JPS6328517B2 - - Google Patents
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- JPS6328517B2 JPS6328517B2 JP14568281A JP14568281A JPS6328517B2 JP S6328517 B2 JPS6328517 B2 JP S6328517B2 JP 14568281 A JP14568281 A JP 14568281A JP 14568281 A JP14568281 A JP 14568281A JP S6328517 B2 JPS6328517 B2 JP S6328517B2
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- cathode
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- gas
- optical axis
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- 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
- H01S3/0971—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited
- H01S3/09713—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser transversely excited with auxiliary ionisation, e.g. double discharge excitation
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はガスレーザ発振器に関し、特にその
陰極の構造に関するものである。
陰極の構造に関するものである。
第１図は従来のこの種のものとして代表的な光
軸、放電、ガス流の各方向が互いに直交する、い
わゆる三軸直交型のCO2レーザ発振器の放電部の
構成を示す縦断面図、第２図は第１図―線よ
りみた横断面図で、１は陽極、２は陰極、３は陰
極基板、４は安定化抵抗、５は直流高圧電源、６
は誘電体電極、７は給電線、８は誘電体電極６内
を流れて冷却する脱イオン水、９は交流高圧電
源、１０は放電励起部、１１はレーザガス、１２
は全反射鏡、１３は部分反射鏡、２０はレーザビ
ームである。
軸、放電、ガス流の各方向が互いに直交する、い
わゆる三軸直交型のCO2レーザ発振器の放電部の
構成を示す縦断面図、第２図は第１図―線よ
りみた横断面図で、１は陽極、２は陰極、３は陰
極基板、４は安定化抵抗、５は直流高圧電源、６
は誘電体電極、７は給電線、８は誘電体電極６内
を流れて冷却する脱イオン水、９は交流高圧電
源、１０は放電励起部、１１はレーザガス、１２
は全反射鏡、１３は部分反射鏡、２０はレーザビ
ームである。
次に動作について説明する。
陽極１と多数の陰極２との間に、CO2，N2，
Heから成るレーザガス１１を矢印方向に流しな
がら、陰極２の上流側に配した誘電体電極６に、
交流高圧電源９の交流高電圧を印加すると、誘電
体電極６と陰極２、および誘電体電極６と陽極１
との間に無声放電が生成される。ここで直流高圧
電源５の直流高電圧を安定化抵抗４を介して印加
すると、無声放電の予備電離作用により陽極１と
陰極２の間に均質で安定なグロー放電が生成され
る。この放電により形成された放電励起部１０に
は、レーザガス１１の中の特定の振動準位間に反
転分布が形成される。放電励起部１０を挾み対向
して配置された全反射鏡１２と部分反射鏡１３か
ら成る光共振器により、レーザ発振が生じ、部分
反射鏡１３からレーザビーム２０が出射する。
Heから成るレーザガス１１を矢印方向に流しな
がら、陰極２の上流側に配した誘電体電極６に、
交流高圧電源９の交流高電圧を印加すると、誘電
体電極６と陰極２、および誘電体電極６と陽極１
との間に無声放電が生成される。ここで直流高圧
電源５の直流高電圧を安定化抵抗４を介して印加
すると、無声放電の予備電離作用により陽極１と
陰極２の間に均質で安定なグロー放電が生成され
る。この放電により形成された放電励起部１０に
は、レーザガス１１の中の特定の振動準位間に反
転分布が形成される。放電励起部１０を挾み対向
して配置された全反射鏡１２と部分反射鏡１３か
ら成る光共振器により、レーザ発振が生じ、部分
反射鏡１３からレーザビーム２０が出射する。
ここで分割された陰極２の放電面積と、放電の
電圧―電流特性（Ｖ―特性）について説明す
る。第３図は気体放電における典型的なＶ―Ｉ特
性図である。電流がある値に達するまでは、電流
値にかかわりなく定電圧特性が保たれる。この時
の放電は正規グロー放電と呼ばれる。この領域で
は、電子は、電子とガス原子、分子との衝突によ
る二次電子放出（α作用）、および正イオンと陰
