JPS6018153B2 - Laser device - Google Patents
Laser deviceInfo
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- JPS6018153B2 JPS6018153B2 JP2275375A JP2275375A JPS6018153B2 JP S6018153 B2 JPS6018153 B2 JP S6018153B2 JP 2275375 A JP2275375 A JP 2275375A JP 2275375 A JP2275375 A JP 2275375A JP S6018153 B2 JPS6018153 B2 JP S6018153B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明はしーザ装置に係わり、特にガス流しーザ装置
においてガス流に沿って冷却体を設けることにより装置
の小型化あるいは高出力を得ることのできるレーザ装置
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a laser device, and more particularly to a laser device that can be miniaturized or obtain high output by providing a cooling body along the gas flow in a gas flow laser device. .
一般に閉サイクルのガスレーザ装置は第1図に示す如く
ガス循環用ポンプ、レーザ共振器、熱交換器などにより
構成され、し:ーザ媒体であるガスは循環される。Generally, a closed cycle gas laser device is comprised of a gas circulation pump, a laser resonator, a heat exchanger, etc., as shown in FIG. 1, and gas as a laser medium is circulated.
そして、光軸、放電電流、ガス流の方向によって種々の
型のレーザ装置が構成される。第2図および第3図はガ
ス流と放電電流の方向が同一に構成された折り返し共振
器を備えた横方向流、横方向放電レーザ装置の構成を示
した部分欠切斜視図で、特に第図は第2図を拡大した図
である。Various types of laser devices are configured depending on the optical axis, discharge current, and gas flow direction. FIGS. 2 and 3 are partially cutaway perspective views showing the configuration of a lateral flow, lateral discharge laser device equipped with a folded resonator in which the directions of gas flow and discharge current are the same. The figure is an enlarged view of FIG. 2.
第2図および第3図に示したレーザ装置において、絶縁
体により形成された風洞31内を矢印方向32に均一に
レーザ媒体であるガスが流れており、このガス流方向3
2と同一方向に放電を生ずる如く電極33,34が配設
されている。そして、前記風洞31の一方の側端面には
譲導放出を誘起する光35を入射させるための入射窓3
6を備えており、この入射窓36から入射した光35は
誘導放出を伴ないながら風洞31内面に設置されている
共振器を構成する複数の反射鏡37によって、ガス流3
2を横切るように反射され射出窓38から出力される。
このように構成された横方向流、横方向放電レーザ装置
は、放電長の長さlw当たり数KW以上の高出力を得る
ことができる。In the laser apparatus shown in FIGS. 2 and 3, a gas serving as a laser medium flows uniformly in a direction 32 of an arrow in a wind tunnel 31 formed of an insulator, and this gas flow direction 3
Electrodes 33 and 34 are arranged so as to generate discharge in the same direction as electrodes 2 and 2. On one side end surface of the wind tunnel 31, there is an entrance window 3 through which light 35 that induces concessional emission is made to enter.
6, and the light 35 incident through the entrance window 36 undergoes stimulated emission while being reflected by a plurality of reflecting mirrors 37 constituting a resonator installed on the inner surface of the wind tunnel 31, and is reflected in the gas flow 3.
2 and output from the exit window 38.
The lateral flow, lateral discharge laser device configured in this manner can obtain a high output of several kilowatts or more per discharge length lw.
しかし、さらにレーザ出力の増加を満足するためには放
電長をさらに長くする必要があるため、風洞を大型に構
成しレーザ装置全体を大型にしなくてはならない。しか
し、風洞を大型に構成することにより、ガスを循環させ
るための送風機の能力を増やしたり風洞の断面形状ある
いは送風機の構造などの形状を工夫しなくてはならず、
流体力学的にも風洞内で均一な流速を得ることは難しく
、放電の面からも一様な放電を得にくいという欠点を有
している。また、レーザ出力PLは取り出す効率をり、
電気入力をPEとすると PL=りP8となり、効率
りが一定ならばレーザ出力は電気入力PEを増加するこ
とによりさらに増加させることができ、高出力のレーザ
装置を得ることができる。However, in order to satisfy the increase in laser output, it is necessary to further increase the discharge length, so the wind tunnel must be made larger and the entire laser device must be made larger. However, by making the wind tunnel larger, it is necessary to increase the capacity of the blower to circulate the gas, and to devise the cross-sectional shape of the wind tunnel and the structure of the blower.
