JPH0586875B2 - - Google Patents
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- JPH0586875B2 JPH0586875B2 JP59072986A JP7298684A JPH0586875B2 JP H0586875 B2 JPH0586875 B2 JP H0586875B2 JP 59072986 A JP59072986 A JP 59072986A JP 7298684 A JP7298684 A JP 7298684A JP H0586875 B2 JPH0586875 B2 JP H0586875B2
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- 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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、無声放電式ガスレーザ装置の電極
構造の改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to an improvement in the electrode structure of a silent discharge type gas laser device.
無声放電式ガスレーザ装置の一例として3軸直
交型CO2レーザ装置がある。第1図、第2図およ
び第3図は従来の3軸直交型CO2レーザの電極部
の原理構成と放電状態を示すものであつて、第1
図は誘電体電極を被覆しないで使用した場合、第
2図および第3図は誘電体電極の相対向面以外の
部分をシリコンゴム系およびセラミツクパウダー
の絶縁層で覆つた場合をそれぞれ示すものであ
る。
An example of a silent discharge type gas laser device is a three-axis orthogonal CO 2 laser device. Figures 1, 2, and 3 show the principle configuration and discharge state of the electrode section of a conventional three-axis orthogonal CO 2 laser.
The figure shows the case where the dielectric electrode is used without being covered, and Figures 2 and 3 show the case where the parts other than the opposing surfaces of the dielectric electrode are covered with an insulating layer of silicone rubber and ceramic powder, respectively. be.
第1図において、1および2はレーザガスで、
図示のない熱交換器およびブロアを介して、放電
方向7と直交して循環されている。3は金属電極
で、それぞれ薄い誘電体4で全周を被覆されてい
る。5は冷却水、6はレーザ発振に寄与する主要
放電部の領域を示している。 In FIG. 1, 1 and 2 are laser gases,
It is circulated perpendicularly to the discharge direction 7 via a heat exchanger and a blower (not shown). Reference numeral 3 denotes metal electrodes, each of which is covered with a thin dielectric material 4 all around. Reference numeral 5 indicates cooling water, and reference numeral 6 indicates the area of the main discharge portion that contributes to laser oscillation.
次に以上の構成に基づいて第1図の動作につい
て説明する。まず、相対向して配設された一対の
金属電極3の間に交流高電圧が印加されると、誘
電体4を介して無声放電が発生する。この放電部
に導入されるレーザガス1中のCO2分子は励起さ
れ、ガス流方向および放電方向の双方と直交する
ように設けられた一対の図示のないミラーによつ
て形成される光共振器空間内で、上記励起された
CO2分子の誘導放出が増幅されてレーザ発振が始
まる。一方、放電によつて電極部温度が上昇する
ので、誘電体4が破壊されるのを防止するために
金属電極3の内部に冷却水5を供給する。ここ
で、金属電極3間に印加される交流電圧は、誘電
体4間の空間の放電開始電圧よりも大きいので、
図の点線で示すように誘電体4の表面のうち他方
の金属電極3の誘電体4と相対向する面の外側に
まで放電が広がる。この外側にまで広がる放電
(以下沿面放電という)により放電エネルギが主
要放電部6から外れるので、この分だけ発振効率
が低下することになる。また、この沿面放電は均
一なグロー放電でなく、収束した放電であるため
に光共振器内のレーザガス温度を上昇させて、発
振効率を著しく低下させる原因となる。この欠点
を補なう従来の対策として、第2図および第3図
に示すように誘電体4の表面のうち他方の金属電
極3の誘電体4と相対向する面以外の部分を絶縁
物で覆うものがあつた。第2図において、8は柔
軟性を有するシリコンゴム系絶縁物である。これ
らの絶縁物層に要求される性能として、(イ)放電に
基づく誘電体4の熱膨張による歪みによつて誘電
体4自身および絶縁物層が破壊されない、すなわ
ち絶縁物層が柔軟性に富むこと。(ロ)放電によつて
有機性アウトガスや水素等の不純物ガスが絶縁物
層から発生しないことであるが、上記の(ロ)の条件
に対しては、無機セメント等が望ましいが、これ
らの物質は上記(イ)の条件を満足することができな
い。 Next, the operation of FIG. 1 will be explained based on the above configuration. First, when an alternating current high voltage is applied between a pair of metal electrodes 3 disposed opposite to each other, a silent discharge is generated via the dielectric 4. CO 2 molecules in the laser gas 1 introduced into this discharge section are excited, and an optical resonator space is formed by a pair of mirrors (not shown) installed perpendicular to both the gas flow direction and the discharge direction. Excited above within
The stimulated emission of CO 2 molecules is amplified and laser oscillation begins. On the other hand, since the temperature of the electrode portion increases due to the discharge, cooling water 5 is supplied inside the metal electrode 3 in order to prevent the dielectric 4 from being destroyed. Here, since the AC voltage applied between the metal electrodes 3 is higher than the discharge starting voltage in the space between the dielectrics 4,
