JPS6144481A - ガスレ−ザ装置 - Google Patents

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】 本発明はガスレーザ装置ＮＫ係り、コンデンサの放電に
よって励起される気体を用いたガスレーザ装置に係る。

このレーザは１９８２年２月１５日付で日本に於いて出
願した特願昭５７−２２５７９号（特開昭５７−１５２
１７６号）の対象をなすものである。

このガスレーザは、相互にほぼ平行に相対する二枚の金
属板と、この二つの金属板の間に横に並ぺて配置され、
且つ二つの平行なコンデンサを形成するようにこれらの
金属板に固定された二つの誘電部材で６って、これらの
誘電部材と金属板との間の空間が軸）Ｃ溢って位置し、
活性媒体を含む光通路を形成するように、且つこの活性
媒体と接触する二つの金属板の中央部分が二つの電極を
形成するように構成された二つの誘電部材と、前記の軸
に従って配置され活性媒体を含む光の空洞共振器と忙加
えて、 以下の素子を含む充電回路、即ち、−次巻線が容量と直
列に接続されており、二次巻線の各ｙａが二つの金属板
の夫々に接続されているトランス、並びに前記容量に充
電することができる電流源、−次巻ｌＩｊにおいて前記
容量の放電を生起させると共に、二次巻線に前記コンデ
ンサに光電することができる訪導電流を生起させ、且つ
前記電極開忙放電を成立させ、この放電が活性ガス媒体
を励起してレーザ光を発生させるように制御するための
手段−應しマー１や。

４←有４テ鐵μ４ 従来のガスレーザにおいては、コンデンサの誘電部材が
圧電性セラミックからなっていてもより０本発明の一つ
の目標は、前記出願の発明に従うガスレーザの信頼性を
向上させ得ることにあった。

本発明は、前記した点に鑑みなされたものであり、その
目的とするところは、確実に動作せしめられ得る信頼性
の高いガスレーザを提供することにある。

本発明によれば、前記目的は。

夫々の一方の表面が相互に対向するように相互に平行に
配置された一対の肉厚の金属板と、金属板の長さ方向に
光が往復する光の空洞共振器を形成すべく、金属板の長
さ方向の両端側で且つ金属板の巾方向ｑ中央部において
金属板に固定された一対の反射鏡と、 一対の金属板の巾方向の中央部及び一対の反射鏡と協働
して金属板の中央部間での放電によって励起される気体
を収容する宣を形成すべく、金属板の対向表面間におい
て金属板の長手方向に浴って伸延している一対の第一の
電気絶縁性壁部材と。

金属板の巾方向の両対向端部間と配置されておリ、前記
金属板の巾方向の対向中央部と巾方向の前記対向端部と
の間の対向する中間部分が一対の電極となるコンデンサ
を形成するように、前記一対の第一壁部材の夫々と協働
して対向中間部間忙前記コンデンサの誘電体を構成する
水を収容する室を形成する一対の第二の電気絶縁性壁部
材と、冷却水を前記一対の水収容室内を通過させるよう
に構成された冷却水流通器と、 前記金属板中央部間での前記気体を介する前記放電を開
始させるに十分な電圧まで前記一対のコンデンサを充電
すべく構成された元ＩＩ器とからなるガスレーザ装置に
よって達成される。

本発明による好ましい一具体例のがスレーザでは、前記
冷却水流通器は、ポンプと、ポンプ及び水収容室を通っ
て水が循環し得るようにポンプと水収容室とを接続して
いる循環路と、循環水を冷却すべく循環路中に設けられ
た冷却器とからなる。

本発明による好ましい一具体例のガスレーザでは、金属
板の対向表面間の距離が金属板の中央部においてよりも
金属板の前記間中間部において小さくなるように、金属
板の対向表面が金属板の前記間中間部において突出して
お）、更に好ましくは、前記中間部の突出部の表面がほ
ゞ平坦で１且つ平行である。

本発明による好ましい一具体例のガスレーザでは、前記
一対の金属板のうちの少なくとも一方の金属板の中央部
の対向表面がなめらか国突出した部分を有している。

本発明によれば、前記充電器は、好ましくは、直流電源
と、二次巻線の各側が前記金属板の夫々に接続されたト
ランスと、トランスの一次巻線と直列に直流電源に接続
された別のコンデンサと、一次巻線及び前記別のコンデ
ンサからなる回路と並列に直流９Ｌｉｖｉｃ接続された
スイッチ手段とを有する。

