JPH0373151B2 - - Google Patents
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- JPH0373151B2 JPH0373151B2 JP57093211A JP9321182A JPH0373151B2 JP H0373151 B2 JPH0373151 B2 JP H0373151B2 JP 57093211 A JP57093211 A JP 57093211A JP 9321182 A JP9321182 A JP 9321182A JP H0373151 B2 JPH0373151 B2 JP H0373151B2
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Classifications
-
- 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
-
- 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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
- H01S3/0385—Shape
-
- 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
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
- H01S3/0384—Auxiliary electrodes, e.g. for pre-ionisation or triggering, or particular adaptations therefor
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- Electromagnetism (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特に同一装置によつて連続発振なら
びにパルス発振を行うことが出来るガスレーザ発
生装置の改良に関する。
びにパルス発振を行うことが出来るガスレーザ発
生装置の改良に関する。
一般に、ガスレーザ発生装置は、炭酸ガス、窒
素ガス、ヘリウムガス等のガス媒質を放電管内に
密閉し、放電管内に設けた陰極と陽極とから成る
電極間でグロー放電を行ないガス媒質を励起し
て、レーザ光を連続発振して、被加工物を照射す
れば、被加工物にたとえば孔、切断、溶接などの
加工ができる。連続発振はレーザ光を被加工物に
照射してたとえば穿孔する場合に、照射時間が長
くなるので、熱的影響たとえばしわ、溶融等の熱
的影響によつて、小孔たとえば0.1〜0.2φが形成
できなかつたり、或いは金属を切断する時に切断
幅が広くなつたり、する等の欠点を生ずる。
素ガス、ヘリウムガス等のガス媒質を放電管内に
密閉し、放電管内に設けた陰極と陽極とから成る
電極間でグロー放電を行ないガス媒質を励起し
て、レーザ光を連続発振して、被加工物を照射す
れば、被加工物にたとえば孔、切断、溶接などの
加工ができる。連続発振はレーザ光を被加工物に
照射してたとえば穿孔する場合に、照射時間が長
くなるので、熱的影響たとえばしわ、溶融等の熱
的影響によつて、小孔たとえば0.1〜0.2φが形成
できなかつたり、或いは金属を切断する時に切断
幅が広くなつたり、する等の欠点を生ずる。
一方、パルスレーザ発振では、レーザ光を被加
工物に照射する時間が短かく、レーザピーク出力
が大きいので、上述のような小孔を形成したり、
或いは金属切断時の切断幅を狭く形成したり、す
ることができる。パルス発振を行う場合には、陰
極にパルス電圧を印加する前に直流電圧を印加し
て、陰極面に負グローと呼ばれる輝度の強い発振
部が一般的には部分的に発生する。この状態で、
パルス電圧を印加すれば、パルス電流は予備電流
に重畳して、負グローの個所から広がるが、この
広がり方は、パルス発振の特性に影響する。
工物に照射する時間が短かく、レーザピーク出力
が大きいので、上述のような小孔を形成したり、
或いは金属切断時の切断幅を狭く形成したり、す
ることができる。パルス発振を行う場合には、陰
極にパルス電圧を印加する前に直流電圧を印加し
て、陰極面に負グローと呼ばれる輝度の強い発振
部が一般的には部分的に発生する。この状態で、
パルス電圧を印加すれば、パルス電流は予備電流
に重畳して、負グローの個所から広がるが、この
広がり方は、パルス発振の特性に影響する。
ところで、第４Ｂ図に示すように、連続発振の
