JPH0631731Y2

JPH0631731Y2 - ガスレーザ発振器

Info

Publication number: JPH0631731Y2
Application number: JP1988085932U
Authority: JP
Inventors: 行雄佐藤; 正明田中; 正夫菱井; 治彦永井
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1994-08-22
Anticipated expiration: 1998-08-10
Also published as: JPS6418770U

Description

【考案の詳細な説明】この考案はガスレーザ発振器に関し，特にその陰極の構
造に関するものである。

第１図は従来この種の装置として代表的な光軸，放電，
ガス流の各方向が互いに直交するいわゆる三軸直交型の
CO₂レーザ装置の要部構成を示す縦断面図，第２図は第
１図II−II線における横断面図である。第１図，第２図
において、(1)は陽極，(2)は陽極(1)と対向し複数に分
割されたピン状陰極，(3)は絶縁物の陰極基板であり，
ピン状陰極(2)を保持している。(4)はピン状陰極(2)に
夫々接続された安定化抵抗，(5)は陽極(1)とピン状陰極
(2)に電圧を供給する直流高圧電源，(6)は交流バイパス
コンデンサー，(7)はピン状陰極(2)の近傍に配設された
誘電体電極，(8)は誘電体電極(7)に電圧を供給する交流
高圧電源，(9)は放電励起部，(10)は放電励起部(9)へ供
給されるレーザガス，(11)は全反射鏡，(12)は部分反射
鏡であり，放電励起部(9)を介して対向して配置されて
いる。(13)は出射レーザ光である。

次に，第１図，第２図に示した従来装置の動作について
説明する。

陽極(1)とレーザ光軸にそつて配列された多数のピン状
陰極(2)との間にCO₂,N₂,H_eから成る混合ガス(10)を矢印
方向に流しながら，ピン状陰極(2)の上流側に配した誘
電体電極(7)に，交流高圧電源(8)より交流高電圧を印加
すると，誘電体電極(7)とピン状陰極(2)，または誘電体
電極(7)と陽極(1)の間で交流放電が生成される。ここで
直流高圧電源(5)の直流高電圧を安定化抵抗(4)を介して
印加すると，陽極(1)と陰極(2)の間に均質で安定なグロ
ー放電が生成される。この放電により形成された放電励
起部(9)には，レーザガス(10)の中の特定の振動準位間
に反転分布が形成され，放電励起部(9)を挾み対向配置
した全反射鏡(11)と部分反射鏡(12)から成る光共振器に
より，レーザ発振が生じ，部分反射鏡(12)からレーザビ
ーム(13)が出射される。

ところで，レーザ装置を小型にして，なおかつ高出力
化，高効率化を企るには，レーザ励起放電の高密度化，
均質化を企ることが重要である。上述の交流放電は，ピ
ン状陰極(2)近傍，並びに放電空間を予備電離し，主放
電である直流放電の高密度化，均質化を促す作用をする
もので，その電力は直流放電の電力の２〜５％で十分で
ある。

ここで，励起放電の高密度化の際に生じるグロー放電か
らアーク放電への移行過程について説明する。

第３図は気体放電における典型的なＶ−Ｉ特性図であ
る。第３図に示すように，気体放電では電流がある値に
達するまでは，電流値にかかわりなく定電圧特性が保た
れる。この時の放電は正規グロー放電と呼ばれる。この
領域では，電子は，電子とガス原子，分子との衝突によ
る二次電子放出（α作用），および正イオンと陰極面と
の衝突による電子放出（γ作用）によつて供給される。
γ作用は，陰極表面に存在する電圧降下Ｖ_Ｃによつて維
持される。このＶ_Ｃの値は，実際に陰極面で放電してい
る面積に比べ，陰極面が大きい限り一定となる。正規グ
ロー放電とはこれを満たす放電で，電流密度は常に一定
となり，電流の増加は陰極放電面積の増加で補なわれ，
放電維持電圧は一定に保たれる。

放電可能な陰極面がすべて放電によつて包まれるまで電
流が増加すると，Ｖ_Ｃの上昇により電流が補なわれるよ
うになり，すなわち，放電維持電圧が上昇する。この時
の放電は異常グロー放電と呼ばれる。

さらに電流が増加していくと，陰極表面の温度が上昇
し，熱電子放出が主体的となつて，急激に電流密度が上
昇し，逆にＶ_Ｃは減少する。この時の放電はアーク放電
と呼ばれる。レーザ媒質を効率よく励起するには正規グ
ロー放電が必要となる。

ところで，上述に示した電極構造において，従来一般に
用いられてきた放電は，交流電圧電源(8)と誘電体電極
(7)による補助放電としての無声放電がなく，単に直流
放電のみでグロー放電を得ていた。この場合，陰極表面
の温度が上昇する以前に，放電空間において電荷の集中
が起こり，アーク放電が生じていた。ところが，第１
図，第２図に示すように，交流高圧電源(8)と誘電体電
極(7)により補助放電として交流放電が重畳された場
合，その予備電離効果により電荷の集中化が緩和される
ので，従来に比べ２〜３倍程度投入電流を増加させるこ
とができた。

