TWM637550U

TWM637550U - 氣體雷射裝置

Info

Publication number: TWM637550U
Application number: TW111210625U
Authority: TW
Inventors: 岡田康弘; 萬雅史; 田中研太; 河村譲一
Original assignee: 日商住友重機械工業股份有限公司
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2023-02-11
Also published as: KR20200073986A; JP2020096139A; CN111326940A; JP7359540B2; TW202025580A

Abstract

本創作提供一種即使未在腔室內配置用於去除微粒之專用的裝置，亦能夠抑制由微粒引起之鏡片等光學零件的劣化之氣體雷射裝置。在充滿雷射氣體之腔室中，配置有閉鎖雷射光之光共振器。在高度方向上，在配置有光共振器之範圍內或比配置有光共振器之範圍更高的位置，設置有將雷射氣體導入到腔室中之導入埠。雷射氣體通過排氣埠從腔室中排出。

Description

氣體雷射裝置

本創作係有關一種氣體雷射裝置。

若氣體雷射裝置的腔室內的微粒附著於光共振器的鏡片的表面，則鏡片因燒結等而劣化。該等微粒例如在氣體雷射裝置的組裝或維護等中腔室被開放時，進入腔室內。進入腔室之微粒不會從腔室排出而停留在腔室內。下述專利文獻1中公開了一種在腔室內配置有塵埃捕集裝置之氣體雷射裝置。藉由塵埃捕集裝置捕集腔室內的微粒，可抑制鏡片的劣化。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：日本實公平2-17491號公報

[本創作所欲解決之課題] 在習知之氣體雷射裝置中，需要在腔室內準備用於收容塵埃捕集裝置的空間。因此，導致腔室的大型化。又，依據設置塵埃捕集裝置的位置，塵埃捕集裝置有時會導致雷射氣體流量的下降。本創作的目的為提供一種即使未在腔室內配置用於去除微粒之專用的裝置，亦能夠抑制由微粒引起之鏡片等光學零件的劣化之氣體雷射裝置。 [用以解決課題之手段] 依本創作的一觀點，提供一種氣體雷射裝置，其具有：腔室，充滿雷射氣體；光共振器，配置於前述腔室中，且閉鎖雷射光；導入埠，在高度方向上設置於配置有前述光共振器之範圍內或比配置有前述光共振器之範圍更高的位置，且將雷射氣體導入到前述腔室中；及排氣埠，從前述腔室中排出雷射氣體。依本創作的另一觀點，提供一種氣體雷射裝置，其具有：腔室，充滿雷射氣體；光共振器，配置於前述腔室中，且閉鎖雷射光；導入埠，將雷射氣體導入到前述腔室中；及排氣埠，設置於比前述導入埠更低的位置，且從前述腔室中排出雷射氣體。 [創作之效果] 若將導入埠設置於配置有光共振器之範圍內或比配置有光共振器之範圍更高的位置，則在將雷射氣體導入到腔室內時，會形成通過配置有光共振器之空間而流向下方之氣體流。隨著該氣體流，微粒會聚集到腔室的低區域。又，若將排氣埠設置於比導入埠更低的位置，則在導入埠與排氣埠之間的高度範圍內，在排出氣體時及導入氣體時均會形成流向下方之氣體流。因此，能夠將腔室內的微粒有效率地聚集到腔室的低區域。藉由將微粒聚集到腔室的低區域，能夠降低浮游在光共振器的附近之微粒密度。其結果，能夠抑制光共振器的鏡片等光學零件的劣化。

