JPH0722714A - レーザガス及び放電励起型coガスレーザ - Google Patents

レーザガス及び放電励起型coガスレーザ

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JPH0722714A
JPH0722714A JP16488393A JP16488393A JPH0722714A JP H0722714 A JPH0722714 A JP H0722714A JP 16488393 A JP16488393 A JP 16488393A JP 16488393 A JP16488393 A JP 16488393A JP H0722714 A JPH0722714 A JP H0722714A
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JP
Japan
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laser
gas
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concentration
excited
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JP16488393A
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English (en)
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Minoru Uehara
実 上原
Yuko Kanazawa
祐孝 金沢
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザガス及び放電励起型COガスレーザに
係るもので、室温雰囲気で高出力のレーザ発振を行な
い、レーザガスの組成、放電及びレーザ出力を安定化さ
せるとともに、電極等への炭素の付着を防止する。 【構成】 放電励起型レーザにあって、レーザガス流路
を挿通するレーザガス中に、モル分率でCO量の25%
よりも少量のCO2 を付加し、CO2 濃度を平衡状態に
して安定化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザガス及び放電励
起型COガスレーザに係り、特に、放電部におけるレー
ザガスの組成及び放電を安定化して、一定なレーザ出力
を得るとともに、電極等への炭素の付着を防止する技術
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】放電励起型COガスレーザにあっては、
He、N2 、O2 及びCOを主組成とするレーザガスを
亜音速で循環または超音速膨張させて、放電部における
自己持続放電によって、レーザガスを励起してレーザの
連続発振を行なうようにしている。
【0003】COガスレーザとしては、例えば特公平
1−33956号公報、実開平3−43755号公
報、実開平3−56165号公報、文献:S.Kr
ausand F.Maisenhaelder,Ap
pl.Physics,vol.22 421(198
0)、特公平4−58717号公報が提案されてい
る。
【0004】また、COガスレーザは、励起機構上、低
温で作動させる方が高効率を得やすくなるものの、取り
扱い性の点で、冷却手段の簡素化を図ることや、例えば
室温に近い温度で作動させることが望ましい。
【0005】冷却手段に関して、の文献の開示技術で
は、レーザガスを超音速膨張させて冷却する方法を採用
しており、室温レーザ発振に関して、の公報の開示技
術では、COガスの濃度をN2 ガスの濃度に対して6倍
以上とする方法、の公報の開示技術では、O2 ガスを
付加してCO2 を除去する方法、の公報の開示技術で
は、酸素濃度をCO濃度の7〜25%とする方法、の
公報の開示技術では、Xeを添加する方法等が採用され
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの技術
では、室温に近い温度で大きなレーザ出力を得る点や、
安定したレーザ発振を行なわせる点で改良の余地が残さ
れている。つまり、超音速膨張やその他の冷却手段は、
いずれも大掛かりでかつ取り扱い性が悪くなる傾向があ
り、COガスの濃度、O2 ガスの濃度を制御する方法で
は、レーザガスの品質維持に難点があり、そして、Xe
を添加する方法では、Xeが希ガスであるために高価と
なり、運転コストの面から実用性が損われる。なお、X
e以外に例えばHgを添加する場合には、Hgが液体で
あるために、レーザガス中への封入が技術的に困難であ
り、Hgが共振器や放電電極に付着する問題が生じ、実
