JPS63229771A - 高繰返しパルスレ−ザ発振装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は放電電極を改良した高繰返しパルスレーザ発振
装置に関する。

（従来の技術） 一般に高繰返しパルスレーザ発振装置は、第４図（豊田
法−他監修「エキシマレーザ最先端応用技術４１９８６
年３月ＣＭＣＰ、９１参照）に示すように風胴１、放電
陰電極２、放電陽電極３、送風機４、熱交換器５より構
成され、特にエキシマレーザ発振装置ではレーザ発振効
率を向上させるため予備電離ピン６が用いられている。

以下、エキシマレーザ発振装置を代表例に取って説明す
る。

エキシマレーザ発振装置の風ＪＩ）４１内には反応性の
高いハロゲンガス（Ｆ２１　ｃＩ２ｔ　Ｂｒ）と希ガス
（Ａｒ。

Ｋｒ、　Ｘｓ）を含むレーザガスが高圧（１〜５気圧）
で封入されている。放電陰電極２．放電陽電極３のまわ
りに充満したレーザガスはグロー放電により希ガスとハ
ロゲンガスが結合し励起状態でのみ安定に存在する分子
、即ちエキシマが生成される。

励起状態でのエキシマの寿命は１０＋１秒程度であり、
レーザ光を発振して基底状態に戻る。したがってレーザ
発振を繰返し行うことがレーザの出力を増大することに
なる。すなわち繰返し周波数を上げることがレーザの出
力の増大に繁がるのである。

ところがこの繰返し周波数を上げようとすると、第５図
に示す如く、放電電極１，２間のガス流速を増大しなけ
ればレーザ出力が増大しないことが判っている。

一般にレーザ出力を評価する方法としてクリアランス・
レシオ、略称ＣＲ１なる無次元量で表現する場合が多い
。

ただし、Ｕ：放電電極間ガス流速（＋ｎ／ｓ）ｆ：繰返
し周波数（１／Ｓ） δ：放電電極間ギャップ長（ｍ） このＣＲ値を大きくすれば高出力レーザ光が得られると
いう一つの目安がある。

（発明が解決しようとする問題点） ０式において、繰返し周波数ｆを上げ高出力を、得よう
とすると、ガス流速Ｕを上げるか、ギャップδを小さく
する他は無い。

このようにするとギャップの部分でのガス流の圧力損失
が著しく大きくなり、高ヘッドの送風機の採用が必要と
なる問題があった。また、ギャップ長δをある程度大き
く採った場合、ギャップ長方向に密度の濃淡が生じる可
能性が高く、レーザ光線のゆらぎが発生するという問題
や、電極部分の放熱が著しいという問題点もあった。

本発明の目的はレーザ発振の繰返し周波数を上げ、かつ
レーザ光線のゆらぎの無い良質で信頼性の高い大出力レ
ーザ光線の出せる高繰返しパルスレーザ発振装置を提供
することにある。

〔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、本発明においては、第１図
に示すように放電陰電極２．放電陽電極３を回転させ、
この回転電極のシャフト１１には集電装置１２を設け、
放電回路１３と接続し、また放電電極間ギャップ長をグ
ロー放電に最適なように選び放電電極の反放電側を強制
冷却する。

（作　　用） このように構成されたガスレーザ発振装置において、半
径Ｒの放電電極１，２の回転ωにより発電極間に流れる
ガス流速は送風機等によって得ら０式は となるため、同一繰返し周波数ｆ、同一放電ギャップ長
δでもＣＲ値を向上することができ、高出力が得られる
方向に作用する。

また、繰返し周波数ｆが大きくなっても回転ωもしくは
電極半径Ｒを大きくすることによってＣＲ値を低下させ
ること無く、連続的にパルスレーザを発振できるように
作用する。

さらにまた、レーザ発振により発生した熱も放電電極の
反放電側を強制冷却することによって除去できるように
作用する。

また１回転電極のシャフト１１に集電装置１２を設ける
ことにより放電回路１３との接続を行うことができる。

一方、放電電極間ギャップ長を風損等をさほど考慮せず
に最適に選定できるようになる。

（実　施　例） 以下、本発明の一実施例を図面によって説明する。第１
図はこの発明の一実施例による高繰返しパルスレーザ発
振装置の概略図である０図において風胴１内にはハロゲ
ンガスと希ガスを含むレーザガスを高圧で封入し、放電
陰電極２．放電陽電極３間においてグロー放電７を行う
ことによってレーザ光９を発振する。風胴１内にはレー
ザガスを循環する送風機４と放電によって発生する熱を
奪う熱交換器５が設けられている。また、レーザ発振を
スムーズに行わせるために予備電離ピン６が設けられて
いる。

