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JPS6239555B2 - - Google Patents
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JPS6239555B2 - - Google Patents

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JPS6239555B2
JPS6239555B2 JP2582780A JP2582780A JPS6239555B2 JP S6239555 B2 JPS6239555 B2 JP S6239555B2 JP 2582780 A JP2582780 A JP 2582780A JP 2582780 A JP2582780 A JP 2582780A JP S6239555 B2 JPS6239555 B2 JP S6239555B2
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JP
Japan
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discharge
dielectric material
groove
discharge space
gas
Prior art date
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JP2582780A
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Shuji Ogawa
Shigenori Yagi
Norikazu Tabata
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/038Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、無声放電式ガスレーザ装置の電極
の改良に関するものである。
まず、従来の無声放電式ガスレーザ装置を直交
型CO2レーザを例にとつて説明する。
第1図は、従来の装置の構成原理図、第2図
は、そのガス系統図、第3図は、その電極構造
図、第4図は、その−線からみた断面図であ
る。
まず、第1図において、1,2は誘電体、3,
4は金属板で各々放電面は誘電体1,2で覆われ
ており、1と3、2と4でそれぞれ一つの無声放
電電極30,40を形成している。5は放電空
間、6は交流電源、7は全反射鏡、8は部分反射
鏡である。
金属板3,4に交流電源6により交流高電圧
(約10KHz、10KV)が印加されると、放電空間5
に無声放電と呼ばれる安定な放電が生じる。レー
ザガス(CO2レーザの場合は、一般にCO2
CO,N2,Heの混合気体)は、放電空間5を通過
するときに、この無声放電によりレーザ励起さ
れ、全反射鏡7と部分反射鏡8により構成される
光共振器によつてレーザ発振を起こし、励起され
た分子エネルギーは、レーザ光として、部分反射
鏡8から取り出される。
次に、第2図では、従来装置におけるレーザガ
スの系統が示されており、9は無機質絶縁体で作
られたガスガイド、10はブロア、11は熱交換
器である熱交換器11で温度が下り、ブロア10
によつて加速され高速になつたレーザガスは、ガ
スガイド9に添つて、放電とレーザ光(紙面に垂
直)のいづれにも直交する方向に放電空間5を通
過する。放電空間5におけるガス速度は、30m・
-1程度の高速にし、放電によつて受けた熱エネ
ルギーによるガス温度上昇を50℃程度に低く抑え
る。これは、CO2の光吸収率がガス温度上昇によ
り急激に上昇し、レーザ発振エネルギー効率を低
下させるので、ガス温度を低く抑える必要がある
ためである。
第3図には、上記従来装置の電極構造図、第4
図は、第3図−線よりみた断面でガス流方
向、放電方向、光軸(レーザ光)の方向が示され
ている。5a,5b,5cは放電空間5のガス流
上流側、中央部、下流側である。3b,4bは金
属板3,4の誘電体で覆われていない部分であ
る。
ここで無声放電の特性について簡単に説明す
る。無声放電は、誘電体1,2を介して生じる交
