JPH05327064A - レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電電極における放電面部分以外での電磁波
の放射を防止してエネルギ損失を低減する。 【構成】 放電電極１６ａ，１６ｂの放電面を除いた部
分を誘電体１５ａ，１５ｂにより包囲するようにして外
部胴体１１内に取り付ける。放電電極１６ａ，１６ｂは
それぞれ給電線２１ａ，２１ｂを介して高周波電源２０
に接続される。高周波電源２０は、給電線２１ａ，２１
ｂに互いに位相が反転された所謂平衡給電を行なう。放
電電極１６ａ，１６ｂは、高周波電源２０から給電され
ると、対向する放電面部分で放電を行なってレーザ光を
出力させ、他の部分では誘電体１５ａ，１５ｂがコンデ
ンサとして作用して電磁波の放射が阻止される。これに
より、エネルギ損失を極力低減して効率良くレーザ発振
動作ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、対向配置される一対の
放電電極間に電界を印加してレーザガスを励起すること
によりレーザ光を発生させるレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザ装置の従来構成の一例を
図３に示す。

【０００３】図３において、断面が矩形状をなす外部風
洞１内には、断面が略Ｕ字状をなしステンレス，鉄或は
アルミニウム製の内部風洞２が設けられている。外部風
洞１の上面中央部にはセラミックスなどからなる平板状
をなす誘電体３ａが設けられ、内部風洞２の上面中央部
には、誘電体３ａと対をなす平板状の誘電体３ｂが対向
する位置に所定間隔を存して配設されている。

【０００４】これら誘電体３ａ，３ｂはそれぞれ外部風
洞１および内部風洞２に気密状態に取り付けられてお
り、外部風洞１と内部風洞２との間の空間領域Ａは外部
空間に対して気密状態に形成されている。

【０００５】誘電体３ａの上面中央部には放電電極４ａ
が固定され、誘電体３ｂの下面中央部には放電電極４ｂ
が固定され、それぞれ放電電極４ａ，４ｂは高周波電源
５に接続されている。また、内部風洞２の内側は外部空
間と連通した状態に形成されている。

【０００６】外部風洞１と内部風洞２との間の空間領域
Ａには、レーザガスが封入されており、外部風洞１の内
底部には送風機６および熱交換器７が配設されている。
そして、空間領域Ａ内のレーザガスは送風機６により矢
印Ｐ方向に循環され、送風機６に隣接した位置でレーザ
ガスの循環経路に配設された熱交換器７を通過するとき
に冷却されるようになっている。

【０００７】上記構成において、高周波電源５により放
電電極４ａ，４ｂ間に高周波電圧が印加されると、誘電
体３ａ，３ｂを介してこれらの間に高周波放電が生じ、
これにより空間領域Ａ内のレーザガスが励起されて図中
紙面垂直方向にレーザ光８が発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
放電電極４ａ，４ｂ間に高周波電圧を印加して高周波放
電を行なうレーザ装置においては、放電電極４ａ，４ｂ
或はこれらへの高周波電源５からの給電線がアンテナと
して作用し、外部に電磁波として出力してしまうことが
あり、これにより、放電電極４ａ，４ｂ間に放電させる
エネルギ以外に、電磁波としての放射エネルギが消費さ
れるので、電力損失が大きくなる不具合がある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、放電電極からレーザ発振のための放電
以外に電磁波としてのエネルギを放射させることを極力
低減して発振効率の良いレーザ装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向配置され
る一対の放電電極間に電界を印加してレーザガスを励起
しこれによりレーザ光を発生させるようにしたレーザ装
置を対象とするものであり、前記放電電極のそれぞれに
その放電面部分および給電線部分を除いた部分を包囲す
るように配置された誘電体と、この誘電体を介した状態
で前記放電電極を包囲するように配置された金属製の電
磁遮蔽手段と、前記一対の各放電電極に対して互いに位
相が反転した交流電圧を印加する交流電源とを設けて構
成したところに特徴を有する。

【００１１】

【作用】本発明のレーザ装置によれば、対向する一対の
放電電極間には、互いに位相が反転した交流電圧が印加
され、これにより、対向する放電面間で行なわれる放電
でレーザガスが励起され、レーザ光が発生される。そし
て、各放電電極において、放電面を除いた部分は、誘電
体を介して金属製の電磁遮蔽手段により包囲された状態
にあるので、放電電極をアンテナとして外部に電磁波が
放射されることがなくなり、エネルギ損失が低減され
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１および
図２を参照して説明する。

【００１３】全体構成を示す図１において、偏平な矩形
容器状をなす金属製の外部胴体１１は、内壁の上面部１
１ａおよび下面部１１ｂからそれぞれ２枚の仕切壁１２
ａ，１２ｂが一体に設けられており、内部を長尺状の３
つの室に分割している。

【００１４】３つの室のうち、中央部の室は、電磁遮蔽
手段としての仕切壁１２ａ，１２ａで囲まれた部分が電
極配置部１３ａとされ、仕切壁１２ｂ，１２ｂで囲まれ
た部分が電極配置部１３ｂとされている。また、電極配
置部１３ａ，１３ｂの両側の室は、ガスリザーブ部１４
ａ，１４ｂとされており、これらは、それぞれ隣接する
電極配置部１３ａ，１３ｂと仕切壁１２ａ，１２ｂとの
隙間部分で連通した状態に形成されている。

