JPH09129952A - 高周波放電励起ガスレーザーの放電回路 - Google Patents

高周波放電励起ガスレーザーの放電回路

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JPH09129952A
JPH09129952A JP28089595A JP28089595A JPH09129952A JP H09129952 A JPH09129952 A JP H09129952A JP 28089595 A JP28089595 A JP 28089595A JP 28089595 A JP28089595 A JP 28089595A JP H09129952 A JPH09129952 A JP H09129952A
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JP
Japan
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discharge
circuit
high frequency
laser
discharge circuit
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JP28089595A
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English (en)
Inventor
Kenkichi Nakaoka
健吉 中岡
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
Original Assignee
Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波放電励起ガスレーザーにおいて、放電
電力を効率的にレーザー管に供給可能な高い力率を有す
る放電回路の提供。 【解決手段】 高周波放電励起ガスレーザーの放電回路
において角周波数がωの高周波電源1と、レーザー管3
との間に直列にインダクタンス素子素子Lを設け、該放
電回路のインピーダンス(Z)を、Z=R+j{(ω*
L)−(1/ω*C)}とするとき、前記インダクタン
ス素子素子の値(L)を前記インピーダンスのリアクタ
ンスがゼロになるように設定し、前記放電回路を直列共
振回路で構成したことを特徴とする高周波放電励起ガス
レーザーの放電回路。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波放電励起ガス
レーザーの放電回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の高周波放電励起ガスレーザーの放
電回路例を図4に示してある。この従来の高周波放電励
起ガスレーザーの放電回路は、レーザー発振媒体である
ガスを内部に流通させた誘電体(ガラス)からなるレー
ザー管の外側に高周波電源に接続された一対の電極を設
け、この電極に数千ボルトの高電圧をかけることにより
レーザー管内のレーザー発振媒体であるガスを励起させ
てレーザー発振を起こさせるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述の放電回路におい
て、誘電体(ガラス)からなるレーザー管はキャパシタ
ー(C)の特性を示し、放電により励起された発振媒体
(プラズマガス)は非線形の抵抗(R)特性を示す。す
なわち、発振媒体(プラズマガス)は、放電電力が小の
ときは抵抗が大きく、放電電力が大きくなるにつれて抵
抗が非線形に減少する特性を有している。
【0004】いま、この上記放電回路の電源の電圧
(v)を、v=V*Sin(ωt)とするとき、電流
(i)は、前記放電回路に含まれるリアクタンス分によ
り、i=I*Sin(ωt+θ)となり、電流の位相
は電圧よりθだけ進むことになる。前記位相角度θは、
θ=ArcTan{1/(ωCR)}、また、この回路
の実効電力(P)は、P=V*I*Cos(θ)で示さ
れる。
【0005】なお、前記電圧(v)の式と電流(i)の
式との中のV及びIは最大電圧値及び最大電流値を
表す。
【0006】従って、従来の放電回路において放電させ
た場合、回路のリアクタンスにより電流の位相が進み、
力率{Cos(θ)}が低下して有効な電力をレーザー
管に供給することができない。換言すれば、有効な電力
をレーザー管に供給するためには、低下した力率を補う
ための余分な電圧及び電流を出せる大きな電源が必要と
