JPS5986278A

JPS5986278A - 高速軸流形ガスレ−ザ装置

Info

Publication number: JPS5986278A
Application number: JP57195912A
Authority: JP
Inventors: Hiroharu Sasaki; 弘治佐々木; Hiroyuki Sugawara; 宏之菅原; Koji Kuwabara; 桑原　皓二; Toshiji Shirokura; 白倉　利治; Yukio Kawakubo; 川久保　幸雄; Sei Takemori; 竹森　聖
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-11-10
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1984-05-18
Also published as: DE3379309D1; EP0109025B1; EP0109025A3; EP0109025A2; US4602372A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、高速軸流形ガスレーザ装置に係り、特に、レ
ーザ出力の安定性が良く、集束性の艮いレーザ光を放射
するカスレーザ装置に好適な装置構成に関する。

〔従来技術〕

従来例の平面図を第１図に示し、そのＩＩ−ＩＩ矢視図
を第２図に示す。４本の放電管１ａ、ｌｂ。

２ａ、２ｂは一方側の放電管１ａ、２ａと他方側の放電
管１ｂ、２ｂとに２列に並べられ、それぞれの放電管は
、管内部の両端に設けたｔ極に高電圧が印加され、４本
並列に放電する。放′亀管内には、ＣＯ，Ｌ／−ザの場
合、数１０ＴＯｒｒのＣ０２゜Ｎｔ　＊　Ｈｅの混曾ガ
スが充填され、放電により、ＣＯ，カスが励起される。

放電管２ａ、２ｂ側の一端には、全反射鏡３と出力鏡５
とが、また、放電管１ａ、ｌｂの他端には、全反射鏡３
および出力鏡５とに対応する折り返し反射鏡（以下反射
鏡と略す。）４ａ、４ｂをもつ共通嘗９が数句けられる
。レーザ光は反射鏡４ａ、４ｂで９０度方向転換し、全
反射鏡３および出力鏡５間を往復する。

放電により励起されたＣ０２ガスは、このレーザ光に訪
導されて光を出し、レーザ光を増幅する。

出力鏡５はレーザ光を一部透過し、一部反射する鏡であ
り、透過した光がレーザ出力光６として、レーザ加工等
に利用される。放′亀管内で放電により温度上昇したカ
ス１５　ａ、　　１５　ｂ、　　１６　ａ。

１６ｂは、臣いに対応する第１遠心形プロア（以下ブロ
アと略す。）８ａお＝ひ第２ブロア８ｂで循環され、縦
パイプ１０ａ、Ｊｏｂ、１１３゜１１ｂを僧って、第１
訃よび第２熱父換器７　ａ　＋７ｂで冷却される。第１
ブロア１３ａより吐出されたカスは矢印１８ａのように
、プロアのほぼ円周方向に沿って流出し、絶縁筒１２ｂ
を通り、その後、二つのガス１４ａ、１４ｂに別れて放
電管ｌｂ、２ｂに送り込まれる。一方、第２プロア８ｂ
より吐出されたガスは、矢印１８ｂのように、絶縁筒１
２ａｆ：通り、ガス１３ａ、１３ｂに分れて放電管１ａ
、２ａに送り込まれる。各放電管ｌａ、ｌｂ、２ａ、２
ｂに流入したガスは、放電により　？Ｍ度上昇し、ガス
流１５ａ、１５ｂ、１６ａ。

