JPS60258981A

JPS60258981A - ガスレ−ザ発生器

Info

Publication number: JPS60258981A
Application number: JP11569284A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Yoshizumi; 吉住　修三; Togo Nishioka; 西岡　統吾; Hitoshi Motomiya; 均本宮
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1984-06-05
Publication date: 1985-12-20

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。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、ガスレーザ発生器、特にグロー放電をレー
ザ発振励起源とするガスレーザに関するものである。

従来例の構成とその問題点ガス物質をレーザ媒質とするレーザ発生器において、媒
質に負温度分布を発生するためにグロー放電を励起源と
して利用することは一般に実施されている。

この場合、レーザ出力を増大するには、グロー放電とし
て注入される電気入力を増加することが重要になる。

一方、グロー放電における電気入力増大に伴って媒質温
度が上昇し、負温度分布発生を妨げることになる。

しかし、レーザ出力の増大には媒質温度の上昇を防ぎ、
グロー放電入力を増大することが肝要である。媒質の温
度上昇を防止するために、グロー放電領域（放電管内）
に媒質ガスの流れをつくり、媒質自身で強制的に冷却を
行うことはよく知られている。

ただし、媒質ガス流が小さい場合には、放電管内にグロ
ー放電をほぼ均一に満たすことができはするが、流量が
増大するに従って、放電路が細くなり、放電管内の一部
分のみにしか放電が生じないようになってしまう。その
結果、放電管内におけるレーザ発振に寄与する有効放電
体積が減少し、レーザ出力の低下を招く。この傾向はグ
ロー放電電気入力を増すほど強くなりやすく、電気入力
増加が必ずしもレーザ出力を増大することにはならない
ことになる。

しかも、電気入力増大により、グロー放電の電流密度の
局部的な急増がみられ、この場合に放電は不安定となり
、最終的にはアーク放電へ移行してしまうことになり、
レーザ発生が阻害される。

以上の欠点を解消するため、従来、媒質ガスの流れを制
御する方法などが提案されている（たとえば、特公昭５
８−２４０２５号公報「安定うず対流レーザ」）。

しかしながら、上記のような単にガス流を制御する方法
では、放電そのものを直接制御することはできず、得ら
れる効果には限界がある。

すなわち、従来方法は、グロー放電における陽光柱をガ
ス流により安定化させることを目的としているが、グロ
ー放電を主として支配するのは、陰極における放電の形
態であってガス流ではない。

一般に、正常グロー放電においては電極材料とガスとに
固有な電流密度があり、放電電流の増大は陰極の放電発
生表面積の増加によって達成される。一方、ガス流の存
在や、ガス圧力が高くなると、実効的な放電発生表面積
を必要なだけ増加させられなくなり、レーザ出力を増大
するは、電流密度の増加すなわち放電の局部集中により
電流増大を図らざるを得ず、この場合に放電の不安定化
そしてアーク放電への移行となってレーザ発生に支障を
きたすことになる。

発明の目的この発明の目的は、かかる従来問題を解消し、安定した
グロー放電を持続できるガスレーザ発生器を提供するこ
とである。

発明の構成この発明のガスレーザ発生器は、放電管の一端部外側に
おいてこの放電管と実質的に同軸状でかつ前記一端部と
の間に隙間を形成する状態で設けた絶縁筒と、この絶縁
筒の外側に設けた陰極と、前記隙間および陰極を外部空
間に対して気密的に隔離し内側にガス室を有する包囲体
とを備えたものである。

この発明の構成は、グロー放電において、陰極直前に発
生する大きな電位差いわゆる陰極降下の状態が放電の安
定性に大きな影響を及ぼすことに着目して、陰極降下部
の電界集中を陰極全域に拡散する形をとることで上記目
的を達成するようにしたものである。

この構成の作用は次のとおりである。すなわち、放電管
を流れるレーザガスは、放電管と絶縁筒との隙間を通っ
てガス室に入り、陰極と接触する。

この接触により放電管に放電が発生する。その接触は放
電管中のレーザガス流との動的接触とは異なり、静的な
接触である。したがって、陰極は、ガス流に発生する乱
流、衝突などによる局部的圧力変化を受けることが極め
て少なく、ガス流増大による放電の不安定化を防止でき
る。

一方、ガス流は放電管の方向に形成されており、流れの
方向における圧力すなわち動圧は流量を増大するほど高
くなる。その結果、レーザガスの温度上昇を防ぎ、グロ
ー放電入力を増大させる。しかも、放電管中の流れと直
角方向の圧力すなわちガス室内の静圧はこの流れのため
にベンチュリー効果によって低下する。ガス流量を増大
するほど静圧は低下し、陰極近傍の圧力は、放電管内の
動作圧力より低下することになる。

すなわち、陰極の動作圧力が低下するため、陰極の電界
集中を防止でき、陰極面における電流密度を低下させる
ことができる。

さらに、陰極面積は、レーザガス流に変化を与えること
なく十分大きく設計できるため、放電電流を増したとき
に広い面積を実効的な放電発生表面積として活用できる
。

以」−、レーザガスの乱流等に起因した放電の不安定化
の防止、レーザガスの流量増加に伴う冷却、電界集中の
防止（電流密度の低減）および実効的な放電発生表面積
の増大の相乗により、グロー放電を大きな電気入力にお
いても持続することが可能となり、レーザ出力増大を安
定的に達成することとなる。

