JPH07162060A - ガスレ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は放電空間部を少ないエネルギで効
率よく予備電離することができるようにしたガスレ−ザ
装置を提供することにある。 【構成】 ガスレ−ザ媒質を放電励起してレ−ザ光を発
生させるガスレ−ザ装置において、内部に上記ガスレ−
ザ媒質が収容されたレ−ザ管１と、このレ−ザ管内に対
向して配置された第１の陰極３１と第２の陽極３２とか
らなる主電極３０と、上記第１の陰極と第２の陽極より
も長さ寸法の短い第２の陰極４１と第２の陽極４２とか
らなり、上記レ−ザ管内に上記主電極と直列に配置され
た補助電極４０と、上記主電極と補助電極とに高電圧を
印加して各電極の陰極と陽極との間に主放電を点弧させ
る高圧電源８と、この高圧電源による主放電に先立って
上記補助電極の第２の陰極と第２の陽極との間の放電空
間部を予備電離するＸ線管１４とを具備したことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はガスレ−ザ媒質を放電
によって励起してレ−ザ光を発生させるガスレ−ザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＴＥＡＣＯ₂ レ−ザやエキシマ
レ−ザなどのガスレ−ザ装置は、ガスレ−ザ媒質が収容
されたレ−ザ管内に主電極を形成する陰極と陽極とが離
間対向して配置され、これら電極間の主放電空間部に主
放電を点弧させることで、上記ガスレ−ザ媒質を放電励
起してレ−ザ光を発生させるようになっている。

【０００３】上記放電空間部は、主放電が点弧され易い
ようにするため、主放電に先立って予備電離される。予
備電離する手段には種々の方式があり、大出力化や長寿
命化が要求される場合にはＸ線管を用いた、Ｘ線予備電
離方式が採用されることが多い。

【０００４】図４と図５に従来のＸ線予備電離方式を用
いたガスレ−ザ装置を示す。図中１はレ−ザ管である。
このレ−ザ管１は上部が開口し、その開口はフランジ２
によって閉塞されて気密構造となっていて、その内部に
はガスレ−ザ媒質が封入されている。このガスレ−ザ媒
質は、上記レ−ザ管１内に配置された送風機３によって
循環させられるとともに、熱交換器４で一定の温度に維
持されるようになっている。

【０００５】上記レ−ザ管１内には陰極５と陽極６とが
上下方向に離間対向して配設されている。上記陽極６は
上記フランジ２の内面に電気的に導通して取り付けら
れ、上記陰極５は取付板７の上面に、同じく電気的に導
通して取り付けられている。上記陰極５と陽極６とは第
１の高圧電源８に接続されていて、この高圧電源８から
高電圧が印加されることで、上記陰極５と陽極６との間
の放電空間部９に主放電が点弧されるようになってい
る。上記放電空間部９の一端側と他端側とに対向する上
記レ−ザ管１の両端面には光共振器を形成する高反射ミ
−ラ９ａと出力ミラ−９ｂとが設けられている。

【０００６】上記陰極５の両側にはピ−キングコンデン
サ１０が所定の間隔で配置されている。各ピ−キングコ
ンデンサ１０は主放電の波形を成形するためのもので、
上記フランジ２と上記取付板７とに電極棒１１を介して
電気的に接続されている。

【０００７】上記陽極６はその背面側に開放した凹部１
３が長手方向ほぼ全長にわたって形成されていて、この
凹部１３に対向する上記陽極６の上方には、長手方向に
沿って所定間隔で複数のＸ線管１４が配置されている。
Ｘ線管１４は図４に示すように先端面にウインド１５が
設けられているとともに、先端部周壁はアノ−ド１６に
形成され、内部にはカソ−ド１７が設けられている。

【０００８】各Ｘ線管１４は、アノ−ド１６とカソ−ド
１７間に第２の高圧電源１８によって高電圧が印加され
るとともに、カソ−ド１７にはヒ−タトランス１９によ
ってヒ−タ電流が供給されるようになっている。上記ヒ
−タトランス１９によってカソ−ド１７が加熱される
と、熱電子が発生し、上記第２の高圧電源１８が作動す
ると、カソ−ド１７からの熱電子がアノ−ド１６に衝突
する。それによって、アノ−ド１６からＸ線が発生す
る。