【００１５】電極配置部１３ａ，１３ｂのそれぞれに
は、その断面凹状をなす周壁部分を覆うようにしてセラ
ミックス等からなる誘電体１５ａ，１５ｂが気密状態で
取り付けられている。そして、これらの誘電体１５ａ，
１５ｂの内側部分には、長尺板状をなす放電電極１６
ａ，１６ｂが所定間隔（５ｍｍ以下の寸法で例えば２．
２５ｍｍ）を存して対向するように取り付けられてい
る。そして、放電電極１６ａ，１６ｂの間には薄板状の
放電空間Ｂが形成されている。

【００１６】この場合、誘電体１５ａ，１５ｂは放電電
極１６ａ，１６ｂと仕切壁１２ａ，１２ｂとの間の部分
でその放電面部分よりも突出するように形成されてお
り、従って、誘電体１５ａと１５ｂとが対向する部分の
間隔は放電空間Ｂの厚さよりも小さく設定されている。

【００１７】各放電電極１６ａ，１６ｂには、内部に冷
却水流通用の空間部１７ａ，１７ｂがそれぞれ形成さ
れ、外部と連通する図示しない２個の孔部が形成されて
いる。放電電極１６ａにおいては、図示のように、２個
の孔部は誘電体１５ａおよび外部胴体１１の上面部１１
ａを介して連通された冷却水流入口１８および冷却水流
出口１９に連結されており、図示はしないが、放電電極
１６ｂについても同様に構成されている。

【００１８】そして、外部から冷却水流入口１８に冷却
水が流入されると、放電電極１６ａの空間部１７ａを流
通した後、冷却水流出口１９から流出するようになって
おり、冷却水が流通する間に放電電極１６ａが冷却され
ると共に、放電電極１６ａの近傍のレーザガスが冷却さ
れるようになっている。

【００１９】また、放電電極１６ａ，１６ｂのそれぞれ
には、交流電源としての高周波電源２０の出力端子間に
給電線２１ａ，２１ｂを介して接続されており、例えば
周波数が１０ＭＨｚないし１ＧＨｚの範囲内の高周波電
圧が印加されるようになている。この場合、高周波電源
２０は、各給電線２１ａ，２１ｂに対して、互いに位相
が反転した高周波電圧を印加する所謂平衡給電を行なう
ようになっている。

【００２０】ガスリザーブ部１４ａ，１４ｂの内周壁部
には例えば合成ゼオライトと呼ばれる無機多孔性物質２
２が設けられている。この無機多孔性物質２２は、レー
ザガスとしての二酸化炭素ガスが吸着可能な物質で、予
め所定量の二酸化炭素を吸着させた状態とされている。
そして、外部胴体１１の内部は、放電電極１６ａ，１６
ｂ部分およびガスリザーブ部１４ａ，１４ｂに、所定濃
度および圧力のレーザガスとしての二酸化炭素が気密状
態で封入されている。

【００２１】レーザ光を共振させるための出力鏡２３お
よび後部鏡２４は、放電空間Ｂを長手方向で挟むように
して対向状態に配置されている。この場合、出力鏡２３
は、凸状の全反射面を有し、放電空間Ｂの端部側を部分
的にカバーしており、後部鏡２４は凹状の全反射面を有
し放電空間Ｂの後方端面部をカバーしている。

【００２２】図２は、放電電極１６ａと給電線２１ａと
の接続部分のシール構造を示すもので、放電電極１６ｂ
についても全く同様の構成となっている。この図２にお
いて、放電電極１６ａの上面側には、棒状をなす給電線
２１ａがねじ等（溶接により結合しても良い）により結
合されている。

【００２３】シール部材２５は、放電電極１６ａと外部
胴体１１との間に配設されるもので、給電線２１ａに対
応する部分には、これを空間部を介して取り囲むような
筒状の同軸管２５ａが一体に形成されている。このシー
ル部材２５は、放電電極１６ａにセラミックス等の絶縁
性を有するねじ２６によりＯリング２７を介して固定さ
れている。

【００２４】外部胴体１１の上面部１１ａにはシール部
材２５の同軸管２５ａが挿通される孔部２８が形成され
ており、この孔部２８には固定部材２９がＯリング３０
を介した状態でねじ３１により固定されている。シール
部材２５の同軸管２５ａの先端部分は、Ｏリング３０に
より気密状態に保持された状態で固定されている。

【００２５】これにより、給電線２１ａは大気で絶縁さ
れた状態で放電電極１６ａと電気的に接続されており、
レーザガスで満たされた外部胴体１１の内部は、シール
部材２５およびＯリング２７，３０を介して外部と気密
状態に保持されるようになっている。

【００２６】尚、シール部材２５と放電電極１６ａとの
隙間Ｄの寸法は、例えば０．１ｍｍないし１ｍｍとなる
ように設定されており、所謂パッシェンの法則によりこ
の隙間Ｄでの放電開始電圧が高くなって、この間で放電
がおこらないように構成されている。

