JPH0770771B2 - ガスレーザ装置 - Google Patents
ガスレーザ装置Info
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- JPH0770771B2 JPH0770771B2 JP61263326A JP26332686A JPH0770771B2 JP H0770771 B2 JPH0770771 B2 JP H0770771B2 JP 61263326 A JP61263326 A JP 61263326A JP 26332686 A JP26332686 A JP 26332686A JP H0770771 B2 JPH0770771 B2 JP H0770771B2
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- dielectric
- laser device
- gas laser
- laser
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はガスレーザ装置，特に無声放電励起式のガス
レーザにおける電極の構造に関するものである。
レーザにおける電極の構造に関するものである。
従来，この種の装置として，例えば特開昭55−154790号
公報に示すCO2レーザ装置がある。第４図（ａ），
（ｂ）は各々このようなCO2レーザ装置の代表的な方式
である三軸直交型，即ち，レーザガス流方向，放電方
向，レーザ光軸方向がお互いに直交するCO2レーザ装置
を示す縦断構成図及び横断面構成図である。
公報に示すCO2レーザ装置がある。第４図（ａ），
（ｂ）は各々このようなCO2レーザ装置の代表的な方式
である三軸直交型，即ち，レーザガス流方向，放電方
向，レーザ光軸方向がお互いに直交するCO2レーザ装置
を示す縦断構成図及び横断面構成図である。
図において，（1a），（1b）は対向して配置された一対
の無声放電電極，（２）は放電ギヤツプ，（３）はレー
ザガス循環用ブロア，（４）は熱交換器，（５）は筐
体，（６）はブツシング，（７）は交流電源，（８）は
全反射鏡，（９）は部分透過鏡，（10）はレーザ光であ
る。
の無声放電電極，（２）は放電ギヤツプ，（３）はレー
ザガス循環用ブロア，（４）は熱交換器，（５）は筐
体，（６）はブツシング，（７）は交流電源，（８）は
全反射鏡，（９）は部分透過鏡，（10）はレーザ光であ
る。
次に動作について説明する。無声放電電極（1a），（1
b）の間にブツシング（６）を介して交流電源（７）か
ら交流高電圧を印加すると，放電ギヤツプ（２）で無声
放電と呼ばれる放電が生成される。筐体（５）中には数
十Torr〜百数十TorrのCO2,N2,Heから成るレーザガスが
封入されており，無声放電によりレーザガス中のCO2分
子が励起され，特定の振動準位間に反転分布（Populati
on inversion）を生じるため，この放電励起部の放電ギ
ヤツプ（２）の間に全反射鏡（８）と適当な透過率を有
する部分透過鏡（９）とを対向して配置させると，部分
反射鏡（９）からレーザ光（10）が出てくる。
b）の間にブツシング（６）を介して交流電源（７）か
ら交流高電圧を印加すると，放電ギヤツプ（２）で無声
放電と呼ばれる放電が生成される。筐体（５）中には数
十Torr〜百数十TorrのCO2,N2,Heから成るレーザガスが
封入されており，無声放電によりレーザガス中のCO2分
子が励起され，特定の振動準位間に反転分布（Populati
on inversion）を生じるため，この放電励起部の放電ギ
ヤツプ（２）の間に全反射鏡（８）と適当な透過率を有
する部分透過鏡（９）とを対向して配置させると，部分
反射鏡（９）からレーザ光（10）が出てくる。
放電により発生する熱により，放電励起部のガス温度が
高くなると，上述の反転分布が効率よく行なわれなくな
る。この熱をレーザガス流により運び去るためにブロア
（３）により，レーザガスを熱交換器（４）を介して筐
体（５）内を循環させている。通常放電ギヤツプ（２）
でのガス流速は数十m/secである。
高くなると，上述の反転分布が効率よく行なわれなくな
る。この熱をレーザガス流により運び去るためにブロア
（３）により，レーザガスを熱交換器（４）を介して筐
体（５）内を循環させている。通常放電ギヤツプ（２）
でのガス流速は数十m/secである。
以上がガスレーザ装置の動作原理であるが，無声放電電