しかしながら，投入電流を増加させ，高出力化，高効率
化を計る場合，ピン状陰極１本当りに流れる電流が増加
するため，たとえ補助放電により空間的な電荷の集中が
起こらなくとも，また，ピン状陰極(2)表面の面積が充
分足りていたとしても、ピン状陰極(2)の温度上昇によ
つてアーク放電に移行するという欠点があつた。

この考案は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので，各ピン状陰極に冷却用のフインを
装着することにより，放電がアーク放電へ移行すること
を防止し，小型でかつ大出力が得られるガスレーザ発振
器を提供することを目的としている。

以下，この考案の一実施例を図について説明する。第４
図は冷却用フインの一例を示す上面図，第５図は第４図
の側面図，第６図は冷却用フインをピン状陰極(2)に装
着した状態を示す斜視図，第７図は実際にレーザ装置に
装着したこの発明の一実施例装置を示す横断面図であ
り，(14)は冷却用のフインである。

(21)は陽極(1)に向かって伸びるように配置された根本
部、(22)は根本部(21)の陽極(1)側の端部からレーザガ
ス(10)の気流の下流方向へ傾斜して設けられた突出放電
端部であり、両者が一体となってピン状陰極(2)を構成
している。

次に，第７図に示した実施例装置の動作について説明す
る。この実施例装置では，各ピン状陰極(2)に突出放電
端部(22)から見て陽極(1)とは反対側の空間においてレ
ーザガス(10)の流れ方向に対して伸長し，直交する２方
向に対して幅広い冷却用フイン(14)が夫々装着されてお
り，放電励起部(9)には−１０〜１０℃に冷却されたレ
ーザガス(10)が流し込まれているため，放電により発生
したピン状陰極(2)の熱は冷却フイン(14)によりすみや
かにガス流とともに取除かれ，ピン状陰極(2)の温度上
昇を押さえることができる。従つて，ピン状陰極(2)表
面の放電面を十分取れば，陰極(2)１本当りの電流値は
空間的電荷集中が起こる制限値まで増加させることがで
き，交流高圧電源(8)と誘電体電極(7)による交流重畳放
電の長所を最大限まで活用することができることにな
る。

また，冷却フイン(14)が設置された領域では実効的にガ
ス流路の断面が小さくなるため，この領域でのガス流速
が増加する。これにより予備電離されたガスの拡散が促
進され，より均一な放電が得られ，安定したレーザ出力
が得られる効果もある。

以上のように、この考案によれば陽極と複数のピン状陰
極との対向間隙を介して、レーザガスの気流方向および
その陽極と複数のピン状陰極との方向に対して三軸直交
に配設された一対の反射鏡を備えたガスレーザ発振器に
おいて、複数のピン状陰極には各々レーザガスの気流に
直交する二方向に対して幅広く、レーザガスの気流方向
に対して伸長する冷却フインを備えた構成にしたので、
レーザガスの気流で、放電により発生したピン状陰極の
熱を取除くことができる。従って、簡単な構成で陰極一本当りに流せる電流を増加させるこ
とができ、また、より均一な放電が得られるので、ガス
レーザ装置の小型化，高出力化，高効率化を計ることが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガスレーザ発振器の一例を示す縦断面
図，第２図は第１図のII−II断面図，第３図は気体放電
の一般的電圧−電流特性を示す特性図，第４図はこの考
案の一実施例による冷却用フインの構成を示す上面図，
第５図は第４図の側面図，第６図は冷却用フインを陰極
に装着した状態を示す斜視図，第７図はレーザ装置に組
み込んだ状態のこの考案の一実施例を示す横断面図であ
る。図において，(1)は陽極，(2)は複数のピン状陰極，(5)
は直流高圧電源，(7)は誘電体電極，(8)は交流高圧電
源，(10)はレーザガス，(14)は冷却用フイン、(21)は根
本部、(22)は突出放電端部である。なお，図中，同一符号は同一，又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審判の合議体審判長遠藤政明審判官左村義弘審判官河合章 (56)参考文献特開昭58−48487（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−37983（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−75094（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−157766（ＪＰ，Ｕ) 特公昭55−40196（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】レーザガスの気流を挟み相対向するように
配設された陽極および複数のピン状陰極と、上記陽極お
よび複数のピン状陰極に電圧を供給する直流電圧電源
と、上記複数のピン状陰極近傍に配設された誘電体電極
と、上記誘電体電極に電圧を供給する交流高圧電源と、
上記陽極と複数のピン状陰極との対向間隙を介して、レ
ーザガスの気流方向およびその陽極と複数のピン状陰極
との方向に対して三軸直交に配設された一対の反射鏡と
を備えたガスレーザ発振器において、上記ピン状陰極
は、上記陽極に向かって伸びるように配置された根本部
と、この根本部の上記陽極側の端部から上記レーザガス
の気流の下流方向へ傾斜して設けられた突出放電端部と
で一体に構成されるとともに、上記ピン状陰極にはレー
ザガスの気流に直交する二方向に対して幅広く、かつ上
記突出放電端部から見て上記陽極とは反対側の空間でレ
ーザガスの気流方向に伸長する冷却フインを備えたこと
を特徴とするガスレーザ発振器。