JPS62502155A - 軸方向ガス流励起管からなるガスレ−ザ - 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】 軸方向ガス流励起管からなるガスレーザ技術分野 本発明は電極配置を用いて電気的に励起させる励起管、同じく励起管に関してガ ス入口及びガス出口とからなるガスレーザに関する。

従来技術 軸方向のガスレーザにおいて、励起管内の多量の渦巻きの発生をできるかぎり妨 げねばならないことは知られている。励起管に沿っての渦巻ぎの状態はとりわけ 励起管のガス入口領域もしくは、ガス出口領域での状態によって決定されもしく は、そのことによって妨げられる。この際、これらの領域では管内で軸方向に向 けられるガス流は半径方向に供給され、もしくは連れ出されねばならない。次の 定義： 管内での渦巻が管の断面に関して、１つの渦巻中心が存在する場合には「大範囲 の渦巻」であり、２つまたはそれ以上の渦巻の中心が存在するならば渦巻は「小 範囲の渦巻」と称されることは一般的に認められている。

発明の開示 本発明の目的はガスレーザに関して、ガス入口領域もしくはガス出口領域を励起 管に沿ってできるかぎり大範囲の渦巻を生じないように形成するということであ る。

この目的に対し、本発明によれば入口領域及び／または出口領域にガスに対して 励起管の周辺に分散された合流装置もしくは出口装置で取り囲まれ、ガスが励起 管に関して連続して半径方向から軸方向にもしくはその逆に、導かれることを特 徴としている。

それにより周辺に均一に分散されるガス流が得られ、ガスの供給方向もしくはガ スの放射方向に連続的な「内側への曲げ」もしくは「外側への曲げ」が励起管に おいて実際に大範囲の渦巻の消失を生じるのである。

本発明の実施例の変形、同じく必要な場合には補助的に設けられる措置が励起管 の渦巻状態の改善のために以下図面を用いて説明する。

図面の簡単な説明 第１図は２段階の高能率ガスレーザの原理図、第２ａ図は大範囲の渦巻を阻止す るための装置からなるガス入口管の概略断面図、 第２ｂ図は第２ａ図による装置の横断面図で、得られる小範囲の渦巻を定性的に 記入している図、 第３ａ図は別の変形装置についての第２ａ図に類似する図、第３ｂ図は第３ａ図 の装置をｍ−ｍ線により切断した概略的断面図、 第４図は大範囲の渦巻阻止装置の別の変形実施例を示し、第２ａ図及び第３ａ図 に類似する図、 第５図は本発明による励起管の入口領域による概略的横断面図、 第５ｂ図は本発明による第５図の領域の長さ方向の概略的断面図、 第６図は本発明による入口領域の好ましい実施形態で第５ｂ図に類似する長さ方 向の断面図、 第７ａ図から第７Ｃ図は大範囲の渦巻阻止のための励起管の概略的横断面図、 第８図は本発明によるガス入口領域の長さ方向の概略的断面図、 第９図は第８図に類似する他の変形実施形態を示す図、第１０図は本発明による ガス出口領域の第８図及び第９図に類似する他の変形実施形態を示す図、 第１１図は第１図による２段階ガスレーザの第１０図の装置の拡大配置図、 第１２図は本発明による出口領域の別の変形実施形態の概略図、 第１３図は個々の電極を有する励起管による概略的横断面図、第１４図は第１３ 図により形成された電極同じく場形成−制御部、陽極側及び陰極側からなるレー ザの励起管の長さ方向の概略的断面図、 第１５図は別の変形電極の励起管の長さ方向の断面図、第１６図はそこに示され た電極の他の変形を示す第１５図に類似する図 を示している。

本発明を実施するための最良の形態 第１図には公知の高能率ガスレーザの原理的配置を示している。２段階ガスレー ザは点線で示した標線の左側で第１段階が右側で第２段階が関係している。この 標線に関して鏡像的に配置され、同一の段階で取り扱われるので、ここではただ 左側の段階について記載する。レーザ配置は励起管１を取り巻いている。その末 端には陰極３及び陽極５が配置されている。励起管１の端部の入口領域７に励起 管１の入口管９が合流している。

熱交換器１７及び１９がその前後に連結されている送風器１５を用いて例えば炭 酸ガス、窒素、ヘリウムからなる混合ガスが励起管１に矢印方向に駆動される。

両端が開かれた励起管１の中実軸Ａは同時にレーザ光の光学軸である。電極３と ５は高置圧電ｍ２ｉを経て制御要素２３たとえば電子管で駆動される。

そのとぎ電子管２３により、電ｍ電流の制御された流れ調節に調整される。

本発明は入口領域７に関する措置、出口領域１３に関する措置、同じく陰極及び ／または陽極の形成に関連している。すべての措置は空気力学的及び／または電 気的な大範囲の渦巻を励起管１において阻止し、その際でそこですぐれたガスの 混合を確保するものである。

