JPH07183594A - ガスレーザ用放電電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】装置の規模をコンパクト化しながらレーザの大
出力化を計る。 【構成】円錐形状の陰極８を電気絶縁板１ａの下面に設
けられた穴部２に埋没するように設置し、当該陰極８の
先端部を陽極５に対峙させた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放電励起ガスレーザ装
置に好適なガスレーザ用放電電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、レーザの高出力化を計りながら
ガスレーザ装置の規模をコンパクト化しようとする場合
には、レーザガス循環系をコンパクト化する必要がある
ことが知られている。レーザの出力は、理想的には乱
れ、温度、流速分布が小さく、かつ乱流度が低い熱流体
特性が必要だが、レーザ装置のコンパクト化を行うと、
これら特性が劣化する。例えば、風洞の直線部の除去、
縮流比の低減等により装置のコンパクト化を計った場合
には、ガス流体特性劣化として、乱流度の増加、偏流の
発生、温度分布の拡大等が起こる。このような流体特性
の劣化によって、レーザ媒質（レーザガス）を励起する
ためのグロー放電は、アーク放電に移行し易くなってし
まっていた。特に流体特性については、放電の安定性へ
の影響が顕著に現れるため、その放電の安定性への影響
を評価するための流れ感受性が敏感となっていた。つま
り、流体特性が劣化、例えば乱流度が増加すると、グロ
ー放電放用電極の入力が著しく低下していた。このた
め、熱流体特性設計許容値を緩和する必要が生じてく
る。したがって、レーザの高出力化を計ろうとすると、
装置は余儀無く大型化されていた。よって、レーザの高
出力化を計りながら、ガスレーザ装置の規模をコンパク
ト化することが困難なものとなっていた。

【０００３】そこで、従来、熱流体特性が劣化しても入
力の変化量が小さくグロー放電がアーク放電に移行しな
い放電電極が久しく望まれていた。つぎに、従来のガス
レーザ装置に用いられる放電電極の概略的な構成を図２
に示す。

【０００４】図２に示すように、電気絶縁板１ａには、
複数の陰極１２が紙面に垂直な方向に直線上に配列され
ている。各陰極１２は、それぞれ放電安定抵抗３を介し
て高電圧電源４に接続されている。

【０００５】絶縁板１ａと対向して、平行に、高電圧電
源４から高電圧が印加される陽極５が配置されている。
この陰極１２と陽極５との間にレーザガス６が流入する
ようになっている。

【０００６】発振領域７は、励起されたレーザガス分子
が発振する領域を示す。さて、このような構成のガスレ
ーザ用放電電極を用いて発生するグロー放電では、主と
して陰極１２近傍の荷電粒子による２次電子放出作用及
び光子による２次電子放出作用によって、電子を放出す
る。この放出された電子によってレーザガス分子の電
離、解離および励起等が行われ、荷電粒子及び光子の収
支が保存されたときに、グロー放電が維持される。

【０００７】つぎに、従来の放電電極の一例として、ホ
ロー陰極を適用した例を図３に示す。ホロー陰極９は、
例えば円筒の一端を塞いだ構造となっている。放電時に
は、その円筒部の内面に負グローを発生させ、内面から
発生した負グローを合体させることにより、いわゆるホ
ロー陰極効果が現れる。このホロー陰極効果により、光
子による２次電子放出が促進されて、電子放出能力が増
加する。

【０００８】さらに、放電電極の他の例としては、本願
出願人が先願（特願平２−２１８５４２号）にて提案し
ているものがある。この先願の放電電極では、その先端
が円錐部をなしその基部が円柱部をなす「く」の字状の
陰極を、その先端の円錐部のみがレーザガス中に突出す
るように電気絶縁板に設けた構成としている。

【０００９】この放電電極では陰極の先端部が高電界の
発生する高電界集中部となるため、放電のときに、まず
当該先端部に放電開始の起点が形成されて、負グローが
固定する。さらに放電電流を増加させると、負グロー部
が陰極の先端部からその円錐面に沿って広がっていき、
陰極の円錐部近傍に負グローが固定し、安定したグロー
放電を維持することができる。そして、円錐部のテーパ
部の角度を小さくすることにより、放電面積を容易に拡
大することができ、より高い放電電流を取得することが
できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように放電電
極にホロー陰極を用いた場合、図３に示したように、ホ
ロー陰極９は絶縁板１ａに埋め込まれているので、ホロ
ー陰極９は絶縁板１ａに埋め込まれているので、ガスの
流れの乱れ、温度のゆらぎ等により陰極９近傍のプラズ
マの粗密が発生することがない。このため、高電界集中
部を設けなくてもプラズマ起点の固定が可能だが、陰極
９が絶縁板１ａに埋め込まれていることから陰極面積の
拡大に限界があり、高出力化のための高電流の取り出し
に限界があった。このように上記した放電電極は、レー
ザガスの流れの乱れ、温度のゆらぎ等の熱流体特性の劣
化の影響を受けないので、装置のコンパクト化には適し
ているが、レーザの高出力化には適していない。

【００１１】一方、放電電極に先願（特願平２−２１８
５４２号）の放電電極を用いた場合、陰極の先端の尖っ
た部分が高電界集中部となるので、この高電界集中部に
おいてプラズマ起点の固定は可能になる。しかし、陰極
が電気絶縁板の下面（陽極に対向する側の面）から突出
しているため、レーザガスの流れの乱れ、温度のゆらぎ
等の近接作用により陰極近傍にプラズマの粗密が発生し
てしまい、このプラズマの粗密のためにグロー放電から
アーク放電に移行するということがあった。