參閱圖1～圖5，對基於實施例之氣體雷射裝置進行說明。圖1係基於實施例之氣體雷射裝置的包含光軸之鉛錘剖面圖。以將光共振器的光軸方向設為z軸方向、將鉛錘上方設為x軸方向來定義xyz正交座標系。基於實施例之氣體雷射裝置例如為二氧化碳雷射裝置。雷射氣體收容於腔室10中。雷射氣體包括例如，二氧化碳、氮氣、氦氣等。腔室10的內部空間被劃分為相對位於上側之光學室11及相對位於下側之送風機室12。光學室11與送風機室12被上下隔板13隔開。另外，在上下隔板13設置有開口，以使雷射氣體在光學室11與送風機室12之間流通。光學室11的底板14從送風機室12的側壁朝向z軸方向上的兩側突出，且光學室11的z軸方向上的長度比送風機室12的z軸方向上的長度長。腔室10在光學室11的底板14上藉由腔室支撐構件16支撐於光學基座。在光學室11內配置有一對放電電極21。一對放電電極21分別介隔著放電電極支撐構件22、23被支撐在底板14。一對放電電極21在x軸方向上隔著間隔配置，從而在兩者之間劃定放電區域24。放電電極21藉由在放電區域24產生放電來激勵雷射氣體。如在後面參閱圖2進行之說明，雷射氣體朝向與圖1的紙面垂直之方向流過放電區域24。在配置於光學室11內之共同支撐構件26支撐有光共振器25。光共振器25例如由一對鏡片25M構成。光共振器25的光軸通過放電區域24內，且光共振器25閉鎖雷射光。共同支撐構件26介隔著光共振器支撐構件27被支撐在底板14。在使光共振器25的光軸向其中一個鏡片25M（圖1中為左側鏡片）側延伸之延長線與光學室11的壁面的交叉部位，安裝有使雷射光束透過之透光窗28。在光共振器25內被激勵之雷射光束透過透光窗28向外部放射。在送風機室12配置有送風機50。亦即，光共振器25及放電電極21配置於比送風機50更高的位置。送風機50使雷射氣體在光學室11與送風機室12之間循環。在光學室11的壁面設置有用於將雷射氣體導入到腔室10內之導入埠31。導入埠31介隔著導入閥32與雷射氣體供給源33連接。若開啟導入閥32，則雷射氣體從導入埠31導入到腔室10內。導入埠31在高度方向上設置於比配置有光共振器25之範圍更高的位置。在送風機室12的壁面設置有用於將雷射氣體從腔室10內排出的排氣埠35。排氣埠35介隔著排氣閥36與真空泵37連接。若開啟排氣閥36，並使真空泵37進行動作，則腔室10內被真空排氣。排氣埠35在高度方向上設置於比配置有送風機50之範圍更低的位置。圖1並未具體地示出導入埠31及排氣埠35在水平方向上的位置。例如，導入埠31及排氣埠35並不需要配置於光共振器25的包含光軸之鉛錘剖面上。因此，導入埠31及排氣埠35有時不顯示在圖1所示之剖面。又，在圖1中示出在與光共振器25的光軸垂直之壁面設置有導入埠31及排氣埠35，但亦可以設置於其他壁面，例如設置於與光軸平行之壁面。圖2係基於本實施例之氣體雷射裝置的與光軸（z軸）垂直之剖面圖。腔室10的內部空間藉由上下隔板13被劃分為上方光學室11及下方送風機室12。在光學室11內配置有支撐一對放電電極21、光共振器25之共同支撐構件26。在放電電極21之間劃定放電區域24。在與放電區域24重疊之位置配置有光共振器25之鏡片25M（圖1）。在光學室11內配置有隔板15。隔板15劃定從設置於上下隔板13之開口13A至放電區域24為止的第1氣體流路51、從放電區域24至設置於上下隔板13之另一開口13B為止的第2氣體流路52。雷射氣體朝向相對於光軸正交之方向（y軸方向）流過放電區域24。放電方向（x軸方向）與雷射氣體流過之方向（y軸方向）及光軸方向（z軸方向）這兩個方向正交。由送風機室12、第1氣體流路51、放電區域24及第2氣體流路52構成雷射氣體循環之循環流路。送風機50以使雷射氣體在該循環流路循環之方式產生雷射氣體流。送風機室12內的循環流路的流路剖面比光學室11內的循環流路的流路剖面大。在送風機室12內的循環流路收容有熱交換器56。在放電區域24被加熱之雷射氣體通過熱交換器56被冷卻，被冷卻之雷射氣體再供給至放電區域24。在光學室11的壁面設置有導入埠31，且在送風機室12的壁面設置有排氣埠35。如參閱圖1進行之說明，導入埠31配置於比光共振器25更高的位置。排氣埠35配置於比送風機50更低的位置。另外，與圖1的情況同樣地，圖2並未具體地示出導入埠31及排氣埠35在水平方向上的位置。導入埠31及排氣埠35在水平方向上可以設置於腔室10的壁面的任何位置。圖3係表示交換雷射氣體之步驟之流程圖。在運行氣體雷射裝置之期間，關閉導入閥32及排氣閥36（圖1、圖2）。在進行雷射氣體的交換時，在關閉導入閥32的狀態下，開啟排氣閥36（步驟S1）。藉由在該狀態下使真空泵37（圖1）進行動作，對腔室10內進行排氣（步驟S2）。若結束雷射氣體的排出，則關閉排氣閥36，開啟導入閥32（步驟S3）。藉此，雷射氣體從導入埠31導入到腔室10內（步驟S4）。若導入所需量的雷射氣體，則關閉導入閥32（步驟S5）。圖4係對腔室10內進行排氣之期間（步驟S2）的氣體雷射裝置的剖面圖。在圖4中用箭頭表示在雷射氣體排出過程中的雷射氣體流。排氣埠35配置於比送風機50更低的位置，因此在腔室10內產生從上方流向下方之雷射氣體流。藉此，浮游在雷射氣體中之微粒朝向腔室10的下方移動。其結果，較多的微粒58堆積在腔室10的底面。圖5A及圖5B係將雷射氣體導入到腔室10內之期間（步驟S4）的氣體雷射裝置的剖面圖。