JPS631086A

JPS631086A - ガスレ−ザ発振器

Info

Publication number: JPS631086A
Application number: JP14269186A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yasuoka; 康一安岡; Hideomi Takahashi; 秀臣高橋; Eiji Kaneko; 英治金子
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1988-01-06

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は高出力のガスレーザ発振器に係り、特にレーザ
出力の立ち上がり時間を短縮したガスレーザ発振器に関
する。

（従来の技術）一般に大出力のガスレーザ発振器においては、送風機に
よりレーザ媒質ガスを放電励起部に高速循環させて陰極
・陽極間のグロー放電により励起し、レーザ媒質ガスの
ガス流方向と直交する方向に光軸を有する光共振器の作
用でレーザ出力を取り出しているにの種のガスレーザ発
振器の例を第４図（例えば、東芝レビュー３９巻２号（
１９８４）に示された装置）に示す。第４図に示すよう
にレーザ風胴１の内部には、放電励起部又と冷却装置＾
３及び送風Ｉｌ！！４が設けられている。放電励起部え
は。

複数個に分割したピン状陰極■７とこれに対抗配置ｔｔ
した棒形状の陽極６およびこの電極間に循環させるレー
ザ媒質ガスのガス流７の方向と直角方向に光軸を配置し
た光共振器８ａ、　ｌｌｂとで構成されてぃる。また電
源１０の一端とピン状陰極１７それぞれの間にはグロー
放電を並列して安定点弧させるための安定化インピーダ
ンス９が接続されている。レーザ媒質ガスとしては１例
えばＣ○ｚ＋　Ｎ２．　Ｈｅガスを含む混合ガスが用い
られ、約３０〜１ｏＯＴｏｒｒ程度の圧力でレーザ風胴
１内に封入されている。

又、放電励起部２内に循環させるレーザ媒質ガスのガス
流７の速度は数１０ｍ／ｓ〜数１００ｍノＳ程度である
。動作時においては電源■０から上記ピン上陰極１７陽
極６間に数１０００Ｖ以上の高電圧を印加してグロー放
電１１を発生させ、この放電エネルギーによってレーザ
媒質ガスを励起する。このとき光共振器８ａ、８ｂの作
用によりレーザ発振がおこリレーザ媒質ガスのガス流７
方向及び放電方向と直角方向にレーザ出力１２を得られ
る。

（発明が解決しようとする問題点）第４図に示した従来のガスレーザ発振器においては、レ
ーザ運転方式として第５図に示すものが多用される。第
５図（ａ）、（ｂ）はレーザ出力（ａ）とグロー放電の
放電電流（ｂ）の時間変化を示すもので、始め、レーザ
発振の起こらない状態では、シマー電流値Ｉｓと呼ぶ小
電流をＪεし、待機状態とし、　次に放電電流値を１０
０ｍ５ｅｃ以下の短時間ｔ１で増加させ、　それにとも
なって立上り時間１．　（１工＜ｔ２）のレーザ出力を
得ている。その後は再びシマー電流にまで低下させｔ３
の時間停止したのち一定の放電電流値Ｉｃまで増加して
発振する動作を繰り返し行う。　ところでシマー電流値
Ｉｓはレーザは発振が生じない程度の小電流であるが、
第４図に示した各ピン状陰極１７に流れる放？！電流値
はＩｓを陰極本数で除した値になり、−般に数＋ｎＡ程
度の非常に小さい値となる。このためシマー電流Ｉｓの
みが流れている状態においては放電していないピン状陰
極１７が存在することがある。この状態から、第５図（
ｂ）に示す様に放電′？：Ｌ流を急速に増加させると、
放′？ｒｉ７３１流値の増加にともなって、消弧してい
る陰極１７を次々に放電点弧していくことになる。この
時の時間遅れにより消弧している陰極１７があるとグロ
ー放電の放電電流立ち上がり時間（ｔ、）は陰極が全部
点弧している場合よりも長くかかり、その結果レーザ出
力の立ち上がり時間（ｔ２）も長くなる傾向にあった。

この現象をより詳しく説明すると次のようになる。放電
消弧１ｌｌａ極１７が、放電電流値の増加にともなって
点弧していくときは、消弧陰極と点弧陰極間の電位差が
陰極間距離・ガス成分・ガス圧力・ガス流速・安定化イ
ンピーダンス等の条件で決まるある電圧値以上になった
ときである。つまり。