As shown by the dotted line in the figure, the discharge spreads to the outside of the surface of the other metal electrode 3 facing the dielectric 4 among the surfaces of the dielectric 4. Due to this discharge spreading outward (hereinafter referred to as creeping discharge), discharge energy is removed from the main discharge portion 6, and the oscillation efficiency is reduced by this amount. Further, since this creeping discharge is not a uniform glow discharge but a convergent discharge, it increases the laser gas temperature within the optical resonator and causes a significant decrease in oscillation efficiency. As a conventional countermeasure to compensate for this drawback, as shown in FIGS. 2 and 3, the surface of the dielectric 4 other than the surface facing the dielectric 4 of the other metal electrode 3 is covered with an insulating material. I had something to cover. In FIG. 2, numeral 8 represents a flexible silicone rubber insulator. The performance required of these insulating layers is that (a) the dielectric 4 itself and the insulating layer are not destroyed by distortion due to thermal expansion of the dielectric 4 due to electric discharge, that is, the insulating layer is highly flexible; thing. (b) Organic outgas and impurity gases such as hydrogen are not generated from the insulating layer due to discharge. For the above condition (b), inorganic cement is preferable, but these materials should not be used. cannot satisfy the condition (a) above.
第3図は絶縁物としてセラミツクパウダのよう
な無機質のものを使用した例を示す。図におい
て、3,4,5および6は第2図の場合と同じ部
分で、9はセラミツクパウダ、10は絶縁物質で
形成した枠であるが、このセラミツクパウダ9は
誘電体4に対して接着性がないので、両者間に空
間を生じて図示のように沿面放電が生じるので、
完全な対策にはならない。 FIG. 3 shows an example in which an inorganic material such as ceramic powder is used as the insulator. In the figure, 3, 4, 5, and 6 are the same parts as in the case of FIG. 2, 9 is ceramic powder, and 10 is a frame made of an insulating material. Since there is no power, a space is created between the two and creeping discharge occurs as shown in the figure.
It's not a perfect solution.
これらのことから、現在用いられている電極
は、第2図に示すシリコンゴム系絶縁物8で誘電
体4の相対向面以外の面を厚く覆つた構造となつ
ている。しかし、シリコンゴム系絶縁物8は放電
による電子の衝撃を受けるため、少量の有機性ガ
スと水素等を発生するので、これらの不純物ガス
によつて以下に説明するCO2レーザのガス封じ切
り運転に対し大きな障害の原因となる。 For these reasons, the electrodes currently in use have a structure in which the surfaces of the dielectric 4 other than the opposing surfaces are thickly covered with a silicone rubber insulator 8 as shown in FIG. However, since the silicone rubber insulator 8 is bombarded with electrons due to discharge, it generates a small amount of organic gas and hydrogen, etc., and these impurity gases can interfere with the gas-sealing operation of the CO 2 laser described below. This can cause major problems.
まず、レーザガスはCO2−CO−N2−Heの混合
ガスとして容器内に供給され、ガス封じ切り運転
されると、放電部においては下記の(a)式に示した
CO2の解離と、(b)式に示したCO2の生成との両反
応が進行する。 First, the laser gas is supplied into the container as a mixed gas of CO 2 −CO−N 2 −He, and when the gas is shut off and the operation is performed, the laser gas in the discharge section is expressed as shown in equation (a) below.
Both the dissociation of CO 2 and the production of CO 2 shown in equation (b) proceed.
CO2→CO+O…(a),CO+O→CO2…(b)
上記(a),(b)式で示した反応の速度が等しくなつ
た状態で各々の成分の濃度が定常値に達するので
ある。また、上記混合ガス中に初めにCOを添加
するのは、(b)式の反応を速め、CO2濃度の定常値
を高く保つ目的によるものである。しかるに、有
機性アウトガス等が微量でも発生すると、このア
ウトガスの酸化にO原子が消費され、これを補お
うとして上記(a)式のCO2の解離が一方的に進行し
て、CO2濃度が減少していく。この結果、長時間
のガス封じ切り運転中にレーザ出力ガ漸減する。 CO 2 → CO + O…(a), CO + O → CO 2 …(b) The concentration of each component reaches its steady value when the reaction rates shown in equations (a) and (b) above become equal. . Further, the reason why CO is initially added to the above-mentioned mixed gas is to speed up the reaction of equation (b) and maintain a high steady-state value of the CO 2 concentration. However, if even a small amount of organic outgas is generated, O atoms are consumed in the oxidation of this outgas, and in an attempt to compensate for this, the dissociation of CO 2 in equation (a) above proceeds unilaterally, causing the CO 2 concentration to increase. It will continue to decrease. As a result, the laser output gradually decreases during a long gas shutoff operation.
