JPH11163443A

JPH11163443A - パルスガスレーザ装置およびその励起方法

Info

Publication number: JPH11163443A
Application number: JP32810997A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Hayashi; 俊治林; Hironori Nakamuta; 浩典中牟田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1999-06-18

Abstract

(57)【要約】【課題】放電空間部の全域が均一に予備電離できるよ
うにしたパルスガスレ一ザ装置およびその励起方法を提
供すること。【解決手段】レーザ媒質が収納されたレーザ管１３
と、このレーザ管１３内に配置された陰極１４および陽
極１５と、陰極１４と陽極１５間の放電空間を予備電離
するコロナ電極１６とを具備したパルスガスレーザ装置
において、コロナ電極１６が、陰極１４と陽極１５間を
結ぶ方向に所定の幅をもった導体板１６ｂとこの導体板
１６ｂの少なくとも一部を覆う誘電体１６ａとで構成さ
れ、かつ、導体板１６ｂが陰極１４の長手方向に沿って
延長している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスレーザ光を発
生させるパルスガスレ一ザ装置およびその励起方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】パルス状のレーザ光を発生するパルスガ
スレーザ装置には、ガスレーザ媒質が収納されたレーザ
管が用いられている。レーザ管内には、陰極および陽極
がある間隔で対向して配置されている。そして、陰極と
陽極を結ぶ放電空間に主放電を点弧させ、これによって
ガスレーザ媒質を励起しレーザ光を発生させる構成にな
っている。

【０００３】ところで、放電空間に主放電を点弧させる
場合、主放電の点弧が均一化するように、予め、放電空
間を予備電離する方法が採用されている。例えば、窒素
ガスを所定の圧力で封入した窒素ガスレーザ管の場合
は、予備電離のためにコロナ放電が行われる。

【０００４】ここで、予備電離を行う構成の従来のガス
レーザ管について図７を参照して説明する。図７は、レ
ーザ管内部に配置された陰極と陽極の主電極部分および
予備電離を行う予備電極部分を抜き出して示した概略の
斜視図である。符号７１は陰極で、陰極７１に対向して
陽極７２が設けられている。そして、予備電離を行うた
めの一対の予備電極７３が陽極７２に接続されている。

【０００５】一対の予備電極７３はいずれも、全体がコ
字状に形成されたガラス管７３ａと、このガラス管７３
ａ内に通された銅線などの金属線７３ｂから形成されて
いる。予備電極７３の両端部Ａ、Ｂは外側に膨らみ、ま
た、中間部Ｃは陰極７１とほぼ平行に延びている。そし
て、予備電極７３を構成する金属線７３ｂの両端は陽極
７２の長手方向の両端部に電気的に接続されている。

【０００６】上記した構成において、陰極７１と陽極７
２間に高電圧が印加されると、陽極７２に印加された電
圧が一対の予備電極７３に加えられる。これによって、
予備電極７３と陰極７１間に高電圧がかかり、予備電極
７３の中間部Ｃを構成するガラス管７３ａの表面に電子
が発生する。この電子によって、予備電極７３の中間部
Ｃとこれに平行する陰極７１の両側近傍にコロナ放電が
発生する。コロナ放電が発生すると、陰極７１と陽極７
２間を結ぶ放電空間が予備電離され、陰極７１と陽極７
２間のインピーダンスが低下する。そして、陰極７１と
陽極７２間にグロー放電が始まる。グロ一放電が始まる
とレーザ管内部の窒素ガスが励起され、レーザ管の両端
に配置された出力ミラーや反射ミラーで共振し、レーザ
発振が発生する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のパルスガスレー
ザ装置では、予備電離を行うための予備電極７３がコ字
状に形成されている。このため、予備電離は、予備電極
７３の中間部Ｃとこれに平行する陰極７１との限られた
領域、即ち、陰極７１の両側部分の領域だけで発生す
る。このように予備電離が一部だけの場合、陰極７１と
陽極７２間を結ぶ放電空間全体における予備電離が均一
に行われない。この結果、陰極７１と陽極７２間の主放
電の均一性が低下し、レーザ出力が低下するという問題
があった。