放電電流を増加させていくと安定化インピーダンス９に
おける電圧降下により消、Ａ陰極と点弧陰極間の電位差
がある電圧値以上になり消弧していた陰極が点弧して次
第にグロー放電の点弧陰極数が増加していくことになる
。電源側から考えると放電電流を増して点弧陰極数が増
すに従って、電源負荷であるグロー放電のインピーダン
スが低下していくので、この場合のグロー放電はインダ
クタンス成分のように働く。この結果放電電流の立ち上
がり時間が遅くなり、レーザ出力の立ち上がり時間が増
加してしまうことになる。

そこで１本発明はレーザ出力の立ち上がり特性の良いガ
スレーザ発振器を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は複数個に分割した
陰極を各々安定化インピーダンスを介して電源と接続し
、各Ｉ１３極は複数個の棒状電極を櫛電極の表面積以下
の突起箇所を設けたものである。

（作用）以上のように陰極を構成すると、Ｉｔ；０４総数を従来
電極と比較して１７２以下にできるのでシマー電流値に
おいて放電消弧する陰極はなくなり、また導電性！ＩＩ
線により棒状電極を結合しているため放電電流値の増加
に伴う負クロー面積の増力０は容易になり、さらに導電
性ＩＩ腺上に設けた突起部の作用によって負グローの空
間的法がりを大きく保つことができ、グロー放電の放電
電流追随性が高まる結果急峻な電流増加が可能になリレ
ーザ出力の立ち上がり時間を短縮することができる。

（実施例）（実施例の構成）以下に図面を用いて本発明の説明を行う。

第１図は本発明の一実施例の要部である放電励起部Ｉを
示す図でレーザ発振器全体の構成は第４図に示した従来
のものと同一のものは同一符号を付しである。レーザ風
胴内には放電励起部又と。

冷却装置および送風機を配置しており、レーザ媒質ガス
を冷却したのち放電励起部又に高速循環させている。放
電励起部主の内部には櫛形陰極５と棒形状の陽極６とを
対向配置し、各櫛形陰極５は安定化インピーダンス９を
介して電源１０に接続している。光共振器８ａ、　８ｂ
は放電励起部又の両側に固定して配置しレーザ発振動作
する。第２図は櫛形陰極５を詳細に示す図で２本の棒状
を極１３を櫛形に陰極支持部１６に接続し、さらに先端
部を導電性細線１＝１で電気的に接続している。また導
電性細線１４の中央部上には棒状電極１３よりも短い棒
状の突起部１５を設けているが、突起部１５の表面積は
棒状電極１３の表面積の数分の１以下である。

（実施例の作用）次に上記第１図および第２図に示す本発明の実施例の動
作について説明する。−般的なレーザ発振動作は上述し
た第４図に示す従来例のものと同様で、　レーザ媒質ガ
スとしてＣｏ２．Ｎ２．Ｈｅガスを含む混合ガスを約３
０〜１００Ｔｏｒｒ程度の圧力で使用し、　ガス流７を
数Ｌｏｗ八〜へ１００ｍ八程へ程度度で循環させている
。動作時においては電源１０から安定化インピーダンス
９を介して上記櫛形ＫＳ顕５陽極６間に数１０００Ｖ以
上の高電圧を印加してグロー放電１１を発生させ、この
放電エネルギーによってレーザ媒質ガスを励起する。こ
のとき全反射鏡および半透過鏡で構成される光共振器８
ａ、８ｂの作用によってレーザ発振がおこリレーザ媒質
ガスのガス流７方向及び放電方向と直角方向にレーザ出
力１２を得る。

各梯形陰極５上の負グロー面積は放電電流値に比例して
増減するが、レーザ発振を起こさないシマー電流が流れ
ている状態においては、ｌ１３極１３は陰極支持部１６
により連結されている為、その総数は従来電極と比較し
て１／２以下である゛のでシマー電流が流れている状態
における各櫛形陰ｐｉ５の分担電流は従来の陰極におけ
る分担電流の２倍以上となり放電が消弧してしまう櫛形
陰極５はない。

ただしシマー電流が流れている状態における負グロー点
弧部は第２図の突起部１５または棒状電極１３の片方の
みである。しかし導電性細線１４で両方の棒状電極１３
を結合しているので放電電流の増加にともない負グロー
点弧面精は急速に増加できる。

