JPS5917871B2 - ガスレ−ザ装置 - Google Patents
ガスレ−ザ装置Info
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- JPS5917871B2 JPS5917871B2 JP3385377A JP3385377A JPS5917871B2 JP S5917871 B2 JPS5917871 B2 JP S5917871B2 JP 3385377 A JP3385377 A JP 3385377A JP 3385377 A JP3385377 A JP 3385377A JP S5917871 B2 JPS5917871 B2 JP S5917871B2
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- Japan
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- metal electrode
- discharge
- gas laser
- laser device
- electrode
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-
- 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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
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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、高出力無声放電形ガスレーザ装置の改良に
関する。
関する。
まず、従来のガスレーザ装置を横励起形ＣＯ２レーザを
例にとつて説明すると、第１図はその原理的構成を示す
図である。
例にとつて説明すると、第１図はその原理的構成を示す
図である。
この第１図における１は接地金属電極、２は高電圧金属
電極である。この、高電圧金属電極２の放電面は誘電体
３で被覆されている。４は放電空間、５は変圧器、６は
高周波電源である。
電極である。この、高電圧金属電極２の放電面は誘電体
３で被覆されている。４は放電空間、５は変圧器、６は
高周波電源である。
この高周波電源６の出力端が変圧器５の入力巻線に接続
され、その出力巻線の一端は接地され、他端の高電圧は
高電圧金属電極２に印； 加されている。また、７は全
反射鏡であり、８は出力側反射鏡（一部透過）、９は冷
却水循環ポンプ、１０は冷却水器、１１はイオン交換純
水器である。
され、その出力巻線の一端は接地され、他端の高電圧は
高電圧金属電極２に印； 加されている。また、７は全
反射鏡であり、８は出力側反射鏡（一部透過）、９は冷
却水循環ポンプ、１０は冷却水器、１１はイオン交換純
水器である。
このイオン交換純水器１１は、冷却水循環ポンプ９、冷
； 却器１０を介して上記接地金属電極１、高電圧金属
電極２に連結されている。また、全反射鏡Ｔは冷却水循
環ポンプ９に連結されている。いま、この第１図におい
て、高電圧金属電極２に高周波電源６と変圧器５より交
流高電圧が印加されると、放電空間４に無声放電と呼ば
れる安定な放電が起こる。
； 却器１０を介して上記接地金属電極１、高電圧金属
電極２に連結されている。また、全反射鏡Ｔは冷却水循
環ポンプ９に連結されている。いま、この第１図におい
て、高電圧金属電極２に高周波電源６と変圧器５より交
流高電圧が印加されると、放電空間４に無声放電と呼ば
れる安定な放電が起こる。
この無声放電は接地金属電極１、高電圧金属電極２間に
誘電体３介した交流放電であるため、アーク放電に移行
することなく、電子温度のみが高く、分子温度の上昇し
ない非平衡放［ 電が安定に実現できる。なお、ここで
は、放電空間４内で励起された分子による光誘導放射過
程での説明は省略するが、放電空間４内で無声放電が起
こると、全反射鏡□と出力側反射鏡８により構成される
共振器内で、レーザ発振が起こり、出力側反射鏡８より
レーザが出る。
誘電体３介した交流放電であるため、アーク放電に移行
することなく、電子温度のみが高く、分子温度の上昇し
ない非平衡放［ 電が安定に実現できる。なお、ここで
は、放電空間４内で励起された分子による光誘導放射過
