JPS6230715B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特に同軸型の放電励起循環型炭酸
ガスレーザ発振器に関し、レーザ出力を向上した
レーザ発振装置に関する。

一般に、同軸型の放電励起循環型炭酸ガス
（CO₂）レーザ発振器（以下単に「CO₂レーザ発振
器」と呼ぶ）の効率は低く、そのため、レーザ発
振器長を増加する著しくは放電ビーム径を大きく
する等の対策によりレーザ体積を増加して、レー
ザ出力の向上を計つていた。

しかしながら、従来のレーザ発振器の冷却につ
いては、レーザ管であるパイレツクスの水冷又は
オイルジヤケツトの採用により行なつていたが、
この方法では、レーザ出力向上のため、上述した
ような対策によりレーザ体積を増加した場合に
は、CO₂ガスを含むレーザ気体の温度がCO₂レー
ザ発振器内における放電領域の該レーザ気体の下
流側において上昇し、この温度上昇による熱のた
め、CO₂分子が下位レーザ準位に励起されてしま
い、励起分子の反転分布率が低下するという問題
がある。

一方、前記CO₂レーザ発振器では、本質的な問
題として上記放電領域において、 CO₂CO＋Ｏ なる化学式で示されるCO₂分子の解離により、レ
ーザ出力が低下するという問題があり、これにつ
いては、CO₂レーザ発振器内の放電領域中におけ
るCO₂分子の温度を均一化することにより抑制す
ることができるが、上述したようにレーザ体積を
増加してレーザ出力を向上しようとする場合に
は、前述したような冷却方法によつては、上記
CO₂分子の温度の均一化を計ることは困難である
という問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、同軸型の放電励起循環型
レーザ発振器の出力を向上することにある。

以下、図面を用いて、この発明の実施列につい
て説明する。

第１図は、この発明の実施例を示すもので、
CO₂レーザ発振器１は大別してリアミラー用ウオ
ータージヤケツト部５、アノードチエンバ部７、
スパイラルチユーブチエンバ部９、カソードチエ
ンバ部１１、レーザ気体劣化防止手段を構成する
触媒室１３、出力ミラー室１５を有する構成であ
る。

リアミラー用ウオータージヤケツト部５は、
100％の光反射率を有するリアミラー１７、ウオ
ータージヤケツト１９、ベローズ２１、該リアミ
ラー１７の光軸調整用マイクロヘツド２３を有す
る。

アノードチエンバ部７は、アノードリング２
５、該アノードリング２５に給電するアノード給
電碍子（第２図参照）２７、高抵抗で設置され上
記アノードリング２５との間でグロー放電を発生
させてCO₂ガスを含むレーザ気体（以下単に「レ
ーザ気体」と呼ぶ）の予備電離を行ない、上記ア
ノードリング２５と後述するカソードリング４７
間の相対的な絶縁耐圧を下げる働きをするトリガ
ー電極２９、該トリガー電極２９に電線を接続す
るためのトリガー電極接続碍子３１、レーザ気体
導入口３３とを有する。

なお、前記アノードリング２５はレーザ気体旋
回流発生手段を構成するもので、第３図に示す如
く、レーザ気体導入口３３から（矢印方向）流入
してきたレーザ気体が通過後に旋回ガス流となる
ように、シリンダ状の本体にブレード３５が形成
され、また内面部２５−ａに陽極が形成された構
成となつており、固定用ブラケツト３７によつて
CO₂レーザ発振器１本体に取り付け固定される。
また、前記アノード電極２５は、内面部２５−ａ
の陽極以外の部分については、絶縁のコーデイン
グ（第３図中×印の部分）が施されている。

スパイラルチユーブチエンバ部９は、管壁部を
スパイラル状に形成された熱伝導率の高い金属材
からなるレーザ管３９と、該レーザ管３９の外周
に設けられた冷却管４１とを有する（第５図参
照）。なお、上記冷却管４１には、冷却用の絶縁
オイルの流入口４３および流出口４５が形成され
ている。

