JP2013187270A

JP2013187270A - Laser oscillator

Info

Publication number: JP2013187270A
Application number: JP2012049877A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Okada; 康弘岡田; Masafumi Yorozu; 雅史萬
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-19

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser oscillator which easily insulates a conductive electrode and inhibits changes of a space between ceramic electrodes and the deterioration of the parallelism.SOLUTION: A laser gas is housed in a housing. Openings are provided on walls of the housing which face each other. A pair of ceramic electrodes respectively close the pair of openings. A spacer is disposed between the pair of ceramic electrodes to limit changes of a space between the ceramic electrodes. Conductive electrodes are disposed at the outer sides of the pair of ceramic electrodes.

Description

本発明は、無声放電によってレーザ媒質ガスを励起させるレーザ発振器に関する。 The present invention relates to a laser oscillator that excites a laser medium gas by silent discharge.

従来、無声放電励起炭酸ガスレーザの放電電極は、レーザ媒質ガスである炭酸ガスを収容する放電チェンバ内に配置されていた。放電チェンバに取り付けられた電流導入端子と放電電極とが高電圧ケーブルで接続される。放電電極は、放電領域を挟むように配置された一対のセラミックス電極と、このセラミックス電極の外側にそれぞれ配置された導電性電極とを含む。導電性電極の外側の表面は、シリコーン樹脂等の絶縁材料で被覆される。 Conventionally, the discharge electrode of a silent discharge excitation carbon dioxide laser has been arranged in a discharge chamber that contains carbon dioxide, which is a laser medium gas. A current introduction terminal attached to the discharge chamber and the discharge electrode are connected by a high voltage cable. The discharge electrodes include a pair of ceramic electrodes disposed so as to sandwich the discharge region, and conductive electrodes respectively disposed outside the ceramic electrodes. The outer surface of the conductive electrode is covered with an insulating material such as silicone resin.

放電チェンバ内に、通常０．２〜０．３気圧のレーザガスが充填されている。このため、放電電極と高電圧ケーブルとの接続箇所、電流導入端子と高電圧ケーブルとの接続箇所、及び導電性電極の外側の表面等が、レーザガス中に配置される。これらの箇所の絶縁が不十分であると、異常放電が発生し易くなる。 The discharge chamber is usually filled with a laser gas of 0.2 to 0.3 atm. For this reason, the connection location between the discharge electrode and the high voltage cable, the connection location between the current introduction terminal and the high voltage cable, the outer surface of the conductive electrode, and the like are arranged in the laser gas. If insulation at these locations is insufficient, abnormal discharge is likely to occur.

特許文献１及び特許文献２に、導電性電極の外側の表面を大気に開放した構造のレーザ発振器が開示されている。この構造では、セラミックス電極が、レーザガスを閉じ込めるための放電チェンバの一部を構成している。高電圧が印加される導電性電極が大気圧雰囲気に配置されるため、容易に絶縁性を確保することができる。 Patent Documents 1 and 2 disclose laser oscillators having a structure in which the outer surface of a conductive electrode is open to the atmosphere. In this structure, the ceramic electrode constitutes a part of the discharge chamber for confining the laser gas. Since the conductive electrode to which a high voltage is applied is disposed in an atmospheric pressure atmosphere, insulation can be easily ensured.

特開２００１−２３７４７５号公報JP 2001-237475 A 特開平５−１３８３９号公報JP-A-5-13839

セラミックス電極が放電チェンバの一部を構成する構造では、放電チェンバ内を減圧する際に放電チェンバの壁面が歪むと、セラミックス電極間の間隔が変動する場合がある。さらに、セラミックス電極の平行度が低下する場合もある。 In the structure in which the ceramic electrode constitutes a part of the discharge chamber, the space between the ceramic electrodes may fluctuate if the wall surface of the discharge chamber is distorted when the inside of the discharge chamber is decompressed. Furthermore, the parallelism of the ceramic electrode may be reduced.

本発明の目的は、導電性電極の絶縁を容易に行うことができ、かつセラミックス電極の間隔の変動や平行度の低下を抑制することができるレーザ発振器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser oscillator that can easily insulate conductive electrodes and can suppress fluctuations in the spacing between ceramic electrodes and reduction in parallelism.

