JPS6288384A - ガスレ−ザ装置 - Google Patents
ガスレ−ザ装置Info
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- JPS6288384A JPS6288384A JP22905285A JP22905285A JPS6288384A JP S6288384 A JPS6288384 A JP S6288384A JP 22905285 A JP22905285 A JP 22905285A JP 22905285 A JP22905285 A JP 22905285A JP S6288384 A JPS6288384 A JP S6288384A
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- Japan
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- discharge tube
- laser device
- gas
- water
- discharge
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/04—Arrangements for thermal management
- H01S3/041—Arrangements for thermal management for gas lasers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Lasers (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はガスレーザ装置、特に無声放電式の軸流形ガ
スレーザ装置における放電、管の冷却機構に関するもの
である。
スレーザ装置における放電、管の冷却機構に関するもの
である。
〔従来の技術」
従来、この種の代表的な装置として軸流形ｃｏ２レーザ
装置が挙げられ、こｒｔを例に説明する。
装置が挙げられ、こｒｔを例に説明する。
第３図（ａｌ （ｂｌは各々従来のｃｏ２レーザ装置の
構造を示す縦断面及び横断面構成図であり１図において
、（１）はパイレックスガラスや酸化チタン等の誘電体
よりなる放電管、ｔ２ｕａ′４は放電管の外壁に密着は
せた一対の給ｔｍ電極１３１ｉｊ給電電極Ｑυ翰に交流
高電圧を印加する電源、（４）は放電空間、（５）は部
分反射鏡、 （６１は全反射鏡、（７）はレーザ光、（
８）は水冷ジャケット、硼は冷却水入口、報は冷却水出
口である。
構造を示す縦断面及び横断面構成図であり１図において
、（１）はパイレックスガラスや酸化チタン等の誘電体
よりなる放電管、ｔ２ｕａ′４は放電管の外壁に密着は
せた一対の給ｔｍ電極１３１ｉｊ給電電極Ｑυ翰に交流
高電圧を印加する電源、（４）は放電空間、（５）は部
分反射鏡、 （６１は全反射鏡、（７）はレーザ光、（
８）は水冷ジャケット、硼は冷却水入口、報は冷却水出
口である。
次に動作について説明する。一対の給ｔｔ極０１）ＣＩ
！ａに電源（３）から交流電圧が印加さｎ、ると、放電
空間（４）に無声放電と呼ばれるおだやかな放電が生じ
る。この放電は誘電体よりなる放電管０）を通じて起る
ので誘電体のギヤバシテイブ バラスト（Ｃａｐａｃｉ
ｔｉｖｅ ｂａｌｌａｓｔ’）効果により、極めて安定
したグロー状の放電となっている。Ｃ０２レーザ装置の
場合０例えばＣＯ２−Ｎ２−１１ｅ＝＝ ８二〇０：３
２の割合で混合さｎたレーザガスか放電空間（４）に数
−４−Ｔｏｒｒ の圧力で充填さｊでおり、無声放電に
より、 ｃｏ２分子が励起され０部分反射鏡（５）と全
反射鏡（６）で構成される光共振器内でレーザ発振が起
る。
！ａに電源（３）から交流電圧が印加さｎ、ると、放電
