JPH10303487A - 同軸ガスレーザ励起方法および同軸ガスレーザ装置 - Google Patents
同軸ガスレーザ励起方法および同軸ガスレーザ装置Info
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- JPH10303487A JPH10303487A JP10696597A JP10696597A JPH10303487A JP H10303487 A JPH10303487 A JP H10303487A JP 10696597 A JP10696597 A JP 10696597A JP 10696597 A JP10696597 A JP 10696597A JP H10303487 A JPH10303487 A JP H10303487A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高価なサイラトロン等の高電圧スイッチを不
要にし、放電管内の残留イオンの不均一や放電ムラ等の
影響を受けない長寿命で低価格かつ安定性の高い同軸ガ
スレーザ励起方法および同軸ガスレーザ装置を提供す
る。 【解決手段】 発振媒体ガス１８を封入した筒状放電管
１０と、この放電管１０の軸方向両端に対向配置された
主電極１２ａ・１２ｂと、この放電管１０の中間部に配
置された副電極２０と、前主電極１２ａ・１２ｂ間に主
パルス状電圧を印加する主電圧源２２と、前記副電極２
０と一方の主電極１２ｂ間に主パルス状電圧とは逆極性
の副パルス状電圧を印加する副電圧源２４とから構成さ
れ、副パルス状電圧により生起するコロナ放電をトリガ
ーとして主電極１２ａ・１２ｂ間に主放電を発生させ、
この主放電と同方向にレーザ光を発振放射する。
要にし、放電管内の残留イオンの不均一や放電ムラ等の
影響を受けない長寿命で低価格かつ安定性の高い同軸ガ
スレーザ励起方法および同軸ガスレーザ装置を提供す
る。 【解決手段】 発振媒体ガス１８を封入した筒状放電管
１０と、この放電管１０の軸方向両端に対向配置された
主電極１２ａ・１２ｂと、この放電管１０の中間部に配
置された副電極２０と、前主電極１２ａ・１２ｂ間に主
パルス状電圧を印加する主電圧源２２と、前記副電極２
０と一方の主電極１２ｂ間に主パルス状電圧とは逆極性
の副パルス状電圧を印加する副電圧源２４とから構成さ
れ、副パルス状電圧により生起するコロナ放電をトリガ
ーとして主電極１２ａ・１２ｂ間に主放電を発生させ、
この主放電と同方向にレーザ光を発振放射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパルス放電励起型ガ
スレーザの改良に係り、更に詳細には、発振媒体ガスの
コロナ放電を利用して主放電のスイッチングを行うこと
により高速大電流用スイッチを不要にし、しかも主放電
方向をレーザ放射方向と同軸構造にした放電ムラ等が影
響することのない安定な同軸ガスレーザ励起方法および
これを利用した同軸ガスレーザ装置に関する。
スレーザの改良に係り、更に詳細には、発振媒体ガスの
コロナ放電を利用して主放電のスイッチングを行うこと
により高速大電流用スイッチを不要にし、しかも主放電
方向をレーザ放射方向と同軸構造にした放電ムラ等が影
響することのない安定な同軸ガスレーザ励起方法および
これを利用した同軸ガスレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、穴開け、切断、マーキングおよび
レーダー等の分野に使用されるパルス放電励起型ガスレ
ーザ、例えばエキシマレーザ、ＣＯ2 レーザ、Ｎ2 レー
ザ等においては、放電をスタートさせるためにスパーク
ギャップやサイラトロン等の高電圧スイッチを使用して
きた。この目的は、立上りの早い電圧パルスを発生さ
せ、その電圧を主電極に印加して速やかな励起放電を作
り出すことである。従って、パルス放電励起型ガスレー
ザにおいては、高電圧スイッチは特殊な例を除き、不可
欠な要素であった。
レーダー等の分野に使用されるパルス放電励起型ガスレ
ーザ、例えばエキシマレーザ、ＣＯ2 レーザ、Ｎ2 レー
ザ等においては、放電をスタートさせるためにスパーク
ギャップやサイラトロン等の高電圧スイッチを使用して
きた。この目的は、立上りの早い電圧パルスを発生さ
せ、その電圧を主電極に印加して速やかな励起放電を作
り出すことである。従って、パルス放電励起型ガスレー
ザにおいては、高電圧スイッチは特殊な例を除き、不可
欠な要素であった。
【０００３】典型的なパルス放電励起型ガスレーザの例
として、光軸（レーザ放射方向）と直交する方向に放電
電流が流れる横方向励起のＣＯ2 レーザの回路構成を図
