JPS5910077B2 - ガスレ−ザ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンデンサの放電により励起されるガスレー
ザに係る。

１９７８年１月２０日公開のフランス特許出願第２３５
６７９７号（ＢＡＴＴＥＬＬＥＭＥＭＯＲＩＡＬＩＮＳ
ＴＩ′１１ＪＴＥ）に記載のこの種のガスレーザは知ら
れている。

このレーザは特に、軸に沿つて配置されており活性ガス
が充填された光共振空胴と、活性ガスと接触しており且
つ軸の両側に一つずつ配置されて誘導コイルにより互い
に接続された対向する二つの電極と、夫ｋが一つの誘電
体部と電極を構成する二つの極板とを含む二つのコンデ
ンサと、コンデンサに充電し得る回路とからなる。二つ
の電極は並置されたプレートからなり、このプレートの
縁と誘電体部との間に、活性ガスを内蔵する軸方向のレ
ーザチヤネルが形成されている。このレーザは火花ギヤ
ツプによつてトリガされる。火花ギヤツプの電極は、夫
々、プレートの１つ及びコンデンサの別の極板に接続さ
れている。前記の如きレーザには二つの重要な欠点があ
る。．第一に、火花ギヤツプの電極間距離の頻繁な調整
と該電極の交換とが必要である。従つて常に、信頼性が
低く耐用寿命が短い。第二に、各回のレーザ放出毎に火
花ギヤツプ内に生じたプラズマが消えるまで比較的長時
間を要する。

従つてレーザパルスの繰返し周波数を高くし得ない。即
ち、繰返し周波数を実際上１０乃至５０ＫＨｚより高く
し得ない。本発明は前記諸点に鑑みなされたものであり
、その目的とするところは、コンデンサの放電によ ｑ
り励起され、高い繰返し周波数で確実に作動せしめるこ
とが可能であり、且つ高い信頼性を有するガスレーザを
提供することである。

この目的は、本発明によれば、 所定の間隔をあけて平行に配設された一対の金属プレー
トと、この一対の金属プレートの両端近傍に一対のコン
デンサを形成すべく金属プレート間にはさまれるように
配設された一対の誘電体部と、この誘電体部がはさまれ
ていない対向金属プレートの中間部分で形成された一対
の電極と、この一対の電極と前記一対の誘電体部とによ
つて囲繞されて形成され、活性レーザガスを内蔵する光
共振空胴と、前記一対のコンデンサに電圧を充電する回
路と、この充電回路を作動させる制御手段と、前記光共
振空胴内において前記一対の電極のうちのいずれか一方
の電極の近傍に配設された導体と、前記制御手段に動作
的に連結されていて、前記一対のコンデンサの充電電圧
が前記電極間の気体放電開始電圧に達する前に、前記導
体と前記一方の電極との間に高電圧パルスを供給する高
電圧パルス発生手段とを有するガスレーザによつて達成
される。

添付図面に示す非限定具体例に基いて本発明を以下に説
明する。

第１図及び第２図は本発明のガスレーザに適用される多
数の要素を有するガスレーザの説明図であつて、第１図
に於いて、レーザ発振器本体１は第２図のＩ−１面に沿
つた断面図で示されている。

周第２図は第１図の一面に沿つた断面図である。本体１
は、互いに平行で丁度対向している二つの長方形の銅製
金属プレート２，３を有している。平行六面体形の二つ
の誘電体部４，５が二つのプレート２，３の左右両端近
傍においてプレート２，３間に固着されている。

誘電体部４，５は互いに平行に且つ互いに離間して配置
づれており、第１図の平面に垂直な軸７に沿う長手方向
チヤネル６が誘電体部４，５間に形成されている。誘電
体部４，５は好ましくは、誘電率が大きい強誘電性セラ
ミツクのプロツク例えばチタン酸バリウムのプロツクか
らなる。プレート２，３と接触していない誘電体部４，
５の外表面は、エポキシ樹脂層８で被覆されている。

プレート２，３は、並列接続された二つのコンデンサＣ
ｌ，Ｃ２の極板となつて卦り、誘電体部４，５はコンデ
ンサＣｌ，Ｃ２用の誘電体として働く。誘電体プロツク
４，５がはさまれておらず、誘電体部４，５に接触して
いないプレート２，３の中央部は夫々、軸７に平行な円
柱状表面からなるドーム状突出部９，９を有する。

