JPH038381A - ガスレーザ装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はガスレーザ装置、特に交流放電励起ガスレー
ザにおける電極構造に関するものである。

［従来の技術］ 第４図及び第５図は例えば特公昭１３２−３９５５５号
公報に示された従来のＣＯ２のガスレーザ装置の代表的
な方式である三軸直交型、即ち、レーザガス流方向、放
電方向、レーザ光軸方向がお互いに直交するＣＯ２のガ
スレーザ装置を示す縦断面図及び横断面図である。

図において、（ｌａ）　、　（ｌｂ）は対向して配置さ
れた一対の放電電極、（２）は放電ギャップ、（３）は
レーザガス循環用ブロア、（４）は熱交換器、（５）は
筐体、（６）はブッシング、（７）は交流電源、（８）
は全反射鏡、（９）は部分透過鏡、（ｌＯ）はレーザ光
である。

次に動作について説明する。

放電電極（ｌａ）　、　（ｌｂ）の間にブッシング（６
）を介して交流＠　ｉ　（７）から交流高電圧を印加す
ると、放電ギャップ（２）で無声放電と呼ばれる放電が
生成される。筐体（５）の中には数＋Ｔｏｏｒ〜百数十
ＴｏｒｒのＧｏ、Ｎ、Ｈｅから成るレーザガスが封２ 入されており、無声放電によりレーザガス中のＣＯ２分
子が励起され、特定の振動順位間に反転分布（Ｐｏｐｕ
ｌａｔｉｏｎ　１ｎｖｅｒｓｉｏｎ）を生じるため、こ
の放電励起部の放電ギャップ（２）の間に全反射鏡（８
）と適当な透過率を有する部分透過鏡（９）とを対向し
て配置させると、部分反射鏡（９）からレーザ光（ｌＯ
）が出てくる。

放電により発生する熱により、放電励起部のガス温度が
高くなると、上述の反転分布が効率よく行なわれなくな
る。この熱をレーザガス流により運び去るためにレーザ
ガス循環用ブロア（３）により、レーザガスを熱交換器
（４）を介して筐体（５）内を循環させている。通常放
電ギャップ（２）でのガス流速は数十ｍ／ｓｅｅである
。

以上がガスレーザ装置の動作原理であるが、放電電極（
ｌａ）　、（ｌｂ）の構造について次に詳しく説明する
。

第６図は従来のガスレーザ装置の電極構造を示す断面図
である。

図において、（１１）は交流電源（７）に接続されてい
る金属電極、（１２）は金属電極（１１）に密着し、放
電部（１２ａ）と非放電（１２ｂ）を有する誘電体であ
る。

誘電体（１２）の放電部（１２ａ）は金属電極（１１）
の放電側表面と側面の一部を覆い、放電部（１２ａ）の
厚みは非放電部（１２ｂ）の厚みよりも薄く設計されて
おり、誘電体（１２）の比誘電率εＳが小さい場合には
ある程度放電領域の制限が可能な構造となってる。

従って、放電電極（ｌａ）　、　（ｌｂ）間に交流電源
（７）の交流電圧を印加して放電を発生させた場合、放
電は第６図に示すように誘電体（１２）の放電部（１２
ａ）。

（１２ａ）間の領域に制限されて生じる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のガスレーザ装置では、放電電極（ｌ
ａ）　、　（ｌｂ）の金属電極（１１）の放電側表面と
側面の一部を覆っている誘電体（１２）の放電部（１２
ａ）の厚みが電力密度を均一にすべく均一に形成されて
いるが、金属電極（１１）のエツジ部分の電界集中が著
しく、金属電極（１）における電力密度分布は第７図に
示すように、金属電極（１）の端部で高く、中央部で低
くなることが観測によって判明した。

そのため、誘電体（１２）の放電部（１２ａ）　、　（
１２ａ）間において均質な放電電力密度が得られず、放
電電極（ｌａ）　、　（ｌｂ）間で均質かつ安定した放
電が得られないという問題点があった。

また、誘電体（１２）が例えば比誘電率εｓ　９０の酸
化チタンＴｌＯ２の如く比誘電率εＳが大きい高誘電率
材料で形成されている場合には、第８図に示すように誘
電体（１２）の非放電部（ｊＬ２ｂ）の静電容量（４１
）が大きくなるため、放電は誘電体（１２）の非放電部
（１２ｂ）を含む全域に広がり、放電領域制限が不可能
となって放電電力密度が減少し、レーザ発振効率が低下
するという問題点もあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、誘電体の放電部間において均質な放電電力密
度が得られ、かつ誘電体が比誘電率の大きい高誘電率材
料で形成されてもレーザ発振効率が低下しないガスレー
ザ装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るガスレーザ装置は、放電電極の一部を構
成する誘電体の放電部及び非放電部の放電側表面を平面
とし、誘電体の放電部の給電側表面を曲面とし、放電部
の厚みを中央部を薄く、端部にいくに従い厚くなるよう
に形成し、非放電部の全部或いは放電部との境界領域部
分の厚みを放電部の中央部の厚みより薄くするようにし
たものである。

［作　用］ この発明においては、放電電極の一部を構成する誘電体
の放電側表面を平面とし、放電部の給電側表面を曲面と
し、放電部の厚みを中央部を薄く、端部にいくに従い厚
くなるように形成したから、金属電極の端部はど電界が
弱くなるため、エツジ部分の電界集中は少なくなり、金
属電極における電力密度分布は均一となり、誘電体の放
電部間おいて均質な放電電力密度が得られ、放電電極間
で安定した放電となる。

また、誘電体の非放電部の全部或いは放電部との境界領
域部分の厚みを放電部の中央部の厚みより薄く形成した
から、放電部以外である非放電部の静電容量が減少し、
放電領域が放電部に制限される。従って、放電部間にお
ける放電電力密度が減少せず、レーザ発振効率の低下が
防止される。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面に基いて説明する。