なるという問題がある。
【0007】上記問題点を解消するために、電源側と負
荷側とのインピーダンスの整合をとり、電力をレーザー
管に有効に供給することも行われてはいるが、放電回路
が有するリアクタンス成分により電圧と電流との位相が
変化して最高の力率を維持することができないという問
題がある。
【0008】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の課題は高周波放電励起ガスレーザー
において、放電電力を効率的にレーザー管に供給可能な
高い力率を有する放電回路を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の高周波
放電励起ガスレーザーの放電回路は、高周波放電励起ガ
スレーザーの放電回路において、角周波数ωの高周波電
源とレーザー管との間に直列にインダクタンス素子を設
け、該放電回路のインピーダンス(Z)をZ=R+j
{(ω*L)−(1/ω*C)}とするとき、前記イン
ダクタンス素子の値(L)を前記インピーダンスのリア
クタンスがゼロになるように設定し、前記放電回路を直
列共振回路で構成したことを特徴とするものである。
【0010】従って、前記インピーダンス(Z)は、ほ
ぼ純抵抗Rとなり電圧と電流の位相差がほぼゼロとなり
レーザー管に高い力率で効率よく電力を注入することが
できる。
【0011】請求項2に記載の高周波放電励起ガスレー
ザーの放電回路は、請求項1に記載の高周波放電励起ガ
スレーザーの放電回路において、前記高周波電源と前記
放電回路の負荷との間に整合回路を設けたことを特徴と
するものである。
【0012】従って、高周波電源側と負荷側とのインピ
ーダンスはインピーダンス整合回路の可変容量形のキャ
パシターを適宜に調整することにより整合をとることが
できる。
【0013】請求項3に記載の高周波放電励起ガスレー
ザーの放電回路は、請求項2に記載の高周波放電励起ガ
スレーザーの放電回路において、前記高周波電源と前記
整合回路とをトランス結合したことを特徴とするもので
ある。
【0014】従って、トランスの一次側と二次側とが電
流回路的には結合されていないので、二次側で漏電など
の事故があっても一次側に影響がでないと共に、電源の
内部抵抗と負荷抵抗の回路定数が決まっている場合で
も、トランスTの一時側と二次側の巻線比を適宜に設定
することにより容易に整合をとることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面により説明する。図1は第一の実施の形態であ
り、誘電体(ガラス)からなるレーザー管3の内部に、
例えば炭酸ガスレーザーの場合、レーザー発振媒体ガス
5として炭酸ガスと窒素ガス及びヘリウムガスの混合ガ
スを流通させてあり、このレーザー管の外部に一対の電
極7を設け、これにインダクタンス素子Lを介して適宜
な高周波電源1を接続してある。例えば、この高周波電
源1として、商用電源を整流して直流に変換し、これを
高周波インバーターによって高周波の電圧に変換する様
にしたものを使用することができる。
【0016】上記の回路において、レーザー発振媒体ガ
ス5の抵抗をR、一対の電極7の間のキャパシタンスを
C、前記高周波電源1とレーザー管3との間に挿入され
たインダクタンス素子Lの値をL、高周波電源1の角周
波数をωとするとき、この放電回路のインピーダンス
(Z)は、Z=R+j{(ω*L)−(1/ω*C)}
で表される。そして前記インダクタンス素子Lの値は、
次の共振条件、ω*L=1/(ω*C)を満足する値に
設定してある。なお、この第一の実施の形態では高周波
電源1と負荷側とのインピーダンスの整合が不要な場合
を前提にしている。
【0017】上記構成により、前記インピーダンス
(Z)は、ほぼ純抵抗Rとなり電圧と電流の位相差がほ
ぼゼロとなりレーザー管に効率よく電力を注入すること
ができる。そして、このレーザー管内のレーザー発振媒
体ガス5に高周波放電による放電を行い、レーザー発振
媒体を励起させてレーザー発振をさせ図示しない光共振
器で増幅され、レーザー光は紙面に直交する方向に出力
されるようになっている。
【0018】図2は第二の実施の形態であり、前記第一
の実施の形態において、高周波電源1と負荷側のインピ
ーダンスの整合をとった場合を示したものである。なお
前記図1と同一の構成要素には同一の符号を付してあ
る。
【0019】この第二の実施の形態においては、前記高
周波電源1と負荷とのインピーダンスの整合をとるた