【００２７】次に、本実施例の作用について説明する。
即ち、高周波電源２０から給電線２１ａ，２１ｂを介し
て互いに位相が反転した高周波電圧が印加されると、放
電電極１６ａ，１６ｂに高周波電圧が印加され、これに
より、放電空間Ｂで放電が発生してレーザガスが励起さ
れるようになる。すると、レーザ光が出力鏡２３および
後部鏡２４との間で共振して出力鏡２３側から出力され
るようになる。

【００２８】このとき、放電電極１６ａ，１６ｂはそれ
ぞれ放電面部分を除いて誘電体１５ａ，１５ｂを介して
金属製の外部胴体１１に包囲されているので、高周波電
圧が与えられた状態では、誘電体１５ａ，１５ｂが外部
胴体１１との間でコンデンサとして作用して放電電極１
６ａ，１６ｂを電磁シールドした状態となっている。ま
た、給電線２１ａ，２１ｂも同軸管２５ａにより囲まれ
た状態である。従って、供給される高周波電圧が電磁波
として放電電極１６ａ，１６ｂの放電面以外の部分に放
出することがなくなる。

【００２９】さて、外部胴体１１内部のレーザガスは放
電電極１６ａ，１６ｂの空間部１７ａ，１７ｂに循環さ
れる冷却水により冷却され、また、内部においてレーザ
ガスはガスリザーブ部１４ａ，１４ｂ部分にも循環す
る。

【００３０】一方、レーザガスは二酸化炭素ガスである
ので、放電空間Ｂでの放電によりその一部が一酸化炭素
と酸素とに解離するようになる。そして、このように二
酸化炭素ガスが解離すると、そのときの熱平衡作用によ
り、その解離した量に応じて無機多孔性物質２２に吸着
された二酸化炭素がガスとしてガスリザーブ部１４ａ，
１４ｂに放出され、常に一定のガス濃度となるように自
動的に補充されるようになる。

【００３１】このような本実施例によれば、放電電極１
６ａ，１６ｂの放電面を除いた部分を、誘電体１５ａ，
１５ｂを介して外部胴体１１に固定して電磁シールドす
ると共に、給電線２１ａ，２１ｂを放電電極１６ａ，１
６ｂに接続する部分で同軸管２５ａにより電磁シールド
するようにしたので、放電電極１６ａ，１６ｂにおい
て、高周波電源２０から給電される高周波出力が放電面
以外の部分で電磁波として放出されることがなくなり、
エネルギ損失が低減されて効率が向上する。

【００３２】また、放電電極１６ａ，１６ｂと給電線２
１ａ，２１ｂとの結合部分をシール部材２５により同軸
管２５ａを介して大気中で接続する構成としたので、同
軸部分の絶縁物が高周波加熱されることがなくなる。

【００３３】尚、上記実施例においては、外部胴体１１
の内部を封じ切り状態とし、無機多孔性物質２２により
二酸化炭素ガスの濃度を一定に保持するようにしたが、
これに限らず、レーザガス濃度を一定に保持するために
ガスを循環すると共に、外部から供給する構成としても
良い。

【００３４】また、上記実施例においては、レーザガス
の冷却を放電電極１６ａ，１６ｂの空間部１７ａ，１７
ｂに冷却水を循環させて行う構成としたが、レーザガス
を内部で循環させるとともに、その循環経路に冷却器を
設ける構成としても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ装
置によれば、放電電極の放電面部分および給電線部分を
除いた部分を誘電体および金属製の磁気遮蔽手段で包囲
するようにしたので、放電電極においては、供給される
交流電圧により放電面部分以外で電磁波としてエネルギ
が放射されることがなくなり、これにより、エネルギ損
失が低減されてレーザ光を効率良く出力させることがで
きるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例について一部を断面で示す全
体構成の外観斜視図

【図２】放電電極と給電線の接続部分の縦断側面図

【図３】従来例を示す縦断側面図

【符号の説明】

１１は外部胴体（電磁遮蔽手段）、１２ａ，１２ｂは仕
切壁、１３ａ，１３ｂは電極配置部、１４ａ，１４ｂは
ガスリザーブ部、１５ａ，１５ｂは誘電体、１６ａ，１
６ｂは放電電極、１７ａ，１７ｂは空間部、２０は高周
波電源（交流電源）、２１ａ，２１ｂは給電線、２２は
無機多孔性物質、２３は出力鏡、２４は後部鏡である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玉川 徹 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置される一対の放電電極間に電界
   を印加してレーザガスを励起しこれによりレーザ光を発
   生させるようにしたレーザ装置において、 前記放電電極のそれぞれにその放電面部分および給電線
   部分を除いた部分を包囲するように配置された誘電体
   と、この誘電体を介した状態で前記放電電極を包囲する
   ように配置された金属製の電磁遮蔽手段と、前記一対の
   各放電電極に対して互いに位相が反転した交流電圧を印
   加する交流電源とを具備したことを特徴とするレーザ装
   置。