程での説明は省略するが、放電空間４内で無声放電が起
こると、全反射鏡□と出力側反射鏡８により構成される
共振器内で、レーザ発振が起こり、出力側反射鏡８より
レーザが出る。
そして、接地金属電極１と高電圧金属電極２はともに電
気伝導度の小さい冷却水で冷却されており、冷却水は冷
却水循環ポンプ９で冷水器１０、イオン交換純水器１１
を通して循環される。このイオン交換純水器１１を通し
て循環される冷却水の電気伝導度を小さくして、高電圧
金属電極２からの電流漏洩を防ぐために必要である。な
お、図には示していないが、放電空間のガスは電極間を
レーザと直角の方向に高速で流れている。第２図は接地
金属電極１および高電圧金属電極２による放電極の拡大
断面図、第３図は第２図の１−１線断面図であり、この
第２図より明らかなように、接地金属電極１および高電
圧金属電極２と吉もに放電面は平行平板であり、放電は
図中に示すように、両電極間で一様に起こる。また、レ
ーザ発振が起こるためには、全反射鏡７、出力側反射鏡
８のロスに打ち勝つだけのレーザ利得が放電空間で必要
であり、レーザ利得は放電空間の光軸方向の長さと放電
々力密度（単位体積当りに投入される放電々力）で決ま
るので、光軸方向の長さを決めると、放電々力の密度を
閾値以上に上げないと発振が起こらない。
気伝導度の小さい冷却水で冷却されており、冷却水は冷
却水循環ポンプ９で冷水器１０、イオン交換純水器１１
を通して循環される。このイオン交換純水器１１を通し
て循環される冷却水の電気伝導度を小さくして、高電圧
金属電極２からの電流漏洩を防ぐために必要である。な
お、図には示していないが、放電空間のガスは電極間を
レーザと直角の方向に高速で流れている。第２図は接地
金属電極１および高電圧金属電極２による放電極の拡大
断面図、第３図は第２図の１−１線断面図であり、この
第２図より明らかなように、接地金属電極１および高電
圧金属電極２と吉もに放電面は平行平板であり、放電は
図中に示すように、両電極間で一様に起こる。また、レ
ーザ発振が起こるためには、全反射鏡７、出力側反射鏡
８のロスに打ち勝つだけのレーザ利得が放電空間で必要
であり、レーザ利得は放電空間の光軸方向の長さと放電
々力密度（単位体積当りに投入される放電々力）で決ま
るので、光軸方向の長さを決めると、放電々力の密度を
閾値以上に上げないと発振が起こらない。
放電々力密度を高めるためには、電源の周波数を高くす
るか、印加電圧を高くするか、誘電体の静電容量を大き
くするかであるが、印加電圧を高くするのは端部絶縁の
関係で制限値があり、誘電体の静電容量も材質的に（絶
縁耐力と誘電率）決まる制限値があるので、周波数を高
めて放電々力密度を上げる必要がある。
るか、印加電圧を高くするか、誘電体の静電容量を大き
くするかであるが、印加電圧を高くするのは端部絶縁の
関係で制限値があり、誘電体の静電容量も材質的に（絶
縁耐力と誘電率）決まる制限値があるので、周波数を高
めて放電々力密度を上げる必要がある。
そして、電源周波数は数１０ＫＨｚから１００ＫＨｚ位
が必要となる。このように、従来の無声放電式レーザ装
置は電源周波数が高くなることが欠点であり、この電源
周波数が高くなると、高周波電源６の製作費が非常に高
くなり、周波数変換による電力損失も大きくなる。また
、変圧器５の製作費も高くなる。したがつて、電源周波
数を少しでも低くできれば、実用的な利点は非常に大き
い。この発明は、上記の点にかんがみなされたもので、
放電極の形状を変えることにより、放電空間の放電々力
密度を高めるようにして、従来より低い電源周波数でレ
ーザ発振を可能にできるガスレーザ装置を提供するもの
である。
が必要となる。このように、従来の無声放電式レーザ装
置は電源周波数が高くなることが欠点であり、この電源
周波数が高くなると、高周波電源６の製作費が非常に高
くなり、周波数変換による電力損失も大きくなる。また
、変圧器５の製作費も高くなる。したがつて、電源周波
数を少しでも低くできれば、実用的な利点は非常に大き
い。この発明は、上記の点にかんがみなされたもので、
放電極の形状を変えることにより、放電空間の放電々力
密度を高めるようにして、従来より低い電源周波数でレ
ーザ発振を可能にできるガスレーザ装置を提供するもの
である。
以下、この発明のガスレーザ装置の実施例について図面
に基づき説明する。
に基づき説明する。
第４図はその一実施例における接地金属電極１および高
