JPS62126683A - Gas laser device - Google Patents
Gas laser deviceInfo
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- JPS62126683A JPS62126683A JP26506285A JP26506285A JPS62126683A JP S62126683 A JPS62126683 A JP S62126683A JP 26506285 A JP26506285 A JP 26506285A JP 26506285 A JP26506285 A JP 26506285A JP S62126683 A JPS62126683 A JP S62126683A
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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
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
- H01S3/041—Arrangements for thermal management for gas lasers
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- Lasers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は交流放電を励起源とする無声放電励起レーザ
において、coのエネルギ緩和時発生する光を増幅して
レーザ光として取出すガスレーザ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to a gas laser device that amplifies light generated during energy relaxation of co and extracts it as laser light in a silent discharge pumped laser using alternating current discharge as an excitation source.
従来の技術
従来レーザ媒質カスにCOを使用したCOレーザの放電
励起方式としては、自己持続直流グロー放電励起方式及
び電子ビーム制御放電励起方式などが公知である。BACKGROUND OF THE INVENTION Conventional discharge excitation systems for CO lasers using CO as the laser medium dregs include a self-sustaining DC glow discharge excitation system and an electron beam controlled discharge excitation system.
発明が解決しようとする問題点
上記自己持続直流グロー放電励起方式は、陽極電極と陰
極電極の間に直流高圧電源を印加して両電極間にグロー
放電を発生させ、かつ放電空間を挾んで対向するよう設
置され九共振器内でレーザ媒質ガスを励起して、レーザ
光を取出すようにしたもので、連続かつ安定したレーザ
発振を得る几めには、安定し几グロー放電が必要となる
。Problems to be Solved by the Invention The self-sustaining DC glow discharge excitation method described above applies a DC high-voltage power source between the anode electrode and the cathode electrode to generate a glow discharge between the two electrodes, and the two electrodes face each other with a discharge space in between. It is designed to excite the laser medium gas within the nine resonators and extract the laser light, and in order to obtain continuous and stable laser oscillation, a stable and steady glow discharge is required.
従来では安定したグロー放電を得るために、イオン流に
よる陰極上の2次機構によシ放電状態を維持しているが
、この方法では、ガスの温度が上昇する。Conventionally, in order to obtain a stable glow discharge, the discharge state is maintained by a secondary mechanism on the cathode using an ion flow, but in this method, the temperature of the gas increases.
しかしCOレーザでは励起にガスのm度が大きく関与す
ることから、レーザ媒質ガスは低温のものが必要とカシ
、上記自己持続直流グロー放電励起方式では、能力の大
きな冷却装置を用いてレーザ媒質ガスを冷却しなければ
ならないため、設備費が嵩むと共に、安定したグロー放
[を得るための制約も多いなどの不具合がある。However, in the case of a CO laser, the temperature of the gas has a large influence on the excitation, so the laser medium gas needs to be at a low temperature. This increases the cost of equipment because it has to be cooled, and there are many restrictions on obtaining stable glow emission.
また電子ビーム制御放電励起方式は上記自己持続直流グ
ロー放電励起方式に比べて励起部分の構造が複雑で、か
つ電子ビーム透過膜の寿命が数百時間であるなど、実用
性の点で上記自己持続直流グロー放電励起方式に劣るな
どの不具合がある。Furthermore, compared to the self-sustaining DC glow discharge excitation method described above, the structure of the excitation part of the electron beam controlled discharge excitation method is more complex, and the lifespan of the electron beam transmission film is several hundred hours. It has some disadvantages, such as being inferior to the DC glow discharge excitation method.
この発明は上記両方式の不具合を改善したガスレーザ発
生装置を提供することを目的とする。The object of the present invention is to provide a gas laser generator that improves both of the above-mentioned problems.
問題点を解決するための手段及び作用
COガスにN2 m H’ # 01 * X−の少な
くとも1種類を混合したレーザ媒質ガスを封入した気密
室内に、放電空間を介して電極を対設し、かつこれら電
極の間に誘電体を設けると共に、上記各電極の間に交流
電源を印加して放電空間に無声放電を発生させ、この無
声放電によシ放電空間のレーザ媒質ガスを励起すること
によシ、安定かつ均一なレーザ発振が得られるようにし
たガスレーザ装置。Means for Solving Problems and Working Electrodes are disposed opposite each other through a discharge space in an airtight chamber filled with a laser medium gas in which at least one type of N2 m H'# 01 * X- is mixed with CO gas, A dielectric material is provided between these electrodes, and an AC power source is applied between each of the electrodes to generate a silent discharge in the discharge space, and the laser medium gas in the discharge space is excited by this silent discharge. A gas laser device designed to provide stable and uniform laser oscillation.