第１図はこの発明の一実施例の放電電極を示す断面図で
ある。図において、（ｌａ）　、　（ｌｂ）は放電電極
、（２）は放電ギャップ、（７）は交流電源、（２１）
は交流電源（７）に接続された放電側−表面が凸状の金
属電極、（２２）は金属電極（２１）の放電側−表面と
側部の一部に密着する誘電体で、放電部（２２ａ）と非
放電部（２２ｂ）とを有し、放電部（２２ａ）と非放電
（２２ｂ）の放電側表面は平面に形成され、放電部（２
２ａ）の給電側表面は曲面に形成されている。放電部（
２２ａ）はその厚みを中央部は薄く、端部にいくに従い
厚くなるように形成されている。非放電部（２２ｂ）は
その厚みＢを放電部（２２ａ）の中央部の厚みＡより薄
く形成されている。（３０）は誘電体（２２）の非放電
部（２２ｂ）の給電側表面に接着された沿面放電を防止
するための絶縁部材であり、誘電体（２２）の比誘電率
より小さいものが使われている。

上記のように構成されたガスレーザ装置においては、交
流電源（７）より交流電圧が金属電極（１１）。

（１１）に印加され、空間電界がレーザガスの破壊値に
達すると、放電空間に放電が発生する。この場合、誘電
体（２２）の放電部（２２ａ）の給電側表面を曲面とし
、放電部（２２ａ）の厚みを中央部を薄く、端部にいく
に従い厚くなるように形成し、金属電極（２１）の凸状
の放電側表面と密着させられているから、金属電極（２
１）の端部はど電界が弱くなるため、金属電極（１）の
エツジ部分の影響が小さく金属電極（２１）における電
力密度分布は均一となり、誘電体（２２）の放電部（２
２ａ）　、　（２２ａ）間において均質な放電電力密度
が得られ、高電力密度でも放電部間で安定した放電とな
る。

また、誘電体（２２）の非放電部（２２ｂ）全体の厚み
Ｂを放電部（２２ａ）の中央部Ａの厚みより薄く形成し
たから、非放電部（２２ｂ）の静電容量が減少し、静電
容量成分による影響は小さくなり、放電領域が放電部（
２２ａ）に制限される。従って、放電部（２２ａ）　、
　（２２ｂ）間における放電電力密度が減少せず、レー
ザ発振効率の低下が防止される。

第２図及び第３図はこの発明の別の実施例の放電電極を
それぞれ示す断面図である。第１図に示す実施例では誘
電体（２２）の非放電部（２２ｂ）の厚みを一様に薄く
しているが、第２図に示す別の実施例は、誘電体（２２
）の非放電部（２２ｂ）における放電部（２２ａ）との
境界領域部分に溝（２３）を設け、その境界領域部分の
厚みを薄くするようにしている。

このようにすることにより、その境界領域部分の静電容
量が減少し、それ以外の部分は、金属電極（２１）から
離れて電界が弱くなり、放電領域が放電部（２２ａ）に
制限されるという第１図に示す実施例と同様の作用・効
果を有する。

更に、第３図に示す実施例のように、非放電部（２２ｂ
）に設けられた溝（２４）の底部を曲面とすれば電力密
度分布はより均質化される。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、誘電体の放電部の給電
側表面を曲面とし、放電部の厚みを中央部を薄く、端部
にいくに従い厚くなるようにし、金属電極の端部はど電
界が弱くなるようにして、エツジ部分の影響を小さくす
るようにしたので、金属電極における電力密度分布は均
一となり、誘電体の放電部間において均質な放電電力密
度による安定した放電が得られ、更に誘電体の非放電部
の全部或いは放電部との境界領域部分の厚みを放電部の
中央部の厚みより薄く形成し、非放電部の静電容量を減
少させて、静電容量成分による影響を小さくし、放電領
域を放電部に制限したので、放電電力密度が減少せず、
レーザ発振効率の低下が防止され、放電空間に均質・高
密度の安定したレーザ発振効率のよい放電が得られるこ
とにより、レーザビームの高品質化と装置のコンパクト
化が図れるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の放電電極を示す断面図、
第２図はこの発明の別の実施例の放電電極を示す断面図
、第３図はこの発明の更に別の実施例の放電電極を示す
断面図、第４図は従来のガスレーザ装置を示す縦断面図
、第５図は同ガスレーザ装置を示す横断面図、第６図は
同ガスレーザ装置の電極構造を示す断面図、第７図は高
誘電率材料の誘電体を用いたときの金属電極の電力密度
を示す線図、第８図は高誘電率材料の誘電体を用いた電
極構造を示す断面図である。 図において、（ｌａ）　、（ｌｂ）は放電電極、（７）
は交流電源、（２１）は金属電極、（２２）は誘電体、
（２２ａ）は放電部、（２２ｂ）は非放電部、Ａは放電
部の中央部の厚み、Ｂは非放電部の厚みである。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属電極の表面が放電部と非放電部からなる誘電体で覆
   われて形成された放電電極を対向させて放電空間を構成
   し、前記一対の放電電極間に交流電圧を印加してその放
   電空間内で交流放電を発生させ、レーザ媒質を励起して
   レーザを発生させるようにしたガスレーザ装置において
   、 前記誘電体の放電部及び非放電部の放電側表面を平面と
   し、前記放電部の給電側表面を曲面とし、前記放電部の
   厚みを中央部を薄く、端部にいくに従い厚くなるように
   形成し、前記非放電部の全部或いは放電部との境界領域
   部分の厚みを放電部の中央部の厚みより薄くするように
   形成したことを特徴とするガスレーザ装置。