本発明の一観点によると、
レーザガスを収容し、相互に対向する壁に開口が設けられた筐体と、
前記一対の開口を塞ぐ一対のセラミックス電極と、
一対の前記セラミックス電極の間に配置され、両者の間隔の変動を制限するスペーサと、
一対の前記セラミックス電極の外側にそれぞれ配置された導電性電極と
を有するレーザ発振器が提供される。 According to one aspect of the invention,
A housing containing laser gas and provided with openings in walls facing each other;
A pair of ceramic electrodes for closing the pair of openings;
A spacer disposed between the pair of ceramic electrodes and restricting the variation in the distance between the two;
There is provided a laser oscillator having a conductive electrode disposed outside the pair of ceramic electrodes.

スペーサが配置されているため、セラミックス電極の間隔の変動を防止することができる。セラミックス電極が開口を塞いでいるため、一対のセラミックス電極の外側に配置された導電性電極は、筐体内の空間から隔離される。このため、導電性電極の絶縁を容易に
行うことができる。 Since the spacer is disposed, fluctuations in the distance between the ceramic electrodes can be prevented. Since the ceramic electrode closes the opening, the conductive electrode arranged outside the pair of ceramic electrodes is isolated from the space in the housing. For this reason, the conductive electrode can be easily insulated.

図１は、実施例によるレーザ発振器の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a laser oscillator according to an embodiment. 図２は、図１の一点鎖線２−２における断面図である。2 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line 2-2 in FIG. 図３は、実施例によるレーザ発振器の放電チェンバの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a discharge chamber of the laser oscillator according to the embodiment. 図４Ａ及び図４Ｂは、実施例及びその変形例による放電チェンバの断面図である。4A and 4B are cross-sectional views of a discharge chamber according to an embodiment and a modification thereof.

図１に、実施例によるレーザ発振器の断面図を示す。実施例によるレーザ発振器の筐体１０が、放電チェンバ２０、送風チェンバ３０、及び循環チェンバ４０で構成される。放電チェンバ２０、循環チェンバ４０、及び送風チェンバ３０により、閉じたガス流通経路が形成される。筐体１０内に、レーザガス、例えば炭酸ガスとヘリウムガスと窒素ガスとの混合ガスが充填されている。チェンバ同士は気密に連結されており、筐体１０内の気密性が確保されている。 FIG. 1 is a sectional view of a laser oscillator according to an embodiment. The housing 10 of the laser oscillator according to the embodiment includes a discharge chamber 20, a blower chamber 30, and a circulation chamber 40. A closed gas flow path is formed by the discharge chamber 20, the circulation chamber 40, and the blower chamber 30. The housing 10 is filled with a laser gas, for example, a mixed gas of carbon dioxide gas, helium gas, and nitrogen gas. The chambers are connected to each other in an airtight manner, and the airtightness in the housing 10 is ensured.

送風チェンバ３０内に、ブロワ３１が取り付けられている。ブロワ３１により、レーザガスが、送風チェンバ３０、放電チェンバ２０及び循環チェンバ４０内をこの順番に循環する。 A blower 31 is attached in the blower chamber 30. The blower 31 causes the laser gas to circulate through the blower chamber 30, the discharge chamber 20, and the circulation chamber 40 in this order.

放電チェンバ２０は、２枚の側壁２１、一対の放電電極２２、及び枠体２３を含む。２枚の側壁２１は、枠体２３を挟む。レーザガスの流通経路の上流側及び下流側に、枠体２３を貫通する開口が形成されている。枠体２３の上流側（送風チェンバ３０側）の部分に形成された開口を通って、送風チェンバ３０から放電チェンバ２０内にレーザガスが流入する。下流側（循環チェンバ４０側）の部分に形成された開口を通って、レーザガスが放電チェンバ２０から循環チェンバ４０内に流入する。 The discharge chamber 20 includes two side walls 21, a pair of discharge electrodes 22, and a frame body 23. The two side walls 21 sandwich the frame body 23. Openings that penetrate the frame body 23 are formed on the upstream side and the downstream side of the flow path of the laser gas. Laser gas flows from the blower chamber 30 into the discharge chamber 20 through an opening formed in the upstream side (blower chamber 30 side) of the frame body 23. The laser gas flows into the circulation chamber 40 from the discharge chamber 20 through an opening formed in a portion on the downstream side (circulation chamber 40 side).

