JPS60169178A - ガスレ−ザ装置 - Google Patents
ガスレ−ザ装置Info
- Publication number
- JPS60169178A JPS60169178A JP2470584A JP2470584A JPS60169178A JP S60169178 A JPS60169178 A JP S60169178A JP 2470584 A JP2470584 A JP 2470584A JP 2470584 A JP2470584 A JP 2470584A JP S60169178 A JPS60169178 A JP S60169178A
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- JP
- Japan
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- discharge
- discharge tube
- electrodes
- dielectric material
- pair
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- Pending
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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
- H01S3/0305—Selection of materials for the tube or the coatings thereon
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は無声放電式のガスレーザ装置、特に管状の放
電管の材料に関するものである。
電管の材料に関するものである。
従来、この種の装置として第１図に示すものがあった。
第１図（ａ）は従来の無声放電式ガスレーザ装置を示す
正面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の１−Ｉ。
正面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の１−Ｉ。
線に泊った断面図である０図において、（１）は通常パ
イレックスガラス等よりなる管状の放電管で。
イレックスガラス等よりなる管状の放電管で。
内径１３憫、厚さｊｎａｌ、長さ１ｍ程度のものである
。（２１、＋３１は放電管ｉｌ＋の外壁に密着する一対
の電極、（４〕は高周波電源で、電極＋２１． ＋３）
に接続される〇また。前記放電管ｔｌ＋の軸方向の両対
向端にはそれぞれ全反射鏡（５）及び部分反射鏡（６）
が取り付けられている。そして、この放電管ｔｌ＋は内
部に送風機（９＋及び熱交換器Ｏ１を備えた送気管＋７
１． ＋８１に接続されて循環的に連通されている。矢
印ｎｕはレーザ光を示す。
。（２１、＋３１は放電管ｉｌ＋の外壁に密着する一対
の電極、（４〕は高周波電源で、電極＋２１． ＋３）
に接続される〇また。前記放電管ｔｌ＋の軸方向の両対
向端にはそれぞれ全反射鏡（５）及び部分反射鏡（６）
が取り付けられている。そして、この放電管ｔｌ＋は内
部に送風機（９＋及び熱交換器Ｏ１を備えた送気管＋７
１． ＋８１に接続されて循環的に連通されている。矢
印ｎｕはレーザ光を示す。
次に、Ｃ０２レーザ装置を例！（とり、動作脱明する。
放電管（１）内には、Ｃｏ２． Ｈｅ、 Ｎ２の混合ガ
スが数１０〜２００ ＴＯｒｒ、の圧力で充填されてい
る。
スが数１０〜２００ ＴＯｒｒ、の圧力で充填されてい
る。
この放電管（１）において、電極ｉ２１ 、 ＋３１
Ｋ高周波電源（４）より例えば１００ ＫＨｚ 、 ８
ＫＶ程度の電圧が印加されると第１図（ｔ＋ｌに示す
ように、成極１２ｉ、１３）間ｌで無声放電が起シ、そ
の結果、放電によりＣＯ２分子が励起され、全反射鏡（
５）と部分反射鏡（６１で構成される光共撮器内でレー
ザ％ｍが起る。レーザ光の一部は矢印ａｌｌで示される
ように部分反射鏡（６）より外部に敗シ出される。一方
、放電によりガス温度が上昇するとレーザ出力が低下す
るので、送風機（９；によりガスを循環させて熱交換器
６Ｇで冷却し、これにより放電管（１）内のガス温度は
所定値以下に保持されている。
Ｋ高周波電源（４）より例えば１００ ＫＨｚ 、 ８
ＫＶ程度の電圧が印加されると第１図（ｔ＋ｌに示す
ように、成極１２ｉ、１３）間ｌで無声放電が起シ、そ
の結果、放電によりＣＯ２分子が励起され、全反射鏡（
５）と部分反射鏡（６１で構成される光共撮器内でレー
ザ％ｍが起る。レーザ光の一部は矢印ａｌｌで示される
ように部分反射鏡（６）より外部に敗シ出される。一方
、放電によりガス温度が上昇するとレーザ出力が低下す
るので、送風機（９；によりガスを循環させて熱交換器
６Ｇで冷却し、これにより放電管（１）内のガス温度は
所定値以下に保持されている。
ところで、無声放電における投入電力は大略下式で与え
られることが発明者らの研究によって明らかにされてい
る。
られることが発明者らの研究によって明らかにされてい
る。
（日中ｅｔａｌ ｊ高周波無声放電の等価回路と放電特
性についてＪ電気学会 放電研究会資料ＫＤ −８２−
２γ（（１９８２年６月））） Ｗ 由πｆｔ８Ｍ。÷−ｎ曲叩・ｔｌｌｆ ；電源周波
数 ＝１ｒＪＯＫＨｚ ε６ ；誘電体の比誘電率 〜６ ε０ ；真空の誘電率 ＝０．８８ＸＩＱ ”Ｆｍ−’