この突出部９，９はチヤネル６内に突出して丁度対向す
る二つの電極縁部を形成している。光共振空胴は軸７に
沿つて形成されている。

周、この明細書に訃いて、光共振空胴とは、空胴共振器
よりなる光共振器の空胴を指す。第２図に見られる如く
、この光共振空胴は二つの反射鏡１０，１１を有する。
反射鏡１０，１１はチヤネル６の両端に接着されて｝リ
チヤネルを閉鎖している。反射鏡１０は完全反射面にな
つており、反射鏡１１はレーザ光線を一部透過させるよ
うに構成されている。変圧器１３の二次巻線１２の両端
は夫々金属プレート２，３に接続されている。

変圧器１３の一次巻線１４の一端はコンテンサ１５の一
方の端子に接続されている。コンデンサ１５の他方の端
子は制御整流器としてのサイリスタ１６のアノードに接
続されており、サイリスタ１６のカソードは一次巻線１
４の他端に接続されている。コンデンサ１５とサイリス
タ１６との接続部は、負荷抵抗１８とスイツチ１９とを
介して電流源１７の正極に接続されている。電流源１７
の負極はサイリスタ１６のカソードに接続されている。
サイリスタ１６の導通制御用の制御回路２０の二つの出
力端子は、サイリスタ１６のカソード及び制御電極に夫
々接続されている。第１図及び第２図に示したレーザは
下記の如く作動する。

チヤネル６の内部空間に活性レーザガスを充填する。

例えば、窒素と六フツ化イオウＳＦ６との混合物が使用
されるが、・・ロゲンと希ガスとの混合物を使用しても
よい。サイリスタ１６が導通していない場合、スィッチ
１９の閉鎖によりコンデンサ１５が充電される。

次に、制御回路２０の制御によりサイリスタ１６を導通
させるとコンデンサ１５が巻線１４を介して放電し始め
る。この放電によつて変圧器１３の二次巻線１２に誘導
電圧が生じる。この誘導電圧のために並列接続Ａれたレ
ーザ発振器本体１の二つのコンデンサＣｌ，Ｃ２が充電
される。プレート２，３間の電圧がレーザ発振器本体１
の電極９，９間での気体放電開始電圧（始動電圧）乃至
グロー電圧に達すると、電極９，９間で放電が開始され
、反射鏡１０，１１を含む光共振器内で振動性のレーザ
幅射が形成され、反射鏡１１を通つてレーザパルス２１
が放出される。

例えば、コンデンサ１５が１００乃至５００ボルトの電
圧まで充電され得る場合、レーザ発振器本体１の二つの
コンデンサＣｌ，Ｃ２はコンデンサ１５の放電指令の約
０．１乃至１０マイクロ秒後に充電される。

レーザガス内のＳＦ６の割合（約１％）を調整すること
によつて電極９，９間での放電の始動電圧を変化させ得
る。ＳＦ６の割合が多い程始動電圧が高い。コンデンサ
Ｃｌ，Ｃ２の放電は極めて短時間（約１ナノ秒）で行な
われる。従つて、繰返し周波数を１００ｋＨｚを越える
ような極めて高いものにし得る。この場合、図示しない
公知システムを用い活性ガスをチヤネル６内で循環させ
ることが必要である。

第１図及び第２図のレーザでは、巻線１４でコンデンサ
１５の放電を｝こさせる手段が実質的に全く摩耗しない
制御自在な半導体整流器であるため、すぐれた信頼性と
長い耐用寿命とが得られる。

サイリスタ１６に代えてトランジスタ又は電界効果トラ
ンジスタを使用し、レーザの作動速度を更に増加するこ
とも可能である。レーザの効率（レーザビームのエネル
ギ／コンデンサの蓄積エネルギ）が極度に増加すること
が確認された。

コンデンサの蓄積エネルギ４０ｍＪに対しレーザビーム
としての出力エネルギが１００マイクロジュールであり
、２％より高い効率が測定された。第３図及び第４図は
本発明による好ましい一具体例のガスレーザを示す。

この具体例のガスレーザにおいて、第１図及び第２図の
ガスレーザの要素と同様な要素には同じ参照符号が付け
られている。第３図に於いてレーザ発振器本体１は、第
４図の−面に沿つた横断面図で示されて卦り、互いに実
質的に平行で且つ互いに丁度対向している二つの長方形
の銅製プレート２，３を有している。