【０００８】この発明は、上記した欠点を解決するもの
で、放電空間部の全域が均一に予備電離できるようにし
たパルスガスレ一ザ装置およびその励起方法を提供する
ことを目的にしている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、レーザ媒質
が収納されたレーザ管と、このレーザ管内に配置された
陰極および陽極と、前記陰極と前記陽極間の放電空間を
予備電離する予備電極とを具備したパルスガスレーザ装
置において、前記予備電極が、前記陰極と前記陽極間を
結ぶ方向に所定の幅をもった導体板とこの導体板の少な
くとも一部を覆う誘電体とで構成され、かつ、前記導体
板が前記レーザ管の長手方向に沿って延長していること
を特徴としている。

【００１０】また、この発明のパルスガスレーザの励起
方法は、レーザ管を構成する絶縁容器内部に配置された
陽極および陰極と平行して前記絶縁容器の内面に形成さ
れた一対の第１電極と対向して、前記絶縁容器の外面に
形成された一対の第２電極間に電圧を印加し、前記一対
の第１電極間にコロナ放電を発生させる工程と、前記コ
ロナ放電を発生させた後、前記陽極と前記陰極間に主放
電を発生させ、前記絶縁容器に収納されたレーザ媒質を
励起させる工程とからなることを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
を参照して説明する。符号１１は直流の高圧電源で、高
圧電源１１には、例えば、高圧端子１１ａ、接地端子１
１ｂ、および、補助端子１１ｃが設けられている。高圧
端子１１ａは充電コンデンサ１２に接続され、さらにレ
ーザ管１３の陰極１４に接続されている。高圧電源１１
の接地端子１１ｂはレーザ管１３の陽極１５に接続され
ている。

【００１２】レーザ管１３は、ガスレーザ媒質として例
えば窒素ガスが封入され、レーザ管１３内には陰極１４
および陽極１５が配置されている。陰極１４と陽極１５
は、例えば上下方向にある間隔で対向している。また、
陰極１４と陽極１５間を結ぶ放電空間部を予備電離する
ために、一対の予備電極１６が陽極１５に接続されてい
る。予備電極１６は、スリットが形成されたセラミック
ス１６ａと、セラミックス１６ａのスリット部分に差し
込まれた導体板１６ｂからなっている。

【００１３】また、高圧電源１１の高圧端子１１ａと接
地端子１１ｂ間にはスパークギャップ１７が接続され、
また、インダクタンス１８およびピーキングコンデンサ
１９が接続されている。スパークギャップ１７はスイッ
チ機能を有し、例えば、所定の間隔で離間した一対の電
極１７ａとトリガ電極１７ｂから構成されている。

【００１４】上記した構成において、高圧電源１１が動
作状態に入ると、充電コンデンサ１２とインダクタンス
１８で形成されたＬＣ回路に電流が流れ、充電コンデン
サ１２に電荷が貯えられる。その後、所定のタイミング
で、高圧電源１１の補助端子１１ｃからスパークギャッ
プ１７のトリガ電極１７ｃに対しパルス電圧が印加され
る。

【００１５】トリガ電極１７ｃにパルス電圧が印加され
ると、一対の電極１７ａ間にアーク放電が発生、一対の
電極１７ａ間が短絡し導通状態になる。これによって、
充電コンデンサ１２に貯えられた電荷がスパークギャッ
プ１７を通して、ピーキングコンデンサ１９に移行し、
レーザ管１３の陰極１４と陽極１５間に高電圧が印加さ
れる。

【００１６】このとき、陽極１５に印加された電圧が予
備電極１６の導体板１６ｂに加わり、予備電極１６と陰
極１４間にコロナ放電が発生する。これによって、陰極
１４と陽極１５間を結ぶ放電空間が予備電離され、陰極
１４と陽極１５間の間のインピーダンスが低下する。そ
して、陰極１４と陽極１５間にグロー放電が点弧する。
グロ一放電が点弧するとレーザ管１３内の窒素ガスが励
起され、レーザ管１３の両端に配置された出力ミラーや
反射ミラー（図示せず）間で共振し、レーザ発振が発生
する。

