JPS6034278B2 - 横方向励起型ガスレ−ザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は横方向励起型ガスレーザ装置に関し、特に無
声放電による予備電離方式に関するものである。

この種のレーザとして代表的なものはレーザ光軸、直流
グロ−放電路、気体流れ方向が互いにほぼ垂直になって
いる３鞠直交型Ｃ０２レーザであるので、これについて
従来例を説明する。

第１図は、３藤直交型レーザの縦断面図、第２図は第１
図ロー０線よりみた断面図で、１は陽極、２は陰極、３
は陰極基板、４は安定化抵抗、５は直流高電圧電源、６
は放電励起部、７は全反射鏡、８は部分反射鏡である。
次に動作について説明する。

陽極１と陰極２の間に、Ｃ０２，Ｎ２，Ｈｅの混合ガス
から成るレーザガスを矢印方向に毎秒数十ｍの流量で流
し、直流高電圧５を印加すると電極間に放電が生じるが
、安定化抵抗４を介して蟹流が流れるため、放電はアー
クに移行せずに、おだやかなグロー放電が維持される。
グロー放電により生じた放電励起部６ではしーザガス中
のＣ０２分子の特定の振動準位間に反転分布が生じ、放
電励起部６を挟んで全反射鏡７と適切な反射率を有する
部分反射鏡８とを対向して配置させると、レーザ発振が
生じ、部分反射鏡８から破線の矢印で示すレーザ光線が
放射される。レーザ出力は放電電力を増すと増大するか
、例えば第１図で示すもので陰極２の本数を一定とする
放電電力の増大は放電密度の増大と等価となる。装置の
コンパクト化、低コスト化の観点からは放電密度を増大
させるのが望ましいが、ある程度以上に放電電力を増大
させると放電部の局所に高温部が発生し、安定化抵抗４
が存在しても、放電はアークに移行してしまう。放電が
アークに移行すると、もはやレーザ出力は得られず、レ
ーザガスの劣化も著るしく増大する。このような難点を
解消するため、予備電離をグロ−放電の近傍で行なわせ
主放電のグローが均一、安定になるのを助けて、グロー
放電を維持したままで放電密度を増大させる試みがなさ
れている。

予備電離の方法としては電子ビーム、あるいはパルス放
電による紫外線照射、あるいは無声放電によるもの等が
ある。この発明は、無声放電による予備電離方式による
ものの改良に関するものである。

まずこの方式の従来例について説明する。

第３図は無声放電による予備電離方式の横方向励起型ガ
スレーザ装置の縦断面図、第４図は第３図Ｗ−Ｗ線より
みた横断面図で、９は誘電体電極、１川まこの電極を冷
却するための冷却水入口、１１は冷却水出口、１２は高
電圧ターミナル、１３は無声放電を生じさせるための交
流高電圧電源である。

第５図は誘電体電極９の断面図であり、９−１は鉄管、
９一２は鉄管に密着する様に形成された誘電体（例えば
ガラス）であり、云わゆる“ホウ。ウ引き”の電極であ
る。次に動作について説明する。

誘電体電極９に交流高電圧を印加すると誘電体電極９と
、陰極２及び陽極１との間に無声放電が起る。この状態
で陽極１と陰極２の間に交流高電圧を印加するとグロー
放電が生じて放電励起部６が形成され、無声放電の予備
電離を行なわない時に比べて、安定したグロー放電の状
態で２〜３倍の電力密度を投入することが出来る。実験
によれば、無声放電の電力は主放電（グロー）の電力の
約１／２０でよい事が判かつている。この様に構成され
ている従来の無声放電予備電離方式は、放電励起部６の
レーザガス流れ方向の断面の形が必ずしもレーザ発振に
対して最適なものとなっていなく、効率の良い発振条件
が得られていない欠点を有していない。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、無声放電回路中にコンデンサまた
はコイルを適当に接続することにより、無声放電を所望
の方向に形成させ、もって主放電のグロー放電による放
電励起部の断面の形をレーザ発振に対して最的の形状と
するようにしたものである。

第６図はこの発明の一実施例の縦断面図、第７図は第６
図Ｗ−側線よりみた横断面図で１４は金属接地電極、１
５はコンデンサである。

次に動作について説明する。交流高電圧電源１３より誘
電体電極９の高電圧が印加されると、無声放電に対向し
ている金属部、すなわち陽極１、陰極２、及び金属接地
電極１４に向かって放電しようとする。交流高電圧電源
５により陽極１に交流高電圧が印加されると直流グロー
放電は対向している金属部、すなわち陰極２、金属接地
電極１４に向って放電しようとする。ここで、直流グロ
ー放電が誘電体電極９に向って放電しないのは表面に誘
電体９−２が存在しており、交流電圧に対して無限大の
インピーダンスを有しているためである。これと同様に
、この実施例では金属接地電極１４と接地点との間にコ
ンデンサ１５が接続されており、陽極１から見た金属接
地電極１４は直流に対しては無限大のインピーダンスを
有している。従って直流グロ−放電の電流の流れは陽極
１から陰極２に向って形成される。無声放電の放電電流
は誘電体電極９から陽極１、陰極２、及び金属接地電極
１４に向って形成される。第４図にも図示した様に、無
声放電が形成されるとその部分にまで直流グロー放電が
拡がってくるからこの実施例の場合は、無声放電が、誘
電体電極９と金属接地電極１４の間でも放電するため、
この部分にまでグロー放電が拡がり、第７図に図示した
様に金属接地電極１４まで拡がった放電励起部６が形成
される。この様な放電励起部６が形成されると、放電密
度が放電ギャップ方向に均一となり、従って均一な励起
が得られる事から、レーザ発振の励起効率が従来のもの
よりも向上する。以上の説明の様に、この発明は誘電体
電極９と金属接地電極１４の間に無声放電を形成させる
所が、要点であるが、抵抗４の値が大きい場合や交流電
源５のインピーダンスが高いときには小さくなるときに
は陽極１との間にのみ無声放電が強く生じるが、この場
合にはコイル１６を第９図に示す様に陽極１と接地点の
間に接続すればよい。