ｔ ；誘電体の厚さ 〜ＩＸ１０−３ｍｘＤ；電極の幅
〜１ｏ×１０″″ｍ ４ ；放電電圧 〜ＩＫＶ ｖｏＰ；印加電圧のゼロ・ピーク値 〜５ＫＶｌ ；放
電管の長さ 〜１ｍ 従って、上にｄピ載の数値の装置においては放電長さが
１ｍで４００Ｗ程度の電力が投入され、レーザ出力は約
ＳＯＷ得られる。
性についてＪ電気学会 放電研究会資料ＫＤ −８２−
２γ（（１９８２年６月））） Ｗ 由πｆｔ８Ｍ。÷−ｎ曲叩・ｔｌｌｆ ；電源周波
数 ＝１ｒＪＯＫＨｚ ε６ ；誘電体の比誘電率 〜６ ε０ ；真空の誘電率 ＝０．８８ＸＩＱ ”Ｆｍ−’
ｔ ；誘電体の厚さ 〜ＩＸ１０−３ｍｘＤ；電極の幅
〜１ｏ×１０″″ｍ ４ ；放電電圧 〜ＩＫＶ ｖｏＰ；印加電圧のゼロ・ピーク値 〜５ＫＶｌ ；放
電管の長さ 〜１ｍ 従って、上にｄピ載の数値の装置においては放電長さが
１ｍで４００Ｗ程度の電力が投入され、レーザ出力は約
ＳＯＷ得られる。
従来の装置は以上のように構成さｊｔでおり、放電管＋
１１の材質はパイレックス等のガラス類であるため、比
誘電率ε８が６内外であり、電力投入を増大させるには
放電長さｌの増大に依るしかなかった。即ち、装置の耐
電圧からはＶ。Ｐに実用的上限があり、また電源効率の
面からはｆに実用的上限があり、さらに誘電体の耐電圧
と強度からｔに実用的下限があるため、放電管ｉｌ＋の
長さを増大させるしかなかった。このため装置のコンパ
クト化。
１１の材質はパイレックス等のガラス類であるため、比
誘電率ε８が６内外であり、電力投入を増大させるには
放電長さｌの増大に依るしかなかった。即ち、装置の耐
電圧からはＶ。Ｐに実用的上限があり、また電源効率の
面からはｆに実用的上限があり、さらに誘電体の耐電圧
と強度からｔに実用的下限があるため、放電管ｉｌ＋の
長さを増大させるしかなかった。このため装置のコンパ
クト化。
出力大形化がむつかしい欠点があった。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので放電管を比誘″１率２０〜８００の
材質の誘電体にて構成し高磁力密度の放電を実現し、信
頼性が高くコンパクトなカスレＬザ装置を提供すること
を目的としている。
めになされたもので放電管を比誘″１率２０〜８００の
材質の誘電体にて構成し高磁力密度の放電を実現し、信
頼性が高くコンパクトなカスレＬザ装置を提供すること
を目的としている。
式（１）から、ε６の高い誘電体材質を放電管に用いる
ことが、装置の高出力化・コンパクト化に最も有効であ
ることが推定されるが、ε。の最適値、あるいはその実
用的上限についてこれまでの斯界のり［究にはそれを示
唆するものは何ら存在しなかったＯ 発明者らは比誘電率の異なる誘電体によって放電９発振
の実験を繰返しその結果比誘電率の実用的好適条件を発
見した。以下にその結果を示す。
ことが、装置の高出力化・コンパクト化に最も有効であ
ることが推定されるが、ε。の最適値、あるいはその実
用的上限についてこれまでの斯界のり［究にはそれを示
唆するものは何ら存在しなかったＯ 発明者らは比誘電率の異なる誘電体によって放電９発振
の実験を繰返しその結果比誘電率の実用的好適条件を発
見した。以下にその結果を示す。
第２図は種々の比誘電率の放電管にかける放電状！１ｊ
Ａを示す断面図で、放電の肉眼観測状態を大別して三つ
の領域、ε。が（ａ）１０以下、 （ｂ）１ｏｏ前後、
（ｃ） １０００以上の誘電体について示したもので
ある。実験結果について以下にのべる。
Ａを示す断面図で、放電の肉眼観測状態を大別して三つ
の領域、ε。が（ａ）１０以下、 （ｂ）１ｏｏ前後、
（ｃ） １０００以上の誘電体について示したもので
ある。実験結果について以下にのべる。
（ａ） ε。＝３（石英ガラスにて実施）およびε。＝
６（ホウケイ酸ガラスにて実施）の場合 前述したように放電電力密度が小さいことと。
６（ホウケイ酸ガラスにて実施）の場合 前述したように放電電力密度が小さいことと。
第２図（ａ）に示すように放電が電極端部に集まり。
放電中央部が若干「中抜け」となることの二つの欠点が
ある。「中抜け」放電となる影響は出力されるレーザビ
ームの形がくずれ易い難点にっなかる０ なお、ε８＝３と ６８−６の場合を比較すると。
ある。「中抜け」放電となる影響は出力されるレーザビ
ームの形がくずれ易い難点にっなかる０ なお、ε８＝３と ６８−６の場合を比較すると。
「中抜け」の状況はε８の増大につれて徐々に解消され
る傾向にあり、観測結果から推測するとε＝２０程度で
解消するとみなせる。
る傾向にあり、観測結果から推測するとε＝２０程度で
解消するとみなせる。
（ｂ） ｔ８＝ｅａ ＋ ｇ、＝ｔｚｏおよび８８−１
６０の場合（酸化チタンにて実施） 放電電力密度は大幅に上昇し、放電の空間的分布も一様
性にすぐれている〇 実施例において＋ ｔ＝１ｍ＋ ｔ＝２＋ｒｍ、ε＝１
２０θ で放電電力 Ｗ＝５ＫＷ、発振出力０．５ＫＷで、対称
性に優れたＴＦｉＭｏｏモードのレーザ出力を得ている
。
６０の場合（酸化チタンにて実施） 放電電力密度は大幅に上昇し、放電の空間的分布も一様
性にすぐれている〇 実施例において＋ ｔ＝１ｍ＋ ｔ＝２＋ｒｍ、ε＝１
２０θ で放電電力 Ｗ＝５ＫＷ、発振出力０．５ＫＷで、対称
性に優れたＴＦｉＭｏｏモードのレーザ出力を得ている
。
（０） ｇＢ＝１２００および’ｓ ；１６００の場合
（チタンサンバリウムにて実施） 放電を開始すべく印加電圧を上昇させると、電極ｆ２１
．１３１の端部Ｑυ、すｎが起点となる誘電体表面の短
