JPH09223838A - ガスレーザ発振装置の励起方法および同方法に使用するガスレーザ発振装置 - Google Patents

ガスレーザ発振装置の励起方法および同方法に使用するガスレーザ発振装置

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JPH09223838A
JPH09223838A JP2702596A JP2702596A JPH09223838A JP H09223838 A JPH09223838 A JP H09223838A JP 2702596 A JP2702596 A JP 2702596A JP 2702596 A JP2702596 A JP 2702596A JP H09223838 A JPH09223838 A JP H09223838A
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JP
Japan
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discharge
trigger
gas laser
electrode
main
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Application number
JP2702596A
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English (en)
Inventor
Naoki Miki
直樹 三木
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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Amada Co Ltd
Amada Engineering Center Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トリガー放電電極に発生する酸化を少なく
し、トリガー放電電極の寿命を長くさせるガスレーザ発
振装置の励起方法および同方法に使用するガスレーザ発
振装置の提供。 【解決手段】 1.主放電電極1と、該主放電電極の放
電に先立って放電を行い前記主放電電極の主放電を容易
に発生させるトリガー電極11とを備えたガスレーザ発
振装置1において、前記トリガー電極のトリガー放電を
間欠的に行わせることを特徴とするガスレーザ発振装置
の励起方法。2.前記トリガー放電の周波数は10-3
Zから10HZまでのパルス状のトリガー放電とし、前
記周波数のトリガー放電のデューティ比を50%以下と
し、かつ放電のON時間は約0.05秒間から10秒間
以内となる様にしたことを特徴とするガスレーザ発振装
置の励起方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスレーザ発振装置
の励起方法および同方法に使用するガスレーザ発振装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】高周波放電励起方式のガスレーザ発振器
の放電回路の要部は、例えば、図2に示すような構成に
なっている。すなわち、高周波電源101に一対の金属
電極103がマッチング回路105を介して接続してあ
り、この一対の金属電極103はガラスなどの誘電体1
07で被覆してある。放電はこの誘電体107で被覆さ
れたこの一対の電極の間で行われ、この電極の間を流通
するレーザ媒質(例えば炭酸ガスレーザの場合では、C
2 ガス、N2 ガスおよびHeガスを適宜な比率に混合
した混合ガス)を放電励起するようになっている。
【0003】また、直流電源方式のガスレーザ発振器の
放電回路の要部は、例えば、図3に示すような構成にな
っている。すなわち、複数のピン状の陰極と平板状の陽
極とを安定抵抗R1 を介して高圧のメイン電源に接続す
ると共に、予備放電を行わせるためのシマー電源に安定
抵抗R2 を介して接続してある。
【0004】ところで、図4に示すグラフは、よく知ら
れている低気圧放電管内における自続放電現象の電流と
電圧との関係を示したものである。このグラフから判る
ように、ガスレーザ発振器のレーザ媒質の励起に使用さ
れている正常グロー放電の領域は、この正常グロー放電
の前のタウンゼント放電領域を経て正常グロー放電に達
するものであり、この放電開始時のタウンゼント放電領
域の電圧は正常グロー放電時の電圧に比較して約2倍程
度高いことが判る。
【0005】そのため、高周波放電ガスレーザー発振器