１６ｂとなって循環する。第３図に、従来のプロアを示
す。ブロア本体８の内部には高周波モータ２０と連結さ
れた羽根車があり、この羽根車が高周波モータ２０によ
り高速回転されることで、レーザカス吸込口２５より入
ったレーザガス２３は、羽根車の遠心力によって圧縮、
昇圧されレーザカス吐出口２６よりレーザガス１８とな
って循環する。本例では、装置４全体の対称性を考慮し
、２台のブロアと４本の放電管を組合わせ、レーザ装置
を小形化したものである。装置全体の対称性とは、レー
ザ装置の中央を中心として、レーザカス流路系、お上び
放電管配置が点対称性、まだは、前後および左右におい
て対称であることを意味しており、本従来例は第１図お
よび第２図から明らかな様にガス流路系、放電管配置が
前後、左右系対称となっている。レーザ装置を点対称又
は前後、左右対称とするのは、レーザ出力の安定性を高
めるためである。レーザ光は、光共振器を構成する１対
の出力鏡および全反射間を往復反射する間に増幅され、
１部が出力鏡より取り出され、この向かい合った出力鏡
と全反射の中心軸、つまり、光軸が完全に一致しなけれ
ば最大レーザ出力は得られず質の良いレーザビーム（集
束性の良いレーザビーム）が得られない。出力鏡、全反
射鏡、あるいはレーザ光路中にある反射鏡がなんらかの
要因で数十μｒａｄｌ）、Ｊき、光軸がずれた場合には
、そのレーザ出力は、数十％低下する。当然のように、
数ｍｒａｄも傾いた場合には、レーザ光は発少を停止し
てしまう。この様にレーザ出力の安定性を良くするだめ
の重要な要因の１つに光共振器の光軸ずれをとの様な環
境下でも最少にすることがある。

放電管１　ａ、１　ｂ、２ａ、２ｂで放電により温度上
置したガス１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは、１５０
Ｃ〜２００Ｃ程度となり、縦パイプ１０ａ。

ｉｏｂ、１１　ａ、ｌｌｂに入る。縦パイプｔＯａ。

１０ｂ、ｌｌａ、ｌｌｂは温度上昇し熱膨張するため、
光共振器を構成する全反射鏡３９反射鏡４ａ、４ｂ、出
力鏡５の位置も移動する。しかし、縦パイプ位置が対称
になっているため、縦？くイブ１０ａ、１０ｂ、ｌｌａ
、ｌｌｂの熱膨張酔は同じとなり、光共振器の光軸はず
れることなく平行移動するだけで済む。この様に、装置
全レーザ装置の中心位置より点対称又は、前後、左右対
称にすることで装置の温度分布も対称となることから、
安定なレーザ出力が得られる。又、レーザ装置内部は数
十’ｌ’ｏｒｒの真空状態であるだめ、大気中からの圧
力分布も考慮して、レーザ装置全設計しなければ大気圧
の影響により光共振器の光軸は、装ぽ組立時と運転時と
でずれてしまう。そのためにも、レーザ装置全対称にす
ることが重要である。

この様に本例は、光共振器の光軸ずれ全防止し、安定な
レーザ出力を得るために、２台のブロアを用いてレーザ
装置を前後、左右対称な構造としたものであるが、レー
ザ出力が０．５〜１．０ｋＷと低゛出力の高速軸流形ガ
スレーザ装置では、そのレーザガス流量は少量で良いた
め、プロ１１台で十分である。そのため、本来縦構造に
よる低出力高速軸流形レーザ装置は直交流形レーザ装置
等と比べて太さな容積を必要とする。又、ブロアを２台
用いるため、ガス流系路が複雑となる欠点があった。

高速軸流形レーザ装置Ｍ、を小形で簡単な構造にするに
ｔよ、ブロアを１台にすることが必要であり、第４図、
第５図にｔま、ブロアを１酔として小形で簡単な構成に
した例である。第４図は平面図であり、第５図は第４図
の■−■矢視図である。４本の放を管１ａ、ｌｂ、ｌｃ
、ｌｄは、並列に並べられ、各放電管で温度上昇したレ
ーザガス流２２ａ。