７に示す。
として、光軸（レーザ放射方向）と直交する方向に放電
電流が流れる横方向励起のＣＯ2 レーザの回路構成を図
７に示す。
【０００４】図７は、充電抵抗１、コンデンサー２、サ
イラトロン３からなる高電圧パルス発生回路Ａと、主電
極４ａ・４ｂ、バッファキャパシター５、予備電離ギャ
ップ６からなる自動予備電離放電回路Ｂ、送風ファン８
および放電管９から構成されている。
イラトロン３からなる高電圧パルス発生回路Ａと、主電
極４ａ・４ｂ、バッファキャパシター５、予備電離ギャ
ップ６からなる自動予備電離放電回路Ｂ、送風ファン８
および放電管９から構成されている。
【０００５】この回路の作動を説明すると、高電圧電源
７からの充電により充電抵抗１およびコンデンサー２に
より決まる時定数に従ってコンデンサー２が充電され
る。このコンデンサー２の電圧が一定値まで上昇すると
サイラトロン３が直ちに働き主電極４ａ・４ｂ間に放電
電圧が印加される。この電圧は予備電離ギャップ６にも
作用し、この予備電離ギャップ６の放電により、放電管
９内の媒体ガスが自動的に予備電離され、これをトリガ
ーにして主電極４ａ・４ｂ間に主放電が生起する。
７からの充電により充電抵抗１およびコンデンサー２に
より決まる時定数に従ってコンデンサー２が充電され
る。このコンデンサー２の電圧が一定値まで上昇すると
サイラトロン３が直ちに働き主電極４ａ・４ｂ間に放電
電圧が印加される。この電圧は予備電離ギャップ６にも
作用し、この予備電離ギャップ６の放電により、放電管
９内の媒体ガスが自動的に予備電離され、これをトリガ
ーにして主電極４ａ・４ｂ間に主放電が生起する。
【０００６】図８は図７の放電管内部の簡略斜視図であ
る。放電管９は筒状で、その軸方向に長尺の主電極４ａ
・４ｂおよび送風ファン８が狭い空間内に配置されてい
る。放電は矢印で示すように対向する主電極４ａ・４ｂ
間の短区間で起り、励起レーザ光は波線で示すように軸
方向に放射される。放電方向と放射方向が直交するため
横方向励起と呼ばれる。送風ファン８は放電空間内の残
留イオンを均一にするため、放電空間内の媒体ガスを循
環させるために設けられている。図７に矢印で示すよう
に、媒体ガスは放電管９内を周方向に循環する。
る。放電管９は筒状で、その軸方向に長尺の主電極４ａ
・４ｂおよび送風ファン８が狭い空間内に配置されてい
る。放電は矢印で示すように対向する主電極４ａ・４ｂ
間の短区間で起り、励起レーザ光は波線で示すように軸
方向に放射される。放電方向と放射方向が直交するため
横方向励起と呼ばれる。送風ファン８は放電空間内の残
留イオンを均一にするため、放電空間内の媒体ガスを循
環させるために設けられている。図７に矢印で示すよう
に、媒体ガスは放電管９内を周方向に循環する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のような予備電離
型放電回路においては、レーザの出力効率を高めるた
め、主電極４ａ・４ｂ間に印加される放電電圧を可能な
限り急峻なものとする必要がある。その理由は、主放電
空間Ｃが放電電圧の印加と同時に既に予備電離されてい
るため、電圧の立上りが緩慢であると放電電圧の低いと
ころで主放電が開始することになり、入力エネルギーが
無駄に消費されることになるからである。したがって、
従来の予備電離型放電回路においては、主放電回路にサ
イラトロンやスパークギャップ等の高速大電流用のスイ
ッチ機構を必要としていた。
型放電回路においては、レーザの出力効率を高めるた
め、主電極４ａ・４ｂ間に印加される放電電圧を可能な
限り急峻なものとする必要がある。その理由は、主放電
空間Ｃが放電電圧の印加と同時に既に予備電離されてい
るため、電圧の立上りが緩慢であると放電電圧の低いと
ころで主放電が開始することになり、入力エネルギーが
無駄に消費されることになるからである。したがって、
従来の予備電離型放電回路においては、主放電回路にサ
イラトロンやスパークギャップ等の高速大電流用のスイ
ッチ機構を必要としていた。
【０００８】図７に示すように、この高電圧スイッチは
放電管に直列に接続されているから、放電に投入される
全電荷量が高電圧スイッチを通過し、高電圧スイッチの
寿命が問題となってきている。通常のサイラトロン等で
は１０の８乗程度のショット数で劣化を生じることが判
っている。このような短寿命性は放電励起ガスレーザ全
体の性能を大幅に制限している。しかも、このスイッチ
は高い耐電圧と確実なスイッチングを確保するために、
精度の高い非常に高価な部品でもあり、この交換には高
いコストを必要としていた。
放電管に直列に接続されているから、放電に投入される
全電荷量が高電圧スイッチを通過し、高電圧スイッチの
