JPS62271480A

JPS62271480A - 炭酸ガス・レ−ザ発振装置

Info

Publication number: JPS62271480A
Application number: JP11373386A
Authority: JP
Inventors: Hideomi Takahashi; 秀臣高橋; Eiji Kaneko; 英治金子; Koichi Yasuoka; 康一安岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1987-11-25

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】３、発明の詳細な説明［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は放電励起形炭酸ガス・レーザ発振装置に係り、
特にその電源に関する。

（従来の技術）この種の連続発振を要求される炭酸ガス・レーザ発振装
置は、通常のガラス管形の炭酸ガス・レーザ発（膜装置
に比し、より高い出力のレーザ媒質ガス（Ｃｏ２−８２
−　Ｉｃｅの混合気体）を用いることにより、単位体積
のレーザ媒質ガスへの注入放電電力を高め、かつレーザ
媒質ガスを強制循環することによりガス冷却を効率的に
図ることができる結果、飛躍的に高いレーザ出力を発生
することができるようになった。

（発明が解決しようとする問題点）上記した炭酸ガス・レーザ発振装置に用いられる電源は
直流の高電圧が必要で必り、このため従来は商用周波数
電源を整流しチョッパ回路により高周波を得て、これを
トランスで昇圧してから整流器で整流して平滑回路を通
して直流高電圧を得ていた。したがって、従来の電源回
路は複雑でかつ平滑回路を必要としているため、応答性
が悪く良好なパルス特性が得られないという問題があっ
た。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、パルス応答性が良く、しかも回路構成の簡単な電源を
有する炭酸ガス・レーザ発（辰装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するために、炭酸ガス・レーザ
発振装置の電源として、１ＫＨｚ以上の周波数を有する
交流電源を用いたことを特徴とする。

ざらに、陰極の近傍に陽極と同電位にある補助電極を設
けたことを特徴とする。

ところで、陽極と陰極とからなる一対の電、極間に発生
するレーザ・グロー放電を維持するには、電極の冷却速
度から放電体止時間は１ｔｎｓ以内であれば安定した放
電が得られることが実験的に分つた。そこで、放電体止
時間を１ｍｓ以内に押さえるためには交流電源の周波数
はその逆数から計譚して、’ｌ　ＫＨ７以上であること
が必要である。このため、炭酸ガス・レーザ発振装置の
電源としては、必ずしも直流である必要はなく、周波数
が１　ＫＨｚ以上の交流であればよい。

また、交流電源を用いた場合において、レーザ・グロー
放電を安定的に維持するには、陰極の近傍に陽極と同電
位にある補助電極を設けることにより、更に、安定した
グロー放電が得られる。

（作用）本発明の炭酸ガス・レーザ発振装置によると、電源周波
数が１ＫＨ２以上であるので、パルス応答性が良くかつ
安定したグロー放電を得ることができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照しなから説明する
。

第１図は平板陽極、複数の棒状陰極の従来からよく知ら
れている電極構成を採用し、高速度の気体流中でレーザ
を発振している様子を示す。同図において、気密に構成
されたレーザ風ｆｌｌｉｉｌｌ中に、レーザ媒質ガス（
Ｃｏ２−　Ｎ２−　Ｈｅの混合気体）が低圧、例えば、
５０トールはＯ「「）で封入されている。このレーザ風
ｆｆ１１中には送風機２と放電励起部４とが配置されて
いる。この放電励起部４は複数のピン状の陰極５と平板
状の陽極６とから構成されている。陰極５と陽極６はバ
ラスト抵抗８を介して外部の交流電源７に接続されてい
る。３は送Ｔ＠機２によるレーザ媒質ガスのながれを示
す。平板状の陽極６に平行に一対の共振ミラー１０ａ、
　ｉｏｂが配置されて、レーザ共振器を構成する。１１
はレーザ光の方向を示す。１２はレーザ媒質ガスを冷却
するための熱交換器でおる。

次に、上記の如く構成された本発明に係る炭酸ガス・レ
ーず発振装置の作用について説明する。

交流電源７により、陰極５と陽、極６との間に高電圧が
印加され、グロー放電９が電極５，６間に形成される。

このグロー放電９により放電励起部４に入ったレーザ媒
質ガス中の分子は励起され、誘導放出を行なって、レー
ザ光を共振ミラー１０ａ。

ＩＱｂを通して矢印１１に示すように外部に放出する。

このカスは送風機２により約８０〜１００　ｍの流速で
レーザ風胴１内を循環しているが、誘導放出を終えたガ
スは残りの放電エネルギを熱として保有しているので、
熱交換器１２を介して熱を外部に放出し冷却されて、再
び、送風機２により放電励起部４に供給される。

