WO1988008629A1 - Oscillateur a laser - Google Patents

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Norio Karube
Akira Egawa
Etsuo Yamazaki
Nobuaki Iehisa
Mitsuo Manabe
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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
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

Definitions

  • the present invention relates to a high-output laser oscillation device for cutting metal or the like. More specifically, the present invention relates to a laser oscillation device capable of performing stable high-frequency discharge excitation.
  • Fig. 5 shows an example of a conventional axial-flow type high-frequency discharge excitation laser oscillator.
  • reference numeral 1 denotes a discharge tube, and the figure shows an example composed of four tubes, but various numbers are used according to the output.
  • 2 is a total reflection mirror
  • 3 is an output coupling mirror, and the two mirrors are precisely positioned.
  • 4 indicates laser light.
  • Each segment of the discharge tube 1 is provided with a gas inlet / outlet, which is connected to one root blower 7.
  • 5 and 6 are cooling units, which cool the laser gas generated by the discharge and the roots blower. The directions of the gas flows in the discharge tube 1 and the gas blower tube are indicated by arrows.
  • the gas flow in the discharge tube i is about 100 m / sec.Discharge is performed by the high-frequency voltage from the high-frequency power supply 12 to 15, The laser beam is oscillated and amplified.
  • Fig. 6 shows the principle of a conventional high-frequency power supply.
  • 16 is a DC power supply.
  • 17 is a high frequency (R F) power supply.
  • the DC output of the DC power supply 16 is output to the high-frequency power supply 16.
  • the high-frequency power supply 17 is composed of a branch plane composed of four FETs 18 to 21, a boosting transformer 22 and an impedance matching HI path 23.
  • the output is coupled to the discharge tube 1 via the electrodes 8a1 and ⁇ a2.
  • Reference numeral 24 denotes a CT coil for detecting the current of the discharge tube 1.
  • Reference numeral 25 denotes a current feedback line, which controls the current so as to feed back the current and keep the current to the discharge tube 1 constant.
  • Such a high-frequency pumped laser is compared with a normal DC pumped laser
  • high-frequency excitation laser devices are also common as high-frequency devices.
  • Parasitic oscillations occur in various loops, causing unstable operation, and may even destroy elements such as FETs.
  • these phenomena sometimes occur suddenly regardless of the output, and there is a problem that the reliability of the device is reduced. Disclosure of the invention
  • the object of the present invention is to solve the above problems and to provide a stable high-frequency laser oscillation device that does not generate an alarm in a DC power supply or destroy elements such as FETs due to such a vibration phenomenon. is there.
  • a high-frequency voltage is applied to a plurality of discharge tubes made of a dielectric to cause high-frequency discharge to excite a laser.
  • a high-frequency power supply that converts a DC power supply to a high-frequency voltage
  • a laser oscillation device wherein the DC power supply and the high-frequency power supply are coupled via a filter.
  • the second invention have your laser oscillation apparatus by applying a high frequency voltage to the plurality of discharge tubes consisting of r dielectric made to perform a high-frequency discharge to perform laser excitation, - a DC power supply, A high-frequency power supply that converts a DC voltage to a high-frequency voltage,
  • the laser oscillation device wherein a shield of a coupling line between the DC power supply and the high-frequency power supply is grounded on a high-frequency power supply side.
  • a high-frequency voltage is applied to a plurality of discharge tubes made of a dielectric to cause high-frequency discharge to excite a laser.
  • a DC power supply, and a high-frequency power supply that converts a DC voltage to a high-frequency voltage A DC power supply, and a high-frequency power supply that converts a DC voltage to a high-frequency voltage
  • a laser oscillation device comprising: a feedback line for obtaining current feedback from the input side of the high frequency power supply.
  • the high frequency from the high frequency power supply is prevented from being fed back to the DC power supply by the filter.
  • the high frequency on the high frequency power supply side is blocked by grounding the shield at one point on the high frequency power supply side.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of the first embodiment
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the second embodiment i
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the third embodiment
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the fourth embodiment
  • FIG. 5 is a principle diagram of a conventional axial-flow type RF discharge excitation laser oscillation device.
  • FIG. 6 is a principle diagram of a conventional high frequency power supply circuit for laser excitation. Will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the tenth embodiment.
  • 16 is a DC power supply
  • 30 is a finoleta.
  • the finalizer 30 is composed of inductances 31 and 32 and a capacitor 33.
  • the values of the inductances 31 and 32 and the capacitor 33 are determined by the conditions such as the capacity of the DC power supply 16 and the length of the cable.18 to 21 are composed of FETs
  • It is a branch circuit that constitutes a high-frequency inverter and converts DC power to high frequency of i ⁇ 1 ⁇ MHz.
  • 22 is an output transformer, and its output is supplied to the discharge tube via the impedance matching circuit.
  • high-frequency noise is fed back from the high-frequency power supply on the right side to the DC power supply 16 side, destabilizing the output of the DC power supply 16 ', generating an alarm, and sometimes generating a DC power supply.
  • the semiconductor element inside the 16 or the FETs 18 to 21 can be destroyed.
  • the filter 30 removes high frequency components from the high frequency power supply side. Enables stable laser oscillation.
  • the filter is quite effective even with the inverted L type only; as shown in Fig. 2, using two filters is more effective with a high-frequency power supply of several MHz. (Second embodiment)
  • FIG. 2 shows a plan view of the second embodiment.
  • reference numeral 35 denotes a power transmission cable having a shielded pair wire structure.
  • Connect resistors 36 and 37 in series with the cable.
  • the resistances 36 and 37 are for canceling the negative resistance component in the cable 35 and are determined from the value of the negative resistance component at a high frequency in the cable 35. Prevent oscillation on the cable, etc., so that high frequencies from the high frequency side do not affect the DC power supply 16 side.
  • FIG. 3 shows an image path diagram of the third embodiment.
  • the filter 30 is located on the high frequency power supply side.
  • 3 8 This is a shield ground, and the shield of cable 3 5 is grounded on the high-frequency power supply side. This can prevent high frequencies from being transmitted to the DC power supply 16.
  • FIG. 4 shows a II road map of the fourth embodiment.
  • the same elements as those in FIGS. 1 and 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • feedback is applied from the input side of the high frequency power supply to the DC power supply 16 via the line 40.
  • the output impedance of the DC power supply 16 side is reduced, and high frequencies are captured.
  • the cable 35 for preventing return to the DC power supply 16 via the cable 35 is shown as a pair, it can be applied to a shielded pair as well.
  • the high-frequency component is configured not to be transmitted from the high-frequency power supply to the DC power supply, the instability of the laser oscillation device due to the parasitic vibration can be eliminated.