第２図から第１６図には励起管の大範囲の渦巻を阻止するための措置が説明され ている。第５ａ図から第６図、第８図から第１２図が最も重要なものとして示さ れ、これについて説明する。

第２図から第４図は混合ガスＧに対する入口領域側の入口管９の断面が示されて いる。入口領域７の領域に第２ａ図による入口管９に多くの格子２８が配置され 、特に横断面で示されている。それにより小範囲の渦巻が管９において第２ｂ図 に概略的に示すように発生する。

第２ｂ図で線点て示した大範囲の渦巻が管９の中にもたらされ、管の内に伝わる ことができ、それによって十分に阻止される。第３ａ図において格子２８の代り に入口管９の中に流れの断面を細分する多数の壁が配置される。

第３ｂ図に示されるようにこの壁３０はとくにはちの巣型３２に構成され、配置 される。この措置により目的とする効果が達成される。

第４図には入口管９に連続したくびれ３４を形成した別の措置が示され、ガスの 流れ方向に最初は連続した導管の壁の収れんが、そのあと壁の発散が組みこまれ 、この措置により前述の目的が達成される。第２図から第４図の措置は必要な場 合には第５図から第６図により説明される実質的な措置と組み合せて使用される 。

第５図及び第６図に示された措置によって大範囲の渦巻の発生が入口領域側で実 質的に阻止される。第５ａ図にはこれに対して提案される技術が原理的に示され る。励起管１の周辺には連続して、または第５ａ図及び第５ｂ図に示されるよう に不連続的に分散して１組の入口管９ａと連絡しているガス入口窓４２が配置さ れ、ガスを連続して半径方向から軸方向へ管１に関して管１の周辺に沿って等し く分散して導（ように配置されている。

その際第５ｂ図に示すように、好ましくは入口窓４２の整列はすくなくともガス 流れが軸への方向に連続して励起管１においてかどで渦巻を生ずることのないよ うに選択されている。

すべての入口窓４２もしくはすべての入口管９ａに対して共通な圧力ガスの調整 のために設けられた入口窓４２のすべては釣り合いして負荷されるようさらに確 実にするため、第５ａ図に概略的に示すように入口管９ａのすべては共通の調整 室４４に導かれ、そこで後者はガス供給管４６により供給される。それにより励 起管１の周辺の至るところ釣り合いのとれたとくに軸方向に向けられたガスの流 れを確保する。第２図から第４図により説明された措置−場合によっては管９ａ に設けられる。

第６図には入口領域の好ましい実施形態を示している。励起管１は入口領域側に てふくらみ４８を形成している。励起管１の続きと共通にして形成される管の断 面５０は同じ内直径をもって励起管１の入口領域側に形成され、軸Ａの周辺に調 節空４４ａを環状の室として形成し、すくなくともそこで入口管９が合流してい る。環状の調節苗４４ａから励起管１に戻る断面５０の端部とふくらみ４８の発 端部分との間に出口があり、それにより均一に狭められた環状のスプリットノズ ル５２が形づけられている。このスプリットノズルとスプリットノズルを使用す る方法により最適な釣り合いのとれたとくに励起管１に関して軸方向に向けられ たガスの流れを励起管に得るのである。

図に示されるように代替的にまたは追加的に管の断面５０の内側の上にまたは出 口側の内側上にすなわち環状の調節室４４ａに向う側に管の断面の周辺に沿って 環状の電極５４ｉもしくは５４ａが設けられている。管断面５０の壁は直接電極 としてはめこまれる可能性が書き込まれていない。基本的に環状に形成された電 極を個々に絶縁して周辺に分散された電極断面に構成することができる。とくに 上述の電極の断面または好ましい連続の電極環は励起管１に対向して向けられ、 先端５６のような局所的に非常に高い場の強さを発生させるための鋭い不連続状 態を持つている。

第７ａ図から第７Ｃ図には励起管１それ自身について渦巻の状態をさらに改良す るために設けられる措置を示している。

管のなかで流れの横断面について別々の上述の意味で大範囲の渦巻を生ずるとい う傾向、管の横断面の円形が正確であればあるほどより高くなることは知られて いる。このことは提案される措置の目的を阻止するものであり、励起管１の第７ ａ図から第７Ｃ図による流れの横断面は円形とは異なるたとえば３角形、４角形 、多角形または楕円形に形成されている。

