JPS5840355B2 - 横方向励起型ガスレ−ザ装置 - Google Patents
横方向励起型ガスレ−ザ装置Info
- Publication number
- JPS5840355B2 JPS5840355B2 JP14873581A JP14873581A JPS5840355B2 JP S5840355 B2 JPS5840355 B2 JP S5840355B2 JP 14873581 A JP14873581 A JP 14873581A JP 14873581 A JP14873581 A JP 14873581A JP S5840355 B2 JPS5840355 B2 JP S5840355B2
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- JP
- Japan
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- discharge
- dielectric electrode
- gas
- laser
- glow discharge
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Classifications
-
- 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
- H01S3/0977—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser having auxiliary ionisation means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は無声放電補助グロー放電励起ガスレーザ装置
に係わり、レーザガス流の中で無声放電による予備電離
がグロー放電の大電力密度化、均質化に効果的に作用す
る動作条件を規定したガス循環型の無声放電補助グロー
放電励起ガスレーザ装置に関する。
に係わり、レーザガス流の中で無声放電による予備電離
がグロー放電の大電力密度化、均質化に効果的に作用す
る動作条件を規定したガス循環型の無声放電補助グロー
放電励起ガスレーザ装置に関する。
このレーザ装置は、発明者等により新規に開発されたも
のであり、レーザ装置の小型化とビームモードの改善が
実現されており、加工等に応用される連続発振の大出力
（レーザ出力≧１ｋＷ）レーザとして、従来の装置に較
べ格段に適したものである。
のであり、レーザ装置の小型化とビームモードの改善が
実現されており、加工等に応用される連続発振の大出力
（レーザ出力≧１ｋＷ）レーザとして、従来の装置に較
べ格段に適したものである。
以下、この発明に係る無声放電補助グロー放電励起ＣＯ
２レーザ装置について説明する。
２レーザ装置について説明する。
第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２図はその
■−■線よりみた横断面図で、１は陽極、２は陰極、３
は無声放電のための誘電体電極、４は安定化抵抗、５は
絶縁性陰極基板、６は主放電としてのグロー放電を生成
させるための直流高圧電源、７は無声放電生成のための
高周波高圧電源、８は誘電体電極の冷却に用いられてい
る脱イオン水、９はレーザガスの流れ方向、１０は無声
放電補助グロー放電励起媒質の断面形状、１０１は無声
放電を生成していないときのグ吊−放電励起媒質の断面
形状、１１は全反射ミラー、１２は部分反射ミラー、１
３はレーザ光軸、１４はレーザビームを示す。
■−■線よりみた横断面図で、１は陽極、２は陰極、３
は無声放電のための誘電体電極、４は安定化抵抗、５は
絶縁性陰極基板、６は主放電としてのグロー放電を生成
させるための直流高圧電源、７は無声放電生成のための
高周波高圧電源、８は誘電体電極の冷却に用いられてい
る脱イオン水、９はレーザガスの流れ方向、１０は無声
放電補助グロー放電励起媒質の断面形状、１０１は無声
放電を生成していないときのグ吊−放電励起媒質の断面
形状、１１は全反射ミラー、１２は部分反射ミラー、１
３はレーザ光軸、１４はレーザビームを示す。
次に動作について説明する。
陽極１と陰極２との間の主放電ギャップの上流側に設置
された誘電体電極３とアースとの間に高周波電源７によ
り高周波高電圧を印加すると、誘電体電極３と陰極２お
よび陽極１との間に無声放電（以後、ＳＤと略記する）
が生成される。
された誘電体電極３とアースとの間に高周波電源７によ
