JPS6310916B2 - - Google Patents

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JPS6310916B2
JPS6310916B2 JP55035373A JP3537380A JPS6310916B2 JP S6310916 B2 JPS6310916 B2 JP S6310916B2 JP 55035373 A JP55035373 A JP 55035373A JP 3537380 A JP3537380 A JP 3537380A JP S6310916 B2 JPS6310916 B2 JP S6310916B2
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JP
Japan
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gas
discharge
discharge space
laser
laser device
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JP55035373A
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Shuji Ogawa
Shigenori Yagi
Norikazu Tabata
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
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    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/036Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
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    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は無声放電式ガスレーザ装置の改良に
関するものである。
まず従来の無声放電式ガスレーザ装置を軸流形
CO2レーザを例にとつて説明する。
第1図は、従来の装置の要部の構成を示す縦断
面図で、1は接地側の金属電極、2は金属電極1
とで放電極を構成する高電圧側の金属電極で放電
面は誘電体3で覆われている。なお金属電極2は
通常、棒状の鉄材にガラスがライニング(ほうろ
う引き)されたものである。4は放電空間、5は
無機絶縁物で作られたガスガイド、6は交流高電
圧電源、7は全反射鏡、8は部分反射鏡、9は冷
却水循環ポンプ、10は冷却器、11はイオン交
換純水器、12はブロア、13は熱交換器であ
る。
上記構成において、交流高電圧電源6より交流
高電圧が、金属電極2と金属電極1との間に印加
されると放電空間4に無声放電と呼ばれる安定な
グロー状の放電が生じる。レーザ媒質ガス30
(CO2レーザの場は、一般にCO2、CO、N2、He
の混合気体)は、放電空間4を通過するときにこ
の無声放電によるレーザ励起され、全反射鏡7と
部分反射鏡8により構成される光共振器によつて
レーザ発振を起こし、励起された分子エネルギー
は、レーザ光40として部分反射鏡8から取り出
される。金属電極2、金属電極1は共に電気伝導
度の低い冷却水20で冷却されており、冷却水2
0は冷却水循環ポンプ9で冷却器10、イオン交
換純水器11を通つて循環される。イオン交換純
水器11は、冷却水20の電気伝導度を小さくし
て、電極からの電流漏洩を防ぐため必要である。
次にレーザ媒質ガス30の流れはブロア12によ
つて加速され高速となりガスガイド5に添つて、
レーザ光と並行に放電空間4を通過する。放電空
間4で放電により熱エネルギーを受け、温度が上
昇したレーザ媒質ガス30は、次に熱交換器13
に送られる。温度が上昇したレーザ媒質ガス30
は、この熱交換器13で冷却され、ブロア12に
もどり循環される。これは、CO2の光吸収率がガ
ス温度上昇により急激に上昇し、レーザ発振効率
を低下させるのでガス温度を低く抑える(50℃程
度)必要があるためである。
第2図は上記従来装置の第1図の−線から
みた電極部の断面図で、2aは金属電極2の誘電
体3で覆われていない部分、3aは誘電体3の側
面部分、3bは曲率が大きい部分、4a,4b,
4cはそれぞれ放電空間4の端部、中央部、端
部、5−1は、無機絶縁物で作られたガスガイド
である。
ここで無声放電の特性について簡単に説明す
る。無声放電は、誘電体3を介して生じる交流放
電であり、印加電圧が上昇するのにしたがつて放
電空間4の電位差が上昇し、放電空間電位差が放
電開始電圧に達するとパルス的放電が生じ、放電
が生じると誘電体3の表面に電荷が堆積され、そ
の結果、放電空間4の電位差が低下して放電が消