カソードチエンバ部１１は、シリンダ状のカソ
ードリング４７と、該カソードリング４７に給電
する陰極用給電碍子４８（第４図参照）とを有す
る。なお、該カソードリング４７は、その内面部
４７−ａが陰極になつており、固定用ブラケツト
４９によつてCO₂レーザ発振器１本体に取り付け
固定されている（第６図参照）。なお、上記内面
部４７−ａ以外は、絶縁のコーデイングが施され
ている。

触媒室１３は、レーザ気体排出口５１部に形成
されており、レーザ管３９内の放電領域を流れて
いるレーザ気体のうち、解離したCO₂分子を触媒
により酸化・再結合し、CO₂ガスの劣化を抑制す
る活性アルミナを内蔵する触媒部５２を有する。

出力ミラー室１５は、20％の光透過率を有する
レーザ出力ミラー５３、ベローズ５５、該レーザ
出力ミラー５３の光軸調整用マイクロヘツドか５
７を有する。

なお、参照番号５９は、グロー放電を発生させ
るために電極間に高電圧を印加した時の回路のワ
ンターンを切る為の絶縁カラーである。

次に、この実施例の作用について説明する。

まず、CO₂レーザ発振器１の作動概要を述べる
と、レーザ気体は、レーザ気体導入口３３→アノ
ードリング２５→レーザ管３９→カソードリング
４７→触媒部５２→レーザ気体排出口５１→レー
ザ気体導入口３３を１ループとして高速で循環し
ており、このレーザ気体の高速循環状態において
レーザ管３９内でアノードリング２５とカソード
リング４７の間で放電を行なうと、リアミラー１
７とレーザ出力ミラー５３の間で光増幅が行なわ
れ、該光増幅が所定の閾値を越えるとレーザ出力
が得られる。

一方、上述したようなCO₂レーザ発振器１の作
動中おいて、レーザ気体導入口３３から導入され
たレーザ気体は、アノードリング２５に形成され
たブレード３５のひねり角度とひねり方向によつ
て、右旋回若しくは左旋回の旋回ガス流となつて
レーザ管３９内に流出され、且つレーザ管３９の
管壁がスパイラル形状となつているため、それら
の相乗作用により乱流状態となつて該レーザ管３
９内をカソードリング４７に向つて高速で流れ
る。

一般に、レーザ気体のレーザ管内における流速
が低下すると共に熱抵抗が増加して、熱交換の効
率が下がるが、上述の如く、積極的にレーザ管３
９内にレーザ気体の乱流を発生させることによつ
て、レーザ気体とレーザ管３９との相対速度が増
加し、且つレーザ管３９と冷却管４１との間を通
流する冷却用の絶縁オイルについてもレーザ管３
９のスパイラル形状のために乱流状態となつて、
やはりレーザ管３９との相対速度が速くなるの
で、熱交換の効率が上がる。また、上述のごとき
レーザ気体の乱流状態においては、レーザ管３９
内の光軸に沿つてレーザ気体の上流側から下流側
に至る断面いずれにおいても、上記レーザ気体の
乱流度は、ほぼ均一化されるので、放電領域中の
レーザ気体の温度も均一化することができる。

従つて、レーザ気体の温度が放電領域の下流側
において上昇することにより励起分子の反転分布
率の低下という問題に対しては、特にレーザ出力
の向上のためにレーザ体積を増加した場合でも、
前記反転分布の減少を抑制することができる。

一方、放電領域中のCO₂分子の解離について
は、上述した放電領域中でのレーザ気体の乱流に
より、該レーザ気体温度の冷却効率向上および均
一化がなされるので、抑制することができるが、
さらに、触媒部５２をレーザ気体排出口５１に設
けたので、レーザ気体を温度が高い状態で通過さ
せることができ、従来のようにレーザ気体が放電
部を通過後、相当の距離において触媒部を設置し
ていたことにより温度の低いレーザ気体を通過さ
せていた場合に比べて、触媒効果率が高く、前記
解離をより効果的に抑制できる。