From a hydrodynamic point of view, it is difficult to obtain a uniform flow velocity in a wind tunnel, and in terms of discharge, it is difficult to obtain a uniform discharge. In addition, the laser output PL depends on the extraction efficiency,
If the electrical input is PE, then PL=-P8, and if the efficiency is constant, the laser output can be further increased by increasing the electrical input PE, and a high-output laser device can be obtained.
しかし、実際にはしーザ出力以外のエネルギーはほとん
ど熱エネルギーに変化するため滋気入力を増加すること
により、レーザ媒体であるガスの温度上昇を伴なう。そ
して、この温度上昇によって、レーザ媒体からの熱の伝
達により反射鏡の変形あるいは共振器の歪など種々の原
因により出力の低下を起こすとともに出力の不安定な装
置になるという欠点を有している。また、炭酸C02レ
ーザにおいてはしーザ媒体の温度上昇によりエネルギー
準位の低い準位における原子あるいは分子の数の方が多
くなる状態が生じ、反転分布の発生を妨げるような状態
となるため、反転分布状態を保持するためには温度上昇
をある特定の温度以下に押えなければならない。However, in reality, most of the energy other than the laser output changes into thermal energy, so increasing the input of air causes a rise in the temperature of the gas, which is the laser medium. This temperature rise causes a decrease in output due to various causes such as deformation of the reflecting mirror or distortion of the resonator due to heat transfer from the laser medium, and the device has the drawback of unstable output. . In addition, in carbon dioxide C02 lasers, the temperature rise of the laser medium causes a state in which the number of atoms or molecules at lower energy levels increases, creating a state that prevents population inversion from occurring. In order to maintain the population inversion state, the temperature rise must be kept below a certain temperature.
この発明は以上のような欠点に鑑みてなされたもので、
風洞内にガス冷却用の冷却体を設けることによりレーザ
装置の小型化、あるいは高出力を得ることのできるレー
ザ装置を提供することにある。以下、この発明に係わる
一実施例を図面を参照して詳細に説明する。This invention was made in view of the above drawbacks.
It is an object of the present invention to provide a laser device which can be made smaller or which can obtain high output by providing a cooling body for gas cooling in a wind tunnel. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第4図はこの発明に係わるレーザ装置の概略を示した一
部欠切斜視図であり、ほぼ第3図に示した従来のレーザ
装置と同一の構成を有しており、特にレーザの放電方向
と同一方向に第4図bに示したような複数のガス冷却用
平板41を設けている。FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing an outline of the laser device according to the present invention, which has almost the same configuration as the conventional laser device shown in FIG. 3, especially in the direction of laser discharge. A plurality of gas cooling flat plates 41 as shown in FIG. 4b are provided in the same direction.
以下、第3図と同一部は同一符号で説明する。すなわち
、第4図において、風洞31内を流動している矢印32
で示されたガス流を分流するように複数のガス冷却用平
板41を設けることにより、このガス冷却用平板41に
沿って流れるガスを強制的に冷却する。そして、このガ
ス冷却用平板41の所定の個所には、入射光35あるい
は反射鏡37からの光を貫通させるように、またレーザ
損失が大きくならないように充分な大きさの貫通孔42
が設けられている。したがって、光は入射窓36から入
射し、各々のガス冷却用平板41の貫通孔42を通り、
射出窓38より出力される。さらに、このガス冷却用平
板41は電気的不導体で、かつ熱伝導率の良いベリリア
などのような材料を用いることにより、より効果的であ
る。第4図に示したレーザ装置は高速流型の装置であり
、レーザ媒体が高速に流れているため、ガス冷却用平板
41における平均熱伝達率が流速の約0.箱実の関係に
て増加することによって効率よく冷却することができる
。このように、ガスの循環する風洞31内にガス冷却用
平板41を設けることにより、ガスを効率よく冷却する
ことができる。Hereinafter, the same parts as in FIG. 3 will be explained using the same reference numerals. That is, in FIG. 4, the arrow 32 flowing inside the wind tunnel 31
By providing a plurality of gas cooling flat plates 41 so as to divide the gas flow indicated by , the gas flowing along the gas cooling flat plates 41 is forcibly cooled. At predetermined locations on this gas cooling flat plate 41, there are through holes 42 of sufficient size to allow the incident light 35 or the light from the reflecting mirror 37 to pass through, and to prevent laser loss from becoming large.
is provided. Therefore, the light enters from the entrance window 36, passes through the through holes 42 of each gas cooling flat plate 41,
It is output from the exit window 38. Furthermore, this gas cooling flat plate 41 can be made more effective by using a material such as beryllia, which is an electrical nonconductor and has good thermal conductivity. The laser device shown in FIG. 4 is a high-speed flow type device, and since the laser medium is flowing at high speed, the average heat transfer coefficient in the gas cooling flat plate 41 is approximately 0.0% of the flow velocity. Cooling can be efficiently achieved by increasing the number of boxes and fruits. In this way, by providing the gas cooling flat plate 41 in the wind tunnel 31 through which gas circulates, the gas can be efficiently cooled.
