JPS63228778A

JPS63228778A - ガスレ−ザ装置

Info

Publication number: JPS63228778A
Application number: JP6125387A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Takagi; 茂行高木; Tatsumi Goto; 後藤　達美
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-18
Filing date: 1987-03-18
Publication date: 1988-09-22

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明はレーザガスを放電励起してレーザ光を出力す
るガスレーザ装置に関する。

（従来の技術）一般的なガスレーザ装置は、レーザガスとしての例えば
ＣＯ２−Ｎ　２−１−１６混合ガス等のレー會ア媒買が
収容されたレーザ管内に陽極と陰極とからなる主電極を
設け、この主型鴎で発生する放電エネルギによって上記
レーザ媒質を励起する。これとともに、上記主型（仮が
放電を開始する前に、放電空間部を予備電離装置で予備
電離することで、主放電の安定化が行われている。

従来、上記予備電１ｍ装置の予備電離方式として（よコ
ロナｔｌｉ電、紫外線あるいはＸ線等を利用するらのが
ある。

上記紫外線（以下ＵＶ光）による予備電離方式を利用し
たガスレーザ装置を第１０図を参照して説明する。図中
において１は内部にレーザガスとしての例えばＣＯ２−
Ｎ２　　＋−１ｅ混合ガスが封入されたレーザ管である
。このレーザ管１内には−対の主電極としての陽極２と
陰掩３がレーザ光の発成方向に亘って設けられている。

そして、この陽極２と陰極３の互いに対向する放電面２
ａ、３ａの間には、ｔｌｉ電空間部４が形成されている
。

さらに、上記レーザ管１内には上記レーザガスを、この
レーザ管１内で循環させるファン５が設けられている。

このファン５は上記主電極２．３間の放電により劣化し
たレーザガスをレーザ光発振方向に略垂直な方向に循環
させるものである。

また、循環路の途中にはシー１１ガスを冷却する熱交換
器６が設けられている。

そして、上記放電空間部４のレーザガス循環方向上流側
には、アーク放電によって発生するりｖ光を利用して放
電空間部４を予備電離する一対のビン電極７・・・が複
数設けられている。この一対のビン主働７・・・は先端
を対向して、上記主電極２．３の放電方向に平行に設け
られ、レーザ光発振方向に一定距離離間して複数対配設
されている。

また、放電空間部４のレーザガス循環方向における下流
側にも、上記ビン電極７・・・同様の複数対のビン電極
８−・・がぞれぞれ配設されている。さらに、これらの
ビン電極７・・・、８・・・には、それぞれの中途部に
ビーキングコンデン＋ｊ９・・・が設けられ−Ｃいる。

そして、上記レーザ管１外に設けられた高圧電源１０を
動作ざぜることにより、上記ビン電極７・・・、８・・
・のそれぞれの先端間に電位差が生じて、アーク放電が
発生し、これによりピーキングコンデンサ９・・・が充
電される。このアーク放電でＵ光が発生し、放電空間部
４が予＠電離される。そして、放電空間部４の予備１１
１！ｌが充分進むと、陽ｔｆｉ２と陰１ｆｌ！３の間で
グロー放電による主放電が発生しレーザ光が発振される
。

ここで、上述のようなガスレーザ装置はビン電１々７・
・・の先端間でアーク放電を発生させることで予備電離
を行なうが、このアーク放電が発生した部分ｔまレーザ
ガスが高温に成るので、ビン電極７・・・の先端でスパ
ッタリングが発生しレーザガスを汚染してしまう性質を
持っている。

従って、このような構造のガスレーザ装置は、高繰返し
を１１なうほど多くの生成物を含んだレーザガスがファ
ン５により放電空間部４へ送られるため、主放電もアー
ク放電となりやすく安定したレーザ光が得られなくなる
。つまり、第４図に示される曲線Ａのように、低繰返し
では直線的にレーザ出力が増加するが、２００　（ＰＰ
Ｓ）程度からは出力が増加しなくなり、やがて減少して
しまう。この２００　（ＰＰＳ）付近を繰返し数の最大
と考え、ＣＲ［［（ガスの循環風速）／（繰返し数）×
（主放電幅）］を求めると、８〜１０と大きな圃となっ
てしまい、レーザガスの高速循環によるシー１１光出力
向上の効果を得ることには限界があった。

