JPH0624269B2 - Tea炭酸ガスレーザ装置 - Google Patents

Tea炭酸ガスレーザ装置

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JPH0624269B2
JPH0624269B2 JP57064615A JP6461582A JPH0624269B2 JP H0624269 B2 JPH0624269 B2 JP H0624269B2 JP 57064615 A JP57064615 A JP 57064615A JP 6461582 A JP6461582 A JP 6461582A JP H0624269 B2 JPH0624269 B2 JP H0624269B2
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carbon dioxide
anode electrode
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laser device
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0971Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
    • H01S3/09713Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited with auxiliary ionisation, e.g. double discharge excitation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコロナ放電によるプレイオン化が行なわれるよ
うに構成された構造が簡単で頑丈な気密シールされたT
EA炭酸ガスレーザ装置に係る。
G.J.Ernstに付与された米国特許第4,207,5
40号及び1978年10月に出版されたOptics Comm
unications 第27巻、No.1の第105頁に記載された
「Construction and Percormance Characteristics
of a Rapid Discharge TEA CO Laser」
と題する記事(Ernst及びBoer 著)に、コロナ放電に
よるプレイオン化が行なわれるよう構成された炭酸ガス
流動式のレーザ装置が開示されている。このレーザ装置
に於けるコロナ放電によるプレイオン化法に於ては、強
力な電場を使用して、レーザボア内に於てレーザ装置の
主放電領域にある炭酸ガスをプレイオン化させる紫外線
を発生させるコロナ放電が開始されるようになってい
る。上述の記事の第2図及び上述の米国特許第4,20
7,540号の第3図には上述の如きレーザ装置の詳細
な構造が示されている。前述の米国特許第4,207,
540号に開示された発明は特定の放電回路と電極によ
るプレイオン化系への特定の電気的接続端とを有する複
合系である。上述の記事及び米国特許に記載されたレー
ザ装置に於ては、炭酸ガスがその作動空間に連続的に流
され、これにより気密シールされたレーザ装置の環境と
は異なった環境を創成するようになっている。
本発明の目的は、気密シールされていることによる性能
を発揮し且長期に亙る使用に耐えるよう構成されたTE
A炭酸ガスレーザ装置であって、気密シール性を長期に
亙り保持し且従来技術による装置に於ける如き特定の電
気回路に対する依存性が低減されるよう、レーザキャビ
ティの機械的構造が従来技術のレーザ装置に於けるもの
より修正された改良されたコロナ放電プレイオン化式T
EA炭酸ガスレーザ装置を提供することである。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
第3図は本発明に従って構成されたレーザキャビティを
示す縦断面図である。この第3図に於て空間320は両
側部に於て側壁306及び304により、また上部及び
下部に於てそれぞれカバー332及び334によって郭
定されたレーザキャビティである。レーザの光軸は第3
図の紙面に垂直であり、垂直軸線350及び351はそ
れぞれカバー332及び334、側壁304及び306
を通過している。側壁304、306及びカバー33
2、334はCorning Glass Worksにより製造され
ている機械加工可能なガラス質セラミックであるMAC
ORの如き絶縁性物質にて構成されており、これらの側
壁とカバーとの間の接合部309及び311はガラス粉
接着又はこれと同様の流体の漏洩を生じない接着法によ
り気密的にシールされている。かくして構成された包囲
体内にはレーザ放射用の陰極及び陽極である電極301
及び302が配置されている。これらの電極はそれぞれ
接続部材307及び308によりカバー334及び33
2を貫通して外部に接続されており、接続部材307及
び308はインダクタンスが小さく且金属製の接続部材
307及び308とカバー334及び332との間に於
ける気密シールを容易に行ない得るような形状に形成さ
れている。接続部材307、308とカバー334、3
32との間の接合部はエポキシ樹脂又はガラス粉による
接着によってシールされている。電極301及び302
の形状はChangにより与えられた方法(前述の米国特許
第4,207,540号の第54行〜第56行参照)に
従って決定されており、各パラメータはK=0.02、
