WO1988002938A1 - High-frequency electric discharge excited laser - Google Patents

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WO1988002938A1
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Akira Egawa
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Fanuc Ltd
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

Definitions

  • the present invention relates to a gas laser device, and particularly to a high-frequency discharge excitation laser device.
  • a pair of metal electrodes is disposed at both ends of a glass discharge tube having a predetermined length, and a 10 k
  • a DC high voltage of V to 30 kV through a predetermined ⁇ series resistor (for setting an operating point on the discharge characteristics)
  • the carbon dioxide gas (actually ⁇ 2- H e - C0 2 predetermined energy to the mixed gas is used) of is given.
  • a laser beam of a predetermined wavelength is generated, and thus the laser beam is sequentially emitted.
  • a predetermined laser oscillation is performed by causing the generated laser light to reciprocate between reflecting mirrors provided at both ends of the discharge tube.
  • the gas medium existing in the discharge tube is circulated through a circulation pump and a heat exchanger for cooling, and a part of the gas medium is exhausted and replaced with fresh gas. .
  • a metal electrode is arranged at both ends in the longitudinal direction of the glass discharge tube, so that the gap length is increased and a high voltage is required as if climbing up. It is difficult to secure the power supply, and the power supply unit becomes larger accordingly. Further, under the high voltage, the controllability for controlling the discharge voltage and the discharge current to predetermined values necessary for stabilizing the laser output also deteriorates, and the discharge characteristics are set to the predetermined operating points as described above. In addition, a high resistance series resistor is required to perform the operation, the loss consumed thereby increases, and furthermore, the discharge of the discharge tube due to the consumption of the metal electrodes installed in the discharge tube and the sputtering thereof. And the like.
  • a gas laser generator based on a silent discharge excitation method using a contracted silent discharge excitation method using an AC power supply having a frequency of several hundred kilohertz or less instead of a DC power supply that has been raised has been proposed.
  • a pair of electrodes is provided in a predetermined gas that has been depressurized at an interval of about 10 am, a dielectric is provided inside each of the electrodes, and between the electrodes.
  • An AC voltage in the above frequency range is applied. That is, specifically, for example, a ceramic tube is used as a material corresponding to the dielectric, and a pair of metal electrodes are arranged on the outer surface of the ceramic in a longitudinal direction.
  • ions or electrons ionized in the gas medium move to the electrode having a predetermined polarity and are deposited on an insulator provided inside the electrode, and the polarity of the AC voltage is switched.
  • the current flows intermittently only during such polarity switching. Therefore, when the applied voltage is constant, the electric power injected into the gas medium per unit volume increases as the frequency of the AC voltage increases, and the current flowing between the electrodes increases. This can be explained by the fact that the tube acts as a capacitive impedance to the AC voltage, and thus its impedance decreases as the frequency increases), and the output power increases accordingly ( Conversely, the equipment required to achieve a certain output power can be reduced in size).
  • the upper limit of the frequency at which the silent discharge described above occurs is at most several hundred kilohertz.
  • the ceramic tube used in the silent discharge excitation type gas laser generator has a large dielectric loss angle (tan ⁇ ), and therefore, the dielectric loss increases as the frequency of the AC power supply increases. To a great extent, the temperature rises, and eventually the ceramic tube is destroyed. Therefore, when a ceramic tube is used as the laser tube, the power supply is restricted due to the restriction on the withstand voltage. There is a problem that the frequency cannot be increased much.
  • a dielectric having a low dielectric loss such as a quartz tube. Insufficient injected power cannot be obtained. Therefore, in the silent discharge region, the use of the above-mentioned ceramic tube or the like as a dielectric is indispensable.
  • radio frequency radio frequency
  • the switching period of the voltage polarity as described above becomes extremely short, so that ionized ions or electrons during that period do not reach the predetermined electrode.
  • oscillation between the electrodes is constantly repeated, and this switching of charge transfer causes a continuous high-frequency current (continuous current advanced by more than the applied high-frequency voltage) to flow between the electrodes. In other words, a discharge in a different state from the above-mentioned rush discharge is performed.
