JPS5840353B2 - 縦流炭酸ガスレ−ザ発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は続流炭酸ガスレーザー発振器に関し、特に高速
で循環するレーザーガスが共振器内の放電領域を通過す
る際に、乱流を発生させ安定した放電を得ることを目的
とする。

第１図は従来のレーザ発振器の概略図である。

ガス給入部１１から入ってきたレーザーガスは間隙１２
から共振器内の放電領域１３に入って、ピン状の陽極１
４と円筒状陰極１５間で放電してガス排出部１６から共
振器外へと出ていく。

この構成は、ガス給入部１１と間隙１２によってガス流
に乱流を発生させ放電の安定化をねらったものであるが
、陽極１４はピン状であり、更に共振器外に存在するた
めに陽極１４と陰極１５間の放電で、レーザー発振に寄
与しない無効な放電領域が存在する。

すなわちこの構成では陽極１４がピン状であるために陰
極１５付近でレーザー管１７内いっばいに広がっていた
グロー放電は、高速で循環するレーザーガスによって吹
き飛ばされることとあいまって、ピン状の陽極１４に近
づくにつれて細くなっていき、第１図に点線で示したよ
うになる。

レーザー出力の増大化を図るには放電体積を増やすとい
うことが一つの大きな要因となるのであるが、ピン状の
陽極電極１４を用いることによって、レーザー管内に放
電しない領域が生ずるとその分だけ出力の低下はまぬが
れ得ない。

本発明は上記した電極間での無効放電領域を無くそうと
するものであり、陽極として円筒電極を用いて、レーザ
ーガスの共振器への給入部とレーザー管を二重管構造と
したものであり、円筒電極の開口径と、円筒長とを最適
に選ぶことにより発振効率及び単位放電長当りのレーザ
ー出力を飛躍的に増大させることができるようにしたも
のである。

第２図は本発明の一実施例における続流炭酸ガスレーザ
ー発振器の共振器部の構成の概略を示したものである。

丁字形のガラス管２１によって導ひかれたレーザーガス
は外管２４と内管２２からなる二重管構造のレーザー管
の内管２２に衝突して最初の乱流を発生し、外管２４と
内管２２の間を内管２２の外側に沿って流れる。

レーザー管の外管２４と内管２２とで形成される間隙は
、レーザー管の端部で閉塞されており、そのため陽極２
３を通過したレーザーガスは更に乱流を発生し、内管２
２の電極２３の近傍に設けられた開孔部２０よりレーザ
ー管内に流れ込む。

すなわち、レーザー管は、外管２４と内管２２の二重管
構造をしておりガス流の風上が開いており風下は閉じて
いるため、外管２４と内管２２の間を通って流れてきた
レーザーガスは、いったんレーザー管の外管２４と内管
２２の間にはいっていくが押しもどされて、内管２２に
設けられた開孔部２０から共振器中央部へと入っていく
ことになり、レーザーガスの流れは種々の方向の成分が
発生して乱流となる。

この場合開孔部２０は少なくともその一部が陽極２３に
対向するように設ける必要がある。

レーザー管は二つの径の異なるパイレックス管（外管２
４と内管２２）の一端を溶着し、他端は内管２２に設け
られた開孔部２０により開いた状態となっている。

このようなレーザー管を、開いている方をガス流の風上
に、閉じている方を風下にして使用することにより、レ
ーザーガスは、レーザー管中央部に入っていくときに乱
流となる。

乱流となったレーザーガスはレーザー管内を通過する際
、種々の速度成分を持っているため、レーザー管の断面
における速度分布は平らになる。

従って、レーザー管内のグロー放電は、特定な方向へ流
されてかたよるということがなくなる。

このとき円筒状の陽極２３と陰極２５の間でのグロー放
電は高速なガス流に押し流されながらも、狭い領域にか
たよることがなく、レーザー管２４の中管の内側でまん
べんなく広がる。