においては、電極上の放電の分布を均一にするために、
誘電体での電圧降下と放電部での電圧降下との比率
(α)は、α=「誘電体での電圧降下」/「放電部での
電圧降下」=0.5、程度が必要であるとされており、
誘電体にはかなりの高電圧の印加が必要である。そこ
で、正常グロー放電を生じさせるための主放電電極とは
別に予備放電を行わせる予備電極を設け、この予備電極
で予備放電またはトリガー放電を行わせて、正常グロー
放電を容易に安定的に発生させるということがなされて
いる。
【0006】また、直流電源方式のガスレーザ発振器に
おいては、前述のようにシマー電源によるシマー放電に
より正常グロー放電を容易に安定的に発生させるという
ことがなされている。しかし、このシマー放電方式の場
合、主放電用の電極と同一の面積の電極でシマー放電を
行わせるので、主放電の電力をゼロにしてもレーザ光が
非常に出易い状態にあり、例えば、反射率の高い金属の
切断時において、本来レーザ光の出力がゼロで在るべき
切断と切断との間に行う材料移動時に、切断材料からの
反射光がレーザ発振器内に入ると弱いレーザ出力が発生
し、切断材料に罫書き線の様な傷を付けてしまうことが
ある。そこで、このシマー放電電極に代えて、前記高周
波放電ガスレーザー発振器の場合と同様に主放電電極と
は別に予備放電を行わせる予備電極を設け、この予備電
極で予備放電(トリガー放電)を行わせて、正常グロー
放電を容易に安定的に発生させるということがなされて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の高周波放電ガス
レーザー発振器または直流電源方式のガスレーザ発振器
におけるトリガー放電においても数十Wの電力が必要で
ある。また、このトリガー放電用電源に使用されるパワ
ートランジスタを冷却するための冷却フィンも必要であ
り電源装置が大型となる。また、トリガー放電に使用さ
れる電極は、電界の偏りが大きいピン電極または鋭角な
放電部を有する電極を使用するので、電極の局部に放電
電力が集中し電極の酸化が激しく消耗も早いという問題
がある。
【0008】本発明は本発明は上述の如き問題点に鑑み
てなされたものであり、本発明の課題はトリガー放電電
極に発生する酸化を少なくし、トリガー放電電極の寿命
を長くさせるガスレーザ発振装置の励起方法および同方
法に使用するガスレーザ発振装置を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として、請求項1に記載のガスレーザ発振装置の励起方
法は、主放電電極と、該主放電電極の放電に先立って放
電を行い前記主放電電極の主放電を容易に発生させるト
リガー電極とを備えたガスレーザ発振装置において、前
記トリガー電極のトリガー放電を間欠的に行わせること
を特徴とするものである。また、請求項2に記載のガス
レーザ発振装置の励起方法は請求項1に記載のガスレー
ザ発振装置の励起方法において、前記トリガー放電の周
波数は10-3HZから10HZまでのパルス状のトリガ
ー放電とし、前記周波数のトリガー放電のデューティ比
を50%以下とし、かつ放電のON時間は約0.05秒
間から10秒間以内となる様にしたことを特徴とするも
のである。
【0010】従って、トリガー放電は約0.05秒から
17分間隔の間欠的な放電となるのでトリガー電極の酸
化消耗が非常に少なくなり寿命が延長した。また、電源
の発熱もトリガー放電の時間の減少により減少したので
冷却装置も小型でよくなり電源の製造コストが低減させ
ることができる。
【0011】請求項3に記載のガスレーザ発振装置は、
主放電電極と、該主放電電極の放電に先立って放電を行
い前記主放電電極の主放電を容易に発生させるトリガー
電極を前記主放電電極の上流側に近接して設け、前記ト
リガー電極のトリガー放電を間欠的に行わせることを特
徴とするものである。また、請求項4に記載のガスレー
ザ発振装置は請求項3に記載のガスレーザ発振装置にお
いて、前記トリガー放電の周波数は10-3HZから10
HZまでのパルス状のトリガー放電とし、前記周波数の
トリガー放電のデューティ比を50%以下とし、かつ放
電のON時間は約0.05秒間から10秒間以内となる
様にしたことを特徴とするものである。従って、トリガ
ー電極の酸化消耗が非常に少なくなり寿命が延長すると
共に、冷却装置も小型でよくなり電源の製造コストを低
下させることが可能となった。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図1は本発明のガスレーザ発振装置の励起
方法に使用するガスレーザ発振装置の放電部の一例を示