  • the ratio at which the gas medium can be raised to a predetermined excitation level with respect to a predetermined injection power increases, so that the efficiency of laser light generation is improved.
  • a large power supply (particularly, a high-frequency inverter) necessary for this type of laser light generating device is provided by, for example, transistors and other integrated elements. It is difficult to configure, and it is necessary to use a vacuum, and in spite of the fact that the power supply frequency is increased to increase the efficiency, the power supply actually increases in size. Problems arise.
  • a quartz tube with low dielectric loss is also used as a laser tube.
  • the impedance of the quartz tube becomes too low. Therefore, unless the thickness of the quartz tube is increased, the discharge current concentrates on a local portion and its manufacture becomes difficult. In addition, there arises a problem that the current flowing through the thick tube wall separately from the discharge space increases, thereby increasing the loss. Also, in these frequency ranges, there is a problem of radio interference, and there is also a problem of cost increase due to shields and the like, and an increase in the size of the device for the countermeasures.
  • an object of the present invention is to make the frequency of the driving power supply higher than the frequency of the power supply used in the silent discharge excitation type gas laser generator.
  • the efficiency of generating laser light with respect to the injected power is increased, and the power supply (particularly the high-frequency inverter) of this type of gas laser generator is solidified.
  • the frequency range of the drive power supply was selected so that the frequency range can be achieved (for example, by a MOS FET).
  • Still another object of the present invention is to use a quartz tube (quartz glass tube) having a low dielectric loss as a laser tube to reliably perform discharge required for laser light generation in the above-mentioned predetermined frequency range. Moreover, since the dielectric loss is much smaller than that of the ceramic tube, the dielectric tube is not restricted by the withstand voltage based on the frequency, and the thickness of the quartz tube is reduced. So There is no need to be so thick.
  • the present invention provides a gas laser device in which the frequency of the driving power supply for the laser tube is selected from the range of 1 MHz to 10 MHz.
  • the efficiency of laser light generation with respect to a predetermined injection power is increased, and the laser light generator required to obtain a predetermined laser light output can be downsized.
  • the power supply device (particularly, the high-frequency inverter) can be constituted by a solid-state element such as a MOS transistor, so that the power supply device can be downsized. Therefore, it is possible to achieve both the efficiency of generating laser light for a given injected power and the miniaturization of the entire device including the power supply device.
  • a quartz tube with low dielectric loss is used as the laser tube. As a result, the discharge in the frequency region can be performed satisfactorily by applying a predetermined voltage, and the dielectric loss is low. In addition, it is not necessary to increase the thickness of the tube in the above frequency range.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a gas laser generator as one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 (a) and 2 (b) show a laser tube used in the device of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing characteristics when a quartz tube is used in comparison with a case where ceramic honor is used.
  • the first figure shows a configuration of a gas laser generator as an embodiment of the present invention, each of a predetermined control circuit consisting reuse Star S 1 to S 6 gate signal of a predetermined phase is supplied all
  • the wave rectifier circuit converts the three-phase AC voltage to a predetermined DC voltage through the LC circuit.
  • I is a high-frequency inverter, which is composed of pre-fiber-connected M0S transistors to G, and is provided with a predetermined frequency (from a predetermined drive circuit to each gate of the transistors Q and).
  • control signal in the case of the present invention from 1 megahertz 1 0 main Gaheru Tsu) (a phase control signals) are supplied, while the remaining preparative La Njisuta Q 2 and Q 180 at the same frequency as the above each gate Bok 3 ' A control signal having a different phase (B-phase control signal) is supplied.
  • This Yotsute laser tube T of each electrode (constituted by a quartz tube having a predetermined wall thickness as mentioned above), (radio frequency in the range of 1 0 Main Gaherutsu from 1 megahertz) the frequency between E 2 A high-frequency voltage in the region is applied, whereby a predetermined high-frequency discharge occurs in the gas medium in the laser tube, and gas molecules are excited to generate laser light.