v=cos -1(−K)であり、電極301と電極302と
の間の間隙は1cm程度である。
レーザ装置キャビティの側壁304内にはキャビティ3
14が形成されている。電極302とキャビティ314
との間の壁厚は重要な値であり、例えば2mm(この値は
側壁304に使用される材料次第である)である。キャ
ビティ314内には電極310が挿入されており、電極
310は図には示されていないがインダクタンスの小さ
い導電体によって陰極電極301に電気的に接続されて
いる。電極310は、その最上部が陰極電極301に面
する湾曲面321と側壁304の内面に当接する平坦面
322との間にて電極302の表面に設けられた遷移領
域312に近接した位置に位置するよう、キャビティ3
14内に配置されている。湾曲面321と平坦面322
とが接続されている遷移領域312は稜線をなしてはお
らず、少なくとも0.003インチ(0.076mm)の
半径にて丸く形成されている。電極310は、その最上
部が実質的に電極302の遷移領域312と同一の高さ
に位置し且電極310と電極302との間の最短距離を
郭定する線が側壁304のみではなくレーザキャビティ
320の少なくとも一部を通過するよう、垂直軸線35
0に平行に配置されている。電極310は電極302よ
りかくして隔置されているので、最短距離の部分、即ち
最も強力な電場はその電気入力線の全長が側壁304内
には存在せず(最も強力な電場がその電気力線の全長に
て側壁304内に存在すると、側壁304を構成する材
料の破損が助長される)、炭酸ガス媒体にて充填された
領域(レーザキャビティ320)内にその一部が存在し
ている。湾曲面321が側壁304に出合う隅部に形成
された強力な電場により、側壁304を構成する材料よ
り電子が引き離され、側壁304の表面に沿って電極3
01へ向けて下方へ移動するコロナ放電が形成され、こ
れにより紫外線放射線が発生される。かくして発生され
た紫外線放射線は領域320内を通過し、炭酸ガスをプ
レイオン化させる。
第4図は本発明によるTEA炭酸ガスレーザ装置の一つ
の実施例を示す分解斜視図である。図に於て部材402
はレーザキャビティの本体の側壁及び端壁を構成してお
り、レーザキャビティはレンズ420、孔404、メイ
ンキャビティ、孔405、レンズ422を通過する軸線
400に沿って延在している。レンズ420及び422
は高い振動を受ける環境に於ても互いに整合した状態に
維持されるよう、孔404及び405に気密的に接着さ
れている。レーザキャビティの本体402の両端面は、
レンズ420及び422に整合するよう従来の機械加工
法により平行且平滑に形成されている。本体402の一
方の側壁304には電極310を保持するキャビティ3
14が形成されている。電極310は図には示されてい
ない従来の固定手段により整合状態に保持されている。
また本体402の最上部及び最下部はカバー332及び
334によって覆われており、カバー332及び334
はガラス粉接着法又は他の気密シール法により接合され
ている。電極301及び302は第4図の線3−3によ
る断面を示す第3図に示されている如く、それぞれ対応
するカバーに取付けられている。
本発明の有利な特徴は、第4図に示された本体402は
その最上部及び最下部に於けるカバー332及び334
とレンズ420及び422との間に於ける四つのシール
しか有していないということである。もし必要ならば、
熱間静水圧プレス又はこれと同様の方法により本体を成
形し、これにより応力を受ける側の電極(陽極)の近傍
に於ける接合部を排除することにより、その側のカバー
との間のシールが排除されてよい。本発明の他の一つの
有利な特徴は、種々の熱的性質を有する複数の材料が使
用されている従来技術によるTEA炭酸ガスレーザ装置
と異り、レーザキャビティを郭定する本体には一種類の
材料しか使用されていないということである。本発明の
更に他の一つの有利な特徴は、電極302と電極310
との間の直線距離が所要の強力な電場を発生すべく必然
的に短くされているにも拘らず、レーザキャビティの外
部にて電極302のコネクタと電極310のコネクタ又
はそれらの表面との間を結ぶ経路が極めて長く、従って
従来技術に於けるTEA炭酸ガスレーザ装置の主要な問
題点が解消されているということである。
第1図及び第2図は従来技術に於けるレーザキャビティ
を示す解図である。第1図のレーザキャビティは部材1
8、17、19、5により構成されており、それらのう
ちの二つは真鍮であり、他の二つはガラスであり、これ
ら非類似の材料間には四つの接合部が存在する。この従
来技術によるレーザキャビティの他の一つの問題点は、
接地電極31と真鍮部材18(陽極2と電気的に接触して
いる)との間にける直線経路が短いということである。
かかる従来技術によるレーザキャビティに於ては、キャ
ビティ外部の電極と陽極との間に多数の短絡回路が生じ
てしまうという問題があった。第2図に於て陽極2及び
陰極3に電気的に接触する電極118及び119は絶縁
媒体105により僅かに分離された状態にて長い距離に
亙って延在している。従来技術によれば、かかる構成に
よって非常に迅速な上昇時間(約15ナノセカンド)を
達成するよう設計された集積型実験装置であるMarx 発
生器の上昇時間がインダクタンスが小さいことによって
非常に小さくされ、このことは従来技術による装置の一
つの特徴をなしている。
本発明は、同じくコロナ放電という物理的原理を応用し