第4図はレーザ出力と混合ガス組成中の各成分
の濃度(モル分率)の時間の経過にともなう変化
を示した線図で、時間の経過とともにCO2は減
少、COは増大するので、これにともなつてレー
ザ出力が低下していくことを示している。 Figure 4 is a diagram showing changes over time in the laser output and the concentration (mole fraction) of each component in the mixed gas composition.As time passes, CO 2 decreases and CO increases. This shows that the laser output decreases as a result.
従来の無声放電式ガスレーザ装置の電極は、以
上のように構成されているので、シリコンゴム系
絶縁物からの不純物ガス発生のため、レーザガス
の封じ切り運転が困難であるという欠点があつ
た。 Since the electrodes of conventional silent discharge gas laser devices are constructed as described above, they have had the disadvantage that impurity gas is generated from the silicone rubber insulator, making it difficult to operate the laser gas in a sealed state.
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、無声放電式のガス
レーザ装置において、各電極の誘電体の表面のう
ち他方の電極の誘電体と相対向する面以外の部分
を覆う柔軟性に富むシリコンゴム系絶縁物からな
る第1の絶縁物層の外側を、不純物ガス発生のな
い無機質絶縁物からなる第2の絶縁物層で被覆す
ることにより、放電エネルギを有効に主要放電部
に集中でき、レーザの封じ切り運転を可能とし、
さらに、放電に基づく誘電体の熱膨張による歪み
によつて誘電体自身及び絶縁物層が破壊するのを
防止したガスレーザ装置を提供するものである。
This invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional ones as described above, and in a silent discharge type gas laser device, the surface of the dielectric material of each electrode other than the surface facing the dielectric material of the other electrode. By covering the outside of the first insulating layer made of a highly flexible silicone rubber insulating material with a second insulating layer made of an inorganic insulating material that does not generate impurity gas, the discharge energy can be reduced. It can be effectively focused on the main discharge area, enabling shut-off operation of the laser.
Furthermore, the present invention provides a gas laser device in which the dielectric itself and the insulating layer are prevented from being destroyed due to distortion due to thermal expansion of the dielectric due to discharge.
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第5図において、3,4,5および8は従来
例と同じ部分、11はシリコンゴム系絶縁物8に
接着した無機質絶縁物で形成された枠で、第2の
絶縁物層(外層部)を構成している。なお、シリ
コンゴム系絶縁物8は第1の絶縁物層(内層部)
を構成している。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 5, 3, 4, 5, and 8 are the same parts as in the conventional example, and 11 is a frame formed of an inorganic insulator bonded to the silicone rubber insulator 8, which is the second insulator layer (outer layer part). It consists of Note that the silicone rubber insulator 8 is the first insulator layer (inner layer portion).
It consists of
以上の構成に基づくこの発明の作用を説明す
る。シリコンゴム系絶縁物8は図で明らかのよう
に放電部に露出されてなく、一部分放電部に接す
る枠11は無機質絶縁物で形成されているので、
従来例のような放電の影響で不純物ガスが発生す
ることは全くなくなる。 The operation of the present invention based on the above configuration will be explained. As is clear from the figure, the silicone rubber insulator 8 is not exposed to the discharge part, and the frame 11 that partially contacts the discharge part is formed of an inorganic insulator.
There is no generation of impurity gas due to the influence of electric discharge as in the conventional example.
第7図は上記実施例で実験を行ない、レーザ出
力と混合ガス組成中の各成分との時間の経過に伴
う変化を求めた結果を示した線図で、連続運転を
行なつてもCO2のモル分率は定常状態を保持し、
100時間経過後でもレーザ出力の低下は僅かに4
%であつた。 Figure 7 is a diagram showing the results of an experiment conducted using the above example and the changes over time in the laser output and each component in the mixed gas composition . The mole fraction of remains steady,
Even after 100 hours, the laser output decreases only by 4
It was %.
