JPS6311794B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスレーザ発振器に関するもので、光
学部品の結露による表面膜の損傷を防止し耐久性
を高めることを目的とする。第１図に一般的なレ
ーザ発振器の構成を示す。

図において１はレーザ管、２は全反射鏡、３は
レーザ光を取り出す窓で出力結合鏡と呼ばれてい
る。４はアノード電極、５はカソード電極、８は
高圧電源である。レーザガスはレーザガス導入口
６より供給され、レーザガス排気口７よりポンプ
で排気される。

共振器の冷却は、冷却液が冷却液供給系１４よ
り供給され、冷却液排出系１５より排出される。
２１は全反射鏡２のホルダ兼冷却板であり液は全
反射鏡冷却液入口２２より入り同出口２３より出
る。３１は出力結合鏡３のホルダ兼冷却板で液は
出力結合鏡冷却液入口３２より入り出力結合鏡冷
却液出口３３より出る。

１１はレーザ管の冷却管で液はレーザ管冷却液
入口１２より入りレーザ管冷却液出口１３より出
る。９はレーザ光線である。

このような従来の発振器においては、レーザ管
１を冷却する冷却液を同時に全反射鏡２、出力結
合鏡３等の光学部品の冷却を行つているため、レ
ーザ管冷却管１１と光学部品の冷却部には同じ温
度の冷却液が流れており、高温多湿条件下で運転
される場合、光学部品表面に結露の発生がみられ
る。さらに詳しく説明するならば、一般に光学共
振器はレーザ管を冷却することにより、発振によ
つて加熱されたレーザガスの冷却を行なつている
が、冷却効果を高め出力の増大を計るために、冷
却液は固化しない範囲において低温に冷却され
る。この温度はレーザ発振器が使用される環境下
ではしばしば露点以下となりレーザ管及びその冷
却系統は結露により表面に水滴が発生する。その
ため必要な場所には表面に断熱テープを巻きつけ
る等の対策がなされるのが普通である。従来光学
部品の冷却もこの低温冷却液を第１図に示すごと
く直接使用していたためレーザ管と同様露点を越
え光学部品の表面に第２図３００の如く結露する
ことがしばしば見られた。第２図はこの結露の状
態を説明するための出力結合鏡の詳細拡大図であ
る。

第１図と同部分には同一符号を付し説明を省略
する。図において出力結合鏡３の表面のレーザ管
１側には反射膜３０１が、反射側の直接大気と接
している面には反射防止膜３０２が設けられてい
る。

冷却液が出力結合鏡冷却液入口３２から同出口
３３へ流れる時、出力結合鏡３の上記両側の膜３
０１及び３０２上に結露３００が発生する。この
結露は出力結合鏡３のように直接大気と接触して
いる外側の表面で主に発生するが、光学共振器内
のレーザガスに接触している面（内面）において
もしばしば起り得ることである。それはレーザガ
スが完全な乾燥ガスでなく水分を含み得ること
と、実際にレーザ発振器を運転する場合、光学共
振器内に大気を導入して放置したり、保守点検を
実施する場合も同様に光学部品の表面が大気に接
触することになり、露点以下の低温の冷却液によ
り冷却されるとたちまち外面と同様結露すること
になるからである。

このように一般にレーザ光学部品の表面は、全
反射鏡ではそのレーザ光に対して非常に高い反射
率（例えば99％以上）を、出力結合鏡ではその共
振器の構成により決定される所定の反射率（例え
ば50％）を維持するために光学研磨を施した後に
反射膜を蒸着等により形成し、必要な場合にはそ
の表面に更に保護膜を形成させている。しかるに
これら光学部品の反射膜、保護膜上に前記のごと
く水滴が発生した場合、このままの状態でレーザ
発振を行わせしめると水滴が光のエネルギーの一
部を吸収し爆発的に気化し局所的に急激な温度上
昇をきたし表面膜のみならず母材迄も破損してし
まうという欠点があつた。

また光学共振器内はレーザ発振前に排気ポンプ
で空気が排気され、レーザガスが導入されるが表
面の水滴を完全に除去するためには長い予備排気
時間がかかるので速かな発振が得られない欠点も
あつた。

