JPH08139390A - ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電電極を光学的導波路を形成するように構
成した場合に、放電電極の表面での光損失を低減する。 【構成】 高圧側放電電極１１及び低圧側放電電極１５
は、レーザ光軸に沿った両端部が絶縁支持部材１８によ
り連結支持されている。各放電電極１１，１５の間隙寸
法は５ｍｍ以下に設定されており、斯様な間隙寸法では
各放電電極１１，１５は光導波路として機能する。ここ
で、各放電電極１１，１５において互いに対向する表面
は表面粗さが出力するレーザ光の波長の１／２以下とな
るように設定されている。これにより、各放電電極１
１，１５はレーザ光を光損失なく反射するので、レーザ
出力を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電電極間に高周波放
電電力を印加してレーザ光を発振するレーザ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３はこの種のガスレーザ装置の一例を
示している。この図３において、断面矩形状をなす外部
風洞１内には、断面略Ｕ字状をなす鉄、ステンレスまた
はアルミニウム等の金属製内部風洞２が設けられてい
る。外部風洞１の上面中央部にはセラミックス等からな
る平面状をなす第１の誘電体３ａが気密に取り付けら
れ、内部風洞２の上部には、その上面開口部を閉鎖する
ようにして平面状の第２の誘電体３ｂが気密に取り付け
られており、これらの第１及び第２の誘電体３ａ及び３
ｂ間に所定ギャップの放電空間部５が存する構成となっ
ている。また、第１の誘電体３ａの上面中央部には高圧
側放電電極４ａが取り付けられ、第２の誘電体４ｂの下
面中央部には低圧側放電電極４ｂが取り付けられてお
り、これらの放電電極４ａ，４ｂに高周波交流電源６か
ら高周波電圧が印加される構成となっている。

【０００３】外部風洞１及び内部風洞２間の空間部に
は、レーザ媒質としてのレーザガスが６０Torr程度の圧
力で封入されている。外部風洞１内の下部には、レーザ
ガスを矢印Ａ方向に循環させるための送風機７及び放電
空間部５を流れた後のレーザガスを冷却するための熱交
換器８が配置される。

【０００４】このような構成のガスレーザ装置において
は、放電電極４ａ，４ｂ間に交流電源６から高周波電圧
が印加されると、第１の誘電体３ａ及び第２の誘電体３
ｂを介して放電空間部５に交流放電が生じるようにな
り、その放電空間部５を流れるレーザガスが励起されて
レーザ光が紙面を直交する方向に発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、放電電極４
ａ，４ｂ間の間隙寸法を狭めることにより放電空間部５
の放電ギャップを例えば５ｍｍ程度に設定した場合、放
電電極４ａ，４ｂの表面にレーザ光が反射されて光学的
導波路を形成するようになるため、同じ放電電力であっ
てもレーザ出力を高めることが可能となる。しかしなが
ら、上記従来構成のものでは、放電電極４ａ，４ｂは光
学的導波路を形成するにはその表面粗さが大きいので、
表面で反射したレーザ光が散乱して減衰してしまう。こ
のため、放電電極により形成される光学的導波路の光損
失が大きく、結局、レーザ出力を十分に高めることがで
きないという欠点がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、放電電極を光学的導波路を形成するよ
うに構成しながら、放電電極の表面での光損失を低減し
て十分に光学的導波路として機能させることができるガ
スレーザ装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、放電電極を所
定間隙存して対向配置することにより放電電極対を形成
し、この放電電極対に高周波放電電力を印加することに
より放電電極間に形成された放電空間部に位置するレー
ザガスを励起してレーザ光を発生するガスレーザ装置に
おいて、前記放電電極間の間隙寸法を５ｍｍ以下に設定
すると共に、前記放電電極において互いに対向する面の
表面粗さを光学的導波路が形成可能となるように設定し
たものである（請求項１）。

【０００８】上記構成において、放電電極対をなす放電
電極を、レーザ光軸に沿った両端部で絶縁支持部材によ
り連結支持するのが好ましい（請求項２）。

【０００９】また、絶縁支持部材を、放電電極間の非放
電時の間隙寸法と放電時の間隙寸法との寸法変化が０．
１ｍｍ以下となるように外形寸法を設定するのが好まし
い（請求項３）。