用性が損われ易い。
【0007】本発明は、これらの事情に鑑がみてなされ
たもので、室温程度の温度雰囲気で高出力のレーザ発振
を行なうこと、レーザガスの組成、放電及びレーザ出力
の安定化を図ること、電極等への炭素の付着を防止する
ことを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】これらの課題を解決する
ために以下の提案をしている。第1の発明に係る放電励
起型COガスレーザ用レーザガスにあっては、He、N
2 及びCOに、モル分率でCO量の25%よりも少量の
CO2 を付加してなるものとしている。第2の発明に係
る放電励起型COガスレーザにあっては、レーザガスを
挿通させるレーザガス流路に対して交差状態にレーザ管
が配され、レーザガス流路及びレーザ管の交差箇所に放
電部が配されるとともに、レーザガスが、He、N2 及
びCOに、モル分率でCO量の25%よりも少量のCO
2 を付加してなる構成を採用している。第3の発明に係
る放電励起型COガスレーザにあっては、第1の発明及
び第2の発明に、レーザガスが、O2 を含む構成を付加
している。
【0009】
【作用】放電励起型COガスレーザにおいて、He、N
2 及びCOを主組成とするレーザガス中で放電励起を行
なうと、次の反応が生じる。 2CO→CO2 +C …………(1) 2CO+O2 →2CO2 …………(2) この反応が主な原因となってCO2 分子が生成される
と、CO2 分子が励起状態にあるCO分子と衝突するこ
とにより、レーザ発振に必要なエネルギを奪ってしまう
ために、レーザ出力が低下する傾向を示す。O2 を添加
していないレーザガスでは、(1)の反応が支配的とな
り、CO2分子がCO分子のエネルギを奪うだけでな
く、生成された炭素が放電部の放電電極に付着して、放
電の不安定性を誘発したり、共振器を構成する光学部品
に付着してレーザ出力を著しく低下させる原因となる。
適当量のO2 を添加した場合には、(2)の反応が支配
的となり、生成されたCO2 分子が励起状態にあるCO
分子と衝突してエネルギを奪うため、レーザ発振を妨げ
る主要因となる。一方、モル分率でCO量の25%より
も少量のCO2 を付加することによって、CO2 濃度が
一定領域に保持されていると、CO2 の生成反応が飽和
状態となるとともに、レーザ出力が一定となる。この現
象は、次のような逆反応を考慮することで説明できる。 2CO2 →2CO+O2 …………(3) このとき、放電部では、放電によってCO2 分子がCO
分子とCO2 分子とに解離する反応も同時におきるた
め、反応(1)、(2)と(3)が平衡に達すれば、放
電部での組成変化は一定となり、レーザ出力が安定す
る。したがって、予め組成の平衡時の濃度に近いCO2
を添加しておくと、CO、O2 の減少及びCO2 の過剰
な生成を抑制して、レーザ出力の安定化を図ることがで
きる。
【0010】
【実施例】以下、レーザガスとこのレーザガスを使用し
た放電励起型COガスレーザの例について、図1ないし
図3に基づき説明する。なお、図3に示す放電励起型C
Oガスレーザにおいて、符号1はレーザガス流路(ガス
ダクト)、2はレーザ管、3は放電部、4A,4Bは放
電用電極、5は電源部、6はガス供給源、7はガス排気
系、8は送風機、9A,9Bは熱交換器、Gはレーザガ
スである。
【0011】図3例の放電励起型COガスレーザにあっ
ては、後述する所要組成のレーザガスGを挿通させる閉
ループ状態のレーザガス流路1に対してレーザ管2が交
差状態に配され、これらレーザガス流路1とレーザ管2
との交差箇所に放電部3の放電用電極4A,4Bが配さ
れ、該放電用電極4A,4Bに放電を生じさせるための
電源部5が接続され、さらに、レーザガス流路1には、
レーザガスGを供給するためのガス供給源6と、不要ガ
スを排出するためのガス排気系7と、レーザガスGを駆
動して矢印で示すように循環させるための送風機8と、
循環するレーザガスの冷却を行なうための熱交換器9
A,9Bとが配される。
【0012】前記レーザガスGにあっては、運転開始前
等において、ガス排気系7の作動等によって真空引きし
て、レーザガス流路1の内部空気を排除し、残留空気の
組成を勘案して、所要組成となるように調整される。該
レーザガスGは、例えばHe:78.3%,N2 :16
%,CO:5%,CO2 :0.5%,O2 :0.2%
(モル分率)の組成比に設定される。この場合にあっ
て、CO2 量は、CO量の25%よりも少量となるよう
に設定される。
【0013】〔COガスレーザの室温発振実験例1〕図
1は、COガスレーザを発振させた場合の入力電力とレ
ーザ出力との時間変化を示すものである。ただし、レー
ザ発振条件を下記のように設定した。 ガス組成(He/N2 /CO/CO2 /O2 ):78.8−