特性には、それ以下では発振しないという、電流
闘値Ithが存在する。応用面から重要なことは、
この予備放電時の小電流I0が、闘値Ith以下に設定
されることである。陰極の表面積を連続高出力用
の最適値とした陰極では、上述のような小電流I0
でグロー放電を行なうと、陰極表面は、その一部
しか放電に関与しない。これは、負グローと呼ば
れる陰極前面での輝度の強い発光部分が、リング
状の陰極表面に沿つて一部に弧状にしか観察され
ないということにより、容易に確認できる。この
ような、予備放電の状態で、パルス電圧源によ
り、グロー放電電流を増加しようとしても、負グ
ローが陰極表面全体に広がる速さよりも、パルス
電流自身の増え方が速いために、陰極表面での電
流密度の上昇が速く、比較的小さな電流値でグロ
ー放電はアーク放電に移行し、十分なパルス発振
出力が得られない。また、このように陰極表面全
体に負グローが広がつていない放電管を複段個並
列にして、パルス運転を行なうと、予備放電流I0
の各放電管への配分にばらつきが起こり、より小
さな電流を分担した放電管からアーク放電に移行
し易く、不安定な出力しか得られない。
特性には、それ以下では発振しないという、電流
闘値Ithが存在する。応用面から重要なことは、
この予備放電時の小電流I0が、闘値Ith以下に設定
されることである。陰極の表面積を連続高出力用
の最適値とした陰極では、上述のような小電流I0
でグロー放電を行なうと、陰極表面は、その一部
しか放電に関与しない。これは、負グローと呼ば
れる陰極前面での輝度の強い発光部分が、リング
状の陰極表面に沿つて一部に弧状にしか観察され
ないということにより、容易に確認できる。この
ような、予備放電の状態で、パルス電圧源によ
り、グロー放電電流を増加しようとしても、負グ
ローが陰極表面全体に広がる速さよりも、パルス
電流自身の増え方が速いために、陰極表面での電
流密度の上昇が速く、比較的小さな電流値でグロ
ー放電はアーク放電に移行し、十分なパルス発振
出力が得られない。また、このように陰極表面全
体に負グローが広がつていない放電管を複段個並
列にして、パルス運転を行なうと、予備放電流I0
の各放電管への配分にばらつきが起こり、より小
さな電流を分担した放電管からアーク放電に移行
し易く、不安定な出力しか得られない。
本発明の目的は、同一装置で連続発振とパルス
発振との両方を運転することができるガスレーザ
発生装置を提供することにある。
発振との両方を運転することができるガスレーザ
発生装置を提供することにある。
本発明のガスレーザ発生装置では、連続発振用
陰極とパルス発振用陰極とを設けて、パルス発振
用陰極の放電面積を連続発振用陰極の放電面積よ
り小さくすれば、パルス発振用陰極に予備グロー
放電圧を印加し、予備グロー放電電流を流すと、
パルス発振用陰極全体で放電するので、この状態
で、さらにパルス発振用陰極にパルス電圧を印加
した時に、パルス電流がパルス発振用陰極全体に
すぐに流れる。したがつて、パルス発振用陰極で
アーク放電を生ずることなく、出力が安定すると
共に、同一装置で連続発振とパルス発振との両方
を運転することができる。
陰極とパルス発振用陰極とを設けて、パルス発振
用陰極の放電面積を連続発振用陰極の放電面積よ
り小さくすれば、パルス発振用陰極に予備グロー
放電圧を印加し、予備グロー放電電流を流すと、
パルス発振用陰極全体で放電するので、この状態
で、さらにパルス発振用陰極にパルス電圧を印加
した時に、パルス電流がパルス発振用陰極全体に
すぐに流れる。したがつて、パルス発振用陰極で
アーク放電を生ずることなく、出力が安定すると
共に、同一装置で連続発振とパルス発振との両方
を運転することができる。
以下、本発明の実施例を第１図に示すガスレー
ザ発生装置１により説明する。
ザ発生装置１により説明する。
ガスレーザ発生装置１は、両端に反射鏡２Ａと
出力鏡２Ｂを有する放電管２の内部に陽極３と複
数個の連続発振用陰極４（以下第１陰極と称す
る）およびパルス発振用陰極５（以下第２陰極と
称する）とを配置している。第１陰極４の厚さ寸
法t1は、第２陰極５の厚さ寸法t2より厚い。つま
り、t1＞t2の関係にある。これらの陰極４，５は
厚さ寸法以外構成が同じなので、第１陰極４の構
成を第２Ａ図により説明する。リング形状の第１
陰極４は、内側に中空穴６を形成し、中空穴７と
対応する内周面には、第２Ｂに示すように陰極面
８を形成している。陰極面８と外周部９との間に
は、ガス媒質２Ｃが流通する複数個のガス流通穴
１０を形成している。ガス媒体２Ｃは図示してい
ないが放電管２と連通する強制循環系によつて、
循環している。陽極３と第１陰極４および第２陰