次に、本発明による好ましい一具体例のガスレーザを添
付図面に基づいて説明する。

図中、横断面で示すレーザ管１は一方の表面２ａ。

３ａが相互に対向するように相互に平行に配置された二
枚の肉厚で鋼製の長方形の金属板２，３を有している。

レーザ管１の外表面に位置するこれらの金属板２．３の
面は相互にほぼ平行である。

金属板２．３は、夫々、巾方向の中央部３１．３４と、
巾方向の二組の対向端部３２ａ　、　３５ａ及び３３ａ
。

３６＆と、巾方向中央部３１．３４と巾方向端部３２ａ
　、　３５ａ及び３３ａ　、　３６ａの夫々との間に位
Ｉｔ−ｒる中間部分３２．３５及び３３．３６とを有す
る。

金属板２．３の長さ方向（図において紙面に垂直な方向
）に光が往復する光の空洞共振器を形成すベベ・、金゛
属゛板２．３の長さ方向の両端側で且つ金属板２．３の
巾方向の中央部３１．３４には、一対の反射ｆＲ５４が
固定されている。

一対の金属板２．３の巾方向の中央部３１．３４及び一
対の反射鏡と協働して金属板２３の中央部３１．３４間
での放電によって励起される気体を収容する寛５１を形
成すべく、金属板２．３の対向表面間には、絶縁性隔壁
３７．３９が配設されている。

金属板２，３に対して垂直に配置された絶縁隔壁３７は
金属板２．３の巾方向の対向端部３２＆。

３５ａ間に配置された絶縁性壁部材３８ａと協働して、
金属板２．３の対向中間部分３２．３５の間に宣３８を
形成している。同様に、金属板２゜３に対して画直に配
置された絶縁隔！！３９は金属板２，３の巾方向の対向
端部３３ｍ　、　３６ａ間に配置された絶縁性壁部材４
０ａと協働して、金属板２゜３の対向中間部分３３，３
６０関に室４０を形成している。隔壁３７．３８ａ　＋
３９．４０ｍは例えばプラスチックで作られる。

金属板２．３の中間部分３２，３３．３５．３６は例え
ば部分３２に符号５５で示したような平らな突出部を含
むことが望ましく、これらの突出部は、金属板２．３間
の平均距離が中央部３１．３４の間でよりも室３８及び
４０のところでよυ短かくなるように金属板２．３の外
面と平行な平面に従って宣３８，４０の内側に突出して
いる。

中央部３１．３４と隔壁３７．３９０間には図の紙面に
対して垂直な光軸５２を有する長さ方向の光通路５１が
形成されている。金属板２．３の中央部３１．３４は軸
５２と平行な母線を有する円筒形の表面に従りて符号５
３で示すような丸味を付けた突出部をそれぞれ含む。こ
れらの丸味付けされた突出部は相互に相対する二つの気
体放電用電極を形成するように光通路５１内に突出して
いる。

光の空洞共振器は軸５２に従って配置されている。この
空洞は導通路５１の両端部にとれを閉じるように接着に
よって固定された５４のような二枚の鏡を含むことがで
きる。これらの鏡の一枚は完全反射形でちり、他方はレ
ーザ光を透過させ得るように半透明になっている。

隔壁３８ａ　＋　４０ｍの夫々には、開口４１．．４２
又は開口４３．４４が形成されている。開口４１゜４３
は冷却器としての熱交換器４８と循環ボ／プ４７とを含
む装置の下流側に導管４５．４６によって接続されてお
り、この装置の上流側にはこの装置をそれぞれ開口４２
．４４に接続する二本の導管４９．５０が配設されてい
る。

従って、金属板２．３の中間部分３２．３５及び中間部
分３３．３６は夫々コンデンサの一対の電極を構成して
おシ、各コンデンサの誘電体部は、中間部分３２．３５
間の室３８中の水、又は中間部分３３．３６間の宣４０
中の水からなる。

トランス１３の二次巻線１２０両端はそれぞれ二枚の金
属プレート２．３に接続されている。トランス１３の一
次巻線１４の一端は容量としての別のコンデンサ１５の
一方の電極に接続されておシ、コンデ７ｔ１５の他方の
電極はサイリスタ１６の陽極に接続されておシ、このサ
イリスタ１６の陰極は一次巻８１４の他端に接続されて
いる。コンデンサ１５及びサイリスタ１６の接続線は負
荷抵抗１８及びスイッチ１９を介して電源乃至電流源１
７の正極に接続されている。この直流ＩＥｉｌ１７の負
極はサイリスタ１６の陰極に接続されている。制御回路
２０の二つの出力はそれぞれサイリスタ１６０制御電極
と陰極とに接続されている。

