JPS63228688A - ガスレ−ザ発振方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、Ｃｏ、Ｎ、Ｈ等のレーザ媒２ｅ 質ガスが充填された誘電体管の内部に放電を起こしめて
レーザ光の発振を誘起するガスレーザ発振方法および装
置に関し、特に上記放電の均質性を高める方法および装
置の具現化に関する。

〔従来の技術〕。

従来、この方式を採用したガスレーザ発振装置として第
７図に示すものがあった。

第７図は、従来の高周波励起高速軸形ＣＯ２レーザ装置
の概略構成図であり、第８図は、第７図の■−■′線の
矢視断面構成図である。

すなわちこれらの図において、１，２は、ガラス、セラ
ミック、酸化チタン等の誘電体からなる放電管、３，４
および５，６は、この放電管１゜２の外壁にそれぞれ対
向して設けられた金属電極対、７は全反射鏡、８は部分
反射鏡、９は、各電極対３，４および５，６に電気的に
接続された高周波電源、１０はルーツブロア（送風ｆｌ
）、１１゜１２は熱交換器、１３はディフューザノズル
、１４は送気管である。また同図において、Ｅは放電管
１，２内で発生する高周波放電、矢印Ｇはガス流の方向
をそれぞれ示す。

次に、同装置の動作について説明する。

レーザ発振器の放電管１，２内には、ＣＯ２゜Ｎ２．Ｈ
，等の混合ガスからなるレーザ媒質ガスが約１００　Ｔ
ｏｒｒのガス圧で満たされている。

したがって、高周波電源９から、高周波交流電圧が各金
属電極対３，４および５，６に印加されると、放電管１
，２内で誘電体を介した高周波放電Ｅが発生し、ＣＯ２
分子が励起される。そして、この高周波放電により励起
されたＣＯ２分子は、全反射鏡７と部分反射鏡８より構
成される光共振機構内でレーザ発振を起すこととなる。

こうして発振されたレーザ光の一部が部分反射鏡８を通
じて外部に取り出される。

他方、レーザ媒質ガスは、熱交換器１１．１２を通じて
冷却されるとともに、ルーツブロア１０による送風に基
づき放電管１．２および送気管１４内を矢印Ｇの方向に
高速に循環する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のガスレーザ発振装置は、特にその電極対構造が、
例えば第８図に示したような構造となっているため、放
電管１あるいは２内に生じる高周波放電は、同第８図に
も模式的に示す如く、中央または周辺に局在化したり、
非対称な分布を持つようになったりする。すなわち、管
内全体に一様な放電をおこすことがむずかしい。また同
装置では、放電管に与えられる電界の方向も一方向に固
定されるために、出力されるレーザビームのモードにも
偏りを招き易い。

この発明は、こうした放電にまつわる種々不都合を解消
して、上記レーザ媒質ガスの励起を均一化し、ひいては
安定したモードのレーザビームを得ることのできるガス
レーザ発振方法および装置を提供することを目的とする
。

（問題点を解決するための手段〕 この発明では、前記放電管に印加する電圧の方向を経時
的に変移するようにする。

〔作用〕

このように、印加電圧の方向が経時的に変移されること
により、上記放電管内に生じる放電の方向もこれに伴な
って変移され、同放電管内を往復するレーザ光にとって
は、実質的に均質放電が存在するのと同等の効果が奏さ
れるようになる。勿論これによれば、放電管内の電界も
均一となる。

なお、上記変移の周期を、上記レーザ光の放電管内往復
周期と一致する周期に選ぶようにすれば、最も好ましい
条件で、こうしたレーザ光に対する放電の均質化並びに
電界の均一化が図られるようになる。

〔実施例〕

第１図〜第４図に、この発明にかかるがスレーザ発振装
置の一実施例を示す。

この実施例８＠は、当のガスレーザ発振装置として前述
した高周波励起高速軸形Ｃ０２レーザ装置を想定し、該
装置のレーザ光発振機構にこの発明を適用して構成した
ものであり、第１図は、こうした実施例装置の概略構成
を、また第２図は、主に第１図のｍ−ｎ’線矢視断面構
成をそれぞれ示す。

すなわちこれら第１図および第２図において、２０は、
ガラス、セラミック、酸化チタン等の誘電体からなる放
電管、２１ａ〜２１ｈは、この放電管２０（７）外壁に
、２１　ａ、！＝２１　ｅ、１２ｂと２１ｆ、２１ｃと
２１ｑ、２１ｄと２１ｈがそれぞれ対向して対をなすよ
う配された４種の金属電極対、２２は全反射鏡、２３は
部分反射鏡、２４は、高周波交流電圧を発生するとする
高周波電源、２５は、この高周波電源２４から発生出力
される交流電圧を上記４種の金属電極対（２１ａ−２１
　ｅ　）、　（２１ｂ−２１ｆ）　　、　（２１Ｃ−２
１ｇ）および（２１ｄ−２１ｈ）に対して順次切換供給
する切換回路、２６はルーツブロア、２７．２８は熱交
換器、２９は送気管であり、特に該実施例装置では、こ
のような単一の放電管２０によってレーザ光の発振を誘
起する単一放電管構造を採用している。