在圖5A及圖5B中用箭頭表示在雷射氣體導入過程中的雷射氣體流。導入埠31配置於比光共振器25更高的位置，因此雷射氣體導入到配置有光共振器25之空間，從而產生從配置有光共振器25之空間流向下方之雷射氣體流。浮游在配置有光共振器25之空間之微粒58藉由雷射氣體流而向下方移動。其結果，較多的微粒58堆積在腔室10的底面。接著，對本實施例的優異之效果進行說明。在本實施例中，在從腔室10排出雷射氣體時（步驟S2），如參閱圖4所示，浮游在腔室10內之較多微粒58堆積在腔室10的底面。進而，在將雷射氣體導入到腔室10時（步驟S4），如參閱圖5A及圖5B進行之說明，浮游在腔室10之較多微粒58亦會堆積在腔室10的底面。當在氣體雷射裝置的動作過程中使雷射氣體循環時，腔室10的底面附近的流速比其他區域的流速慢。因此，堆積在腔室10的底面的微粒58在雷射氣體的循環過程中被捲起而重新浮游在腔室10內之可能性較低。因此，能夠減少浮游在腔室10內之微粒數量。接著，對光共振器25與送風機50（圖1、圖2）的較佳位置關係進行說明。在雷射振盪過程中，光共振器25的鏡片25M（圖1）被加熱而達到高溫。若微粒58附著於鏡片25M，則會導致在達到高溫時微粒58被燒結在鏡片25M上。降低腔室10的內部空間中尤其配置有容易達到高溫之光共振器25之空間的微粒58的密度為較佳。微粒58因重力作用向腔室10內的下方移動，因此將光共振器25配置於比送風機50更高的位置為較佳。接著，對配置導入埠31及排氣埠35（圖1、圖2）的較佳高度進行說明。如圖4所示，在雷射氣體的排出過程中，在腔室10內形成流向排氣埠35之氣體流。如圖5A及圖5B所示，在雷射氣體的導入過程中，形成從導入埠31向腔室10內擴散的氣體流。在高度方向上，在排氣埠35與導入埠31之間的空間，在氣體排出及氣體導入中的任一過程中均形成從導入埠31的高度流向排氣埠35的高度之氣體流。為了使微粒58朝向腔室10的下方移動，在排氣埠35與導入埠31之間的空間形成之氣體流流向下方為較佳。為了形成這種氣體流，將導入埠31配置於比排氣埠35更高的位置為較佳。為了在雷射氣體的排出過程中使微粒58聚集到腔室10的底面，在腔室10內的大部分形成流向下方之氣體流為較佳。為了形成這種氣體流，將排氣埠35配置於比送風機50更低的位置為較佳。又，為了去除配置有光共振器25之空間的微粒58，在雷射氣體的導入過程中，使導入到腔室10之雷射氣體通過配置有光共振器25之空間之後流向下方為較佳。為了形成這種氣體流，在高度方向上，將導入埠31配置於比配置有光共振器25之範圍更高的位置為較佳。若將雷射氣體從導入埠31導入到經真空排氣的腔室10內，則在導入埠31的附近形成流速高的氣體流，且流速隨著遠離導入埠31而下降。為了從配置有光共振器25之空間有效率地去除微粒58，導入到腔室10內之雷射氣體在通過配置有光共振器25之空間時維持快的流速為較佳。為了形成這種氣體流，縮短從導入埠31至光共振器25為止的距離為較佳。作為一例，設為從導入埠31至光共振器25為止的距離比從排氣埠35至光共振器25為止的距離短為較佳。接著，參閱圖6A～圖6D，對另一實施例進行說明。以下，省略對與基於圖1～圖5B所示之實施例之氣體雷射裝置共同的結構的說明。圖6A～圖6D係表示基於另一實施例之氣體雷射裝置的導入埠31、排氣埠35、光共振器25及送風機50的位置關係之示意圖。在圖6A所示之實施例中，在高度方向上，在配置有光共振器25之範圍內配置有導入埠31。此時，從導入埠31導入到腔室10內之雷射氣體保持快的流速而通過配置有光共振器25之空間。然後，雷射氣體流向下方。在圖6B所示之實施例中，排氣埠35配置於比光共振器25更低且比送風機50更高的位置。與圖1及圖2所示之實施例同樣地，導入埠31配置於比光共振器25更高的位置。此時，在配置有光共振器25之空間，在排出氣體時及導入氣體時均產生流向下方之氣體流。在配置有送風機50之空間，在排出氣體時，形成流向上方之氣體流，但在之後導入氣體時產生流向下方之氣體流。因此，浮游在腔室10內之微粒在導入氣體時聚集到腔室10的底面。在圖6C所示之實施例中，導入埠31配置於比光共振器25更低的位置。與圖1及圖2所示之實施例同樣地，排氣埠35配置於比導入埠31及送風機50更低的位置。此時亦可獲得如下效果，亦即，在排出氣體時，使浮游在腔室10內之微粒聚集到腔室10的底面。在圖6D所示之實施例中，排氣埠35配置於與導入埠31大致相同的高度。此時，在排出氣體時主要形成流向上方之氣體流，但在導入氣體時，與圖1及圖2所示之實施例同樣地，會形成通過配置有光共振器25之空間而流向下方之氣體流。因此，排出氣體後浮游在腔室10內之微粒在導入氣體時聚集到腔室10的底面。如上所述，在圖6A～圖6D中任一個所示之實施例中亦能夠使浮游在腔室10內之微粒聚集到下方，從而降低浮游在光共振器25的附近的空間之密度。其結果，能夠抑制光共振器25的鏡片25M的劣化。進而，當在腔室10內配置有除鏡片以外的光學零件時，能夠抑制該等光學零件的由微粒引起之劣化。上述各個實施例僅是示例，理所當然，在不同的實施例中示出之結構可以進行部分替換或組合使用。關於複數個實施例的基於相同結構之相同的作用效果，不在每個實施例中逐一進行說明。進而，本創作並不限定於上述實施例。例如，本創作可以進行各種變更、改良及組合等，這對本案創作所屬技術領域中具有通常知識者來講是顯而易見的。