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Description

明 細 レ一ザ発振装置 技 術 分 野
本発明は金属などの切断加工用大出力用のレーザ発振装置 に関する。 より詳細には安定した高周波放電励起のできる レ 一ザ発振装置に関する。
背 景 技 術
高周波励起軸流 C 0 2 レーザは高出力でかつ安定した発振 が可能であり、 開発がすすめられており、 このような例とし て本出願人による特願昭 6 1 一 2 4 3 2 1 2号がある。
従来の軸流型高周波放電励起レーザ発振装置の例を第 5図 に示す。 図において、 1 は放電管であり、 図では 4本で構成 した例を示しているが、 出力に応じて種々の本数が使用され る。 2 は全反射鏡、 3 は出力結合鏡であり、 2個の鏡は正確 に位置が決められでいる。 4 はレ ーザ光を示す。 放電管 1 の 各セグメ ン トにはガスの出入口が設けられており、 それは 1 台のルー ツブローヮ 7 に結合されている。 5及び 6 は冷却襪 であり、 放電ならびにルー ツブロワで発熱したレーザガスを 冷却する。 放電管 1及びガス送風管内のガス流の方向は矢印 で示してある。 8 a、 8 b〜 l l a、 l i b は電極であり、 それぞれの高周波.電源 1 2、 ί 3 i 4及び 1 5 に接続され ている。 放電管 i 内のガス流は約 1 0 0 m /秒であり.、 高周 波電源 1 2〜 1 5からの高周波電圧によ って放電が行わ 、 レーザビームが発振増幅される。
徒来の高周波電源の原理図を第 6図に示す。 図において、 1 6 は D C電源である。 1 7 は高周波 （ R F ) 電源である。 D C電源 1 6 の D C出力は高周波電源 1 6 に出力される。 高 周波電源 1 7は 4個の F E T 1 8 〜 2 1で構成されるブラ ン チ面路、 昇圧 ト ラ ンス 2 2 、 イ ンピーダンス整合 HI路 2 3 で 構成されている。 その出力ば放電管 1 に電極 8 a 1 、 δ a 2 を介して結合されている。 2 4は C Tコ イ ルであり、 放電管 1 の電流を検出する。 2 5 は電流帰還ラィ ンであり、 電流を 帰還し放電管 1への電流が一定になるように制御している。
このような高周波励起レーザは通常の D C励起レーザに比 較して、
- ( i ) 無電極放電のため電極材料劣化にまつわる問題がない < i ) .バラス ト抵抗が不要である。
( ϋί ) 陰極降下がなく高エネルギー効率が得られる。
Πν ) 低電圧動作が可能であり、 オペレータにたいして安全 で-め る。
( V ) C 0 分子の解離率が低く ラ ンニングコ ス トが低い。 ( vi ) パルス特性が優れている。
( vii ) 装置形状が小型にできる。
( iii ) 周波数を充分高く することにより、 電子捕捉現零が利 用できる。
( ix ) 放電材料の選択の自由度が高い。
等の数数の_長所を有する。 '
しかし、 高周波装置の常として高周波励起レーザ装置も種 々 のループに寄生振動を発生して動作の不安定となり、 さ ら に F E T等の素子を破壊する場合もある。 さ らに、 これらの 現象は出力に関係な く突如として発生する場合もあり、 装置 の信頼性を低下させる問題点があつた。 発 明 の 開 示
术発明の目的は上記問題点を解決し、 このような振動現象 によって、 D C電源にアラームを発生したり、 F E T等の素 子の破壊することのない安定した高周波レーザ発振装置を提 供することにある。
上記の問題点を解決するために、
第 1 の発明では、
誘電体からなる複数の放電管に高周波電圧を印加して高周 波放電を行わせてレーザ励起を行わせる レーザ発振装置にお いて、
直流電源と、
直流電源を高周波電圧に変換する高周波電源と、
前記直流電源と前記高周波電源をフ ィ ルタを介して結合し たこ とを特徴とする レーザ発振装置が、
提供される。
第 2 の発明では、 r 誘電体からなる複数の放電管に高周波電圧を印加して高周 波放電を行わせてレーザ励起を行わせる レーザ発振装置にお いて、 - 直流電源と、 直流電圧を高周波電圧に変換する高周波電源と、
前記直流電源と前記高周波電源の結合ラィ ンの シール ドを 高周波電源側でアースしたことを特徴とする特許請求の範囲 第 1項記載のレーザ発振装置が、
提供される。
第 3 の発明では、