【００１７】ここで、予備電極１６の構造について図２
を参照して説明する。図２では、図１に対応する部分に
は同一の符号を付し、重複する説明は一部省略する。

【００１８】一対の予備電極１６はいずれも、長手方向
にスリット２１が形成された板状セラミックス１６ａ
と、板状セラミックス１６ａのスリット２１部分に差し
込まれた導体板１６ｂから構成されている。したがっ
て、導体板１６ｂはその一部が板状セラミックス１６ａ
で覆われた形になっている。また、導体板１６ｂは、陰
極と陽極間を結ぶ方向に所定の幅をもち、同時に、レー
ザ管１３内の陰極１４や陽極１５とほぼ平行に延び、そ
して、陰極１４や陽極１５とほぼ同じ長さになってい
る。また、導体板１６ｂは、スリット２１部分の開口２
２から外側へと延長し、長さ方向の全体部分にわたって
その端部が陽極１５に接続されている。

【００１９】上記した構成によれば、予備電極１６を構
成する導体板１６ｂが、陰極１４と陽極１５を結ぶ放電
空間のほぼ全体を両側から挟んだ構造になっている。し
たがって、陰極１４と予備電極１６間で点弧する予備電
離は、陰極１４と陽極１５間を結ぶ方向、そして、陰極
１４と陽極１５の長さ方向のそれぞれ広い範囲で行われ
る。したがって、陰極１４や陽極１５間の放電空間のほ
ぼ全域で行われる。この結果、陰極１４や陽極１５間に
均一な主放電が発生し、レーザ出力が安定になり、ま
た、レーザ出力も向上する。

【００２０】次に、本発明の他の実施形態について図３
を参照して説明する。図３の（ａ）はレーザ管部分を断
面した図で、（ｂ）は予備電極１６部分の斜視図で、こ
の図の場合、セラミックス１６ａのスリット２１部分に
導体板１６ｂが差し込まれる以前の状態を示している。
この後、セラミックス１６ａを矢印Ｙ方向に下降させ、
スリット２１部分に導体板１６ｂが差し込まれる。ま
た、（ｃ）は、導体板１６ｂ部分の一部を拡大した図で
ある。なお、図３では、図２に対応する部分には同一の
符号を付し、重複する説明は省略する。

【００２１】この実施形態では、陰極１４と陽極１５を
結ぶ放電空間側の導体板１６ｂ表面に、例えば全面にわ
たって複数個の円錐状または角錐状の突起部分３１を設
けている。突起部分３１を設けた場合、そのエッジ効果
によって電界強度分布が急激に変化する。したがって、
導体板１６ｂが平坦な面の場合よりもコロナ放電強度が
大きくなり、予備電離も強くなる。

【００２２】次に、本発明のもう１つの他の実施形態に
ついて図４を参照して説明する。図４はレーザ管部分を
断面した図で、図２や図３に対応する部分には同一の符
号を付し、重複する説明は省略する。

【００２３】この実施形態では、レーザ管内部に配置さ
れた陰極１４と陽極１５を結ぶ放電空間の両側にそれぞ
れ、レーザ管を構成する絶縁容器４１の内面に予備電極
を構成する一対の第１電極４２、４３が形成されてい
る。第１電極４２、４３は、図の表から裏方向へと陰極
１４や陽極１５と平行に形成され、先端部分は、先端に
近くなるほど厚さが薄くなっている。そして、絶縁容器
４１の外面で、第１電極４２、４３と対向する位置に第
２電極４４、４５が形成されている。この場合、第１電
極４２、４３と第２電極４４、４５は絶縁容器４１の壁
を誘電体としたコンデンサを構成している。したがっ
て、互いに対向している同士の第２電極４４、４５から
第１電極４２、４３へは微少な電流しか流れない。な
お、第２電極４４、４５を構成する一対の電極のうち、
その一方は陰極１４に接続され、他方は陽極１５に接続
されている。

【００２４】上記した構成において、陰極１４と陽極１
５との間に電圧が印加されると、第１電極４２、４３を
構成している一対の電極間にコロナ放電が発生し、絶縁
容器４１内の放電空間を自動的に予備電離させる。この
場合、コロナ放電を行う一対の電極が陰極１４と陽極１
５間を結ぶ方向に離れており、また、陰極１４や陽極１
５と平行しているため、陰極１４と陽極１５を結ぶ方
向、そして、陰極１４と陽極１５の長さ方向のそれぞれ
広い範囲で予備電離行われる。この結果、陰極１４や陽
極１５間の放電空間のほぼ全域で予備電離行われる。