以上の如く構成されたガスレーザは次のように動作する
。

光通路乃至室５１の内部は例えば窒素及び六弗化硫黄Ｓ
Ｆｇの混合物であシ得、金属板２．３の中央部３１．３
４間での放電によって励起され得るレーザ活性ガスで満
たされている。

水収容室３８，４０の内部と、冷却水流通器としての循
環・冷却装置４５〜５０の内部とは水で満たされる。室
３８．４０内において金属板２゜３と接触する水は並列
接続された二つのコンデンサの誘電体を形成する。

サイリスク１６が非導通状態にある場合、開閉器１９の
閉塞によって容量１５が充電される。次に回路２０の制
御によりサイリスタ１６を導通させることによって、−
次巻線１４を介してコンデンサ１５の放電を行なわせる
。この放電はトランス１３の二次巻線１２内に並列に接
続した二つの水コンデンサを充電する誘導電圧を発生さ
せる。

金属板２．３間の電圧がレーザ電極３１．３４間の放電
電圧に達するや否や、これらの電極３１゜３４間に気体
放電が生じ、光共振器の空洞５１内でレーザ発振が生じ
、光共振器の半透明な鏡からレーザノｔルスが放出され
る。

ポンプ４７は、開口４１．４３から嵐３８，４０内に水
を流入させ、宣３８，４０内を循環した水を開口４２．
４４から流出させる。冷却器としての熱交換器４８は循
環中の水を冷却し得る。

前記出願の発明に従うガスレーザに於けるように、電極
間の放電は火花ギャップを含まない回路−よって制御さ
れる。レーザ管に含まれるコンデンサの低い放電インピ
ーダンスのため、電極の端子電圧の立上少時間が比較的
長いにもかかわらず、電極間で均質な放電が得られる。

この結果は、窒素レーザ又はエキシマ−レーザ内で均質
な放電を得るためには、電極の端子電圧の立上シ時間が
極端に短かいことが必要であるという一般に認められた
意見を考慮すれば意外な性質を示す。

この意見は例えば、”Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ａｐｐｌ
ｉｅｄ　ｐｂｙａｉｅｓ“誌１９８０年１月号第５１（
１１巻２１０頁〜２２２頁から抜粋した「高ガス圧に於
けるパルス化したなだれ放電の均質な形成（必要な条件
について」（Ｊ、　Ｉ、　Ｌａｖａｔｔｓｒ他著）とい
う米国の記事によって説明されている。

本発明のガスレーザにおいてコンデンサの誘電体として
の水を使用することＫはいくつかの利点がある。水から
なる誘電体が突発的な破裂放電に対して損傷なしく耐え
得る故、ガスレーザの信頼性が向上され得る。

さらに、ツソエータの役割を果すコンデンサの水が冷却
される場合、高いくシ返し速度でのレーザの動作が改善
される。

水を用いたコンデンサは、特Ｋ、前述の電気回路を利用
する場合極めて実現が容易な持続時間が１乃至１０マイ
クロ秒の／ｑルス充電に適合される。

本発明は窒素又はハロゲン及び希ガスの混合体を含む活
性ガスからなるレーザの実現に特に適用することができ
る。

以上のとおり、本発明のガスレーザでは、一対の金属板
によって形成されたコンデンサを、金属板間での放電に
よって励起され得る気体を介する放電を開始させるに十
分な電圧まで充電するように構成された充電器を有して
いる故に、コンデンサの充電及び該充電に伴う金属板間
での気体放電を生起せしめ得、更に、前記気体の収容室
のところに金属板の板面に沿う方向に光が往復する光の
空洞共振器を形成すべく設けられた反射鏡を有している
が故Ｋ、前記気体放電によってレーザ発振が開始せしめ
られ得るようにされ得るのは勿論のこと、 本発明のガスレーザでは、特に、一対の金属板の巾方向
の中央部と協働して金属板の中央部間での放電によって
励起される気体を収容する室を形成すべく、金属板の対
向表面間において金属板の長手方向に沿って伸延してい
る一対の第一の電気絶縁性壁部材が設けられている故に
、前記気体放電が一対の金属板の対向中央部間で生ぜし
められ得、更に、金属板の巾方向の両対向端部間に配置
されておシ、前記金属板の巾方向の対向中央部と巾方向
の前記対向端部との間の対向する中間部分が一対の電極
となるように前記コンデンサを形成するように、前記一
対の第一壁部材の夫々と協働して対向中間部間に前記コ
ンデンサの誘電体を構成する水を収容する嵐を形成する
一対の第二の電気絶縁性壁部材が設けられている故に、
一方では前記コンデンサの誘電体として働く水により、
金属板の巾方向の対向中央部が金属板の巾方向の両側か
ら冷却され得る。

