JP4618658B2

JP4618658B2 - Gas laser oscillator

Info

Publication number: JP4618658B2
Application number: JP2001056264A
Authority: JP
Inventors: 健吉中岡; 直樹三木
Original assignee: Amada Co Ltd
Current assignee: Amada Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2002261357A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止するようにしたガスレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭酸ガスレーザのようなガスレーザの発振器は、例えば図９に示す構成を有している。
【０００３】
図９において、ガスレーザ発振器は、レーザ媒質である炭酸ガスＣＯ₂を励起する放電部５４を有し、該放電部５４には、一対の金属電極５０が対向して設けられ、該一対の金属電極５０には、交流電源５５が接続されている。
【０００４】
また、上記各金属電極５０は、中空状に形成され、その内部には、冷却媒体Ｃ、例えば冷却水が循環するようになっている。
【０００５】
更に、上記各金属電極５０の対向面側には、箱状又は板状のセラミックなどの誘電体５１が設けられ、均一な電界が形成されるようになっている。
【０００６】
この構成により、交流電源５５から印加される電圧を徐々に上げて行くと、よく知られているように、放電部５４に封入された炭酸ガスＣＯ₂の絶縁が破壊されて放電電流が流れ、炭酸ガスＣＯ₂が励起される。
【０００７】
そして、電圧を更に上げて励起を強くすると、基底状態の炭酸ガス分子よりも励起状態の炭酸ガス分子の数が多くなって、反転分布状態になり、よく知られているように、誘導放出による光の増幅が行われる。
【０００８】
上記増幅された光が、図示する反射鏡５２と一部透過鏡５３から成る共振器内を往復すると、上記誘導放出による光の増幅が更に進行し、この誘導放出による光の増幅過程で増える光のエネルギが、共振器内で失われるエネルギより大きくなった場合に、発振条件が満たされ、レーザ光Ｌが発振される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記放電部５４においては、炭酸ガスＣＯ₂の放電プラブマＰの熱により、誘電体５１が加熱される。
【００１０】
誘電体５１が（図１０）加熱されると、中央部５１Ａと周辺部５１Ｂの温度分布によっては、両者の熱膨張量や熱収縮量に差が生じ、内部応力が大きくなって該セラミック５１が割れてしまう場合がある。
【００１１】
即ち、交流電源５５を（図９）オンすると、放電プラズマＰの熱により誘電体５１の温度が上昇し、該誘電体５１のうちの放電プラズマＰに接している中央部５１Ａ（図１０（Ａ））から暖められる。
【００１２】
この温度上昇過程では、低温である周辺部５１Ｂに比べて、高温である中央部５１Ａの熱膨張量の方が大きく、周辺部５１Ｂが中央部５１Ａを圧縮する応力Ｐ１が発生する。
【００１３】
また、熱平衡状態になって温度が一定となった後、交流電源５５を（図９）オフすると、今度は誘電体５１の温度が下降し、その中央部５１Ａが（図１０（Ｂ））先に低温となる。
【００１４】
この温度下降過程では、高温である周辺部５１Ｂに比べて、低温である中央部５１Ａの熱収縮量の方が大きく、周辺部５１Ｂが中央部５１Ａを引っ張る応力Ｐ２が発生する。
【００１５】
誘電体５１は、殆どの場合、セラミックを使用しており、このため圧縮応力よりも引っ張り応力に対して脆弱であり、特に図１０（Ｂ）に示す引っ張り応力Ｐ２に弱く、この引っ張り応力Ｐ２により割れ易い。従って、誘電体５１は、交流電源５５をオフにした場合の温度下降過程において、応力破壊を起こすことになる。
【００１６】
本発明の目的は、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、
レーザ媒質であるガスＣＯ2 を励起する放電部１を備えたガスレーザ発振器において、
上記放電部１を構成する対向して配置された一対の金属電極２の対向面側に、所定の誘電率ε1 を有し該金属電極２との接触部分全体が冷却される誘電体３を設け、該誘電体３の外周に溝３１又は窪み３２を形成し、該溝３１又は窪み３２に上記所定の誘電率ε1より小さい誘電率ε2 を有する絶縁物４を埋設し、該絶縁物４が溝３１又は窪み３２を介して該誘電体３の外周に深く埋設されて冷却エリアＲまで進入することにより、放電エリアＨが冷却エリアＲより狭くなり、放電部１の誘電体３が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することを特徴とするガスレーザ発振器が（図１）提供される。
【００１８】
従って、本発明の構成によれば、放電々流は、誘電率ε₁が大きい誘電体３の部分のみ流れるので、放電エリアＨが（図８）冷却エリアＲより狭くなり、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等かそれ以下となる。