空間（４）に無声放電と呼ばれるおだやかな放電が生じ
る。この放電は誘電体よりなる放電管０）を通じて起る
ので誘電体のギヤバシテイブ バラスト（Ｃａｐａｃｉ
ｔｉｖｅ ｂａｌｌａｓｔ’）効果により、極めて安定
したグロー状の放電となっている。Ｃ０２レーザ装置の
場合０例えばＣＯ２−Ｎ２−１１ｅ＝＝ ８二〇０：３
２の割合で混合さｎたレーザガスか放電空間（４）に数
−４−Ｔｏｒｒ の圧力で充填さｊでおり、無声放電に
より、 ｃｏ２分子が励起され０部分反射鏡（５）と全
反射鏡（６）で構成される光共振器内でレーザ発振が起
る。
レーザ光の一部は矢印（７）で示されるように部分反射
鏡（６）より外部に取り出される。レーザ発振は以上の
ように行なわｎるが、レーザの発振効率（レーザ出力／
放市電力）は放電空間（４１のガス温度が高くなると低
くなるため、水冷ジャケット（８）内に冷却水を流Ｅ２
て、放電管ｆ１１の全周を冷却することにより、ガス温
；Ｗの上昇を抑えている。
鏡（６）より外部に取り出される。レーザ発振は以上の
ように行なわｎるが、レーザの発振効率（レーザ出力／
放市電力）は放電空間（４１のガス温度が高くなると低
くなるため、水冷ジャケット（８）内に冷却水を流Ｅ２
て、放電管ｆ１１の全周を冷却することにより、ガス温
；Ｗの上昇を抑えている。
従来の装置は以上のように構成さｊているため。
例えば放電管イ１）が機械的あるいは篭気的に破壊した
場合、冷却水か放電、空間（４）に流入し、装置の内部
か水ひたしになる。ＣＯ２レーザ装置の場合、光パ（ （３）。
場合、冷却水か放電、空間（４）に流入し、装置の内部
か水ひたしになる。ＣＯ２レーザ装置の場合、光パ（ （３）。
共振用鏡としてＶｉｚｎＳｅ＋Ｇｅが使われており、水
かｌ「１−接にこのような鋭に触れるとこれらの材料は
耐水性か無いため、再度使用で＠ない状態になる。
かｌ「１−接にこのような鋭に触れるとこれらの材料は
耐水性か無いため、再度使用で＠ない状態になる。
さらに第３図に示した軸流形ガスレーザ装置の他に放電
管の部分は同じで、放電空間のレーザガスを高速で流す
ことにより、放電により発熱した熱の一部をｌ（ｖり去
るための循環用のブロアをそなえた篩速軸流形ガスレー
ザ装置と呼ばれるものがある。第４図はこのような従来
の旨速軸流形ガスレーザ装置を示す断面構成図であり１
図において。
管の部分は同じで、放電空間のレーザガスを高速で流す
ことにより、放電により発熱した熱の一部をｌ（ｖり去
るための循環用のブロアをそなえた篩速軸流形ガスレー
ザ装置と呼ばれるものがある。第４図はこのような従来
の旨速軸流形ガスレーザ装置を示す断面構成図であり１
図において。
ＯＩはレーザガス循環用ブロア、０υはレーザガス冷却
用の熱交換器であり、他の番号は第３図と同一部材であ
る。このような烏速輔流形ガスレーザ装置において、放
電管（１）が破壊すると、光共撮用の鏡がダメージを受
けるだけでなく、冷却水がブロア０１．熱交換器０１）
にも流入するため、ブロアの軸受けが腐食したり、ブロ
アのモーターのコイル間で水により電気絶縁破壊が起っ
たり、また、熱交換器０１１の表面に水分が付層して、
レーザ装置内の水分が除去できず、装置の修復に相当の
時間がか、−１ （４１ｊ、；−３ かるなどのさらに犬＠なトラブルが発生する。
用の熱交換器であり、他の番号は第３図と同一部材であ
る。このような烏速輔流形ガスレーザ装置において、放
電管（１）が破壊すると、光共撮用の鏡がダメージを受
けるだけでなく、冷却水がブロア０１．熱交換器０１）
にも流入するため、ブロアの軸受けが腐食したり、ブロ
アのモーターのコイル間で水により電気絶縁破壊が起っ
たり、また、熱交換器０１１の表面に水分が付層して、
レーザ装置内の水分が除去できず、装置の修復に相当の
時間がか、−１ （４１ｊ、；−３ かるなどのさらに犬＠なトラブルが発生する。