なお、上記実施例では誘電体4を覆うシリコン
ゴム系絶縁物8に無機質絶縁体11を接着した例
を説明したが、第6図に示すように金属電極3と
誘電体とを無機質絶縁体11内に定置してから、
シリコンゴム系絶縁物8を流し込んでモールドす
る形成方法のものでもよく、上記実施例と同様の
効果を奏する。 In the above embodiment, the inorganic insulator 11 is bonded to the silicone rubber insulator 8 covering the dielectric 4, but as shown in FIG. After placing it inside,
A forming method in which the silicone rubber insulator 8 is poured and molded may be used, and the same effect as in the above embodiment can be obtained.
以上のようにこの発明によれば、各電極の誘電
体の表面のうち他方の電極の誘電体と相対向する
面以上の部分を覆うシリコンゴム系絶縁物からな
る第1の絶縁物層の外側を、無機質絶縁物からな
る第2の絶縁物層で被覆したから、放電エネルギ
を効率よく主要放電部に集中でき、連続して長時
間のガス封じ切り運転を行つても、レーザ出力の
減少がほとんど無く、さらに、放電に基づく誘電
体の熱膨張による歪みによつて誘電体自身及び絶
縁物層が破壊するのを防止できる無声放電式のガ
スレーザ装置が得られる効果がある。
As described above, according to the present invention, the outer side of the first insulator layer made of a silicone rubber insulator covers a portion of the surface of the dielectric of each electrode that is at least the surface facing the dielectric of the other electrode. is coated with a second insulating layer made of an inorganic insulator, the discharge energy can be efficiently concentrated in the main discharge area, and the laser output does not decrease even during continuous long-term gas shut-off operation. There is an effect that a silent discharge type gas laser device can be obtained in which there is almost no damage to the dielectric material itself and the insulating layer due to distortion due to thermal expansion of the dielectric material due to discharge.
第1図、第2図および第3図は従来の3軸直交
形CO2レーザの電極部を示す構成図、第4図は第
1図、第2図および第3図におけるレーザ出力と
各ガスのモル分率との変化を示す特性図、第5図
はこの発明の一実施例を示す構成図、第6図はこ
の発明の他の実施例を示す構成図、第7図はこの
発明によるレーザ出力と各ガスのモル分率との変
化を示す特性図である。
図において、1,2はレーザガスの流れ、3は
金属電極、4は誘電体、5は冷却水、6は主要放
電部、7は放電方向、8はシリコンゴム系絶縁
物、9はセラミツクパウダ、10は絶縁体、11
は無機質絶縁体である。なお 図中同一符号は同
一部分又は相当部分を示すものとする。
Figures 1, 2, and 3 are configuration diagrams showing the electrode section of a conventional three-axis orthogonal CO 2 laser, and Figure 4 shows the laser output and each gas in Figures 1, 2, and 3. FIG. 5 is a block diagram showing one embodiment of this invention, FIG. 6 is a block diagram showing another embodiment of this invention, and FIG. 7 is a block diagram showing changes in mole fraction of FIG. 3 is a characteristic diagram showing changes in laser output and mole fraction of each gas. In the figure, 1 and 2 are laser gas flows, 3 is a metal electrode, 4 is a dielectric, 5 is a cooling water, 6 is a main discharge part, 7 is a discharge direction, 8 is a silicone rubber insulator, 9 is a ceramic powder, 10 is an insulator, 11
is an inorganic insulator. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
た一対の電極間に、交流電圧を印加して両電極間
の放電部に放電を発生させ、この放電をレーザ励
起源とするガスレーザ装置において、 各電極の誘電体の表面のうち他方の電極の誘電
体と相対向する面以外の部分を覆うシリコンゴム
系絶縁物からなる第1の絶縁物層の外側を、無機
質絶縁物からなる第2の絶縁物層で被覆したこと
を特徴とするガスレーザ装置。[Claims] 1. An alternating current voltage is applied between a pair of electrodes disposed facing each other, each coated with a dielectric material to generate a discharge in the discharge area between the two electrodes, and this discharge is generated by a laser beam. In a gas laser device as an excitation source, the outside of a first insulating layer made of a silicone rubber insulator that covers the surface of the dielectric of each electrode other than the surface facing the dielectric of the other electrode, A gas laser device characterized by being coated with a second insulating layer made of an inorganic insulating material.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59072986A JPS60217675A (en) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | Gas laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59072986A JPS60217675A (en) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | Gas laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60217675A JPS60217675A (en) | 1985-10-31 |
| JPH0586875B2 true JPH0586875B2 (en) | 1993-12-14 |
Family
ID=13505220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59072986A Granted JPS60217675A (en) | 1984-04-13 | 1984-04-13 | Gas laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60217675A (en) |
-
1984
- 1984-04-13 JP JP59072986A patent/JPS60217675A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60217675A (en) | 1985-10-31 |
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|---|---|---|---|
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