  • the frequency of the driving power supply is increased to the radio frequency in the above-mentioned frequency range, a continuous high-frequency current flows between the electrodes, and the laser is supplied for a predetermined injected power.
  • the efficiency of light generation is increased, and the injected power per unit volume when the applied voltage is constant is also increased, resulting in an increase in the output power. Therefore, a laser required to output a constant output power
  • the light generation device can be downsized. It is clear that as the frequency increases, each component such as an inductance element (coil or trans- lator) and a capacitive element (capacitor) can be miniaturized.
  • the power supply device particularly the high-frequency inverter portion I, is a solid-state device (particularly, MOS FBT Q i To C), the power supply device can be made much smaller as compared to the case where the high-frequency inverter 'portion is made of a vacuum.
  • the frequency of the driving power supply within the above range, it is possible to use a quartz tube as a laser tube and to perform a good discharge by applying a predetermined voltage, and to withstand a voltage with a rise in frequency.
  • the above restrictions can be eliminated, and the tube thickness does not need to be so large. In this way, a reduction in power efficiency can be suppressed, and a significant improvement in reliability can be achieved.
  • Fig. 2 shows a comparison of the dynamic characteristics between the case where a ceramic tube is used as a laser tube and the case where a quartz tube is used.
  • Fig. 2 (a) shows the laser tube. The frequency-temperature characteristics are shown. The dotted line indicates the case using Ceramic II, and the solid line indicates the case using quartz.
  • FIG. 2 (b) shows the temperature-pressure resistance characteristics of the laser tube. The dotted line shows the case where a ceramic tube is used, and the solid line shows the case where a quartz tube is used.
  • the ceramic tube lost the lightning arrester. Is high, the loss increases with the frequency and the temperature rises.
  • the quartz tube used in the present invention has a low relative dielectric constant s (about 1 to 3 of the above ceramic tube), the impedance is high at a low frequency and a predetermined discharge is required unless a high voltage is applied.
  • the impedance is reduced and a predetermined discharge can be reliably generated by applying a predetermined voltage.
  • the dielectric loss is low, the loss is almost constant and does not cause a temperature rise regardless of the frequency rise (see Fig. 2 (a)), and therefore the withstand voltage is also almost zero. (See Fig. 2 (b)), and there is no restriction on pressure resistance as in the above-mentioned ceramic tube.
  • the impedance of the quartz tube becomes too low, and accordingly, the thickness of the tube increases. If the discharge current is not thickened, the discharge current will concentrate locally or the current flowing through the tube wall will increase, leading to a decrease in power efficiency.However, in the frequency range as in the present invention, the tube thickness does not need to be so large. (For example, when the frequency is 1 megahertz, the tube thickness is set to ⁇ TM, and when the frequency is 10 megahertz, the tube thickness is set to 10 TM). it can. If the quartz tube is too thin, The impedance becomes too low, the current density increases, and the heat generation increases. In addition, it is necessary to secure a certain mechanical strength, and therefore, at least one tube thickness is required.
  • the present invention can be applied to not only a carbon dioxide laser but also all other gas lasers such as He—Ne, CO (carbon monoxide), and excimer.
  • the efficiency of generating laser light with respect to a predetermined injection power is increased, the laser light generator required for extracting a predetermined output power is reduced in size, and the power supply device (particularly, a high-frequency inverter) is provided.
  • the power supply device particularly, a high-frequency inverter
  • the power supply device itself can be downsized.
  • quartz glass with low power loss as a discharge tube material, and extremely effective effects such as an increase in the efficiency of the apparatus and an improvement in reliability can be brought about.

