JPH0686361U - 炭酸ガスレーザ発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発振器を大形化することなく、またレーザ
出力の低下を可及的に小さくすることができ、かつメン
テナンス周期の長い高速軸流形炭酸ガスレーザ発振器を
提供すること。 【構成】 電気絶縁材よりなる放電管１ａに、軸方向
に離間する陽極６ａと陰極５ａとからなる電極を配設
し、この電極間に直流高電圧を印加する炭酸ガスレーザ
発振器において、陰極５ａを円筒状とすると共に、円筒
状陰極５ａの陽極方向の端部から、陰極５ａの軸方向に
縮径するテーパー部を形成し、放電管１ａの陰極側の内
径を、陰極５ａのテーパー部の開口端の内径よりも小さ
く形成したことを特徴としている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、炭酸ガスレーザ発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

炭酸ガスレーザ発振器は、レーザ共振器内にＣＯ₂ 、Ｎ₂ 、Ｈｅ等の混合ガス を所定圧力で封入し、これに高電圧を印加してグロー放電を発生させ、この放電 によってＣＯ₂ 分子から放出される光を光共振器によって増幅して、エネルギー 密度の高いレーザビームを得るものである。 図３は、高速軸流形と呼ばれる方式の炭酸ガスレーザ発振器の構造を示す、一 部断面正面図である。同図において１ａ，１ｂは石英や強化ガラス等の電気絶縁 材から形成された放電管、２は放電管１ａ，１ｂと同様の材質から成る絶縁管、 ３ａ，３ｂは直流高圧電源、４ａ，４ｂは放電管１ａ，１ｂと絶縁管２とを連結 するアルミ等の導電材から形成されたホルダ、５ａ，５ｂはホルダ４ａ，４ｂ内 に設けられた円筒形状の高電位の陰極、６ａ，６ｂは放電管１ａ，１ｂ内に設け られた陽極であり、それぞれ高圧電源３ａ，３ｂに連結される。なお、安全上各 陽極６ａ，６ｂは電気的に接地されている。 放電管１ａのＸ₁ 側端部には全反射鏡７が設けられると共に、放電管１ｂのＸ ₂ 側端部には部分透過鏡８が設けられている。９は作動ガスを循環させるための ブロア、１０ａは放電によって温度上昇したガスの熱を除去するための電気的に 接地された熱交換器、１０ｂはブロア９の圧縮熱によって温度上昇したガスの熱 を除去するための熱交換器である。放電管１ａ、１ｂには作動ガス循環用の配管 １１ａ，１１ｂが連結され、配管１１ａ，１１ｂの他端は熱交換器１０ｂに連結 されている。１３ａ，１３ｂはセラミック等の絶縁物から形成されたホルダであ る。 以上により構成される炭酸ガスレーザ発振器において、陽極６ａと陰極５ａ および陽極６ｂと陰極５ｂとの間に夫々高電圧を印加することにより、陽極６ａ と陰極５ａおよび陽極６ａと陰極６ｂとの間に夫々グロー放電が発生する。他方 ，ＣＯ₂ 、Ｎ₂ 、Ｈｅ等から成る作動ガスは夫々陽極６ａ，６ｂから陰極５ａ， ５ｂに向かって符号１２で示す矢印の方向に高速で流される。このようにグロー 放電を発生してレーザの励起が行われる。すなわち、全反射鏡７と部分透過鏡８ との間で繰り返して増幅された後、レーザ光１３が部分透過鏡８を透過して外部 に放出される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、図３に示される従来の装置では、陰極と陽極間、即ち５ａー６ａ、 及び５ｂー６ｂ間のグロー放電によって発生したイオンはそれぞれ陰極５ａ、５ ｂにかかる電位傾度により加速され高エネルギーとなって陰極５ａ，５ｂの表面 に衝突し、陰極物質がスパッタとして放出される。ここで従来の要部拡大図４に より、陰極５ａの近傍の放電状態を説明する。