（発明が解決しようとする問題点）上述のように、一般的なガスレーザ装置は主電極間の放
電空間部における送ガス方向上流側に設けられた予備電
Ｉ！！電極の７−ク放電により、汚染されたレーザガス
が、上記放電空間部に流入して主放電を不安定にし、レ
ーザ光の出力を低減させるという事情があった。

この発明は、放電空間部におけるレーザガスの上流側で
予（＃ｉ電離によるレーザガスの汚染をなくし、高繰返
しを可能にするとともに、Ｕ■光の発生範囲を広げてレ
ーザ光の出力を著しく向上できるガスレーザ装置を提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段及び作用）この発明は、
レーザガスが所定圧に保たれたレーザ管内に配置された
少なくとも一対の主電極間に放電空間部を形成し、上記
一対の主電極のうら一方の７１！ｌ電而に誘電体を設け
、この誘電体の中央に予備電離電極を設けることにより
、上記誘電体の表面上で上記一方の主電極と予備電離電
極の間に沿面放電を発生して、レーザガスの汚染を低減
するとともに上記放電空間部へのＵ■光の供給を著しく
向上させ、これにより高出力のレーザ光を得ることがで
きるガスレーザ装置にある。

（実施例）この発明の第１実施例について第１図乃至第４図を参照
して説明するが、ガスレーザ装置の基本的溝成は上述し
た従来例と略同様のため、同一構成部分に関しては同一
符号を付して説明を省略する。

図中において１はレーザガスが所定圧に封入されたレー
ザ管である。このレーザ管１内には対向離間した一対の
主電極１１．１２がレーザ光発振方向に亘って設けられ
ている。そして、これら主電極１１．１２のうち一方の
主電極の例えば陰極１２の放電面１２ａ中央には、例え
ば帯状の凹部１３がレーザ光発振方向に亘って設けられ
ている。

そして、この凹部１３は上記放電面１２ａより狭幅に形
成されている。また、この凹部１３には、その形状に対
応するように形成された誘電体１４が嵌合されている。

ここで、上記放電面１２ａが例えばｌＱｍｍの幅に形成
される場合には誘電体１４の幅は例えば６〜９ｍｍに形
成する。

そして、この誘電体１４は例えばパイレックスガラス、
ガラスエポキシもしくはアルミナセラミック等によって
形成されている。そして、この誘電体１４の中央部には
、その厚さ方向に貫通して形成された挿入孔１２ｂから
先端部を突出するプレー１〜状の予備電離電極１５が設
けられている。

この予備電離電極１５は上記誘電体１４の幅方向中央部
より、そのエツジ部が突出されており、レーザ光発振方
向に日って設けられている。そして、ト記陰極１２の挿
入孔１２ｂの内壁と予１ｉｉ電離電極１５との間は絶縁
体１６・・・によって電気的に絶縁されている。

また、上記予ｌｌｌ電１ｉＩｌ！電極１５の基端側には
高圧電源１０が接続されている。そして、陰極１２は、
この陰極１２を導電性を有して保持する保持板１７を介
して、陽極１１を導電性を有して保持する保持板１８に
接続されている。この保持板１７．１８の間の配線中途
部にはピーキングコンデンサ１９・・・が設けられてい
る。

さらに、上記保持板１８から導出された配線は高圧電源
１０に導入接続されている。

また、上記レーザ管１内にはレーザガスを循環させるフ
ァン５および、レーザガスを冷却する熱交換器６が設け
られている。

そして、上記高圧電源１０を′＃Ｊ作することにより、
予備電離電極１５が印加され、誘電体１４の表面上で陰
極１２と沿面ｌ！ｌ電を発生する。この沿面放電は第３
図に示されるように予備電離電極１５と陰極１２との間
の誘電体１４の表面上略全体に口って一探に発生するた
め、アーク放電を生じることなくＵＶ光を発生できる。

