JPH03225879A - ガスレーザ管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分計〉 本発明は、ガスレーザ発生装置において放電部として使
用されるガスレーザ管に関し、特に放電部にさらされる
レーザガスの流路を短くし、レーザ効率を向上させるよ
うに工夫したものである。

〈従来の技術〉 軸流型ガスレーザ発振器の放電部として使用されるガス
レーザ管の一例を第２図に示す。

同図に示すように、内部に円筒１０及びスリット１１を
有するガス導入部１２にレーザガスを導入し、ここで該
スリット１１により旋回流とした後リング状の陰極１３
に導き、この陰極１３から放電管１４内を経て、リング
状の陽極１５に至り、放電を行うようにしている。尚、
１６はガス排出部を図示している。

このガスレーザ管においては陰極１３より放出された電
子が陰極１３と陽極１５間の電界によって加速され、放
電管１４内を通って陽極１５に到達する。ここで放電管
１４内のレーザガスは両極間の放電による電子との衝突
により、上準位に励起され、下準位に緩和するときレー
ザ光が発生する。

第２図に示すガスレーザ管を用いた軸流型ガスレーザ発
振器の一例を第３図に示す。本発振器は、具体的にはＣ
０２レーザ発振器を示すシステム構成図である。同図に
示すように、出力鏡１００１折返し鏡１０１，１０２及
び終段競１０３により光共振話が構成される。

尚、１０４は発生したレーザ光を導く円編光装置である
。放電ＩｆＭ：１４内には、配管１０５及びガス導入部
１２内の陰極１３を通してヘリウム、窒素、炭酸ガスの
混合レーザガスが供給され、放電管１４内のレーザガス
は、陽極１５及びガス排出部１６を通ってから戻り管１
０６へ流れる。この混合ガス中において、陰極１３と陽
極１５の間で放電を行なわせてガスの励起を発生させ、
レーザ遷移による光を前記光共振晋で増幅し前記出力鏡
１００よりレーザ光を出力する。

混合ガスは戻）＋Ｗ１ｏｓから熱交換１１１０７゜ガス
循環ポンプ１０８へ送られ、該ガス循環ポンプ１０８で
圧送されて熱交換器１０９゜配管１０５へ流れる。上述
した、配管１０５−陰極１３−放電管１４−陽極１５−
戻り管１０６→熱交換諸１０７−ガス循環ポンプ１０８
→熱交換器１０９→配管１０５に沿うガス循環系を主循
環系という。

一方、ヘリウムボンベ、窒素ボンベ、炭酸ガスボンベか
らなるガス供給装置１１０からは、流量調整弁１１１、
並びに配管１１２を通して、混合ガスとして主循環系に
供給される。主循環系に混合ガスを供給すると、主循環
系内の混合ガスが上記供給量と同量だけ流量調整弁１１
３を通して真空ポンプ１１４により大気中に放出される
。尚１１５は高圧電源、１１６は電流制御回路を示す。

上述した軸流型ガスレーザ発振器においては、レーザ光
を多（出すために反転分布（上準位〉下準位）を大きく
する必要がある。この際レーザガスの温度の上昇を抑え
るため該レーザガスの冷却が必要となる。このため従来
においては、放電管１４を外部から冷却するか、あるい
は放電管１４内のレーザガスの流れを高速にしてガス平
均温度が上昇しないようにしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述したレーザガスの冷却においては、次の熱伝達によ
ゆ行われる。

（１）　　レーザガスと放電管内壁との熱伝達（熱伝達
率ａ、） （２）放電管の熱伝導（熱伝達率ａ２）（３）放電管外
壁と外部流体との熱伝達（熱伝達率ａ、） 総合熱伝達率ａＴは次式で表わせる。

したがって熱伝達率ａアはａＩ、α２．ａ３の最小値よ
り大きくなることはない。

一般に熱伝達率αが最小である場合が多く、この場合放
電管１４内のレーザガスの冷却を放電管１４の外側から
冷却することは限度があり、ガス温度を大幅に下げるこ
とは困難であるという問題がある。