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Description

明 細 書 高周波放電励起レーザ装置 技術分野
本発明はガス レーザ装置に関し、 特に高周波放電励起レー ザ装置に関する。
背景技-術
従来より この種のガス レーザたとえば、 炭酸ガス レーザ装 置においては、 所定の長さのガラス放電管の両端に 1 対の金 属電極が配設され、 該 1対の金属電極間に例えば 10 k V〜30 k V の直流高電圧を所定 φ直列抵抗 （放電特性上における動作点 を設定するための） を介して印加することによって該放電詧 内に存在する炭酸ガス （実際には Ν 2 - H e - C0 2 の混合ガスが 用いられる） に所定のエネルギーが付与される。 このように して所定のエネルギー準位にまで励起されたガス分子の ネ ルギー準位が所定の下位のエネルギー準位に遷移する際、 所 定波長のレーザ光が発生され、 このようにして順次発生され る レーザ光を該放電管の両端に設けた反射鏡の間を往復させ て所定のレーザ発振が行われる。 なお該放電管内に存在する 上記ガス媒質は、 循環用のポンプおよび冷却用の熱交換器を 介して铯えず循環させられており、 更にその一部は排気され て新鮮なガスと置換される。
しかしかかる直流高電圧によつて駆動されるガス レーザ発 生装置においては、 該ガラス放電管の長手方向の両端に金属 電極が配置されるためギヤ ップ長が長くなって上遨したよう に高電圧を必要とし、 そのために電源装置自体の铯緣性の確 保が困難となり、 またそれに伴って電源装置が大型化するこ とになる。 また該高電圧の下においては、 放電電圧および放 電電流をレーザ出力安定化に必要な所定の値に制御するため の制御性も悪く なり、 上述したように放電特性を所定の動作 点に設定するために高抵抗の直列抵抗を必要とするためそれ によつて消費される損失も増大し、 更に該放電管内に設置さ れる金属電極の消耗やそのスパッタ リ ングに起因する放電管 の污れなどを生ずるなどの問題点がある。
一方、 かかる問題点を解 ¾する手段として上遨したような 直流電源に代えて周波数が数 100キ口へルツ以下、の交流電源 を用いる所請無声放電励起方式によるガス レーザ発生装置も 提案されている。 この場合には減圧された所定の気体中に例 えば数 1 0 am程度の間隔をおいて 1対の電極が配設され、 該 各電極の内側に誘電体が配設され、 該電極間に上記周波数範 囲の交流電圧が印加される。 すなわち具体的には例えば該誘 電体に対応するものとしてセラ ミ ック管が使用ざれ、 該セラ ミ ック誉の外表面上にその長さ方向に沿って 1対の金属電極 が互に対向するようにして配設され、 該 1対の金属電極間に 上記周波数範囲の交流電圧が印加される。 なお該セラ ミ ック 管 （レーザ管） の両端に反射鏡が設けられることおよび該レ -ザ管内のガス媒質 （上記と同様に N 2— He— C02 ガスを用い る） が循環させられることなどは上記直流電源駆動によるも のと同様である。
この場合、 該ガス媒質内で電離されたイ オ ンあるいは電子 は所定極性の電極側に移勛してその内側に配設された絶縁物 上に堆積され、 該交流電圧の極性が切り換る毎に対向する電 極側に移動して、 そのような極性切り換り時にのみ間歇的に 電流が流れることになる。 したがって単位体積当りのガス媒 質に注入される電力は、 印加電圧を一定とした場合、 該交流 電圧の周波数が高く なるほど該電極間を流れる電流が増大す る （この点は、 該セラ ミ ツ ク管が該交流電圧に対して容量性 イ ン ーダンスとして作用し、 したがってその周波数が高く なるほどそのィ ンピーダンスが低下することからも説明でき る） ことによって増加し、 それに伴って出力パワーも増える (逆にいえば一定の出力パヮーをう るに必要な装置を小型化 できる） のである。 しかしながら上述したような無声放電が 生起する周波数の上限はせいぜい数 100キロへルツである。 