このため、従来のアーク放電による予備電離に比較して
放電生成物が発生しすらいからレーザガスの汚染を低減
できる。

そして、この沿面放電により陰極１２の放電面１２ａ上
に電子が供給されるほか、ＵＶ光により放電空間部４が
光電離されて電子が生成され、予備電離される。

一方、高圧電源１０からの電流は予備電離電極１５およ
び陰ル１２を介してピーキングコンデンサ１９・・・に
充電される。そして、上記放電空間部４の予備電離とピ
ーキングコンデンサ１９・・・の充電が充分に行われる
と主電極１１．１２間で主放電が発生する。この主放電
は上記誘電体１４が設けられた部分でも、この誘電体１
４を介して行われるため、主電極１１．１２双方の放電
面間で安定したグロー放電を発生させることができる。

また、均一な沿面ｔｉｉ電による予備電離でレーザガス
の汚染低減ができるため、さらに安定した主放電を発生
させることができる。

このようなガスレーザ装置は、従来のビン′冶極による
予備電離に比較してレーザガスの汚染を著しく低減でき
るため、レーザカスの循環速度が従来同様のままであっ
ても、従来を越える高繰返しが可能である。このためＣ
Ｒ値は４〜４．５と著しく向−トすることができた。ま
た、誘電体１４を主電極１２の放電面１２ａに設け、こ
の誘電体１４の中央に予備電ｌｌ３Ｉｌ電極１５を設け
ることにより、広い範囲に亘って予備電離できるととも
に、主放電時には上記誘電体１４が設けられている部分
でも主放電が発生するため、主電極１１．１２の略全放
電面に亘って均一なグロー放電を発生させることができ
る。これらの作用により、高繰返しが可能となり、第４
図に曲線Ｂで示されるように繰返し教は従来の２倍以上
に向上し、これによリレーザ光出力を著しく向上させる
ことができる。

なお、この発明は上述に限定されるものではない。例え
ば誘電体１４および予備電離電極１５は陰極１２に設け
られているが、陽極１１に設けられてもよい。つまり、
一対の主電極のうちいずれか一方の主電極に設けられる
ものであればよい。

この場合、誘電体１４と予備型１ｉｆｔ電極１５が陽極
１１に設けられる場合には電気回路の構成に変更を要す
ることは勿論である。さらに、一方の主型礪としての例
えば陰極１２と誘電体１４の幅も上述に限定されるもの
ではない。

以下、この発明にお【プる第２実施例を説明するが、そ
の基本的構成は第１図に示される第１実施例と同様のた
め、改良部分に関してのみ第５図乃至第７図を参照して
説明する。

第５図において、２０は一方の主電極であり、この主電
極２０の放電面２１の略中火にはレーザ光発振方向に口
って誘電体２２が設けられている。

ぞして、誘電体２２の中央部には、プレート状の予描電
離電（へ２３のエツジ部が突出するように設けられてい
る。そして、上記主？１ｔｉ２０の予備１１！ｌｉｔ電
慟２３に対向する対向縁部２４は、波型状に形成され、
それによって上記予備電離Ｎｔｆ１２３側へ突出する複
数のピンエッジ２５・・・が設けられている。このピン
エッジ２５・・・をレーザ光発振方向に均一に配設する
ことにより、一様に点弧しゃずくなり安定した放電を得
ることができる。

また、第６図に示されるように、ビン状の複数の予備電
離電極２６・・・をレーザ光発振方向に一定距離離間し
て配設することによって、均一な沿面放電を得ることが
できる。

ざらに、第７図に示すようにレーザ光の発振方向に配設
されたビン状の予備電離電極２７・・・のそれぞれに対
応する陰極２８の対向縁部２９に、予備電離電極２７・
・・側に突出して、その先端が先細形に形成された複数
のピンエツジ３０・・・が設けられている。このように
構成することにより、沿面放電が予備電離電極２７・・
・とピンエッジ３０・・・の間で発生するため。より安
定した沿面放電をレーデ光発振方向に亘って発生させる
ことができ、レーザ出力をさらに向上させることができ
る。