寿命が問題となってきている。通常のサイラトロン等で
は１０の８乗程度のショット数で劣化を生じることが判
っている。このような短寿命性は放電励起ガスレーザ全
体の性能を大幅に制限している。しかも、このスイッチ
は高い耐電圧と確実なスイッチングを確保するために、
精度の高い非常に高価な部品でもあり、この交換には高
いコストを必要としていた。
【０００９】また、図８から分るように、主電極４ａ・
４ｂは狭い放電空間を介して長区間対向しており、この
長区間に均一な放電を生起することが安定で良好なレー
ザ励起の条件である。この均一性の確保のために、放電
空間を均一に弱く電離して放電を助ける予備電離が必須
であり、放電励起ガスレーザ装置の構造を複雑にしてい
る。しかも、放電後、空間に残留するイオン量が均一で
ないと、次の放電が極在化して出力が低下する。それを
防止するために送風ファン８の設置がどうしても必要で
あった。しかし、ファン８を配置するためには放電管を
大きくしなければならず、しかも機械部品を導入するた
め、故障確率が高くなる欠点があった。
４ｂは狭い放電空間を介して長区間対向しており、この
長区間に均一な放電を生起することが安定で良好なレー
ザ励起の条件である。この均一性の確保のために、放電
空間を均一に弱く電離して放電を助ける予備電離が必須
であり、放電励起ガスレーザ装置の構造を複雑にしてい
る。しかも、放電後、空間に残留するイオン量が均一で
ないと、次の放電が極在化して出力が低下する。それを
防止するために送風ファン８の設置がどうしても必要で
あった。しかし、ファン８を配置するためには放電管を
大きくしなければならず、しかも機械部品を導入するた
め、故障確率が高くなる欠点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点を解消
するためになされたものであり、筒状放電管に発振媒体
ガスを封入し、その放電管の中間部に位置する副電極に
副パルス状電圧を印加してコロナ放電を生起させ、この
コロナ放電をトリガーとして前記筒状放電管の両端にあ
る主電極間に主放電を発生させ、この主放電と同方向に
レーザ光を発振放射させる同軸ガスレーザ励起方法を基
本構成としている。
するためになされたものであり、筒状放電管に発振媒体
ガスを封入し、その放電管の中間部に位置する副電極に
副パルス状電圧を印加してコロナ放電を生起させ、この
コロナ放電をトリガーとして前記筒状放電管の両端にあ
る主電極間に主放電を発生させ、この主放電と同方向に
レーザ光を発振放射させる同軸ガスレーザ励起方法を基
本構成としている。
【００１１】また、主電極間に印加される主パルス状電
圧に対し、副電極と一方の主電極間に印加される副パル
ス状電圧が逆極性となり、放電空間の電界強度を強める
励起方法を採用する。
圧に対し、副電極と一方の主電極間に印加される副パル
ス状電圧が逆極性となり、放電空間の電界強度を強める
励起方法を採用する。
【００１２】更に、発振媒体ガスを封入した筒状放電管
と、この放電管の軸方向両端に対向配置された主電極
と、この放電管の中間部に配置された副電極と、前記主
電極間に主パルス状電圧を印加する主電圧源と、前記副
電極と一方の主電極管に副パルス状電圧を印加する副電
圧源とから構成され、副パルス状電圧により生起するコ
ロナ放電をトリガーとして主電極間に主放電を発生さ
せ、この主放電と同方向にレーザ光を発振放射させる同
軸ガスレーザ装置を提供する。
と、この放電管の軸方向両端に対向配置された主電極
と、この放電管の中間部に配置された副電極と、前記主
電極間に主パルス状電圧を印加する主電圧源と、前記副
電極と一方の主電極管に副パルス状電圧を印加する副電
圧源とから構成され、副パルス状電圧により生起するコ
ロナ放電をトリガーとして主電極間に主放電を発生さ
せ、この主放電と同方向にレーザ光を発振放射させる同
軸ガスレーザ装置を提供する。
【００１３】この基本装置を更に限定した下記の装置群
を提案する。前記主パルス状電圧と副パルス状電圧とが
逆極性で印加され、放電空間の電界強度を強める構成と
した同軸ガスレーザ装置を提案する。また、筒状放電管
を２分割し、副電極を中間部に介装して両放電管を連結
して一体化した同軸ガスレーザ装置を提案する。更に、
前記副電極の両端部に絶縁体を配置し、主電極から絶縁
体まで筒状放電管を導体により被覆した同軸ガスレーザ
装置を提案する。加えて、発振媒体ガスを筒状放電管内
に密封するか又は外部にフローさせる同軸ガスレーザ装
置を提案する。
を提案する。前記主パルス状電圧と副パルス状電圧とが
逆極性で印加され、放電空間の電界強度を強める構成と
した同軸ガスレーザ装置を提案する。また、筒状放電管