【００２５】予備電離の後、陰極１４と陽極１５との間
で放電が発生し、媒体ガスが励起されレーザ発振が起こ
る。

【００２６】次に、本発明のもう１つの他の実施形態に
ついて図５を参照して説明する。図５では、図４に対応
する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略す
る。図４の実施形態では、陰極１４と陽極１５を結ぶ放
電空間の両側にそれぞれ、予備電極を構成する第１電極
４２、４３と第２電極４４、４５が設けられている。し
かし、この実施形態では、陰極１４と陽極１５を結ぶ放
電空間の一方の側だけに、予備電極を構成する第１電極
４２と第２電極４４が設けられている。

【００２７】次に、本発明のもう１つの他の実施形態に
ついて図６を参照して説明する。図６では、図４や図５
に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明は
省略する。

【００２８】この実施形態では、絶縁容器４１の内側に
位置する第１電極４２の表面を平坦な面に構成してい
る。

【００２９】なお、本発明は、上記した実施の形態に限
られず、横放電励起方式でレーザ発振させるエキシマレ
ーザやＣＯ２レーザなどにも適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、放電空間の全域が均一
に予備電離できるようにしたパルスガスレ一ザ装置およ
びその励起方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を説明するための回路構
成図である。

【図２】この発明に用いられる予備電極の例を説明する
ための斜視図である。

【図３】この発明に用いられる予備電極の他の例を説明
するための図である。

【図４】この発明に用いられる予備電極の他の例を説明
するための図である。

【図５】この発明に用いられる予備電極の他の例を説明
するための図である。

【図６】従来のパルスガスレーザ装置に用いられる予備
電極を説明するための図である。

【図７】従来例を説明するための図である。

【符号の説明】

１１…高圧電源１２…充電コンデンサ１３…レーザ管１４…陰極１５…陽極１６…予備電極１６ａ…誘電体１６ｂ…導体板１７…スパークギャップ１８…インダクタンス１９…ピーキングコンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ媒質が収納されたレーザ管と、こ
のレーザ管内に配置された陰極および陽極と、前記陰極
と前記陽極間の放電空間を予備電離する予備電極とを具
備したパルスガスレーザ装置において、前記予備電極
が、前記陰極と前記陽極間を結ぶ方向に所定の幅をもっ
た導体板とこの導体板の少なくとも一部を覆う誘電体と
で構成され、かつ、前記導体板が前記レーザ管の長手方
向に沿って延長していることを特徴とするパルスガスレ
ーザ装置。
【請求項２】予備電極を構成する導体板が、陰極と陽
極を結ぶ空間を両側から挟むように位置している請求項
１記載のパルスガスレーザ装置。
【請求項３】陰極と陽極を結ぶ空間側に位置する導体
板の面に突起物を設けた請求項第１項記載のパルスガス
レーザ装置。
【請求項４】レーザ媒質が収納されたレーザ管を構成
する絶縁容器と、この絶縁容器の内部に配置された陽極
および陰極と、前記絶縁容器の内側の面に、前記陽極お
よび前記陰極と平行に形成された一対の第１電極と、こ
の一対の第１電極と対向する位置の前記絶縁容器の外側
の面に形成され、一方が前記陽極に他方が前記陰極に接
続された一対の第２電極と、前記陽極および前記陰極間
に電圧を印加するための電源装置とを具備したパルスガ
スレーザ装置。
【請求項５】一対の第１電極の先端部分が、先端に近
くなるほど厚さが薄くなっている請求項第４項記載のパ
ルスガスレーザ管。
【請求項６】レーザ管を構成する絶縁容器内部に配置
された陽極および陰極と平行して前記絶縁容器の内面に
形成された一対の第１電極と対向して、前記絶縁容器の
外面に形成された一対の第２電極間に電圧を印加し、前
記一対の第１電極間にコロナ放電を発生させる工程と、
前記コロナ放電を発生させた後、前記陽極と前記陰極間
に主放電を発生させ、前記絶縁容器に収納されたレーザ
媒質を励起させる工程とからなることを特徴とするパル
スガスレーザの励起方法。