JPS60260172A - 無声放電励起レ−ザ - Google Patents

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〕 本発明は、無声放電を励起源とするレーザに関し、詳し
くは放電電極に被覆される誘電体の改良に関する。

〔従来の技術〕

無声放電励起レーザの放電電極に被覆される誘電体には
、絶縁性、耐圧性（絶縁強度）、緻密性、耐熱性等が要
求される。そこで従来のこの種のレーザでは、上記誘電
体としてホウケイ酸ガラス、鉛ケイ酸ガラス、マイカ、
ホーロー等の耐熱ガラス系の材料を使用している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

レーザ出力の増大を図る上では、後述するように上記誘
電体の厚みを薄くすることが望ましい。

しかし上記耐熱ガラス系の誘電体は、８ｏｏμｍ程度の
厚みをもたさないと絶縁破壊を引きおこす虞れがあった
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来よりも放電電極の被覆を薄くすることが
できる無声放電励起レーザを提供しようとするものであ
り、そのため本発明では上記被覆用の誘電体として結晶
化ガラスを使用・している。

〔作用〕

結晶化ガラスで放電電極を被覆した本発明に係るレーザ
は、上記被覆の硬度、耐熱性が従来のし−ザに比して優
れている。

〔実施例〕

まず、無声放電励起レーザの一般的な構成を示した第１
図を参照して、同レーザについての考察を行なう。なお
同図（ａ）　、　（ｂ）は各々同レーザの正面゛と側面
を示している。

同図において、一対の放電電極２，３はその一方または
双方が誘電体により被覆されている。いま、周波数ｆの
交流電源１の出力が一対の放電電極２，３間に印加され
ると、放電空間４に無声放電が生じ、この放電は同空間
４部分に封入されているレーザ媒質ガス５を励起する。

この結果、全反射鏡６と部分透過鏡７からなる光共振器
の間でレーザ発振が生起され、その発振光の一部がレー
ザ光として上記部分透過鏡７より取出される。このとき
、上記レーザ媒質ガスはブロア８によって放電空間４を
数１０〜数ｘｏｏｍ／ｓの速度で通過したのち熱交換器
９で冷却され、再び上記放電空間４へ送り込まれる。

上記無声放電は誘電体を介した交流放電であるから、誘
電体によるキャパシティブ・バラスト効果によってその
放電の安定性が保証される。つまり、誘電体表面での２
次電子機構がないので、ＤＣグロー放電のようにアーク
放電への転移の恐れがない。したがって、放電空間４に
安定に注入できる電力Ｗｄが大きく、それによってレー
ザ出力Ｗｒの増大が期待できる。

レーザ出力Ｗｒと放電電力Ｗｄの関係は、レーザ発振を
生起するための最低放電電力をｗＴＨ（発振閾値電力）
とすると、 Ｗｒ＝ηｏ（Ｗｄ−ＷＴａ）　・・・・・・・・・・・
・・・　（１）ここに、η０；微分効率 と表わされる。そして放電電力Ｗｄは下式により与えら
れる。

Ｗｄ＝π・ｆ−Ｃｄ・■ｄ−Ｖ々Ｊ］フー・・・（２）
ここに、ｆ　；印加電圧の周波数 Ｃｄ；誘電体の静電容量 ■ｄ；平均放電維持電圧 ■ｍ；印加電圧ピーク値 上式（２）のｃｄ・ｖｄは、各々 但し、Ｓ　；放電面積 Ｅｄ：誘電体の誘電率 ス　；誘電体の厚み Ｅｄ；放電時の平均電界強度 ｄ　；電極間ギャップ長 と表わされ、したがって放電電力密度〃ｄは・・・・・
・・・・・・（４） と表わされる。それ故、レーザ装置の形状を大きくする
ことなく、レーザ出力Ｗｒを増大するためには、つまり
、装置の単位容積当りの出力を増すためには、放電電界
強度耀ｄを増加させる必要がある。

この放電電力密度Ｗ、ｔの増加方法としでは、（４）式
より、 １）電源周波数ｆを高く、する。

ｌｌ）誘電体誘電率、６ｄを大きくする。

１ｌｌ）誘電体の被覆厚みズを小さくする。

ｌｖ）放電電界強度Ｅｄを大きくする。

■）印加電圧ピーク値Ｖｍを大きくする。

等が考えられるが、周波数ｆは実用的な値では１００　
ＫＨｚ程度が限界であり、伝送ケーブルや電源内部の変
圧器等の損失、さらに漏洩電波の問題などを考慮した場
合、むしろ低くする方が望ましい。また、ｌｖ）　、　
ｖ）の方法、つまりＥｄ、Ｖ仇を大きくすることは、絶
縁の関係から装置の大型化につながり好ましくない。さ
らに、誘電体誘電率εｄの増大に関しては、誘電体とし
てセラミックもしくは強誘電性結晶化ガラス等の高誘電
率材料を用いることになるが、セラミックは、本質的に
多孔質であるため、金属等への被覆時に絶縁耐圧が低下
するという欠点をもち、また強訪電性結晶化ガラスは被
覆が困難で、かつ材質にもよるが耐熱性が劣るなどの欠
点を有することから、実用的ではない。