したものである。図1に示したガスレーザ発振装置1は
謂わゆる3軸直交タイプのガスレーザ発振装置の放電部
であって、レーザガス通路3を低圧のレーザガスが矢印
に示すように左側から右側の方向に(図1において)に
高速に流通循環している。なお、レーザガス循環装置お
よびレーザガスの循環路などについては図示を省略して
ある。
【0013】この高速に流通循環しているレーザガスを
挟んで一対の主放電電極5が上下に設けてある。この主
放電電極5は金属電極7にガラスまたはセラミックスな
どの誘電体を被覆して構成されている。前記一対の主放
電電極5は高周波放電用の高圧電源9に接続されてお
り、そして、この一対の主放電電極5の上流側の近接し
た位置に一対のピン電極からなるトリガー放電用のトリ
ガー電極11が設けてある。そしてトリガー電極11は
トリガー放電用のトリガー電源13に接続されている。
前記高圧電源9とトリガー電源13は数値制御装置また
はコンピュータなどからなる図示省略の放電制御装置に
より放電を適宜に制御されるようになている。
【0014】上記構成のガスレーザ発振装置1における
トリガー放電の目的は、交流または直流に関係なく、主
放電電極5の間の放電を自続維持させるための電子また
はイオンを主放電電極5の間に供給することである。供
給された電子またはイオンが主放電電極5の間に存在す
る限り放電が開始されることになる。主放電電極5の間
に安定したグロー放電が発生すると、光学的空洞部15
を通過するレーザガスが励起されて図示省略した光共振
器によりレーザ発振が生じレーザ光が紙面を貫通する方
向に出力されることになる。
【0015】低気圧放電管内において放電が開始にいた
る過程についの研究文献によれば、平等電界中における
陰極で発生した1個の電子は、電界により加速されて陽
極に向かいながらつぎつぎと電離をおこない電子の数が
倍増しついに放電開始にいたる。すなわち、いま電極間
の距離をdとし、陰極から毎秒j0 の電子流密度の電子
が放出されるとするとき、電離作用(またはα作用)に
より、当初j0 の電子流密度が陽極ではj=j0 ex
p(αd)に倍増する。また、前記α作用により陽イオ
ンが生じ、電界により陰極にはこばれて陰極に到達した
陽イオン数のγ倍の電子が放出される。したがって陰極
からは、 J0 =j0 +jγ…………(1) jγ:陽イオンによ
り発生した電子流密度の電子流密度の電子が放出される
ことになる。このJ0 の電子流密度の電子が陽極に到達
するときには、前記電離作用(またはα作用)により、
陽極に入る電子流密度(電流)Jは、 J=J0 exp(αd)…(2) に倍増する。また陰極に入る電流と前記陽極に入る電子
流密度(電流)Jとは等しいから、 jγ=γ(J−J0 )……(3) である。上記(1)〜(3)式から、
【数1】 J=J0 exp(αd) ={j0 exp(αd)}/{1−γexp(αd−1)}……(4) 第4式から,電界が強くなり、α、γが増加し、γex
p(αd−1)=1となるとJは無限大となることが判
る。すなわち、これは絶縁破壊または放電開始を意味す
るものである。なお、上記の式において、αは第1電離
係数、γは第2電離係数といわれる。
【0016】また上記の関係式の意味するとことは、最
初に1個の電子が陰極から発生したとすると、これが陽
極に達するときはexp(αd)個になり、前記1個の
電子が陽極に達するまでにexp(αd−1)個の陽イ
オンを発生させ、これが陰極にもどり、そのγ倍の電子
を放出させることになる。
【0017】すなわち、γexp(αd−1)が1また
は1より大ならば、最初に1個の電子が発生すれば、新
たな電子の補給なしに電流は自続することになるので、
前記の関係式、「γexp(αd−1)=1」は、放電
自続の条件を示す関係式であるといえる。
【0018】本発明のガスレーザ発振装置の励起方法
は、上記の放電自続原理と実験データに基づくものであ
る。実験により、3軸直交型のガスレーザ発振器におい
て1秒間のトリガー放電を行うと数分から数十分の間、
主放電の開始電圧が低下することが確認されており、さ
らに発明者の実験により、放電のON時間が約0.05
秒間から10秒間で周波数が10-3HZから10HZま
でのパルス状のまたは間欠的トリガー放電を行うことに
より、前記主放電の開始電圧を数分から数十分の間低下
させた状態に維持できることが可能であることが判っ
た。
【0019】なお、上記パルス状のトリガー放電につい
ては、デューティ比を50%以下とし、かつ放電のON
時間は約0.05秒間から10秒間以内となる様にし
た。すなわち、周波数が10HZの場合には周期が0.