この発明は上記の工うな従来のものの問題点を除去する
ためになさｎｆｃもので、万一２放電管＋１１が破壊し
ても、トラブルが少なく、かつ、レーザガスの冷却効果
を従来と同じ栓度にして、レーザ発振の低下が起らない
ガスレーザ装置を提供することを目的としている。
ためになさｎｆｃもので、万一２放電管＋１１が破壊し
ても、トラブルが少なく、かつ、レーザガスの冷却効果
を従来と同じ栓度にして、レーザ発振の低下が起らない
ガスレーザ装置を提供することを目的としている。
この発明に係るガスレーザ装置Ｗは、給電電極が放熱フ
ィンを備えた金属ブロックにより構成されるものである
。
ィンを備えた金属ブロックにより構成されるものである
。
〔作用Ｊ
この発明におけるガスレーザ装置は、金属ブロックを放
熱フィンにエリ冷却し、放電管を給電電極を兼ねたこの
金属ブロックで冷却しているので放電管の破壊により生
ずるトラブルが少ない。また放電管の発熱は′ＴＭ極部
外部分であるので上記のような構成においても冷却効果
は従来のものと同じ程度になる。
熱フィンにエリ冷却し、放電管を給電電極を兼ねたこの
金属ブロックで冷却しているので放電管の破壊により生
ずるトラブルが少ない。また放電管の発熱は′ＴＭ極部
外部分であるので上記のような構成においても冷却効果
は従来のものと同じ程度になる。
第５図にこの発明を見い出すＫあたり行った基本的な実
験結果を示す。第５図は高速軸流形ガスレーザ装置にお
ける放電電力とレーザガス放電管出口温度との関係を示
す特性図であり、第４図に示すガスレーザ装置を使い実
験した結果である。
験結果を示す。第５図は高速軸流形ガスレーザ装置にお
ける放電電力とレーザガス放電管出口温度との関係を示
す特性図であり、第４図に示すガスレーザ装置を使い実
験した結果である。
放電管（第１の構造は第３図（ｂ）に示すものと同様の
もので、冷却水を流した時（直線Ａ）と、流さない時（
直線Ｂ）のレーザガスの放電管出口温度Ｔｇ（Ｃ）を各
放電電力Ｗｄ（ＫＷ）Ｋついて調べたものである。第５
図から、ｍ極の周囲を水で冷却することにエリ、Ｔｇが
約３０チ低下していることから、放電管０）を通じて約
３０俤の熱エネルギーが持ち出されていることが実験に
より判明した。
もので、冷却水を流した時（直線Ａ）と、流さない時（
直線Ｂ）のレーザガスの放電管出口温度Ｔｇ（Ｃ）を各
放電電力Ｗｄ（ＫＷ）Ｋついて調べたものである。第５
図から、ｍ極の周囲を水で冷却することにエリ、Ｔｇが
約３０チ低下していることから、放電管０）を通じて約
３０俤の熱エネルギーが持ち出されていることが実験に
より判明した。
次に、この３０チのエネルギーが、放電管のどの部分か
ら持ち出されているかを調べるために電極表面温度を測
定した結果を示す。
ら持ち出されているかを調べるために電極表面温度を測
定した結果を示す。
第６図は第４図の実験で使用したのと同じ装置を用いて
、放電管の水冷を行なわないときの、放電管出口部の電
極表面温度（直線Ｃ）及び前記レーザガス温度（直線Ｂ
）と放電、電力との関係を示す特性図である。第６図エ
リ、１ｆ極表面温度は。
、放電管の水冷を行なわないときの、放電管出口部の電
極表面温度（直線Ｃ）及び前記レーザガス温度（直線Ｂ
）と放電、電力との関係を示す特性図である。第６図エ
リ、１ｆ極表面温度は。
レーザガス温度よりも高くなっているのがわかる。
こｒｔは、この発明の対象としている無声放電式の軸流
形ガスレーザ装ｒｄｔ特有の現象である。すなわち放電
管（１）の表面の一部が、電極を兼ねているため、放電
の粒子（Ｗ子やイオン）が市、極に衝突し。
形ガスレーザ装ｒｄｔ特有の現象である。すなわち放電
管（１）の表面の一部が、電極を兼ねているため、放電
の粒子（Ｗ子やイオン）が市、極に衝突し。
そこで発熱するため、レーザガス温度エリも電極表面温
度が高くなるのである。