絡放電ａ２が電源周波数１００ＫＨ２では数１ｎｏ ｖ
の低電圧下でも発生し、放電電力投入が非常に難しいこ
とが判明した。これは、Ｇ８が非常に高いため。
（チタンサンバリウムにて実施） 放電を開始すべく印加電圧を上昇させると、電極ｆ２１
．１３１の端部Ｑυ、すｎが起点となる誘電体表面の短
絡放電ａ２が電源周波数１００ＫＨ２では数１ｎｏ ｖ
の低電圧下でも発生し、放電電力投入が非常に難しいこ
とが判明した。これは、Ｇ８が非常に高いため。
交流的には誘電体が短絡に近くなり、すべての電圧が電
極端＠１２１ 、 ＧＪＩ Ｋ集中する故であると考え
られる。
極端＠１２１ 、 ＧＪＩ Ｋ集中する故であると考え
られる。
電極端部（２０，Ｇ１１に起因する放電破壊の抑止は端
部構造の改良−例えば端部の尖端をなくす、比較的大き
なε。を有する絶縁物で端部を被覆する等の手段−によ
って幾分は可能である。その場合の放電管内における放
電には尚二つの欠点がある。即ち、過電圧変（Ｖ□ｐ／
Ｖえ）を大きくしないと放電開始しない点と、放縦が中
央に集中しやすい点である。なお、ε＝ｆ２００とε、
＝ １６００の場合につθ いてくわしく観測すると、ε。を小さくするに従い。
部構造の改良−例えば端部の尖端をなくす、比較的大き
なε。を有する絶縁物で端部を被覆する等の手段−によ
って幾分は可能である。その場合の放電管内における放
電には尚二つの欠点がある。即ち、過電圧変（Ｖ□ｐ／
Ｖえ）を大きくしないと放電開始しない点と、放縦が中
央に集中しやすい点である。なお、ε＝ｆ２００とε、
＝ １６００の場合につθ いてくわしく観測すると、ε。を小さくするに従い。
上記問題点は低減される方向にある。観測結果から推測
すると、ε８＝ ８００程度で上記問題点はほぼ解消さ
れると推定される。また、上記の（ａＬ （ｂ）の場合
、過電圧変（ｖｏＰ／ｖ、）を大きくすることなく放電
をスムーズに開始し得たのは、εがさほど大きくないた
め、放縦開始時に放電管内側からみて電極端部（２Ｉｌ
、 ＧＯを５感じる〃電界分布が形成され、−即ち、放
電を開始させるに足る適度な電界強度不均一性が存在し
たーことによると考えられる。
すると、ε８＝ ８００程度で上記問題点はほぼ解消さ
れると推定される。また、上記の（ａＬ （ｂ）の場合
、過電圧変（ｖｏＰ／ｖ、）を大きくすることなく放電
をスムーズに開始し得たのは、εがさほど大きくないた
め、放縦開始時に放電管内側からみて電極端部（２Ｉｌ
、 ＧＯを５感じる〃電界分布が形成され、−即ち、放
電を開始させるに足る適度な電界強度不均一性が存在し
たーことによると考えられる。
以上の実施例においては、Ｇ８として、６０から１６０
の値のもので良好な結果が得られたが、前述したように
６８として２０以上８００以内であればよく、電源周波
数や目的とする出力の程度に応じ。
の値のもので良好な結果が得られたが、前述したように
６８として２０以上８００以内であればよく、電源周波
数や目的とする出力の程度に応じ。
あるいは誘電体材料の入手の難易Ｋしたがい好適なＧ８
を選定すればよい。
を選定すればよい。
以上述べたようにこの発明によれば、放電管に比誘電率
が２０〜８００の誘電体を使用したので。
が２０〜８００の誘電体を使用したので。
大幅な放電電力密度の増大を安定に行なえることとなり
、装置のコンパクト化と、出力ビームの質の向上が可能
となる。
、装置のコンパクト化と、出力ビームの質の向上が可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）（ｂｌはそれぞれ従来の無声放電式ガスレ
ーザ装置を示す正面図及び断面図、第２図（ａ）（ｂ）
（ｃ）は種々の比誘電率をもつ誘電体で構成した放電管
における放電状態を示す断面図である。 （Ｉし・放電管、 ＋２１ ＋３１・・・電極、（Ｉト
・・レーザ光。 なお９図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第 ２ 図 Ｃ（１） （ｂ） （Ｃ）
ーザ装置を示す正面図及び断面図、第２図（ａ）（ｂ）
（ｃ）は種々の比誘電率をもつ誘電体で構成した放電管
における放電状態を示す断面図である。 （Ｉし・放電管、 ＋２１ ＋３１・・・電極、（Ｉト
・・レーザ光。 なお９図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第 ２ 図 Ｃ（１） （ｂ） （Ｃ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 誘電体より成る管状の放電管の外壁にある一対の電極に
交流電圧を印加して上記両電極間に放電を起こし、レー
ザ光を発振させるものにおいて。 上記放電管を比誘電率が２０〜８００の誘電体で構成し
たことを特徴とするガスレーザ装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2470584A JPS60169178A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | ガスレ−ザ装置 |
| US06/699,126 US4785458A (en) | 1984-02-13 | 1985-02-07 | Gas laser device |
| DE8585101372T DE3582179D1 (de) | 1984-02-13 | 1985-02-08 | Gaslaservorrichtung. |