また、レーザガスの温度上昇により、下準位成分が増加
することとなり、反転分布が飽和し、取り出せるレーザ
出力が限界に達する。

このため従来においては、レーザガス全体の温度を大幅
に下げるようにして、反転分布の飽和点を上げるように
しているが、この場合環境温度より下げてしまうと、レ
ーザ発振器の構成部分に結露を生じる。一般に放電を行
うため高電圧を使用しているので、結露によって電気絶
縁破壊の危険性を生じるという問題がある。

次に、レーザガスを高速に流してガス温度を上げない方
法は、ガス循環ポンプの能力を大きくする必要がありガ
ス循環ポンプ動力を増加させ、レーザ発振器全体のシス
テム効率を下げるという問題がある。

本発明は以上述べた事情に鑑み、軸流型ガスレーザ発振
器の放電管内を流れるレーザガスの温度上昇を押えると
共にレーザ効率（レーザ出力／放電力の比）を向上させ
得るガスレーザ管を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成するための本発明のがスレ−ザ管の構成
は、放電管の両端にそれぞれリング状の陽極、陰極を配
設すると共に該放電管の内部に陰極側から陽極側へと軸
方向にレーザガスを流下させることにより放電を行う細
流型のガスレーザ管において、前記放電管にレーザガス
の供給口と排出口とを複数設けたことを特徴とする。

〈作　　　用〉 前記構成のガスレーザ管において、レーザ発振を行う際
、陰極側から流下するレーザガスに加えて、放電管に設
けた複数のレーザガスの供給口からレーザガスを導入し
てこれらのレーザガスが混合させ、放電で加熱されたレ
ーザガスの一部を放電管に設けた複数のレーザガス排出
口からすみやかに排出させ、レーザガスが放電にさらさ
れる距離を短くし、この結果レーザガスの平均温度を下
げる。

く実　施　例〉 以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本実施例にかかるガスレーザ管の構造図である
。尚、前述した従来例にかかる部材と同一のものについ
ては同符号を付して重複した説明は省略する。同図に示
すように、ガス導入部１２内の空洞１２ａには、円筒１
゜が設置されると共にこの円筒１０の一端に対し、絶縁
リング２０．リング状の陰極１３゜絶縁リング２１を介
して放電管１４の一端が同軸に接続されている。該放電
管１４の他端はリング状の陽極１５に気密に接続される
一方、前記絶縁リング２０．ＩＪリング１１ｊｌｌ！１
ｉ１３゜絶縁リング２１を取り囲む支持筒２２によりガ
ス導入部１２に気密に取９付けられている。

また、このガス導入部１２の空洞１２ａには、円筒１０
と同軸方向に開口２３が設けられており、この開口２３
にレーザガスを導入するガス導入路２４がシール２５ａ
、シール２５ｂを介してフランジ２５により気密に接続
されている。このガス導入路２４は本実施例では４本の
分岐管２６ａ〜２６ｄを介して放電管１４を覆うように
して設けられた外ｖ：２７と連通しており、一方、この
外管２７からは本実施例では３本の集合管２８ａ〜２８
ｃを介して陽極側のガス排出路２９に連通されている。

このガス排出路２９はフランジ３０によりガス排出部１
６にシール３１ａ、３１ｂを介してフランジ３１により
気密に保たれて取付けられている。

また上記外管２７で覆われていると共に、上記分岐管２
６ａ〜２６ｄに対向する放電管１４の壁面には、レーザ
ガスの供給口としての複数のガス供給用の細孔３２ａ、
３２ｂ。

３２ｃ、３２ｄが、一方の上記集合管２８ａ〜２８ｃに
対向する放電管１４の壁面には、レーザガスの排出口と
しての複数のガス排出用の細孔３３　ａ、　３３　ｂ、
　３３　ｃがそれぞれ設けられている。