第１０図はこの発明の他の実施例の横断面図で、１４−
１はしーザガスの上流に設置された金属接地電極、１４
一２は下流に設置された金属接地電極で、両者は電気的
に同電位になっている。９一１はしーザガス上流に設置
された誘電体電極、９一２は下流に設置された誘電体電
極で同じく両者は同電位になっている。

先に示した発明の実施例と同じく、金属接地電極１４一
１，１４一２と接地点の間にはコンデンサー５が接続し
てあり、直流に対しては無限大のインピーダンスとして
働き、直流グロー放電が金属接地電極１４ーー，１４一
２に向って飛ぶのを防げ、かつ交流に対してはインピー
ダンスとして働き、無声放電の対向電極となるように作
用している。この実施例の様に無声放電の電極を配置す
れば第１０図に示す様に放電励起部６は無声放電の誘電
体電極９から見た陰極２のインピーダンスよりも金属接
地電極１４のインピーダンスの方が高くなる場合があり
、この場合無声放電は主として誘電体電極９と陰極２と
の間に生じ、この場合、金属接地電極１４の効果は無く
なり、第４図の示した放電領域と同じ形のグロー放電が
形成される。従って、レーザ発振に対しては最適の放電
領域の形にならなくなる。この様な電気回路定数を生じ
る場合には第８図に示す様に陰極２と接地点との間にコ
イル１６を接続する。コイル１６は交流、すなわち交流
高電圧電源１３に対しては大きなインピーダンスを持た
せることができるため、無声放電は主として誘電体電極
９と金属接地電極１４の間で生じ、第７図で示したもの
と同じ放電領域の形が得られ、レーザ発振に適したもの
が得られる。また同様にたとえば、陰極２の電気回路に
配線のためのィンダクダンスが比較的大きい場合には誘
電体電極９と陽極１との間の無声放電に対するインピー
ダンスが他の部分よりも十分に放電路に囲まれた領域で
形成され、ギャップ方向、レーザガス流れ方向ともに空
間的に均一な放電密度が得られるので、レーザ発振が効
率よく行なえるのである。

なおこの場合も第７図、第８図に示したのと同様に、コ
イル１６を無声放電回路中に挿入することにより、無声
放電の分布が調整でき、グロー放電の均一化、ひいては
レーザ出力の効率上昇が図れることはいうまでもない。

この発明はしーザガスの気流を挟み相対向するように配
設され交流高電圧が印加されてグロー放電を生成する陽
極と陰極、および上記ガス流中に配設され交流高電圧が
印加されて上記両電極との間で無声放電を生成する議雷
体電極を備え、上記驚声放電により上記しーザガスを予
備的に電離し、上記グロ−放電によりレーザを出射させ
るように構成されたものにおいて、上記陰極の近傍に配
設されたコンデンサを介して接地されて上記誘電体電極
との間で無声放電を生成して放電励起部を拡大する金属
接地電極を備えたことを特徴とするもので、放電励起部
の範囲の拡張および放電密度の均一化が図れ、ひいては
レーザ出力の向上が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の横方向励起型ガスレーザ装置の縦断面図
、第２図は第１図０−ロ線よりみた横断面図、第３図は
従来の無声放電を予備電離方式とした横方向励起型ガス
レーザ装置の縦断面図、第４図は段３図Ｗ−Ｗ線よりみ
た横断面図、第５図は誘電体電極の断面図、第６図はこ
の発明の一実施例の縦断面図、第７図は第６図肌一皿線
よりみた横断面図、第８図ないし第１０図はそれぞれこ
の発明の他の実施例の横断面図である。 図において、１は陽極、２は陰極、４は直流高圧電源、
６は放電励起部、９は誘電体電極、１３は交流高電圧電
源、１４は金属接地電極、１５はコンデンサ、１６はコ
イルである。 なお図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示す
。第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザガスの気流を挟んで相対向するように配設さ
   れた直流高電圧が印加されてグロー放電を生成する陽極
   と陰極、および上記レーザガスの気流中に配設され交流
   高電圧が印加されて上記両電極との間で無声放電を生成
   する誘電体電極を備え、上記無声放電により上記レーザ
   ガスを予備的に電離し、上記グロー放電によりレーザを
   出射させるように構成されたものにおいて、コンデンサ
   を介して接地され上記陰極の近傍に設置された金属接地
   電極と、上記誘電体電極との間で無声放電を生成して放
   電励起部を拡大したことを特徴とする横方向励起型ガス
   レーザ装置。 ２ 金属接地電極を陰極の上流側と下流側とに配設した
   特許請求の範囲第１項記載の横方向励起型ガスレーザ装
   置。 ３ 無声放電回路に挿入されたチヨークコイルを備え、
   各電極に対する無声放電の分布割合を調節するようにし
   た特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の横方向励起
   型ガスレーザ装置。