【０００４】 図４において、１４ａはグロー放電の形状を示している。絶縁材よりなるホル ダ１３ａに支持された放電管１ａと、導電材よりなるホルダ４ａに支持された陰 極５ａとは、軸方向に間隙を設けて配置される。一方陰極５ａは、レーザ光の共 振領域を制限して、モード形状を良くするため、内径が、放電管ｌａの内径より 小さい円筒形状に形成されている。 このため、陰極５ａの陽極側、即ちＸ₁ 方向の端部に電界の集中が起き、放電 管内を広ったグロー放電１４ａは、電流を増加しても、陰極全体に広がることな く、陰極５ａの端部に集中する。 ここで、放出されるスパッタの量は、陰極部における放電密度にほぼ比例する 。即ち、電極間５ａ−６ａに印加される電力量にほぼ比例し、また、陰極部にお ける放電面積にほぼ反比例する。 こうしてスパッタとして放出された陰極物質、例えばニッケルスパッタは発振 器内部を高速で循環しているガス流によって下流側へと流され、その一部は絶縁 管２の内壁面に付着する。

【０００５】 図３に示すされる装置では、スパッタが絶縁管２の内面に付着するにつれて、 絶縁管２の絶縁特性が低下する。この絶縁管２の絶縁特性が低下すると、陰極５ ａと接地された熱交換器１０ａとの間に異常放電が起こり、予期するグロー放電 が得られなくなる。このため、レーザ出力が不安定になり、ひいては、レーザ出 力が低下する。

【０００６】 さらに、スパッタの一部が反射鏡７および部分透過鏡８の内面に付着してレー ザー出力を低下させていた。このため、絶縁管１ａ，１ｂ，２、反射鏡７および 部分透過鏡８等を定期的に補修する必要があり、コスト高となっていた。

【０００７】 また、絶縁管２の絶縁特性を維持する方法として、絶縁管２のＸ方向の長さを 長くすることが考えられるが、発振器が大形化するという欠点があった。

【０００８】 本考案の目的は、発振器を大形化することなく、またレーザ出力の低下を可及 的に小さくすることができ、かつメンテナンス周期の長い高速軸流形炭酸ガスレ ーザ発振器を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本第１の考案は、電気絶縁材よりなる放電管に、軸方向に離間する陽極と陰極 とからなる電極を配設し、該電極間に直流高電圧を印加する炭酸ガスレーザ発振 器に適用される。 その特徴とするところは、陰極を円筒状とすると共に、円筒状陰極の陽極方向 の端部側に、該端部から陰極の軸方向に縮径するテーパー部を形成し、放電管の 端部と陰極のテーパー部の開口端部とを軸方向に実質的に突き合わせ、かつ放電 管の端部の内径を、陰極のテーパー部の開口端の内径よりも小さく形成したこと である。 本第２の考案は、電気絶縁材よりなる放電管に、軸方向に離間する陽極と陰極 とからなる電極を配設し、該電極間に直流高電圧を印加する炭酸ガスレーザ発振 器に適用される。 その特徴とするところは、陰極を円筒状とすると共に、円筒状陰極の陽極方向 の端部側に、該端部から陰極の軸方向に縮径するテーパー部を形成し、放電管の 端部を支持する電気絶縁材よりなる絶縁ホルダの端部と陰極のテーパー部の開口 端部とを軸方向に実質的に突き合わせ、かつ絶縁ホルダの陰極側端部の内径を、 陰極のテーパー部の開口端の内径よりも小さく形成したことである。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案を図示の実施例により、詳細に説明する。 図１は、本考案の実施例の要部拡大図であって、図４に相当する図である。な お、図４と同じ構成部品には、同じ符号を付してある。 図１において、陰極５ａの内径は、放電管ｌａの内径より小さく、断面が陽極 側、即ちＸ₁ 方向側に拡径するテーパー状に形成されている。さらに、テーパー 部の開口端の内径は、絶縁材からなるホルダ１３ａの内径よりも大きい円筒状に 形成されている。

【００１１】 レーザ発振器の稼動は、従来、即ち図３に示されると同様であって、ブロア９に より作動ガスを循環させるとともに、電極５ａ−６ａおよび５ｂ−６ｂ間に高電 圧を印加してグロー放電を発生させる。 ところで、図１に示されるごとく、陰極５ａのテーパー状の端部の内径が、絶 縁材よりなるホルダ１３ａの内径よりも大きく、かつホルダ１３ａの端部と陰極 ５ａの端部とは軸方向に実質的に間隙を有しないため、陰極端の電界集中が緩和 される。しかも、グロー放電１４ａは放電管内のテーパー状部に広がって発生す る。