実 施 例
この発明の一実施例を図面を参照して詳述する。図にお
いて夏ばCOレーザ媒質ガスが封入された気密容器で、
この気密容器1内の上部に上下方向へ離間して一対の電
極2.3が設置されている。これら電極2.3は第3図
(イJに示すように金属電極2α、3αの互に対向する
面に固体誘電体2b 、3bを設りた構造か、第3図(
ロ)に示すように金属電極2cL、3αの一方21Zに
のみ固体誘電体2bt−設けた構造、もしくは各金属電
極2α、3−aの間に固体誘電体2b。Embodiment An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the figure, in summer, it is an airtight container filled with CO laser medium gas.
A pair of electrodes 2.3 are installed at the upper part of the airtight container 1, spaced apart from each other in the vertical direction. These electrodes 2.3 may have a structure in which solid dielectrics 2b and 3b are provided on mutually opposing surfaces of metal electrodes 2α and 3α as shown in FIG.
As shown in b), a solid dielectric 2bt is provided only on one 21Z of the metal electrodes 2cL and 3α, or a solid dielectric 2b is provided between each metal electrode 2α and 3a.
3bを設けた構造となっていて、これら電極2゜3の間
には、周波数fの交流電源4が印加されている。これに
よって各電極2.3間の放電空間5に無声放電が発生し
て、放電空間に存在するCOレーザ媒質ガスが励起され
、上記放電空間を挾んで対向するように設置された全反
射鏡6cLと、部分反射鏡6bとよりなる光共撮器6間
でレーザ媒質ガスが励起される。そしてこの発振光の一
部がレーザ光10として部分反射鏡6bよシ気密容器1
外へと取出されるようになっている。3b, and an AC power source 4 of frequency f is applied between these electrodes 2.3. As a result, a silent discharge is generated in the discharge space 5 between each electrode 2.3, and the CO laser medium gas present in the discharge space is excited, and total reflection mirrors 6cL are installed to face each other across the discharge space. The laser medium gas is excited between the optical co-imager 6 and the partial reflecting mirror 6b. A part of this oscillation light is transmitted as a laser beam 10 to the airtight container 1 through the partially reflecting mirror 6b.
It is designed to be taken outside.
一方上記気密容器1の内底部には送風機7及び熱交換器
gが対設されていて、放電空間5内のCOレーザ媒質ガ
スば送風機7により熱交換器εへ循環され、熱交換器8
で冷却された後再び放電空間5へ循環されるように構成
されている。On the other hand, a blower 7 and a heat exchanger g are disposed opposite to each other at the inner bottom of the airtight container 1, and the CO laser medium gas in the discharge space 5 is circulated to the heat exchanger ε by the blower 7.
After being cooled down, it is configured to be circulated again to the discharge space 5.
次に作用を説明すると、気密容器1内に封入されたCO
レーザ媒質ガスとして上記実施例では次の成分範囲のも
のを使用し友。Next, to explain the effect, the CO sealed in the airtight container 1
In the above embodiment, a laser medium gas having the following composition range was used.
C02〜10%、N、8〜20%、Hg’lO〜90%
。C02~10%, N, 8~20%, Hg'lO~90%
.
0.0〜5チ
しかし必ずしもCOに上記3種類のアシストガスを混合
する必要は彦く、HC″!、たはN! もしくはXeや
01などを単独で混入してもよい。However, it is not always necessary to mix the three types of assist gases mentioned above with CO; HC"!, N!, Xe, 01, etc. may be mixed alone.
交流電源4の印加された各電極2.3間に無声放電が発
生し、これら電極2.3間の放電空間5のCOレーザ媒
質ガスが励起されてレーザ発振が生じることは前述した
が、各電極2.3間に交流電源4を印加した場仕、電子
温度のみが上昇して、ガス分子温度は余シ上昇しないた
め、安定した非平衡放電が実現できるものであるが、こ
れは印加する交流電源4の周波数が比較的高い場合であ
フ、電極2.3間の間隔にもよるが、通常その周波数f
は1oOKHz程度である。As mentioned above, a silent discharge occurs between the electrodes 2.3 to which the AC power supply 4 is applied, and the CO laser medium gas in the discharge space 5 between these electrodes 2.3 is excited to generate laser oscillation. When the AC power source 4 is applied between the electrodes 2 and 3, only the electron temperature increases and the gas molecule temperature does not increase further, so a stable non-equilibrium discharge can be realized. This is the case when the frequency of the AC power source 4 is relatively high.It depends on the spacing between the electrodes 2.3, but usually the frequency f
is about 1oOKHz.
それ以下の周波数では波高値が直流電圧に等しいと考え
たときと全く同じ状態である。At frequencies below that, the situation is exactly the same as when the peak value is considered to be equal to the DC voltage.