り高周波高電圧を印加すると、誘電体電極３と陰極２お
よび陽極１との間に無声放電（以後、ＳＤと略記する）
が生成される。
このＳＤにより予備電離されたレーザガス（ＣＯ２−Ｎ
２−Ｈｅ混合ガス）は流れの向き９に沿って主放電ギャ
ップ部に流入する。
２−Ｈｅ混合ガス）は流れの向き９に沿って主放電ギャ
ップ部に流入する。
ＳＤ補助放電によりレーザ光軸方向１３に一様に予備電
離されたガス中で陽極１−陰極２間に直流高圧電源６に
より放電電力を投入すると、均質でかつ高電力密度の放
電励起媒質が生成される。
離されたガス中で陽極１−陰極２間に直流高圧電源６に
より放電電力を投入すると、均質でかつ高電力密度の放
電励起媒質が生成される。
この放電励起媒質を挾み全反射ミラー１１と適切な反射
率を有する部分反射ミラー１２とを対向して配置させる
と、レーザ発振が生じ、部分反射ミラー１２からレーザ
ビーム１４が出射する。
率を有する部分反射ミラー１２とを対向して配置させる
と、レーザ発振が生じ、部分反射ミラー１２からレーザ
ビーム１４が出射する。
ＣＯ２レーザを連続発振動作させるためには、よく知ら
れているように、放電励起部１０のガス温度を低く維持
することが必要不可欠であるので、第１図と第２図に示
されているように、陰極２がレーザ光軸方向１３に多数
配列され、かつレーザガスが１０ｍ／ｓｅｃ以上の速度
でガス流の向き９に送風循環されている。
れているように、放電励起部１０のガス温度を低く維持
することが必要不可欠であるので、第１図と第２図に示
されているように、陰極２がレーザ光軸方向１３に多数
配列され、かつレーザガスが１０ｍ／ｓｅｃ以上の速度
でガス流の向き９に送風循環されている。
誘電体電極３は、断面が円形の鉄製パイプにガラスライ
ニングした円筒状のもの、またはガラスパイプの内部に
給電のための金属細線を備えたものが用いられ、いずれ
も、その内部は脱イオン水８により冷却されている。
ニングした円筒状のもの、またはガラスパイプの内部に
給電のための金属細線を備えたものが用いられ、いずれ
も、その内部は脱イオン水８により冷却されている。
陽極１は一体の平板型金属電極であり、その材料は銅で
ある。
ある。
また、陰極２は分割型電極であり、１０ｍｍ程度のピッ
チでレーザ光軸方向１３に一列に並べられている。
チでレーザ光軸方向１３に一列に並べられている。
それぞれの陰極は、先端が針状であり、その材料はモリ
ブデン、タングステン等である。
ブデン、タングステン等である。
ＳＤの予備電離効果を顕著に具現化されるための諸条件
を詳述する前に、第１図、第２図に示した一実施例とし
てのレーザの概略仕様について述べる。
を詳述する前に、第１図、第２図に示した一実施例とし
てのレーザの概略仕様について述べる。
主放電ギャップ長（陽極１−陰極２間距離）は７５ｍｍ
１放電長は１ｍ、陰極本数は１００本、安定化抵抗４は
３０にΩである。
１放電長は１ｍ、陰極本数は１００本、安定化抵抗４は
３０にΩである。
誘電体電極３の直径りは７−３０ ｍｒｎφ、誘電体と
してのガラスの肉厚は約１關、高周波高圧電源７の周波
数は１ｋＨ２−ＩＭＨ２，電圧（０−ピーク値）は３−
１０ｋＶである。
してのガラスの肉厚は約１關、高周波高圧電源７の周波
数は１ｋＨ２−ＩＭＨ２，電圧（０−ピーク値）は３−
１０ｋＶである。
レーザガスはＣ０２−ＣＣ）−Ｎ２−Ｈｅの混合気体、
ガス圧力は３０−３００トール、ガス流速は２０−１０
０ｍ／ｓｅｃである。
ガス圧力は３０−３００トール、ガス流速は２０−１０
０ｍ／ｓｅｃである。
第３図にＳＤ補助グロー放電の典型的な放電特性イと通
常のり゛ロー放電の特性口とが示されている。
常のり゛ロー放電の特性口とが示されている。
両特性の差異はＳＤ放電の有無によるもので、他の動作
条件は全く同一である。
条件は全く同一である。
主な標準放電条件は、誘電体電極直径：１２７ｎｍφ、
電源周波数二１０ ｋＨｚｓガス圧カニ１００）−ル、
ガス流速：４０ｍ／ｓｅｃである。
電源周波数二１０ ｋＨｚｓガス圧カニ１００）−ル、
ガス流速：４０ｍ／ｓｅｃである。
第３図から、ＳＤの予備電離効果により、放電々圧が顕
著に低下すること、最大投入電力が約３倍に増大するこ
とが判る。
著に低下すること、最大投入電力が約３倍に増大するこ
とが判る。
また、第２図に示したように、ＳＤ補助を加えた場合の
励起媒質の断面形状１０がＳＤ補助を加えない場合のそ
の断面形状１０１（図の斜線部分）より大きくかつ拡散
されている。