【０００９】このようにして発生したＸ線はウインド１
５と陽極６の凹部１３とを透過して放電空間部９に到達
し、この放電空間部９を上記陰極５と陽極６との間に主
放電が点弧されるに先立って予備電離する。

【００１０】上記第２の高圧電源１８の作動に所定時間
遅延して第１の高圧電源８が作動する。それによって、
ピ−キングコンデンサ１０が充電されて陰極５と陽極６
との間の電圧が上昇するから、予備電離された放電空間
部９に主放電が点弧され、ガスレ−ザ媒質が励起され
る。

【００１１】ガスレ−ザ媒質の放電励起によって発生し
たレ−ザ光Ｌは光共振器を形成する高反射ミラ−９ａと
出力ミラ−９ｂとの間で反射を繰り返して増幅され、上
記出力ミラ−９ｂから発振出力される。

【００１２】このようなＸ線予備電離方式は、予備電離
能力が強いため、同一条件で比較すると、図６（ａ）に
曲線Ａで示すように曲線Ｂで示すコロナ予備電離方式や
曲線Ｃで示すスパ−ク放電により紫外線を発生させるＵ
Ｖ予備電離方式に比べて高いレ−ザ出力が得られる。

【００１３】しかしながら、発振効率で比較すると、Ｘ
線管１４には非常に高い電気エネルギを供給しなければ
ならないから、図６（ｂ）の曲線Ａで示すＸ線予備電離
方式が他の予備電離方式に比べて効率が低いということ
がある。

【００１４】発振効率を高めるために、Ｘ線管１４の数
を少なくするということが考えられるものの、Ｘ線管１
４の数を少なくすると、Ｘ線管１４が存在しない領域で
の予備電離が弱くなり、放電空間部９における予備電離
状態が不均一になるから、レ−ザ出力の低下を招くこと
になる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のガ
スレ−ザ装置においては、大出力化を計るために予備電
離手段としてＸ線管を用いると、予備電離のための供給
エネルギと出力との比、つまり発振効率が他の予備電離
手段に比べて低いということがあり、また供給エネルギ
を低減するためにＸ線管の数を少なくすると、予備電離
が不均一になるから、レ−ザ出力が低下するということ
になる。

【００１６】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、予備電離のための供給エ
ネルギを低下させても、発振効率の低下を招くことがな
いよう、放電空間部を予備電離できるようにしたガスレ
−ザ装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、ガスレ−ザ媒質を放電励起してレ−ザ光
を発生させるガスレ−ザ装置において、内部に上記ガス
レ−ザ媒質が収容されたレ−ザ管と、このレ−ザ管内に
対向して配置された第１の陰極と第１の陽極とからなる
主電極と、上記第１の陰極と第２の陽極よりも長さ寸法
の短い第２の陰極と第２の陽極とからなり、上記レ−ザ
管内に上記主電極と直列に配置された補助電極と、上記
主電極と補助電極とに高電圧を印加して各電極の陰極と
陽極との間に主放電を点弧させる高圧電源と、この高圧
電源による主放電に先立って上記補助電極の第２の陰極
と第２の陽極との間の放電空間部を予備電離する予備電
離手段とを具備したことを特徴とする。

【００１８】

【作用】上記構成によれば、上記補助電極側の放電空間
部は主電極側の放電空間部よりも小さいから、その放電
空間部はわずかな供給エネルギによって均一に予備電離
することができ、それによって補助電極側の放電空間部
からレ−ザ光が発生すると、そのレ−ザ光によって主電
極側の放電空間部が予備電離される。レ−ザ光による予
備電離は強力であるから、低い消費エネルギで出力の高
いレ−ザ光を得ることができるから、発振効率が向上す
る。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１と図２を参
照して説明する。なお、図３と図４に示す従来構造と同
一部分には同一記号を付して説明を省略する。すなわ
ち、この発明のガスレ−ザ装置は、レ−ザ管１内に主電
極３０を形成する第１の陰極３１と第１の陽極３２とが
上下方向に離間対向して配置されているとともに、この
主電極と直列に補助電極４０を形成する第２の陰極４１
と第２の陽極４２とが配置されている。