| EP85101372A EP0152084B1 (en) | 1984-02-13 | 1985-02-08 | Gas laser device |
| CA000474118A CA1267714A (en) | 1984-02-13 | 1985-02-12 | Gas laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2470584A JPS60169178A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | ガスレ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60169178A true JPS60169178A (ja) | 1985-09-02 |
Family
ID=12145591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2470584A Pending JPS60169178A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | ガスレ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60169178A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988002938A1 (en) * | 1986-10-15 | 1988-04-21 | Fanuc Ltd | High-frequency electric discharge excited laser |
| JPS6424478A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Komatsu Mfg Co Ltd | Gas laser oscillator |
| JPH01151279A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-14 | Komatsu Ltd | ガスレーザ装置 |
| JPH01151280A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-14 | Komatsu Ltd | ガスレーザ装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3386043A (en) * | 1964-07-31 | 1968-05-28 | Bell Telephone Labor Inc | Dielectric waveguide, maser amplifier and oscillator |
| JPS5673484A (en) * | 1979-11-21 | 1981-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge gas laser device |
| JPS58115876A (ja) * | 1981-12-29 | 1983-07-09 | Mitsubishi Electric Corp | 無声放電式ガスレ−ザ装置 |
-
1984
- 1984-02-13 JP JP2470584A patent/JPS60169178A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3386043A (en) * | 1964-07-31 | 1968-05-28 | Bell Telephone Labor Inc | Dielectric waveguide, maser amplifier and oscillator |
| JPS5673484A (en) * | 1979-11-21 | 1981-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge gas laser device |
| JPS58115876A (ja) * | 1981-12-29 | 1983-07-09 | Mitsubishi Electric Corp | 無声放電式ガスレ−ザ装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988002938A1 (en) * | 1986-10-15 | 1988-04-21 | Fanuc Ltd | High-frequency electric discharge excited laser |
| JPS6424478A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-26 | Komatsu Mfg Co Ltd | Gas laser oscillator |
| JPH01151279A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-14 | Komatsu Ltd | ガスレーザ装置 |
| JPH01151280A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-14 | Komatsu Ltd | ガスレーザ装置 |
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