極（1a），（1b）の構造について次に詳しく説明する。
第５図は従来のCO2レーザ装置の電極構造を示す横断面
図であり，第５図（ａ）及び（ｂ）は各々角形電極及び
丸形電極のものを示し，それぞれ同じ動作をする。
極（1a），（1b）の構造について次に詳しく説明する。
第５図は従来のCO2レーザ装置の電極構造を示す横断面
図であり，第５図（ａ）及び（ｂ）は各々角形電極及び
丸形電極のものを示し，それぞれ同じ動作をする。
図において，（11）は鉄パイプで構成された金属電極，
（12）は鉄パイプ（11）の表面に設けられたガラス等誘
電体で,1mm程度の厚さで均一にライニングされている。
（13）は鉄パイプ（11）の内部を流れる冷却水，（14）
は放電部制限用の絶縁物，（15）はガス流方向を示す。
（12）は鉄パイプ（11）の表面に設けられたガラス等誘
電体で,1mm程度の厚さで均一にライニングされている。
（13）は鉄パイプ（11）の内部を流れる冷却水，（14）
は放電部制限用の絶縁物，（15）はガス流方向を示す。
従来の無声放電式CO2レーザ装置は以上のように構成さ
れており，無声放電は第５図に示すように，放電の端の
部分（20）に放電が集中していることが観測される。こ
れは端の部分の電界が中央部よりも強いためである。さ
らに詳しい放電の観測によれば，端部の放電は中央部で
見られるようなグロー状の拡散型の放電ではなく，フイ
ラメント状の放電の混在したもので，レーザ発振には不
適当な放電であることが判つている。
れており，無声放電は第５図に示すように，放電の端の
部分（20）に放電が集中していることが観測される。こ
れは端の部分の電界が中央部よりも強いためである。さ
らに詳しい放電の観測によれば，端部の放電は中央部で
見られるようなグロー状の拡散型の放電ではなく，フイ
ラメント状の放電の混在したもので，レーザ発振には不
適当な放電であることが判つている。
放電励起の部分の放電がこのように一様でなくなると，
レーザ光のビームモード（形状）が歪んでしまい，均一
な高品質ビームが得られない。さらに端に放電が集中し
ているため，誘電体（12）の端の部分が絶縁破壊しやす
く信頼性のないものとなる。このため，従来では放電ギ
ヤツプ（２）でのガス流速を増大させて，放電を安定化
させ，上記のような欠点を除去しようとしていたが，端
部での放電の集中はガス流速の増大により緩和されるも
のの完全に均一な放電分布は得られなかつた。
レーザ光のビームモード（形状）が歪んでしまい，均一
な高品質ビームが得られない。さらに端に放電が集中し
ているため，誘電体（12）の端の部分が絶縁破壊しやす
く信頼性のないものとなる。このため，従来では放電ギ
ヤツプ（２）でのガス流速を増大させて，放電を安定化
させ，上記のような欠点を除去しようとしていたが，端
部での放電の集中はガス流速の増大により緩和されるも
のの完全に均一な放電分布は得られなかつた。
ところで，ガス流速を増大させると，放電により生じた
反転分布されたCO2分子はガス流により流されるため，
レーザの発振効率（レーザ出力／放電入力）は低下す
る。一方，前述したレーザガス温度上昇による反転分布
形成の効率低下を防ぐため，ある程度以上のガス流速を
流さなければならない。従つてレーザ発振効率は両者の
かねあいで決まり，これらの関係を調べた実験結果の一
例を第６図に示す。
反転分布されたCO2分子はガス流により流されるため，
レーザの発振効率（レーザ出力／放電入力）は低下す
る。一方，前述したレーザガス温度上昇による反転分布
形成の効率低下を防ぐため，ある程度以上のガス流速を
流さなければならない。従つてレーザ発振効率は両者の
かねあいで決まり，これらの関係を調べた実験結果の一
例を第６図に示す。
従来のガスレーザ装置では上述の端部での放電の集中を
緩和させるために動作条件は第６図の領域（Ａ），即ち
50〜60m/secの動作条件としていた。従つて，第６図の
実験結果から明らかなように，この動作条件は発振効率
に対してはマイナスの効果を表す条件となつていた。
緩和させるために動作条件は第６図の領域（Ａ），即ち
50〜60m/secの動作条件としていた。従つて，第６図の
実験結果から明らかなように，この動作条件は発振効率
に対してはマイナスの効果を表す条件となつていた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので，端部への放電集中を無くし，均一な放電を，
低ガス流速で得ることができ，高品質ビーム，高信頼