【００１２】 すなわち、グロー放電１４ａは、陰極５ａのテーパー状部に広がって発生する ため、陰極に着目すれば、放電密度が低下することになる。

【００１３】 このように、陰極部における放電密度の低下により、放出されるスパッタの量 が大幅に減少した。このため、絶縁管２の内壁に付着するスパッタの量は、著し く低減される。すなわち、絶縁管２の絶縁特性の低下を防ぐことができ、異常放 電が起こりにくく、レーザ出力の低下の度合いが極めて緩やかとなる。

【００１４】 勿論、スパッタ量が著しく低減することにより、絶縁管１ａ，１ｂ，２、反射 鏡７および部分透過鏡８等の補修周期が長くなるため、補修費用を低減すること ができる。さらに絶縁管２のＸ方向の長さを長尺にする必要がなく、レーザ発振 器を小型化することができる。

【００１５】 図２は、本考案の他の実施例を示したもので、放電管ｌａを、陰極５ａに密接 し、陰極５ａのテーパー部の開口端の内径が放電管ｌａの内径よりも大きく形成 されている。この場合も、陰極５ａの端部の電界集中が緩和され、グロー放電１ ４ａは陰極５ａのテーパー部に広がり、スパッタの量を大幅に低減させることが できた。

【００１６】 以上の説明は、ガス流の方向を陽極から陰極に流した場合を示したが、陰極か ら陽極へガスを流すこともできる。また、陰極の内径を放電管の内径よりも大き くしても、モード形状が悪化することとなるが、スパッタの量を低減させること に関して実効がある。

【００１７】

【考案の効果】

以上の説明で明らかなように、本考案によれば、高エネルギーのイオンの衝突 で陰極５ａ、５ｂの表面から放出されるスパッタは、発振器内部を高速で循環し ているガス流によって下流側へと流されるが、円筒状陰極の陽極方向の端部から 、陰極の軸方向に縮径するテーパー部を形成し、放電管の陰極側の内径を、前記 テーパー部の開口端の内径よりも小さく形成することにより、スパッタ量が著し く低減され、絶縁管の絶縁特性の低下を防ぐことができ、異常放電が起こりにく く、レーザ出力の低下の度合いが極めて緩やかとなる。 勿論、スパッタ量が著しく低減することにより、絶縁管、反射鏡および部分透 過鏡等の補修周期が長くなるため、補修費用を低減することができる。 さらに絶縁管のＸ方向の長さを長尺にする必要がなく、レーザ発振器を小型化 することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の要部拡大断面図

【図２】本考案の他の実施例の要部拡大断面図

【図３】従来例を示す一部断面正面図

【図４】図３の要部拡大断面図

【符号の説明】

１ａ 放電管 ３ａ 直流高圧電源 ４ａ 絶縁ホルダ ５ａ 陰極 ６ａ 陽極

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁材よりなる放電管に、軸方向に
   離間する陽極と陰極とからなる電極を配設し、該電極間
   に直流高電圧を印加する炭酸ガスレーザ発振器におい
   て、前記陰極を円筒状とすると共に、前記円筒状陰極の
   前記陽極方向の端部側に、該端部から陰極の軸方向に縮
   径するテーパー部を形成し、放電管の端部と前記陰極の
   テーパー部の開口端部とを軸方向に実質的に突き合わ
   せ、かつ前記放電管の端部の内径を、前記陰極のテーパ
   ー部の開口端の内径よりも小さく形成してなる炭酸ガス
   レーザ発振器。
2. 【請求項２】 電気絶縁材よりなる放電管に、軸方向に
   離間する陽極と陰極とからなる電極を配設し、該電極間
   に直流高電圧を印加する炭酸ガスレーザ発振器におい
   て、前記陰極を円筒状とすると共に、前記円筒状陰極の
   前記陽極方向の端部側に、該端部から陰極の軸方向に縮
   径するテーパー部を形成し、放電管の端部を支持する電
   気絶縁材よりなる絶縁ホルダの端部と前記陰極のテーパ
   ー部の開口端部とを軸方向に実質的に突き合わせ、かつ
   前記絶縁ホルダの陰極側端部の内径を、前記陰極のテー
   パー部の開口端の内径よりも小さく形成してなる炭酸ガ
   スレーザ発振器。
3. 【請求項３】 前記陰極の円筒部の内径が、放電管の内
   径よりも小さく形成してなる請求項１または請求項２に
   記載の炭酸ガスレーザ発振器。