【００１０】また、絶縁支持部材を、放電電極を連結支
持した状態でレーザ光軸に沿った方向に摺動可能に設け
るのが好ましい（請求項４）。

【００１１】また、絶縁支持部材を、セラミックス若し
くは石英ガラスから形成するのが好ましい（請求項
５）。

【００１２】また、絶縁支持部材を、放電空間部を臨む
表面が反射光を散乱する微細凹凸形状するのが好ましい
（請求項６）。

【００１３】また、放電電極を、少なくともその表面に
低抵抗部材を設けるのが好ましい（請求項７）。

【００１４】さらに、複数の放電電極対をレーザ光軸に
沿って設けると共に、各放電電極対に対応して放電電力
印加用の交流電源を設けるのが好ましい（請求項８）。

【００１５】

【作用】請求項１記載のガスレーザ装置の場合、放電電
極の表面粗さは光学的導波路が形成可能となるように設
定されているので、放電電極間の間隙寸法を５ｍｍ以下
に設定することにより放電電極が光学的導波路を形成す
るように構成した場合には、放電電極表面での光損失を
低減して光学的導波路として十分に機能させることがで
きる。

【００１６】請求項２記載のガスレーザ装置の場合、放
電電極対をなす放電電極は、レーザ光軸に沿った両端部
が絶縁支持部材により連結支持されているので、放電電
極を放電空間部から離れた部位で支持する構成に比べ
て、放電電極の平行度を高精度に設定することができ
る。

【００１７】請求項３記載のガスレーザ装置の場合、放
電空間部の放電に伴って絶縁支持部材の温度が上昇して
熱膨張した場合であっても、絶縁支持部材の外形寸法
は、放電電極間の非放電時の間隙寸法と放電時の間隙寸
法との寸法変化が０．１ｍｍ以下となるように設定され
ているので、絶縁支持部材により支持された放電電極間
の間隙寸法が大きく設定されている構成と違って、放電
による温度上昇にかかわらず放電電極の平行度を高精度
に維持することができる。

【００１８】請求項４記載のガスレーザ装置の場合、放
電により放電電極及びこの放電電極を連結支持する絶縁
支持部材の温度が上昇すると、両者の熱膨脹係数の違い
により放電電極に対して絶縁支持部材がずれてしまうも
のの、絶縁支持部材は放電電極に対してレーザ光軸に沿
った方向に移動可能となっているので、絶縁支持部材が
放電電極を固定的に支持する構成のものと違って、絶縁
支持部材が破壊されてしまうことを防ぐことができる。

【００１９】請求項５記載のガスレーザ装置の場合、絶
縁支持部材をセラミックス若しくは石英ガラスから形成
したので、耐熱性が劣る絶縁支持部材を用いる構成と違
って、絶縁支持部材が放電により高温となるにしても変
質してしまうことはない。

【００２０】請求項６記載のガスレーザ装置の場合、絶
縁支持部材において放電空間部を臨む表面は反射光を散
乱する微細凹凸形状となっているので、絶縁支持部材の
表面が反射光を正反射するように平滑であるものと違っ
て、絶縁支持部材の表面反射による寄生発振を防止する
ことができる。

【００２１】請求項７記載のガスレーザ装置の場合、放
電電極に高周波放電電力が印加された状態では、放電電
極の表面に高周波電流が流れるものの、放電電極におい
ては少なくともその表面に低抵抗部材が設けられている
ので、放電時の放電電極のインピーダンスは低くなって
いる。これにより、放電電極として電気抵抗が比較的大
きな金属を使用した場合に比べて、放電電極での電力損
失を低減してレーザ出力を高めることができる。

【００２２】請求項８記載のガスレーザ装置の場合、複
数の放電電極対をレーザ光軸に沿って設け、各放電電極
対に対応して放電電力印加用の交流電源を設けたので、
レーザ出力を高めるために交流電源の出力段において電
力合成を行う構成に比べて、交流電源の電力損失を低減
してレーザ出力を高めることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１を参照して
説明する。図１には、ガスレーザ装置の概略構成が、真
空容器を除去した状態で実体的に示されている。但し、
このガスレーザ装置は、熱伝導を利用してレーザガスの
温度上昇を抑制する形式のものであり、ガス循環のため
の送風機等は備えられていない。

【００２４】この図１おいて、高圧側放電電極１１は、
内部に冷却水を流通する空洞を有した矩形平面状に形成
されており、その上面には、冷却水導入口１２及び冷却
水排出口１３が設けられていると共にターミナル１４が
設けられている。低圧側放電電極１５は、上記高圧側放
電電極１１と共に放電電極対１６を形成するように矩形
平板状に形成されたもので、高圧側放電電極１１と平行
に対向した状態となるように配置されている。