を２分割し、副電極を中間部に介装して両放電管を連結
して一体化した同軸ガスレーザ装置を提案する。更に、
前記副電極の両端部に絶縁体を配置し、主電極から絶縁
体まで筒状放電管を導体により被覆した同軸ガスレーザ
装置を提案する。加えて、発振媒体ガスを筒状放電管内
に密封するか又は外部にフローさせる同軸ガスレーザ装
置を提案する。
【００１４】
【発明の実施の形態】従来のガスレーザ励起方法の有す
る欠点が横方向励起方式によることから、本発明者はこ
れら欠点を全面的に解消するため同軸励起方法を想到す
るに到った。これは放電方向とレーザ光放射方向とを同
方向とするもので、筒状放電管の軸方向両端に主電極を
対向配置し、放電管の軸方向長さが放電長となる。
る欠点が横方向励起方式によることから、本発明者はこ
れら欠点を全面的に解消するため同軸励起方法を想到す
るに到った。これは放電方向とレーザ光放射方向とを同
方向とするもので、筒状放電管の軸方向両端に主電極を
対向配置し、放電管の軸方向長さが放電長となる。
【００１５】本発明では高電圧スイッチを使用せず、放
電管自体をスイッチとして作動させるために、放電励起
型のガスレーザ装置の長寿命化を達成でき、同時に低コ
スト化も実現できる。同軸励起方式を採用しているため
放電長が長く、その放電空間における予備電離の一様性
はほとんど問題にならない。仮に予備電離が不均一であ
ったとしても、放電が始まれば全て一本の放電路内に存
在し、電子なだれ機構およびストリーマ機構により一本
の放電中に吸収されてしまうからである。
電管自体をスイッチとして作動させるために、放電励起
型のガスレーザ装置の長寿命化を達成でき、同時に低コ
スト化も実現できる。同軸励起方式を採用しているため
放電長が長く、その放電空間における予備電離の一様性
はほとんど問題にならない。仮に予備電離が不均一であ
ったとしても、放電が始まれば全て一本の放電路内に存
在し、電子なだれ機構およびストリーマ機構により一本
の放電中に吸収されてしまうからである。
【００１６】また、放電空間に残留イオンが残っていて
も、同軸放電の場合にはほとんど影響を与えない。これ
は、上述した予備電離の不均一性が影響を与えないのと
全く同様に、放電が始まれば一本の放電中に不均一残留
イオンが全て吸収されてしまうからである。更に、放電
長が長いから放電の形成遅れ時間が大きく、立上りの早
い電圧パルスを用いる必要もなくなる。立上りの遅い電
圧パルスでも放電の形成遅れ時間に間に合えばよいから
である。この理由からも高電圧スイッチが不要となる。
も、同軸放電の場合にはほとんど影響を与えない。これ
は、上述した予備電離の不均一性が影響を与えないのと
全く同様に、放電が始まれば一本の放電中に不均一残留
イオンが全て吸収されてしまうからである。更に、放電
長が長いから放電の形成遅れ時間が大きく、立上りの早
い電圧パルスを用いる必要もなくなる。立上りの遅い電
圧パルスでも放電の形成遅れ時間に間に合えばよいから
である。この理由からも高電圧スイッチが不要となる。
【００１７】本発明では、筒状放電管の両端に対向配置
されている主電極間に主パルス状電圧を印加する。この
主パルス状電圧の値は封入されている所定圧力の発振媒
体ガスを単独に放電できる電圧値より小さく設定されて
いる。この状態で、中間部に配置されている副電極に副
パルス状電圧を印加して、副電極近傍にコロナ放電を発
生させる。このコロナ放電がトリガーとなって主電極間
に主放電が生起され、レーザ発振が起る。即ち、副電極
の電圧を制御して放電管自体、換言すれば放電空間をス
イッチとして動作できる。
されている主電極間に主パルス状電圧を印加する。この
主パルス状電圧の値は封入されている所定圧力の発振媒
体ガスを単独に放電できる電圧値より小さく設定されて
いる。この状態で、中間部に配置されている副電極に副
パルス状電圧を印加して、副電極近傍にコロナ放電を発
生させる。このコロナ放電がトリガーとなって主電極間
に主放電が生起され、レーザ発振が起る。即ち、副電極
の電圧を制御して放電管自体、換言すれば放電空間をス
イッチとして動作できる。
【００１８】主パルス状電圧に対し、副電極と一方の主
電極間に印加される副パルス状電圧を逆極性にすると、
放電管内の電界強度が高まる結果コロナ放電を容易に発
生できる。また、筒状放電管の中間部に２つの副電極を
絶縁して配置し、これらの副電極間に印加される副パル
ス状電圧を主パルス状電圧に対し同極性にすれば、同様
に放電管内の電界強度を高めることができ、コロナ放電
をトリガーにして主放電を生起することもできる。
電極間に印加される副パルス状電圧を逆極性にすると、
放電管内の電界強度が高まる結果コロナ放電を容易に発