極面との衝突による電子放出（γ作用）によつて
供給される。γ作用は、陰極表面に存在する電圧
降下Vcによつて維持される。このVcの値は、実
際に陰極面で放電している面積に比べ、陰極面が
大きい限り一定となる。正規グロー放電とはこれ
を満たす放電で、電流密度は常に一定となり、電
流の増加は陰極放電面積の増加で補なわれ、放電
維持電圧は一定に保たれる。
電圧―電流特性（Ｖ―特性）について説明す
る。第３図は気体放電における典型的なＶ―Ｉ特
性図である。電流がある値に達するまでは、電流
値にかかわりなく定電圧特性が保たれる。この時
の放電は正規グロー放電と呼ばれる。この領域で
は、電子は、電子とガス原子、分子との衝突によ
る二次電子放出（α作用）、および正イオンと陰
極面との衝突による電子放出（γ作用）によつて
供給される。γ作用は、陰極表面に存在する電圧
降下Vcによつて維持される。このVcの値は、実
際に陰極面で放電している面積に比べ、陰極面が
大きい限り一定となる。正規グロー放電とはこれ
を満たす放電で、電流密度は常に一定となり、電
流の増加は陰極放電面積の増加で補なわれ、放電
維持電圧は一定に保たれる。
放電可能な陰極面がすべて放電によつて包まれ
るまで電流が増加すると、Vcの上昇により電流
が補なわれるようになり、すなわち、放電維持電
圧が上昇する。この時の放電は異常グロー放電と
呼ばれる。
るまで電流が増加すると、Vcの上昇により電流
が補なわれるようになり、すなわち、放電維持電
圧が上昇する。この時の放電は異常グロー放電と
呼ばれる。
さらに電流が増加していくと、陰極表面の温度
が上昇し、熱電子放出が主体的となつて、急激に
電流密度が上昇し、逆にVcは減少する。この時
の放電はアーク放電と呼ばれる。レーザ媒質を効
率よく励起するには正規グロー放電が必要とな
る。
が上昇し、熱電子放出が主体的となつて、急激に
電流密度が上昇し、逆にVcは減少する。この時
の放電はアーク放電と呼ばれる。レーザ媒質を効
率よく励起するには正規グロー放電が必要とな
る。
ところで、上記に示した電極構造において、従
来一般に用いられてきた放電は、補助放電として
の無声放電がなく、単に直流放電のみでグロー放
電を得ていた。この時、陰極として、直径３〜
6φ程度の金属棒で、その先端を尖らしたものを、
多数並べて用いていた。従来型の電極形状を第４
図に示す。直流放電のみの場合は、このような陰
極を用いても、その可能な放電面がすべて覆われ
る以前に、放電空間において電荷の集中が起こ
り、アーク放電が生じていた。しかしながら、先
の例で示したように、補助放電としての無声放電
が重畳された場合、その予備電離効果により電荷
の集中化が緩和され、２倍〜３倍投入電流を増加
させることができる。放電ギヤツプ長75mm、CO2
レーザガスの圧力100トール、における無声放電
が重畳された場合正常グロー放電領域のＶ―Ｉ特
性Ａと重畳されていない場合の正常グロー放電領
域のＶ―Ｉ特性Ｂを第５図に示す。無声放電重畳
により電流が増加してくると、従来のような陰極
形状では、放電面積が足りないためにアーク放電
に移行するという問題が起き、レーザの高出力
化、高効率化、小型化に必要な、高電力放電の妨
げとなつている。
来一般に用いられてきた放電は、補助放電として
の無声放電がなく、単に直流放電のみでグロー放
電を得ていた。この時、陰極として、直径３〜
6φ程度の金属棒で、その先端を尖らしたものを、
多数並べて用いていた。従来型の電極形状を第４
図に示す。直流放電のみの場合は、このような陰
極を用いても、その可能な放電面がすべて覆われ
る以前に、放電空間において電荷の集中が起こ
り、アーク放電が生じていた。しかしながら、先
の例で示したように、補助放電としての無声放電
が重畳された場合、その予備電離効果により電荷
の集中化が緩和され、２倍〜３倍投入電流を増加
させることができる。放電ギヤツプ長75mm、CO2
レーザガスの圧力100トール、における無声放電
が重畳された場合正常グロー放電領域のＶ―Ｉ特
性Ａと重畳されていない場合の正常グロー放電領
域のＶ―Ｉ特性Ｂを第５図に示す。無声放電重畳
により電流が増加してくると、従来のような陰極
形状では、放電面積が足りないためにアーク放電
に移行するという問題が起き、レーザの高出力
化、高効率化、小型化に必要な、高電力放電の妨
げとなつている。
この発明は上記のような従来の欠点を除去する
ためになされたもので、陰極の放電面積を増加す
ることにより、アーク放電への移行を防ぎ、それ
に伴なう投入電力の増化により、小型で高出力、
高効率なレーザ装置を提供することを目的として
いる。
ためになされたもので、陰極の放電面積を増加す
ることにより、アーク放電への移行を防ぎ、それ
に伴なう投入電力の増化により、小型で高出力、
高効率なレーザ装置を提供することを目的として
いる。
以下、この発明の一実施例について説明する。
第６図はこの発明に係る陰極の斜視図で、第７図
はその陰極を装着したレーザ発振器の縦断面図、
第８図はその―線よりみた横断面図、１４は