流放電であり、電源電圧上昇にしたがつて放電空
間5の電圧が上昇し、放電空間電位差が放電開始
電圧に達するとパルス的放電が生じ、放電が生じ
ると誘電体1,2の表面に電荷が堆積され、その
結果、放電空間5の電圧が低下して放電が消滅す
る。電源電圧の上昇により再び放電空間5の電圧
が放電開始電圧に達すると放電が起る。交流電源
の半サイクル中にこのような放電が数回ないし数
十回繰返し、又、次の半サイクルでは、逆極性の
放電が同様に繰返される。
ところで、無声放電は、電極の誘電体沿面に拡
がり易い放電であるため、放電空間の放電エネル
ギーの分布は、ガス流方向に均一でなく、放電空
間端部5a,5cが中央部の5bにくらべてエネ
ルギー密度の高い放電になる。その為に誘電体
1,2の放電空間5a,5cに近い部分に熱的破
壊が生じ、あるいは、放電空間5を通過するレー
ザ媒質ガスの温度が部分的に高温となりCO2の光
吸収量が増大し、レーザ発振効率を低下させる欠
点がある。
また、印加電圧を大きくすると放電は、さらに
電極30,40の背後部分で誘電体がライニング
(溶射)されていない部分3b,4bまで拡が
り、そこから対電極へ誘電体沿面を伝つた放電が
発生し、その為に誘電体1,2及び電源6が破壊
されるトラブルが生じる。
また、従来の無声放電式ガスレーザ装置の電極
構造は、第3,4図に示したように金属板3,4
に誘電体1,2をライニング(溶射)して作られ
ている為、誘電体1,2の厚さを均一に作る事が
難しい。この為、無声放電の特性により誘電体厚
さの薄い場所は、単位面積あたりの静電容量が増
加し、放電の電力が集中し、その部分の誘電体が
破損されやすく、誘電体を均一にライニングする
必要があつた。均一なライニングは複雑な形状の
電極では技術的に難しいため、従来の電極は単純
な構造に限定されていた。そのため発振器の効率
を最大にすべく望ましい形状の電極を作ることは
困難であつた。
さらに、レーザガスは、第2図に示すように放
電空間5を高速で流す必要があるため、ガスガイ
ド9を設けなければならなかつた。このガスガイ
ド9は、一部が放電にさらされているのでアウト
ガス発生のない絶縁物で構成する必要があつた。
この発明は、上記従来のものの欠点を除去する
ためになされたもので、電極構造を改良すること
により構造が簡単で信頼性の高い無声放電式ガス
レーザ装置を提供することを目的とするものであ
る。
以下この発明の一実施例を図面を参照して説明
する。
第5図は、この発明の一実施例を示す電極構造
図、第6図はその−線からみた断面図、第7
図は、そのガス系統図で、1−1,2−1は、放
電面の反対面に凹状の溝が堀られている。電極3
0,40の主要構成物たる無機物誘電体板、1−
1b,2−1bは、それらの放電場所(凹状の部
分の厚さの薄い所)、3−1,4−1は、無機物
誘電体板1−1,2−1の凹部に設けられた金属
板であり、第6図にガス流方向、放電方向、光軸
方向が示されている。このように電極30,40
を構成すると、放電は無声放電の特性により単位
あたりの静電容量の大きい無機物誘電体板1−
1,2−1の厚さの薄い部分1−1b,2−1b
の面だけに放電が限定され、その結果、放電空間
5には、エネルギー集中のない放電が生じ、放電
空間5を通過するレーザ媒質ガス温度が部分的に
高温になることがなく、また印加電圧を大きくし
ても誘電体沿面距離が長い為、金属板3−1,4
−1から対電極に対しての放電も発生しないの
で、誘電体及び電源の破壊の虞れがほとんどなく
なる。
また、無機物誘電体板1−1,2−1の凹状の
溝部は、機械研削加工などによつて作り得るので
放電部1−1b,2−1bの誘電体厚さを均一に
作る事ができる(例えば、無機物誘電体板を易削
性ガラスセラミツクスにした場合、精度:±0.05
mm位は容易に達成できる)。その為電極放電部分
にあたる1−1b,2−1bの単位面積あたりの
静電容量が一様となり、放電の電力密度がさらに
均一化されるので、誘電体の破損がなくなる。さ
らに、無機物誘電体板1−1,2−1の凹状の溝
の位置及びそれに伴い金属板3−1,4−1の位
置は自由に設定可能で発振に最適な形状の電極を
作る事ができる。
また、第7図に示すようにこの電極構造は無機
物誘電体板1−1,2−1がガスガイドを兼てお