【００１９】
このため、従来のように（図１０（Ｂ））、温度下降過程において誘電体５１の周辺部５１Ｂが中央部５１Ａより高温となって引っ張り応力Ｐ２により誘電体５１が割れるということが無くなり、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、実施の形態により添付図面を参照して、説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す斜視図であり、図示するガスレーザ発振器は、例えばレーザ媒質である炭酸ガスＣＯ₂を励起する放電部１を有している。
【００２１】
このガスレーザ発振器は、例えば、炭酸ガスＣＯ₂の流れの方向と（Ｚ軸方向）、放電方向と（Ｙ軸方向）、レーザ光軸方向（Ｘ軸方向）が互いに直交する直交型ガスレーザ発振器である。
【００２２】
上記放電部１には、炭酸ガスＣＯ₂が充填されていると共に、一対の金属電極２が対向して設けられ、該一対の金属電極２には、交流電源５が接続されており、それにより放電プラズマＰを発生し該炭酸ガスＣＯ₂を励起する。
【００２３】
上記各金属電極２は、中空状に形成され、その内部には、冷却媒体Ｃ、例えば冷却水が循環することにより、後述する誘電体３を冷却するようになっている。
【００２４】
即ち、金属電極２内に冷却媒体Ｃを循環させることにより、誘電体３は、金属電極２との接触部分全体が冷却される。
【００２５】
上記各金属電極２の対向面側には、箱状又は板状のセラミックなどの所定の誘電率ε₁を有する誘電体３が設けられ、均一な電界が形成されるようになっている。
【００２６】
更に、上記誘電体３の外周には、溝３１が形成され、該溝３１には、上記所定の誘電率ε1 より小さい誘電率ε2 を有する絶縁物４が埋設されている。
【００２７】
この場合、誘電率は、一般には、よく知られているように、その誘電体中の電束密度に比例し、誘電率が大きければ、後述する放電々流も大きい。
【００２８】
上記絶縁物４は（図２）、溝３１を介して誘電体３の外周に深く埋設され、後述する冷却エリアＲの方向まで進入している。
【００２９】
この構成により、前記金属電極２に冷却媒体Ｃを循環させて誘電体３を冷却しながら、交流電源５５をオンして金属電極２に印加される電圧を徐々に上げて行くと、放電部１に封入された炭酸ガスＣＯ₂の絶縁が破壊されて放電々流が流れ、放電プラズマＰが発生し炭酸ガスＣＯ₂が励起される。
【００３０】
ところが、前記したように誘電体３の外周には、その誘電率ε1 より小さい誘電率ε2 の絶縁物４が埋設されており、そのため、大きな誘電率ε1 の誘電体３部分のみに放電々流が流れる。
【００３１】
即ち、放電々流は、誘電体３（図８）の周辺部３Ｂではなく中央部３Ａのみを流れて放電プラズマＰを発生し、その一方では、該誘電体３は、中央部３Ａと周辺部３Ｂを含む全体が冷却される。
【００３２】
従って、放電エリアＨが冷却エリアＲより狭くなり、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等かそれ以下となる。
【００３３】
このため、従来のように（図１０（Ｂ））、温度下降過程において誘電体５１の周辺部５１Ｂが中央部５１Ａより高温となって引っ張り応力Ｐ２により誘電体５１が割れるということが無くなり、本発明によれば、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することができる。
【００３４】
図３は、本発明の第２実施形態を示す平面図である。
【００３５】
この図３においては、上記誘電体３の金属電極２側に窪み３２を形成し、該窪み３２に絶縁物４が埋設されている。
【００３６】
即ち、各誘電体３の金属電極２側に、誘電体３の誘電率ε1 より小さい誘電率ε2を有する絶縁物４が埋設されており、該絶縁物４は、図１、図２の場合と同様に、窪み３２を介して誘電体３の外周に深く埋設され、冷却エリアＲの方向まで進入している。
【００３７】
図４は、本発明の第３実施形態を示す平面図である。
【００３８】
この図４においては、上記誘電体３の対向する誘電体３側に窪み３３を形成し、該窪み３３に絶縁物４が埋設されている。
【００３９】
即ち、各誘電体３の対向する誘電体３側に、誘電体３の誘電率ε1 より小さい誘電率ε2を有する絶縁物４が埋設されており、該絶縁物４は、図１、図２の場合と同様に、窪み３３を介して誘電体３の外周に深く埋設され、冷却エリアＲの方向まで進入している。
【００４０】
上記、図３と図４の場合も、図１、図２の場合と同様に、放電エリアＨが冷却エリアＲより狭くなり（図８）、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等かそれ以下となる。
【００４１】
このため、従来のように（図１０（Ｂ））、温度下降過程において誘電体５１の周辺部５１Ｂが中央部５１Ａより高温となって引っ張り応力Ｐ２により誘電体５１が割れるということが無くなり、本発明によれば、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することができる。
【００４２】