電圧金属電極２１とによる放電極の部分を取り出して示
す縦断面図であり、第５図は第４図のＢ−Ｗ線断面図で
ある。この第４図および第５図の両図において、接地金
属電極１については従来と同様であるので詳述を避ける
が、高電圧金属電極２１はこの両図より明らかなように
、その外周面は誘電体３１により被覆されている。そし
て、高電圧金属電極２１は円筒状であり、その外周面の
全体が誘電体で被覆されているため、印加電圧を大きく
することができる。また、放電は誘電体３１の全周に回
り込むようになり、等価的な誘電体の静電容量が従来例
に比べて約３倍に増加する。誘電体３１の直径が放電空
隙長の数倍以下であれば、放電が沿面に拡がることによ
り、沿面で消費される電力は放電空隙４に入る電力に比
べて十分小さいことが実験によりわかつているので、電
力損失の問題もない。ここで、放電が誘電体３１の全周
に回り込むことを述べたが、これは無声放電の実験研究
の結果、発明者が見出した現象であり、通常の放電の知
識からは推測できなかつた現象であるので、第６図およ
び第７図に基づいて説明する。第７図は第６図のＡ−Ａ
″線の断面図である。この第６図、第７図において、１
は接地金属電極、２１は高電圧金属電極、３１は誘電体
である。高電圧金属電極２１と接地金属電極１との間に
交流高電圧がかけられ、放電空間４に無声放電が起きて
いる。一般に放電破壊電圧や放電維持電圧は気圧と空隙
長ｄとの積の関数として表わされ、平等電界に近い放電
では第７図のように放電空間４の空隙長ｄに不平等があ
る場合は、印加電圧の増加（Ｖ１−Ｖ２−Ｖ３）にとも
ない放電領域は（Ｓ゛１→Ｓ／！→Ｓ７３）のように拡
がると推測される。ところが、実際の無声放電領域は（
Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３）のように拡がつて行くことが観測さ
れた。
電圧金属電極２１とによる放電極の部分を取り出して示
す縦断面図であり、第５図は第４図のＢ−Ｗ線断面図で
ある。この第４図および第５図の両図において、接地金
属電極１については従来と同様であるので詳述を避ける
が、高電圧金属電極２１はこの両図より明らかなように
、その外周面は誘電体３１により被覆されている。そし
て、高電圧金属電極２１は円筒状であり、その外周面の
全体が誘電体で被覆されているため、印加電圧を大きく
することができる。また、放電は誘電体３１の全周に回
り込むようになり、等価的な誘電体の静電容量が従来例
に比べて約３倍に増加する。誘電体３１の直径が放電空
隙長の数倍以下であれば、放電が沿面に拡がることによ
り、沿面で消費される電力は放電空隙４に入る電力に比
べて十分小さいことが実験によりわかつているので、電
力損失の問題もない。ここで、放電が誘電体３１の全周
に回り込むことを述べたが、これは無声放電の実験研究
の結果、発明者が見出した現象であり、通常の放電の知
識からは推測できなかつた現象であるので、第６図およ
び第７図に基づいて説明する。第７図は第６図のＡ−Ａ
″線の断面図である。この第６図、第７図において、１
は接地金属電極、２１は高電圧金属電極、３１は誘電体
である。高電圧金属電極２１と接地金属電極１との間に
交流高電圧がかけられ、放電空間４に無声放電が起きて
いる。一般に放電破壊電圧や放電維持電圧は気圧と空隙
長ｄとの積の関数として表わされ、平等電界に近い放電
では第７図のように放電空間４の空隙長ｄに不平等があ
る場合は、印加電圧の増加（Ｖ１−Ｖ２−Ｖ３）にとも
ない放電領域は（Ｓ゛１→Ｓ／！→Ｓ７３）のように拡
がると推測される。ところが、実際の無声放電領域は（
Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３）のように拡がつて行くことが観測さ
れた。
すなわち、ｓ′，がＳｌ，Ｓ′２がＳ２．Ｓ５３がＳ３
に拡がつている分だけ全放電々力、放電空間４の放電密
度が上昇しかつ電気的には放電に利用された誘電体３１
の面積が増大し、等価的に静電容量が上昇したと評価で
きる現象を生じている。また、電気的な測定によつて誘
電体沿面の消費電力は放電空間領域の電力に比べ、Ｄ／
ｄ−１で５（！），Ｄ／ｄ−２で１０（！），Ｄ／ｄ−
３で３０％程度であるにすぎない。
に拡がつている分だけ全放電々力、放電空間４の放電密
度が上昇しかつ電気的には放電に利用された誘電体３１
の面積が増大し、等価的に静電容量が上昇したと評価で