放電電極２２は、セラミックス電極２５及び導電性電極２６を含む。セラミックス電極２５には、例えばアルミナが用いられ、導電性電極２６には、例えばアルミニウム、銅等の金属が用いられる。側壁２１の相互に対向する位置に開口２４が形成されている。開口２４が、セラミックス電極２５により、内側から塞がれている。セラミックス電極２５の各々は、相互に対向する表面（内側の表面）に、一方向に長い凸部２７が形成され、反対側の表面（外側の表面）に、凸部２７に対応する溝２８が形成されている。凸部２７及び溝２８の長手方向（図１の紙面に垂直な方向）は、レーザガスが流れる方向（図１の上から下向き）に対して直交する。 The discharge electrode 22 includes a ceramic electrode 25 and a conductive electrode 26. For example, alumina is used for the ceramic electrode 25, and a metal such as aluminum or copper is used for the conductive electrode 26. Openings 24 are formed at positions of the side walls 21 facing each other. The opening 24 is closed from the inside by the ceramic electrode 25. Each of the ceramic electrodes 25 has a convex portion 27 that is long in one direction on the surface (inner surface) facing each other, and a groove 28 corresponding to the convex portion 27 is formed on the opposite surface (outer surface). Is formed. The longitudinal direction of the protrusions 27 and the grooves 28 (the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) is orthogonal to the direction in which the laser gas flows (from top to bottom in FIG. 1).

一対のセラミックス電極２５の間に、複数のスペーサ２９が配置されている。スペーサ２９は、セラミックス電極２５の間隔の変動を制限する。具体的には、セラミックス電極２５の間隔を一定に維持する。スペーサ２９には、例えばセラミックス製または金属製の支柱が用いられる。スペーサ２９は、レーザガスの流れを阻害しない位置に取り付けられる。 A plurality of spacers 29 are arranged between the pair of ceramic electrodes 25. The spacer 29 limits the variation in the interval between the ceramic electrodes 25. Specifically, the interval between the ceramic electrodes 25 is kept constant. For the spacer 29, for example, a ceramic or metal column is used. The spacer 29 is attached at a position that does not hinder the flow of the laser gas.

開口２４を正面から見たとき、溝２８は開口２４の内側に含まれる。溝２８内に、導電性電極２６が装填されている。導電性電極２６は、電源配線３６により高周波電源３５に接続されている。電源配線３６は、導電性電極２６から開口２４内を通って外部に引き出されている。高周波電源３５から導電性電極２６に高周波電力が供給される。導電性電極２６に高周波電力が供給されることにより、一対のセラミックス電極２５の凸部２７の間で無声放電が生じる。 When the opening 24 is viewed from the front, the groove 28 is included inside the opening 24. A conductive electrode 26 is loaded in the groove 28. The conductive electrode 26 is connected to a high frequency power supply 35 by a power supply wiring 36. The power supply wiring 36 is drawn out from the conductive electrode 26 through the opening 24. High frequency power is supplied from the high frequency power source 35 to the conductive electrode 26. By supplying high-frequency power to the conductive electrode 26, silent discharge occurs between the convex portions 27 of the pair of ceramic electrodes 25.

循環チェンバ４０内に熱交換器４１が装填されている。放電によって高温になったレーザガスが、熱交換器４１を通過するときに冷却される。 A heat exchanger 41 is loaded in the circulation chamber 40. The laser gas that has become hot due to the discharge is cooled when passing through the heat exchanger 41.

図２に、図１の一点鎖線２−２における断面図を示す。レーザガス流の上流側から順番に、送風チェンバ３０、放電チェンバ２０、及び循環チェンバ４０が連結されている。送風チェンバ３０内にブロワ３１が格納されている。図２において、枠体２３の手前側及び奥側に、それぞれ一方の側壁２１及び他方の側壁２１が配置されている。放電チェンバ２０の側壁２１に開口２４が形成されている。セラミックス電極２５が開口２４を塞いでいる。セラミックス電極２５の内側の表面に凸部２７が形成され、外側の表面に溝２８が形成されている。溝２８内に導電性電極２６が収容されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along one-dot chain line 2-2 in FIG. The blower chamber 30, the discharge chamber 20, and the circulation chamber 40 are connected in order from the upstream side of the laser gas flow. A blower 31 is stored in the blower chamber 30. In FIG. 2, one side wall 21 and the other side wall 21 are disposed on the front side and the back side of the frame body 23, respectively. An opening 24 is formed in the side wall 21 of the discharge chamber 20. The ceramic electrode 25 closes the opening 24. A convex portion 27 is formed on the inner surface of the ceramic electrode 25, and a groove 28 is formed on the outer surface. A conductive electrode 26 is accommodated in the groove 28.