ただし、 Ｏ上記放電管２０内には、Ｃｏ　　、Ｎ　　、Ｈ６等の
混合ガスからなるレーザ媒質ガスが、約１００丁Ｏｒｒ
のガス圧で満たされていること。

０　上記各金属電極対に高周波交流電圧が印加されるこ
とで、同放電管２０内に誘電体を介した高周波放電が発
生し、Ｃ０２分子が励起されること。

０　この励起されたＣＯ２分子は、上記全反射鏡２２と
部分反射鏡２３とにより構成される光共振機構内でレー
ザ発振を起し、こうして発振されたレーザ光の一部が部
分反射反射鏡２３を通じて外部に取り出されること。

等々といったガスレーザ発振装置としての基本的な動作
は、単一放電？！４１１造としたこの実施例装置におい
ても同様に行なわれる。そして、上記放電管２０内に満
たされるレーザ［貿ガスも、上記熱交換器２７および２
８を通じて冷却されるとともに、上記ルーツブロア２６
による送風に基づき同放電管２０および上記送気管２９
内を高速に循環する。

こうした基本的な動作を踏まえて、この実施例装置では
更に、放電管２０内に放電管を発生せしめる際、上述し
た切換回路２５を通じて、高周波電源２４から出力され
る高周波交流電圧を上記４種）金１）ｌ？ｔｉ極対（２
１ａ−２１ｅ）、（２１ｂ−２１ｆ）、（２１ｃｍ２１
９＞および（２１ｄ−２１ｈ）に順次切換えて印加する
ようにする。この電圧印加態様について、第３図および
第４図を参照して更に詳述する。

第３図（ａ）〜（ｄ）は、上記切換回路２５の動作例を
示すタイミングチャートであり、また第４図（ａ）〜（
ｄ）および第４図（ｅ）は、この切換回路２５の切換動
作に応じて放電管２０内に発生される放電の態様を、先
の第２図に示した同放電管２０の断面＠造に対応させて
模式的に示すものである。

すなわちいま、時刻ｔ１において、切換回路２５が、第
３図（ａ）に示す如く上記各金Ｒ電極対のうちの電極対
（２１ａ−２１ｅ）を選択して、これら電極２１ａ−２
１ｅ間に上記高周波交流電圧を印加したとすると、放電
管２０内には、第４図（ａ）に示すような態様で同電極
２１ａ−２１ｅ間に放電Ｅ１が発生する。こうした放電
Ｅ１は、これら電極２１ａ−２１ｅ間に同交流電圧が印
加されている間、すなわち切換回路２５がこの電極対（
２１ａ−２１ｅ）を選択している間だけ維持される。

そしてその後、時刻ｔ２において、同切換回路２５が、
第３図（ａ）および（ｂ）に示す如く電極対の選択を上
記電極対（２１ａ−２１ｅ）から電極対（２１ｂ−２１
ｆ）に切換えて、電橋２１ｂ−２１ｆ間に上記高周波交
流電圧を印加したとすると、放電管２０内には、今度は
第４図（１））に示すような態様で同電極２１ｂ−２１
ｆ間に放電Ｅ２が発生する。こうした放Ｍ　Ｅ　２も、
切換回路２５が当該電極対（２１ｂ−２１ｆ）を選択し
ている間だけ維持される。

以下、時刻ｔ３あるいは時刻ｔ４においても、それぞれ
上述と同様の態様で、第３図（ｂ）および（Ｃ）の切！
ｌ！動作に対応する第４図（Ｃ）に示す如くの放電Ｅ３
の発生、さらには第３図（Ｃ）および（ｄ）の切換動作
に対応する第４図（ｄ）に示す如くの放電Ｅ４の発生が
行なわれ、時刻ｔ５における第３図（ｄ）および（ａ）
の切換動作に対応して第４図（ａ）に示す如くの放電Ｅ
１の発生に戻る。

この実施例装置では、こうした放電切換動作が、高速度
にて繰り返し実行されるものであり、これによって、例
えば上記時刻ｔ１から時刻ｔ５までのＴに相当する１周
期の動作毎に、第４図（ｅ）に示すような均質放電が得
られるようになる。またこれにより、電界も均一となる
。