なお、レーザ管３９内のレーザ気体の乱流度
は、該レーザ管３９に形成するスパイラル状の山
と谷の大きさ、山と山のピツチ、およびブレード
３５の形状によつて変えることができることは、
言うまでもない。

この実施例によれば、レーザ管をスパイラル形
状とし、レーザ気体および上記レーザ管と冷却管
との間を通流する絶縁オイルが乱流状態で流れる
ようにすることによつて、レーザ出力を向上する
ためにレーザ体積を増加した場合でも、放電領域
中のレーザ気体の温度を均一化できると共に、該
レーザ気体の冷却効率も向上できるので、放電領
域中における励起分子の反転分布率の低下が抑制
でき、また、放電領域中のCO₂分子の解離につい
ては、レーザ気体を上述したように乱流状態で流
してCO₂分子の温度を均一化にすると共に、解離
したCO₂分子を触媒に通して再結合するようにし
たので、抑制することができる。

以上のごとき実施例の説明より理解されるよう
に、要するにこの発明の要旨は、特許請求の範囲
に記載のとおりであるから、その記載より明らか
なように、本発明においては、冷却管の内部に配
置されたレーザ管の管壁部自体がスパイラル状に
形成されているものである。そして、上記レーザ
管へのレーザ気体の流入側に配置された陽極の外
周面には、レーザ管へ流入するレーザ気体に旋回
流を生じせしめるためのブレードが適数設けられ
ているものである。さらに、レーザ管からのレー
ザ気体の流出側には、解離したレーザ気体を再結
合するための触媒室が設けられているものであ
る。

したがつて、本発明によれば、レーザ気体の解
離をより効果的に抑制できることは勿論である
が、レーザ管に流入するレーザ気体は陽極に備え
たブレードによつて旋回流とされ、かつレーザ管
の管壁がスパイラル状に形成されていることとが
相俟つて、レーザ気体は撹拌される態様となり乱
流となる。ために、レーザ管の内周面付近の境界
層の剥離作用が大きく、レーザ管の管壁とレーザ
気体との熱交換の効率が向上するものである。ま
た、レーザ管自体の管壁がスパイラル状になつて
いることにより、冷却管内を流通する流体も乱流
となり、冷却用の流体とレーザ管の管壁との熱交
換効率が向上するものである。すなわち本発明に
よれば、レーザ管の管壁がスパイラル状に形成さ
れていることにより、レーザ管の表面積が増加す
ることは勿論のこと、レーザ管内を流通するレー
ザ気体およびレーザ管の外側を流通する冷却用の
流体が共に乱流となり、レーザ気体の冷却を効率
よく行い得るものである。

なお、本発明は前述の実施例のみに限るもので
はなく、適宜の変更を行うことにより、その他の
態様でも実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はCO₂レーザ発振器の全体概要を示す断
面図、第２図は第１図中のＡ−Ａ線断面図、第３
図はアノードリングの詳細図、第４図は第１図中
のＢ−Ｂ線断面図、第５図は第１図中のＣ−Ｃ線
断面図、第６図はカソードリングの詳細図を示す
ものである。 （図の主要な部分を表わす符号の説明）、１…
…CO₂レーザ発振器、３９……レーザ管、４１…
…冷却管、２５……アノードリング、５２……触
媒部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷却用の流体の流入口４３と流出口４５を備
   えた冷却管４１の内部に配置されたレーザ管３９
   の管壁部をスパイラル状に形成して設け、上記レ
   ーザ管３９へのレーザ気体の流入側に配置した円
   筒形状の陽極の外周部に、レーザ気体に旋回流を
   生じせしめるためのブレード３５を適数設け、上
   記レーザ管３９からのレーザ気体の流出側に陰極
   を配置して設けると共に、解離したレーザ気体を
   再結合するための触媒室１３を配置してなること
   を特徴とするレーザ発振装置。