JPS6114781A

JPS6114781A - ガスレ−ザ発生器

Info

Publication number: JPS6114781A
Application number: JP13580984A
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: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1986-01-22

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−・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、放電管内におり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。

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に設４ノた筒状の陰
極と、この陰極の内部にこの陰極と実質的に同軸状に設
けた有孔筒状の導電体と、これら陰極と導電体とをその
両端において支持する絶縁体と、前記陰極と導電体との
隙間から前記導電体の孔を通してレーザガスを内側へ供
給するために前記両絶縁体の少なくとも一方に形成した
ガス穴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、有孔筒
状の導電体は筒状の陰極と同軸状であるから、陰極と導
電体との間には導電体の面に垂直な電界が生じる。すな
わち、求心方向の電界である。

導電体は、その導電性のために電荷の集中がなく、前記
電界は均一なものとなる。

陰極から放出された電子は、このような均一な電界によ
って加速され、導電体の孔を通過してレーザ増幅領域に
至る。このレーザ増幅領域に供給された電子は、均一電
界に基づくものであるから、導電体内側の電荷分布も均
一化される。

したがって、電界の局部集中が防止され、アーク放電へ
の移行が阻止され、グロー放電を安定的に維持すること
となる。

さらに、ガス穴から陰極と導電体との隙間に流入したレ
ーザガスは、導電体の孔を通してレーザ増幅領域に流入
する。このレーザガスの流れが、前述のレーザ増幅領域
に入った電子を導電体の内表面からレーザ増幅領域の中
心部に移動させる。

そのため、このようなレーザガスの流れのない場合に比
べて電荷分布がより均一なものとなる。

また、絶縁体で保持されている導電体は放電によって熱
エネルギーを与えられ温度上昇するが、前記のレーザガ
スの流れが、導電体を冷却することになるため、放電体
積の減少を防止しレーザ出力を高く維持する。

そして、以上の電界集中の防止（電流密度の低減）およ
び冷却による放電体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ｌ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１．１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、伯の反射鏡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を通してブロワ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１０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先具振器中心軸が同
一である三軸同軸型レーザ発生器であり、基本モードＴ
ＥＭＯＯモードを得やすい特徴か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
記一端部との間に絶縁体１２を介在した状態で円筒状の
陰極１３を設けである。この陰極１３の内径は放電管１
の内径よりも大きい。

陰極１３の他端側も絶縁体１４に支持され、この絶縁体
１４にレーザ筒１５が支持されている。

陰極１３の内側において、陰極１３と実質的に同軸の状
態で網状の導電体１６が、両側の絶縁体１２．１４に支
持された状態で設けられている。

この導電体１６は通常、金属の網でつくられるが、これ
以外に導電性をもつ半導体、カーボン、ペロブスカイト
酸化金属などでつくってもよい。また、導電体１６とし
ては、円筒体に穿孔したものでもよい。陰極１３は銅、
ステンレス鋼などの金属＋Ａ料でつくられている。

導電体１６の外径は陰極１３の内径よりも小さく、両者
間には筒状の隙間１９が形成されている。

また、導電体１６の内径は放電管１の内径と実質的に等
しい。

２つの絶縁体１２．１４のうち、レーザガスＦの流れ方
向の上手側の絶縁体１４に、周方向で複数個のガス穴１
７が形成されている。このガス穴１７は、陰極１３と導
電体１６の隙間１９に連通している。

網状の導電体１６は筒状の陰極１３と同軸状であるから
、陰極１３と導電体１６との間には導電体の面に垂直な
電界Ｅが生じる。導電体１６は、その導電性のために電
荷の集中がなく、前記電界Ｅは均一なものとなる。

陰極１３から放出された電子ｅは、このような均一な電
界Ｅによって加速され、導電体１６の孔１８を通過して
レーザ増幅領域Ａに至る。このレーザ増幅領域Ａに供給
された電子ｅは、均一電界Ｅに基づくものであるから、
導電体１６内側の電荷分布も均一化される。

さらに、ガス穴１７から陰極１３と導電体１６との隙間
１９に流入したレーザガスＦは、導電体１６の孔１８を
通してレーザ増幅領域Ａに流入する。このレーザガスＦ
の流れが、前述のレーザ増幅領域Ａに入った電子ｅを導
電体１６の内表面からレーザ増幅領域Ａの中心部に移動
させる。

そのため、このようなレーザガスＦの流れのない場合に
比べて電荷分布がより均一なものとなる。

また、絶縁体１２．１４で保持されている導電体１６は
放電によって熱エネルギーを与えられ温度上昇するが、
前記のレーザガスＦの流れが、導電体１６を冷却するこ
とになるため、放電体積の減少を防止しレーザ出力を高
く維持する。

発明の効果この発明によれば、電荷の供給を均一電界のもとで行い
、かつレーザガスにより電荷をレーザ増幅領域中心に移
動させるため、レーザ増幅領域においても電界集中の充
分な防止（電流密度の低減）が図られ、さらに、レーザ
ガスにより導電体を冷却して放電体積の減少を防止する
ことにより、全体として、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、第３図は作用説明図である。１・・・放電管、１２．１４・・・絶縁体、１３・・・
陰極、１６・・・導電体、１７・・・ガス穴、１８・・
・孔、１９・・・隙間、Ｆ・・・レーザガス第１図第２図ｅ１３第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放電管の一端部外側においてこの放電管と実質的
に同軸状に設けた筒状の陰極と、この陰極の内部にこの
陰極と実質的に同軸状に設けた有孔筒状の導電体と、こ
れら陰極と導電体とをその両端において支持する絶縁体
と、前記陰極と導電体との隙間から前記導電体の孔を通
してレーザガスを内側へ供給するために前記両絶縁体の
少なくとも一方に形成したガス穴とを備えたガスレーザ
発生器。
（２）前記導電体が、網を円筒状に巻いたものである特
許請求の範囲第（１）項記載ガスレーザ発生器。
（３）前記導電体が、円筒体に複数の孔を穿設したもの
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）前記導電体が、金属、半導体、カーボン、ペロブ
スカイト酸化金属のうちの何れかでつくられたものであ
る特許請求の範囲第（１）項記載のガスレーザ発生器。
（５）前記ガス穴が前記両絶縁体のうち、レーザガス流
れ方向の上手側の絶縁体に形成されている特許請求の範
囲第（１）項記載ガスレーザ発生器。
（６）前記導電体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。
（７）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。