【００２５】ここで、放電電極対１６を形成する高圧側
放電電極１１及び低圧側放電電極１５は、互いに対向す
る表面においてレーザ光軸に沿った両端部に溝部１７が
形成されており、その溝部１７に長尺状の絶縁支持部材
１８の端部が嵌合されることにより連結支持されてい
る。この場合、絶縁支持部材１８は、高圧側放電電極１
１と低圧側放電電極１５との間の間隙寸法が５ｍｍ以下
となるように各放電電極１１，１５を支持している。以
上の構成により、高圧側放電電極１１と低圧側放電電極
１５との間に放電ギャップが５ｍｍの放電空間部１９が
形成されるものであり、その放電空間部１９の側部が絶
縁支持部材１８により閉鎖された状態となっている。

【００２６】尚、低圧側放電電極１５も、高圧側放電電
極１１と同様に内部に冷却水を流通する空洞を有すると
共に、下面に冷却水導入口及び冷却水排出口（何れも図
示せず）を備えた構成となっている。

【００２７】さて、上記高圧側放電電極１１及び低圧側
放電電極１５は金、銀、銅、アルミニウム若しくはその
合金から形成されている。この場合、各放電電極１１，
１５において互いに対向する表面は、その表面粗さが出
力するレーザ光の波長の１／２以下となるように表面処
理が施されている。

【００２８】また、上述のように高圧側放電電極１１及
び低圧側放電電極１５を連結支持する絶縁支持部材１８
は、各放電電極１１，１５をこれらの間の間隙寸法が５
ｍｍ以下となるように連結支持しているものの、各放電
電極１１，１５とは完全に固定されておらず、各放電電
極１１，１５を連結支持した状態でレーザ光軸の方向に
摺動可能となっている。

【００２９】また、絶縁支持部材１８はセラミックス若
しくは石英ガラスから形成されていると共に、絶縁支持
部材１８において放電空間部１９を臨む表面は、不規則
な状態或いは周期的な溝若しくはこすり傷が付与される
ことにより微細凹凸形状となっている。

【００３０】さらに、絶縁支持部材１８の外形寸法、特
に高圧側放電電極１１と低圧側放電電極１５との間とな
る幅寸法は、絶縁支持部材１８により連結支持された各
放電電極１１，１５間の非放電時の間隙寸法ｄと放電時
の間隙寸法との寸法変化Δｄが０．１ｍｍ以下を満足す
るような値に設定されている。つまり、絶縁支持部材１
８の外形寸法は、Δｄ＝５００・α・ｄ（但し、５００
は放熱温度、αは熱膨張率、ｄは絶縁支持部材で支持さ
れた放電電極間の間隙寸法）＜０．１ｍｍを満足するよ
うな値に設定されている。そして、放電空間部１９に
は、例えばＣＯ、Ｎ2 、Ｈｅの混合ガスよりなるレーザ
ガスが所定圧力で封入されている。

【００３１】交流電源としての高周波電源２０は、高圧
側放電電極１１に対応して設けられたもので、所定の高
周波電圧（周波数１０ＭＨｚ〜１０ＧＨｚ）をターミナ
ル１４を通じて高圧側放電電極１１に印加する構成とな
っている。尚、低圧側放電電極１５は、図示しないター
ミナルを介してグランドラインと接続されている。

【００３２】また、共振器を構成する後部鏡２１及びレ
ーザ光の出力窓２２ａを有する出力鏡２２が放電空間部
１９を挟んで配置されている。そして、高圧側放電電極
１１と低圧側放電電極１５との間に高周波電源２０から
高周波電圧が印加されると、各放電電極１１，１５間で
交流放電が生じるのに応じて、放電空間部１９のレーザ
ガスが励起されてレーザ光が発生するようになり、斯様
に発生したレーザ光は後部鏡２１及び出力鏡２２を反射
する過程で増幅された後に出力鏡２２の出力窓２２ａか
ら出力される。

【００３３】ここで、高圧側放電電極１１と低圧側放電
電極１５との間の間隙寸法は５ｍｍ以下に設定されてい
るので、上述のようにレーザガスが励起されてレーザ光
が発生する際は、レーザ光が高圧側放電電極１１及び低
圧側放電電極１５の表面により反射されるようになり、
各放電電極１１，１５はレーザ光の光学的導波路を兼ね
るように機能する。

