WO1990003052A1 - Discharge tube for a gas laser device - Google Patents

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WO1990003052A1
WO1990003052A1 PCT/JP1989/000856 JP8900856W WO9003052A1 WO 1990003052 A1 WO1990003052 A1 WO 1990003052A1 JP 8900856 W JP8900856 W JP 8900856W WO 9003052 A1 WO9003052 A1 WO 9003052A1
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discharge
discharge tube
laser
laser device
gas
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PCT/JP1989/000856
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Inventor
Nobuaki Iehisa
Etsuo Yamazaki
Original Assignee
Fanuc Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes

Definitions

  • the present invention relates to a discharge tube for a gas laser device of a high-speed gas axial discharge excitation type using a high-frequency discharge, and particularly to a discharge tube for a gas laser device that outputs laser light in a rectangular beam mode.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of the configuration of a conventional discharge tube for a gas laser device.
  • 2 is a discharge tube
  • 22a and 22b are metal electrodes.
  • Reference numeral 23 denotes a high-frequency source, which supplies high-frequency power of 2 MHz to a laser gas flow 24 passing through the inside of the discharge tube 2 at a high speed via gold electrodes 22a and 22b.
  • the metamorphic shape of the laser beam which is subjected to l J ⁇ from the discharge tube for this gas laser device, is circular as shown in Fig. 5 (a) O24, and therefore the horizontal mode is ⁇ As shown in Fig. 25 (b), 25, the gas-line mode is substantially achieved.
  • this segmented mirror has a structure in which many small plane mirror segments are arranged on a parabolic curved surface, and is very expensive due to its complicated shape. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of such a point, and provides a discharge tube for a gas laser device that outputs a rectangular beam mode laser by making the shape of the active medium K region itself contributing to laser oscillation rectangular.
  • the purpose is to:
  • the laser oscillation optical axis ⁇ A gas laser concealed discharge tube, characterized in that the intersecting inner cross section is rectangular and the inner diameter of the non-discharge portion is configured to be equal to or larger than the rectangular diameter of the discharge portion,
  • the inner cross-sectional shape of the discharge part is made rectangular, and the inside of the non-discharge part is made larger.
  • the metaspatial shape of the laser beam emitted in the rectangular discharge region is almost a shape, and is emitted to the outside as it is in this shape, so that an approximately ⁇ beam mode is obtained.
  • FIG. 1 (a) is a configuration diagram of a discharge pipe for a gas laser device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a side view of FIG. 1 (a)
  • FIG. 2 (a) is a sectional view of a laser beam of an Effl discharge tube of a gas laser device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (b) is a mode diagram of a laser beam of a discharge tube for a gas laser device according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 and Fig. 3 are schematic views of a peripheral portion equipped with a discharge tube for a gas laser device according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a configuration diagram of a conventional discharge tube for a gas laser device
  • Fig. 5 (a) is a cross-sectional shape of a laser beam of a conventional discharge tube for a gas laser device.
  • Fig. 5 (b) shows the laser beam of the discharge tube for a conventional gas laser device.
  • FIG. 3 is a schematic view of a peripheral portion where a discharge tube equipped with a gas laser according to one embodiment of the wood invention is mounted.
  • 1 is a discharge ', and details will be described later in ⁇ 1 figures (a;) and (b).
  • 2a and 2b are gold electrodes.
  • Numeral 3 denotes a high frequency power supply, which supplies iTS I-wave power to a laser gas flow 4 passing through the inside of the discharge at a speed of iT;
  • i. 5 is the release iCif? Holder
  • G is the IA1 flange, 7a, 7b and 7 are These are rubber 0 rings, which hold the discharge tube 1.
  • Numeral 8 denotes a water-cooled rage night unit, which blows cooling air 9 to cool the discharge tube 1.
  • optical components necessary for generating a laser beam, a roots blower for circulating the laser gas 4, and the like are omitted.
  • FIG. 1 (a) is a configuration diagram of a discharge tube for a gas laser device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a side view thereof.
  • reference numeral 1 denotes a discharge tube, which is composed of a rectangular quartz glass pipe having an inner diameter of 9 mm ⁇ 19 mm and a thickness of 2.5 mm.
  • the metal electrodes 2a and 2b are provided on the outer periphery of the discharge tube 1 in order to use the tube wall of the discharge tube 1 as a capacitive load.
  • 3 is a high frequency power supply and 4 is a laser gas flow.
  • Numerals 10 and 10b denote non-discharge portions for fixing the discharge tube to the fixed flange, and have a larger shape than the discharge portion 11 as shown in FIG. 1 (b). Specifically, it has a cylindrical shape with an inner diameter of 42 ⁇ and an outer diameter of 38, and is made of the same quartz glass as the discharge tube 1.
  • Reference numeral 12 in FIG. 2 (a) shows the cross-sectional shape of the laser beam output from the discharge tube.
  • the discharge region is rectangular
  • the cross section of the output laser beam is also substantially rectangular, and thus the transverse mode is determined by welding and metaphor as shown in Fig. 13 (b). Process It becomes a rectangle with characteristics suitable for 1).
  • the metamorphic shape of the discharge part is square JB.
  • the laser beam output from the discharge is almost rectangular, it is not necessary to use an expensive parabolic converging mirror, etc. ⁇ Welding and surface treatment can be performed using an optical mirror. Therefore, the configuration of the external optical system is simplified, and the finality is improved.
  • the laser beam generated in the discharge tube is output to the outside without using a diaphragm or the like, the efficiency is improved.