２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、放電管下流側で一緒になり
縦パイプ１１を通り、熱交換器７で冷却された後、ガス
流２３としてブロア８に入る。ブロア８で圧縮昇圧され
たガス流１８は、カス流路１９を通り、ガス流２４とな
り、絶縁管１２苓：通過する。絶縁管１２を出たカス流
は、各放電管にガス流２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ
となって流入し、循環する・。光共振器は、出力鏡５．
全反射鏡３および反射鏡’　ａ＋　”　＋　４　ｃ　＊
　４　ｄ　Ｉ４ｅ、４ｆから成る。レーザ光は出力鏡５
と全反射鏡３の間を、各反射鏡４ａ〜４ｆを経て、往後
反射するうちに増幅され、その一部が出力鏡５よシレー
ザ光６として外部に取シ出される。この様な構造では、
たしかに、プロア１台と熱交換器１台をレーザ装置端部
に設けることで簡単で小形の高速軸流形ガスレーザ装置
を提供することができる。しかし、以下のような欠点が
ある。

（１）放電管を多数本並列に並べると反射鏡（４ａ〜４
ｆ）の枚数が増え経済的に不利であると共に、反射鏡で
の損失が増す。一般に、反射鏡の反射率は、９６〜９８
％であり、残りの２〜４％とは熱又社散乱光として損失
する。つまり。

反射鏡枚数を増すと損失が増えるため、レーザガス励起
領域（放電部分）、光共振器長が同じで、反射鏡枚数の
少ないレーザ装置と比較して、同じレーザ出力を得る場
合には、大きな放電入力を必要とするため効率の悪いレ
ーザ装置となる。

（２）（１）の欠点を解消するため、レーザガス励起領
域（放電部分）を長クシ、放電管本数を減らそうとした
場合には、放電々圧が高くなシ、又、放電長と放電管径
の関係には、放電管径が放電長の１／１０程度の場合が
放電入力を最とも入力させることができ、安定な放電状
態を得られることが発明者等によシ確められており、放
電長が放電管径の１０倍より長い場合には、放電が不安
定となり、安定したレーザ出力は得られない。

（３）放電管の一端に歯′ｉｔ圧が印加されて訃シ、絶
縁パイプ１２によって大地電位と絶縁されているが、反
射鏡４ａ、４ｂ、４ｅ、４ｆには、高電圧が印加される
。一般に、レーザ装置では、レーザ光を発振させながら
、全反射鏡、出力鏡。

反射鏡を微動し光軸を調整して最適レーザ発橡状態にす
るが、この従来例では、反射鏡４ａ。

４ｂ、４ｅ、４ｆに高電圧が印加されているため、レー
ザ発娠中の光軸調整が出来ない。つまり、光共振器を最
適状態に出来ない恐れがある。

（４）ブロアがレーザ装置の端部にあり、装置全体が対
称になっていないため、光共振器の一端３゜４ｄ、４ｃ
側と他端４ａ、４ｂ、４ｅ、４ｆ側とが熱的に不平衡状
態になる。つまり、放電によって温度上昇したカス流２
２８〜２２ｄによって、光共振器の一端３，４ｄ、４Ｃ
，５側。

および縦パイプ１１の温度は高くなるが、光共振器の他
端４ａ、４ｂ、４ｅ、４ｆ、及び絶縁パイプ１２は、冷
却されたガス流が通るため温度が低い。この様に、光共
振器の両端に熱不平衡状態が生じると、光共振器の光軸
がずれ、安定したレーザ出力が得られない。この原因は
、レーザ装置が装置中央から見て対称でないためである
。

〔発明の目的〕

となく、小形で安定なレーザ出力を発生させ得る高速軸
流形ガスレーザ装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の要点は１台の遠心形プロアにおいて、レーザガ
ス吐出口を、複数個所設けても、遠心形ブロア１台当り
の、流量及び昇圧特性になんらの影響もないことに着目
し、複数個所のレーザガス吐出口を持つ１台の遠心形ブ
ロアをレーザ装置中央部に配設したことにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第６図ないし第９図によシ説
明する。第６図は本発明の平面図であり、第７図は第６
図のＶｌ＋−■矢視図、第８図は、第７図のＩＩＸ　−
１１Ｘ矢視図である。第９図は本実施のプロアの概略図
である。放電管１ａ、１ｂ、ｌｃ。