第７図にはそれによって生ずる対称的な小範囲の渦巻を定性的に示すものである 。このことは励起管１の軸方向に流れるガスの良好な混合を促進している。

第８図から第１２図には本発明の本質的なＮ置もしくはそれに相等する装置の挿 入を示している。励起管１の出口領域１３での大範囲の渦巻に関して出口領域１ ３に関して逆戻りのないガス出口を保護するため第８図により第５ｂ図の入口領 域側の予防処置と類似して励起管１の周辺に本発明の重要な連続の、または第８ 図の窓５８で示すように不連続性の変らない出口を形づくりしている。第８図に よれば管１の周辺に出口窓５８が分散して設けられ、一様な出口管１１ａのすべ てと連絡し、その側は図示されていないが収集室に導かれている。第９図により 管１の周辺に連続して一様にひろげられた環状の出口スリット６０が形成され、 そこでは管１はふくらみ６２に形づくられていて、管１に戻る側に管断面６４が ふくらみ６２のなかに突きでていて一方においてＡ軸のまわりに環状の室として 収集室６６が形成され、他方において環状の出口スリット６０が形成されている 。出口スリット６０の領域には不連続状態７０をもつ環状陰極として陰極６８の ような電極をそれに相等する電気接続７２を設けている。

第１０図による実施例形態において他方ではふくらみを形成した環状の室６６に 連続して軸方向に段づけされた環状の薄片７４を多数ガスの流れ方向に組み直し 、環状の出口スリット６Ｑａ、６０ｂ、６０ｃを形成している。この構造の形状 で環状の薄片は陰極としての電極の挿入に対して電気的接続７２を設けることが できる。

第１１図は第１０図に類似し第１に表示されているように２段階レーザに対する 出口領域１３の構造を概略的に示している。

第１２図には基本的に第１１図に類似する装置を示している。

即ち、２段階レーザの環状に回転する薄片の代りに１つまたはそれ以上の羽根状 の環７６が設けられている。出口管１１にお゛けるガス流の非支持に対してとく に第１０図から第１２図により実施例の変形を第１２図に示している。

基本的には高圧ガス管７８は収集室６６のなかで好ましくは導管９の流れ口に対 して同軸的である流れ口をもって合流している。この高圧ガス管７８によってガ ス管Ｇ２は収集室６６に吹きつけられ、ガス流の衝撃のベクトル和で励起管１か らの流れるガスＧの吸引が支持されている。

第１３図及び第１４図において陰極及び／または陽極からなる電極の配置が必要 な場合には目的に応じ１つまたはそれ以上のこれまで説明された措置を組み合せ て電気的に支持するために示されている。これに対して陽極８０及び／または陰 極８２は基本的には環状電極として構成されている。環はとくに第１３図に明示 するように、連続の電極として使用されないでむしろ軸方向に向けられる個々の 電極が電極足８４の形を示している。

この電極足８４は互いに絶縁して組み立てられ接続線８６に接続している。第１ ４図によれば陽極８０の電極足８４は接続１！８６ａと、陰極８２の電極足は接 続線８６にとそれぞれ連結して、それぞれ相等する制御部８８の入力Ｆに連結し ている。

制御部８８にはパルス発生器９０から時間−サイクル信号が供給され、同じく高 電圧電源３８の電圧が供給される。制御部８８は複合器スイッチＳａ及びＳｋか らなる複合器部として働いている。選択可能に同時に一つまたはそれ以上の陽極 側の電極足８４及び同時的に一つまたはそれ以上の陰極側の電極足８２に電源電 圧３８を加える。例えば陽極側及び陰極側でそれぞれ電極足に電圧が加えられる と、フィルドパターンが励起管１に沿って同時に電圧が加えられる足の角度位置 によってＡ軸に関して確保される。図に示されるように、そこで電気的渦巻場が 発生され、その発生のたすけにより、ガスの渦巻は励起管のなかで作用される。

第１５図と第１６図には別の電極の配置が陽極装入及び／または陰極装入につい て示されている。励起管１とのその続き１ａとの間でのレーザ光に対して軸Ａに おけるそのときどきの電極は第１５図では円筒形電極９２としてはめこまれてい る。そのときすくなくとも円筒形電極は殆ど段なしに励起管１もしくは続きの管 １ａの内壁に接続される寸法であり、例えば円筒形電極は両側で配置され軸方向 に向けられている環状のカラー９４の上に支持される。

なお励起管１に応じて続き管１ａの横断面の寸法が励起管１の横断面の寸法に関 して第１６図に示すように変えられる必要があるならば、中空円錐形電極９６は それに相当して発散しまたは収れんするよう形づけられる。励起管１ａの内壁が 一方では段なしに実際上連結され、他方では半径方向に実際上スリットなしに連 結され、そのために薄い内部カラー９４ｉをもって連結されている。

