JPH073895B2 - 金属蒸気レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば銅を金属蒸気レーザ媒質として使用す
る金属蒸気レーザ装置に関する。

（従来の技術） 一般的な銅蒸気レーザ発振装置は第５図および第６図に
示されるように構成されている。図中１はレーザ装置本
体である。このレーザ装置本体１には例えばセラミック
ス等の耐熱性材質からなる放電管２が設けられ、この放
電管２の両端側には同軸上に配設された円筒状の電極
３、４がそれぞれ設けられている。上記放電管２の内部
には活性媒質である金属蒸気を発生させる金属蒸気レー
ザ媒質５が配置されている。上記レーザ装置本体１の長
手方向の両端には光学研磨した石英ガラスもしくは光学
ガラス等の６、７がそれぞれホルダー6a、7aを介して気
密に取付けられている。これら透過窓６、７を通る直線
上つまりレーザ光の発振光路上には、レーザ共振器を形
成する高反射ミラー８および出力ミラー９がそれぞれ設
けられることでレーザ発振装置が形成されている。上記
放電管２の外周および電極３、４の一部の外周には、断
熱材10が設けられている。この断熱材10の外周壁部分に
は内管10aが同心状に環装され、さらに、この内管10aの
外周に所定の間隔をもって外管10bが同心状に設けられ
ている。そして、これら内管10および外管10bとの間に
は真空断熱層11が形成されており、この真空断熱層11の
両端側にはそれぞれシール構造12が設けられている。

上記外管10bの一部はセラミックブレーク13によって形
成され、レーザ装置本体１を外側から冷却する図示しな
い冷却構造が備えられている。

こうした金属レーザ発振装置において、上記放電管２内
を例えば数十Torrのバッファガス（Heガス）で満たし、
図示しない高電圧電源により上記電極３、４間に放電を
発生させ、放電管２内を千数百度まで加熱する。これに
より上記金属レーザ媒質５の一部は金属蒸気を発生し、
この金属蒸気が電極間の３、４間の放電により励起され
てレーザ光を発光する。このレーザ光は上記透過窓６、
７を通過して高反射ミラー８および出力ミラー９に反射
して光軸14に平行に往復して発振状態となり、所定の出
力を越えたレーザ光が上記出力ミラー９を透過して出力
されるようになっている。

ここで、上記レーザ光は第６図示中に鎖線で示される照
射範囲Ａに照射されるものであり、放電管２および電極
３、４の内径と略同一の直径の範囲に照射されるもので
ある。このようなレーザ光は上記透過窓６、７を高い効
率で透過し上述の如くレーザ発振する。

しかしながら、従来のレーザ装置は、レーザ装置本体１
に断熱材10や真空断熱層11が設けられ、放電路を高温に
するように工夫されている。このため近赤外から赤外の
熱線を発生するものであった。この熱線は例えば図中の
矢印Ｂ、Ｃで示されるように反射されて、実線Ｄの照射
範囲に亘って出射されるものである。ここでレーザ光お
よび近赤外から赤外の熱線の照射範囲Ａ、Ｄはレーザ光
の光軸方向の断面形状を示している。このような熱線
Ｂ、Ｃは上記透過窓６、７を加熱し、熱膨張させレンズ
効果を発生してしまうものであった。このように透過窓
６、７が熱によりレンズ効果を生じるとレーザ光が集光
されて出力される等、出力されるレーザ光の品質を低下
してしまうという事情があった。

（発明が解決しようとする課題） 放電管の両端に設けられた電極のさらに外側に配設され
た透過窓は、レーザ光を高透過率で透過するものである
が、近赤外から赤外の熱線を吸収してしまい、発熱して
しまうものであった。このため透過窓自体が熱膨張によ
り変形を生じることがあり、このように変形された透過
窓を通過したレーザ光は集光されて出力される等の品質
の低下を招くことがあった。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、レー
ザ光以外の透過窓に照射される熱線を減少して、透過窓
の加熱を低減し、透過窓が熱により変形することを防止
する金属蒸気レーザ装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本体内に断熱材を介在して設けられた放電管の内部に金
属蒸気レーザ媒質を設け、この放電管内の両端にそれぞ
れ電極を設け、この電極の外側に上記放電管の両端部の
軸線上に一対のホルダーを気密に設け、これらホルダー
の外側端にレーザ光を透過する透過窓を設け、上記各々
のホルダーの内側に上記放電管の内径以上になる環状の
遮熱板を一以上配設した金属蒸気レーザ装置にある。