滅する。
つづいて印加電圧が上昇し再び放電空間4の電
位差が放電開始電圧に達すると放電が起る。交流
電源の半サイクル中にこのような放電が数回ない
し数十回繰り返され、又、次の半サイクルでは、
逆極性の放電が同様に繰り返される。
ところで無声放電は、電極の誘電体沿面に拡が
り易い放電であるため、放電空間端部4a,4c
が中央部4bに比べてエネルギー密度の高い放電
となる。従つて、取り出されるレーザ光の径内エ
ネルギー分布もその結果中央部に比べ周辺の強度
が強い「マルチモード」となり、加工用用途には
不適当なものになる。また、誘電体沿面3aで生
じる放電のエネルギーはそこで消費され有効に放
電空間4、即ち共振空間に入らないので発振効率
が悪い。さらに、発振の熱エネルギーにより、誘
電体3の表面が熱膨張するので曲率の大きい誘電
体部分3bが破損されやすい。また、印加電圧を
大きくすると誘電体側面部分3aでの放電がさら
に電極背後部分の誘電体3が覆われていない部分
2aまで拡がり、放電がレーザ励起に不適当なア
ーク放電に移行する場合がある。その場合、誘電
体3及び電源が破壊される。
さらに無声放電電力は誘電体3の全静電容量に
比例するから、誘電体3の放電面面積に放電電力
は大体比例する。
この為、レーザの大出力化に伴なつて放電面積
が広い大きな棒状の金属にガラスをライニングす
る必要がある。しかしながら、金属にガラスをラ
イニングする電極製作時において、熱的加工工程
が含まれ大きな棒状の金属ほど曲りが生じる。そ
れゆえ従来の装置では放電電力の増大、すなわち
レーザの大出力化が困難であつた。
この発明は、上記従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、電極構造を改良すること
により構造が簡単でしかも高効率で信頼性の高い
無声放電式ガスレーザ装置を提供することを目的
とするものである。
第3図はこの発明の一実施例の装置の要部の構
成を示す縦断面図、第4図は、その−線から
見た放電部の断面と反射鏡の配置とを示す図で、
1−1は円筒状に形成された金属電極で放電面は
誘電体3で覆われており、内部に形成されている
通水路に流される冷却水20で冷却される。2−
1は金属電極であり内部が冷却水20で冷却され
ており、金属電極1−1と同軸に設置されてい
る。4は放電空間7−1〜7−7は全反射鏡、8
は部分反射鏡であり、折り返し式の光共振器を構
成している。なお破線で図示した反射鏡7−1,
7−3,7−5は配線位置を示す便宜上から記載
したものである。
このように構成されたものにおいて、金属電極
2−1と金属電極1−1間に交流高電圧電源6よ
り交流高電圧が印加されると、ドーナツ円筒状に
形成された放電空間4に無声放電が生じ、従来と
同様にレーザ媒質ガスがレーザ励起され、全反射
鏡7−1〜7−7と部分反射鏡8とで構成される
折り返し式の光共振器によつて、レーザ発振が生
じ、部分反射鏡8からレーザ光が取り出される。
このように放電空間4を円筒状に構成し、折り
返し式の光共振器と組せた構成とすると放電方向
に対して電極端部が存在しない構造となり、この
ことにより従来電極端部の誘電体沿面で生じてい
た放電及び局所的放電の集中がなくなつた。また
共振器光路にあたる放電空間4内にのみ放電が生
じるので発振効率が向上し、さらに放電空間4内
の放電エネルギー分布が均一となるので、取り出
されるレーザ光40の径内のエネルギー分布も加
工用途に適した分布が得られる。
さらに、第2図で示した従来例のような電極背
後部分で誘電体で覆われていない箇所2aが存在
しないので、印加電圧を大きくしても、アーク放
電により誘電体3及び交流高電圧電源6が破壊さ
れることがなくなつた。
また金属電極1−1の内面は円形であるから放
電面を誘電体3でライニングする製作工程を極め
て簡単となり、曲がりなども生じにくく精度が従
来例に比べて飛躍的に向上する。このため大きな
放電面積の金属電極1−1を作成でき、レーザの
大出力化が容易になる。
第5図はこの発明の他の実施例の放電部の縦断
面図、第6図はその−線よりみた断面図とガ
ス循環系とを示す図で、レーザ光とガス流とが直
交する直交形ガスレーザに適用したものである。
図において、接地金属電極1−1にはスリツト状
のガス流入口14及びガス流出口15が設けられ
ており、レーザ媒質ガス30は、ブロア12によ
り流入口14から流入し、放電空間4を通つて、
ガス流出口15から流出し熱交換器13を通つ
て、ブロア12にもどる循環路を流れる。
この実施例のものは、前記実施例と同様の効果
を得る事ができると共に、放電空間4をレーザ媒
質ガス30が流れる際の通路抵抗が小さくなるの
で、ブロア12に要求される性能の軽減が図れ
る。
第7図はこの発明を増幅用ガスレーザ装置に用
いた実施例の放電部の構成を示す縦断面図、第8
図はその−線からみた断面図で、16−
1,16−2は透視窓、7−2,7−7は全反射
鏡である。なお、ガス流系統及び冷却水系統は、