更に、図１〜図４において、レーザ光Ｌ（例えば図１、図２）の発振の仕組みは、従来と同様であり、交流電源５の電圧を更に上げて励起を強くすると、基底状態の炭酸ガス分子よりも励起状態の炭酸ガス分子の数が多くなって、反転分布状態になり、よく知られているように、誘導放出による光の増幅が行われる。
【００４３】
そして、この増幅された光が、例えば図１、図２に示す反射鏡８と一部透過鏡９から成る共振器内を往復すると、上記誘導放出による光の増幅が更に進行し、この誘導放出による光の増幅過程で増える光のエネルギが、共振器内で失われるエネルギより大きくなった場合に、発振条件が満たされ、レーザ光Ｌが発振される。
【００４４】
図５は、前記図１（図２）の溝３１を例えば二重に形成した場合であり、各溝３１に、誘電体３の誘電率ε₁より小さい誘電率ε₂を有する絶縁物４がそれぞれ埋設されている。
【００４５】
これにより、溝３１が１つの場合に比べて（図１、図２）、放電々流は、誘電体３（図７）の周辺部３Ｂを流れずに中央部３Ａのみを集中的に流れる。
【００４６】
従って、放電エリアＨが冷却エリアＲより一層狭くなり、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等か一層低くなるので、該誘電体３が引っ張り応力Ｐ２により（図１０（Ｂ））割れることが一層無くなる。
【００４７】
図６は、誘電体３の金属電極２側に冷却用パイプ６を埋設してそれを金属電極２側全体にわたって張り巡らした場合である。
【００４８】
即ち、図１〜図５においては、既述したように、金属電極２を中空状に形成し、この中空状金属電極２内を冷却媒体Ｃが循環するようにして、該誘電体３全体を冷却している。
【００４９】
これに対して、図６は、金属電極２には冷却作用を持たせずに、誘電体３の金属電極２側に前記冷却用パイプ６を埋設し、この冷却用パイプ６内を冷却媒体Ｃが循環するようにして、金属電極２側全体を冷却するようにしたものである。
【００５０】
図７は、誘電体３の外周に冷却用パイプ６を埋設し、金属電極２との接触部分に加えてその外側も冷却する構造としたものである。
【００５１】
換言すれば、誘電体３は、金属電極２により外部から冷却されると同時に、冷却用パイプ６により内部から冷却され、いわば二重に冷却されることにより、冷却効果が一層向上する。
【００５２】
この図７においては、冷却用パイプ６は、誘電体３に埋設するといった一体物でなくとも、熱的に結合していれば別部材であっても、同様の効果がある。
【００５３】
尚、前記本発明の実施形態においては（図１〜図７）、レーザ媒質が炭酸ガスである場合のガスレーザ発振器について詳述したが、本発明はこれに限定されることなく、既述した放電部１を有する放電励起方式のガスレーザ発振器、例えばエキシマレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒ⁺レーザなどの発振器にも適用され、同様の効果を奏することは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明によれば、放電々流は、誘電率が大きい誘電体の部分のみ流れるので、放電エリアが冷却エリアより狭くなり、交流電源オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体の周辺部の温度は、中央部の温度より高くなることが無くなる。
【００５５】
このため、温度下降過程において誘電体内部に発生する引っ張り応力が制限され、該誘電体が割れるということが無くなり、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止するという効果を奏することとなった。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例を示す平面図である。
【図６】本発明を構成する冷却機構の他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明を構成する冷却機構の更に他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の効果説明図である。
【図９】従来技術の構成説明図である。
【図１０】従来技術の課題説明図である。
【符号の説明】
１放電部
２金属電極
３誘電体
４絶縁物
５交流電源
６冷却用パイプ
８反射鏡
９一部透過鏡
３１溝
３２、３３窪み
ε₁、ε₂ 誘電率
Ｃ冷却媒体
Ｈ放電エリア
Ｒ冷却エリア[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas laser oscillator in which a dielectric of a discharge part is prevented from cracking due to an internal stress based on a temperature difference.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a gas laser oscillator such as a carbon dioxide laser has a configuration shown in FIG. 9, for example.