更に該無声放電励起式のガス レーザ発生装置に用いられる セラ ミ ック管ば、 その誘電損失角 （ta n δ ) が大き く 、 その ため該交流電源の周波数が高く なるほどその誘電体損失が増 大してそれにより温度が上昇し、 遂には該セラ ミ ッ ク管の铯 緣破壊を起すことになり、 したがってレーザ管としてセラ ミ ック管を用いた場合には、 その耐圧上の制約からその電源周 波数をあまり増大させることができないという問題点がある。 もちろん、 この対策として石英管等の誘電体損失の低い誘電 体を用いることが考えられるが、 この場合、 該周波数範囲で は、 誘電体のイ ンピーダンスが高すぎ、 レーザ発生を生起し 得るに足る注入電力が得られなく なる。 したがって該無声放 電領域では、 誘電体として上記セラ ミ ック管等の使用が不可 欠となる。
更にまた、 該ガス レーザ発生装置の駆動電源として例えば 13. 56メ ガヘルツあるいは 2 7 メ ガヘルツあるいは更にそれ 以上の周波数の所謂無線周波数 （ラジオ周波数） を利用する ことも提案されている。 すなわちこのような高い周波数を用 いた場合には、 上述したような電圧極性の切り換る周期が極 めて短かく なるため、 その間に電離したイオンあるいは電子 が所定の電極まで到達することがな く、 電極間で絶えず振動 ， を繰り返し、 このような電荷移動の切り替りによって該電極 ' 間に連繞的な高周波電流 （印加される高周波電圧より位枏の 進んだ連続電流） が流れることになり-、 上述した藺歇的な放 電とは別の^態の放.電が行われる。 そしてこの場合には、 所 定の注入電力に対してガス媒質を所定の励起レベルにまで高 めうる割合が増加してレーザ光発生の効率が高められること になる。 しかし上記したよ な周波数領域では、 この種のレ -ザ光発生装置に必要な大岀カ電源 （特に高周波ィ ンバ—タ の部分） を例えばトランジスタな-どの 11体化された素子によ つて構成することは函難であって、 真空誉を使用する必要が あり、 結局電源周波数を高めて効率の上昇を図ったにも拘ら ず、 現実には該電源装置が大型化してしまう という別の問題 点が生ずる。
更にかかる無線周波数の駆動電源を用いた場合、 レーザ管 として誘電体損失の低い石英詧を用いることも行われている 力く、 かかる高周波のもとでは該石英管のィ ンピーダンスが低 く なりすぎ、 したがって該石英管の厚みを厚く しないと放電 電流が局部的な箇所に集中してしまう とともに、 その製作も 困難となり、 また放電空間とは別に該厚さの厚い管壁を通し ての電流が増大しそれによる損失も増すなどの問題点も生ず る。 またこれらの周波数領域では電波障害の問題も生じ、 そ の対策のためのシール ド等によるコス トア ップ、 装置の大型 化などを生ずるという問題点もある。 発明の開示 - 本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、 その目的は、 その駆動電源の周波数を上記無声放電励起方式 のガス レーザ発生装置に使用される電源の周波数より高く す る （無線周波数の範囲とする） ことによって、 注入電力に対 する レーザ光発生の効率を高め、 しかもこの種のガス レーザ 発生装置の電源 （特に高周波イ ンバータの部分） を固体化さ れた素子によって 成する （例えば MOS F E Tによって構成す る） こ とができるように、 該駆動電源の周波数範囲を選定し たし と ある。
更に本発明の他の目的は、 レーザ管として誘電体損失の低 い石英管 （石英ガラス管） を用いることによって、 上記所定 の周波数範囲のもとにおいてレーザ光発生に必要な放電を確 実に行わせ、 しかもその誘電体損失が上記セラ ミ ツク管に比 して遙かに少ないことにより、 該周波数の上异にもとづく铯 緣耐圧の制約をう けないようにし、 更に該石英管の厚みをそ れほど厚くする必要をもなくすことにある。
上記した S的を達成するために、 本発明においては、 レー ザ管の駆動電源の周波数が 1 メガヘルツから 1 0 メガヘルツ の範囲に選定されているガス レ一ザ装置が提供される。