ただしこの場合導電性細線１４上に突起部１５を設ける
ことが必要で、その理由は次の２点である。１つはシマ
ー電流がｄされている状態において負グローが突起部１
５に点弧することにより棒状陰極１３のどちらか一方に
のみ負グローが点弧してグロー放電の空間的広がりが悪
化する事を防いでいること。

また第２は、突起部１５がない場合放電′ｔｔｉ流を急
速に増加させると負グローは一方の棒状電極１３がら導
電性細線１４を覆いながら他方の棒状電顕１３に向かっ
て面積を増加させるとともに始めに負グローが点弧して
いた一方の棒状ｆｆ１ｔｕ上をガス流７の方向と逆方向
に面積を増加させていく。その結果−方の棒状電極下流
におけるグロー放電の放電電力密度が急激に高まり放電
収縮を起こしレーザ発振を停止させてしまう。突起部１
５を導電性細線１４上に設けると突起部１５に点弧する
負グローにより放電電力の一部を突起部で分担するため
放電電力密度が一方の棒状電極１３の下流にのみ集中せ
ず急速な族１ｉｆｆｉ流の増加時においても放電収縮は
発生しない。ただし放電電力密度の局所的な増加を防ぐ
ために突起部１５の表面積は棒状電極１３の表面積の数
分の１以下にしなれけばな徒ない。

（他の実施例）第３図は本発明の他の一実施例の櫛形陰極５を詳細に示
す図で、上述の第２図に対応するもので他の構成要素は
第１図と同様である。第２図に示した櫛形ｌＩｆ極５と
は異なり棒状電極１３・導電性別線１４・突起部１５お
よび陰極支持部１６を板状にも４成したものである。第
３図に示したｊ３　ｔ４　ｂの作用は第２図に示した陰
極の作用と同一であるが、全ての陰極構成要素を同一板
上で結合できるので第２図の櫛形陰極例に比較して接合
部の信頼性が高いという特徴がある。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明においては陰極総数を従
来電極と比較して１／２以下にし、また中央部に上記棒
状電極の表面積以下の突起箇所を設けた導電性細線によ
り棒状電極を結合したため、シマー電流が流れている状
態において全陰極が点弧しており放電電流の急激な増加
に伴う放電点弧陰極数の変化が無く電源側から見込んだ
時にインダクタンス成分はほとんど生じない。この結果
放電電流の立ち上がり時間は大幅に短縮されて急峻な電
流増加が可能になリレーザ出力の立ち上がり時間を短縮
することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例を示すガスレーザ発振器の要
部を示す斜視図、第２図は本発明の一実施例の櫛形陰極
を示す詳細図、第３図は本発明の他の実施例の櫛形陰極
を示す詳細図、第４図は従来のガスレーザ発振器を示す
斜視図、第５図はレーザ発振器の運転方式を示す図で（
ａ）はレーザ出力と時間との関係を示す図、（ｂ）はグ
ロー放電電流と時間との関係を示す図である。１・・・レーザ風胴　　　２・・・放電励起部３・・・
冷却装置　　　　４・・・送風機５・・・櫛形陰極　　
　　６・・・陽極７・・・ガス流　　　　　８・・・光
共振器９・・・安定化インピーダンス　　１ｏ・・・電
源１１・・・グロー放電１２・・・レーザ出力１３・・
・棒状電極　　　　１４・・・導電性細線１５・・・突
起部　　　　　１７・・・ピン状陰極代理人　弁理士　
則　近　憲　佑同　　三俣弘文第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対向して配置した陰極および陽極を有し高電圧印
加時にこの両電極間でグロー放電する放電励起部にレー
ザ媒質ガスを高速循環させて光共振器によりレーザ出力
を取り出すガスレーザ発振器において、前記陰極は複数
個に分割して各々安定化インピーダンスを介して電源と
接続し、各陰極は複数個の棒状電極を櫛状に結合したこ
とを特徴とするガスレーザ発振器。
（２）棒状電極の先端部は導電性細線により相互に電気
的に接続し、この導電性細線上に突起部を設けたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ発振
器。
（３）突起部の表面積は棒状電極の表面積より小さいこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のガスレーザ
発振器。