平行六面体形状の二つの誘電体部４，５がプレート２，
３の両端近傍に訃いてプレート２，３間に挟着されてい
る。誘電体部４，５は互いに離間して訃り、第３図の平
面に垂直な軸７に沿う長手方向チヤネル６が誘電体部４
，５間に形成されている。誘電体部４，５は好ましくは
、チタン酸バリウムの如き誘電率の大きい強誘電性セラ
ミツクのプロツクから構成されている。プレート２，３
に接触していない誘電体部４；５の外表面は、図示の如
くエポキシ樹脂層８により被覆されている。プレート２
，３は、並列接続された二つのコンデンサＣｌ，Ｃ２の
極板となつており、誘電体部４，５はコンデンサＣｌ，
Ｃ２用の誘電体として働く。誘電体プロツク４，５がは
さまれておらず、誘電体部４，５に接触していないプレ
ート２，３の中央部は夫々、ドーム状突出部９，９を有
している。この突出部９，９は、軸７に平行な軸を有す
る円柱状表面の形でチャネル６の空間内に突出しており
、丁度対向した二つの電極縁部を形成している。突出電
極９，９のうぢ電極３の一部になつている突出電極９ａ
は内部キヤビテイ２２を有しており、この電極突出部９
ａには、表面全体に亘り複数の孔２３，２４，２５が形
成されている。

これらの孔２３，２４，２５は、チヤネル６の空間とキ
ヤビテイ２２の空間とを連通している。従つて空胴共振
器の空胴はチヤネル６及びキヤビテイ２２からなる。ガ
ラス管２７内に配置されたニツケル線２６及びガラス管
２７内に充填された導電性溶液２８からなり、電極３，
９ａから絶縁された導体がキヤビテイ２２内に配置され
ている。

光共振空胴は軸７に沿つて形成されており、チヤネル６
の両端に接着されチヤネル６を閉鎖している二つの反射
鏡１０，１１（第４図）を含む。

反射鏡１０は完全反射面になつており、反射鏡１１はレ
ーザ光線の一部を透過するように構成されている。変圧
器１３の二次巻線１４の両端は夫々、金属プレート２，
３に接続されている。

変圧器１３の一次巻線の一端は、コンデンサ１５の一方
の電極に接続されている。コンデンサ１５のもう一方の
電極はサイリスタ１６のアノードに接続されており、サ
イリスタ１６のカソードは一次巻線１４の他端に接続さ
れている。コンデンサ１５とサイリスタ１６との接続部
は、スイツチ１９と負荷抵抗１８とを介して直流電流源
１７の正極に接続されている。電流源１７の負極はサイ
リスタ１６のカソードに接続されている。制御回路２０
の二つの出力端子は夫々、一方でサイリスタ１６の制御
電極及び電流源１７の負荷に接続されており、他方で遅
延回路２９の入力端子に接続されている。

回路２９の出力端子は高電圧パルス発生器３０の入力端
子に接続されており、このパルス発生器３０の出力端子
は線２６及びプレート３に接続されている。第３図及び
第４図に示したガスレーザは下記の如く動作する。

チヤネル６内の空間には、例えば窒素からなる活性レー
ザガスが充填される。

サイリスタ１６が導通していない場合、スイツチ１９を
閉じることによりコンデンサ１５が充電される。

次にサイリスタ１６を導通せしめるべく制御回路２０が
作動し、コンデンサ１５の巻線１４を介した放電が始ま
る。この放電のために変圧器１３の二次巻線１２に誘導
電圧が生じ、この誘導電圧のために二つの並列コンデン
サＣｌ，Ｃ２が徐々に充電される。制御回路２０は更に
、遅延回路２９に基く所定時間の経過後、発生器３０か
ら高電圧パルスを発生させる。