次にこうした現象を理解するために、各電極2.3間に
おける電子及びイオンの運動について考えると、いま電
極2.3間の間隙長をdとした場合、μt:イオンの移
動度、μe:電子の移動度 とするとE■ω大なる交流
電界中でのイオン及び電子の速度1)1.tleはIJ
i−μi E僚ω大 ・・−(1)シe−μgBcos
ω大 ・・暖・・・(2)と々る。Next, in order to understand this phenomenon, consider the movement of electrons and ions between the electrodes 2.3. If the gap length between the electrodes 2.3 is d, μt: ion mobility, μe: Electron mobility: E■ωVelocity of ions and electrons in a large alternating electric field 1) 1. tle is IJ
i-μi E cos ω large...-(1) C e-μgBcos
ω large...warm...(2) Too much.
正イオン、電子の位置をxi、xe として、これらの
両辺を積分すると、
xi−fvid大−’、’ ” 5ina+ 大・・・
・・・(31よってイオン、電子の移動距離tLi、t
ieはd、、2piB ・・・・・・(5]d、−2
st E 、・・・・・、6゜となる。Letting the positions of positive ions and electrons be xi and xe, and integrating both sides, we get xi-fvid large-',''' 5ina+ large...
...(31 Therefore, the moving distance tLi, t of ions and electrons
ie is d,,2piB...(5]d,-2
st E, 6 degrees.
2μCE 2μiE
、 >61 > 、 のとき電極に到達する正イオ
ンの数は極端に少なくなシ、正イオンのほとんどが電極
2,3内に滞留する工うになる。この状態では、正イオ
ンはほとんど移動せず、電子のみが移動している。従っ
てガス温度の上昇は少なく、陰極における発熱量も少な
くなる。When 2μCE 2μiE , >61 > , the number of positive ions reaching the electrode is extremely small, and most of the positive ions stay within the electrodes 2 and 3. In this state, almost no positive ions move, and only electrons move. Therefore, the rise in gas temperature is small and the amount of heat generated at the cathode is also small.
またアーク放電は正イオンによる陰極での2次機構が支
配的であることから、この周波数領域では交流放電はア
ーク放電に移行しにくい。Further, since arc discharge is dominated by a secondary mechanism at the cathode caused by positive ions, AC discharge is difficult to transition to arc discharge in this frequency range.
さらに間隙内の正イオンによる空間電荷作用によって放
電維持電圧も下がる。Furthermore, the discharge sustaining voltage also decreases due to the space charge action caused by positive ions within the gap.
従って2ttaB 〉ω〉2siB の条件を満足する
cl d
ような周波数の設定を行うことによシ、安定した無声放
電の維持が可能となる。Therefore, by setting a frequency such as cl d that satisfies the condition 2ttaB > ω > 2siB, stable silent discharge can be maintained.
例えばHeガスI OTOrr中でグロー放電を行なう
場会、 Ha+イオンの移動度 μiがμt’ 司oa
m”/V、Sであることから、電界Eを二〇、 l K
’V1511とし電極2.3の間隙長ctユ2副のとき
、また電荷粒子が電子の場会μg−4x I O”m”
/V、 8であるから、周波数fを6.4MHz >
f > 16KHz に設定すればよいことになる。For example, when glow discharge is performed in He gas IOTOrr, the mobility μi of Ha+ ions is μt' oa
m”/V, S, the electric field E is 20, l K
'V1511, when the gap length of the electrode 2.3 is ct 2, and the charged particle is an electron field μg-4x I O"m"
/V, 8, so the frequency f is 6.4MHz >
It is sufficient to set f>16KHz.
1方電極2,3間に誘電体を設けて、各電極2.3間に
交流電圧を印加した無声放電においては、上記のような
交流放電特性を有し、かつ誘電体を設けることによって
電子の流れを抑制すると共に、化学反応が起きやすい状
況が得られる。これは電気的にみると、針対面の瞬間放
電と大差のないものであって、電気工学において絶縁物
の放電劣化の原因として扱われている部分放電と同等の
ものである。Silent discharge in which a dielectric is provided between the electrodes 2 and 3 on one side and an alternating current voltage is applied between each electrode 2 and 3 has the above-mentioned alternating current discharge characteristics, and by providing the dielectric, the electron In addition to suppressing the flow of water, a situation is created in which chemical reactions are more likely to occur. From an electrical point of view, this is not much different from an instantaneous discharge on the face of a needle, and is equivalent to partial discharge, which is treated as a cause of discharge deterioration of insulators in electrical engineering.