改良した陰極で例えば幅W1は10〜50mmである。
各陰極には従来どうり放電安定化のための抵抗４
が接続されている。
第６図はこの発明に係る陰極の斜視図で、第７図
はその陰極を装着したレーザ発振器の縦断面図、
第８図はその―線よりみた横断面図、１４は
改良した陰極で例えば幅W1は10〜50mmである。
各陰極には従来どうり放電安定化のための抵抗４
が接続されている。
改良した陰極１４は、放電部が三角柱の形状を
しており、この例ではガス流方向に延在するよう
に配設されている。したがつて、ガス流方向へ陰
極面積が拡大され、従来のように、放電面積不足
によるアーク放電への移行はなくなる。この場
合、第７図に示すとうり、光軸方向での陰極間隔
は従来と変わりないが、第８図に見るとうり、ガ
ス流方向での放電領域が増加し、光軸方向への単
位長さ当りの投入電力が増加する。これにより、
同一の放電電力を投入するには針状の陰極の場合
に比べて少数で足り、装置の小型化を図ることが
できる。なお、陰極１４の先端をエツジ状とした
のは、放電開始点を規定し、放電を安定化させる
ためである。
しており、この例ではガス流方向に延在するよう
に配設されている。したがつて、ガス流方向へ陰
極面積が拡大され、従来のように、放電面積不足
によるアーク放電への移行はなくなる。この場
合、第７図に示すとうり、光軸方向での陰極間隔
は従来と変わりないが、第８図に見るとうり、ガ
ス流方向での放電領域が増加し、光軸方向への単
位長さ当りの投入電力が増加する。これにより、
同一の放電電力を投入するには針状の陰極の場合
に比べて少数で足り、装置の小型化を図ることが
できる。なお、陰極１４の先端をエツジ状とした
のは、放電開始点を規定し、放電を安定化させる
ためである。
第９図はこの発明に係る陰極の他の実施例の斜
視図、第１０図はその電極を装着したレーザ発振
器の縦断面図、第１１図は第１０図XI―XI線より
みた横断面図を示す。この例は陰極１４を光軸方
向に面積を拡大したもので、陰極の幅W2は８mm
以上30mm以下、放電面はガス流に対する放電のゆ
らぎを少なくする意味から、ガス流に対して30〜
60度の傾きθを有し、その先端はエツジ状に形成
されている。この例では、光軸方向に電極の幅を
広げているため、第５図のような従来型の陰極ピ
ン２を用いた場合に比べ、同程度の電力投入しか
行えない。しかしながら、第１０図に示すよう
に、陰極ピンの数を1/2〜1/5程度に減ずることが
でき、装置を製作するうえでも、保守点検を行う
うえでも容易になるという利点がある。
視図、第１０図はその電極を装着したレーザ発振
器の縦断面図、第１１図は第１０図XI―XI線より
みた横断面図を示す。この例は陰極１４を光軸方
向に面積を拡大したもので、陰極の幅W2は８mm
以上30mm以下、放電面はガス流に対する放電のゆ
らぎを少なくする意味から、ガス流に対して30〜
60度の傾きθを有し、その先端はエツジ状に形成
されている。この例では、光軸方向に電極の幅を
広げているため、第５図のような従来型の陰極ピ
ン２を用いた場合に比べ、同程度の電力投入しか
行えない。しかしながら、第１０図に示すよう
に、陰極ピンの数を1/2〜1/5程度に減ずることが
でき、装置を製作するうえでも、保守点検を行う
うえでも容易になるという利点がある。
第１２図、第１３図はそれぞれ光軸方向に陰極
の幅を広げた他の例を示す斜視図で、いずれも幅
W2は８mm以上30mm以下で、放電開始時の安定化
を企るためのエツジが形成されており、第９図に
示した例と同様の機能を果すものである。
の幅を広げた他の例を示す斜視図で、いずれも幅
W2は８mm以上30mm以下で、放電開始時の安定化
を企るためのエツジが形成されており、第９図に
示した例と同様の機能を果すものである。
以上の実施例は、いずれも三軸直交型のレーザ
発振器についての適用例について述べたが、ガス
流１１と放電の方向が同一で、それと直交する方
向に光軸が存在する二軸直交型のレーザに適用し
ても同様の効果が得られることはいうまでもな
い。
発振器についての適用例について述べたが、ガス
流１１と放電の方向が同一で、それと直交する方
向に光軸が存在する二軸直交型のレーザに適用し
ても同様の効果が得られることはいうまでもな
い。
以上のように、この発明によれば、交流放電が
補助放電として存在することで、ガス流方向、ま
たは光軸方向に陰極の幅を広げることにより、陰
極放電面積不足に起因するアーク放電への移行を
防止でき、放電投入電力の増加、および装置の小
型化、または陰極本数の減少を実現でき、レーザ
状置の高性能化を図ることができる。
補助放電として存在することで、ガス流方向、ま
たは光軸方向に陰極の幅を広げることにより、陰
極放電面積不足に起因するアーク放電への移行を
防止でき、放電投入電力の増加、および装置の小
型化、または陰極本数の減少を実現でき、レーザ
状置の高性能化を図ることができる。
第１図は従来のガスレーザ発振器の縦断面図、
第２図は第１図―線よりみた横断面図、第３
図は気体放電における典型的な電圧―電流特性を