そのため、温度上昇に伴なう出力の低下を生ずることな
くしーザ菱簿の電気入力を増加させることができる。さ
らに、ガス冷却用平板を設けることにより、所定のレー
ザ出力を得る場合に、特定の電気入力に対してレーザ管
を小型に構成することができるため、し−ザ装置全体を
4・型に構成することができる。またガス冷却用平板4
1は複数の電極対33,34による各放電領域を相互に
分離するように設けられているため、単に放熱用フィン
としての機能を有するだけでなく、同時に放電ガイドと
しても作用する。このような放電ガイドがない従来の装
置においては、対をなす電極以外の亀極閲で放電が起り
、放電城が装置の一部に集中するという現象があった。
しかるに本発明によると放電が集積内で均一に行われる
ため、レーザ出力の向上を図ることができる。第5図は
、この発明に係わる冷却板をガス流の遅いレーザ装置に
用いた場合の一実施例である。Therefore, it is possible to increase the electrical input of the laser without reducing the output due to the rise in temperature. Furthermore, by providing a gas cooling flat plate, the laser tube can be configured to be smaller for a specific electrical input when obtaining a predetermined laser output, so the entire laser device can be configured into a 4-inch type. can do. Also, the gas cooling flat plate 4
1 is provided so as to separate each discharge area formed by the plurality of electrode pairs 33 and 34 from each other, so that it not only functions as a heat radiation fin but also acts as a discharge guide at the same time. In a conventional device without such a discharge guide, a phenomenon occurs in which discharge occurs at a point other than the paired electrodes, and the discharge center is concentrated in a part of the device.
However, according to the present invention, since the discharge is uniformly performed within the integrated circuit, it is possible to improve the laser output. FIG. 5 shows an embodiment in which the cooling plate according to the present invention is used in a laser device with a slow gas flow.
すなわち、風洞51内には矢印方向52にレーザ媒体で
あるガスが循環するように流動しており、このガス流と
同一方向にガス流を分流するように複数のガス冷却用平
板53が設けられている。そして、ガス流と同一方向に
電極54,55が設けられている。風洞51に設けられ
た入射窓58から入射した入射光は、誘導放出を伴ない
ながらガス冷却用平板53に設けられた貫通孔59およ
び風洞51の射出窓60を介して風洞51外へ出射され
る。そしてさらに反射鏡61,62により方向を変え、
もう1つの入射窓63から再び風洞51内に入射され、
誘導放出を伴ないながらガス冷却用平板53の貫通孔5
9およびもう1つの射出窓64を介して風洞51外に世
射される。以上の説明では風洞内に第4図bに示した冷
却用平板を用いた場合について説明したが、この発明に
係わる冷却板はガスを冷却することができれば他の形状
にて形成されていてもよい。That is, gas serving as a laser medium circulates in the direction of the arrow 52 in the wind tunnel 51, and a plurality of gas cooling flat plates 53 are provided to split the gas flow in the same direction as this gas flow. ing. Electrodes 54 and 55 are provided in the same direction as the gas flow. The incident light that has entered through the entrance window 58 provided in the wind tunnel 51 is emitted to the outside of the wind tunnel 51 through the through hole 59 provided in the gas cooling flat plate 53 and the exit window 60 of the wind tunnel 51 while undergoing stimulated emission. Ru. Then, the direction is further changed by reflecting mirrors 61 and 62,
It enters the wind tunnel 51 again from another entrance window 63,
Through hole 5 of gas cooling flat plate 53 with stimulated emission
9 and another exit window 64 to the outside of the wind tunnel 51 . In the above explanation, the cooling plate shown in FIG. 4b is used in the wind tunnel, but the cooling plate according to the present invention may be formed in other shapes as long as it can cool the gas. good.