性，高効率のガスレーザ装置を得ることを目的とする。
たもので，端部への放電集中を無くし，均一な放電を，
低ガス流速で得ることができ，高品質ビーム，高信頼
性，高効率のガスレーザ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るガスレーザ装置は，誘電体の厚みを放電
面中央部より放電面端部にかけて徐々に厚くなるように
したものである。
面中央部より放電面端部にかけて徐々に厚くなるように
したものである。
この発明における誘電体は厚み分布を有しており，これ
は無声放電の放電入力が誘電体の静電容量に比例するこ
とから考案されたもので，放電の集中する場所には電力
が入らないように厚さを増し，均一な放電を得るもので
ある。
は無声放電の放電入力が誘電体の静電容量に比例するこ
とから考案されたもので，放電の集中する場所には電力
が入らないように厚さを増し，均一な放電を得るもので
ある。
以下，この発明の実施例を図について説明する。
第１図はこの発明の一実施例に係る無声放電電極部分を
示す断面構成図であり，図において，（11）は給電用の
一対の金属電極，（12）は金属電極（11）の各対向面に
設けられたガラスやセラミツク等の誘電体であり，その
厚みは放電面中央部（122）より放電面端部（121）にか
けて徐々に厚くなつている。
示す断面構成図であり，図において，（11）は給電用の
一対の金属電極，（12）は金属電極（11）の各対向面に
設けられたガラスやセラミツク等の誘電体であり，その
厚みは放電面中央部（122）より放電面端部（121）にか
けて徐々に厚くなつている。
この無声放電電極（1a），（1b）は金属電極（11）にガ
ラスを図のようにライニングしたものや，セラミツクや
ガラス板を溝堀加工して金属電極（11）に密着あるいは
導電性接着剤で接着したものである。
ラスを図のようにライニングしたものや，セラミツクや
ガラス板を溝堀加工して金属電極（11）に密着あるいは
導電性接着剤で接着したものである。
ここで，誘電体の静電容量Cgは誘電体の厚みをｔとする
とCg∝1/tである。また，無声放電の放電入力WdはWd∝C
gであり，上式からWd∝1/tとなり，誘電体の厚みｔが大
きほどWdは小さくなることがわかる。
とCg∝1/tである。また，無声放電の放電入力WdはWd∝C
gであり，上式からWd∝1/tとなり，誘電体の厚みｔが大
きほどWdは小さくなることがわかる。
従つて，第１図のような誘電体構造にして，交流電源
（７）より交流電圧を印加すれば，放電励起部の端部附
近の放電入力Wdは計算上小さくなる。しかし，このよう
な構造をした電極（1a），（1b）で放電させると均一な
放電が得られ，レーザ励起用放電としては理想的なもの
となつた。
（７）より交流電圧を印加すれば，放電励起部の端部附
近の放電入力Wdは計算上小さくなる。しかし，このよう
な構造をした電極（1a），（1b）で放電させると均一な
放電が得られ，レーザ励起用放電としては理想的なもの
となつた。
これは放電の端部は電界がある程度集中するので，放電
入力Wdは大きくなろうとするが，誘電体の厚み分布によ
りWdの増大を抑える方向も働き，その結果，両者が打ち
消し合つて均一な放電が得られたものと考えられる。
入力Wdは大きくなろうとするが，誘電体の厚み分布によ
りWdの増大を抑える方向も働き，その結果，両者が打ち
消し合つて均一な放電が得られたものと考えられる。
このように，この発明の電極構造にすれば理想的な放電
が得られたが，この構造故に次のような効果ももたら
す。即ち，この誘電体形状にすれば放電面の端ほど誘電
体の厚みが大となつているので，絶縁破壊電圧は高くな
り，かつ放電の集中もないので電極の信頼性は飛躍的に
向上する。
が得られたが，この構造故に次のような効果ももたら
す。即ち，この誘電体形状にすれば放電面の端ほど誘電
体の厚みが大となつているので，絶縁破壊電圧は高くな
り，かつ放電の集中もないので電極の信頼性は飛躍的に
向上する。
また，均一な放電が得られるのでビームモードの形も理
想的なものになる。
想的なものになる。
さらに，この発明で得られる無声放電は極めて均一で安
定しているので，レーザガス流は放電の安定化（従来の
端放電の集中を緩和）の目的で流す必要はなく，レーザ
の反転分布が効率よく行なわれ，ガス温度上昇を抑える
最適なガス流速を選べばよい。ガス流速は20〜30m/sec
にすると最大のレーザ発振効率を得られることが第６図