励起媒質の断面形状１０がＳＤ補助を加えない場合のそ
の断面形状１０１（図の斜線部分）より大きくかつ拡散
されている。
このように、ＳＤの予備電離効果を顕著に具現化させる
ためには、誘電体電極３の配設位置とその直径、ＳＤの
電力と電源周波数、ガス圧力、ガス流速などを最適化さ
せる必要がある。
ためには、誘電体電極３の配設位置とその直径、ＳＤの
電力と電源周波数、ガス圧力、ガス流速などを最適化さ
せる必要がある。
第４図に、誘電体電極３の配設位置と最大グ陥−放電々
力との関係を示す。
力との関係を示す。
図中、ｄは放電ギャップ長、ｌＩはガス流方向の陰極２
−誘電体電極３間の距離、１２は陽極１−誘電体電極３
間の距離である。
−誘電体電極３間の距離、１２は陽極１−誘電体電極３
間の距離である。
ｄ＝７５ｍｍの場合の最大グロー放電々力の等高純が描
かれている。
かれている。
最大電力４０ｋＷが得られる領域は４０ ｍｖｔ＜ ｌ
ｊ １≦６０ｍｍ、かつ２５≦１２≦６０關の範囲内で
ある。
ｊ １≦６０ｍｍ、かつ２５≦１２≦６０關の範囲内で
ある。
この領域はギヤツブ長ｄ１ガス流速などの変化により移
動する。
動する。
一般的な傾向として、ギャップ長ｄが小さくなると、最
適な１１が減少し、かつ最適な１２がほぼｄに比例して
小さくなる。
適な１１が減少し、かつ最適な１２がほぼｄに比例して
小さくなる。
また、ガス流速が増大すると最適な１１が大きくなる。
第５図は、１２を５０間に設定し、かつ１２をパラメー
タとした最大グ七−放電々力とＳＤ定電力の関係を示す
特性図である。
タとした最大グ七−放電々力とＳＤ定電力の関係を示す
特性図である。
この図から１１が６５關と大きくなると、１１−５０ｍ
ｍの場合に比べ同等の予備電離効果を表わせしめるため
には、より大きなＳＤ定電力必要となる。
ｍの場合に比べ同等の予備電離効果を表わせしめるため
には、より大きなＳＤ定電力必要となる。
１１が１５０ｍｍすなわち２ｄの場合になると、４０ｋ
Ｗの放電々力を投入するのに、１ｌ−５０１ｎ１ｎの場
合に比べ２倍以上のＳＤ定電力必要となり、実用的でな
い。
Ｗの放電々力を投入するのに、１ｌ−５０１ｎ１ｎの場
合に比べ２倍以上のＳＤ定電力必要となり、実用的でな
い。
これらの実験結果から、誘電体電極３の配置位置として
、概略Ｏ≦１１≦２ｄ、０≦１２≦ｄの範囲内に選定す
るのが適していると伝える。
、概略Ｏ≦１１≦２ｄ、０≦１２≦ｄの範囲内に選定す
るのが適していると伝える。
つまり、１１，１２を上記の範囲に設定すれば、ＳＤの
予備電離効果が有効に働く。
予備電離効果が有効に働く。
なお、誘電体電極３を陰極２の下流側（第４図に斜線で
示されている）に設置した場合には、最大グロー放電々
力が、誘電体電極なしの場合に比べ顕著に減少する。
示されている）に設置した場合には、最大グロー放電々
力が、誘電体電極なしの場合に比べ顕著に減少する。
すなわちこの場合にはＳＤは逆にグロー放電に悪影響を
与える。
与える。
次に、誘電体電極３の断面直径りと最大グロー放電々力
との関係について述べる。
との関係について述べる。
直径りをギャップ長ｄと同等程度に大きくすると、ガス
流が誘電体電極により強い擾乱を受け、最大グロー放電
電力が減少する。
流が誘電体電極により強い擾乱を受け、最大グロー放電
電力が減少する。
また、Ｄが小さくなると電極表面積が小さくなり、すな
わちキャパシタンスが小さくなりＳＤＤ力投入が困難と
なる。
わちキャパシタンスが小さくなりＳＤＤ力投入が困難と
なる。
実用的な見地からＤとして、３ｍｒｒＬ≦Ｄ ＜ ｄの
範囲に設定すれ〜２ ば、効果的にＳＤの予備電離作用を働かせることができ
る。
範囲に設定すれ〜２ ば、効果的にＳＤの予備電離作用を働かせることができ
る。
第６図は、１１−１２−５０間としたときのＳＤ定電力
よる最大グロー放電々力の変化を示す特性図で、ＳＤ定
電力増大により最大グロー放電電力が増大している。
よる最大グロー放電々力の変化を示す特性図で、ＳＤ定
電力増大により最大グロー放電電力が増大している。
ＳＤ定電力グロー放電々力のわずか数多で顕著に予備電
離効果が表われ、実用上１０％以下のＳＤ定電力十分足
りることが判る。
離効果が表われ、実用上１０％以下のＳＤ定電力十分足
りることが判る。
ＳＤ電電力区、大路次の関係式に従う。
％式％）
ここで、Ｆ（ｖ）は電源電圧のゼロ−ピーク値Ｖの増大
関数、ｆは電源周波数、Ｃは誘電体電極のキャパシタン
スである。
関数、ｆは電源周波数、Ｃは誘電体電極のキャパシタン
スである。