1秒であり、デューティ比を50%にするとON時間は
約0.05秒間となる。また、周波数が10-3HZの場
合には周期が約17分となり、デューティ比を50%に
するとON時間は約8.5分となるので、この場合には
ON時間を10秒間に制限した。
【0020】上記の如く、放電のON時間が約0.05
秒間から10秒間で周波数が10-3HZから10HZま
でのパルス状のまたは間欠的トリガー放電を行うことに
より、前記主放電の開始電圧を数分から数十分の間低下
させた状態に維持できることが可能であり、トリガー放
電を約0.05秒から17分間隔の間欠的な放電により
行うようにしたので、トリガー電極の酸化消耗が非常に
少なくなり寿命が延長した。また、電源の発熱もトリガ
ー放電の時間の減少により減少したので冷却装置も小型
でよくなり電源の製造コストが低減した。
【0021】
【発明の効果】請求項1〜請求項4に記載の発明によれ
ば、放電のON時間が約0.05秒間から10秒間で周
波数が10-3HZから10HZまでのパルス状のまたは
間欠的トリガー放電を行わせることにより、前記主放電
の開始電圧を数分から数十分の間低下させた状態に維持
できることが可能であり、トリガー放電を約0.05秒
から17分間隔の間欠的な放電にしたので、トリガー電
極の酸化消耗を少なくし寿命を延長させることができ
る。また、電源の発熱もトリガー放電の放電を間欠的に
行う様にしたので発熱を少なくすることができ、冷却装
置も小型にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスレーザ発振装置の励起方法に使用
するガスレーザ発振装置の放電部の一例を示したもので
ある。
【図2】従来の高周波放電励起方式のガスレーザ発振器
の放電回路の要部の1例。
【図3】従来の直流電源方式のガスレーザ発振器の放電
回路の要部の1例。
【図4】低気圧放電管内における自続放電現象の電流と
電圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1 ガスレーザ発振装置 5 主放電電極 9 高圧電源 11 トリガー電極 13 トリガー電源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主放電電極と、該主放電電極の放電に先
    立って放電を行い前記主放電電極の主放電を容易に発生
    させるトリガー電極とを備えたガスレーザ発振装置にお
    いて、前記トリガー電極のトリガー放電を間欠的に行わ
    せることを特徴とするガスレーザ発振装置の励起方法。
  2. 【請求項2】 前記トリガー放電の周波数は10-3HZ
    から10HZまでのパルス状のトリガー放電とし、前記
    周波数のトリガー放電のデューティ比を50%以下と
    し、かつ放電のON時間は約0.05秒間から10秒間
    以内となる様にしたことを特徴とする請求項1に記載の
    ガスレーザ発振装置の励起方法。
  3. 【請求項3】 主放電電極と、該主放電電極の放電に先
    立って放電を行い前記主放電電極の主放電を容易に発生
    させるトリガー電極を前記主放電電極の上流側に近接し
    て設け、前記トリガー電極のトリガー放電を間欠的に行
    わせることを特徴とするガスレーザ発振装置。
  4. 【請求項4】 前記トリガー放電の周波数は10-3HZ
    から10HZまでのパルス状のトリガー放電とし、前記
    周波数のトリガー放電のデューティ比を50%以下と
    し、かつ放電のON時間は約0.05秒間から10秒間
    以内となる様にしたことを特徴とする請求項3に記載の
    ガスレーザ発振装置。
JP2702596A 1996-02-14 1996-02-14 ガスレーザ発振装置の励起方法および同方法に使用するガスレーザ発振装置 Pending JPH09223838A (ja)

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