て振動及び熱膨張の悪条件を許容し且電気的パラメータ
の変化に敏感でないように設計された携帯可能な現場用
装置を開発したものである。本発明によるレーザ装置は
30ナノセカンド以上の電圧パルス上昇時間を有してお
り、また1cmの電極間隔に対し18 kV以上のパルス電
圧を有している。
本発明によるTEA炭酸ガスレーザ装置の一つの修正例
は、図には示されていないが、プレイオン化をより一様
に行ない且これに付随してより信頼性の高い作動を確保
すべく、側壁306内に電極310と同様の第二の電極
を有している。本発明によるTEA炭酸ガスレーザ装置
の他の一つの実施例は、同じく図には示されていない
が、単一のユニットを構成すべく端壁とカバー332及
び334とが一体的に構成されている。本発明によるT
EA炭酸ガスレーザ装置の更に他の一つ実施例に於て
は、同じく図には示されていないが、単一のユニットが
構成すべく側壁304及び306とカバー332及び3
34とが一体的に構成されている。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であるこ
とは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術によるレーザキャビティを示す縦断面
図である。 第2図は従来技術によるレーザキャビティの他の一つの
例を示す第1図と同様の縦断面図である。 第3図は本発明によるレーザキャビティを示す縦断面図
である。 第4図は本発明によるTEA炭酸ガスレーザ装置を示す
分解斜視図である。 2……陽極,3……陰極,5、17……ガラス製部材,
18、19……真鍮製部材,31……接地電極,105
……絶縁媒体,118、119……電極,301、30
2……電極,304、306……側壁,307、308
……接続部材,309……接合部,310……電極,3
11……接合部,312……遷移領域,314……キャ
ビティ,320……レーザキャビティ,321……湾曲
面,322…平坦面,332、334……カバー,35
0、351……垂直軸線,400……軸線,402……
本体,404、405……孔、420、422……レン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7454−4M H01S 3/223 Z

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光軸線に垂直な第一及び第二の端壁と、光
    軸線に平行な第一及び第二の側壁と、光軸線に平行で且
    前記第一及び第二の側壁に垂直な頂壁及び底壁によって
    密閉シールされたレーザキャビティ内に炭酸ガスレーザ
    利得媒体が封入され、該炭酸ガスレーザ利得媒体の光学
    的放射線を前記レーザキャビティ内にて共振させるTE
    A炭酸ガスレーザ装置にして、 前記頂壁及び底壁の各々の内面上に光軸線に平行に陽極
    電極と陰極電極とが配置され、前記陽極電極は前記陰極
    電極に面する湾曲面と前記側壁の少なくとも一方に当接
    する平坦面とを有し、前記湾曲及び前記平坦面は少なく
    とも0.003インチ(0.076mm)の曲率半径を有
    する遷移領域によって互いに接続されており、更に低イ
    ンダクタンス線によって前記陰極電極に電気的に接続さ
    れた少なくとも一つの副電極を有し、前記副電極は前記
    一方の側壁にその内面より外方に隔置されて装着されて
    おり、前記陽極電極と前記副電極との間の最短距離線が
    前記側壁と前記陽極電極の前記遷移領域との間に郭定さ
    れた漸増ギャップ及び前記側壁を形成する絶縁材料層を
    貫通するように前記副電極の前記陽極電極に近接する端
    部の垂直方向位置が定められており、 更に前記陽極電極と前記陰極電極の間にパルス状の高電
    圧を印加する手段が設けられ、前記高電圧は少なくとも
    30ナノ秒の上昇時間と少なくとも18kV/cm の電場が
    前記陽極電極と前記陰極電極との間に形成されるピーク
    電圧値とを有し、これによって前記陽極電極と前記副電
    極との間にコロナ放電が生じ、前記コロナ放電によって
    前記炭酸ガスレーザ利得媒体がプレイオン化されるよう
    に構成されたTEA炭酸ガスレーザ装置。
JP57064615A 1981-04-23 1982-04-16 Tea炭酸ガスレーザ装置 Expired - Lifetime JPH0624269B2 (ja)

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JPS57181180A JPS57181180A (en) 1982-11-08
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DE (1) DE3212705A1 (ja)
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NL8201497A (nl) 1982-11-16
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FR2504744A1 (fr) 1982-10-29
FR2504744B1 (fr) 1985-09-06
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