ＦＩＧ、７ａ　ＦＩＧ、　７ｂ 国際調を報告 −Ｍ−−−＾−−−１飢ＰＣＴ／Ｃｉｌ　８５１００１５０

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的励起に対してすくなくとも軸方向のガス流れの励起管、電極配置同 じく励起管に関してすくなくともガス入口及びガス出口を有するガスレーザであ って、前記入口領域及び／または出口領域は前記ガスに対して前記励起管（１） の周辺に分散された合流装置もしくは出口装置（４２，５２，５８，６０）を取 り囲み、前記管に関して前記ガスが連続して半径方向から軸方向にもしくはその 逆に導くことを特徴とするガスレーザ。
2. （２）すくなくとも前記合流領域（７）がすくなくとも環状スリットノズル（５ ２）を取り囲むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載によるガスレーザ。
3. （３）前記励起管の周辺に配置される合流装置は調整室（４４，４４ａ）に通じ 、そこでガス供給導管装置（９，４６）が流れこむことを特徴とする特許請求の 範囲第１項及び第２項記載のいずれか１つによるガスレーザ。
4. （４）入口領域（７）の調整室（４４ａ）は、前記励起管軸（Ａ）の周辺に環状 の室で取り囲むことを特徴とする。特許請求の範囲第１項から第３項記載のいず れか１つによるガスレーザ。
5. （５）合流装置及び／または出口装置はすくなくとも部分的に前記励起管（１） に対して電極配置（２８，３０，３４，５４ａ，５４ｉ，７０，７４，８２，８ ４）のすくなくとも一部分によって構成されることを特徴とする特許請求の範囲 第１項から第４項記載のいずれか１つによるガスレーザ。
6. （６）前記出口領域（１３）にすくなくとも環状出口スリット（６０）が設けら れることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項記載のいずれか１つのガ スレーザ。
7. （７）多くの出口の環状スリット（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）が励起管の軸方向 に前後して配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項記載の いずれか１つのガスレーザ。
8. （８）前記出口領域はすくなくとも羽根状環で取り囲み、前記励起管（１）の周 辺に配置することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第７項記載のいずれか １つのガスレーザ。
9. （９）出口配置はすくなくとも部分的に電極配置のすくなくとも部分的に電極配 置のすくなくとも１部分として前記励起管に対して構成されることを特徴とする 特許請求の範囲第１項から第８項記載のいずれか１つのガスレーザ。
10. （１０）収集室（６６）のなかに出口装置を合流させ、ガス供給導管（１１）に 通して、そのとき前記収集室（６６）は前記励起管の軸（Ａ）のまわりに環状室 として構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第９項記載のいず れか１つによるガスレーザ。
11. （１１）前記出口領域（１３）は前記励起管（１）のなかに合流する圧力ガス導 管（７８）を取り囲み、その合流点は前記管を流れるガスに対して出口（１１） とほぼ同軸であることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１０項記載のい ずれか１つによるガスレーザ。
12. （１２）前記励起管は円形と異なる横断面（第７図）を持つことを特徴とする特 許請求の範囲第１項から第１１項記載のいずれか１つによるガスレーザ。
13. （１３）電極配置が前記励起管の壁の周辺にすくなくともほぼ半径方向の段落な しに及び半径方向のスリットなしに設けられることを特徴とする特許請求の範囲 第１項から第１２項記載のいずれか１つによるガスレーザ。
14. （１４）円錐形の電極配置が前記励起管の横断面に関して導管の横断面の変化を 実現化するために設けられ、その後前記電極配置は一方において前記励起管の壁 の周辺にすくなくとも殆ど半径方向の段落なしに及び半径方向のスリットなしに 、及び他方好ましくは接続管の壁の周辺にある特徴とする特許請求の範囲第１項 から第１３項記載のいずれか１つのガスレーザ。
15. （１５）制御部（８４，８２，８８）が前記励起管（１）における電場形成のた めに設けられることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１４項記載のいず れか１つのガスレーザ。
16. （１６）陽極側及び／または陰極側に前記励起管（１）の軸（ａ）のまわりにす くなくともとくに軸に一列に並べられた個々の電極（８２，８４）が設けられ、 同じく制御装置（８８）が与えられた時間連続で個々の前記電極の電気制御のた めに設けられることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１５項記載のいず れか１つのガスレーザ。
17. （１７）前記入口領域の流れの下方にガス供給導管装置が設けられ、その導管の 横断面に前記導管装置について小部分に分けられた装置（２８，３０）を設ける ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１６項記載のいずれか１つのガス レーザ。
18. （１８）前記装置がすくなくとも格子配置（２８）をとりかこみ前記導管（９） の横断面の平面を設けることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載のガスレ ーザ。
19. （１９）前記装置が多数の壁（３０）により取り囲まれ、はちの巣型（３２）の 形状に配置されることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載のガスレーザ。
20. （２０）前記装置が前記導管断面で連続の横断面のくびれ（３４）で取り囲まれ ていることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載のガスレーザ。