10:腔室 11:光學室 12:送風機室 13:上下隔板 13A,13B:開口 14:底板 15:隔板 16:腔室支撐構件 21:放電電極 22,23:放電電極支撐構件 24:放電區域 25:光共振器 25M:光共振器鏡片 26:共同支撐構件 27:光共振器支撐構件 28:透光窗 31:導入埠 32:導入閥 33:雷射氣體供給源 35:排氣埠 36:排氣閥 37:真空泵 50:送風機 51:第1氣體流路 52:第2氣體流路 56:熱交換器 58:微粒

[圖1]係基於實施例之氣體雷射裝置的包含光軸之鉛錘剖面圖。 [圖2]係基於本實施例之氣體雷射裝置的與光軸垂直之剖面圖。 [圖3]係表示交換雷射氣體之步驟之流程圖。圖4]係對腔室內進行排氣之期間（步驟S2）的氣體雷射裝置的剖面圖。 [圖5A]及[圖5B]係將雷射氣體導入到腔室內之期間（步驟S4）的氣體雷射裝置的剖面圖。 [圖6A]～[圖6D]係表示基於另一實施例之氣體雷射裝置的導入埠、排氣埠、光共振器及送風機的位置關係之示意圖。

10:腔室

11:光學室

12:送風機室

13:上下隔板

14:底板

16:腔室支撐構件

21:放電電極

22,23:放電電極支撐構件

24:放電區域

25:光共振器

25M:光共振器鏡片

26:共同支撐構件

27:光共振器支撐構件

28:透光窗

31:導入埠

32:導入閥

33:雷射氣體供給源

35:排氣埠

36:排氣閥

37:真空泵

50:送風機

x:x軸

y:y軸

z:z軸

Claims

一種氣體雷射裝置，其具有：腔室，充滿雷射氣體；光共振器，配置於前述腔室中，且閉鎖雷射光；導入埠，相對於前述腔室的底板，設置於配置有前述光共振器之範圍內或比配置有前述光共振器之範圍更高的位置，且將雷射氣體導入到前述腔室中；及排氣埠，從前述腔室中排出雷射氣體，將前述導入埠配置於比前述排氣埠與送風機更高的位置，並且前述排氣埠被配置在比前述導入埠更低的位置。
一種氣體雷射裝置，其具有：腔室，充滿雷射氣體；光共振器，配置於前述腔室中，且閉鎖雷射光；導入埠，配置於比送風機更高的位置，將雷射氣體導入到前述腔室中；及排氣埠，設置於比前述導入埠更低的位置，從前述腔室中排出雷射氣體。
如請求項1或2所述之氣體雷射裝置，其中，前述導入埠為單一個，從前述導入埠將氣體導入，前述排氣埠為單一個，前述排氣埠連接於真空泵，來自前述導入埠之前述氣體的導入、與來自前述排氣埠之前述氣體的排出，不同時執行。
如請求項3所述之氣體雷射裝置，其中，從前述導入埠至前述光共振器為止的距離，比從前述排氣埠至前述光共振器為止的距離短。