結局、最も有効な放電電力密度の増大方法は、前記山）
の誘電体の被覆厚み差を小さくするということになる。

ところで、上記誘電体の厚みスを一定限度以上薄くする
と、誘電体表面の電流密度が増加して温度上昇が激しく
なり、また荷電粒子（電子やイオン）の衝突による誘電
体表面の浸食によって絶縁耐力が低下する。ガラスの一
般的な特性としで、温度の上昇に伴って誘電率が高くな
るという傾向をもつ。したがって従来のこの種のレーザ
の誘電体に使用されている耐熱ガラスは、その厚みをた
とえば８００μｍ以下程度とした場合に次のような問題
を生じることがあった。すなわち、上記温度上昇による
誘電率の増加や浸食による厚みの減少が部分的に発生す
ると、その部分の電流密度が増加して更に温度上昇や浸
食が進み、そして電流密度がある閾値を越すとかかる現
象が正帰還的に進展して、短時間に絶縁破壊を引き起こ
すことがあった。

本発明では、上記厚みｌを可及的に薄くすることができ
る誘電体材料として結晶化ガラスを見出し、これを前記
電極２，３に被覆するようにしている。

すなわち、第２図に実施例を示す如く、鋼管からなる電
極２．３の周囲に上記結晶化ガラスからなる誘電体１０
を被覆している。なお、各電極２゜３中には冷却水が循
環される。

この実施例に使用している結晶化ガラスは、ＳｉＯ□−
ＡＩ２０３　Ｌ１２０をベースとし、これに膨張係数の
調整や該形成のためのＲ２０＋ＲＯ。

ＴｉＯ２，Ｂ、０．を適量加えた成分を有する。なお、
Ｒはに、Ｃ，などのアルカリおよびアルカリ土類金属を
示す。

かかる成分を有する結晶化ガラスは、その析出結晶が２
ケイ酸リチウム（Ｌｉ、０・２ＳｉＯ，）であるが、硬
度２機械強度、耐熱性の増大を目的として用いられる一
般的な結晶化ガラスであれば、その結晶組成には拘泥さ
れることなく本発明に適用しうる。この結晶化ガラスは
、従来の代表的な誘電体材料である耐熱ガラスに比して
、硬度、耐熱性ともにすぐれた特性をもっており、した
がってその被覆厚さは従来のｂ〜１／、　にすることが
可能である。

第４図は、上記電極２，３に厚さ３００μｍおよび７０
０μ解の結晶化ガラスを被覆した場合の印加電圧ピーク
値−放電電力特性と、同電極に厚さ１２００μｍのパイ
レックスガラス（耐熱ガラス）を被覆した場合の同特性
を例示している。同図から明らかなように、結晶化ガラ
スを電極の被覆材料に使用すればその厚さを従来よりも
薄くして、放電電力Ｗｄを飛躍的に増大させることがで
きる。

そして同図は、従来と同等のレーザ出力値を得る場合に
、従来よりも電源周波数を低くすることができること、
もしくは電源電圧を低くして装置を小型化しうることを
示唆している。

なお、実施例では双方の電極２．３に結晶化ガラスから
なる誘電体１０を被覆しているが、もちろん一方の電極
のみに被覆を施すようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、上述するように放電電極を結晶化ガラスから
なる誘電体で被覆している。上記結晶化ガラスは耐熱ガ
ラス系の誘電体に比して硬度、耐熱性が共に優れている
ので、同一条件化で使用する場合、その厚みを従来の誘
電体よりも薄くすることができる。それ故、本発明によ
れば、従来の無声放電励起レーザよりもレーザ出力の向
上を図ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は無声放電励起レーザの一般的な構成を例示した
概念図であり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）は
その側面図、第２図は本発明に係る無声放電励起レーザ
に適用する放電電極の被覆構造を示した断面図、第３図
は放電電極に印加される電圧のピーク値と放電電力との
関係を例示したグラフである。 １・・・交流電源、２，３・・・放電電極、５・・レー
ザ媒質ガス、１０・結晶化ガラスからなる誘電体。 第２図 第３図 ｔｏｎｍｂ巳ヒー−クイ！Ｖｍ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともいずれか一方を誘電体で被覆した１対
   の放電電極を備え、これらの電極間に生じる無声放電を
   励起源としてレーザ発振を行なう無声放電励起レーザに
   おいて、上記誘電体として結晶化ガラスを使用したこと
   を特徴とする無声放電励起レーザ。
2. （２）上記誘電体の厚みを７００μｍ以下とした特許請
   求の範囲第（１）項記載の無声放電励起レーザ。