２ａ、　２ｂ、２ｃはＮ字状に配置され、それぞれの放
電管の中心軸を結んだ交点に反射鏡４ａ。

４ｂｆ：、放電管１ａ、２ａの放電管軸を結んだ他端に
全反射鏡３を、放電管１ｃ、２ｃの放電管軸を結んだ他
端に出力鏡５が配設され光共振器を構成している。レー
ザ装置内部には、数１０ＴｏｒｒのＣＯ，、Ｎ、、ｌ−
１ｅ等の混合されたレーザガス媒質があり、各放電管の
両端に、装置中央側を高電圧、装置両端側を大地電位と
する電圧を印加し、放電させることで、レーザガス媒質
は励起され、光共振器内部にはレーザ光が発生する。発
生したレーザ光は、光共振器内部を往復反射するうちに
増幅され、その一部が出力鏡５より外部に取り出され、
レーザ光６となる。放電管内部で放電によ、９１５０Ｃ
〜２００Ｃ前後に温度上昇したレーザガス３３ａ、３３
ｂ、３４ａ、３４ｂのうち、３３ａと３４８は下流側ガ
ス容器３１ａ内で一緒となり、その下部に設けだ熱交換
器７ａに穴部２８ａｆｆｉ通って入る。一方、３３ｂと
３４ｂは、他端子流側ガス容器３１ｂ内で一緒となり、
その下部に設けた熱交換器７ｂに穴部２８ｂを通って入
る。各熱交換器７ａ、７ｂにより２０〜３０ｔＺ”前後
に冷却されたレーザガス（は、レーザ装置中心軸上に両
端の熱交換器７ａ、７ｂを結合する形で設けた中央ガス
流路３６を通り、ガス流３５ａ。

３５ｂとなシ、これら２つのガス流は一緒になり、レー
ザ装置中央に設けた１台のプロア２７のレーザガス吸込
口３７より、ガス流３．５としてプロア２７内部に入る
。プロア２７内部には、羽根車がアリ、この羽根車が高
周波モータ２０により高速回転される。この時、羽根車
の遠心力によりレーザガス吸込口３７より入ったレーザ
ガス流３５は、圧縮、昇圧される。この様にして圧縮、
昇圧されたレーザガスは、レーザ装置中心軸よシ前後対
称な位置に、プロア２７のレーザガス吸込口３７を中心
として対称位置に設けた２個所のレーザガス吐出口３９
ａ、３９ｂよりガス流３８ａ、３８ｂとなってプロア２
７よシ吐出される。レーザ装置中心軸に対して前後対称
に吐田されたレーザガス３８ａ、３８ｂはレーザガス吐
出口３ｇａ、３９ｂと同様な対称位置に設けた２本の絶
縁パイプ１２ａ。

１２ｂに流入し、カス流３２ａ、３２ｂとして中央ガス
容器３０内に入る。このガス流３２ａ。

３２ｂは中央ガス容器より各放電管１ａ、１ｂ。

ｌｃ、’ｌａ、’ｌｂ、　　２ｃに均等に分配され、レ
ーザガスは循環する。このように、本実施例では、放電
管配置がレーザ装置中央を中心として点対称となり、中
央ガス容器３０、下流側ガス容器３１ａ。