本発明はこのような従来の欠点を解消し、光学
部品の結露の発生を防止し長寿命化をはかつたレ
ーザ発振器を提供することを目的とするものであ
る。

第３図に本発明の一実施例のレーザ発振器の構
成を示す。冷却液の循環系統は光学部品冷却系１
４１と、それ以外の冷却系統１４２とに分離され
る。光学部品系統の発熱量はそれ以外の部分（主
にレーザ管）での発熱量に比較して少ない（約1/
２０）ので大部分の冷却液は低温のまゝ光学部品以
外の系統を流れることになる。

光学部品冷却系統に流れ込んだ冷却液１４１
は、その時の環境条件に合せて必ず露点より高い
温度に制御されて光学部品冷却板２１，３１へ同
入口２２及び３２から導入されるので光学部品が
結露することはない。冷却液の温度制御はオーブ
ン２４で行われるが、冷却液入口１４１の温度は
露点以下である場合が多いのでオーブン２４では
主に冷却液の温度を高める方向に制御する。液温
はオーブン２４の出口と光学部品冷却板２１，３
１の間に設けられた温湿度センサにて検出された
値から温度制御器２６にて露点を越える安全な温
度が決定され、ヒータ２５の温度が決定、制御さ
れる。温湿度センサー２７は温度計のみ、あるい
は湿度計のみ、もしくはこれらを併用して発振器
が使用される環境下で使用期間を通じて結露しな
い安全な温度、あるいは湿度を予め設定しておき
それを基準として液温を制御してもよい。

２９は操作盤であるが、ここに設けられたスイ
ツチを入れることにより、信号伝送路２８を通じ
て温度制御器２６が作動しオーブン２４で温めら
れた冷却液が光学部品冷却系に流れるので光学部
品表面に結露することがない。

また主スイツチを入れた後発振迄に排気、レー
ザガス導入等の準備工程があるが、この発振準備
中に、運転開始以前から発生していた水滴があつ
たとしてもこの水滴も消去させることができる。
温度制御器２６は必らずしもレーザ発振器の主ス
イツチと連動していなくても良い。特に高温多湿
地帯では運転停止中も結露防止策が必要であるの
で、温度制御器２６を単独で動作できるように
し、かつ光学部品以外の系統は開閉バルブ１４３
を閉じ、さらに光学部品系統の流量も絞りバルブ
１４４により微量に減少させるごとく構成するこ
とにより、節液、節電もはかれる。

以上のように本発明は液冷型レーザ発振器にお
いて、光学部品の冷却系統と、それ以外の系統を
分離し、冷却液の温度を光学部品系統のみ露点よ
り高い温度に制御することによりレーザ出力を下
げずに光学部品の表面を水滴の付着による劣化か
ら防ぐことを可能にしたもので以下の特徴があ
る。

(1) 冷却系統が光学部品系統とそれ以外の系統と
に分離されているので、光学部品を結露から守
りながら高いレーザ出力を得ることができる。

(2) 運転停止中も適温に維持された少量の冷却液
を流すことができるので光学部品耐久性を一層
高めることができる。また絞り弁により微量の
冷却液を流すので節液（ポンプを使用する循環
式では節電）ができる。

(3) 結露がないため発振開始時から安定したレー
ザ出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のレーザ発振器の一般的構成を示
す図、第２図は従来のレーザ発振器の出力結合鍔
部の拡大図、第３図は本発明の一実施例における
レーザ発振器の構成図である。 １……レーザ管、２……全反射鏡、３……出力
結合鏡、４……アノード電極、５……カソード電
極、６……レーザガス導入口、７……レーザガス
排気口、８……高圧電源、９……レーザ光、１１
……レーザ管冷却管、１２……冷却液入口、１３
……冷却液出口、１４……冷却液供給系、１５…
…冷却液排出系、２１……全反射鏡ホルダ兼冷却
板、２２……冷却液入口、２３……冷却液出口、
２４……オーブン、２５……ヒータ、２６……温
度制御器、２７……温湿度センサ、２９……操作
盤、２８……信号伝送路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に光学部品を備えたレーザ管と、前記レ
   ーザ管の周囲に冷却液を供給するレーザ管冷却手
   段と、前記光学部品の周囲または近辺に冷却液を
   供給する光学部品冷却手段と、前記光学部品冷却
   手段に供給する冷却液の液温を制御する手段とを
   具備したことを特徴とするレーザ発振器。 ２ 液温を制御する手段が温度、湿度の一方また
   は両方を検知するセンサと、このセンサにより制
   御される熱交換器である特許請求の範囲第１項記
   載のレーザ発振器。