【００３４】また、高圧側放電電極１１及び低圧側放電
電極１５において互いに対向する面の表面粗さは出力さ
れるレーザ光の波長の１／２以下に設定されているの
で、各放電電極１１，１５の表面でレーザ光が反射され
る際は、レーザ光は散乱することなく反射される。これ
により、各放電電極１１，１５による光損失は低減され
るので、各放電電極１１，１５による光学的導波路機能
によりレーザ出力を十分に高めることができる。

【００３５】さらに、高圧側放電電極１１及び低圧側放
電電極１５はこれらの両端部が絶縁支持部材１８により
連結支持されているので、各放電電極１１，１５を放電
空間部１９から離れた部位で支持する構成に比べて、各
放電電極１１，１５の平行度を高精度に設定することが
できる。

【００３６】一方、放電空間部１９を光が通過する際
は、レーザ光の一部は放電空間部１９を閉鎖している絶
縁支持部材１８の表面により反射されるものの、絶縁支
持部材１８において放電空間部１９に臨む面は微細凹凸
形状となっているので、その反射光は大きく減衰されて
レーザ光が成長することはない。従って、絶縁支持部材
１８において放電空間部１９を臨む面が極めて平滑であ
る構成に比べて、寄生発振が阻止されてレーザ出力が低
下してしまうことが防止される。

【００３７】また、放電空間部１９で放電が発生する
と、絶縁支持部材１８の表面が放電に晒されてしまうも
のの、絶縁支持部材１８はセラミックス若しくは石英ガ
ラスから形成されているので、放電により絶縁支持部材
１８の温度が高くなるにしても変質或いは破損してしま
うことはない。

【００３８】また、放電に伴って絶縁支持部材１８の温
度が上昇すると、絶縁支持部材１８が熱膨張するもの
の、高圧側放電電極１１と低圧側放電電極１５との間の
間隙寸法は絶縁支持部材１８の熱膨張寸法が０．１ｍｍ
以下となるように設定されているので、各放電電極１
１，１５の平行度及びインピーダンスが大きく変化する
ことはない。これにより、高周波電源２０からの放電電
力に応じて放電空間部１９で放電電界を効率良く発生さ
せることによりレーザ光を成長させることができるの
で、レーザ出力を十分に高めることができる。

【００３９】上記構成のものによれば、放電電極対１６
を形成する高圧側放電電極１１及び低圧側放電電極１５
の間の間隙寸法を５ｍｍ以下に設定することにより互い
に対向する面の表面粗さをレーザ光の波長の１／２以下
に設定することにより光学的導波路を形成可能としたの
で、放電電極において互いに対向する面の表面粗さが大
きなものに比べて、各放電電極１１，１５の反射光の光
損失を低減してレーザ出力を高めることができる。

【００４０】図２は本発明の第２実施例を示しており、
第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略
し、異なる部分についてのみ説明する。この第２実施例
では、高圧側放電電極１１及び低圧側放電電極１５から
なる放電電極対１６をレーザ光軸に沿って２組設けると
共に、各放電電極対１６に対応して高周波電源２０を設
けることを特徴としている。

【００４１】この場合、各放電電極対１６をなす低圧側
放電電極１５は共通に設けられている。また、高圧側放
電電極１１及び低圧側放電電極１５の材質、互いに対向
する面の表面粗さ、絶縁支持部材１８の材質及び外形寸
法、並びに絶縁支持部材１８による高圧側放電電極１１
及び低圧側放電電極１５の支持形態は第１実施例と同一
である。

【００４２】このような構成によれば、各高周波電源２
０から各放電電極対１６に個別に放電電力を印加するよ
うにしたので、放電電力を増大するために交流電源の出
力段において電力合成する構成に比べて、高周波電源２
０に電力損失を生じることなくレーザ出力を高めること
ができる。

【００４３】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、次のように変形または拡張できる。放電電極１
１，１５としては、金属母材若しくは絶縁母材の表面に
金、銀、銅、アルミニウム或いはその合金を添設して構
成するようにしてもよい。また、金属母材全体を含むよ
うに誘電体を配置或いは蒸着することにより放電電極を
形成し、その誘電体の表面粗さを小さくすることにより
光学的導波路を形成可能としてもよい。

【００４４】また、外部からレーザ光を導入してそのレ
ーザ光を増幅するような増幅装置に応用するようにして
もよい。また、一酸化炭素ガスレーザやエキシマレーザ
等のガスレーザ装置に応用してもよい。