上記構成によれば、 所定の注入電力に対するレーザ光発生 の ¾率が高まり、 所定のレーザ光出力をとり出すに必要なレ —ザ光発生装置の小型化が可能となる。 更に、 その電源装置 (特に高周波ィ ンバ一タの部分） を例えば M O S トラ ンジス タなどの固体化素子によつて構成することができるため、 該 電源装置の小型化をも達成することができる。 したがって所 定の注入電力に対する レーザ光の発生効率と、 電源装置を舍. めた装置全体の小型化とを併せて達成することが可能となる < またレーザ管として誘電体損失の低い石英管を甩いること によって、 所定の電圧の印加によって該周波数領域での放電 を良好に行わせ、 しかもその誘電体損失が低いことから上記 周波数領域においても上記セラ ミ ック管におけるような耐圧 上の制約をなく し、 更に上記周波数領域においてはその管厚 をそれほど厚くする必要もなく なる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の 1実施例としてのガスレーザ発生装置 の全体構成を示す図、 - 第 2図 （ a ) および第 2図 （ b ) は、 第 1図の装置に用い られるレーザ管として、 石英管を用いた場合の特性をセラ ミ ック誉を用いた場合と比較して示す図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1 図は本発明の 1実施例としてのガス レーザ発生装置の 構成を示すもので、 所定の制御回路からそれぞれ所定位相の ゲー ト信号が供給されるサイ リ スタ S 1 乃至 S 6 からなる全 波整流回路によって、 3相交流電圧が L C回路を通して所定 の直流電圧に変換される。
I は高周波ィ ンバータであって、 プリ フ ジ結線された M 0 S ト ラ ンジスタ 乃至 G によって構成され、 所定の ドラ イ ブ回路から該ト ラ ンジスタ Q , および の各ゲー トには 所定周波数 （本件発明の場合 1 メガヘルツから 1 0メ ガヘル ッ） の制御信号 （ A相制御信号） が供給され、 一方残りの ト ラ ンジスタ Q 2 および Q 3 の各ゲー 卜には上記と同じ周波数 で 180 ' 位相を異にする制御信号 （B相制御信号） が供給さ れる。 これによつてレーザ管 T (上述したように所定の管厚 の石英管によって構成される） の各電極 , Ε 2 間に上記 周波数 （ 1 メガヘルツから 1 0 メ ガヘルツの範囲のラジオ周 波数） の領域の高周波電圧が印加され、 これによつて該レー ザ管内のガス媒質に所定の高周波放電が起り、 ガス分子が励 起されてレーザ光が発生される。
この場合、 本発明においては、 該駆動電源の周波数が上記 周波数範囲の無線周波数まで高められているので、 該電極間 には連続的な高周波電流が流れ、 所定の注入電力に対してレ —ザ光発生の効率が高まり、 また印加電圧を一定とした場合 の単位体積当りの注入電力も増加してその出力パワーが増加 し、 したがって一定の出力パワーを iり出すに必要なレーザ 光発生装置を小型化することができる。 なお周波数が高く な るにしたがってィ ンダクタンス性の素子 （コイルあるいは ト ラ ンス） および容量性の素子 （コ ンデンサ） などの各構成部 品を小型化しう ることは明らかである。
しかも本発明においてば上記駆動電源の周波数を 1 メガへ ルッから 1 0 メ ガヘルツの範囲に選定することによって、 電 源装置、 特に高周波ィ ンバータ部分 Iを固体化された素子 (特に MOS FBT Q i 乃至 C ) によって構成することができ るため、 該高周波ィ ンバータ'部分を真空眚で構成した場合に 比し、 該電源装置を遙かに小型化することができる。
更に駆動電源の周波数を上記した範囲に選定することによ つて、. レーザ管として石英誉を用い、 所定の電圧の印加によ つて良好な放電を行わせることが可能となり、 周波数上昇に 伴う耐圧上の制約をなくすことができるとともに、 その管厚 をそれ程厚くする必要もな く なる。 このよう にレて、 電力効 率の低下を抑制するこ とができ、 大幅な信頼性の向上が図れ る。 '
