JPH07283464A - 放電励起型coガスレーザ及びその制御方法 - Google Patents

放電励起型coガスレーザ及びその制御方法

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JPH07283464A JP7767594A JP7767594A JPH07283464A JP H07283464 A JPH07283464 A JP H07283464A JP 7767594 A JP7767594 A JP 7767594A JP 7767594 A JP7767594 A JP 7767594A JP H07283464 A JPH07283464 A JP H07283464A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電励起型COガスレーザ及びその制御方法
に係るもので、レーザガスにXeやHgを添加すること
なく、レーザガスを低温化する労力及び設備を省略し、
高効率、高出力のCOガスレーザを室温程度の温度雰囲
気で確実に発生させる。 【構成】 COガスを含有するレーザガスを挿通させ、
レーザガスの放電によりレーザ光を発生させる高周波給
電手段及び放電用電極とを有する放電励起型COガスレ
ーザにおいて、放電部の出口のガス温度検出手段と、ガ
ス温度検出手段の検出温度と高周波給電手段の出力とに
基づきレーザガス流路の風速を設定する送風機とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放電励起型COガスレ
ーザ及びその制御方法に係り、特に、室温で高効率、高
出力のCOガスレーザを作動させる技術に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術及びその課題】COガスレーザは、励起機
構上、高効率を得るため、低温で作動させることが必要
である。このため、特公平1−33956号公報の開
示技術のように、液体窒素やフレオン等の冷媒でレーザ
ガスの冷却を行なう方法や、文献:S.Kraus
and F.Maisenhaelder,Appl.
Physics,vol.22 421(1980)の
開示技術のように、レーザガスを超音速膨張させて冷却
する方法が考えられているが、これらの冷却装置は、い
ずれも大掛かりな冷凍機や圧縮機で構成されるために、
システムとしても変換効率が低くなる。
【0003】一方、大掛かりな冷却装置を用いずに、C
Oガスレーザを発生させる方法として、特公平4−5
8717号公報の開示技術のように、同軸型の装置にX
eを添加したレーザガスを高速で放電部を通過させる方
法が提案されているが、Xeが希ガスであるために高価
となり、運転コストの面から実用性が損われる。また、
Xe以外に例えばHgを添加する方法も提案されている
が、この場合には、取り扱い性が損われ易い。
【0004】本発明は、これらの事情に鑑がみてなされ
たもので、レーザガスにXeやHgを添加することな
く、レーザガスを低温化する労力及び設備を省略し、高
効率、高出力のCOガスレーザを室温程度の温度雰囲気
で確実に発生させることを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために以下の提案をしている。COガスを含有するレー
ザガスを挿通させるレーザガス流路と、該レーザガス流
路中のレーザガスの放電によりレーザ光を発生させる高
周波給電手段及び放電用電極とを有する放電励起型CO
ガスレーザにおいて、放電部の出口ガス温度を検出する
ガス温度検出手段と、該ガス温度検出手段の検出温度と
高周波給電手段の出力とに基づきレーザガス流路の風速
を設定する送風機とを具備する構成を採用する。レーザ
ガスは、成分中にXeやHgが添加されないもの、例え
ばN2 :16%,CO:5%,O2 :0.2〜0.4
%,He残部(モル分率)の成分を有するものが採用さ
れる。放電励起型COガスレーザを制御する方法とし
て、放電部の出口ガス温度を450K以下とする高周波
給電手段の出力とレーザガス流路の風速とが選択され
る。
【0006】
【作用】放電励起型COガスレーザでは、N2 ,CO,
2 ,He残部(モル分率)の混合成分のレーザガスを
封入して亜音速で循環させ、放電部における自己持続放
電によってレーザガスを励起することにより、レーザの
連続発振が行なわれる。励起エネルギ密度を大きくする
と、レーザ出力が増加するが、この際にはレーザ媒質で
あるレーザガスの温度上昇が起こり、温度上昇が大きく
なることによりレーザ利得が減少して、レーザ出力の飽
和あるいは減少を招く。レーザガスの流速増大によって
熱交換性を高めることができるため、ガス流速を大きく
して温度上昇を抑制することが重要である。レーザガス