より明らかであるが，このような低ガス流速でも，この
発明のものでは放電の均一性は全く保たれる。
定しているので，レーザガス流は放電の安定化（従来の
端放電の集中を緩和）の目的で流す必要はなく，レーザ
の反転分布が効率よく行なわれ，ガス温度上昇を抑える
最適なガス流速を選べばよい。ガス流速は20〜30m/sec
にすると最大のレーザ発振効率を得られることが第６図
より明らかであるが，このような低ガス流速でも，この
発明のものでは放電の均一性は全く保たれる。
従つて，この発明のものではガス流速を従来よりも低減
できるので，レーザ発振効率を向上でき，さらにガス流
速の低減によりブロア（３）の消費電力も低減できる。
できるので，レーザ発振効率を向上でき，さらにガス流
速の低減によりブロア（３）の消費電力も低減できる。
また，これにより熱交換器（４）でのガス流速も従来よ
り小さくなり，かつ熱交換器（４）入力のレーザガス温
度は高くなるので熱交換率は高くなり，熱交換器（４）
を従来のものより小さくすることができ装置のコストダ
ウンにもつながるという利点も生まれる。
り小さくなり，かつ熱交換器（４）入力のレーザガス温
度は高くなるので熱交換率は高くなり，熱交換器（４）
を従来のものより小さくすることができ装置のコストダ
ウンにもつながるという利点も生まれる。
なお，上記実施例と同様の構成で，放電面を平面にした
第２図に示す構造のものでも均一な放電が得られ，前述
と同様の効果をもたらす。また，金属電極（11）の誘電
体との対向面は平面で，誘電体（11）の放電面が凹状を
し，放電面端部が中央部より厚くなつている構造のもの
でもよい。
第２図に示す構造のものでも均一な放電が得られ，前述
と同様の効果をもたらす。また，金属電極（11）の誘電
体との対向面は平面で，誘電体（11）の放電面が凹状を
し，放電面端部が中央部より厚くなつている構造のもの
でもよい。
さらに，これらの実施例と同様の電極構造で，金属電極
（11）の内部に冷却水（13）を流し，誘電体の放電面を
除いて誘電体及び金属電極を絶縁物（14）でモールドし
た構造のものでもよい。この例を第３図に示す。
（11）の内部に冷却水（13）を流し，誘電体の放電面を
除いて誘電体及び金属電極を絶縁物（14）でモールドし
た構造のものでもよい。この例を第３図に示す。
以上のようにこの発明によれば，誘電体の厚みを放電面
中央部より放電面端部にかけて徐々に厚くなるように構
成したので，端部での放電の集中が避けられ，均一で，
安定した放電が得られる。この結果，電極の信頼性向
上，レーザビームの品質の向上，レーザ発振効率の向上
等の効果がある。
中央部より放電面端部にかけて徐々に厚くなるように構
成したので，端部での放電の集中が避けられ，均一で，
安定した放電が得られる。この結果，電極の信頼性向
上，レーザビームの品質の向上，レーザ発振効率の向上
等の効果がある。
第１図はこの発明の一実施例によるガスレーザ装置の無
声放電電極部分を示す断面構成図，第２図ないし第３図
は各々この発明の他の実施例に係る無声放電電極部分を
示す断面構成図，第４図（ａ）（ｂ）は各々従来のガス
レーザ装置を示す縦断面構成図及び横断面構成図，第５
図（ａ），（ｂ）は各々従来のガスレーザ装置の無声放
電電極部分を示す断面構成図，並びに第６図はガス流速
とレーザ発振効率の関係を示す特性図である。 （1a），（1b）……無声放電電極，（２）……放電ギヤ
ツプ，（７）……交流電源，（11）は金属電極，（12）
……誘電体，（13）……冷却水，（14）……絶縁物，
（121）……放電面端部，（122）……放電面中央部 なお，図中，同一符号は同一又は相当部分を示す。
声放電電極部分を示す断面構成図，第２図ないし第３図
は各々この発明の他の実施例に係る無声放電電極部分を
示す断面構成図，第４図（ａ）（ｂ）は各々従来のガス
レーザ装置を示す縦断面構成図及び横断面構成図，第５
図（ａ），（ｂ）は各々従来のガスレーザ装置の無声放
電電極部分を示す断面構成図，並びに第６図はガス流速
とレーザ発振効率の関係を示す特性図である。 （1a），（1b）……無声放電電極，（２）……放電ギヤ
ツプ，（７）……交流電源，（11）は金属電極，（12）
……誘電体，（13）……冷却水，（14）……絶縁物，