め、インダクタンス素子Lmと可変容量形のキャパシタ
ーCmを直列に設けてなるインピーダンス整合回路9を
設けてある。そして、このインピーダンス整合回路9の
出力端に前記インダクタンス素子Lを介してレーザー管
3が設けられている。
【0020】上記構成により、高周波電源1側と負荷側
とのインピーダンスはインピーダンス整合回路9の可変
容量形のキャパシターCmを適宜に調整することにより
整合をとることができる。また、前記第一の実施の形態
の場合と同様にインダクタンス素子Lの値を共振条件、
ω*L=1/(ω*C)を満足する値に設定することに
より、レーザー管部のインピーダンス(Z)をほぼ純抵
抗分にのみすることができるので電圧と電流の位相差が
ほぼゼロとなりレーザー管3に効率よく電力を注入する
ことができる。
【0021】図3は第三の実施の形態であり、前記第二
の実施の形態において一次側の高周波電源1をトランス
Tからなる結合回路11を介して二次側に結合したもの
であり、前記第一および第二の実施の形態と同様な作用
効果が得られる外に、第三の実施の形態の様な構成とす
ることにより、トランスの一次側と二次側とが電流回路
的には結合されていないので、二次側で漏電などの事故
があっても一次側に影響がでない利点があると共に、電
源の内部抵抗と負荷抵抗の回路定数が決まっている場合
でも、トランスTの一時側と二次側の巻線比を適宜に設
定することにより容易に整合をとることができる利点が
ある。
【0022】なお、上記実施の形態では軸流形のレーザ
ー発振器について示してあるが、直交形のレーザー発振
器においても適用することができる。
【0023】
【発明の効果】請求項1または請求項2に記載の発明に
よれば、前記インピーダンス(Z)は、ほぼ純抵抗Rと
なり電圧と電流の位相差がほぼゼロとなりレーザー管に
高い力率で効率よく電力を注入することができるので、
従来より小型の容量の高周波電源を使用することが可能
となりコストの低減をはかることができる。
【0024】請求項3に記載の発明によれば、請求項1
または請求項2に記載の発明の効果のに加え、トランス
の一次側と二次側とが電流回路的には結合されていない
ので、二次側で漏電などの事故があっても一次側に影響
がでないと共に、電源の内部抵抗と負荷抵抗の回路定数
が決まっている場合でも、トランスTの一時側と二次側
の巻線比を適宜に設定することにより容易に整合をとる
ことができるので、回路設計の自由度が増加すると共に
回路の安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスレーザーの放電回路の第一の実施
の形態を示す図。
【図2】本発明のガスレーザーの放電回路の第二の実施
の形態を示す図。
【図3】本発明のガスレーザーの放電回路の第三の実施
の形態を示す図。
【図4】従来の高周波放電励起ガスレーザーの放電回路
の例。
【符号の説明】
1 高周波電源 3 レーザー管 5 レーザー発振媒体ガス 7 電極 9 インピーダンス整合回路 11 結合回路 Cm キャパシター L インダクタンス素子 Lm インダクタンス素子 T トランス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波放電励起ガスレーザーの放電回路
    において、角周波数ωの高周波電源と、レーザー管との
    間に直列にインダクタンス素子を設け、該放電回路のイ
    ンピーダンス(Z)をZ=R+j{(ω*L)−(1/
    ω*C)}とするとき、前記インダクタンス素子の値
    (L)を前記インピーダンスのリアクタンスがゼロにな
    るように設定し、前記放電回路を直列共振回路で構成し
    たことを特徴とする高周波放電励起ガスレーザーの放電
    回路。
  2. 【請求項2】 前記高周波電源と前記放電回路の負荷と
    の間にインダクタンス素子と可変容量キャパシターとか
    らなる整合回路を設けたことを特徴とする請求項1に記
    載の高周波放電励起ガスレーザーの放電回路。
  3. 【請求項3】 前記高周波電源と前記整合回路とをトラ
    ンス結合したことを特徴とする請求項2に記載の高周波
    放電励起ガスレーザーの放電回路。
JP28089595A 1995-10-27 1995-10-27 高周波放電励起ガスレーザーの放電回路 Pending JPH09129952A (ja)

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