極５との間には、直流電源１５を接続している。
出力鏡２Ｂを有する放電管２の内部に陽極３と複
数個の連続発振用陰極４（以下第１陰極と称す
る）およびパルス発振用陰極５（以下第２陰極と
称する）とを配置している。第１陰極４の厚さ寸
法t1は、第２陰極５の厚さ寸法t2より厚い。つま
り、t1＞t2の関係にある。これらの陰極４，５は
厚さ寸法以外構成が同じなので、第１陰極４の構
成を第２Ａ図により説明する。リング形状の第１
陰極４は、内側に中空穴６を形成し、中空穴７と
対応する内周面には、第２Ｂに示すように陰極面
８を形成している。陰極面８と外周部９との間に
は、ガス媒質２Ｃが流通する複数個のガス流通穴
１０を形成している。ガス媒体２Ｃは図示してい
ないが放電管２と連通する強制循環系によつて、
循環している。陽極３と第１陰極４および第２陰
極５との間には、直流電源１５を接続している。
直流電流１５は、連続発振用の第１電源１６と
パルス発振用の第２電源１７とから構成されてい
る。第１電源１６と第１陰極４との間には、第１
安定化抵抗１９および第１スイツチ１８を接続し
ている。第２電源１７は、直流高電圧源１７Ａと
パルス電圧源１７Ｂとから成る。パルス電圧源１
７Ｂは陽極３および接地２０に接続し、直流高電
圧源１７Ａと第２陰極５との間には、第２安定化
抵抗２１および第２スイツチ２２を接続してい
る。第１電源１６と第２電源１７との間には、第
３スイツチ２３を設けている。
パルス発振用の第２電源１７とから構成されてい
る。第１電源１６と第１陰極４との間には、第１
安定化抵抗１９および第１スイツチ１８を接続し
ている。第２電源１７は、直流高電圧源１７Ａと
パルス電圧源１７Ｂとから成る。パルス電圧源１
７Ｂは陽極３および接地２０に接続し、直流高電
圧源１７Ａと第２陰極５との間には、第２安定化
抵抗２１および第２スイツチ２２を接続してい
る。第１電源１６と第２電源１７との間には、第
３スイツチ２３を設けている。
次に、ガスレーザ発生装置１の運転方法につい
て説明する。
て説明する。
１ 連続発振の場合
ガスレーザ発生装置１が連続発振する場合に
は、第２スイツチ２２を開き、第１および第２
スイツチ１８，２３を閉じて、陽極３と第１お
よび第２陰極４，５との間に第１電源１６を接
続すると、陽極３と第１および第２陰極４，５
との間に電圧が印加されて、陽極３と第１およ
び第２陰極の陰極面８との間にグロー放電を生
ずる。この時の放電面積を第４Ｂ図に示すよう
にS1とする。グロー放電により励起されたレー
ザ媒質２Ｃ中を全反射鏡２Ａと出力鏡２Ｂとの
間で往復反射を繰返しながら、レーザ光の一部
３０が連続的に出力鏡２Ｂを通過して外部へ取
出される。この場合に、より小さな連続出力し
か必要としない場合は、第１および第２陰極
４，５のいずれか一方のみ接続し、使用しても
十分である。
は、第２スイツチ２２を開き、第１および第２
スイツチ１８，２３を閉じて、陽極３と第１お
よび第２陰極４，５との間に第１電源１６を接
続すると、陽極３と第１および第２陰極４，５
との間に電圧が印加されて、陽極３と第１およ
び第２陰極の陰極面８との間にグロー放電を生
ずる。この時の放電面積を第４Ｂ図に示すよう
にS1とする。グロー放電により励起されたレー
ザ媒質２Ｃ中を全反射鏡２Ａと出力鏡２Ｂとの
間で往復反射を繰返しながら、レーザ光の一部
３０が連続的に出力鏡２Ｂを通過して外部へ取
出される。この場合に、より小さな連続出力し
か必要としない場合は、第１および第２陰極
４，５のいずれか一方のみ接続し、使用しても
十分である。
２ パルス発振の場合
パルス発振時には、たとえば第１図において
第２スイツチ２２を閉じ、第１および第３スイ
ツチ１８，２３を開くことにより、第２陰極５
のみがパルス発振用の第２の電源１７に接続さ
れる。このように、陰極の一部のみを用いるこ
とにより、パルス動作時の第２陰極の放電面積
S2は、放電面積S1よりも小さな、パルス発振に
適した放電面積S2に設定される。より具体的に
は、放電面積S2は次のような考え方により決定
される。一般に応用加工の面から要求される、
パルスレーザの出力パルス幅は１ｍｓ以下とい
うものであり、このような高速でグロー放電を
応答させるには、何らかの予備放電が必要であ
る。本発明ではこの予備放電として、直流高電
圧源１７Ｂによる小電流I0のグロー放電を採用
している。
第２スイツチ２２を閉じ、第１および第３スイ
ツチ１８，２３を開くことにより、第２陰極５
のみがパルス発振用の第２の電源１７に接続さ
れる。このように、陰極の一部のみを用いるこ
とにより、パルス動作時の第２陰極の放電面積
S2は、放電面積S1よりも小さな、パルス発振に