の温度上昇(ΔT)は、次式で与えられる。 ΔT=(Pe −Pl )/(Cp ・ρ・u・W・H)……(式1) ただし、Pe :放電入力,Pl :レーザ出力,Cp :比
熱,ρ:ガス密度,u:ガス流速,W・H:ガス流れの
断面積である。これらのうち、Cp はガス成分に依存
し、ρはガス組成比に依存してガス圧力に比例する。W
・Hを不変とすれば、ΔTを抑えるためには、uを大き
く、つまり、ガス流速を大きくすることが有効である。
したがって、放電部の出口ガス温度の許容温度が、45
0K以下である場合には、その条件の下で、放電入力
(高周波給電手段の出力)と、レーザガス流路の風速と
を選択して、レーザ出力を所望の大きさとする制御がな
される。
【0007】
【実施例】以下、本発明に係る放電励起型COガスレー
ザ及びその制御方法の一実施例について、図1ないし図
5に基づき説明する。図1において、符号1はレーザガ
ス流路(ガスダクト)、2は放電部、3A,3Bは放電
用電極、4は高周波給電手段(高周波電源部)、5はガ
ス供給源、6はガス排気系、7は送風機、8A,8Bは
熱交換器、9はガス温度検出手段(出口ガス温度測定
部)、10は入口ガス温度測定部、11は流量測定部で
ある。
【0008】前記レーザガス流路1には、放電部2と、
レーザガスを供給するためのガス供給源5と、不要ガス
を排出するためのガス排気系6と、レーザガスを駆動し
て循環させるための送風機7と、循環するレーザガスの
冷却を行なうための熱交換器8A,8Bと、ガス温度検
出手段9の測温部と、入口ガス温度測定部10の測温部
とが配される。
【0009】前記放電部2には、レーザガス流路1の隔
壁等に対して電気絶縁状態に、対をなす放電用電極3
A,3Bが配され、放電用電極3A,3Bの対向方向
が、レーザガス流路1に対して直交状態となるように設
定される。
【0010】なお、レーザ光軸は、レーザガス流路1の
方向と放電用電極3A,3Bの対向方向とに対して相互
に直交状態となるように、つまり、三軸直交型に設定さ
れる。
【0011】前記高周波給電手段4にあっては、1メガ
ヘルツないし250メガヘルツの高周波を放電用電極3
A,3Bに供給(給電)して、放電を生じさせるもので
ある。該高周波給電手段4は、いわゆるRF発振器(r
adio frequency発振器)等が適用され
る。
【0012】前記ガス供給源5は、XeやHgを添加し
ていない所要成分のレーザガス、例えばN2 :16%,
CO:5%,O2 :0.2〜0.4%,He残部(モル
分率)の成分を有するものを供給する。
【0013】前記送風機7は、高周波給電手段4及びガ
ス温度検出手段9に関連づけて配され、レーザガス流路
1を挿通するレーザガスの風速(風量)を調整し得るも
のが適用される。
【0014】前記ガス温度検出手段9は、その感温部が
放電部2の出口ガス温度を計測し得るものとされ、後述
するように高周波給電手段4の出力と関わって送風機7
の運転制御を行なうものが適用される。
【0015】このように構成されている放電励起型CO
ガスレーザにあっては、ガス排気系6の作動によって、
レーザガス流路1の排気をした後に、ガス供給源5によ
り前述の所要成分のレーザガスを供給して充満状態と
し、送風機7によるレーザガスの循環、熱交換器8A,
8Bによる室温近傍までの冷却をしておいて、高周波給
電手段4の作動により放電用電極3A,3Bの間に電位
差を付与し、対をなす放電用電極3A,3Bに、例えば
13.56メガヘルツの高周波電流を流す放電を行な
い、前述のレーザガスの励起を行なう。
【0016】〔COガスレーザの室温発振実験例〕ガス
温度:293Kの室温雰囲気でCOガスレーザを発振さ
せ、(式1)に基づいて、放電入力(以下、高周波入力
電力に代える)、レーザ出力、ガス流速を変数とした場
合の相互関係について検討した。その結果を図2ないし
図5に示す。ただし、レーザ発振条件を下記のように設
定した。 ガス組成(He/N2 /CO/O2 ):78.8/16/5/
0.2(モル分率) 動作ガス圧力:80hPa 高周波電流:13.56メガヘルツ Tg:放電部入口におけるガス温度:293K
【0017】図2は高周波入力電力とレーザ出力との関
係、図3は高周波入力電力と放電部の出口ガス温度との
関係、図4は放電部のガス流速と高周波入力電力との関
係、図5は放電部のガス流量と高周波入力電力との関係
をそれぞれ示している。図2ないし図5より、以下のよ
うな結果が得られた。 a) 図2例のように、高周波入力電力を大きくするこ
とによりレーザー出力が増大するものの、レーザー出力
が次第に飽和及び減少する傾向がある。 b) ガス流速を大きくすると、高周波入力電力に対応
してレーザー出力が増大し、ガス流速37m/秒では高
周波入力電力6.3kWでレーザー出力650Wが得ら