なお、この発明は上述に限定される乙のではない。例え
ば、上記第２実施例における予備電離電極は、プレート
状もしくはビン状であるがこれに限定されるものではな
い。つまり、誘電体２２の略中火に設けられて一方の主
電極２０との間で沿面ｆＪＩｌ電できる予備型１１を電
極ぐあればよく、例えば単にプレート状の予備Ｎｗｉ電
極を複数に分割したもの等も含まれる。また、上述のよ
うに複数の子＠電１１１１［電極の各々にインダクタン
スＬを直列に接続して予備電離の放電がアーク放電に成
ることを防止する構造等もこの発明に含まれる。

以下、この発明における第３実施例を第８図を参照して
説明する。

図中において、３１はレーザ媒質としての例えばＣＯ２
−Ｎ２−Ｈｅ混合ガス等のレーザガスが封入されたレー
ザ管である。このレーザ管３１の内部には互いに対向す
る一対の主電極３２．３３がレー＋ｆ光の発振方向に亘
って設けられている。

そして、この主電極３２．３３の間は一定距離離間され
て放電空間部３４が形成されている。

そして、上記一対の主電極３２．３３のうち例えば陰極
３３の放電面３３ａにはレーザ光発振方向に亘って凹部
３５が設けられている。この凹部３５には、その形状に
対応する誘電体３６が嵌合されている。

そしで、この誘電体３６の略中火にはレーザ光発振方向
に口って、プレート状の予備電離電極３７が設けられて
いる。この予１ｉ１ｉ［電極３７は、そのエツジ部を誘
電体３６より、１１ｉ電空間部３４側に突出して設けら
れている。そして、陰１〜３３内に位置する予１ａ　Ｎ
ｍ電極３７は絶縁体３８によって電気的に絶縁されてい
る。

また、上記陰陽３３と、これに対向して設けられた陽（
〜３２は、それぞれ導電性を有する保持板３つ、４０を
介してレーザ管３１内に支持されている。

そして、陰極３３を支持する保持板４０にはレーザ管３
１の外部に設けられた高圧電源４１が接続され、さらに
、上記保持板３つ、４０は互いにピーキングコンデンサ
４２・・・を介して接続されている。また、上記予備電
離型Ｉｆ１３７の基端部には上記保持板３９から延長さ
れて、中途部にコロナコンデンサ４３を有する配線が接
続されている。

また、保持板３つから導出された配線は上記高圧電源４
１に導入接続されている。

このように形成されたガスレーザＶ装置の高圧電源４１
を動作させると、上記ピーキングコンデンサ４２・・・
に直接充電される。そして、上記陰極３３と予ｍ電ｌＩ
Ｉ電極３７との間で誘電体３６の表面を介して沿面放電
が発生することで上記コロナコンデンサ４３が充電され
る。そして、上記沿面放電により予備Ｎ離された放電空
間部３４は充分に充電されたピーキングコンデンサ４２
からの印加によりグロー放電を発生して、レーザ光を発
振官る。

上述のように構成することにより、コロナコンデンサ４
３の容量を変更することで、予備電離時の放電量を調整
することができる。

以下この発明における第４実施例を第９図を参照して説
明するが、その阜本的構造は第８図に示される第３実施
例と略同様のため同一構成部分に関しては同−符弓を付
して説明の重視を避け、改良点のみを説明する。

図中において、３３は一方の主ＩＪｉとしての例えば陰
ルであり、この陰極３３は陽極３２と対を成して図示し
ないレーザ管内に設けられている。

そして、上記陰極３３の放電面３３ａには誘電体３６が
設けられており、この誘電体３６の中央部には予備電離
電極３７が設けられている。そして、上記陽極３２を深
持する保持板３９と予備電照電極３７とを接続する配線
４４の中途部にはコ［］ナコンデンサ４３が設けられて
いる。また、上記配［１４４の保持板３９とコロナコン
デンサ４３との間にはタイミング用のスイッチ４５が設
けられている。

このように予備電離のタイミングのためのスイッチ４５
を設けられたガスレーザＳ装置を動作する場合、上記ス
イッチ４５は始め開成状態で、ピーキングコンデンサ４
２が充分充電された後に上記スイッチ４５が閉成するよ
うに制御することにより、高電界が急激に陰極３３と予
備電離電極３１間にかかり、沿面放電を均一に発生させ
ることができる。ここで、上記スイッチ４５を設けてタ
イミングを取るものの他に、ビン電極間の離間距離によ
ってタイミングを取るものや、アレスターを用いるもの
等も含まれる。

なお、この発明は上記各実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記各実施例では予備電離型ｔｉの基端部
が誘電体に埋設されているが、この構造に限定されるも
のではなく、誘電体の略中央に設けられて一方の主電極
と、誘電体の表面上を介して沿面放電を発生するもので
あればよく、例えば、誘電体の表面上に設けられて主電
極の端部より配線される予備電離電極を有するもの等も
含まれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば一方の主電極の
放電面に誘電体を設け、この誘電体の略中央に予備電離
電極を設けることにより、予備１ｈ離時には誘電体の表
面上を介して沿面放電を発生するため、予備電離の電極
間の距離を長くしてし、電流が集中してアーク放電を発
生することなく誘電体表面上に亘って均一に放電できる
。この作用により、従来構造に比較してＭ電の範囲を大
幅に広げることができ、安定した均一なＵｖ光を広い範
囲に亘って発生させることができる。さらに、従来アー
ク放電によって予備電離することでレーザガスを著しく
汚染していたが、上述のように均一な沿面放電により予
備電離することで、がスレーブの高温化を防止して、汚
染を著しく低減できる。また、上記誘電体は一方の主電
極のｆｌｔ電而に面けられているが、主電極間の主放電
時には、上記誘電体を介しても主放電が発生するため、
上述のような効果を得ながら主放電は従来と略同様に発
生させることができる。上述したような作用により従来
構造に比較して極めて高出力のレーザ光を発振できるカ
スレーザ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図はこの発明における第１実施例であり
、第１図はレーザ光発振方向から見たレーザ光発振装置
の正断面図、第２図は第１図中に示される一方の主電極
の正断面図、第３図は一方の主電極の、放電面の放電状
態を示す平面図、第４図はレーザ出力と繰返し数の関係
で従来構造のガスレーザ装置と本発明によるレーザ装置
を比較するグラフ、第５図乃至第７図は、この発明にお
ける第２実施例であり、各図は予備電離のためのＮ極を
それぞれ改良した状態を示す平面図、第８図はこの発明
における第３実施例を示す正断面図、第９図はこの発明
における第４実施例の置部を示す正断面図、第１０図は
従来における一般的なガスレーザ装置の構造を示す正断
面図である。１・・・レーザ管、４・・・ｆｉ？！空間部、１１・・
・陽極（主電極〉、１２・・・陰極（主電極）、１２ａ
・・・放電面、１４・・・誘電体、１５・・・予１電ａ
ｍｍｌｉ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第　１　図第２図第４ｒＩＪ第５図　　　　　ｔｓ６図第　７　図第　８　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レーザガスが所定圧に保たれたレーザ管と、この
レーザ管内に離間対向して配設された少なくとも一対の
主電極と、これら主電極間に形成された放電空間部と、
上記一対の主電極のうち一方の放電面の長手方向に沿っ
て設けられた誘電体と、この誘電体の幅方向略中央に設
けられて、この誘電体の表面上で上記一方の主電極と沿
面放電を発生して上記放電空間部を予備電離する予備電
離電極とを具備することを特徴とするガスレーザ装置。
（２）一方の主電極の放電面が予備電離電極側に先端を
突出する複数のピンエッジを形成することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のガスレーザ装置。