（作用） 上記ホルダーの内側に一以上の遮熱板を設けることによ
り、放電管で発生されてホルダーの内面側に照射する近
赤外から赤外の熱線を遮蔽して、透過窓に入射すること
を防止し、透過窓への加熱を低減する。

（実施例） 本発明における第１実施例を第１図および第２図を参照
して説明する。なお、実施例において、ホルダー部は同
一の構成となっているので、略中心から一方の片側の要
部のみを図示して説明する。このレーザ装置14は円管状
に形成されたセラミックス製の放電管２と、この放電管
２の両端外側それぞれに同心状に配設された円管状の電
極３とを有している。これらの電極３の内径は上記放電
管２の内径と略同一の内径寸法で形成されており、図示
しない高電圧電源により両電極３間に高電圧が印加され
るようになっている。

また、この電極３の外側には、それぞれ管状のホルダー
15が設けられている。このホルダー15の電極３に近い端
部は放電管２の外側に設けられた断熱材10の端部を保持
するように設けられた枠部材16に結合されている。ま
た、上記ホルダー15の外側の端部にはレーザ光を高い透
過率で透過する透過窓６が密閉状態を保つように取付け
られている。さらに、円管状に形成されたホルダー15の
内側には複数枚の遮熱板17……が設けられている。これ
らの遮熱板17は同一形状であり第２図に示されるように
中央部に開口部17aを有する円板状に形成されたもので
ある。上記開口部17aの直径は上記放電管２および電極
３の内径と略同一寸法に形成されており、上記遮熱板17
の外径部は上記ホルダー15の内側壁に一体に結合されて
いる。そして、上記ホルダー15は耐熱性の高い例えばセ
ラミックスからなっており、ホルダー15の基端側部には
水冷装置18が設けられている。

また、上記複数枚の遮熱板17……は、互いに所定間隔を
持ってレーザ光の光軸方向に沿って配設されており、上
記レーザ装置本体14は図中に示されるように全ての遮熱
板17……が同一の間隔で配設されている。そして、遮熱
板17……の開口部17a……の中心は上記放電管２および
電極３の中心の延長上に一致するようになっている。

つまり、放電管２内で発生されたレーザ光はホルダー15
内を通過しても光軸方向の断面形状に影響を受けること
を防止できる寸法および形状で形成されている。

そして、上記放電管２および電極３等で発光された近赤
外から赤外の熱線は、例えば矢印Ｅ、Ｆ、Ｇで示される
ようにホルダー15の内壁面に向けて照射される。このよ
うな方向に照射された熱線は複数枚の上記遮蔽板17……
に反射されて、放電管２側に照射される。つまり、従来
構造ではホルダー15の内周面に照射された熱線は正反射
して透過窓６に向けて照射されていたが、上記構造を採
用することで熱線は遮熱板17……のいずれかに反射して
放電管２側に向けて反射されるか、または遮熱板17……
に吸収されている。

このように遮熱板17……を設けることで従来透過窓６側
に照射されていた熱線を減少できるので、透過窓６の温
度上昇を低減し、透過窓６の熱膨張変形を防止できる。
そして、出力されるレーザ光に光学的な悪影響を及ぼす
ことが低減された良質のレーザ光を出力することができ
る。

以下本発明における第２実施例を第３図および第４図を
参照して説明するが、レーザ装置本体14の基本的構成は
上記第１実施例と略同様なので、構成の異なる部分につ
いてのみ新たな符号を付して説明する。

レーザ装置本体14のホルダー19の枠部材16に結合された
端部には水冷装置18が設けられており、外側に向けられ
た端部には透過窓６が取付けられている。

そして、上記ホルダー19の内側には複数枚の遮熱板20…
…がレーザ光の光軸に沿って配設されている。これらの
遮熱板20……は全て同一構造で形成されており、第４図
中に示されるようにフレア形状になっている。この遮熱
板20の中央部には開口直径が上記放電管２および電極３
の内径と略等しく形成された開口部20aが貫通状態に形
成されている。そして、遮熱板20の外周縁は上記ホルダ
ー19の内周面の直径と略同一寸法で形成されている。

この遮熱板20は上記ホルダー19に挿着される場合に、複
数個のスペーサ21……を相互間に挟むようにして挿着す
るようになっている。上記遮熱板20……は開口部20aが
開口される側を放電管２側に近くなるように取付けられ
ており、スペーサ21……は上記遮熱板20の傾斜面に沿っ
て当接する端面を有する環状に形成されている。これら
スペーサ21……と遮熱板20……とを交互にホルダー19内
に挿入し、最後のスペーサ21を挿入した後に締付け部材
22をホルダー19の内壁に結合することで、上記遮熱板20
……を固定するように形成されている。