ＳＤ電電力区支配するパラメータ、ｖ、ｆ、ｃをそれぞ
れ変化させる最大グロー放電々力とＳＤ定電力の関係を
調べた結果、第５図に示したｌ＝５０ｍｍの特性曲線上
に全ての測定点が並ぶことが判った。
れ変化させる最大グロー放電々力とＳＤ定電力の関係を
調べた結果、第５図に示したｌ＝５０ｍｍの特性曲線上
に全ての測定点が並ぶことが判った。
つまり、ＳＤの予備電離効果はＳＤ定電力よってのみ規
定されている。
定されている。
なお、実際に試験した電源周波数ｆの範囲は１ｋＨｚＩ
ＭＨｚであった。
ＭＨｚであった。
第７図に、ＳＤ補助を付加した場合の最大グロー放電々
力のガス圧力依存性を示す。
力のガス圧力依存性を示す。
３０−３００トールのガス圧力範囲で、最大グロー放電
々力がほぼ一定であることが判る。
々力がほぼ一定であることが判る。
用いられた混合ガスはＣ０２−ＣＯ−Ｎｚ−Ｈｅ＝２−
１−６−３２である。
１−６−３２である。
第８図に、最大グロー放電々力のガス流速依存性を示す
。
。
ガス流速が２０−１００ ｍ／ｓｅｃの範囲で、最大グ
ロー放電々力が単調増大している。
ロー放電々力が単調増大している。
これは、ガス流速によりＳＤの予備電離効果が大きくな
ったものではなく、ＳＤ補助なしのグロー放電そのもの
がガス流速増大により、その最大投入電力が増大するこ
とによるものである。
ったものではなく、ＳＤ補助なしのグロー放電そのもの
がガス流速増大により、その最大投入電力が増大するこ
とによるものである。
以上詳細に述べたように、ＳＤの予備電離がグロー放電
の大電力密度化、均質化に効果的に作用するためには、
誘電体電極の設定位置およびその直径、ＳＤ定電力ＳＤ
Ｄ波数、ガス圧力、ガス流速などを適切に選ぶ必要があ
る。
の大電力密度化、均質化に効果的に作用するためには、
誘電体電極の設定位置およびその直径、ＳＤ定電力ＳＤ
Ｄ波数、ガス圧力、ガス流速などを適切に選ぶ必要があ
る。
逆に、これらのパラメータを適切に規定すれば、ＳＤの
予備電離効果が顕著に具現化され、レーザ動作に適した
励起媒質が容易に得られる。
予備電離効果が顕著に具現化され、レーザ動作に適した
励起媒質が容易に得られる。
この発明はレーザガスの気流を挾んで相対向するように
配設され直流高電圧が印加されてグロー放電を生成する
陽極と陰極、および上記レーザガスの気流中であって上
記両電極よりは上流側に配設され高周波高電圧が印加さ
れて上記両電極との間で無声放電を生成する誘電体電極
を備えたものにおいて、上記両電極の放電ギャップ長を
ｄ１上記誘電体電極と陰極とのガス流方向の距離を１１
゜陽極との距離を１２、上記誘電体電極の直径をＤとす
ると、上記誘電体電極の直径りを３ｍｍ＜Ｄ＜生の範囲
内とし、かつ当該誘電体電極を０≦ｌ、≦２ｄおよびＯ
≦１２≦ｄの範囲内に配設せる構造としたことを特徴と
するものでＳＤの予備電離効果が最大限に得られるレー
ザ装置が実現できる。
配設され直流高電圧が印加されてグロー放電を生成する
陽極と陰極、および上記レーザガスの気流中であって上
記両電極よりは上流側に配設され高周波高電圧が印加さ
れて上記両電極との間で無声放電を生成する誘電体電極
を備えたものにおいて、上記両電極の放電ギャップ長を
ｄ１上記誘電体電極と陰極とのガス流方向の距離を１１
゜陽極との距離を１２、上記誘電体電極の直径をＤとす
ると、上記誘電体電極の直径りを３ｍｍ＜Ｄ＜生の範囲
内とし、かつ当該誘電体電極を０≦ｌ、≦２ｄおよびＯ
≦１２≦ｄの範囲内に配設せる構造としたことを特徴と
するものでＳＤの予備電離効果が最大限に得られるレー
ザ装置が実現できる。
第１図はこの発明に係る無声放電補助グ陥−放電励起ガ
スレーザ装置の縦断面図、第２図はその■−■線よりみ
た横断面図、第３図はグ吊−放電の電圧−電流特性を示
す図、第４図は誘電体電極の配設位置と最大グロー放電
々力との関係を説明するための図、第５図は誘電体電極
のガス流方向配設位置による放電特性の変化を示す特性
図、第６図は最大グロー放電々力と無声放電々力との関
係を示す特性図、第７図は最大グロー放電々力とガス圧
力との関係を示す特性図、第８図は最大グロー放電々力
とガス流速との関係を示す特性図である。 図において、１は陽極、２は陰極、３は誘電体電極、４
は安定化抵抗、５は絶縁性陰極基板、６は直流高圧電源
、７は高周波高圧電源、８は脱イオン水、９はレーザガ
スの流れ方向を示す矢印、１０は無声放電補助グロー放
電励起媒質の断面形状、１０１はグ爾−放電励起媒質の
断面形状、１１は全反射ミラー、１２は部分反射ミラー