度が高くなるのである。
この発明はこのような無声放電式軸流形ガスレーザ装置
の熱に関する基礎的実験とその考察から生まれ７’ｃも
のである。
の熱に関する基礎的実験とその考察から生まれ７’ｃも
のである。
即ち、放電管（１）の給電電極ａｔ＋ａａの部分での発
熱が大きく、それ故に電極ｔ２ｔ＋■から水冷により約
３０ｑ６もの熱が持ち出されると考察さする。
熱が大きく、それ故に電極ｔ２ｔ＋■から水冷により約
３０ｑ６もの熱が持ち出されると考察さする。
このことから、放電管を水冷するには、放電管の全周を
冷却する必要はなく、給電電極部のみを冷却すｎばよい
ことが発案さｎた。
冷却する必要はなく、給電電極部のみを冷却すｎばよい
ことが発案さｎた。
第１図値）（ｂ）は各々この発明の一実施例によるガス
レーザ装置を示す縦断面構成図及び横断面構成図である
。図においてｃ！Ｏ■はアルミ等よりなる放熱フィンを
備えた金属ブロックであり、放電管（重）に密着してお
り、給電電極も兼ねている。また。
レーザ装置を示す縦断面構成図及び横断面構成図である
。図においてｃ！Ｏ■はアルミ等よりなる放熱フィンを
備えた金属ブロックであり、放電管（重）に密着してお
り、給電電極も兼ねている。また。
放熱フィンの表面積は放電管に密着している給電電極の
面積の約３倍である。
面積の約３倍である。
（９）は放熱フィンに強制的に流す冷却用空気を示して
いる。この工うな冷却構造を有するガスレーザ装置ｄに
おいて、先に示した実験と同様の実験を行い、その冷却
性能を調べた。第２図はその結果を示す特性図であり、
・印は従来の装置において水冷を行った場合のレーザガ
スの放電管出口温度の実験結果、Δ口◇印はこの発明の
装置におけるレーザガスの放電管出口温度の実験結果、
ム凹Φ印は放熱フィンのない金属ブロックを用いた場合
の実験結果を示している。
いる。この工うな冷却構造を有するガスレーザ装置ｄに
おいて、先に示した実験と同様の実験を行い、その冷却
性能を調べた。第２図はその結果を示す特性図であり、
・印は従来の装置において水冷を行った場合のレーザガ
スの放電管出口温度の実験結果、Δ口◇印はこの発明の
装置におけるレーザガスの放電管出口温度の実験結果、
ム凹Φ印は放熱フィンのない金属ブロックを用いた場合
の実験結果を示している。
また、第２図では放熱フィンに送る空気の流速を三通り
に変化させた時のレーザガス放電管出口温度Ｔｇの実験
結果も示しており、△△印は流速が０７７Ｌ／ ｓｅｃ
、即ち空気を流さない時を示し１日日印は流速が１７
７１ ／ ｓｅｅ 、ΦΦ印は流速が３ ｍ ／ ｓｅ
ｅの時を示しでいる。
に変化させた時のレーザガス放電管出口温度Ｔｇの実験
結果も示しており、△△印は流速が０７７Ｌ／ ｓｅｃ
、即ち空気を流さない時を示し１日日印は流速が１７
７１ ／ ｓｅｅ 、ΦΦ印は流速が３ ｍ ／ ｓｅ
ｅの時を示しでいる。
第２図より、放熱フィンのない場合は冷却用の空気量を
増大、即ち流速を増し、でも、Ｔｇはほとんど変わらな
いが、放熱フィンを設けて放熱面積を上記実施例のよう
ＶＣ少なくとも３倍にす１ば。
増大、即ち流速を増し、でも、Ｔｇはほとんど変わらな
いが、放熱フィンを設けて放熱面積を上記実施例のよう
ＶＣ少なくとも３倍にす１ば。
極めて効果的に冷却さｔｌ、、流速を３ ＴｆＬ／ ｓ
ｅｃ ＠度にすｎば、従来の水冷方式のものとほとん
ど同じ冷却効果が得られることがわかる。
ｅｃ ＠度にすｎば、従来の水冷方式のものとほとん
ど同じ冷却効果が得られることがわかる。
とｎ、は前述したように電極への熱入力が給電電極部で
あるためであり、この発明の考案のもとになった考察が
正しいことを示してｈる。
あるためであり、この発明の考案のもとになった考察が
正しいことを示してｈる。
このように第１図に示す工うな放電管に放熱フィンを備
えた給電電極を密着させる方式でも、風冷用空気を流せ