導電性電極２６は、図２の横方向に長い形状を有する。導電性電極２６が配置された領域において無声放電が生じる。無声放電が生じる領域を、その長さ方向に延長した直線と、枠体２３との交差箇所に、開口４２、４３が形成されている。開口４２、４３が、それぞれ反射鏡４５及び部分反射鏡４６で塞がれている。反射鏡４５及び部分反射鏡４６が、光共振器を構成する。光共振器内で増幅されたレーザビームが、部分反射鏡４６を通って外部に放射される。 The conductive electrode 26 has a shape that is long in the horizontal direction of FIG. Silent discharge occurs in the region where the conductive electrode 26 is disposed. Openings 42 and 43 are formed at the intersections between the frame 23 and a straight line extending in the length direction of a region where silent discharge occurs. The openings 42 and 43 are closed by a reflecting mirror 45 and a partial reflecting mirror 46, respectively. The reflecting mirror 45 and the partial reflecting mirror 46 constitute an optical resonator. The laser beam amplified in the optical resonator is emitted to the outside through the partial reflection mirror 46.

開口２４より外側で、かつセラミックス電極２５の外周線よりも内側に、４本のスペーサ２９が配置されている。スペーサ２９は、光共振器内のレーザビームの伝搬を妨げない位置に配置される。 Four spacers 29 are arranged outside the opening 24 and inside the outer peripheral line of the ceramic electrode 25. The spacer 29 is disposed at a position that does not hinder the propagation of the laser beam in the optical resonator.

図３に、放電チェンバ２０の断面図を示す。側壁２１の相互に対向する部分に、開口２４が形成されている。セラミックス電極２５が、開口２４を側壁２１の内側から塞ぐ。一方のセラミックス電極２５と側壁２１との間にＯリング５０が配置されて気密性が確保されており、他方のセラミックス電極２５と側壁２１との間にも他のＯリング５１が配置されて気密性が確保されている。枠体２３と側壁２１との間にも、Ｏリング５２、５３が配置されて、気密性が確保されている。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of the discharge chamber 20. Openings 24 are formed in portions of the side walls 21 that face each other. The ceramic electrode 25 closes the opening 24 from the inside of the side wall 21. An O-ring 50 is disposed between one ceramic electrode 25 and the side wall 21 to ensure airtightness, and another O-ring 51 is also disposed between the other ceramic electrode 25 and the side wall 21 for airtightness. Is secured. O-rings 52 and 53 are also arranged between the frame body 23 and the side wall 21 to ensure airtightness.

セラミックス電極２５の内側の表面に凸部２７が形成され、外側の表面の対応する領域に溝２８が形成されている。溝２８内に導電性電極２６が収容されている。導電性電極２６の表面は、絶縁性のコーティング材料５５で被覆されている。一対のセラミックス電極２５の凸部２７の間の空間６０で無声放電が生じる。 A convex portion 27 is formed on the inner surface of the ceramic electrode 25, and a groove 28 is formed in a corresponding region on the outer surface. A conductive electrode 26 is accommodated in the groove 28. The surface of the conductive electrode 26 is covered with an insulating coating material 55. Silent discharge occurs in the space 60 between the convex portions 27 of the pair of ceramic electrodes 25.

放電チェンバ２０の内外は、側壁２１、セラミックス電極２５、及び枠体２３により気密に隔離されている。セラミックス電極２５が筐体の一部を構成している。導電性電極２６は、セラミックス電極２５の外側、すなわち筐体の外側に配置されている。このため、導電性電極２６への高周波電力の供給系に起因する異常放電の発生を防止することができる。 The inside and outside of the discharge chamber 20 are hermetically isolated by the side wall 21, the ceramic electrode 25, and the frame body 23. The ceramic electrode 25 constitutes a part of the housing. The conductive electrode 26 is disposed outside the ceramic electrode 25, that is, outside the housing. For this reason, generation | occurrence | production of the abnormal discharge resulting from the supply system of the high frequency electric power to the conductive electrode 26 can be prevented.

放電チェンバ２０内を減圧すると、一対のセラミックス電極２５に、両者の間隔が狭まる向きの圧力が印加される。実施例においては、スペーサ２９が配置されているため、セラミックス電極２５の間隔を一定に維持することができる。また、セラミックス電極２５に発生する局所的な応力を低減することができる。さらに、放電チャンバ２０を組み立てる際にも、セラミックス電極２５の間隔を、容易に目標とする間隔に調整することができる。 When the inside of the discharge chamber 20 is depressurized, a pressure is applied to the pair of ceramic electrodes 25 in such a direction that the distance between them is reduced. In the embodiment, since the spacer 29 is arranged, the interval between the ceramic electrodes 25 can be kept constant. Further, local stress generated in the ceramic electrode 25 can be reduced. Furthermore, when the discharge chamber 20 is assembled, the interval between the ceramic electrodes 25 can be easily adjusted to the target interval.