また各電極2.3間に印加される交流の周波数は通常5
0 H!〜数十KEz であシ、この範囲では周波数
による放電形態の変化はなく、また電極2.3間に設け
られた誘電体の作用によシ、放電の局部的か集中のない
一様な放電分布が得られると共に、誘電体が破壊されな
いかぎシ、グローやアークのような発達した放電に移行
することもなく、安定した無声放電による温度上昇の少
ない均一な放電が可能となる。Also, the frequency of the alternating current applied between each electrode 2.3 is usually 5
0 H! ~ several tens of KEz. In this range, the discharge form does not change depending on the frequency, and due to the action of the dielectric provided between the electrodes 2 and 3, the discharge is localized or uniform without concentration. In addition to obtaining a uniform discharge distribution, the dielectric is not destroyed and the discharge does not shift to a developed discharge such as a glow or an arc, and a uniform discharge with little temperature rise is possible due to stable silent discharge.
なお上記実施例では3軸直交型のレーザ発生装置につい
て説明したが、これに限らず同軸型や2軸直交型のレー
ザ発生装置にも適用できるものである。In the above embodiments, a three-axis orthogonal type laser generator has been described, but the present invention is not limited to this, and can also be applied to a coaxial type or two-axis orthogonal type laser generator.
発明の効果
この発明は以上詳述したように、各電極間に無声放電を
発生させてCOレーザ媒質ガスを励起させ、放電空間を
挾んで対峙させた共振器内でレーザ発振を起させるよう
にしたもので、高周波放電を用いるため、レーザ媒質ガ
スの温度上昇を少なくできる。これによってレーザ媒質
ガスの冷却能力が小さい冷却装置が採用できるため経済
的であると共に、装置自体の小型化も図れるようになる
。また安定かつ均一な放電によって、発生されるCOガ
スレーザの出力を安定させることができることから、効
率及び信頼性が一段と向上すると共に、電極間に設けら
れた誘電体によってアーク放電への移行ができるため、
装置寿命も飛躍的に向上する。Effects of the Invention As described in detail above, this invention generates a silent discharge between each electrode to excite the CO laser medium gas, and causes laser oscillation in a resonator that faces each other with a discharge space in between. Since high-frequency discharge is used, the temperature rise of the laser medium gas can be reduced. This makes it possible to employ a cooling device with a small cooling capacity for the laser medium gas, which is economical, and also allows the device itself to be made smaller. In addition, stable and uniform discharge can stabilize the output of the generated CO gas laser, further improving efficiency and reliability, and the dielectric provided between the electrodes allows transition to arc discharge. ,
Equipment life is also dramatically improved.
刃面はこの発明の一実施例を示し、第1図は気密室内部
の正面図、第2図は同側面図、第3図ヒ】、(ロ)、(
ハ)は電極のそれぞれ異なる実施例を示す説明図である
。
1は気密室、2.3は電極、2b、3bは誘電体、4は
交流電源、5は放電空間。The blade surface shows one embodiment of the present invention; FIG. 1 is a front view of the inside of the airtight chamber, FIG. 2 is a side view of the same, and FIG.
C) is an explanatory diagram showing different embodiments of electrodes. 1 is an airtight chamber, 2.3 is an electrode, 2b and 3b are dielectrics, 4 is an AC power source, and 5 is a discharge space.
Claims (1)
種類を混合したレーザ媒質ガスを封入した気密室1内に
、放電空間を介して電極2、3を対設し、かつこれら電
極2、3の間に誘電体2b、3bを設けると共に、上記
各電極2、3の間に交流電源4を印加して放電空間5に
無声放電を発生させ、この無声放電により放電空間5の
レーザ媒質ガスを励起することを特徴とするガスレーザ
装置。At least one of N_2, He, O_2, and Xe in CO gas
Electrodes 2 and 3 are arranged opposite to each other with a discharge space interposed in an airtight chamber 1 filled with a mixed type of laser medium gas, and dielectrics 2b and 3b are provided between these electrodes 2 and 3. A gas laser device characterized in that an AC power source 4 is applied between electrodes 2 and 3 to generate a silent discharge in a discharge space 5, and a laser medium gas in the discharge space 5 is excited by the silent discharge.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26506285A JPS62126683A (en) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | Gas laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26506285A JPS62126683A (en) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | Gas laser device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62126683A true JPS62126683A (en) | 1987-06-08 |
Family
ID=17412054
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26506285A Pending JPS62126683A (en) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | Gas laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62126683A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0412582A (en) * | 1990-05-01 | 1992-01-17 | Sangyo Souzou Kenkyusho | Co laser apparatus |
-
1985
- 1985-11-27 JP JP26506285A patent/JPS62126683A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0412582A (en) * | 1990-05-01 | 1992-01-17 | Sangyo Souzou Kenkyusho | Co laser apparatus |
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