ば従来の水冷の放電管と同様の冷却効果が得られる。
えた給電電極を密着させる方式でも、風冷用空気を流せ
ば従来の水冷の放電管と同様の冷却効果が得られる。
従ってレーザ発振も従来と同様の発振効率で得られる。
さらにこの発明のガスレーザ装置では従来のものに比べ
て次の様な特徴を有する。そｊは、従来の冷却構造では
放電管（１）が万一破壊した場合には。
て次の様な特徴を有する。そｊは、従来の冷却構造では
放電管（１）が万一破壊した場合には。
冷却水がレーザガス流路に％ｎ、出て、′！Ｓ成部品に
大きなダメージを与えるが、この発明のものでは空冷の
金属ブロックを用いているので、放電管（１）の１反履
と水もれは無関係になるため修復も簡単にできる。
大きなダメージを与えるが、この発明のものでは空冷の
金属ブロックを用いているので、放電管（１）の１反履
と水もれは無関係になるため修復も簡単にできる。
また水冷ジャケラ） ＋８１が不要となるため、装置が
コンパクトになり、かつ安価に作成できる特徴金有する
。
コンパクトになり、かつ安価に作成できる特徴金有する
。
さらに１従来のものでは給電電極Ｕυ１２３が比較的接
近（例え−１ｏｉｎａ度）しており、こ扛らは冷却水で
電気的な絶縁をしなけｎばならないため。
近（例え−１ｏｉｎａ度）しており、こ扛らは冷却水で
電気的な絶縁をしなけｎばならないため。
冷却水の純水器（電気導電率）を相当上げる必要があり
０通常イオン交換器などの純水器が使用さｔ、純水器の
定期的な交換が必要となる。このため装置が複雑となり
高価となっていた。これに対しこの発明のものは放電管
の冷却に水を使用しないため、上記の工つな欠点は全く
無くなる。
０通常イオン交換器などの純水器が使用さｔ、純水器の
定期的な交換が必要となる。このため装置が複雑となり
高価となっていた。これに対しこの発明のものは放電管
の冷却に水を使用しないため、上記の工つな欠点は全く
無くなる。
〔発明の効果」
以上のように、仁の発明に工ｎば給電電極を放熱フィン
を備えた金Ｎブロックでｍ成したので。
を備えた金Ｎブロックでｍ成したので。
万−放’ｔ”ｌが破壊しても水によるレーザのガス系。
光共振系へのダメージｆｊ！けることができ、信頼性の
よい低コストのガスレーザ挟置が得ら扛る効果がある。
よい低コストのガスレーザ挟置が得ら扛る効果がある。
第１図（ａ） （ｂｌは各々この発明の一実施例による
ガスレーザ装置を示す縦断面構成図及び横断面構成図、
第２図はこの発明の一実施例によるガスレーザ装置にお
ける放電、！力とレーザガス放電管１旧］温度との関係
を従来のものと比較した特性図、第３図（ａｌ （ｂｌ
は各々従来のガスレーザ装ｊ６を示す縦断面及び横断面
構成図、第４図は従来の他のガスレーザ装置を示す縦断
面構成図、第５図は従来のガスレーザ装置１における放
電電力とレーザガス放電管出口温度との関係金示す特性
図、並びに第６図は従来のガスレーザ装置におけるツタ
市電力と電極表面温度及びレーザガスＩ’１．Ａ Ｉ＆
との関係を示す特性図である。 （！）・・・放電管、ｃ！υ、（至）・・・給Ｉ！電極
、（３１・・・電源。 （４１・・・放電空間、（７）・・・レーザ光、（９）
・・・空気なお０図中、同一符号は同−又は相当部分を
示（１１）、、 ｒ−１Ｏ寸ト〇− 〇ａ 第 ２ 図 放電電力 Ｗ（１，［ｋｗ ］ 第３図 （ａ） （ｂ）
ガスレーザ装置を示す縦断面構成図及び横断面構成図、
第２図はこの発明の一実施例によるガスレーザ装置にお
ける放電、！力とレーザガス放電管１旧］温度との関係
を従来のものと比較した特性図、第３図（ａｌ （ｂｌ
は各々従来のガスレーザ装ｊ６を示す縦断面及び横断面
構成図、第４図は従来の他のガスレーザ装置を示す縦断
面構成図、第５図は従来のガスレーザ装置１における放
電電力とレーザガス放電管出口温度との関係金示す特性