x/16/5/x/0.2 (モル分率) 動作ガス圧力:80hPa CO2 濃度(x):0.2〜1.0% 放電部入口温度:296K ここでは、放電開始時刻を0分としている。
【0014】図1に示す実験結果において、 a) CO2 =0.3%(CO2 濃度が低い条件)で
は、放電開始とともにレーザ出力が徐々に減少するが、
3分程度で安定領域に入って以後一定出力となり、室温
条件で約175ワットの高出力が得られた。 b) CO2 =0.5%(最適なCO2 濃度条件)で
は、放電開始直後と20分経過後とのレーザ出力の変化
がほとんどなく、出力が安定しており、室温条件で約1
70ワットの高出力が得られた。 c) CO2 =1.0%(CO2 濃度が高い条件)で
は、放電開始とともにレーザ出力が徐々に上昇するが、
3分程度で安定領域に入って以後一定出力となり、室温
条件で約125ワットの高出力が得られた。しかし、C
O2 濃度が高くなると、安定した領域での出力値が低く
なる傾向を示した。 d) CO2 濃度とレーザ出力との関係より、CO2 =
0.5%の近傍に最適条件が存在する。
【0015】〔COガスレーザの室温発振実験例2〕図
2は、図1の実験と同一条件でCO2 濃度の時間経過を
質量分析計により測定したものである。図2に示す実験
結果において、 a) CO2 =0.3%(CO2 濃度が低い条件)で
は、放電開始とともに、CO2 濃度が徐々に増加する
が、1分程度で飽和状態となり、以後安定領域となる。 b) CO2 =0.5%(最適なCO2 濃度条件)で
は、放電開始直後と20分経過後のCO2 濃度の変化が
なく、組成が安定状態になっている。 c) CO2 =1.0%(CO2 濃度が高い条件)で
は、放電開始後にCO2 濃度が徐々に減少し、3分程度
で飽和状態となる。 d) 初期CO2 濃度が高い場合には、レーザガス組成
の安定領域におけるCO2 濃度の絶対値が高くなり、初
期CO2 濃度によって、運転開始後のCO2 濃度が左右
されるものの、いずれも短時間で安定領域に入る。
【0016】〔他の実施態様〕本発明にあっては、上述
した実施例に代えて、以下の技術を採用することができ
る。 組成の変化が平衡課程となっているため、ガス循環装
置を用いない封じ切り型のCOガスレーザに対して適用
すること。 Xeガスを添加したレーザガスに対して適用するこ
と。
【0017】
【発明の効果】本発明に係るレーザガス及び放電励起型
COガスレーザによれば、以下のような効果を奏する。 (1) 放電励起型レーザにあって、CO量よりも少量
のCO2 を付加したレーザガスを使用することにより、
放電励起時のCやCO2 の生成と、その逆反応であるC
OやO2 の生成とを平衡させた状態にして、室温雰囲気
での高出力のレーザ発振を行なうことができる。 (2) CO2 濃度の安定化によりCの生成反応を抑制
し、電極等への炭素の付着による弊害の発生を低減する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るレーザガスによるCOガスレーザ
発振時のレーザ出力と経過時間との関係曲線図である。
【図2】本発明に係るレーザガスによるCOガスレーザ
発振時のCO2 濃度と経過時間との関係曲線図である。
【図3】本発明に係る放電励起型COガスレーザの一実
施例を示すブロック図を併記した正断面図である。
【符号の説明】
1 レーザガス流路(ガスダクト) 2 レーザ管 3 放電部 4A,4B 放電用電極 5 電源部 6 ガス供給源 7 ガス排気系 8 送風機 9A,9B 熱交換器 G レーザガス

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 He、N2 及びCOに、モル分率でCO
    量の25%よりも少量のCO2 を付加してなる放電励起
    型COガスレーザ用レーザガス。
  2. 【請求項2】 レーザガスを挿通させるレーザガス流路
    に対して交差状態にレーザ管が配され、レーザガス流路
    及びレーザ管の交差箇所に放電部が配される放電励起型
    レーザであって、レーザガスが、He、N2 及びCO
    に、モル分率でCO量の25%よりも少量のCO2 を付
    加してなることを特徴とする放電励起型COガスレー
    ザ。
  3. 【請求項3】 レーザガスが、O2 を含むことを特徴と
    する請求項1または2記載の放電励起型COガスレー
    ザ。
JP16488393A 1993-07-02 1993-07-02 レーザガス及び放電励起型coガスレーザ Withdrawn JPH0722714A (ja)

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Effective date: 20000905