[0003]
In FIG. 9, the gas laser oscillator includes a discharge portion 54 that excites carbon dioxide CO ₂ that is a laser medium, and a pair of metal electrodes 50 are provided opposite to the discharge portion 54, and the pair of metal electrodes 50 is connected to an AC power supply 55.
[0004]
Each metal electrode 50 is formed in a hollow shape, and a cooling medium C, for example, cooling water is circulated therein.
[0005]
Furthermore, a dielectric 51 such as a box-like or plate-like ceramic is provided on the opposing surface side of each metal electrode 50 so that a uniform electric field is formed.
[0006]
With this configuration, when the voltage applied from the AC power supply 55 is gradually increased, as is well known, the insulation of the carbon dioxide gas CO ₂ enclosed in the discharge unit 54 is broken, and a discharge current flows. Carbon dioxide CO ₂ is excited.
[0007]
When the voltage is further increased to increase excitation, the number of excited carbon dioxide molecules increases from the ground state carbon dioxide molecules, resulting in an inversion distribution state. Light amplification is performed.
[0008]
When the amplified light reciprocates in the resonator composed of the reflecting mirror 52 and the partially transmitting mirror 53 shown in the figure, the amplification of the light by the stimulated emission further proceeds, and the light increases in the amplification process of the light by the stimulated emission. Is larger than the energy lost in the resonator, the oscillation condition is satisfied and the laser light L is oscillated.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the discharge unit 54, by the heat of the discharge Purabuma P of carbon dioxide CO _2, the dielectric 51 is heated.
[0010]
When the dielectric 51 is heated (FIG. 10), depending on the temperature distribution of the central portion 51A and the peripheral portion 51B, a difference in thermal expansion amount and thermal contraction amount occurs between the two, and the internal stress increases and the ceramic 51 It may break.
[0011]
That is, when the AC power supply 55 is turned on (FIG. 9), the temperature of the dielectric 51 is increased by the heat of the discharge plasma P, and the central portion 51A of the dielectric 51 in contact with the discharge plasma P (FIG. 10A). ))
[0012]
In this temperature increasing process, the thermal expansion amount of the central portion 51A having a high temperature is larger than that of the peripheral portion 51B having a low temperature, and a stress P1 is generated that the peripheral portion 51B compresses the central portion 51A.
[0013]
Further, when the AC power supply 55 is turned off (FIG. 9) after the temperature becomes constant due to the thermal equilibrium state, the temperature of the dielectric 51 decreases this time, and the central portion 51A is first (FIG. 10B). It becomes low temperature.
[0014]
In this temperature lowering process, the thermal contraction amount of the central portion 51A having a low temperature is larger than that of the peripheral portion 51B having a high temperature, and a stress P2 is generated in which the peripheral portion 51B pulls the central portion 51A.
[0015]
In most cases, the dielectric 51 uses ceramic, and is therefore more vulnerable to tensile stress than compressive stress. In particular, the dielectric 51 is weak against tensile stress P2 shown in FIG. Easy to break. Therefore, the dielectric 51 causes stress breakdown in the temperature decreasing process when the AC power supply 55 is turned off.