レーザガス流８は放電陰電極２．放電陽電極３間を通過
する流れ８ａと放電電極の反放電側に冷却用として向う
流れ８ｂとがある。まず流れ８ａはグロー族ｆｆ１７に
寄与し、流れ８ｂは放電場′に１ｗ４３の冷却に寄与す
る。これらの流れは、熱交換器６を通過後、放電陰電極
２の冷却に寄与する。レーザガス流８の分流ならびに整
流のために分流・整流板１０が設けられている。

一方、放電＠電極２、放電陽電極３のシャフト１１は導
電性になっており、集電装置１２を介して放電回路１３
と接続されている。

なお、放電陰電極２、放電１１ａ電極３の放電側と反放
電側とは仕切板１４にて仕切られていることは言うまで
もない。

以下、放電陰電極２．放電陽電極３間のレーザガス流に
回転電極２，３が及ぼす影響について第２図および第３
図を用いて説明する。

まず、電極が静止している状態では第３図の（ａ）に示
すような最大流速Ｕｍａｘの流速分布となる６次に、送
風機が作動していない状１ぶては電極の回転方向を互い
に逆方向にすると、（ｂ）に示すようなＵ字形の流速分
布となる。最後に（ａ）と（ｂ）に組合わさった状態で
回転ωにもよるが回転コントロールすることによって（
ｃ）に示すような均一な流速分布を実現することが可能
となる。

また、回転ωが大で送風機による流速成分が小さい場合
でも（ｂ）に示すような流速分布となり、レーザ光取出
し部分である放電電極間中央付近では均一な流速分布が
得られる。

このように回転と送風機で混合されたガス流は十分に撹
拌されており、かつ上記のように均一な゛流速分布のた
めレーザ光線のゆらぎが防止できる。

さらにまた、電極が回転し、かつ冷却されるために、下
部電極、第２図では放電陽電極３からの熱対流による上
昇気流が防止でき、ゆらぎを防ぐことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では放電電極の回転により
電極間のレーザガス流速の増大が図れるため、レーザ発
振の繰返し周波数を上げ、かつレーザ光線のゆらぎの無
い良質で信頼性の高い大出力レーザ光線の出せる高繰返
しパルスレーザ発振装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における高繰返しパルスレ
ーザ発振装置の概略図、第２図は第１図に示す放電電極
部の部分断面図、第３図（ａ）　、　（ｂ）及び（ｃ）
は本発明の一実施例の効果を説明する放電電極間の異な
る状態を夫々示すレーザガス流速分布図、第４図は従来
の高繰返しパルスレーザ発振装置の概略図、第５図はレ
ーザ出力と繰返し周波数の関係においてレーザガス流速
が及ぼす影響を説明する特性図である。 １・・・風胴、　　　　　　２・・・放電陰電極、３・
・・放電陽電極、　　　４・・・送風機、５・・・熱交
換器、　　　　６・・・予備電離ビン、７・・・グロー
放電、　　　８・・・ガス流、９・・・レーザ光、　　
　　１０・・・分流、整流板、１１・・・回転電極シャ
フト、１２・・・集電装置。 １３・・・放電回路、　　　　１４・・・仕切板。 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 ７　−−７’ｏ　−５ｉＱ　　　　　　／４−−イ土ｊ
１Ｎ反第１図 第２図 第３図 第４図 繰逗。用沢数ｆ（ｐｐ、ｓｌ 第５図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザガスを封じ込める風胴と、放電に寄与する
   放電電極と、前記レーザガスを放電部分に供給するため
   の送風機と、放電により発生した熱を除去する熱交換器
   を備えたものにおいて、放電電極を回転させ、この放電
   電極のシャフト部分に集電装置を設け、放電回路と接続
   したことを特徴とする高繰返しパルスレーザ発振装置。
2. （２）放電電極の反放電側を強制冷却すべく、仕切板で
   仕切ったことを特徴とする特許請求範囲第１項記載の高
   繰返しパルサレーザ発振装置。
3. （３）レーザガス流の分流ならびに整流のために分流、
   整流板を設けたことを特徴とする特許請求範囲第２項記
   載の高繰返しパルスレーザ発振装置。
4. （４）放電電極の回転を、放電電極間レーザガス流速が
   均一になるようにコントロールしたことを特徴とする特
   許請求範囲第１項記載の高繰返しパルサレーザ発振装置
   。
5. （５）放電電極間のレーザ光線のゆらぎを防止するため
   に、放電電極間のガス流を十分に撹拌したことを特徴と
   する特許請求範囲第１項記載の高繰返しパルスレーザ発
   振装置。
6. （６）放電電極の回転方向を互いに逆方向に回転させ、
   放電側においてガス流に逆わない方向に、あるいはガス
   流に逆う方向に回転させたことを特徴とする特許請求範
   囲第１項記載の高繰返しパルスレーザ発振装置。