JPS62214685A - ガスレ−ザ発振器の放電装置 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明はガスレーザ発振器の放電装置に係り、さらに
詳細にはパルス放電を行なうためのガスレーザ発振器の
放電装置に関する。

［従来の技術Ｊ 従来より、例えばレーザ加工の加工能率を向上させるた
めのパルスビームを出力するガスレーザ発振器が知られ
ている。

このレーザ発振器には、レーザ媒質であるガス流をパル
ス的に励起するためにパルス放電装置が設けられている
。かかるパルス放電装置は、従来、ガス流中の放電領域
に適宜の放電電極を設けると共に、この放ｌ！電極に、
あらかじめ電極間に放電路を形成しておくためのシマー
電源回路とパルス電圧を印加するためのパルス電源回路
とを接続して構成されるのが一般であった。したがって
、該パルス放電装置に於ては、シマー電圧によりあらか
じめ放電路が形成されるとともに、該電圧に加えてパル
ス電圧が重畳・印加され、その結果前記電極間にレーザ
発振のためのしきい値電流より大きい電流が流されると
、レーザ光がパルス的に発振するようになっている。

ところが、このようなパルス放電装置においては、パル
ス電圧発生時に大きな電力が消費されるため、大言１の
パルス電源回路を必要とし、従って複雑な回路構成とな
らざるを得なかった。

［発明の目的］ この発明の目的は、前記従来装置の問題点を解決するこ
とであり、小エネルギー消費の制御手段で、大電力のパ
ルス放電を発生させ、大出力のパルスレーザ光を容易に
発振させることができるガスレーザ発振器の放電装置を
提供することである。

この発明の他の目的は、レーザ媒質であるガス流に所定
電圧を印加しながら、該ガス流中のイオン密度をパルス
的に増減させることによりパルスレーザ光を発振させる
ことができるガスレーザ発振器の放電装置を提供するこ
とである。

［発明の概要］ この発明のガスレーザ発振器の放電装置は、前記目的を
達成するため、放電空間内に設けられた正負の１放１ｉ
電極と、レーザ発振に必要なしきい値電力より少し小さ
い電力を前記主放電電極に供給することができる放電回
路と、前記正負の主放電電極間のガス流中に断続的にイ
オンを発生させることにより前記主放電電極に供給され
る電力を、前記しきい値より大きい値と小さい値との間
で時間的に変動せしめるイオン発生手段と、を具備し、
該イオン発生手段の操作により、前記主放電電極で所定
のパルス放電を行なわせ、前記ガス流中から所望の周期
のパルスレーザ光を発振させるようにした ［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図及び乃至第５図を参照
しながら説明する。第１図はこの実施例を備えたガスレ
ーザ発振器の正面説明図、第２図はこの実施例に係る放
電回路の説明図、第３図はこの実施例の放電領域におけ
るイオン密度の変動を表わすグラフ図、第４図は前記イ
オン密度の変動があった場合の主ｆｉ１！！極付近にお
けるガス流の電流−電圧特性の変動説明図、第５図は本
実施例の各電極を流れる族Ｎ電流及びレーザ出力のタイ
ムチャートである。

第１図を参照するに、このレーザ発振器には、レーザ発
振器本体１が設けられている。このレーザ発振器本体１
の上部には、該本体を、第１図において左右方向に貫通
する上部ガス通路３が形成されている。

この上部ガス通路３の、ガス流方向に向って左右の側壁
に、光共振器の各ミラーが取り付けられている。すなわ
ち、第１図において、ガス通路３の背面側壁面には、前
記光共振器のリアオフオールディングミラー５及びプラ
イマリミラー７が設けられており、ガス通路３の手前側
壁面（図示せず）には、前記光共振器フロントフォール
ディングミラー及び出力ミラー（いずれも図示せず）が
設けられている。

従って、前記ガス通シ“３３には、前記複数のミラーで
挾まれる領域として光学空洞９が形成されている。

この光学空洞９・の下面位置には、前記ガス流中に放電
を行なうための７ノード１１が設けられている。また、
その上方には、前記アノード１１との間で放電を行なう
ための上流側カソード列（トリガ用放電電極）１３及び
下流側カソード列（主放電電極）１５が設けられている
。この上流側カソード列１３及び下流側カンード列１５
は、第１図においてそれぞれ紙面に垂直方向に並設され
た多数の針状電極から成る。

一方、前記アノード１１の下方には、ガス流９を送風す
るためのブロワ１７が設けられている。

そして該ブロワ１７により送風されたガス流Ｇが、側部
ガス通路１９を介して、前記上部ガス通路３、に導入さ
れ、該上部ガス通路３を通過した後、他の側部ガス通路
２１を介して熱交換機２３に至り、ここで冷却され、ブ
ロワ１７に戻されるようになっている。

第２図を参照しながら前記放電電極に放電電圧を印加す
るため電源回路を説明すると、前記上流側カソード１３
（以下上流側カソード列は単に上流側カソードと称する
）には、バラスト抵抗２５゜トリガスイッチＳＷ＋を介
して、小さいピーク値を有するパルス電圧を出力するパ
ルス電源２５の負端子が接続されている。また、前記下
流側カソード１５（以下下流側カソード列は単に下流側
カソードと呼ぶ）には、バラスト抵抗２９．放電スイッ
チＳＷ２を介して、レーザ発振の為に必要な所定電流よ
り少し小さい電流を供給する高圧直流電源３１の負端子
が接続されている。そして、前記アノード１１には前記
各電源２７．３１の正端子が接続されている。

従って、この放電装置においては前記スイッチＳＷ１．
８Ｗ２をオンにすると、・下流側カソード１５とアノー
ド１１間に、レーザ発振が起きる直前のかなり大きい直
流電圧が印加され、ガス流上流側には、前記電圧より小
さなピーク値を有するパルス電圧が印加されるようにな
っている。

次に、前記実施例の作用を第１図乃至第５図を参照しな
がら説明する。

前記レーザ発振器が始動すると、前記ブロワ１７が回転
し、上部ガス通路３にレーザ媒質であるガス流が供給さ
れる。このガス流が前記上部ガス通路３に供給されると
、前記主放電スイッチＳＷ２、がオンされ、前記バラス
ト抵抗２９を介してアノード１１、下流側カソード１５
間に、所定電圧Ｖ−Ｅ−ＲＩが印加される。ここに、Ｅ
は電源３１の出力電圧を表わし、■は該放電電極１１．
１５ｒｇＪに流れる放電電流Ｉを表わし、Ｒはバラスト
抵抗２９の抵抗値を表わす。

この電流値■及び電極間電圧Ｖは、第４図に示す下流側
カソード１５とアノード１１間に存在するガス流の電流
−電圧特性との関係で定められる。

第４図において、り＋　　（Ｉ）が前記ガス流の電流−
電圧特性の通常の状態曲線を示す。よく知られているよ
うに、このＱＩ　（１）の左側点線部がタウンゼント放
電領域を表わし、中程に存在する凹部が正常グロー放電
の領域を表わし、右側点線部が異常グロー放電、アーク
放電領域を表わす。

このレーザ発振器の放電装置においては正常グロー放電
領域で動作させるのが望ましい。

一方、前記電極間電圧Ｖと放電電流Ｉとの関係Ｖ−Ｅ−
ＲＩは第４図において一点鎖線で表される。従って、前
記電極間の電圧と放電電流は前記Ｖ−Ｅ−ＲＩと前記ガ
ス流の電流電圧特性曲線り１　（Ｉ）との交点で定めら
れる。すなわち、前記の場合は、第４図に示す如＜Ｖ＝
Ｖ＋　、Ｉ−Ｉ＋となる。本実施例では、この電圧ｖ１
及び電流１１がレーザ発振のためのしきい値より少し小
さくなるよう、設定されている。

従って、前記状態では放電のみが行なわれレーザ発振は
行なわれない。

次に、前記トリガスイッチＳＷ＋　がオンされると、前
記パルス電源２７からパルス電圧が、バラスト抵抗２５
を介して前記上流側カソード１３に印加される。すると
、前記上流側カソード１３と、アノード１１との間にパ
ルス放電電流１が流され、ガス流中にパルス的に多量の
イオンが生成される。

第３図は、この様子を表わしたグラフで、横軸２が上流
側カソード位置を基準とした放電領域の位置座標を示し
、縦軸ｎ／メ１官記パルス放電によるイオン密度を示す
。同図に示されるように、パルス放電が行なわれないと
き、イオン密度ｎはいずれの位置においても極めて小さ
い値を有し〜、ｆｌ（２）で示す分布を有する。

一方、パルス放電が行なわれた際には、該イオン密度口
はｆｚ（Ｚ）のような密度分布を有する。

この密度分布ｒ２　（Ｚ）は、上流側カソードで生成さ
れたイオンがガス流に乗って下流側に流され、例えば下
流側カソード位置付近で略最大密度となることを示す。

従って、前記パルス放電の周期をτとすると、前記ガス
流中のイオン密度は、周期τで前記ｆ１（２）と＋２　
（Ｚ）の間を変動することとなる。

なお、パルス周期τが極めて長ければ、イオン密度が、
放電領域内で空間的に振動する分布となることも考えら
れる。しかしながら、例えば、τ井１Ｏ−２（秒）で、
ガス流の流速がυと３０１／秒）とすれば、−パルス周
期の間に前記イオンは、３０ｃｎ＋程も進む従って、上
下流のカソード間隔が３０ｃｍより短かければ、前記の
ごとき問題は生じない。

よって、前記下流側カソード１１位置付近のイオン密度
は、周期τで第３図におけるｎｌと０２との間を変動す
る。

ところで、前記の如く下流側の電極間のイオン密度が変
動すると、この電極間のガス流の電気抵抗が茗しく減少
し、前記電流−電圧特性がこれに伴なって変動する。第
４図の（＋２　　（１）はこの変動を示したものである
。すなわち、前述の如く該電極間に余計なイオンが流入
していない場合には、該特性は、Ｑ＋　　（１）の如く
なっているが、前記イオンが流入すると、０２　　（Ｉ
）の如く変化する。

すると、第４図に示す如くこの電極間の電極間電圧Ｖ、
放電電流■は、前記Ｖ＋、Ｉ＋から、Ｖ２、Ｉ２へと変
化する。

ここで、放電電流■の変動＜１２−ｒ＋　）を、この変
動のトリガとなった上流側放電電極におけるパルス放電
電流ｉの変動と比較する。前記特性面１ｆＡＱ＋　　（
Ｉ）、０２　（１）は、正常グロー放電ｆｆａ域で、横
軸に対して略平行となっている。従って、放電電流Ｉの
変１１ニ（１２−１＋　）は、前記トリガ電流１の変化
よりはるかに大きな変化となる。

従って、前記ガス流中のイオン密度の変動を介して一種
の電流の増巾が行なわれることとなる。

前述の如く、本実施例では、電流■１はレーザ発振のた
めのしきい値電流Ｉｔより少し小さく設定されている。

よって、前記増巾された電流■２はしきい値電流Ｉｔよ
りはるかに大きくなり、大出力のレーザ発振が行なわれ
る。

次いで、前記パルス電源からのパルスのパルス値が谷値
となり、前記下流側電極付近におけるイオン密度が０２
から０１へ減少し、電流−電圧特性がｌＪ２　　（Ｉ）
からＱ＋　　（Ｉ）へ戻ると、該下流側電極の放電電流
が１２からＩ＋へ減少し、レーザ発振も停止する。そし
て、以後前記動作が（り返される。

従って、前記下流側放電電極間には大きなパルス電流が
放電され、該電極間から大出力のパルスレーザ光が出力
されることとなる。すなわち、前記放電電極間では、周
期τでレーザ光が励起される。

第５図は、この時間変化を示すためのグラフ図で、同図
（ａ　）は上流側電極電流のタイムチャート、同図（ｂ
）は下流側電極電流のタイムチャート、同図（Ｃ）はレ
ーザ出力のタイムチャートを示す。第５図＜ａ　＞に示
すように、前記上流側電極には、前記パルス電源２７か
らのパルス電圧によって、ピーク値が比較的小さいパル
ス電流１が周期τで放電される。

すると、前記ガス流中のイオン密度の変動による増巾作
用を介して、下流側放電電極ｒ１には、第５図（ｂ　）
に示されるような、周期τの、増巾されたパルス電流Ｉ
が流される。前記した如く、パルス電流が流されないと
きの電流Ｉ＋は、レーザ発振を励起するためのしきいｌ
ｉｉ電流Ｉｔより少し小さく設定されているだけである
から、前記増巾されたパルス電流Ｉのピーク値Ｉ２は前
記しきい値電流ｉｔよりはるかに大きくなる。

従って、第５図（Ｃ）に示す如く、該下流側放電電極間
から、前記１・流側電極におけるパルス電流とタイミン
グを合わせて、周期τのパルスレーザ光が発振される。

又、その際、前記下流側電極間のパルス放電電流が大電
流となっているため、前記パルスレーザ出力Ｐも大きな
値となる。

よって、本実施例によれば、上流電極電流のパルス変動
をレーザ媒質であるガス流の電流増巾作用を利用して、
下流側電極電流のパルス変動に変換し、該下流側電極電
流の放電によりパルスレーザ発振させるようにしたので
、小容量の電源回路で、大出力のパルスレーザ光を容易
に励起することができる。

又、前記の如く構成したので下流側電極においてシマー
電源回路が不用となる。

更に、ガス流中のイオン密度を介して主放電電極の放電
電流値を制御する、という全く新しい発想で放電電流を
制御するようにしたので、該放電装置を、多様な態様で
使用することができることとなる。

［発明の効果］ 本発明のガスレーザ発振器の放電装置は、前記の如く構
成したため、小エネルギー消費の制御手段で、大電力の
パルス放電を発生させ、大出力のパルスレーザ光を励起
することができる。

又、主放電電極においてシマー用電源回路が不要になる
と共に、多様な態様で使用可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示し、第１図はこの実
施例を備えたガスレーザ発振器の正面説明図、第２図は
この実施例に係る放電回路の説明図、第３図はこの実施
例の放電領域におけるイオン密度の変動を表わすグラフ
図、第４図は前記イオン密度の変動があった場合の主放
電電極付近におけるガス流の電流−電圧特性の変動説明
図、第５図は本実施例の各電極を流れる放電電流及びレ
ーザ出力のタイムチャートである。 １１・・・アノード １３・・・上流側カソード １５・・・下流側カソード ２５．２９・・・バラスト抵抗 ２７・・・パルス電源 ３１・・・高圧直流電源 〉田〉　〉 一一一 °−〜　　−一　　　　〇− 手続ン市正瑚 昭和６２汗５月２ど日 １！１訂庁長宮　殿 １、事件の表示　　　特願昭６１−５６９４９号２、発
明の名称　　　ガスレーザ発振器の放電装置３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 住所（居所）　神奈川県伊勢原市石用２００番他氏名（
名称）　株式会社　ア　マ　ダ 代表者　　天　１）　満　明 ４、代理人 住　所　　　　〒１０５東京都港区虎ノ門１丁目２番３
月５、補正の対象 （１）図面 ６、補正の内容 （１）図面にＪ３いて、第１図〜第３図を別紙のとおり
補正する。 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）放電空間内のレーザ媒質を断続的に励起するため
   のガスレーザ発振器の放電装置であって、該放電空間内
   に設けられた正負の主放電電極と、レーザ発振に必要な
   しきい値電力より少し小さい電力を前記主放電電極に供
   給することができる放電回路と、前記正負の主放電電極
   間のガス流中に断続的にイオンを発生させることにより
   前記主放電電極に供給される電力を、前記しきい値より
   大きい値と小さい値との間で時間的に変動せしめるイオ
   ン発生手段と、を具備するガスレーザ発振器の放電装置
   。
2. （２）放電空間内のレーザ媒質を断続的に励起するため
   のガスレーザ発振器の放電装置であって、前記放電空間
   内に設けられた正負の主放電電極と、レーザ発振に必要
   なしきい値電流より少し小さい電流を前記主放電電極に
   供給すべく所定電圧を印加する放電回路と、前記正負の
   主放電電極間のガス流中に断続的にイオンを発生させる
   ことにより前記主放電電極に供給される電流を、前記し
   きい値より小さい値と大きい値の間で時間的に変動せし
   めるイオン発生手段と、を具備する特許請求の範囲第１
   項に記載のガスレーザ発振器の放電装置。
3. （３）前記イオン発生手段は、前記主放電電極の、ガス
   流に対して上流側へ設けたトリガ用放電電極と、前記主
   放電電極に印加される電圧より小さいピーク値を有する
   パルス電圧を該トリガ用放電電極へ印加するパルス電源
   回路と、から成ることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載のガスレーザ発振器の放電装置。
4. （４）前記主放電電極及びトリガ用放電電極のアノード
   は両電極に共通する一枚の導電板から成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載のガスレーザ発振器の
   放電装置。