適した放電面積S2に設定される。より具体的に
は、放電面積S2は次のような考え方により決定
される。一般に応用加工の面から要求される、
パルスレーザの出力パルス幅は１ｍｓ以下とい
うものであり、このような高速でグロー放電を
応答させるには、何らかの予備放電が必要であ
る。本発明ではこの予備放電として、直流高電
圧源１７Ｂによる小電流I0のグロー放電を採用
している。
このため、負グローが陰極表面全体に広がる
時の陰極表面での電流密度は、ガス圧が一定で
あれば一定であるから、放電面積S1に比べて十
分小さな放電面積S2にすることにより、発振閾
値よりも小さな予備放電電流においても、負グ
ローは陰極面全周に広がる。したがつて、第４
Ｃ図に示すように、安定した高出力パルスレー
ザを得ることができる。実用的には、放電面積
S2は連続高出力発振時の放電面積S1の1/3ない
し1/2程度に選べばよい。第２図、第３図に示
したようなリング状電極では、第１陰極４の厚
さ寸法t1と第２陰極５の厚さ寸法t2とをt1＞t2
に調整することにより、容易に所要のS1，S2を
得ることができる。
時の陰極表面での電流密度は、ガス圧が一定で
あれば一定であるから、放電面積S1に比べて十
分小さな放電面積S2にすることにより、発振閾
値よりも小さな予備放電電流においても、負グ
ローは陰極面全周に広がる。したがつて、第４
Ｃ図に示すように、安定した高出力パルスレー
ザを得ることができる。実用的には、放電面積
S2は連続高出力発振時の放電面積S1の1/3ない
し1/2程度に選べばよい。第２図、第３図に示
したようなリング状電極では、第１陰極４の厚
さ寸法t1と第２陰極５の厚さ寸法t2とをt1＞t2
に調整することにより、容易に所要のS1，S2を
得ることができる。
本発明の一実施例によれば、連続発振時および
パルス発振時の第１および第２陰極の放電面積を
S1＞S2に設定しているので、同一装置にて回路の
切替のみで簡単に連続高出力とパルス高出力を得
ることができるという効果がある。ちなみに、発
明者らの実験によると、連続2.5kwの出力が得ら
れる軸流形炭酸ガスレーザ装置において、パルス
ピーク出力13kwもの高出力が得られている。
パルス発振時の第１および第２陰極の放電面積を
S1＞S2に設定しているので、同一装置にて回路の
切替のみで簡単に連続高出力とパルス高出力を得
ることができるという効果がある。ちなみに、発
明者らの実験によると、連続2.5kwの出力が得ら
れる軸流形炭酸ガスレーザ装置において、パルス
ピーク出力13kwもの高出力が得られている。
また、第１図では、第１、２および第３スイツ
チ群を第１および第２電源と第１および第２安定
化抵抗との間に設けたが、その一部を第１および
第２安定化抵抗と第１および第２陰極との間に設
けても、同じ効果が得られることは明らかであ
る。その場合にはスイツチ群の一部を放電管内に
設けることもできる。
チ群を第１および第２電源と第１および第２安定
化抵抗との間に設けたが、その一部を第１および
第２安定化抵抗と第１および第２陰極との間に設
けても、同じ効果が得られることは明らかであ
る。その場合にはスイツチ群の一部を放電管内に
設けることもできる。
第７図に示す実施例では、連続発振時に第２ス
イツチ２２を開放した状態で、第１、３スイツチ
１８，２３を閉じれば、６個の陰極面８よりグロ
ー放電を発生する。また、パルス発振時には、第
１、３スイツチ１８，２３を開放した状態で、第
２スイツチ２２を閉じれば、３個の陰極５Ａ，５
Ｂ，５Ｃの陰極面８でグロー放電を発生する。こ
の結果、１枚の陰極で連続発振とパルス発振とに
使用できる。
イツチ２２を開放した状態で、第１、３スイツチ
１８，２３を閉じれば、６個の陰極面８よりグロ
ー放電を発生する。また、パルス発振時には、第
１、３スイツチ１８，２３を開放した状態で、第
２スイツチ２２を閉じれば、３個の陰極５Ａ，５
Ｂ，５Ｃの陰極面８でグロー放電を発生する。こ
の結果、１枚の陰極で連続発振とパルス発振とに
使用できる。
以上のように本発明のガスレーザ発生装置で
は、第１陰極と第２陰極との放電面積を、S1＞S2
にすることにより、同一装置のガスレーザ発生装
置で連続高出力発振用、およびパルス高出力発振
用に適用できるので、応用分野の広い熱加工用レ
ーザ装置を提供できるという効果がある。
は、第１陰極と第２陰極との放電面積を、S1＞S2
にすることにより、同一装置のガスレーザ発生装
置で連続高出力発振用、およびパルス高出力発振
用に適用できるので、応用分野の広い熱加工用レ
ーザ装置を提供できるという効果がある。
第１図は本発明の実施例として示したガスレー