誘電体からなる複数の放電管に高周波電圧を印加して高周 波放電を行わせてレーザ励起を行わせる レーザ発振装置にお いて、
直流電源と、- 直流電圧を高周波電圧に変換する高周波電源と、
前記高周.波電源の入力側からの電流帰還をとるための帰還 ライ ンとを有することを特徴とする レーザ発振装置が、 提供される。
第 1 の発明では、 高周波電源からの高周波がフ ィ ルタ によ つて、 D C電源にフィー ドバックされるのが阻止される。 第 2の発明では、 高周波電源側の一点でシール ドをアース するこ とによ り 、 高周波電源側の高周波を阻止する。
第 3 の発明では、 帰還線によって D C電源からみたィ ンピ 一ダンスを低下させ、 高周波振動を防ぐ作用を果たす。 図 面 の 簡 単 な 説 明 第 1図は第 1 の実施例の回路図、
第 2図ば第 2実施 iの回路図、
第 3図は第 3実施例の回路図、 第 4図は第 4実施例の回路図、
第 5図は従来の軸流型 R F放電励起レーザ発振装置の原理 第 6図は従来のレーザ励起用高周波電源回路の原理図であ る 発明を実施するための最良の形態 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第 1 図に第 1 0実施例の回路図を示す。 図において、 1 6 は D C電源、 3 0 はフ イ ノレタ である。 フ イ ノレタ 3 0 はイ ンダ ク タ ンス 3 1 、 3 2 と.コ ンデ ンサ 3 3 力、ら構成されている。 ィ ンダク タ ンス 3 1 、 3 2及びコ ンデ ンサ 3 3 の値は D C電 源 1 6 の容量、 ケーブルの長さ等の条件によって決定される , 1 8 〜 2 1 は F E Tで構成されるブラ ンチ回路であり、 高周 波イ ンバータを構成し、 直流電源を i 〜 1 ϋ M H z の高周波 に変換する。 2 2 は出力 ト ラ ンスであ り'、 その出力がイ ン ピ 一ダンス整合回路を経由して放電管に供給さ る。 こ の回路 構成では、 右側の高周波電源部分から D C電源 1 6側に高周 波ノ イ ズが帰還され D C電源 1 6' の出力を不安定にさせ、 ァ ラームを発生させ、 ときには、 D C電源 1 6 の内部の半導体 素子あるいは F E T 1 8〜 2 1 等を破壊に致ら しめる e .： フ ィ ルタ 3 0 によ って、 高周波電源側からの高周波成分を 除去する こ とによ り 、 安定なレーザ発振を可能にする。
フ ィ ルタは逆 L型のみでも相当有効である力；、 図 Οよう に 2個使用した方が数 M H z の高周波電源では効果が高い。 〔第 2実施例〕
第 2図に第 2実施例の面路図を示す。 第 1図と同一の搆成 要素には同一の記号が付けられており、 その説明は省略する , 図において、 3 5 はシールドペア線構造を有するパヮ一伝送 ケーブルである。 ケーブルに抵抗. 3 6及び 3 7 をそれぞれ直 列に接続する。 この抵抗 3 6及び 3 7 ばケーブル 3 5内の炱 性抵抗成分を打ち消すためのものであり、 ケーブル 3 5内の 高周波での負性抵抗成分の値から決められる。 ケーブル上で の発振等を防止し、 高周波側からの高周波が D C電源 1 6側 に影響を与えないようにする。
〔第 3実施例〕
第 3図に第 3実施例の画路図を示す。 第 1図及び第 2図と 同一の構成要素には同一の符号が付けてあり、 その説明は省 赂する。 図において、 フ ィ ルタ 3 0 は高周波電源側におかれ ている。 3 8 ばシールドアースであり、 ケーブル 3 5 のシ一 ルドを高周波電源側でアースする。 これによつて高周波が D C電源 1 6側 ^伝送されるのを防ぐこ とができる。
〔第 4実施例〕
第 4図に第 4の実施例の II路図を示す。 図において、 第, 1 図と同一の要素にば同一の符号が付してあり、 その説明は省 赂する。 ここでは高周波電源側の入力側からライ ン 4 0 によ つて D C電源 1 6側へ帰還をかける。 これによつて、 D C電 源 1 6側の出力ィ ンピ一ダンスを低下させ、 高周波がケープ ル 3 5を経由して D C電源 1 6側へ帰還されるのを防止する ケーブル 3 5 はペア線で示してあるが、 勿論シール ドペア 線にも適用できる。
以上説明したように本発明では、 高周波電源側から D C電 源側へ高周波成分が伝達されないように構成したので、 寄生 振動による レーザ発振装置の不安定さをとり除く ことができ る。