そして本発明のガスレーザでは、特に、前記金属板が肉
厚でアシ、更（、冷却水を前記一対の水収容室内を通過
させるように構成された冷却水流通器が設けられている
故に、気体放電電極となる金属板の巾方向の中央部等が
効果的に冷却され得、気体放電に伴なう中央部の損傷及
び温度上昇等が抑制され得、一対の金属板の膨張及び収
縮が抑制され得る。

従って、本発明のガスレーザでは一対の金属板の巾方向
の中央部等と協働して気体収容室を形成するように、一
対の金属板の巾方向の中央部において一対の金属板に固
定された一対の反射鏡間の距離及び角度の変動が抑制さ
れ得、光共振器が確実に動作せしめられ得、レーザ装置
が確実に動作せしめられ得る。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に従うガスレーザの具体例を概略的に示す説
明図である。 １・・・レーザ管、　　　２，３・・・金属板、１７・
・・直流電源、　３】３４　・・・中央部、３２ａ　、
　３３ｍ　、　３５ｍ　、　３６ｍ　　・・・端　部、
３７　、３８ａ　、　３９　、４０ｍ−隔壁、３８．４
０・・・水収容室、４１．４２．４３．４４・・・開口
、４７・・・ポンプ、　　胡・・・熱交換器、５４・・
・反射鏡。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）夫々の一方の表面が相互に対向するよりに相互に
   平行に配置された一対の肉厚の金属板と、 金属板の長さ方向に光が往復する光の空洞 共振器を形成すべく、金属板の長さ方向の両端側で且つ
   金属板の巾方向の中央部において金属板に固定された一
   対の反射鏡と、 一対の金属板の巾方向の中央部及び一対の 反射鏡と協働して金属板の中央部間での放電によつて励
   起される気体を収容する室を形成すベく、金属板の対向
   表面間において金属板の長手方向に沿つて伸延している
   一対の第一の電気絶縁性壁部材と、 金属板の巾方向の両対向端部間に配置され ており、前記金属板の巾方向の対向中央部と巾方向の前
   記対向端部との間の対向する中間部分が一対の電極とな
   るコンデンサを形成するように、前記一対の第一壁部材
   の夫々と協働して対向中間部間に前記コンデンサの誘電
   体を構成する水を収容する室を形成する一対の第二の電
   気絶縁性壁部材と、 冷却水を前記一対の水収容室内を通過させるように構成
   された冷却水流通器と、 前記金属板中央部間での前記気体を介する前記放電を開
   始させるに十分な電圧まで前記一対のコンデンサを充電
   すベく構成された充電器とからなるガスレーザ装置。
2. （２）前記冷却水流通器は、ポンプと、ポンプ及び水収
   容室を通つて水が循環し得るようにポンプと水収容室と
   を接続している循環路と、循環水を冷却すベく循環路中
   に設けられた冷却器とからなる特許請求の範囲第１項に
   記載のガスレーザ装置。
3. （３）金属板の対向表面間の距離が金属板の中央部にお
   いてよりも金属板の前記両中間部において小さくなるよ
   うに、金属板の対向表面が金属板の前記両中間部におい
   て突出している特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   のガスレーザ装置。
4. （４）前記中間部の突出部の表面がほゞ平坦であり且つ
   平行である特許請求の範囲第３項に記載のガスレーザ装
   置。
5. （５）前記一対の金属板のうちの少なくとも一方の金属
   板の中央部の対向表面がなめらかに突出した部分を有し
   ている特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記
   載のガスレーザ装置。
6. （６）前記充電器は、直流電源と、二次巻線の各側が前
   記金属板の夫々に接続されたトランスと、トランスの一
   次巻線と直列に直流電源に接続された別のコンデンサと
   、一次巻線及び前記別のコンデンサからなる回路と並列
   に直流電源に接続されたスイッチ手段とを有する特許請
   求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のガスレー
   ザ装置。