放電の終ったレーザーガスはすみやかに排出部２６より
共振器外に取り去られる。

レーザー光は全反射鏡２７と部分反射鏡２８の間で共振
し、部分反射鏡２８側から取り出される。

第２図の実施例では左右対称の構造になっているが、左
右対称でない構造でも同様の効果がある。

またいずれか片側だけでも十分に機能する。

一般にレーザー出力Ｐはレーザー媒質のパラメーターに
対して次式で与えられる。

Ｐ＝ηｃａｏＩｓＶ ここで、ηＣはレーザー出力の取り出し効率、α０は不
飽和利得、■ｓは飽和パラメーター、■は放電体積であ
る。

従って、レーザー出力の増大化を計るためにはこれらの
パラメーターひとつひとつを大きくしていく工夫が必要
となる。

本発明では、放電体積■と、飽和パラメーターＩｓに着
目し、高出力化をはかったものである。

本実施例のような高速循環型レーザーでは、飽和パラメ
ーターＩｓはガス流速Ｖｆに比例して増大するので、高
出力を得るにはガス流速を大きくする必要がある。

本実施例では、円筒電極２３を共振器内に設置し、円筒
径を適宜選択することによりガス流速すなわち飽和パラ
メータＩｓを直接制御するようにしている。

このように本発明では、電極構造を円筒にし、更に二重
管構造のレーザー管と組み合せて乱流を発生させること
によってレーザー管内の放電体積の増大をはかつている
。

第４図は本発明の実施例を示す系統図である。

レーザーガスを高速で循環するための送風機３１から送
り出されたレーザーガスは熱交換器３２によって圧縮熱
を取られて共振器３４に入っていく。

共振器３４から出ていったレーザーガスは放電によって
上昇した温度を熱交換器３３によって冷却され、送風機
３１へと循環される。

本発明のレーザー発振器において、レーザー管の外径が
８０關内径が５５關、長さが５００ｍｍ、ガス圧が３０
’ｌ’ｏｒｒ、１放電長当りの放電々流２２０ｍＡの時
、最大出力は１０５０Ｗと従来の１０倍近い高出力が得
られた。

以上説明したように、本発明はレーザーガス導入部に内
管を挿入し、円筒電極と組合せレーザー管は基土が開い
ている二重管構造とするとともに電極として円筒電極を
用いることによって放電を安定化することができ、レー
ザー出力を飛躍的に増大させる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザー共振器の構成を示す概略図、第
２図は本発明の一実施例におけるレーザー共振器の構成
を示す概略図、第３図は同発振器全体の構成を示す概略
図である。 ２０・・・・・・開孔部、２１・・・・・・レーザーガ
ス給入部、２２・・・・・・内管、２３・・・・・・円
筒状陽極、２４・・・・・・外管、２５・・・・・・円
筒状陰極、２６・・・・・・ガス排出部、２７・・・・
・・全反射鏡、２８・・・・・・部分反射鏡、３１・・
・・・・送風機、３２・・・・・・熱交換器、３３・・
・・・・熱交換器、３４・・・・・・共振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外管と内管とからなる二重管構造のレーザ管と、前
   記レーザ管の一端に設けられたガス給入部と、前記レー
   ザ管の他端に設けられたガス排出部と、円筒状の陽極と
   、円筒状の陰極とを具備し、前記ガス給入部は二重管構
   造を有し、ガス流が内管と接触することにより乱流を生
   じるごとく構成され、前記レーザ管外管と内管とで包囲
   される領域はレーザガス排出部側で閉塞され、その閉塞
   部の近傍に前記陰極が形成され、陰極とガス給入部との
   間に前記陽極電極が設けられており、ざらにレーザ管内
   管の前記陽極電極の近傍に開孔部が設けられていること
   を特徴とする続流炭酸ガスレーザ発振器。 ２ レーザ発振器がレーザガス給入部を共通として左右
   対称に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の続流炭酸ガスレーザ発振器。 ３ レーザ管内管に設けられた開孔部が、少なくともそ
   の一部が陽極に対向するように設けられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の続流
   炭酸ガスレーザ発振器。 ４ ガス給入部が、レーザ管外管にＴ字状に接続された
   ガラス管からなることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の続流炭酸ガスレーザ発振器。