示す図、第４図は従来の陰極の針視図、第５図は
補助放電としての無声放電が行なわれた場合と行
なわれない場合の正常グロー放電の電圧―電流特
性を示す図、第６図はこの発明に係る陰極の一実
施例の斜視図、第７図は第６図に示した陰極を適
用したガスレーザ発振器の縦断面図、第８図は第
７図―線よりみた横断面図、第９図はこの発
明に係る陰極の他の実施例の斜視図、第１０図は
第９図に示した陰極を適用したガスレーザ発振器
の縦断面図、第１１図は第１０図XI―XI線よりみ
た横断面図、第１２図及び第１３図はそれぞれこ
の発明に係る陰極の他の実施例の斜視図である。 図において、１は陽極、２，１４は陰極、５は
直流高圧電源、６は誘電体電極、７は給電線、９
は交流高圧電源、１０は放電励起部、１１はレー
ザガス、１２は全反射鏡、１３は部分反射鏡、２
０はレーザビームである。なお、図中同一符号は
それぞれ同一または相当部分を示す。
第２図は第１図―線よりみた横断面図、第３
図は気体放電における典型的な電圧―電流特性を
示す図、第４図は従来の陰極の針視図、第５図は
補助放電としての無声放電が行なわれた場合と行
なわれない場合の正常グロー放電の電圧―電流特
性を示す図、第６図はこの発明に係る陰極の一実
施例の斜視図、第７図は第６図に示した陰極を適
用したガスレーザ発振器の縦断面図、第８図は第
７図―線よりみた横断面図、第９図はこの発
明に係る陰極の他の実施例の斜視図、第１０図は
第９図に示した陰極を適用したガスレーザ発振器
の縦断面図、第１１図は第１０図XI―XI線よりみ
た横断面図、第１２図及び第１３図はそれぞれこ
の発明に係る陰極の他の実施例の斜視図である。 図において、１は陽極、２，１４は陰極、５は
直流高圧電源、６は誘電体電極、７は給電線、９
は交流高圧電源、１０は放電励起部、１１はレー
ザガス、１２は全反射鏡、１３は部分反射鏡、２
０はレーザビームである。なお、図中同一符号は
それぞれ同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ レーザガスの気流を挾んで相対向するように
配設され直流高電圧が印加されてグロー放電を生
成する陽極と陰極、上記レーザガス気流中に配設
され交流高電圧が印加されて上記両電極との間で
無声放電を生成する誘電体電極を備えたものにお
いて、上記陰極を、上記レーザガス気流の方向に
延在するエツジを有する形状としたものをレーザ
光軸にそつて複数本配設せる構成としたことを特
徴とするガスレーザ発振器。 ２ 陰極のエツジの幅W1が10〜50mmの範囲内で
ある特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ発振
器。 ３ 陰極の光軸方向の幅W2が８〜30mmの範囲内
とした特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ発
振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14568281A JPS5848487A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | ガスレ−ザ発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14568281A JPS5848487A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | ガスレ−ザ発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5848487A JPS5848487A (ja) | 1983-03-22 |
| JPS6328517B2 true JPS6328517B2 (ja) | 1988-06-08 |
Family
ID=15390647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14568281A Granted JPS5848487A (ja) | 1981-09-16 | 1981-09-16 | ガスレ−ザ発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5848487A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0631731Y2 (ja) * | 1988-06-30 | 1994-08-22 | 工業技術院長 | ガスレーザ発振器 |
-
1981
- 1981-09-16 JP JP14568281A patent/JPS5848487A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5848487A (ja) | 1983-03-22 |
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