生できる。また、筒状放電管の中間部に２つの副電極を
絶縁して配置し、これらの副電極間に印加される副パル
ス状電圧を主パルス状電圧に対し同極性にすれば、同様
に放電管内の電界強度を高めることができ、コロナ放電
をトリガーにして主放電を生起することもできる。
【００１９】
【実施例】図１は本発明に係る同軸ガスレーザ装置の第
１実施例の概略断面図である。筒状放電管１０の両端に
は主電極１２ａ・１２ｂが対向配置され、またその一端
には反射鏡１４および他端には出力鏡１６が設けられて
いる。筒状放電管１０の内部には発振媒体ガス１８が密
封されており、用途に応じてガスを変更すればよい。２
０はリング状の副電極、２２は主電圧源、２４は副電圧
源で共に主電極１２ｂを接地しており、Ｃは放電用キャ
パシターである。副電極２０の位置は、主電極１２ａか
らの長さが主電極１２ｂからの長さの２倍になる位置が
合理的である。
１実施例の概略断面図である。筒状放電管１０の両端に
は主電極１２ａ・１２ｂが対向配置され、またその一端
には反射鏡１４および他端には出力鏡１６が設けられて
いる。筒状放電管１０の内部には発振媒体ガス１８が密
封されており、用途に応じてガスを変更すればよい。２
０はリング状の副電極、２２は主電圧源、２４は副電圧
源で共に主電極１２ｂを接地しており、Ｃは放電用キャ
パシターである。副電極２０の位置は、主電極１２ａか
らの長さが主電極１２ｂからの長さの２倍になる位置が
合理的である。
【００２０】試作品で説明すると、放電管１０はガラス
やセラミック等の絶縁材料で形成され、厚さ１〜２ｍ
ｍ、軸長３０ｃｍまたは６０ｃｍ、外直径１２〜１３ｍ
ｍである。反射鏡１４は反射率９５％の共振器となり、
出力鏡１６は長さ３０ｃｍ放電管に対して焦点距離１０
ｍ、長さ６０ｃｍ放電管に対して焦点距離１５ｍに設定
されている。又、発振媒体ガス１８はＨｅとＮ2 とＣＯ
2 が３：１：１の混合ガスであり、現在の出力は４０ミ
リジュール、パルス周波数約１００ＨＺである。これら
の材料、数値等は目的、用途に応じて種々に設計変更で
きる。
やセラミック等の絶縁材料で形成され、厚さ１〜２ｍ
ｍ、軸長３０ｃｍまたは６０ｃｍ、外直径１２〜１３ｍ
ｍである。反射鏡１４は反射率９５％の共振器となり、
出力鏡１６は長さ３０ｃｍ放電管に対して焦点距離１０
ｍ、長さ６０ｃｍ放電管に対して焦点距離１５ｍに設定
されている。又、発振媒体ガス１８はＨｅとＮ2 とＣＯ
2 が３：１：１の混合ガスであり、現在の出力は４０ミ
リジュール、パルス周波数約１００ＨＺである。これら
の材料、数値等は目的、用途に応じて種々に設計変更で
きる。
【００２１】図２は同軸ガスレーザ装置の駆動回路の一
例を示すものである。主電圧源２２は６００Ｖの直流高
圧電源ＨＰ、抵抗Ｒ、コンデンサＣ1 、サイリスタＳＣ
Ｒ、トランスＴおよびダイオードＤ1 からなり、副電圧
源２４はダイオードＤ2 、放電ギャップＧおよびコンデ
ンサＣ2 から構成されている。
例を示すものである。主電圧源２２は６００Ｖの直流高
圧電源ＨＰ、抵抗Ｒ、コンデンサＣ1 、サイリスタＳＣ
Ｒ、トランスＴおよびダイオードＤ1 からなり、副電圧
源２４はダイオードＤ2 、放電ギャップＧおよびコンデ
ンサＣ2 から構成されている。
【００２２】次に上記回路の作動について説明する。直
流高圧電源ＨＰから抵抗Ｒを介してコンデンサＣ1 に電
流が流れ、その時定数に従ってコンデンサＣ1 が充電さ
れる。サイリスタＳＣＲのゲート電流が流れると、サイ
リスタＳＣＲは導通状態となり、コンデンサＣ1 がトラ
ンスＴのコイルを介して放電を始める。トランスＴによ
り点Ｐの電位が−３０ＫＶに達し、ダイオードＤ1 を介
して放電用キャパシタＣが充電される。その結果、主電
極１２ａが−３０ＫＶになる。
流高圧電源ＨＰから抵抗Ｒを介してコンデンサＣ1 に電
流が流れ、その時定数に従ってコンデンサＣ1 が充電さ
れる。サイリスタＳＣＲのゲート電流が流れると、サイ
リスタＳＣＲは導通状態となり、コンデンサＣ1 がトラ
ンスＴのコイルを介して放電を始める。トランスＴによ
り点Ｐの電位が−３０ＫＶに達し、ダイオードＤ1 を介
して放電用キャパシタＣが充電される。その結果、主電
極１２ａが−３０ＫＶになる。
【００２３】ダイオードＤ1 を流れる電流の一部はダイ
オードＤ2 を介してコンデンサＣ2に流入し、点Ｑの電
位は３０ＫＶにまで上昇する。この瞬間、放電ギャップ
Ｇが放電することにより副電極２０が導通し、副電極２
０の電位が３０ＫＶになる。
オードＤ2 を介してコンデンサＣ2に流入し、点Ｑの電
位は３０ＫＶにまで上昇する。この瞬間、放電ギャップ
Ｇが放電することにより副電極２０が導通し、副電極２
０の電位が３０ＫＶになる。