【００４５】さらに、放電電極の冷却手段としては、液
体窒素やフロリナートを用いたり、空冷方式としてもよ
い。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のガスレーザ装置によれば、以下の効果を奏する。請求
項１記載のものによれば、放電電極対をなす放電電極間
の間隙を５ｍｍ以下に設定することなより放電電極の表
面により光学的導波路を形成する構成において、放電電
極の表面粗さを光学的導波路が形成可能となるように設
定したので、光学的導波路の役割を兼ねる放電電極表面
での光損失を低減してレーザ出力を高めることができ
る。

【００４７】請求項２記載のものによれば、放電電極対
をなす放電電極は、レーザ光軸に沿った両端部を絶縁支
持部材により連結支持するようしたので、放電電極を放
電空間部から離れた部位で支持する構成に比べて、放電
電極の平行度を高精度に維持してレーザ出力を高めるこ
とができる。

【００４８】請求項３記載のものによれば、絶縁支持部
材の外形寸法は、放電電極間の非放電時の間隙寸法と放
電時の間隙寸法との寸法変化が０．１ｍｍ以下となるよ
うに設定するようにしたので、放電による温度上昇にか
かわらず放電電極の平行度を維持してレーザ出力が低下
してしまうことを防止できる。

【００４９】請求項４記載のものによれば、絶縁支持部
材を放電電極に対してレーザ光軸に沿った方向に移動可
能としたので、絶縁支持部材と放電電極との熱膨張係数
が異なっていた場合であっても、絶縁支持部材が熱膨張
により破壊されてしまうことを防止することができる。

【００５０】請求項５記載のものによれば、絶縁支持部
材をセラミックス若しくは石英ガラスから形成したの
で、絶縁支持部材が放電により高温となるにしても変質
してしまうことはない。

【００５１】請求項６記載のものによれば、絶縁支持部
材において放電空間部を臨む表面を反射光を散乱する微
細凹凸形状としたので、寄生発振を防止してレーザ出力
が低下してしまうことを防止することができる。

【００５２】請求項７記載のものによれば、放電電極に
おいては少なくともその表面に低抵抗部材を設けるよう
にしたので、放電電極での電力損失を低減してレーザ出
力を高めることができる。

【００５３】請求項８記載のものによれば、複数の放電
電極対をレーザ光軸に沿って設け、各放電電極対に対応
して放電電力印加用の交流電源を設けるようにしたの
で、交流電源の電力損失を低減してレーザ出力を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体の斜視図

【図２】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図３】従来例を示す全体の縦断面図

【符号の説明】

１１は高圧側放電電極、１５は低圧側放電電極、１６は
放電電極対、１８は絶縁支持部材、１９は放電空間部、
２０は高周波電源（交流電源）である。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放電電極を所定間隙存して対向配置する
   ことにより放電電極対を形成し、この放電電極対に高周
   波放電電力を印加することにより放電電極間に形成され
   た放電空間部に位置するレーザガスを励起してレーザ光
   を発生するガスレーザ装置において、 前記放電電極間の間隙寸法を５ｍｍ以下に設定すると共
   に、 前記放電電極において互いに対向する面の表面粗さを光
   学的導波路が形成可能となるように設定することを特長
   とするガスレーザ装置。
2. 【請求項２】 放電電極対をなす放電電極は、レーザ光
   軸に沿った両端部が絶縁支持部材により連結支持されて
   いることを特徴とする請求項１記載のガスレーザ装置。
3. 【請求項３】 絶縁支持部材は、放電電極間の非放電時
   の間隙寸法と放電時の間隙寸法との寸法変化が０．１ｍ
   ｍ以下となるように外形寸法が設定されていることを特
   長とする請求項２記載のガスレーザ装置。
4. 【請求項４】 絶縁支持部材は、放電電極を連結支持し
   た状態でレーザ光軸に沿った方向に摺動可能に設けられ
   ていることを特徴とする請求項２記載のガスレーザ装
   置。
5. 【請求項５】 絶縁支持部材は、セラミックス若しくは
   石英ガラスから形成されていることを特徴とする請求項
   ２記載のガスレーザ装置。
6. 【請求項６】 絶縁支持部材は、放電空間部を臨む表面
   が反射光を散乱する微細凹凸形状であることを特徴とす
   る請求項２記載のガスレーザ装置。
7. 【請求項７】 放電電極は、少なくともその表面に低抵
   抗部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至
   ６の何れかに記載のガスレーザ装置。
8. 【請求項８】 複数の放電電極対をレーザ光軸に沿って
   設けると共に、 各放電電極対に対応して放電電力印加用の交流電源を設
   けたことを特長とする請求項１乃至７の何れかに記載の
   ガスレーザ装置。