れた。 c) 図3例のように、高周波入力電力を大きくすると
出口ガス温度が高くなるものの、ガス流速を大きくする
ことにより出口ガス温度を抑制することができ、高周波
入力電力6.3kWでは440Kとなった。 d) 図4例のように、ガス流速を大きくすることによ
って、高周波入力電力を大きくすることができ、概略比
例関係が成立する。 e) 図5例のように、ガス流量を多くすることによっ
ても、高周波入力電力を大きくすることができ、この場
合も、概略比例関係が成立する。 f) 送風機7の能力が十分である場合には、ガス流速
及びガス流量を大きくして、高周波入力電力を増やすこ
とにより、比較的容易にレーザー出力を大きくすること
ができる。その場合、図2及び図3の比較より、出口ガ
ス温度が、400〜450K以下であれば、高周波入力
電力の増加によりレーザー出力を大きくすることができ
るが、出口ガス温度がその限度を超えると、レーザー出
力が不安定になる。 g) 比較的温度の高い296Kにおいても、高周波入
力電力6.3kWでレーザー出力650Wの高出力を得
ることができる。 h) この結果は、前述した特公平4−58717号
公報の開示技術におけるレーザ出力が略32.5Wであ
るのと比較して、20倍の大出力である。 i) 送風機7の能力を高め得る場合や、低温冷媒が得
られる環境にあっては、さらに高出力化を図ることがで
きる。
【0018】
【発明の効果】本発明に係る放電励起型COガスレーザ
及びその制御方法によれば、以下のような効果を奏す
る。 (1) 放電部の出口ガス温度を検出して、検出温度と
高周波給電手段の出力とに基づきレーザガス流路の風速
を設定することにより、室温程度の温度雰囲気でCOガ
スレーザを確実に発生させることができる。 (2) ガス流速を高めることにより、レーザガスにX
eやHgを添加することなく、高効率、高出力のCOガ
スレーザを比較的容易に発生させることができる。 (3) 上記により、レーザガスを低温化するための労
力及び設備を省略して、実用性を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る放電励起型COガスレーザ及びそ
の制御方法の一実施例を示すブロック図を併記した正断
面図である。
【図2】図1例のCOガスレーザの室温発振実験例にお
ける高周波入力電力とレーザ出力との関係曲線図であ
る。
【図3】図1例のCOガスレーザの室温発振実験例にお
ける高周波入力電力と出口ガス温度との関係曲線図であ
る。
【図4】図1例のCOガスレーザの室温発振実験例にお
けるガス流速と高周波入力電力との関係曲線図である。
【図5】図1例のCOガスレーザの室温発振実験例にお
けるガス流量と高周波入力電力との関係曲線図である。
【符号の説明】
1 レーザガス流路(ガスダクト) 2 放電部 3A,3B 放電用電極 4 高周波給電手段(高周波電源部) 5 ガス供給源 6 ガス排気系 7 送風機 8A,8B 熱交換器 9 ガス温度検出手段(出口ガス温度測定部) 10 入口ガス温度測定部 11 流量測定部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 COガスを含有するレーザガスを挿通さ
    せるレーザガス流路(1)と、該レーザガス流路中のレ
    ーザガスの放電によりレーザ光を発生させる高周波給電
    手段(4)及び放電用電極(3A,3B)とを有する放
    電励起型COガスレーザであって、放電部(2)の出口
    ガス温度を検出するガス温度検出手段(9)と、該ガス
    温度検出手段の検出温度と高周波給電手段の出力とに基
    づきレーザガス流路の風速を設定する送風機(7)とを
    具備することを特徴とする放電励起型COガスレーザ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の放電励起型COガスレー
    ザを制御する方法であって、放電部(2)の出口ガス温
    度を450K以下とする高周波給電手段(4)の出力と
    レーザガス流路(1)の風速とが選択されることを特徴
    とする放電励起型COガスレーザの制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009540607A (ja) * 2006-06-14 2009-11-19 サイマー インコーポレイテッド Euv光源のための駆動レーザ
KR20160078393A (ko) 2013-12-17 2016-07-04 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 직교 여기형 가스 레이저 발진 장치

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