第 2図は、 レーザ管としてセラ ミ ック詧を用いた場合と石 英管を用いた場合の動诈特性を比較して示すもので、 第 2図 ( a ) は該レ—ザ管の周波数-温度特性を示し、 点線ばセラ ミ ック眚を用いた場合、 実線は石英誉を用いた場合を示す。 また第 2図 （ b ) ば該レ—ザ管の温度—耐圧特性を示すもの で、 点線はセラ ミ ック管を用いた場合、 実線は石英管を用い た場合を示す。
該第 2図に示されるようにセラ ミ 7ク管は上記誘雷体撗失 が高いため周波数上异と共に損失が增加して温度上昇を起し
(第 2図 （ a ) 参照） 、 それに伴って耐圧が低下する （第 2 図 （ b ) 参照） ため、 該耐圧の制約をう けて周波数上昇にも 拘らず十分な出力をとり出すことができな く なる。
一方、 本発明において用いられる石英管は比誘電率 s が低 い （上記セラ ミ ック管の約 1 ノ 3 ) ため、 低周波ではィ ンビ 一ダンスが高く 高電圧を印加しないと所定の放電を起すこと ができないが、 本発明で用いられるような高周波の領域では ィ ンビーダンスが低下して所定の電圧の印加により確実に所 定の放電を生起することができる。 しかも上記誘電体損失も 低いため、 周波数の上昇に拘らず、 その損失は殆んど一定で 温度上昇を起すことがな く （第 2図 （ a ) 参照） 、 したがつ て耐圧も殆んど低下することがな く （第 2図 （ b ) 参照） 、 上記セラ ミ ック管におけるような耐圧上の制約をう けること がない。
また上記従来技術で述べたように電源周波数を例えば 13 . 56 メ ガヘルツあるいはそれ以上の周波数にまで上昇させた場合 には、 該石英管のイ ンピーダンスが低く なりすぎ、 したがつ てその管厚を厚く しないと放電電流が局部的に集中したり管 壁を通って流れる電流が増大し電力効率の低下をまねいたり するが、 本発明におけるような周波数範囲では管厚をそれ程 厚く する必要がなく （例えば周波数が 1 メガヘルツの場合で 管厚を ΐ ™、 周波数が 1 0 メ ガヘルツの場合で眚厚を 1 0 ™ とする） 、 上記した従来技術における管厚の問題点をも解決 することができる。 なお石英管の管厚をあまり薄く するとィ ンピーダンスが低く なりすぎてその電流密度が上昇し発熱を 増すことになり、 更に所定の機械的強度を確保することも必 要であり、 したがって最低でも 1 «の管厚は必要である。
なお本発明は炭酸ガス レーザのみならず、 He— Ne、 CO (一 酸化炭素) 、 エキシマ等の他の全てのガス レーザに適用する ことが可能である。
本発明によれば、 所定の注入電力に対する レーザ光の発生 効率を高め、 所定の出力パヮ一をとり出すに必要なレーザ光 発生装置を小型化し、 しかもその電源装置 （特に高周波イ ン バ―タの部分） を固体化された素子によつて構成することに よって該電源装置自体の小型化をも達成することができる。 さらに、 電力損失の少ない石英詧を放電管 t料として用いる ことが可能となり、 装置の効率の増大、 信頼性の向上など極 めて有効な効果がもたらされる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. レーザ管の駆動電源の周波数が 1 メ ガヘルツから 1 0 メ ガヘルツの範囲に選定されているこ とを特徴とする高周波 放電励起レーザ装置。
2. 該躯動電源が固体化された素子により構成されている 請求の範囲第 1項記載の高周波放電励起レーザ装置。
3. 該レーザ管が電極をそなえた石英管により構成され、 その管厚が i™から 1 O wの範囲に選定されている、 請求の 範囲第 1項記載の高周波放電励起レーザ装置。
PCT/JP1987/000783 1986-10-15 1987-10-15 High-frequency electric discharge excited laser WO1988002938A1 (en)

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