きる現象を生じている。また、電気的な測定によつて誘
電体沿面の消費電力は放電空間領域の電力に比べ、Ｄ／
ｄ−１で５（！），Ｄ／ｄ−２で１０（！），Ｄ／ｄ−
３で３０％程度であるにすぎない。
ただし、ここで、Ｄは誘電体３１の直径である。これら
の現象は、無声放電状態では、誘電体沿面の放電が放電
空間４の部分の放電に比べて維持電界が極めて低くなつ
ていることを示唆している。
の現象は、無声放電状態では、誘電体沿面の放電が放電
空間４の部分の放電に比べて維持電界が極めて低くなつ
ていることを示唆している。
この発明は上記のような無声放電について見出された特
殊な現象を積極的に利用したものである。さらに、第４
図に示したような構造をとれば、高電圧金属電極２１の
水冷口２２から給電すればよいので、端絶縁などの問題
も改善され、印加できる電圧が上昇する利点もある。な
お、５上記の実施例では、誘電体３１で被覆された高電
圧金属電極２１の断面形状が円形の場合を示したが、楕
円または方形の構造であつても、全周が誘電体３１で被
覆され、かつ等価直径が放電空間４の数倍以上であれば
、同様の効果を発揮する。
殊な現象を積極的に利用したものである。さらに、第４
図に示したような構造をとれば、高電圧金属電極２１の
水冷口２２から給電すればよいので、端絶縁などの問題
も改善され、印加できる電圧が上昇する利点もある。な
お、５上記の実施例では、誘電体３１で被覆された高電
圧金属電極２１の断面形状が円形の場合を示したが、楕
円または方形の構造であつても、全周が誘電体３１で被
覆され、かつ等価直径が放電空間４の数倍以上であれば
、同様の効果を発揮する。
また、低電圧側電極、すなわち接地金属電極１を高電圧
金属電極２１と同じ構造にしても上記実施例による効果
と全く同様の効果が得られるものである。さらに、この
発明の原理を応用し、誘電体で被覆された電極を多数に
分割すれば、等価的な静電容量はさらに上昇させること
ができる。
金属電極２１と同じ構造にしても上記実施例による効果
と全く同様の効果が得られるものである。さらに、この
発明の原理を応用し、誘電体で被覆された電極を多数に
分割すれば、等価的な静電容量はさらに上昇させること
ができる。
第８図および第９図はその場合の実施例を示すものであ
り、このうち、第８図は正面図で、第９図は第８図のＣ
−Ｃ線に沿つて切断して示す断面図である。この第８図
、第９図の両図において、３３ａは誘電体、３２ａは高
電圧金属電極であり、この高電圧金属電極３２ａと誘電
体３３ａとにより電極ａを形成している。そして、この
電極ａと同じ構造の電極ｂ−ｇが密接して１つの高電圧
電極２１を構成している。各電極ａ−ｇはそれぞれ印加
電圧が放電開始電圧以上になると、全周が無声放電状態
になる。この場合、各電極ａ−ｇ全体の径に等しい円筒
状電極に比べて静電容量は７／３倍に増加するので、こ
の発明の効果はさらによく発揮できるものである。
り、このうち、第８図は正面図で、第９図は第８図のＣ
−Ｃ線に沿つて切断して示す断面図である。この第８図
、第９図の両図において、３３ａは誘電体、３２ａは高
電圧金属電極であり、この高電圧金属電極３２ａと誘電
体３３ａとにより電極ａを形成している。そして、この
電極ａと同じ構造の電極ｂ−ｇが密接して１つの高電圧
電極２１を構成している。各電極ａ−ｇはそれぞれ印加
電圧が放電開始電圧以上になると、全周が無声放電状態
になる。この場合、各電極ａ−ｇ全体の径に等しい円筒
状電極に比べて静電容量は７／３倍に増加するので、こ
の発明の効果はさらによく発揮できるものである。
以上述べたように、この発明によれば、高電圧金属電極
を全周誘電体で被覆しているので、印加周波数を低く保
つたまま高放電密度の無声放電を実現でき、ガスレーザ
励起に好適な電極構造が得られる。
を全周誘電体で被覆しているので、印加周波数を低く保
つたまま高放電密度の無声放電を実現でき、ガスレーザ
励起に好適な電極構造が得られる。
第１図は従来の無声放電式のガスレーザ装置の構成原理
を示す図、第２図は第１図のガスレーザ装置における接
地金属電極および高電圧金属電極の縦断面図、第３図は
第２図のＩ−１線の断面図、第４図はこの発明のガスレ
ーザ装置の一実施例における接地金属電極と高電圧金属
電極の縦断面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ′線の断面図
、第６図はこの発明のガスレーザ装置における高電圧金