コンデンサＣｌ，Ｃ２の充電電圧がレーザ発生器の電極
９，９間の気体放電開始電圧（始動電圧）に達する前に
高電圧パルスが送出されるように遅延回路２９の遅延が
調整されている。高電圧パルスが送出されると直ちに、
導体２６を包囲する絶縁管２７の周囲でコロナグロー放
電がおこる。このグロー放電により直ちに活性ガスがイ
オン化され、レーザの両電極９，９間で放電が訃こる。
この放電の結果として空胴共振器の二つの反射鏡１０，
１１間にレーザ輻射が生じ、反射鏡１１を通つてレーザ
パルス２１が出力される。実際には、コンデンサＣｌ，
Ｃ２が始動電圧乃至気体放電開始電圧よりやや低い所定
電圧まで充電されたときコロナグロー放電が生じるよう
に遅延回路２９の遅延が調整される。しかし乍ら、この
所定電圧は臨界的ではなく、この所定電圧を始動電圧の
５分の１に設定しても、コロナグロー放電により電極９
，９ａ間での放電を始動せしめ得る。電極９，９ａ間で
のこの放電は特に安定で且つ均質であり、一定電圧で生
じる。（第１図及び第２図に示した）レーザに比較して
第３図及び第４図に示したレーザでは、エネルギ効率を
約５乃至１０倍も増加させ得る。更に、レーザエネルギ
が安定であり、レーザパルスが時間的に正確にトリガさ
れ、放出ノイズレベルはかなり低下する。勿論、絶縁さ
れた導線２６を、第３図の如く格子形中空電極の内部に
配置するかわりに、レーザチヤネル６内で且つ、電極９
の近傍にチヤネル６の軸７に平行に配置してもよい。更
に、活性レーザガスをハロゲンと希ガスとの混合物から
構成し、エキシマレーザとしてもよい。

主として繰返し周波数の高いレーザパルスを所望する場
合、公知システムを用いてチヤネル内の活性ガスを循環
せしめてもよい。本発明レーザを、色素レーザの励起の
ために使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明ガスレーザの要素の多くを有
するガスレーザの説明図、第３図は本発明による好まし
い一具体例のガスレーザの説明図、第４図は第３図のガ
スレーザのうちのレーザ発振器本体部の−面断面説明図
である。 １・・・・・・レーザ発振器本体、２，３・・・・・・
プレート、４，５・・・・・・誘電体部、６・・・・・
・チヤネル、９，９ａ・・・・・・突出部、１０，１１
・・・・・・反射鏡、１３・・・・・・変圧器、１５・
・・・・・コンデンサ、１６・・・・・・サイリスタ、
１７・・・・・・電流源、２０・・・・・・制御回路、
２２・・・・・・キヤビテイ、２３，２４，２５・・・
・・・孔、２６・・・・・・ニツケル線、２７・・・・
・・ガラス管、２９・・・・・・遅延回路、３０・・・
・・・パルス発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の間隔をあけて平行に配設された一対の金属プ
   レートと、この一対の金属プレートの両端近傍に一対の
   コンデンサを形成すべく金属プレート間にはさまれるよ
   うに配設された一対の誘電体部と、この誘電体部がはさ
   まれていない対向金属プレートの中間部分で形成された
   一対の電極と、この一対の電極と前記一対の誘電体部と
   によつて囲繞されて形成され、活性レーザガスを内蔵す
   る光共振空胴と、前記一対のコンデンサに電圧を充電す
   る回路と、この充電回路を作動させる制御手段と、前記
   光共振空胴内において前記一対の電極のうちのいずれか
   一方の電極の近傍に配設された導体と、前記制御手段に
   動作的に連結されていて、前記一対のコンデンサの充電
   電圧が前記電極間の気体放電開始電圧に達する前に、前
   記導体と前記一方の電極との間に高電圧パルスを供給す
   る高電圧パルス発生手段とを有するガスレーザ。 ２ 前記電極を形成する金属プレートの中央部分は、光
   共振空胴内に突出したドーム状突出部により構成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ。 ３ 前記一方の電極のドーム状突出部は、内部キャビテ
   ィ、およびこの内部キャビティと前記光共振空胴とを連
   通せしめる複数の連通孔を有しており、前記導体は前記
   内部キャビティ内に配設されている特許請求の範囲第２
   項記載のガスレーザ。 ４ 前記誘電体部が強誘電性セラミックで構成されてい
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の
   ガスレーザ。 ５ 前記光共振空胴は、両端に固着された二つの反射鏡
   を有している特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
   かに記載のガスレーザ。 ６ 前記制御手段が制御整流器およびこの制御整流器用
   の制御回路からなる特許請求の範囲第１項乃至第５項の
   いずれかに記載のガスレーザ。 ７ 前記活性レーザガスが窒素と六フッ化イオウとの混
   合物である特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
   に記載のガスレーザ。 ８ 前記充電回路は、二次巻線の両端がそれぞれ前記一
   対の金属プレートに接続された変圧器と、この変圧器の
   一次巻線の一端に直列に接続されたコンデンサと、この
   コンデンサに充電するための電流源とからなる特許請求
   の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記載のガスレーザ
   。