【００２４】放電管１０の電位状態を電位図である図３
を用いて説明する。原点は主電極１２ｂ、ｙ1 は副電極
２０およびｙ2 は主電極１２ａの位置を示している。主
電極１２ｂに対し主電極１２ａの電位は負（−３０Ｋ
Ｖ）であり、他方主電極１２ｂに対し副電極２０の電位
は正（＋３０ＫＶ）になっており、主電極間に対し副電
極と主電極間の極性が逆になっている。従って、点線で
示す電位傾度、即ち電界強度よりも、副電極２０を配置
することによる電界強度は図示の如くかなり強くなる。
を用いて説明する。原点は主電極１２ｂ、ｙ1 は副電極
２０およびｙ2 は主電極１２ａの位置を示している。主
電極１２ｂに対し主電極１２ａの電位は負（−３０Ｋ
Ｖ）であり、他方主電極１２ｂに対し副電極２０の電位
は正（＋３０ＫＶ）になっており、主電極間に対し副電
極と主電極間の極性が逆になっている。従って、点線で
示す電位傾度、即ち電界強度よりも、副電極２０を配置
することによる電界強度は図示の如くかなり強くなる。
【００２５】副電極２０に副パルス状電圧が印加される
と、副電極近傍の発振媒体ガスがコロナ放電を始め、正
イオンは主電極１２ａ・１２ｂに向って走り出し、次々
と媒体ガスをイオン化して電子なだれ現象が生起する。
又、再結合時に発する紫外線によるストリーマ機構によ
ってもイオン化が加速し、主電極間に一気に主放電が発
生する。この主放電により出力鏡１６から主放電方向と
同じ軸方向にレーザ光が励起放射される。そして、放電
後サイリスタＳＣＲは遮断されるが、再び充電が開始さ
れ、この繰り返しによりレーザ光が安定して定常的に放
射され続ける。
と、副電極近傍の発振媒体ガスがコロナ放電を始め、正
イオンは主電極１２ａ・１２ｂに向って走り出し、次々
と媒体ガスをイオン化して電子なだれ現象が生起する。
又、再結合時に発する紫外線によるストリーマ機構によ
ってもイオン化が加速し、主電極間に一気に主放電が発
生する。この主放電により出力鏡１６から主放電方向と
同じ軸方向にレーザ光が励起放射される。そして、放電
後サイリスタＳＣＲは遮断されるが、再び充電が開始さ
れ、この繰り返しによりレーザ光が安定して定常的に放
射され続ける。
【００２６】図４は第２実施例の概略断面図である。発
振媒体ガスをフロー式にしたもので、主電極１２ａ上に
ガス流入口２８ａおよび主電極１２ｂ上にガス流出口２
８ｂを設けて、ガスを矢印方向に流動させる方式であ
る。本発明の同軸構造では残留イオンの影響はほとんど
ないが、本実施例のようにガスをフローさせることによ
って、放電管内に発生する不純物の問題を完全に解消し
たものである。
振媒体ガスをフロー式にしたもので、主電極１２ａ上に
ガス流入口２８ａおよび主電極１２ｂ上にガス流出口２
８ｂを設けて、ガスを矢印方向に流動させる方式であ
る。本発明の同軸構造では残留イオンの影響はほとんど
ないが、本実施例のようにガスをフローさせることによ
って、放電管内に発生する不純物の問題を完全に解消し
たものである。
【００２７】図５は第３実施例の概略断面図である。本
実施例では筒状放電管１０を２分割し、放電管１０ａ・
１０ｂとしている。この間に副電極２０を介装して両放
電管１０ａ・１０ｂを一体化したものである。副電極２
０が直接発振媒体ガスに露出しているので、コロナ放電
を生起しやすい。
実施例では筒状放電管１０を２分割し、放電管１０ａ・
１０ｂとしている。この間に副電極２０を介装して両放
電管１０ａ・１０ｂを一体化したものである。副電極２
０が直接発振媒体ガスに露出しているので、コロナ放電
を生起しやすい。
【００２８】図６は第４実施例の概略断面図である。本
実施例では、筒状放電管１０の周りに副電極２０を巻装
し、その両端に絶縁体３０ａ・３０ｂを配置する。主電
極１２ａ・１２ｂに導通した状態から絶縁体３０ａ・３
０ｂまで導体３２ａ・３２ｂを被覆する。導体３２ａ・
３２ｂを被覆しておくと、放電管内面でコロナ放電が発
生し、副電極２０によるコロナ放電と相乗して、主放電
を安定して生起できる。又、回路のインダクタンスが減
少するので、放電用キャパシタ２６のエネルギーを効率
的にレーザ光に変更できる。
実施例では、筒状放電管１０の周りに副電極２０を巻装
し、その両端に絶縁体３０ａ・３０ｂを配置する。主電
極１２ａ・１２ｂに導通した状態から絶縁体３０ａ・３
０ｂまで導体３２ａ・３２ｂを被覆する。導体３２ａ・
３２ｂを被覆しておくと、放電管内面でコロナ放電が発
生し、副電極２０によるコロナ放電と相乗して、主放電
を安定して生起できる。又、回路のインダクタンスが減
少するので、放電用キャパシタ２６のエネルギーを効率
的にレーザ光に変更できる。
