方向の上流側及び下流
   側に位置するよう、各誘電体内にそれぞれ形成したこと
   を特徴とするガスレーザ発振装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のガスレーザ発振装置にお
   いて、前記空間が、レーザ媒質ガス流方向と直交する方
   向に少なくとも１回以上折り返されるよう形成されたこ
   とを特徴とするガスレーザ発振装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のガスレーザ発振装置にお
   いて、前記空間が、少なくとも１か所で大気に開放され
   ることを特徴とするガスレーザ発振装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載のガスレーザ発振装置にお
   いて、前記空間が、少なくとも２か所で大気に開放さ
   れ、空間内部に冷却気体が流されることを特徴とするガ
   スレーザ発振装置。