り、従来例の第2図に示したガスガイド9と各電
極30,40との継目がなくなるので、従来その
継目で生じていたガス流の乱れをなくす事がで
き、またガス流に対する抵抗が最小の構造を得る
ことができるので、ブロア10に特殊で高価なも
のを必要としなくなる。
このように、この発明によつてレーザ発振効率
の観点からも、実用的信頼性の面からも優れた電
極が実現できる。
以下他の実施例を数例示す。
第8図は、第6図の実施例の金属板3−1,4
−1を導電性薄膜3−2,4−2に置き換え、無
機物誘電体板1−1,2−1の凹部分にコーテイ
ング、又はメタライズした実施例の電極構成図、
第9図は、その−線よりみた断面図であり前
記実施例と同一の効果を得る事ができると共に導
電性薄膜3−2,4−2と無機物誘電体板1−
1,2−1の接触が完壁になる利点がある。
第10図は、第8図の一実施例の導電性薄膜3
−2,4−2及び、無機物誘電体板1−1,2−
1の凹部分に絶縁性冷媒を流して冷却する構成と
した実施例の電極構成図、第11図はそのXI−XI
線よりみた断面図であり、12,13は絶縁性冷
媒を流す為の無機絶縁物で作られた冷媒ジヤケツ
ト板で、無機物誘電体板1−1,2−1の凹部分
と冷媒ジヤケツト板12,13とのすきまに絶縁
性冷媒(脱イオン水、又は絶縁油)を流して電極
の冷却を行なつており、第6図に示した実施例と
同様の効果が得られると共に、さらに無機物誘電
体板1−1,2−1の熱的破損を防ぐ事ができ
る。それゆえ、この電極構造を使用して放電電力
を増大し、高出力レーザを実現することができ
る。
第12図は、第6図の実施例の無機物誘電体板
1−1,2−1の凹部分及び金属板3−1,4−
1を共振器光路に添つて設け、「折り返し型レー
ザ」へ適用した実施例の電極構成図、第13図
は、その−から見た断面図で、7−1〜
7−6は全反射鏡、1−2,2−2は無機物誘電
体板で共振器光路に添つて、放電面の逆の面に凹
状の溝が複数本形成され3−3,4−3は、金属
板で共振器光路に添つて誘電体板1−2,2−2
に形成された凹状の溝部に設けられていて、実施
例の第6図と同様の効果が得られると共に、さら
に複雑な形状の放電励起空間をレーザ発振効率向
上の要請に従つて自由に形成することができるよ
うになつた。
第14図は、第6図の3−1,4−1の金属板
の代りにプラズマ状態のガスとした実施例の電極
構成図で第15図はその−線よりみた断
面図である。3−4,4−4は、低圧力の不活性
ガスが充填されているプラズマ放電空間、14,
15は、導電性の給電板で、給電板14,15に
交流高電圧を印加することにより低圧の不活性ガ
スはプラズマ化し導電性を有するようになり、放
電空間5に発生する無声放電は、第6図の実施例
とかわらない。この実施例では、無機物誘電体板
1−1,2−1の凹部分の溝の深さは、5mm、不
活性ガスとしてArガスを圧力を数トールで封じ
た。プラズマ放電空間3−4,4−4における電
位降下は200Vで、電極間にかかる電圧10KVに比
べて非常に小さく、実質的に不活性ガスが「プラ
ズマ電極」として働く。この実施例では、電極の
形状の自由度が第6図の実施例に比べさらに大き
くなる。
以上の実施例はすべて高電圧側、低電圧側が同
一構造のものを示したが、片側の電極が金属板又
は、金属棒である場合にもこの発明の効果が得ら
れることは言うまでもない。
この発明は、以上説明したように、レーザ励起
部となる無声放電空間5を形成する1対の電極3
0,40のうち少なくとも一方の電極構造が、主
要構成物たる平板に近い無機物誘電体とその裏面
の一部に設けた導電性物質とによつて形成され、
かつ、導電性物質の設けられている位置の誘電体
板の厚さが、設けられていない他の部分よりも薄
く作られていることを特徴とするもので、放電空
間の電力分布を均一にし、電極の端絶縁を向上さ
せ、電極の信頼性を高め、ガス流に対する抵抗を
低める効果の一挙に発揮できる電極構造を提供す
るものである。
さらに、無機物誘電体の背面を絶縁性冷媒で冷
却することにより、電極の熱的破損を防ぎ、レー
ザの大出力化が可能になる。
さらに、板状の無機物誘電体背面に設けられて
いる凹状の溝は自由な位置に設け得るため、折り
返し共振器に最適なように、複雑な形の放電励起