Claims

1 請 求 の 範 囲
1 . 誘電体を柽て複数の放電領域に高周波電圧を印加して 高周波放電を行わせてレーザ励起を行わせる レーザ発振装置 レ， こ、
5 直流電源と、
直流電圧を高周波電圧に変換する高周波電_源と、 前記直流電源と前記高周波電源のフィ ルタを介して結合し たことを特徴とする レ一ザ発振装置。
2 . 前記フ ィ ルタは L C型のフ ィ ルタ回路であることを特 10 徴とする特許請求の範囲第 1項記載のレーザ発振装置。
3 . 前記フ ィ ルタは抵抗であることを特徴とする特許請求 の範囲第 1項記載のレーザ発振装置。
4 . 誘導体を経て複数の放電領域に高周波電圧を印可して 高周波放電を行わせてレーザ励起を行わせる レーザ発振装置
15 において、
直流電源と、
直流電圧を高] ¾波電圧に変換する高周波電源と、 " 前記直流電源と前記高周波電源の結合ラィ ンの シールドを 高 波電源側でアースしたことを特徴とするレーザ発振装置。 20 5 . 誘電体を柽て複数の放電領域に高周波電圧を印加して 高周波放電を行わせてレーザ励起を行わせる レ—ザ発辑装置 _ レ、 し 、
直流電源と
直流電源を高周波電圧に変換する高周波電源と、 - 25 前記高周波電源の入力側からの電流帰還をとるための帰還 ラ イ ンとを有することを特徴とする レーザ発振装置
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EP0312613A1 (en) 1989-04-26
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