[0016]
An object of the present invention is to prevent a dielectric of a discharge part from being cracked by an internal stress based on a temperature difference in a gas laser oscillator.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the present invention,
In a gas laser oscillator having a discharge unit 1 for exciting gas CO2 as a laser medium,
A dielectric 3 having a predetermined dielectric constant ε1 and cooling the entire contact portion with the metal electrode 2 is provided on the opposing surface side of the pair of metal electrodes 2 arranged opposite to each other that constitute the discharge part 1. , a groove 31 or depression 32 in the outer periphery of the dielectric 3, embedded in the groove 31 or depression 32 an insulator 4 having the predetermined dielectric constant ε1 is smaller than the dielectric constant .epsilon.2, insulating material 4 is a groove The discharge area H becomes narrower than the cooling area R by being buried deeply in the outer periphery of the dielectric 3 via the recess 31 or the depression 32 and entering the cooling area R, and the dielectric 3 of the discharge unit 1 is based on the temperature difference. A gas laser oscillator is provided (FIG. 1) that is characterized by preventing cracking due to internal stress.
[0018]
Therefore, according to the configuration of the present invention, since the discharge current flows only in the portion of the dielectric 3 having a large dielectric constant ε ₁ , the discharge area H becomes narrower than the cooling area R (FIG. 8), and the AC power supply 5 is turned on. The temperature of the peripheral portion 3B of the dielectric 3 is equal to or lower than the temperature of the central portion 3A in each of the temperature rise process, the constant temperature process due to the thermal equilibrium state, and the temperature drop process when the AC power supply 5 is off.
[0019]
For this reason, as in the prior art (FIG. 10B), the peripheral portion 51B of the dielectric 51 becomes hotter than the central portion 51A in the temperature decreasing process, and the dielectric 51 is not cracked by the tensile stress P2. In the oscillator, it is possible to prevent the dielectric of the discharge part from cracking due to internal stress based on the temperature difference.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings by embodiments.
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention, and a gas laser oscillator shown in the figure has a discharge section 1 that excites carbon dioxide CO ₂ that is a laser medium, for example.
[0021]
This gas laser oscillator is, for example, an orthogonal gas laser oscillator in which the flow direction of carbon dioxide CO ₂ (Z-axis direction), the discharge direction (Y-axis direction), and the laser optical axis direction (X-axis direction) are orthogonal to each other. .
[0022]
The discharge unit 1 is filled with carbon dioxide CO ₂ and is provided with a pair of metal electrodes 2 facing each other, and an AC power source 5 is connected to the pair of metal electrodes 2, thereby A discharge plasma P is generated to excite the carbon dioxide gas CO ₂ .
[0023]
Each of the metal electrodes 2 is formed in a hollow shape, and a cooling medium C, for example, cooling water circulates therein, thereby cooling a dielectric 3 described later.
[0024]
That is, by circulating the cooling medium C in the metal electrode 2, the entire contact portion of the dielectric 3 with the metal electrode 2 is cooled.
[0025]
A dielectric 3 having a predetermined dielectric constant ε ₁ such as a box-shaped or plate-shaped ceramic is provided on the opposite surface side of each metal electrode 2 so that a uniform electric field is formed.
[0026]
Further, a groove 31 is formed on the outer periphery of the dielectric 3, and an insulator 4 having a dielectric constant ε 2 smaller than the predetermined dielectric constant ε 1 is embedded in the groove 31.
[0027]
In this case, as is well known, the dielectric constant is generally proportional to the electric flux density in the dielectric, and if the dielectric constant is large, the discharge current described later is also large.
[0028]
The insulator 4 (FIG. 2) is deeply embedded in the outer periphery of the dielectric 3 via the groove 31 and enters the cooling area R described later.
[0029]
With this configuration, when the AC medium 55 is turned on and the voltage applied to the metal electrode 2 is gradually increased while the cooling medium C is circulated through the metal electrode 2 to cool the dielectric 3, the discharge unit 1 The insulation of the carbon dioxide gas CO ₂ enclosed in the gas is destroyed and a discharge current flows, and discharge plasma P is generated to excite the carbon dioxide gas CO ₂ .
[0030]
However, as described above, the insulator 4 having a dielectric constant ε2 smaller than the dielectric constant ε1 is embedded in the outer periphery of the dielectric 3, so that a discharge current flows only in the portion of the dielectric 3 having a large dielectric constant ε1. Flowing.