図、並びに第６図は従来のガスレーザ装置におけるツタ
市電力と電極表面温度及びレーザガスＩ’１．Ａ Ｉ＆
との関係を示す特性図である。 （！）・・・放電管、ｃ！υ、（至）・・・給Ｉ！電極
、（３１・・・電源。 （４１・・・放電空間、（７）・・・レーザ光、（９）
・・・空気なお０図中、同一符号は同−又は相当部分を
示（１１）、、 ｒ−１Ｏ寸ト〇− 〇ａ 第 ２ 図 放電電力 Ｗ（１，［ｋｗ ］ 第３図 （ａ） （ｂ）
Claims (4)
- （１）誘電体よりなる放電管の外壁に密着させた一対の
給電電極に交流電圧を印加して上記放電管内のレーザガ
ス中で無声放電を起こし、レーザ光を発振させるものに
おいて、上記給電電極は放熱フィンを備えた金属ブロッ
クよりなることを特徴とするガスレーザ装置。 - （２）放熱フィンに強制的に空気を流した特許請求の範
囲第１項記載のガスレーザ装置。 - （３）放熱フインへ流す空冷用空気の流速が３ｍ／ｓｅ
ｃ以上である特許請求の範囲第２項記載のガスレーザ装
置。 - （４）放熱フィンの表面積が放電管に密着している給電
電極の面積の３倍以上である特許請求の範囲第１項ない
し第３項のいずれかに記載のガスレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22905285A JPS6288384A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | ガスレ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22905285A JPS6288384A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | ガスレ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6288384A true JPS6288384A (ja) | 1987-04-22 |
Family
ID=16885988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22905285A Pending JPS6288384A (ja) | 1985-10-15 | 1985-10-15 | ガスレ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6288384A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01286376A (ja) * | 1988-05-12 | 1989-11-17 | Fanuc Ltd | ガスレーザ装置用放電管 |
| JPH031585A (ja) * | 1989-05-29 | 1991-01-08 | Fanuc Ltd | レーザ発振器用放電管 |
-
1985
- 1985-10-15 JP JP22905285A patent/JPS6288384A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01286376A (ja) * | 1988-05-12 | 1989-11-17 | Fanuc Ltd | ガスレーザ装置用放電管 |
| JPH031585A (ja) * | 1989-05-29 | 1991-01-08 | Fanuc Ltd | レーザ発振器用放電管 |
| US5113407A (en) * | 1989-05-29 | 1992-05-12 | Fanuc Ltd. | Discharge tube for laser oscillator |
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