【００２０】第１の陰極３１と第２の陰極４１とは取付
板７の上面に電気的に導通した状態で取り付けられ、第
２の陽極３２と第２の陽極４２とはフランジ２の下面に
電気的に導通した状態で取り付けられ、これら電極３
０、４０は第１の高圧電源８に電気的に接続されてい
る。各電極３０、４０の側方には上記取付板７とフラン
ジ２とに通電棒１１を介して電気的に接続されたピ−キ
ングコンデンサ１０が設けられ、また補助電極４０の陽
極４２にはその背面側に開放した凹部４４が形成され、
この凹部４４と対向する部位には１本のＸ線管１４が配
設されている。このＸ線管１４には従来構造と同様、第
２の高圧電源１８およびヒ−タトランス１９が接続され
ている。

【００２１】上記主電極３０の陰極３１と陽極３２と
は、上記補助電極４０の陰極４１と陽極４２とに比べて
長さ寸法が十分に短く設定されている。たとえば、主電
極３０は60〜100mm 程度の長さに設定され、補助電極４
０は上記Ｘ線管１４のほぼ直径に相当する、6 〜10mm程
度の長さに設定されている。

【００２２】このような構成のガスレ−ザ装置において
は、まず、第２の高圧電源１８およびヒ−タトランス１
９が作動してＸ線が補助電極４０の放電空間部４０ａを
予備電離する。上記第２の高圧電源１８の作動に所定時
間遅延して第１の高圧電源８が作動する。それによっ
て、主電極３０と補助電極４０との各陰極４１と陽極４
２との間に電圧が発生する。

【００２３】補助電極４０の放電空間部４０ａはＸ線に
よって予備電離されているから、その放電空間部４０ａ
には主電極３０の放電空間部３０ａに先立って放電が点
弧され、その放電空間部４０ａでガスレ−ザ媒質が励起
されてレ−ザ光が発生する。そのレ−ザ光は光共振器の
全反射ミラ−９ａと出力ミラ−９ｂとで反射を繰り返
す。

【００２４】上記主電極３０の放電空間部３０ａは、補
助電極４０の放電空間部４０ａで発生する放電に含まれ
る紫外線および補助電極４０で発生したレ−ザ光によっ
て予備電離されることになる。それによって、主電極４
０の放電空間部４０ａにも主放電が点弧されてレ−ザ光
Ｌが発生する。そのレ−ザ光Ｌは、全反射ミラ−９ａと
出力ミラ−９ｂとで反射を繰り返して増幅されるととも
に、補助電極４０の放電空間部４０ａを通過することに
よっても増幅されるから、上記出力ミラ−９ｂからは高
出力のレ−ザ光Ｌが発振出力されることになる。

【００２５】実験によれば、この発明は予備電離用のＸ
線管１４が１本であるにも係わらず、レ−ザ光Ｌの出力
は図６（ａ）の曲線Ａで示す値とほぼ同じであった。ま
た、Ｘ線管１４が１本であるため、従来に比べて予備電
離に要する消費電力が大幅に低下するから、発振効率は
図６（ｂ）に曲線Ｃで示す値を大幅に上回った。

【００２６】このように、電極を主電極３０と、この主
電極に比べて長さ寸法が短い補助電極４０とに分割し、
補助電極４０側の放電空間部４０ａだけを予備電離する
ようにしたことで、高出力のレ−ザ光Ｌを高い発振効率
で得ることができる。

【００２７】なお、上記一実施例では主電極を１組だけ
配置するようにしたが、複数組の主電極を直列に配置す
るようにしてもよい。そのような構成とすれば、レ−ザ
光Ｌが各主電極の放電空間部で増幅されるから、その出
力をさらに高くすることができる。