属電極と放電との関係を説明するための図、第７図は第
６図のＡ−Ａ″線に沿つて切断して示す断面図、第８図
はこの発明のガスレーザ装置の他の実施例における接地
金属電極と高電圧金属電極を取り出して示す正面図、第
９図は第８図のｃ−Ｃ７線に沿つて切断して示す断面図
である。 １・・・・・・接地金属電極、５・・・・・・変圧器、
７・・・・・・全反射鏡、８・・・・・・出力側反射鏡
、９・・・・・・冷却水循環ポンプ、１０・・・・・・
冷水器、１１・・・・・・イオン交換純水器、２１，３
２ａ・・・・・・高電圧金属電極、３１，３３ａ・・・
・・・誘電体。
を示す図、第２図は第１図のガスレーザ装置における接
地金属電極および高電圧金属電極の縦断面図、第３図は
第２図のＩ−１線の断面図、第４図はこの発明のガスレ
ーザ装置の一実施例における接地金属電極と高電圧金属
電極の縦断面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ′線の断面図
、第６図はこの発明のガスレーザ装置における高電圧金
属電極と放電との関係を説明するための図、第７図は第
６図のＡ−Ａ″線に沿つて切断して示す断面図、第８図
はこの発明のガスレーザ装置の他の実施例における接地
金属電極と高電圧金属電極を取り出して示す正面図、第
９図は第８図のｃ−Ｃ７線に沿つて切断して示す断面図
である。 １・・・・・・接地金属電極、５・・・・・・変圧器、
７・・・・・・全反射鏡、８・・・・・・出力側反射鏡
、９・・・・・・冷却水循環ポンプ、１０・・・・・・
冷水器、１１・・・・・・イオン交換純水器、２１，３
２ａ・・・・・・高電圧金属電極、３１，３３ａ・・・
・・・誘電体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 無声放電式ガスレーザ装置において、接地金属電極
に対向する高電圧金属電極の全周を誘電体で被覆すると
ともにその等価直径が上記接地金属電極との間に形成す
る放電空隙長の数倍以下に形成されていることを特徴と
するガスレーザ装置。 ２ 高電圧金属電極は複数本密接されかつそれぞれの外
周面の全周に亘つて誘電体で被覆されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。 ３ 高電圧金属電極は断面形状を円形にしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。 ４ 高電圧金属電極は断面形状を楕円形にしたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。 ５ 高電圧金属電極は断面形状を方形にしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3385377A JPS5917871B2 (ja) | 1977-03-25 | 1977-03-25 | ガスレ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3385377A JPS5917871B2 (ja) | 1977-03-25 | 1977-03-25 | ガスレ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53118397A JPS53118397A (en) | 1978-10-16 |
| JPS5917871B2 true JPS5917871B2 (ja) | 1984-04-24 |
Family
ID=12398055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3385377A Expired JPS5917871B2 (ja) | 1977-03-25 | 1977-03-25 | ガスレ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5917871B2 (ja) |
-
1977
- 1977-03-25 JP JP3385377A patent/JPS5917871B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53118397A (en) | 1978-10-16 |
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