空間も自由に形成することができる効果がある。
以上のようにこの発明によつて電極構造が簡単
で信頼性の高い高効率大出力の無声放電式ガスレ
ーザ装置を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の直交形ガスレーザ装置の要部の
構成を示す原理図、第2図はそのガス系統図、第
3図はその電極構成を示す正面図、第4図は第3
図−線よりみた断面図、第5図はこの発明の
実施例における電極の構成を示す正面図、第6図
は第5図−線よりみた断面図、第7図はその
ガス系統図、第8図、第10図、第12図、およ
び第14図はそれぞれこの発明の一実施例の電極
構成を示す正面図、第9図、第11図、第13図
および第15図はそれぞれ第8図−線、第1
0図XI−XI線、第12図−線および第1
4図−線よりみた断面図である。 図において、1,2は誘電体、1−1,1−
2,2−1,2−2は無機物誘電体板、1−1
b,2−1bは誘電体板の薄い部分、3,4,3
−1,3−3,4−1,4−3は金属板、3b,
4bは電極背後部、3−2,4−2は導電性薄
膜、3−4,4−4はプラズマ放電空間、5,5
a,5b,5cは放電空間、6は交流電源、7,
7−1〜7−6は全反射鏡、8は部分反射鏡、9
はガスガイド、10はブロア、11は熱交換器、
12,13は冷媒ジヤケツト板、14,15は給
電板である。なお、図中一符号はそれぞれ同一又
は相当分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 導体の表面が誘電体で覆われている電極を対
    向させて放電空間を形成し、この放電空間内にレ
    ーザ媒質を流しながら上記両電極間に高周波電圧
    を印加してその放電空間内で無声放電を発生さ
    せ、その放電空間内のレーザ媒質を励起してレー
    ザを発生させるように構成されたものにおいて、
    上記両電極のうち少なくとも一方の電極を、放電
    空間を構成する面が平面に形成されている導体
    と、この平面を覆う部分は他の面域を覆う部分よ
    りは薄く、かつ均一な厚さに形成されている誘電
    体とで構成されていることを特徴とするガスレー
    ザ装置。 2 放電空間に臨む平面部分とその平面との間に
    均一な薄い層を残すように形成された溝とを有す
    る誘電体と、この誘電体の溝の上記平面と相対す
    る面に接するように形成された導体とで構成され
    ている電極を備えた特許請求の範囲第1項記載の
    ガスレーザ装置。 3 放電空間に臨む平面部分とその平面との間に
    均一な薄い層を残すように形成された溝とを有す
    る誘電体と、この誘電体の溝の開口面を覆う導体
    で形成された給電板と、上記溝内に充填されたプ
    ラズマ放電媒質ガスとで構成されている電極を備
    えた特許請求の範囲第1項記載のガスレーザ装
    置。 4 誘電体に複数回折返す形の溝を形成し、この
    溝内に導体を配置するとともに上記溝の折返し部
    分の近くにそれぞれ光共振器を構成する全反射鏡
    を配設せる構成としたことを特徴とする特許請求
    の範囲第2項または第3項に記載のガスレーザ装
    置。 5 誘電体に形成せる溝内に絶縁性冷媒を通す構
    成を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第2
    項ないし第4項のいずれかに記載のガスレーザ装
    置。
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JPH0770771B2 (ja) * 1986-11-05 1995-07-31 三菱電機株式会社 ガスレーザ装置
WO1992014285A1 (en) * 1991-02-08 1992-08-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Transverse discharge pumping type pulse laser oscillating device

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