JPS6114777A - ガスレ−ザ発生器 - 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 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し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
Ｂ−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？−１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す、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。

グロー放電を不安定とする一つの要因に陰極の性状があ
る。従来のガスレーザ発生器にあっては、加工の表面精
度の関係で陰極表面に凹凸が必ず存在し、これが原因し
て局部電界集中の発生が避けられなかった。また、長時
間のｉ更転で陰極の表面が汚染されてくると、陰極表面
の電子放出能力に局部的変化が発生するという問題があ
った。しかも、陰極降下は、陰極近傍のガス流、圧力分
布からも影響を受けやすく、グロー放電不安定の原因と
なっていた。

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、放電管と、この放電管
の一端部に設けた陰極と、この陰極の表面のうち少なく
ともレーザガス流路に臨む部分を被覆したもので比較的
薄くかつその厚み内に陰極降下部を内包する厚さの絶縁
層とを備えたものである。

この構成において、絶縁層の厚さにつき「比較的薄く」
というのは、陰極からの電子放出能力をあまりにも低減
しすぎることがないようにするために必要な薄さの意で
あることは言うまでもない。

この構成の作用は次のとおりである。すなわち、陰極を
被覆した絶縁層が、陰極表面の凹凸による局部電界集中
を緩和するとともに、長期使用の場合に陰極表面の汚染
を防止して、電子放出能力の局部的変化の発生を防止す
る。したがって、グロー放電を安定化できる。

加えて、絶縁層がその厚み内に陰極降下部を内包してし
まうため、レーザガス中には陰極降下部が存在しないこ
とになる。このため、陰極降下は、陰極近傍のガス流、
圧力分布からの影響を受けることがなく、この意味でも
グロー放電を安定化できる。

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本示
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．ｌ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
型ｉＩ！ｊ！ｌＯ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１１，１．１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
向上するうえで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型中心軸が同
一である三軸同軸型レーザ発生器であり、基本モードＴ
ＥＭ００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ｌの一端
部が包囲体１２に気密的に保持されている。包囲体１２
は、ガス流入口４を連通接続するとともに、反射鏡６，
７に連通する光路を兼ねるレーザガス流路１３を有して
いる。

包囲体１２の内部で放電管１の端部に、表面全体が塗布
やコーティングによる絶縁層１４で密着的に被覆された
環状の陰極１５が保持されている。

陰極１５は、銅、ステンレスなどの金属材料で構成され
ている。

絶縁層１４は、厚すぎては電子放出能力が低減しすぎて
高電圧が必要になり、実用的でない。また、薄ずぎても
電圧降下が大きくなりすぎ、絶縁材料自身の絶縁破壊が
発生する。絶縁ｒｉｌ１４の厚さは、これらのことを考
慮して適正に定めるものとする。一般的な炭酸ガスレー
ザでは０．２〜１．２１程度の厚さが適当である。

Ｉ６は放電管１における光路を兼ねるレーザガス流路で
ある。

陰極Ｉ５を被覆した絶縁層Ｉ４が、陰極１５の表面の凹
凸による局部電界集中を緩和するとともに、長期使用の
場合に陰極１５の表面の汚染を防止して、電子放出能力
の局部的変化の発生を防止する。したがって、グロー放
電を安定化できる。

加えて、絶縁層１４がその厚み内に陰極降下部を内包し
てしまうため、レーザガス中には陰極隆下部が存在しな
いことになる。このため、陰極降下は、陰極近傍のガス
流、圧力分布からの影響を受けることがなく、上記の作
用とも相まって、グロー放電を著しく安定化することが
できる。

このように、陰極に絶縁材料を塗布もしくはコーティン
グするだけで、局部電算集中による放電不安定、アーク
移行を防止でき、ガス流量の太きい状態においても、安
定したグロー放電を保ちつつ電気入力を増大でき、レー
ザ出力の増大を図れるのである。

なお、絶縁層１４を陰極１５の全面に被覆することに代
えて、陰極１５のうちレーザガス流路１３に臨む部分に
のみ被覆したものでもよい。また、陰極１５の断面形状
は、矩形のほか、円形、楕円形など任意である。

発明の効果 この発明によれば、陰極に絶縁層を被覆するだけの簡単
な構成でありながら、局部電界集中および陰極降下を防
止でき、ガス流量の大きい状態においても、安定したグ
ロー放電を保ちつつ電気入力を増大でき、したがって、
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］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、１４・・・絶縁層、】訃・・陰極第１
図 １２　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電管と、この放電管の一端部に設けた陰極と、
   この陰極の表面のうち少なくともレーザガス流路に臨む
   部分を被覆したもので比較的薄くかつその厚み内に陰極
   降下部を内包する厚さの絶縁層とを備えたガスレーザ発
   生器。
2. （２）前記陰極が環状でかつその全表面を前記絶縁層で
   被覆してある特許請求の範囲第（１）項記載のガスレー
   ザ発生器。
3. （３）レーザガスが炭酸ガスであり、前記絶縁層の厚さ
   が０．２〜１．２ｍｍ程度である特許請求の範囲第（１
   ）項記載のガスレーザ発生器。
4. （４）三軸同軸型に構成してある特許請求の範囲第（１
   ）項記載のガスレーザ発生器。