【００２９】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種
々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含する
ものである。
なく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種
々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含する
ものである。
【００３０】
【発明の効果】本発明により放電回路のスイッチが不要
となり、スイッチ素子の寿命で制限を受けることなくレ
ーザを作動させることができる。又、従来装置で比較的
大きな容積を占めていたサイラトロン等のスイッチとそ
の付属回路が不要となるため、装置の大幅な小型化と低
価格化が実現できる。
となり、スイッチ素子の寿命で制限を受けることなくレ
ーザを作動させることができる。又、従来装置で比較的
大きな容積を占めていたサイラトロン等のスイッチとそ
の付属回路が不要となるため、装置の大幅な小型化と低
価格化が実現できる。
【００３１】又、本発明では同軸方式を採用したため、
放電管の軸方向位置における残留イオンの不均一や放電
のムラ等が無視でき、発振媒体ガスの循環用ファンも不
要となる。更に、放電長が長いために、放電の形成遅れ
時間も大きく、立上りの早い電圧パルスを用いる必要も
ない。加えて、放電管の構造が従来に比べて大幅に簡素
化されるため、ガスを封じきって使用する密封式の場合
には、高い気密性が得られ、長寿命の作動を実現でき
る。
放電管の軸方向位置における残留イオンの不均一や放電
のムラ等が無視でき、発振媒体ガスの循環用ファンも不
要となる。更に、放電長が長いために、放電の形成遅れ
時間も大きく、立上りの早い電圧パルスを用いる必要も
ない。加えて、放電管の構造が従来に比べて大幅に簡素
化されるため、ガスを封じきって使用する密封式の場合
には、高い気密性が得られ、長寿命の作動を実現でき
る。
【００３２】このように、放電管の構造が簡単になるこ
とにより、共振器の安定性が増し、使用する部品数が大
幅に減少し、封じきりが容易になることで作動寿命が延
びる等、産業応用の面でも実用的なレーザ装置が実現で
きる。
とにより、共振器の安定性が増し、使用する部品数が大
幅に減少し、封じきりが容易になることで作動寿命が延
びる等、産業応用の面でも実用的なレーザ装置が実現で
きる。
【図１】本発明に係る同軸ガスレーザ装置の第１実施例
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図２】同軸ガスレーザ装置の第１実施例の駆動回路で
ある。
ある。
【図３】第１実施例の放電管の電位図である。
【図４】第２実施例の概略断面図である。
【図５】第３実施例の概略断面図である。
【図６】第４実施例の概略断面図である。
【図７】従来例である横方向励起の回路構成図である。
【図８】従来例である放電管内部の簡略斜視図である。
１０・１０ａ・１０ｂ…筒状放電管、１２ａ・１２ｂ…
主電極、１４…反射鏡、１６…出力鏡、１８…発振媒体
ガス、２０…副電極、２２…主電圧源、２４…副電圧
源、２６…放電用キャパシター、２８ａ…ガス流入口、
２８ｂ…ガス流出口、３０ａ・３０ｂ…絶縁体、３２ａ
・３２ｂ…導体、ＨＰ…直流高圧電源、Ｒ…抵抗、ＳＣ
Ｒ…サイリスタ、Ｃ1 ・Ｃ2 …コンデンサ、Ｔ…トラン
ス、Ｄ1 ・Ｄ2 …ダイオード、Ｇ…ギャップ、Ｃ…放電
用キャパシタ。
主電極、１４…反射鏡、１６…出力鏡、１８…発振媒体
ガス、２０…副電極、２２…主電圧源、２４…副電圧
源、２６…放電用キャパシター、２８ａ…ガス流入口、
２８ｂ…ガス流出口、３０ａ・３０ｂ…絶縁体、３２ａ
・３２ｂ…導体、ＨＰ…直流高圧電源、Ｒ…抵抗、ＳＣ
Ｒ…サイリスタ、Ｃ1 ・Ｃ2 …コンデンサ、Ｔ…トラン
ス、Ｄ1 ・Ｄ2 …ダイオード、Ｇ…ギャップ、Ｃ…放電
用キャパシタ。
Claims (8)
- 【請求項１】 筒状放電管に発振媒体ガスを封入し、そ
の放電管の中間部に位置する副電極に副パルス状電圧を
印加してコロナ放電を生起させ、このコロナ放電をトリ
ガーとして前記筒状放電管の両端にある主電極間に主放
電を発生させ、この主放電と同方向にレーザ光を発振放
射させる同軸ガスレーザ励起方法。 - 【請求項２】 主電極間に印加される主パルス状電圧に
対し、副電極と一方の主電極間に印加される副パルス状
電圧が逆極性となり、放電空間の電界強度を強めた請求
項１に記載の同軸ガスレーザ励起方法。 - 【請求項３】 発振媒体ガスを封入した筒状放電管と、
この放電管の軸方向両端に対向配置された主電極と、こ
の放電管の中間部に配置された副電極と、前記主電極間