このようにして固定された遮熱板20……の開口部20aは
上記放電管２および電極３の開口部に対応して位置さ
れ、放電管２内で発光されたレーザ光が遮熱板20……の
縁部に照射されないようになっている。

また、放電管２および電極３側から照射窓６側に照射さ
れる近赤外から赤外の熱線のうち、上記ホルダー19の内
周面に向けて照射されるものは、上記遮熱板20……に照
射される。この照射板20……は外縁部から開口部20aに
かけて放電管２側に近ずくような斜面を有して形成され
ており、放電管２側から照射された熱線はスペーサ21…
…が位置するホルダー19の内周面に照射されるようにな
っている。

つまり、上記遮熱板20……に向けて照射された熱線は全
て透過窓６側には反射しないように構成されている。

このように遮熱板20……をホルダー19の内側に設けるこ
とにより、従来構造ではホルダー19の内周面に反射され
透過窓６を照射していた熱線をホルダー19の内周面側お
よび放電管２側に反射することができる。これにより、
透過窓６に吸収される熱線を減少できるので発熱量を減
少して、熱による変形を防止できる。

さらに、上記ホルダー19は水冷装置18によって冷却され
ているので、遮熱板20……およびスペーサ21……を通じ
て吸収された熱はホルダー19を介してレーザ装置本体14
外に持ち去られるようになっている。

そして、熱による透過窓６の変形を防止もしくは低減す
ることにより、放電管２側で熱線を発生しても、この熱
線の影響を透過窓６が受けにくくなり高品質のレーザ光
を発振することができる。

なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではな
い。例えば、第１実施例において遮熱板17……はホルダ
ー15の内周面に一体的に設けられているが、これに限定
されず第２実施例のようにスペーサ21……を介して取付
けるような構造でもよい。

また、遮熱板17、20は材質がセラミック製であったが、
これに限定されず、耐熱性の高い材質であればよく、電
気絶縁性の高い材質を使用したものや吸熱性の高い表面
処理等を施したものでもよい。さらに、上記実施例では
レーザ装置本体14を実施の対象として説明しているが、
このレーザ装置本体14は透過窓６に対向する出力ミラー
および高反射ミラーからなる共振器を設けることによ
り、レーザ発振装置を構成することができる。また、上
記レーザ発振装置で発振されたレーザ光が上記レーザ装
置本体14に通過されるように構成することでレーザ光の
増幅装置として使用することもできる。つまり、本発明
の実施対象はレーザ発振装置に限定されずレーザ増幅装
置等も含まれる。

〔発明の効果〕

透過窓を保持するホルダーの内周面に一枚以上の遮熱板
を配設することによって、従来構造ではホルダーの内周
面に反射されて透過窓を照射し加熱していた近赤外線か
ら赤外線の熱線を透過窓以外の方向に反射もしくは吸収
することができるので透過窓を加熱することを低減でき
る。そして、透過窓は加熱による熱変形を低減できるの
でレーザ光の透過に光学的な影響を与えることを低減で
き、高品質のレーザ光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明における第１実施例であ
り、第１図は金属蒸気レーザ装置本体の要部を示す側断
面図、第２図は遮熱板の形状を示す斜視図、第３図およ
び第４図は本発明における第２実施例であり、第３図は
金属蒸気レーザ装置本体の要部を示す側断面図、第４図
は遮熱板の形状を示す斜視図、第５図および第６図は従
来例であり、第５図は金属蒸気レーザ発振装置の側断面
図、第６図は金属蒸気レーザ発振装置の要部の側断面図
である。 ２……放電管、３……電極、５……金属レーザ媒質、６
……透過窓、14……レーザ装置本体（金属蒸気レーザ装
置）、15……ホルダー、17……遮熱板、17a……開口
部、20……遮熱板、20a……開口部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体と、この本体内に断熱部を介在して設
   けられた放電管と、この放電管の端部にそれぞれ設けら
   れこの放電管内に放電を発生する電極と、上記放電管内
   に設けられた金属蒸気レーザ媒質と、それぞれに透過窓
   を有しこれら透過窓を上記放電管の軸線に交差して上記
   本体の両端部に気密に取付られた一対のホルダーとを具
   備した金属蒸気レーザ装置において、開口部が上記放電
   管の内径以上になる環状の遮熱板を一以上上記各々のホ
   ルダーの内側に上記軸線と同心的に設けたことを特徴と
   する金属蒸気レーザ装置。