３１ｂ、熱交換器７ａ、７ｂ、中央ガス流路３６、絶縁
パイプ１２ａ、１２ｂｓプロア２７の配置は、前後、左
右対称となる。この様に、レーザ装置全体を対称に構成
することで、光共振器の熱的及び真窒力の影響による光
軸ずれを最少にすることができ、レーザ出力の変化の少
ない安定なレーザ装置となる。又、本実施例に用いたプ
ロアは１個所のレーザガス吸込１コ３７とそれより対称
で同一方向に設けた２個所のレーザガス吐出口３９３゜
３９ｂをもち、各レーザガス吐出口３９ａ、３９ｂから
出るガス流量は、従来用いていたプロア１台の流量の１
７２になるが、その総合流量は変わらず、レーザガス圧
縮昇圧特性も変化しないので、従来のプロアでは、達成
できなかった、ブロア１台をレーザ装置中央に配置する
ことが可能となる。

本実施例では、放電管をＮ字状に配置したため、放電管
本数が６本でも反射鏡枚数が２枚で良く、反射鏡での損
失が少ないため、効率の良い高速軸流形ガスレーザ装置
を提供できる。

第６図、第７図、第８図、第９図には本発明の変形例を
示す。第６図にね、放電管４本の場合を示し、第７図に
は、放電管６本の場合を示す。この変形例では、放電管
が平行に並べられているため、反射鏡枚数が増える欠点
はあるが、放電管配置および、主な装置構成部品を前後
、左右対称に配置できるため、光共振器の光用ずれを最
も少くできる。第８図は、放電管８本をＭ形に配置した
構成であり、第９図はＷ形に配置したものである。本構
成は、放電配置はレーザ装置の中心軸に対して前後対称
となっているが、主な装置構成部品は、前後左右対称と
なっているため、光共振器の光軸ずｒｌも少なくてすみ
、放電本数が８本と多くても反射鏡枚数が３枚と少なく
てすむ／こめ、損失が少なく効率の良いレーザ装置とな
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、レーザ装置中央部にレーザガス吐ａ１
１コをレーザガス吸込口を中心として複数個もつ１台の
遠心形プロアを配置し、遠心形プロア１台でもレーザ装
置全体の、中心位置よりの点対称性又は、前後、左右の
対称性を保つことができ、熱的又は真空力等による、光
共振器の光軸ずれを防止でき、小形でレーザ出力の安定
性の良い高速軸流形カスレーザ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザ装置の対称性を考慮して構成された従来
列の平面図、第２図は第１図の■−ＩＩ矢視図、第３図
は従来のプロアの斜視図、第４図はブＬｌ　’／’　１
台な・用いてレーザ装置を小形にした場合の従来の平面
図、第５図は第４図のｖ−■矢視図、第６図は本発明の
一実施例の平面図、第７図は第６図の■−■矢視図、第
８図は第７図のｌｌＸ−１１Ｘ矢視図、第９図は本発明
のブロアの側面図、第１０図ないし第１３図は本発明の
変形例の側面図である。３７・・・レーザガス吸込口、３９ａ、３９ｂ・・・レ
ーザカス吐出口。゛を粒医ア

Claims

【特許請求の範囲】１、内部にレーザカスを満たし、複数の放電管と、放電
方向と同一方向に放電管を介在し、相対する位置に光共
蛋器を構成する１対の反射鏡と出力鏡を設け、前記放電
管の内部のレーザガスを遠心形ブロアで高速循環し、放
電することで、前記レーザガスを励起して、前記光共撮
器の前記出力鏡よシ前記レーザ光を放射する高速軸流形
カスレーザ装置において、１個所のレーザカス吸込口と
複数個所のレーザカス吐出口を持つ１台の遠心形ブロア
を・レーザ装置の中央に設けたこと全特徴とする高速軸
流形ガスレーザ装置。２、特許請求の範囲第１項の記載において、遠心形ブロ
アの偶数個ｌツ「のレーザガス吐出ロケ１個所のレーザ
カス吸込口を中心として左右対称の位置に持つことを％
徴とする高速軸流形ガスレーザ装置。３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の遠心形プ
ロアにおいて、レーザカス吸込口とレーザガス吐出口を
同一方向に持つことを特徴とする高速軸流形ガスレーザ
装置。