【００２８】また、補助電極４０の放電空間部４０ａを
予備電離する手段は、図３（ａ）あるいは図３（ｂ）に
示す手段であってもよい。つまり、図３（ａ）は、補助
電極４０の陰極４１と陽極４２との側方に、先端を所定
のギャップを介して対向させた上部ピン電極５１と下部
ピン電極５２が配置されている。

【００２９】そして、上記ピン電極５１、５２間にスパ
−ク放電を点弧させて紫外線を発生させることで、その
紫外線で放電空間部４０ａを予備電離するようにした構
造である。

【００３０】図３（ｂ）は補助電極４０の陰極４１ある
いは陽極４２のいずれか一方の上面に溝４３を形成し、
その溝４３にワイヤ状のコロナ電極４４を配置するよう
にした。このコロナ電極４４は石英などの誘電体によっ
て形成された管体４５に挿通されている。

【００３１】したがって、上記コロナ電極４４に電圧を
印加してコロナ放電を点弧させれば、それによって発生
する紫外線で補助電極４０の放電空間部４０ａを予備電
離することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、レ−ザ管
内に第１の陰極と第１の陽極とからなる主電極と、この
主電極よりも長さ寸法の短い第２の陰極と第２の陽極と
からな補助電極とを直列に配置するとともに、上記補助
電極の第２の陰極と第２の陽極との間の放電空間部を予
備電離するようにした。

【００３３】そのため、主電極の放電空間部に比べて狭
い、補助電極の放電空間部を予備電離すればよいから、
その放電空間部を少ないエネルギで均一かつ強力に予備
電離することができ、それによって上記補助電極の放電
空間部からレ−ザ光が発生し、そのレ−ザ光で主電極の
放電空間部を強力に予備電離できるから、主電極の放電
空間部から高出力のレ−ザ光を高い発振効率で得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体構成を示す断面図。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図３】（ａ）と（ｂ）はそれぞれこの発明の予備電離
手段の変形例を示す構成図。

【図４】従来のガスレ−ザ装置の断面図。

【図５】同じく図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

【図６】（ａ）は予備電離手段に印加する電圧とレ−ザ
出力との関係を示すブラフ、（ｂ）は予備電離手段に印
加する電圧と発振効率との関係を示すブラフ。

【符号の説明】

１…レ−ザ管、８…第１の高圧電源、１４…Ｘ線管、３
０…主電極、３１…第１の陰極、３２…第１の陽極、４
０…補助電極、４１…第２の陰極、４２…第２の陽極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスレ−ザ媒質を放電励起してレ−ザ光
   を発生させるガスレ−ザ装置において、 内部に上記ガスレ−ザ媒質が収容されたレ−ザ管と、こ
   のレ−ザ管内に対向して配置された第１の陰極と第１の
   陽極とからなる主電極と、上記第１の陰極と第２の陽極
   よりも長さ寸法の短い第２の陰極と第２の陽極とからな
   り、上記レ−ザ管内に上記主電極と直列に配置された補
   助電極と、上記主電極と補助電極とに高電圧を印加して
   各電極に陰極と陽極との間に主放電を点弧させる高圧電
   源と、この高圧電源による主放電に先立って上記補助電
   極の第２の陰極と第２の陽極との間の放電空間部を予備
   電離する予備電離手段とを具備したことを特徴とするガ
   スレ−ザ装置。
2. 【請求項２】 上記予備電離手段は、上記補助電極の一
   方の電極の背後に配置されたＸ線を発生するＸ線管であ
   ることを特徴とする請求項１記載のガスレ−ザ装置。
3. 【請求項３】 上記予備電離手段は、上記第２の主電極
   の側方に先端を対向させて配置されそれらの先端間にス
   パ−ク放電が点弧される上部ピン電極と下部ピン電極と
   からなるピン電極対であることを特徴とする請求項１記
   載のガスレ−ザ装置。
4. 【請求項４】 上記予備電離手段は、上記第２の主電極
   の一方の電極に近接して配置されたコロナ放電が点弧さ
   れるコロナ電極であることを特徴とする請求項１記載の
   ガスレ−ザ装置。