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Description

明 細 書 ガスレーザ装匿 放電管 技 術 分 野
本発明は高周波放電を利用した高速ガス軸流放電励起型の ガス レーザ装置用放電管に閲し、 特に矩形ビームモ一 ドのレ ―ザ光を出力するガス レーザ装置用放^管に 1する。 i 景 技 術
近年、 レーザ装置の大出力化並びに周辺加工技術め発達に より、 レーザビームを用いた金厲及び非金厲の溶接や表而処 理加工が産業界に普及し始めたが、 このような用途には、 加 ェ精度を均一化するために円対称モー ドではなく矩形のビー ムモー ドが要求されている。
第 図に従来のガス レーザ装置用放電管の構成の概略図を 示す。 図において、 2 ] は放電管、 2 2 a及び 2 2 bは金厲 電極である。 2 3は高周波 '源であり、 金厲電極 2 2 a及び 2 2 bを介して 2 M H zの高周波電力を放電管 2 〗 の内部を 高速で通過するレーザガス流 2 4 に供給する。
このガス レーザ装置用放 管より,lJ \力される レ一ザビ一ム の断而形状は、 筇 5図 ( a ) O 2 4 に示すように円形であり、 従つて横モ一 ドは笫 5図 ( b ) の 2 5 に示すように略ガゥ シ ヤ ンモ ー ドとなる(,
したがって、 溶接及び^而処 ΓΙ加工 (¾ ΐϊίί焼き入れ ) 行うには、 このビームモ一 ドを妬形モー ドに変換する操作が 必要であり、 通常はセグメ ンテツ ド ミ ラーと称するパラボラ 型の^光鏡を加工へッ ド終端に設置している。 このような例 として特開昭 6 3— 7 7 1 7 8号がある。
しかし、 このセ グメ ンテ ッ ド ミ ラ 一は多数の小さな平面鏡 セグメ ン トをパラボラ曲面上に配置した構成であり、 形状が 複雑なため非常に高価である。 発 明 の 開 示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 レー ザ発振に寄与する活性媒 K領域そのものの形状を矩形化して 矩形ビームモー ドのレーザを出力するガス レーザ装置用放電 管を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、
レーザガス流軸とレーザ発振光軸とが同軸で、 且つ放電励 起用の放電方向がそれらと直交するように構成されたガス レ 一ザ装置用放電管において、 放^部の、 レーザ発振光軸と ίή: 交する内側断面を矩形にし、 非放電部の内径を前記放電部の 矩形対 ¾直径以上に構成したことを特徴とするガス レーザ装 匿用放¾管が、
提供される。
放電部の内側断面形状を矩形にし、 且つ非放電部の内怪を それ以上の大きさに構成する。 矩形の放電領域で発^するレ 一ザビームの断而形状はほぼ 形となり、 この形状でそのま ま外部に出 J]されるので、 略炻 のビームモ一 ドが られる 図 ffi の 節 単 な 説 明
第 1 図 ( a ) は本発明のー实施例のガス レーザ装置用放 ¾ 管の構成図、
第 1 図 ( b ) は第 1 図 ( a ) の側面図、
第 2図 ( a ) は本発明の一実施例のガス レーザ装 Effl放 管のレーザビームの断面形状、
第 2図 ( b ) は本発明の- 実施例のガス レーザ装置用放 ¾ 管のレ一ザビームの橫モー ド図、
, 3図は本発明のー实施例のガス レーザ装置用放電管を ¾ 装した周辺部の概略図、
第 4図は従'来のガス レーザ装置用放電管の構成図、 第 5図 ( a ) は従来のガス レーザ装置用放 ¾管のレーザビ ームの断面形状、
第 5図 ( b ) は従来のガス レーザ装置用放 管のレーザビ
—人の橫モ一 ド図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