そしてガス流の流れを阻止しないような状態でガス流に
沿って設置される。例えば冷却面積を大きくして冷却効
率をよくするために第6図に示したように曲率を持たし
て冷却板を形成してもよい。以上説明したようにこの発
明によれば、所定の速度で流動するレーザ媒体と、この
レーザ媒体中に設けられた少なくとも一対の電極と、こ
の電極間の放電により励起されたレーザ光を取り出すた
めの光学系と、前記レーザ媒体中の放電部分にレーザ媒
体の流れに沿って設けられた熱伝導率のよい冷却板とを
備えたレーザ装置を得ることができるため、レーザ装置
の4・型化あるいは高出力を得ることができる効果を有
する。Then, it is installed along the gas flow in such a manner that it does not block the flow of the gas flow. For example, in order to increase the cooling area and improve the cooling efficiency, the cooling plate may be formed with a curvature as shown in FIG. As explained above, according to the present invention, there is provided a laser medium flowing at a predetermined speed, at least one pair of electrodes provided in the laser medium, and a device for extracting laser light excited by the discharge between the electrodes. Since it is possible to obtain a laser device equipped with an optical system and a cooling plate with good thermal conductivity that is provided along the flow of the laser medium in the discharge portion in the laser medium, it is possible to obtain a laser device with four types or It has the effect of being able to obtain high output.
第1図は一般的なガスレーザ装置の構成を説明するため
のブロック図、第2図は従来の折り返し共振器を備えた
横方向流、横方向放電レーザ装置の構成を示した部分欠
切斜視図、第3図は第2図を拡大した図、第4図a,b
はこの発明に係わるレーザ装置の一実施例を説明するた
めの斜視図であり、aは折り返し共振器を備えた横方向
流、横方向放電レーザ装置に適用した場合の部分欠切斜
視図、bはこの発明に係わる冷却用平板を説明するため
の斜視図、第5図はこの発明をガス流速の遅いレーザ装
置に用いた場合の実施例を示す断面図であり、aは横方
向流、同軸放電レーザ、bは機方向流、横方向放電レー
ザにそれぞれ適用した場合の断面図、第6図はこの発明
に係わる冷却体の他の実施例を説明するための斜視図で
ある。
31,51…風洞、32,52…ガス流、33,34,
54,55・・・電極、36,58,63・・・入射窓
、38,60,64…射出窓、41,53・・・冷却体
。
第1図
第2図
第3図
第5図
第4図
第6図Fig. 1 is a block diagram for explaining the configuration of a general gas laser device, and Fig. 2 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of a conventional transverse flow and transverse discharge laser device equipped with a folded resonator. , Figure 3 is an enlarged view of Figure 2, Figure 4 a, b
1 is a perspective view for explaining one embodiment of a laser device according to the present invention, in which a is a partially cutaway perspective view when applied to a lateral flow and lateral discharge laser device equipped with a folded resonator; b 5 is a perspective view for explaining the cooling flat plate according to the present invention, and FIG. A discharge laser, b is a sectional view when applied to a machine direction discharge laser and a transverse direction discharge laser, respectively, and FIG. 6 is a perspective view for explaining another embodiment of the cooling body according to the present invention. 31,51...wind tunnel, 32,52...gas flow, 33,34,
54, 55... Electrode, 36, 58, 63... Entrance window, 38, 60, 64... Exit window, 41, 53... Cooling body. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 5 Figure 4 Figure 6
Claims (1)
同一方向に放電が生起されるよう前記レーザ媒体中に並
設された複数の電極対と、これら電極対間の放電により
励起されたレーザ光を前記レーザ媒体の流れを横切る方
向に取り出すための共振器を含む光学系とを備えるレー
ザ装置において、前記複数の電極対による各放電領域を
相互に分離するよう放電方向に沿つて冷却板を設けると
ともに、この冷却板に前記レーザ光の貫通を可能とする
貫通部を設けたことを特徴とするレーザ装置。1. A plurality of electrode pairs arranged in parallel in the laser medium so that discharge is generated in the same direction as the flow direction of the laser medium flowing in one direction in the wind tunnel, and a laser excited by the discharge between these electrode pairs. and an optical system including a resonator for extracting light in a direction transverse to the flow of the laser medium, wherein a cooling plate is provided along the discharge direction so as to separate each discharge region formed by the plurality of electrode pairs from each other. A laser device characterized in that the cooling plate is provided with a through portion through which the laser beam can pass through.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2275375A JPS6018153B2 (en) | 1975-02-26 | 1975-02-26 | Laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2275375A JPS6018153B2 (en) | 1975-02-26 | 1975-02-26 | Laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5197995A JPS5197995A (en) | 1976-08-28 |
| JPS6018153B2 true JPS6018153B2 (en) | 1985-05-09 |
Family
ID=12091438
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2275375A Expired JPS6018153B2 (en) | 1975-02-26 | 1975-02-26 | Laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6018153B2 (en) |
-
1975
- 1975-02-26 JP JP2275375A patent/JPS6018153B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5197995A (en) | 1976-08-28 |
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