[0031]
That is, the discharge current flows not only in the peripheral portion 3B of the dielectric 3 (FIG. 8) but in the central portion 3A to generate the discharge plasma P. On the other hand, the dielectric 3 has the central portion 3A and the peripheral portion. The whole including 3B is cooled.
[0032]
Accordingly, the discharge area H becomes narrower than the cooling area R, and the peripheral portion 3B of the dielectric 3 is used in each of the temperature increasing process when the AC power supply 5 is on, the temperature constant process due to the thermal equilibrium state, and the temperature decreasing process when the AC power supply 5 is off. Is equal to or lower than the temperature of the central portion 3A.
[0033]
For this reason, unlike the conventional case (FIG. 10B), the peripheral portion 51B of the dielectric 51 becomes higher than the central portion 51A in the temperature decreasing process, and the dielectric 51 is not cracked by the tensile stress P2. According to the invention, in the gas laser oscillator, it is possible to prevent the dielectric of the discharge part from being cracked by the internal stress based on the temperature difference.
[0034]
FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.
[0035]
In FIG. 3, a recess 32 is formed on the metal electrode 2 side of the dielectric 3, and an insulator 4 is embedded in the recess 32.
[0036]
That is, an insulator 4 having a dielectric constant ε2 smaller than the dielectric constant ε1 of the dielectric 3 is embedded on the metal electrode 2 side of each dielectric 3, and the insulator 4 is the same as in the case of FIGS. Similarly, it is buried deeply in the outer periphery of the dielectric 3 through the depression 32 and enters the direction of the cooling area R.
[0037]
FIG. 4 is a plan view showing a third embodiment of the present invention.
[0038]
In FIG. 4, a depression 33 is formed on the dielectric 3 facing the dielectric 3, and an insulator 4 is embedded in the depression 33.
[0039]
That is, an insulator 4 having a dielectric constant ε2 smaller than the dielectric constant ε1 of the dielectric 3 is embedded on the opposing dielectric 3 side of each dielectric 3, and the insulator 4 is shown in FIGS. Similarly to the case, it is buried deeply in the outer periphery of the dielectric 3 through the depression 33 and enters the direction of the cooling area R.
[0040]
3 and 4, the discharge area H becomes narrower than the cooling area R (FIG. 8), as in the case of FIGS. 1 and 2, depending on the temperature rise process when the AC power source 5 is on and the thermal equilibrium state. In each of the temperature constant process and the temperature lowering process when the AC power supply 5 is off, the temperature of the peripheral portion 3B of the dielectric 3 is equal to or lower than the temperature of the central portion 3A.
[0041]
For this reason, unlike the conventional case (FIG. 10B), the peripheral portion 51B of the dielectric 51 becomes higher than the central portion 51A in the temperature decreasing process, and the dielectric 51 is not cracked by the tensile stress P2. According to the invention, in the gas laser oscillator, it is possible to prevent the dielectric of the discharge part from being cracked by the internal stress based on the temperature difference.
[0042]
Further, in FIGS. 1 to 4, the mechanism of oscillation of laser light L (for example, FIGS. 1 and 2) is the same as in the prior art, and when the excitation of the AC power supply 5 is further increased to increase the excitation, The number of carbon dioxide molecules in an excited state is larger than that of gas molecules, resulting in an inversion distribution state. As is well known, light is amplified by stimulated emission.
[0043]
Then, when the amplified light reciprocates in the resonator composed of the reflecting mirror 8 and the partially transmitting mirror 9 shown in FIGS. 1 and 2, for example, the light amplification by the stimulated emission further proceeds, and this stimulated emission is performed. When the light energy increased in the light amplification process due to the above becomes larger than the energy lost in the resonator, the oscillation condition is satisfied and the laser light L is oscillated.
[0044]
FIG. 5 shows a case where the grooves 31 of FIG. 1 (FIG. 2) are formed, for example, doubly. In each groove 31, an insulator 4 having a dielectric constant ε ₂ smaller than the dielectric constant ε ₁ of the dielectric 3 is provided. Each is buried.