（121）……放電面端部，（122）……放電面中央部 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 (72)発明者 安井 公治 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−154790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−122179（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】対向して配置された一対の金属電極の、各
対向面にそれぞれ誘電体を設け、上記電極間に電圧を印
加して上記誘電体間に無声放電を生成し、レーザ光を発
振させるものにおいて、上記誘電体の厚みを放電面中央
部より放電面端部にかけて徐々に厚くなるようにしたこ
とを特徴とするガスレーザ装置。 - 【請求項２】誘電体は金属電極に密着している特許請求
の範囲第１項記載のガスレーザ装置。 - 【請求項３】誘電体と金属電極との密着面は導電性の接
着剤で接着されている特許請求の範囲第２項記載のガス
レーザ装置。 - 【請求項４】誘電体は対向面が曲面をなす金属電極上に
設けられている特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
ずれかに記載のガスレーザ装置。 - 【請求項５】誘電体は放電部中央部が平面である特許請
求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のガスレ
ーザ装置。 - 【請求項６】金属電極は冷却されている特許請求の範囲
第１項ないし第５項のいずれかに記載のガスレーザ装
置。 - 【請求項７】誘電体の放電面を除いて、上記誘電体及び
金属電極を絶縁物でモールドした特許請求の範囲第１項
ないし第６項のいずれかに記載のガスレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61263326A JPH0770771B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | ガスレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61263326A JPH0770771B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | ガスレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63116479A JPS63116479A (ja) | 1988-05-20 |
| JPH0770771B2 true JPH0770771B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=17387920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61263326A Expired - Lifetime JPH0770771B2 (ja) | 1986-11-05 | 1986-11-05 | ガスレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770771B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002185062A (ja) * | 2000-12-14 | 2002-06-28 | Amada Eng Center Co Ltd | 交流放電ガスレーザ発振器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55154790A (en) * | 1979-05-23 | 1980-12-02 | Mitsubishi Electric Corp | Silent discharge type gas laser |
| JPS56122179A (en) * | 1980-02-29 | 1981-09-25 | Mitsubishi Electric Corp | Gas laser device |
-
1986
- 1986-11-05 JP JP61263326A patent/JPH0770771B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63116479A (ja) | 1988-05-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |