JPS6248397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はレーザー室内部にレーザー光軸に平
行に広がつた第一電極と第二電極が間隔を保つて
対向し、これらの電極の間のガス室に発生するで
きるだけ均等な無アーク・コンデンサ放電によつ
て励起されるTE型レーザー特に高出力レーザー
に関する。

TEレーザー（横励起レーザー）は工業規模の
光化学反応装置に特に適しているが、そのために
は長いパルス長と高い繰り返し数とできるだけ大
きな出力とが望まれる。同時にレーザー光発生の
効率が高いことが要求される。

物理的の理由からレーザーの単位体積当りの最
大エネルギーが限定されるからできるだけ大きな
容積とするのが有利であるように考えられる。繰
り返し数を高くする場合二つのレーザー光パルス
の間でレーザー・ガスを複数回交換することが必
要であるから、レーザー・ガスは比較的高速度で
レーザー室の電極の間を流さなければならない。
経済上と技術上の理由からはガス循環用のベンチ
レータの所要電力を小さくするため通流抵抗を最
低にしなければならない。更に高い変換効率を達
成するためには励起回路のパルスの形状が重要で
ある。そのためパルス形成回路をブリユームライ
ン回路又は電荷移送回路の形とすることは既に提
案されている。

高出力レーザーの場合一連の条件が要求される
がその一部は互に矛盾している。例えばレーザー
室とパルス回路とレーザー室を結ぶ導線はできる
だけ低インダクタンスのものでなければならない
が、これはできるだけコンパクトな構造とするこ
とによつて達成される。しかしこの場合切線方向
の電界成分が原因となつてレーザー容器の内壁面
に沿つて火花放電が発生する危険がある。放電室
に予備イオン化用の補助電極を設けるとこの火花
放電発生の危険は一層増大する。

上記の電位と沿面放電の問題を解決するため
個々のレーザー電極とそれを包囲する電流導体の
間で被覆絶縁材料内に空隙を作り、この空隙に遮
蔽電極を挿入して遮蔽電極内部にあるレーザー電
極の電位に接続することは既に提案されている。
この公知レーザー装置には媒質ガスが縦に流れる
ものと横に流れるものとがありこの発明の出発点
となつているものであるが、予備イオン化用の補
助電極を放電室内に組合せ設置する際電流導体と
の間をそれ以上短くすることが許されない最小間
隔を保持する必要があり、それによつてレーザー
室のイングクタンスが増大しあるいはこのイング
クタンスの値に使用された絶縁材料の絶縁破壊強
度によつて定まる下限界があることが問題とな
る。

この発明の基本的な目的は、冒頭に挙げた種類
のレーザー特に高出力レーザーが比較的大きな放
電容積においても極めて低い自己イングクタンス
を持つようにすることである。この発明によるレ
ーザーは基本的には縦方向のガス流にも横方向の
ガス流にも使用され、縦形式から横形式への変更
およびその逆の変更が比較的簡単な構造変えによ
つて可能である。横流式の場合特にガス通流抵抗
が低く、比較的小さいポンプ出力によつてレーザ
ーパルス間に多数回のガス交換を実施することが
できる。この発明の別の目的はモデル組立てが可
能であるようにレーザーを構成することである。

上記の目的は特許請求の範囲第１項に特徴とし
て挙げた構造を採用することによつて達成され
る。この発明の種々の実施形態は特許請求の範囲
第２項以下に示されている。

この発明によるレーザーの主要点は部分放電室
が金属電流導体を包囲していることである。これ
によつて可能となる対称構造によりレーザー・パ
ルスが完全に一様な挙動を示すようになる。この
発明による高出力レーザー装置は基本的にモデル
組立形式の多重構造に適しているから、二つの対
向する部分電極対に限定されることなく、多数の
構成ユニツトの多重組合せが可能である。即ち部
分電極、電流導体とその絶縁被覆、絶縁被覆で包
まれた遮蔽電極、予備イオン化用の補助電極等を
構成要素方式に従つて予め製作しておくことがで
きる。

この発明の数種の実施例を示した図面について
この発明を更に詳明に説明する。

第１図、第２図の横励起型高出力レーザーはレ
ーザー光軸OAに平行に広がり間隔ａ１を保つて
対向する少くとも二つの電極即ち第一電極Ｅ１と
第二電極Ｅ２の間のガス室Ｇに発生するできるだ
け均等な無アーク・コンデンサ放電によつて励起
される。電極Ｅ１とＥ２はそれぞれ二つの部分電
極Ｅ１１，Ｅ１２およびＥ２１，Ｅ２２に分割さ
れ、予備イオン化装置Ｖ１，Ｖ２と共に第３図に
示したレーザー室LKの気密容器２内に設けられ
ている。予備イオン化装置Ｖ１，Ｖ２は第１図、
第２図の実施例では内部導体３と絶縁被覆４から
成る棒状の補助電極であり、対応する部分電極Ｅ
１１，Ｅ１２，Ｅ２１，Ｅ２２に対して放電間隙
ａ２を保つてレーザー軸に平行に置かれている。
この種の予備イオン化装置の構成とその動作回路
は既に提案されているものであるからここではそ
の詳細に立ち入らない。

電極Ｅ１の部分電極Ｅ１１とＥ１２はパルス形
成回路PFNから遠い側に設けられ、ブリツジ片
ｂ１を介して電流導体ｅ１に接続され、パルス回
路PFNに近い電極Ｅ２の部分電極Ｅ２１とＥ２
２は電流導体ｅ２に接続されている。この電流導
体ｅ２は部分電極Ｅ２１とＥ２２の間の導電ブリ
ツジ片の形にしてもよいが、大きな金属板として
同時に基準電位（地電位）板として使用すること
も可能である。高出力レーザーの電極とパルス回
路の間の電気的結合ならびにパルス回路の接続は
西独国特許出願公開第2932781号公報に詳細に記
載されているからここではその詳細に立入らない
が、パルス回路が例えばブリユームライン回路又
は電荷移送回路として構成され、例えばサイラト
ロン、火花間隙、プラズマスイツチ等の高速度高
電圧スイツチング間隙の一種であることだけを述
べておく。

レーザー室LKにはレーザー・ガス（これは第
一実施例では矢印Ｇ１で示すようにレーザー光軸
OAに垂直に流れる）の導入装置が設けられてい
る。この発明の対象である高出力レーザーは例え
ばエキシマ・レーザー又はCO₂レーザーである
が、前者については雑誌（“Physics Today”
may.1978.p.32―39）に詳細に記載されている。

特に第１図に示すように対向するレーザー電極
Ｅ１，Ｅ２はそれぞれ二つの部分電極Ｅ１１，Ｅ
１２およびＥ２１，Ｅ２２から成り、部分電極Ｅ
１１とＥ１２はブリツジ片ｂ１によつて電気的な
らびに機械的に結合されている。ブリツジ片ｂ１
はレーザー軸に平行に長く延びた板であり、部分
電極は同じくレーザー軸方向に広がつた金属帯で
ある。部分電極Ｅ２１とＥ２２は帰還電流導体板
ｅ２に電気的機械的に結合され、導体板ｅ２は部
分電極Ｅ２１とＥ２２の中間に電流導体ｅ１に対
するブツシングを備えている。良導電性の金属板
が使用されている帰還電流導体ｅ２はピン、棒、
又はボルト状の電流導体ｅ１との間隔が小さいと
きはブツシングを通す孔を備えたブリツジ板とす
ることができる。図示の実施例ではｅ１とｅ２は
別々の板である。対をなして対向する部分電極Ｅ
１１とＥ２１およびＥ１２とＥ２２はその間にガ
ス放電室１をはさむ。このガス放電室は二つの部
分電極対の間に分割されて存在するからそれぞれ
部分放電室と呼ばれる。これらの部分放電室の間
の空間ｍにはｅ１として示されている絶縁材料で
被覆された電流導体がパルス回路PFNから遠い
部分電極Ｅ１１，Ｅ１２のブリツジ片ｂ１に電流
を導くために設けられている。この電流導体ｅ１
は部分電極Ｅ１１とＥ１２の間の中間室と二つの
部分放電室１，１の間の空間ｍを通り、更に部分
電極Ｅ２１とＥ２２の中間と第二電極Ｅ２の帰還
電流導体ｅ２２を絶縁貫通してパルス回路PFN
のコンデンサ電極の接続端子ｆ１まで延びそこに
結合されている。そのため電流導体ｅ１に扁平な
接続片ｅ１１が作られている。端子ｆ１に所属す
るコンデンサ導体層は破線ｃ１で暗示されてい
る。

ｅ１１とｆ１の間の接触は硬ろう付け又は溶接
によるのが有利であるがねじ止めとすることも基
本的には可能である。電流導体ｅ１の他端におい
ては電極ブリツジ片ｂ１との間の接触が同様にね
じ止め、硬ろう付け又は溶接によつて行われる。
帰還電流導体ｅ２は詳細には示されていないパル
ス回路PFNのコンデンサ層ｃ２の接続端子ｃ２
１に接触する。コンデンサ層ｃ２にはブツシング
部分に切り開きｃ２０が作られている。

第１図と第２図に示すように絶縁被覆された電
流導体ｅ１はレーザー軸OAの方向に間隔ａ３を
おいて配置されているからその間に横方向ガス流
Ｇ１のためのレーザー軸に垂直に伸びた中間室５
が形成される。

第１図、第２図には更に電流導体ｅ１がピン、
棒又はボルトの形の導体棒６であり、少くとも対
向部分電極Ｅ１１とＥ２１，Ｅ１２とＥ２２の間
にある部分ａ１が細くなつていて導体棒６と絶縁
被覆７の間に中空室８が形成されていることが示
されている。この中空室８によつて絶縁被覆の表
面に発生する沿面放電に対する波動インピーダン
スが高くなる。中空室８の長さはａ１より大きく
してもよいができるだけそれに近いものとする。
導体棒６の絶縁被覆７は耐熱性、耐紫外線性の合
成樹脂例えばPVDF（ポリフツ化ビニリデン）で
作るかあるいは高純度のAl₂O₃セラミツクの小管
とする。電界分布を有利にするため導体棒６の両
端の太い部分から中央部の細い部分への移行は図
に一例として示すように連続的にするか又は浅い
Ｓ字形とする。パルス回路PFN側の棒端部分で
は絶縁被覆７が厚い壁を持つ脚部７ａとなつてい
る。この脚部７ａはその一部を中空円筒形として
もよいが、図に示すような貫通孔７ｂを持つ絶縁
成形体としてもよい。

脚部７ａに作られた切り込み７ｃには遮蔽電極
Ｅ３が挿入される。この遮蔽電極は結合導線ｅ３
を通して電流導体ｅ２の地電位に接続され、第二
電極Ｅ２の部分電極Ｅ２１，Ｅ２２と電流導体ｅ
１の間に突き出している。この場合刃形又はピン
列形に作られた遮蔽電極Ｅ３が電流導体ｅ１の両
側で空室７ｃ又は中間室ｍ１に突き出した構造と
すると特に有利である。遮蔽電極は断面がほぼＵ
字形の空室７ｃ内に収められる。図に示した刃形
の遮蔽電極Ｅ３は結合導体ｅ３を介して電流導体
板ｅ２と機械的ならびに電気的に結合する際その
端部を接触端板の形にしこれを溝に押し込むよう
にすることによつて確実な結合が著しく簡単に行
なわれる。

遮蔽電極Ｅ３は少くとも部分電極Ｅ２１，Ｅ２
２および予備イオン化電極Ｖ２が存在する範囲だ
けレーザー軸に垂直の方向にガス室Ｇ，ｍ１内に
広がつているようにすると有利である。

部分電極Ｅ１１，Ｅ１２およびＥ２１，Ｅ２２
はそれぞれ所属するブリツジ片ｂ１又は電流導体
ｅ２にねじ止めすると有利であり、それによつて
それらの接触面間の接触を良好にし、又必要に応
じて部分電極を簡単に交換することができる。電
流導体ｅ１の導体棒６と絶縁被覆７の間の空室８
により前に述べたように絶縁材料の表面に沿つて
の放電に対する波動インピーダンスを高め、遮蔽
電極Ｅ３と同様に沿面放電の発生を阻止する。予
備イオン化用の補助電極Ｖ２が電流導体ｅ１の電
位に置かれているからこの電極と対応する部分電
極Ｅ２１，Ｅ２２の間には強電界が形成され所望
の予備イオン化を実現する。他方電流導体ｅ２の
電位に置かれている補助電極Ｖ１とそれに対向す
る部分電極Ｅ１１，Ｅ１２の間にも同様に強い電
界が形成される。ただしレーザー室のこの側では
電流導体ｅ１、電極ブリツジ片ｂ１の外電極Ｅ１
１とＥ１２がほぼ等電位に置かれているから沿面
放電を阻止する特別な手段を必要としない。

第２図に示すように中間室５と絶縁被覆７を持
つ導体棒６がレーザー・ガスＧ１に対して比較的
低い通流抵抗を示す構造となつている。絶縁被覆
７の外形は通流抵抗をできるだけ低くする条件に
適合したものにする。例えば中間室５によつて決
定される通流路の形状はデイフユーザ又はベンチ
ユリ管状とする。このような形状によりポンプ出
力を低くすることも可能である。

電極装置Ｅ１，Ｅ２は第３図に示すように一つ
の容器内に収められている。この容器はタンクと
も呼ばれていて希ガスとハロゲン又はハロゲンを
含む化合物の混合物であるかあるいは窒素と二酸
化炭素の混合物である侵食性のレーザー・ガスに
耐える材料で作られる。漏斗状の導入口９と排出
口１０は送風機とガス浄化装置およびガス冷却装
置を含む外部ガス循環路に結ばれる。絶縁材料の
隔壁１１はガスが放電室１の横を通り抜けること
を阻止する。

この装置は第４図に示した装置と同じく鏡その
他の光学部品によつて二つの放電間隙Ｅ１１―Ｅ
２１、Ｅ１２―Ｅ２２を直列に接続すること、あ
るいは並列接続して増幅器又は発振器とすること
が可能である。

第１図に対応する断面図である第４図に示した
実施例ではガス室Ｇ又は両部分放電室１，１をレ
ーザー・ガスが矢印Ｇ２で示すように光軸OAの
方向に流れる。レーザーが低い繰に返し数で動作
する必要があり、縦方向のガス流でも続く二つの
レーザー・パルスの間にガスの交換が確実に行な
われる場合にはこの構成が合理的である。この場
合絶縁被覆された電流導体ｅ１′は切り開きのな
い幅の広い板であり低インダクタンスという長所
を持つている。従つて第２図に示されている中間
室５がなく、絶縁被覆７は電流導体ｅ１′と同様
に連続した板の形である。第３図の矢印Ｇ１で示
した横方向のレーザー・ガス流の場合には電流導
体ｅ１の板の形にし、ガスを流すための貫通孔を
設け、それに対応して適当な絶縁被覆７で包むこ
ともこの発明の枠内にある。

第１図乃至第３図に細部を示したレーザーの全
体を極めて簡単化した形で第５図に示す。対向す
る部分電極の対Ｅ１１―Ｅ２１およびＥ１２―Ｅ
２２はビーム偏向装置１２によつて光学的に縦続
接続され光学的の増幅器を形成するからレーザー
光ビームＬ１は第一部分レーザー室LK１を通
り、偏向装置１２，１２で２回偏向され、第二部
分レーザー室LK２を通つた後増幅されたレーザ
ー・ビームとして外に出る。横方向のガス流は矢
印Ｇ１で示され、電流導体ｅ１は破線で示されて
いる。縦方向のガス流Ｇ２の場合にも適当な板状
の電流導体ｅ１′を使用するだけで原理的には第
５図に示されたものとなる。光ビーム偏向装置１
２としては鏡、プリズム、格子等が考えられる。
図には二つの金属鏡がレーザー光ビームと光学軸
OAに対して45゜傾斜して設けられている。

第６図に示した第四の実施例ではそれぞれ二つ
の対向する部分電極を備える複数のレーザー室
LK１，LK２等がレーザー光軸OAに垂直な方向
に配列されている。各レーザー室LK１，LK２等
と部分レーザー室LK１１，LK１２，LK２１，
LK２２等は第５図に示した光ビーム偏向装置１
２により光学的に直列に接続され、レーザー光ビ
ームＬ１は鏡１２．１と１２．２で２回反射した
後ビームＬ２として第二部分レーザー室LK１２
を通り抜け、鏡１２．３と１２．４で２回反射し
た後ビームＬ３として第三部分レーザー室LK２
１を通り抜け、鏡１２．５と１２．６で２回反射
した後ビームＬ４として第四部分レーザー室LK
２２を通り抜け増幅された光ビームとして外に出
る。光ビームＬ１乃至Ｌ４につけた矢印で示され
るようにこの多重系は特定の優先方向に放射し、
その他の方向には放射しない。この特性があらゆ
る動作状態において確保されるため光ビーム偏向
装置１２の中間に第一方向素子として所定方向だ
けに透過性である光学要素１３を設ける。この要
素としては公知の可飽和光吸収体又はフアラデ
ー・回転子が使用される。図示の実施例ではこの
種の光学要素13.1乃至13.3が二つの隣り合せた偏
向装置の間の光路に挿入されている。この実施例
には縦方向のガス流が有利であるが隣り合せたレ
ーザー室の間に特別なガス流路を設ければ横方向
（矢印Ｇ２）のガス流の使用を有利である。第６
図において第一レーザー室LK１の部分電極は第
５図と同じ符号で示され、第二レーザー室LK２
では対向する部分電極がＥ４１―Ｅ５１およびＥ
４２―Ｅ５２として示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第一の実施例の部分断面
図、第２図は第１図の―線に沿つた断面図、
第３図は第一の実施例の簡略化した全体図、第４
図は第二の実施例、第５図は第三の実施例、第６
図は第四の実施例のそれぞれ概略図である。 Ｅ１，Ｅ２……レーザー電極、Ｅ１１，Ｅ１
２，Ｅ２１，Ｅ２２……レーザー電極の部分電
極、ｂ１……ブリツジ片、１……部分放電室、ｅ
１，ｅ２……電流導体、PFN……パルス回路、
ｆ１……コンデンサ接触面、Ｇ１，Ｇ２……レー
ザー・ガス流。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 対向するレーザー電極Ｅ１，Ｅ２がそれ
   ぞれ少くとも二つの部分電極Ｅ１１，Ｅ１２又
   はＥ２１，Ｅ２２から成り、パルス回路PFN
   から遠い第一部分電極Ｅ１１，Ｅ１２がブリツ
   ジ片ｂ１によつて結合されていること、 (ロ) 一体となつて対向する部分電極Ｅ１１とＥ２
   １又はＥ１２とＥ２２の間に部分放電室１が形
   成されていること、 (ハ) 部分放電室の間の中間室ｍに絶縁物で包まれ
   た電流導体ｅ１がブリツジ片ｂ１に対して設け
   られ、この電流導体がパルス回路PFNに接続
   された第二部分電極Ｅ２１とＥ２２に対する電
   流導体ｅ２を絶縁貫通してパルス回路PFNの
   コンデンサ接触面ｆ１まで達していること を特徴とするレーザーの光軸に平行に広がり間
   隔を保つて対向する第一電極と第二電極の間の
   ガス室に発生する無アーク・コンデンサ放電に
   よつて励起されるTE型レーザー。 ２ 絶縁物で包まれた電流導体ｅ１がそれぞれ単
   独体として構成されてレーザー光軸OAの方向に
   相互間隔ａ３を保つて配置されるかあるいは切り
   開きをもつ板状の連続体として構成され、それに
   よつてレーザー光軸を横切つて広がる中間室５が
   横方向ガス流のために形成されていることを特徴
   とするレーザー光軸に対して横方向にレーザーガ
   スが流れる特許請求の範囲第１項記載のレーザ
   ー。 ３ 絶縁物で包まれた電流導体ｅ１′が切り開き
   のない板状体であることを特徴とするレーザー光
   軸に平行にレーザーガスが流れる特許請求の範囲
   第１項記載のレーザー。 ４ 第二電極Ｅ２の部分電極Ｅ２１，Ｅ２２の間
   の中間室ｍ１と電流導体ｅ１の間に絶縁物で包ま
   れた遮蔽電極Ｅ３が突き出し、この電極が電流導
   体ｅ２の地電位に接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第３項の一つに記載
   のレーザー。 ５ 少くとも部分電極Ｅ２１，Ｅ２２とそれに所
   属する予備イオン化電極の領域がレーザー光軸を
   横切つて広がつている範囲内において遮蔽電極Ｅ
   ３がガス室Ｇ内に突き出していることを特徴とす
   る電極表面から僅かの間隔を保つてレーザー光軸
   に平行に設けられた予備イオン化電極を備える特
   許請求の範囲第４項記載のレーザー。 ６ 電流導体ｅ１の両側にあつてメサ形又はピン
   列の形に作られた遮蔽電極Ｅ３が第二部分電極Ｅ
   ２１，Ｅ２２の電流導体ｅ２からガス室内に突き
   出していること、この遮蔽電極がほぼＵ字形の絶
   縁被覆７で包まれていることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項又は５項記載のレーザー。 ７ 電流導体ｅ１がピン形又はボルト形の導体棒
   であり対向する部分電極Ｅ１１とＥ２１，Ｅ１２
   とＥ２２の間において細くなり、導体棒６とその
   絶縁被覆７の間に空室８が形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のレーザ
   ー。 ８ 導体棒６の太い部分から細い部分への移行６
   ａ，６ｂが連続的であることを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載のレーザー。 ９ 空室８が少くともパルス回路から遠い部分電
   極Ｅ１１，Ｅ１２の表面のレーザー光軸に垂直な
   部分からパルス回路に近い部分電極Ｅ２１，Ｅ２
   ２の表面のレーザー光軸に垂直な部分まで広がつ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第７項又
   は第８項記載のレーザー。 １０ 電流導体ｅ１の絶縁被覆が、遮蔽電極Ｅ３
   が存在する区域で壁が厚い脚部と一体に結合さ
   れ、この脚部の壁に遮蔽電極を収容する室が作ら
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   乃至第８項の一つに記載のレーザー。 １１ 電極対として対向する部分電極Ｅ１１とＥ
   ２１，Ｅ１２とＥ２２の間に作られた二つの部分
   放電室１が鏡、プリズム、格子等の光線偏向装置
   により光学的に縦続接続されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第１０項の一つに
   記載のレーザー。 １２ それぞれ二つの対向する部分電極対を備え
   るレーザー室の複数個がその光学軸に対して横方
   向に並べられ多重レーザー系を構成することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１１項の一
   つに記載のレーザー。 １３ 多重レーザー系の各レーザー室が光線偏向
   装置によつて光学的に直列接続されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１１項又は第１２項
   記載のレーザー。 １４ 縦方向のレーザー媒質ガス流を作る装置が
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１３項記載のレーザー。 １５ 光線偏向装置の間の光線路に所定の光線方
   向において透明な光学素子（単方向素子）が可飽
   和吸収体、フアラデー回転子等の形で挿入されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１１項乃
   至第１４項の一つに記載のレーザー。