ザ発生装置の側断面図、第２図および第３図は第
１図に使用した陰極の平面図および側断面図、第
４Ａ図はレーザ出力Ｐとグロー放電電流Igとの関
係を示す特性図、第４Ｂ図はレーザ出力Ｐと放電
面積Ｓとの関係を示す特性図、第４Ｃ図はパルス
レーザ出力Pcと陰極の放電面積Ｓとの関係を示す
特性図、第５図は本発明の他の実施例を示すガス
レーザ発生装置の側断面図である。 ２……放電管、２Ａ……反射鏡、２Ｂ……出力
鏡、２Ｃ……ガス媒質、３……陽極、４，５……
陰極、１５……直流電源。
ザ発生装置の側断面図、第２図および第３図は第
１図に使用した陰極の平面図および側断面図、第
４Ａ図はレーザ出力Ｐとグロー放電電流Igとの関
係を示す特性図、第４Ｂ図はレーザ出力Ｐと放電
面積Ｓとの関係を示す特性図、第４Ｃ図はパルス
レーザ出力Pcと陰極の放電面積Ｓとの関係を示す
特性図、第５図は本発明の他の実施例を示すガス
レーザ発生装置の側断面図である。 ２……放電管、２Ａ……反射鏡、２Ｂ……出力
鏡、２Ｃ……ガス媒質、３……陽極、４，５……
陰極、１５……直流電源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガス媒質を密閉した放電管内に陰極および陽
極を設け、これらの電極に接続した電源を印加し
て、陰極と陽極との間にグロー放電を発生させる
ものにおいて、上記放電管内に設けた連続発振用
陰極の放電面積を、パルス発振用陰極の放電面積
より大きくすることを特徴とするガスレーザ発生
装置。 ２ 連続発振用陰極の厚さ寸法をパルス発振用陰
極の厚さ寸法より厚くすることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のガスレーザ発生装置。 ３ 連続発振用陰極の放電面積がパルス発振用陰
極の放電面積より多くなるように陰極と電源との
間に切換スイツチを、設けることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のガスレーザ発生装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57093211A JPS58212189A (ja) | 1982-06-02 | 1982-06-02 | ガスレ−ザ発生装置 |
| EP83105336A EP0095770B1 (en) | 1982-06-02 | 1983-05-30 | Gas laser device |
| DE8383105336T DE3363034D1 (en) | 1982-06-02 | 1983-05-30 | Gas laser device |
| US06/499,244 US4590599A (en) | 1982-06-02 | 1983-05-31 | Gas laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57093211A JPS58212189A (ja) | 1982-06-02 | 1982-06-02 | ガスレ−ザ発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58212189A JPS58212189A (ja) | 1983-12-09 |
| JPH0373151B2 true JPH0373151B2 (ja) | 1991-11-20 |
Family
ID=14076229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57093211A Granted JPS58212189A (ja) | 1982-06-02 | 1982-06-02 | ガスレ−ザ発生装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
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| EP (1) | EP0095770B1 (ja) |
| JP (1) | JPS58212189A (ja) |
| DE (1) | DE3363034D1 (ja) |
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- 1983-05-31 US US06/499,244 patent/US4590599A/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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