交流電源７は１Ｋｌ−１２以上の周波数で運転される必
要がおるが、その理由は以下に説明するように、グロー
放電点弧に関する放電遅れの理由からでおる。すなわち
、第２図に放電の休止時間と放電遅れ時間との関係（電
流値はＩＩ　＜Ｉ２　＜Ｉ３の関係にめる）を示すよう
に、数ｍｓより長い休止時間があると、放電の立上りに
数ｍｓを要し、パルス特性が悪くなる。この点弧遅れは
負グローが形成されるために必要な時間であり、交流電
源により点弧させた場合は電極に付加される電圧が半周
期毎に交替するので、パルス特性を良好に保つにはこの
放電遅れ時間を実質的にＯにする必要がある。

従って、交流電源の周波数をＩ　ＫＨ２以上とすれば、
第２図から明らかなように、放電遅れはないことになる
。

更に、放電特性は電極５，６間を流れるレーザ媒体ガス
の滞留時間にも関係してくる。すなわち、ガスが陰極５
から陽極６まで流れるに要する時間をＴｌｌｌ５とする
と、滞留時間の逆数ν＝１／Ｔよりも電源周波数ｆが低
い場合は交流点弧した場合、特に、陰極５が正の時に放
電が不安定となりやすい。その理由は電極５，６間に点
弧しているグロー放電が、次に逆方向に点弧するまでの
放電体止中に放電空間から放電プラズマが除去されるた
めで、特に、ガス流の上流側すなわち陰極５側が正の時
、下流側すなわち陽極６側が負となるので、放電しずら
くなる。

したがって、本発明では交流電源の周波数ｆが１　Ｋｌ
（Ｚ以上という条件に加えてｆ≧ν（＝１／Ｔ）という
条件も必要となるが、これは電極間の距離とガスの流速
からｆ≧’ｌ　ＫＨｚという条件だけでも一般的に満足
できる。

しかし、ガスの滞留時間により課せられる後者の条件も
陰極５の近傍に補助電極を配置することによっても解決
することができる。

すなわち、第３図に示すように、補助電極５ａを陰極５
の近傍に配置し、この補助電極５ａをバラスト抵抗８ａ
を介して陽極６と同電位にする。このように構成すると
、陰極５が正の場合、補助電極５ａは陽極６と同電位の
負になるので、陰極５と補助Ｎ極５ａとの間で補助放電
９ａが生じ、電極５，６間にプラズマの供給が効果的に
行なわれるので、交流電源の周波数はｆ≧ν（＝１／Ｔ
＞という条件は必ずしも必要なくなる。

したがって、ｆ≧１　ＫＨ２という条件のみでよい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、炭酸ガス・レー
ザ発振装置の電源として交流電源を用いた場合、周波数
が１ＫＨｚ以上であれば、交流点弧の安定性が得られる
ことを実験的に明らかにしたので、直流電源よりも安価
な交流電源を用いることができ、信頼性が高く、パルス
運転においても応答性の良好なレーザを発振することの
できる炭酸ガス・レーザ発振装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例の概略構成図、第２図は放電
体止時間と放電遅れ時間との関係を示す図、第３図は本
発明の他の実施例の概略構成図である。１・・・レーザ風胴、２・・・送風殿、３・・・ガス流
４・・・放電励起部、５・・・陰極、　５ａ・・・補助
電極６・・・陽極、　　　７・・・交流電源８．８ａ・
・・バラスト抵抗９．９ａ・・・グロー放電１０ａ、　１０ｂ・・・共振ミラー１１・・・レーザ光、１２・・・熱交換器（８７３３）
代理人・弁理士　猪　股　祥　晃（ほか１名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザ光軸と直交する方向に外部電源に接続され
る陽極と陰極とからなる一対の電極を配置し、かつこの
一対の電極に沿つてレーザ媒体ガスを通過させながら、
外部電源から電力を供給し、一対の電極間にグロー放電
を生じさせ、レーザ光を発振させる励起形炭酸ガス・レ
ーザ発振装置において、前記外部電源は周波数１ＫＨｚ
以上の交流電源であることを特徴とする炭酸ガス・レー
ザ発振装置。
（２）交流電源の周波数はレーザ媒体ガスの陰極陽極間
に滞留する時間の逆数の周波数よりも大なることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の炭酸ガス・レーザ発
振装置。
（３）陰極の近傍に陽極と同電位にある補助電極を設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の炭酸ガ
ス・レーザ発振装置。