[0045]
Thereby, compared with the case where there is one groove 31 (FIGS. 1 and 2), the discharge current flows intensively only in the central portion 3A without flowing in the peripheral portion 3B of the dielectric 3 (FIG. 7).
[0046]
Accordingly, the discharge area H is further narrower than the cooling area R, and the peripheral portion of the dielectric 3 in each of the temperature rising process when the AC power source 5 is on, the temperature constant process due to the thermal equilibrium state, and the temperature decreasing process when the AC power source 5 is off. Since the temperature of 3B is equal to or lower than the temperature of the central portion 3A, the dielectric 3 is further prevented from cracking due to the tensile stress P2 (FIG. 10B).
[0047]
FIG. 6 shows a case where a cooling pipe 6 is embedded on the metal electrode 2 side of the dielectric 3 and is stretched over the entire metal electrode 2 side.
[0048]
That is, in FIGS. 1 to 5, as described above, the metal electrode 2 is formed in a hollow shape, and the cooling medium C circulates in the hollow metal electrode 2 so that the entire dielectric 3 is It is cooling.
[0049]
On the other hand, FIG. 6 shows that the cooling pipe 6 is embedded in the metal electrode 2 side of the dielectric 3 without giving the metal electrode 2 a cooling action, and the inside of the cooling pipe 6 is cooled with the cooling medium C. Is circulated so that the entire metal electrode 2 side is cooled.
[0050]
FIG. 7 shows a structure in which a cooling pipe 6 is embedded in the outer periphery of the dielectric 3 to cool the outside in addition to the contact portion with the metal electrode 2.
[0051]
In other words, the dielectric 3 is cooled from the outside by the metal electrode 2 and at the same time from the inside by the cooling pipe 6, so to speak, the cooling effect is further improved.
[0052]
In FIG. 7, the cooling pipe 6 has the same effect even if it is a separate member as long as it is thermally coupled, even if it is not an integral part embedded in the dielectric 3.
[0053]
In the embodiment of the present invention (FIGS. 1 to 7), the gas laser oscillator in the case where the laser medium is carbon dioxide gas has been described in detail. However, the present invention is not limited to this, and the discharge described above. Of course, the present invention can be applied to a discharge excitation type gas laser oscillator having the section 1, for example, an oscillator such as an excimer laser, a He—Ne laser, an Ar ⁺ laser, and the like, and has the same effect.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the discharge current flows only in the portion of the dielectric having a large dielectric constant, the discharge area becomes narrower than the cooling area, the temperature rise process when the AC power is turned on, and the temperature is constant due to the thermal equilibrium state. In each of the process and the temperature decreasing process when the AC power supply is turned off, the temperature of the peripheral portion of the dielectric does not become higher than the temperature of the central portion.
[0055]
For this reason, the tensile stress generated inside the dielectric during the temperature lowering process is limited and the dielectric is not cracked. In the gas laser oscillator, the dielectric of the discharge part is prevented from cracking due to the internal stress based on the temperature difference. The effect of doing.
[0056]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing another embodiment of a cooling mechanism constituting the present invention.
FIG. 7 is a view showing still another embodiment of a cooling mechanism constituting the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of effects of the present invention.
FIG. 9 is a configuration explanatory diagram of a conventional technique.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a problem in the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge part 2 Metal electrode 3 Dielectric material 4 Insulator 5 AC power supply 6 Cooling pipe 8 Reflective mirror 9 Partial transmission mirror 31 Grooves 32 and 33 Indentation ε ₁ and ε ₂ Dielectric constant C Cooling medium H Discharge area R Cooling area

Claims

In a gas laser oscillator having a discharge part for exciting a gas as a laser medium,
A dielectric material having a predetermined dielectric constant is provided on a facing surface side of a pair of metal electrodes arranged opposite to each other to constitute the discharge part, and the entire contact portion with the metal electrode is cooled. Grooves or depressions are formed on the outer periphery, and an insulator having a dielectric constant smaller than the predetermined dielectric constant is embedded in the grooves or depressions , and the insulator is embedded deeply in the outer periphery of the dielectric via the grooves or depressions. The gas laser oscillator is characterized in that the discharge area becomes narrower than the cooling area by entering the cooling area, and the dielectric of the discharge portion is prevented from cracking due to internal stress based on the temperature difference.