したがって、この周期時間Ｔを、前記発振されるレーザ
光の放電管２０内往復時間、すなわち前記全反射鏡２２
と部分反射鏡２３との間の往復にかかる時間と等しく設
定するようにすれば、前述の如く部分反射鏡２３を通じ
て外部に取り出されるレーザ光も、そのモードは常に安
定した形状に保たれるようになる。

このように、この実施例装置によれば、放電方向の経時
的な切換えによって放電管内の均質放電並びに均一電界
を実現することができ、ひいては安定したレーザ光を高
能率に取り出すことができるようになる。因みに、こう
した放電方向の経時的な切換によって放電の均質化並び
に電界の均一化を図る構成であればこそ、第１図に示し
たような単一放電管構造によっても、安定したレーザ光
の発振を十分に保障することができる。

なお、上記実施例装置では、円筒状の放電管２０の外壁
に前記各電極対を形成する金属電極２１ａ〜２１ｈを単
に配設したに留めたが、他に例えば、第５図に示すよう
なその軸方向に沿って複数の突起Ｐを有する放電管２０
′、あるいは第６図に示すような同しく軸方向に沿って
複数の溝りを有する放電管２０″を採用して、これら各
電極間の絶縁距離を延ばすようにすることもできる。

これによれば、同装置の電気的な信頼性が更に高まるど
ともに、各電極対に印加する電圧の増大等に伴なうレー
ザ出力の増強も可能となる。

また、同実施例装置では、上記電極対として４種の電極
対を用いたが、この数や組み合わせの態様については任
意である。

またさらには、これら電極対に対する電圧印加に際して
の切換態様とて任意であり、上記実施例装置によるよう
な、放電方向が順次連続して回転移動するような切換態
様に限定されるものではない。

また、同実施例装置においては、前述の如く単一放電管
構造を採用したが、これとて任意であり、第７図に示し
たような２つの放電管を有する装置、あるいはそれ以上
の放電管を有する装置であっても、同様にこの発明を適
用することはできる。しかも、２以上の放電管を有する
装置については、各放電管毎に異なる態様をもってその
放電方向が切換わる構成とすることもできる。これによ
れば、レーザ光から見た放電の均質性といった作用も更
に助長されることとなる。

ところで、上記の装置では、放電管の外壁に配される複
数の電極対があって、これら各電極対に所要の電圧を切
換印加することで、レーザ光から見た放電の均質性とい
った作用を得るようにしたが、これには他に、上記所要
の電圧が印加される例えば１対の電極を用意して、これ
を放電管の外周に沿って礪械的に回転せしめるといった
構成も可能であり、これによっても上述と同等の均質放
電作用を得ることはできる。要は、放電管の管面から印
加される電圧の方向が経時的に変移される構成であれば
よい。

〔発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、均質放電、均
一電界を有効に実現して、安定したレーザ光を能率良く
取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかるガスレーザ発振装置の一実施
例についてその構成を模式的に示す略図、第２図は第１
図におけるｍ−ｎ’線の矢視断面図、第３図は同実施例
装置における切換回路の動作例を示すタイミングチャー
ト、第４図は同実施例装置における放電管内の放電態様
例を模式的に示す略図、第５図および第６図はそれぞれ
放電管構造の他の例を示す断面図、第７図は従来のガス
レーザ発振Ｖ装置の一例についてその構成を模式的に示
す略図、第８図は第７図における■−■′線矢視断面図
である。 ２０・・・放電管、２１〜２１ｈ・・・金属電極、２２
・・・全反射鏡、２３・・・部分反射鏡、２４・・・高
周波電源、２５・・・切換回路、２６・・・ルーツブロ
ア、２７゜２８・・・熱交換器、２９・・・送気管第１
図 ｔ４ 第３図 ｔｅ １を 第７図 第８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザ媒質ガスが充填された誘電体管に管面から
   所要の電圧を印加して同管内に放電を起こしめることに
   よりレーザ光の発振を誘起するガスレーザ発振方法にお
   いて、 前記印加する電圧の方向を経時的に変移するようにした
   ことを特徴とするガスレーザ発振方法。
2. （２）誘電体からなり、レーザ媒質ガスが充填される少
   なくとも１つの放電管と、 該放電管の外壁にそれぞれ対向して設けられる少なくと
   も２対以上の電極対と、 これら電極対を介して前記放電管の内部に放電を起し得
   る交流電圧を出力する電源手段と、該出力される交流電
   圧を前記各電極対に経時的に切換供給する切換手段と を備えたガスレーザ発振装置。
3. （３）前記放電管は、その外壁の前記電極が配された各
   境界部分に突起を有する特許請求の範囲第（２）項記載
   のガスレーザ発振装置。
4. （４）前記放電管は、その外壁の前記電極が配された各
   境界部分に溝を有する特許請求の範囲第（２）項記載の
   ガスレーザ発振装置。