第3図、第4図の実施例と同じであるので図示を
省略する。
この実施例ではまず、レーザ光40が透過窓1
6−1から入射すると放電空間4を通つて全反射
鏡7−2に当り、反射されまた放電空間4を通つ
て全反射鏡7−3に当る。同様にして7−4,7
−5,7−6,7−7と順番に反射がくり返さ
れ、透過窓16−2から外部へ取り出される、取
り出されたレーザ光40aは放電空間4を通過す
る際に、無声放電により励起された分子エネルギ
ーを得、増幅されるので大出力のレーザ光とな
る。このようにこの増幅装置も前記実施例でのべ
たのと同様に光学系光路にあたる放電空間4のみ
に放電が生じるので増幅エネルギー効率がよく、
さらに放電空間4に放電エネルギー分布の均一な
無声放電領域を形成するので入射するレーザ光の
径内エネルギー分布状態を変えずに大出力のレー
ザ光を得ることができる。
以上の実施例は、すべて外側の金属電極1−1
の放電面のみを誘電体3で覆つたもので、外側の
電極1−1を接地とし、内側の電極2−1に高電
圧を印加したものを示したが、内側の金属電極2
−1の放電面を誘電体3で覆うと、誘電体3の厚
さがそれだけ増したことになり、耐電圧が上昇
し、印加電圧を大きくすることができ、その結果
レーザの大出力化が容易になる。
さらに外側の電極を高電圧、内側の電極を接地
とした場合でも、この発明の効果は同等である。
また実施例は、すべて両電極共に冷媒にて冷却
した構造を示したが、この冷却は放電で発生する
熱エネルギーから電極の放電面に設けられている
誘電体を保護する目的でなされているもので、パ
ルス発振、又は小出力の連続発振では、放電で発
生する熱エネルギーが少ないので必ずしも必要は
ない。
この発明は同軸に配設され、円筒状の放電空間
を形成する円筒状に形成された外部電極と棒状に
外部された内部電極、これらの電極の少くとも何
れか一方の放電面を覆う誘電体、上記放電空間の
両側に配設された複数の全反射鏡と1個の部分反
射鏡で構成された折り返し形光共振器、および上
記両電極間に交流高電圧を印加し該放電空間内に
無声放電を生成させる交流電源を備えたもので、
高効率、高出力のガスレーザ装置とすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の軸流形レーザ装置の要部の構
成を示す縦断面図、第2図はその−線からみ
た放電部の断面図、第3図はこの発明の一実施例
の要部の構成を示す縦断面図、第4図はその−
線からみた放電部の断面図、第5図、第7図は
それぞれこの発明の他の実施例の放電部の要部の
構成を示す縦断面図、第6図、第8図はそれぞれ
第5図の−線、第7図の−線からみた断
面図である。 図において、1,1−1は外部金属電極、2,
2−1は内部金属電極、3は誘電体、4は放電空
間、5はガスガイド、6は交流高電圧電源、7,
7−1〜7−7は全反射鏡、8は部分反射鏡、9
は冷却水循環ポンプ、10は冷却器、11はイオ
ン交換純水器、12はブロア、13は熱交換器、
14はガス流入口、15はガス流出口、16−
1,16−2は透過窓、20は冷却水、30はレ
ーザ媒質ガス、40,40aはレーザビームであ
る。なお、図中同一符号はそれぞれ同一、又は相
当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 同軸に配設され環状の放電空間を形成する円
    筒状に形成された外部電極と棒状に形成された内
    部電極と、これらの電極の少くとも何れか一方の
    放電面を覆う誘電体と、上記放電空間の両側に配
    設された複数の全反射鏡と、1個の部分反射鏡と
    で構成され、光路が前記環状の放電空間内で複数
    回折り返される折り返し形光共振器および上記両
    電極間に交流高電圧を印加し当該放電空間内に無
    声放電を生成させる交流電源を具えたガスレーザ
    装置。 2 レーザ媒質ガスを光軸方向に流すガス循環路
    を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載のガスレーザ装置。 3 外部電極の両側面にガス流入口とガス流出口
    とを設けるとともに、このガス流入口からレーザ
    媒質ガスを吹き込み、放電空間内を光軸と交叉す
    る向に通過して上記ガス流出口から吹き出るガス
    循環路を備え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装置。 4 複数の全反射鏡と2個の透過窓とで構成され
    た折り返し形光学系を備え、上記一方の透過窓か
    ら入射したレーザ光を増幅して他方の透過窓から
    射出させる構成とし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装置。
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