3図は木発明の一実施例のガスレーザ装 用放電管を実 装した周辺部の概略図である。 図において 1 は放電 'であり、 詳細は笫 1 図 ( a ;) 、 ( b ) で後述する。 2 a及び 2 bは金 厲電極である。 3は髙周波電源であり、 放電^ 】 の内部を iT;i 速で通過する レーザガス流 4 に iTS I波 ¾力を供 する。 5 は 放 iCif?ホルダー、 G は IA1 フ ラ ンジ、 7 a 、 7 b及び 7 は ゴム製の 0 リ ングであり、 これらによって放電管 1 を保持し ている。
8は水冷式のラ ジェ一夕ユニッ トであり、 9の冷却風を送 風して放電管 1 を冷却する。 なお、 本図ではレーザビームを 発生させるために必要な光学部品、 及びレーザガス 4を循 i l させるルーツブロワ等は省略してある。
第〗 図 ( a ) は本発明の一実施例のガス レーザ装置用放電 管の構成図であり、 第 1 図 ( b ) はその側面図である。 第 1 図 ( a ) において、 1 は放電管であり、 内径 i 9 m m X 1 9 m m、 厚さ 2 . 5 m mの矩形の石英製のガラ スパイプで構成 されている。 2 a及び 2 bの金属電極は放電管 1 の管壁を容 量性負荷と し'て利用するために放電管 1 の外周に設けられて いる。 3は高周波電源、 4 はレーザガス流である。
1 0 及び 1 0 bは放電管〗 を固定フラ ンジに固定するた めの非放電部であり、 第 1 図 ( b ) に示すように放電部 1 1 より も大きな形状に構成されている。 具体的には、 内径 4 2 Φ 、 外径 3 8 の円筒形状であり、 材質は放電管 1 と同様の 石英製のガラ スである。
第 2図 ( a ) の 1 2 はこの放電管より出力される レーザビ ームの断面形状である。 このよ う に、 放電領域が矩形である ため、 出力されるレーザビームの断面もほぼ矩形となり、 し たがって横モー ドは第 2図 ( b ) の 1 3に示すように、 溶接 及び表而処 1¾に適した特性の略矩形になる。
なお、 上記では放電部の断而形状を正方 JBと したが、 これ に限らず他の寸法の ]¾方形と しても本発叨を適川できるじ 以上説叨したように木発叨では、 放電 より出力される レ 一ザビ―ム形状が略矩形なので、 高価なパラボラ型の集光鏡 等を使用せずに、 ^純な^光レ ンズまたは^光鏡を用いて溶 接や表面処理を行う ことができる。 したがって、 外部光学系 の構成が簡単になり、 終.济性が向上する。
また、 放電管内で発生したレーザビームを絞り等を使用せ ずにそのまま外部に出力するので、 効率が向上する。

Claims

求 の 範 囲
1 . レーザガス流軸とレーザ発振光軸とが同軸で、 且つ放 電励起川の放電方向がそれらと直交するように構成されたガ ス レーザ装置用放電管において、
放電部のレーザ発振光軸と直交する内側断而を矩形にし、 非放電部の内径を前記放電部の矩形対角直径以上に構成し たことを特徴とするガス レーザ装置用放電管。
2 . 前記内側断而は正方形であることを特徴とする特許 求の範面第 1 頊記載のガス レーザ装置用放電管。
3 . 前記非放電部は前記放電部と同一の材燹で構成したこ とを特徴とする特許請求の範匪第 1項記載のガス レーザ装^ 用放電管。
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JP63/226994 1988-09-09
JP63226994A JPH0274086A (ja) 1988-09-09 1988-09-09 ガスレーザ装置用放電管

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