。 １３はレーザ光軸、１４はレーザビームである。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。
スレーザ装置の縦断面図、第２図はその■−■線よりみ
た横断面図、第３図はグ吊−放電の電圧−電流特性を示
す図、第４図は誘電体電極の配設位置と最大グロー放電
々力との関係を説明するための図、第５図は誘電体電極
のガス流方向配設位置による放電特性の変化を示す特性
図、第６図は最大グロー放電々力と無声放電々力との関
係を示す特性図、第７図は最大グロー放電々力とガス圧
力との関係を示す特性図、第８図は最大グロー放電々力
とガス流速との関係を示す特性図である。 図において、１は陽極、２は陰極、３は誘電体電極、４
は安定化抵抗、５は絶縁性陰極基板、６は直流高圧電源
、７は高周波高圧電源、８は脱イオン水、９はレーザガ
スの流れ方向を示す矢印、１０は無声放電補助グロー放
電励起媒質の断面形状、１０１はグ爾−放電励起媒質の
断面形状、１１は全反射ミラー、１２は部分反射ミラー
。 １３はレーザ光軸、１４はレーザビームである。 なお、図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザガスの気流を挾んで相対向するように配設さ
れ直流高電圧が印加されてグロー放電を生成する陽極と
陰極、および上記レーザガスの気流中であって上記両電
極よりは上流側に配設され高周波高電圧が印加されて上
記両電極との間で無声放電を生成する誘電体電極を備え
たものにおいて、上記両電極の放電ギャップ長をｄ、上
記誘電体電極と陰極とのガス流方向の距離を１１、陽極
との距離を１２、上記誘電体電極の直径をＤとすると、
上記誘電体電極の直径りを３ ｍｍ＜ Ｄ ＜−ｚの範
囲内とし、かつ当該誘電体電極を０≦１１≦２ｄ、及び
Ｏ≦１２≦ｄの範囲内に配設せる構造としたことを特徴
とする横方向励起型ガスレーザ装置。 ２ 誘電体電極に印加する高周波電圧の周波数が１ｋＨ
２〜Ｉ ＭＨｚの範囲であ１バかつ無声放電電力がレー
ザ励起放電電力の１０％以下であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の横方向励起型ガスレーザ装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14873581A JPS5840355B2 (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | 横方向励起型ガスレ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14873581A JPS5840355B2 (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | 横方向励起型ガスレ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5851582A JPS5851582A (ja) | 1983-03-26 |
| JPS5840355B2 true JPS5840355B2 (ja) | 1983-09-05 |
Family
ID=15459433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14873581A Expired JPS5840355B2 (ja) | 1981-09-22 | 1981-09-22 | 横方向励起型ガスレ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5840355B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4606035A (en) * | 1984-03-22 | 1986-08-12 | Agency Of Industrial Science And Technology | Lateral excitation type gas laser |
-
1981
- 1981-09-22 JP JP14873581A patent/JPS5840355B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5851582A (ja) | 1983-03-26 |
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