尚、外管２７の内部には該外管内部を仕切る仕切板２７
ａ〜２７ｆが設けられており、ガス導入部１２の空間１
２ａの分岐部から分岐されて、ガス導入路２４．分岐管
２６ａ〜２６ｄを通ったレーザガスは、放電管１４の壁
面に設けられたガス供給用の細孔３２ａ〜３２ｄへ独立
して供給するようにしている。

また導入されたレーザガスの一部を放電管１４の壁面に
設けられたガス排出用の細孔３３ａ〜３３ｃから集合管
２８ａ〜２８ｃへ独立して排出するようにしている。

この外管２７は一端をガス導入部１２に取付けられてい
る支持筒２２にシール３４を介して、また他端を陽極１
５にシール３５を介して気密に連結されている。またガ
ス導入部１２とはシール３６を介して支持筒２２の気密
を保つと共に、ガス排出部１６とはシール３７を介して
陽極の気密を保つようにしている。

このようにして、分岐管２６ａ〜２６ｄから各々導入さ
れたレーザガスは供給用の細孔３３ａ〜３３ｄを通って
放電管１４内に導入されると共に導入されたレーザガス
の一部は再び下流側の排出用の細孔３３ａ〜３３ｃを通
って烏合管２８ａ〜２８ｃへ流出された後ガス排出部１
６に送られ、ガス循環路へ戻るようにしている。

尚、ガス導入部１２のスリット１１を経て陰極１３側か
ら流入するガス量と、ガス導入路２４を経て細孔３２ａ
〜３２ｄから入るガス量との比は、円筒１０のスリット
１１の面積と、細孔３２の穴の面積との比により決定す
ればよい。

このような構造を有するレーザ管を採用することによっ
て、陰極１３側から流入したレーザガスが、ガス供給用
の細孔３２ａから流入した低温のレーザガスと混合し、
放電で加熱されたガスの一部は細孔３３ａから流出する
。さらに細孔３２ｂからガスが流入し細孔３３ｂから一
部流出する。ふ下、細孔３２ｃから流入したガスの一部
は細孔３３ｃから流出し、細孔３２ｄから流入したガス
は陽極１５から流出する。これによりレーザガスの平均
温度を低下させることができ、レーザ効率を大幅に向上
させることとなる。

〈発明の効果〉 以上実施例と共に詳しく述べたように本発明に係るガス
レーザ管は、放電管にレーザガスの供給口としてのガス
供給用の細孔と、レーザガスの排出口としてのガス排出
用の細孔を複数設けることにより、低温のレーザガスを
放電管の途中から流入させ、その下流で放電によって加
熱されたレーザガスの一部を流出させることで、放電管
内のレーザガスの温度上昇を抑えることができ、レーザ
効率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るガスレーザ管の断面図
、第２図は従来のガスレーザ管の断面図、第３図は従来
の軸流型ガスレーザ発振器の構造図である。 図　　面　　中、 １０は円筒、 １１はスリット、 １２はガス導入部、 １３は陰極、 １４は放Ｗｊｉ管、 １５は陽極、 １６はガス排出部、 ２０．２１は絶縁リング、 ２２は支持筒、 ２３は開口、 ２４はガス導入路、 ２５はフランジ、 ２６ａ　〜２６ｄは分岐管、 ２７は外管、 ２７ａ　〜２７ｆは仕切板、 ２８ａ　〜２８ｄは集合管、 ２９はガス排出路、 ３０．３１はフランジ、 ３２ａ〜３２ｄばガス供給用の細孔、 ３３ａ〜３３ｃはガス排出用の細孔、 ３４に３７はシールである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 放電管の両端にそれぞれリング状の陽極、陰極を配設す
   ると共に該放電管の内部に陰極側から陽極側へと軸方向
   にレーザガスを流下させることにより放電を行う軸流型
   のガスレーザ管において、前記放電管にレーザガスの供
   給口と排出口とを複数設けたことを特徴とするガスレー
   ザ管。