に主パルス状電圧を印加する主電圧源と、前記副電極と
一方の主電極間に副パルス状電圧を印加する副電圧源と
から構成され、副パルス状電圧により生起するコロナ放
電をトリガーとして主電極間に主放電を発生させ、この
主放電と同方向にレーザ光を発振放射させる同軸ガスレ
ーザ装置。 - 【請求項４】 前記主パルス状電圧と副パルス状電圧と
が逆極性で印加され、放電空間の電界強度を強める構成
とした請求項３に記載の同軸ガスレーザ装置。 - 【請求項５】 筒状放電管を２分割し、副電極を中間部
に介装して両放電管を連結一体化した請求項３又は請求
項４に記載の同軸ガスレーザ装置。 - 【請求項６】 前記副電極の両端部に絶縁体を配置し、
主電極から絶縁体まで筒状放電管を導体により被覆した
請求項３、請求項４又は請求項５に記載の同軸ガスレー
ザ装置。 - 【請求項７】 発振媒体ガスを筒状放電管内に密封した
請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載の同
軸ガスレーザ装置。 - 【請求項８】 発振媒体ガスを筒状放電管から外部にフ
ローさせる請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６
に記載の同軸ガスレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10696597A JP3757025B2 (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 同軸ガスレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10696597A JP3757025B2 (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 同軸ガスレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10303487A true JPH10303487A (ja) | 1998-11-13 |
| JP3757025B2 JP3757025B2 (ja) | 2006-03-22 |
Family
ID=14447040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10696597A Expired - Fee Related JP3757025B2 (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 同軸ガスレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3757025B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006156812A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Takahisa Jitsuno | 軸方向励起超短パルスガスレーザー装置 |
| JP2017216463A (ja) * | 2017-07-10 | 2017-12-07 | 精電舎電子工業株式会社 | 炭酸ガスレーザ装置 |
| WO2023188645A1 (ja) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 精電舎電子工業株式会社 | パルスガスレーザ装置 |
-
1997
- 1997-04-24 JP JP10696597A patent/JP3757025B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006156812A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Takahisa Jitsuno | 軸方向励起超短パルスガスレーザー装置 |
| JP2017216463A (ja) * | 2017-07-10 | 2017-12-07 | 精電舎電子工業株式会社 | 炭酸ガスレーザ装置 |
| WO2023188645A1 (ja) * | 2022-03-28 | 2023-10-05 | 精電舎電子工業株式会社 | パルスガスレーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3757025B2 (ja) | 2006-03-22 |
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