実施例の説明この発明の一実施例を第１図および第２図に基づいて説
明する。第１図は、一実施例である炭酸ガスレーザ発生
器の構成図である。

レーザ増幅を行うグロー放電を発生させるためのガラス
など絶縁物で構成された放電管１は、この図では２本来
されている。陽極部２は両数電管１．１に共通しており
、陽極部２と対向して陰極部３，３が配置されている。

陰極部３．３にはガス流入口４．４が連通接続されてお
り、陽極部２にガス排出口５が設けられている。

放電管１．１をはさむように反射鏡６．７が配置され、
光学的共振器を構成している。レーザ出力を取り出す反
射鏡６は出力鏡と呼ばれ、他の反射鏡７は一般的には凹
面反射鏡である。

レーザ媒質ガスは、循環路８，８を通じてブロワ９など
で循環され、放電管１．１の中に流れを形成する。直流
電源ＩＯの正の出力端子は陽極部３に、負の出力端子は
安定化抵抗１１．１１などを介して陰極部３．３に接続
されている。安定化抵抗１１．１１の代わりに、真空管
などを用いて放電電流が一定に保持されるよう定電流回
路を構成することは、グロー放電の安定性を向上するう
えて有効であることは言うまでもない。

以上の構成は、ガス流と放電方向と光共振器中心軸が同
一である三軸同軸型レーザ発生器であり、基本モードＴ
ＥＭ、０モードを得やすい特徴があることはよく知られ
ている。

第２図は陰極部３の拡大断面図である。放電管１の一端
部外側においてこの放電管１と実質的に同軸状でかつ前
記一端部との間に隙間１２を形成する状態で絶縁筒１３
を包囲体１４に連設している。絶縁筒１３の内径は放電
管１の内径と実質的に等しい。

絶縁筒１３の外周面にはこれに密接する筒状の陰極１５
が嵌着されている。陰極１５は銅、ステンレス鋼などの
金属材料で構成されている。

包囲体１４は前記隙間１２および陰極１５を外部空間に
対して気密的に隔離するもので内側にガス室１６を有す
る。このガス室１６が放電管１内部および絶縁筒１３内
部に対し隙間１２を介して連通している。

包囲体１４はまた、ガス流入口４を連通接続するととも
に、反射鏡６，７に連通する光路１７を有している。

放電管１を流れるレーザガスは隙間１２を通ってガス室
１６に入り、陰極１５と静的に接触する。

したがって、陰極１５はガス流に発生する乱流。

衝突などによる局部的圧力変化を受けることが極めて少
なく、ガス流増大による放電の不安定化を防止できる。

一方、ガス流の動圧は流量を増大するほど高くなる。そ
の結果、レーザガスの温度上昇を防ぎ、グロー放電入力
を増大させる。しかも、放電管１中の流れと直角方向の
圧力すなわちガス室１６内の静圧はこの流れのためにヘ
ンチュリー効果によって低下する。ガス流量を増大する
ほど静圧は低下し、陰極１５品動作圧力が低下するため
、陰極１５の電界集中を防止でき、陰極１５の表面にお
ける電流密度を低下させることができる。

さらに、陰極１５の面積は、レーザガス流に変化を与え
ることなく十分大きく設計できるため、放電電流を増し
たときに広い面積を実効的な放電発生表面積として活用
できる。

以上の相乗により、グロー放電を大きな電気入力におい
ても持続することが可能となり、レーザ出力増大を安定
的に達成することとなる。

また、放電管ｌの端面において隙間１２を形成している
絶縁筒１３の開口内径を、放電管１の内径とほぼ同一と
することは、レーザガス流の流れが乱れることを防止し
、陰極１５の近傍の静圧低域に一層の効果がある。

なお、前記両内径は必ずしも同一である必要は０ない。また、陰極１５を絶縁筒１３から離して設けても
よい。

発明の効果この発明によれば、レーザガスの乱流等に起因した放電
の不安定化の防止、レーザガスの流量増加に伴う冷却、
電界集中の防止（電流密度の低減）および実効的な放電
発生表面積の増大の相乗により、グロー放電を大きな電
気入力においても持続することが可能となり、レーザ出
力増大を安定的に達成することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の全体構成図、第２図はそ
の要部の拡大断面図である。１・・・放電管、１２・・・隙間、１３・・・絶縁筒、
１４・・・包囲体、１５・・・陰極、１６・・・ガス室
１第１図

Claims

【特許請求の範囲】（１１放電管の一端部外側においてこの放電管と実質的
に同軸状でかつ前記一端部との間に隙間を形成する状態
で設けた絶縁筒と、この絶縁筒の外側に設けた陰極と、
前記隙間および陰極を外部空間に対して気密的に隔離し
内側にガス室を有する包囲体とを備えたガスレーザ発生
器。（２）前記陰極が筒状でかつ前記絶縁筒の外周面に密接
している特許請求の範囲第（１）項記載のガスレーザ発
生器。（３）前記絶縁筒の内径が前記放電管の内径と実質的に
等しい特許請求の範囲第（１）項記載のガスレーザ発生
器。（４１前記放電管が、その中心軸とガス流の軸と放電方
向の軸の三軸を同一とする三軸同軸型に構成された特許
請求の範囲第（１）項記載のガスレーザ発生器。