【００１２】このように上記放電電極によるグロー放電
は、レーザガスの流れの乱れ、温度のゆらぎ等の熱流体
特性の劣化の影響を受けるので、装置のコンパクト化が
困難であった。

【００１３】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、その目的は、装置の規模をコンパクト化しな
がらレーザの大出力化が計れるガスレーザ用放電電極を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、平行に対向し
て設置された１対の絶縁板に、それぞれ配置された直流
グロー放電用陰極と陽極との間に、レーザガスが所定の
流速で流入するように構成されたガスレーザー用放電電
極において、前記直流グロー放電用陰極を細尖化した円
錐形とし、同直流グロー放電用陰極の先端部を前記陽極
に対峙させて、同直流グロー放電用陰極を前記電気絶縁
板に設けた穴部に埋没するように設置した構成とするこ
とを特徴とする。

【００１５】

【作用】上記した構成よれば、陰極は電気絶縁板の内部
に埋没していることになるので、陰極と陽極との間にレ
ーザガスが流入しても、レーザガスの流れ感受性は緩和
される。

【００１６】また、陰極の形状は錐状なので、同陰極を
絶縁板に埋没させた状態でも、その先端部が高電界集中
部となるため、陰極近傍の荷電粒子による２次電子放出
は維持され、プラズマ起点も固定される。

【００１７】また、陰極の形状は錐状なので、同陰極を
絶縁板に埋没させた状態でも、グロー放電の際の放電面
積を容易に拡大することができる。つまり、陰極の形状
は錐状であって、さらに放電時の電子は陰極の表面に対
して、垂直に飛び出すので、錐部のテーパ部の角度を小
さくすることにより、放電面積を容易に拡大できる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１（ａ）は同実施例に係るガスレーザ用放電
電極の詳細を示す構成を示す図、図１（ｂ）は、図１
（ａ）の部分Ａの拡大図である。

【００１９】図１（ａ）において、電気絶縁板１ａの下
面には、複数の穴部２が紙面方向に直線状に等間隔に設
けられている。各穴部２には、図１（ｂ）に示すよう
に、それぞれ円錐形状の針状陰極８がその先端部を下方
に向けて設置されている。各陰極８は、それぞれ放電安
定化抵抗３を介して高電圧電源４に接続されている。

【００２０】電気絶縁板１ａの下方には、同絶縁板１ａ
と対向して平行に電気絶縁板１ｂが配置されている。絶
縁板１ｂの上面には、電気絶縁板１ａの陰極８に対応す
る位置に陽極５が配置されている。陽極５は、高電圧電
源４に接続されている。

【００２１】このように配置された陰極８と陽極５との
間には、レーザを励起するためのレーザガスが矢印６で
示される流れに沿って流入する。陰極８と陽極５との間
で励起されたレーザガス分子は、発振領域７において発
振する。

【００２２】上記した構造のガスレーザ用放電電極を適
用した場合の動作を説明する。レーザを励起するための
レーザガスは、矢印６の方向に、電気絶縁板１ａ，１ｂ
の間に所定の流速で流入する。電気絶縁体１ａの下面に
設けられた各穴部２にも、レーザガスが流れ込む。

【００２３】このような状態で、陰極８と陽極５との間
に高電圧電源４から高電圧が印加されると、陰極８の先
端部には高電界が発生する。すると、この先端部が放電
開始の起点となり、負グローが固定される。さらに、放
電電流を増加させると、負グロー部が陰極８の先端部か
らその円錐面に沿って広がっていく。

【００２４】ここで、陰極８が電気絶縁板１ａの内部に
埋没していることから、グロー放電は、レーザガスの流
れの乱れ、温度ゆらぎ等の近接作用の影響を受けること
はない。よって、陰極８の近傍でプラズマの粗密が発生
することはなく、安定したグロー放電が維持される。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、陰極を電気絶縁板内に
埋没させたことにより、流れ感受性が緩和されるため、
ガスレーザ装置の規模のコンパクト化が計れる。さら
に、本発明によれば、電気絶縁板内に埋没させる陰極の
形状を錐形としたことにより、放電電流の放電面積の拡
大が容易となり、装置規模をコンパクト化した状態でも
高い放電電流が取得できるので、装置の規模をコンパク
ト化しながらもレーザの大出力化が計れる。

【００２６】本発明によれば、円錐形状の陰極をその先
端部が陽極に対峙するように、絶縁板下面に設けられた
穴部に埋没させて設置したことにより、陰極は電気絶縁
板に埋没してはいるものの、陰極の形状が錐形であるこ
とから、そのテーパ角を小さくすることで、放電面積の
拡大が容易なため、レーザの大出力化も容易に達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガスレーザ用放電電極
の概略的な構成を示す図。

【図２】従来のガスレーザ用放電電極の概略的な構成を
示す図。

【図３】従来のガスレーザ用放電電極の陰極部分の拡大
図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…電気絶縁板、 ２…陰極、 ３…放
電用安定化抵抗、４…高電圧電源、 ５…陽
極、 ６…レーザガスの流れ、７…発振領域、
８…埋込針状陰極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行に対向して設置された１対の電気絶
   縁板に、それぞれ配置された直流グロー放電用陰極と陽
   極との間に、レーザガスが所定の流速で流入するように
   構成されたガスレーザ用放電電極において、 前記直流グロー放電用陰極を細尖化した錐形とし、同直
   流グロー放電用陰極の先端部を前記陽極に対峙させて、
   同直流グロー放電用陰極を前記電気絶縁板の下面に設け
   た穴部に埋没するように設置したことを特徴とするガス
   レーザ用放電電極。