実施例１では、スペーサ２９を４個配置したが、一直線上に並ばない位置に少なくとも３個配置すればよい。３個のスペーサ２９によって、一対のセラミックス電極２５の平行度を維持することができる。 In the first embodiment, four spacers 29 are disposed. However, at least three spacers 29 may be disposed at positions that are not aligned on a straight line. The parallelism of the pair of ceramic electrodes 25 can be maintained by the three spacers 29.

図４Ａに示すように、無声放電が発生する空間６０と開口２４の縁とを結ぶ直線６１上に、セラミックス電極２５が配置されている。このため、無声放電が発生する空間６０から、放電チェンバ２０が露出している部分までの距離６２が、長くなる。この距離６２が長くなるため、無声放電が発生している空間６０と側壁２１との間での異常放電が生じにくい。 As shown in FIG. 4A, the ceramic electrode 25 is disposed on a straight line 61 that connects the space 60 where silent discharge occurs and the edge of the opening 24. For this reason, the distance 62 from the space 60 where silent discharge occurs to the portion where the discharge chamber 20 is exposed becomes longer. Since this distance 62 becomes long, abnormal discharge is unlikely to occur between the space 60 where the silent discharge occurs and the side wall 21.

図４Ｂに、実施例の変形例による放電チャンバ２０の断面図を示す。この変形例では、セラミックス電極２５が開口２４を、側壁２１の外側から塞いでいる。スペーサ２９とセラミックス電極２５との間に、側壁２１が介在する。この変形例においても、スペーサ２９が、セラミックス電極２５の間隔の変動や、平行度のずれを防止する。なお、この変形例では、無声放電が発生する空間６０から側壁２１が露出している部分までの距離６３が、図４Ａに示した実施例の構成に比べて短い。従って、側壁２１に起因する異常放電を抑制するという観点からは、図４Ａの構成を採用することが好ましい。 FIG. 4B shows a cross-sectional view of the discharge chamber 20 according to a modification of the embodiment. In this modification, the ceramic electrode 25 closes the opening 24 from the outside of the side wall 21. A side wall 21 is interposed between the spacer 29 and the ceramic electrode 25. Also in this modified example, the spacer 29 prevents a variation in the interval between the ceramic electrodes 25 and a shift in parallelism. In this modification, the distance 63 from the space 60 where the silent discharge occurs to the portion where the side wall 21 is exposed is shorter than the configuration of the embodiment shown in FIG. 4A. Therefore, from the viewpoint of suppressing abnormal discharge caused by the side wall 21, it is preferable to adopt the configuration of FIG. 4A.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

１０筐体
２０放電チェンバ
２１側壁
２２放電電極
２３枠体
２４開口
２５セラミックス電極
２６導電性電極
２７凸部
２８溝
２９スペーサ
３０送風チェンバ
３１ブロワ
３５高周波電源
３６電源配線
４０循環チェンバ
４１熱交換器
４２、４３開口
４５反射鏡
４６部分反射鏡
５０、５１、５２、５３Ｏリング
５５絶縁性のコーティング材料
６０無声放電が発生する空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Case 20 Discharge chamber 21 Side wall 22 Discharge electrode 23 Frame body 24 Opening 25 Ceramic electrode 26 Conductive electrode 27 Convex part 28 Groove 29 Spacer 30 Blower chamber 31 Blower 35 High frequency power supply 36 Power supply wiring 40 Circulation chamber 41 Heat exchanger 42, 43 Opening 45 Reflecting mirror 46 Partial reflecting mirror 50, 51, 52, 53 O-ring 55 Insulating coating material 60 Space where silent discharge occurs

Claims

レーザガスを収容し、相互に対向する壁に開口が設けられた筐体と、
前記一対の開口を塞ぐ一対のセラミックス電極と、
一対の前記セラミックス電極の間に配置され、両者の間隔の変動を制限するスペーサと、
一対の前記セラミックス電極の外側にそれぞれ配置された導電性電極と
を有するレーザ発振器。 A housing containing laser gas and provided with openings in walls facing each other;
A pair of ceramic electrodes for closing the pair of openings;
A spacer disposed between the pair of ceramic electrodes and restricting the variation in the distance between the two;
A laser oscillator having a conductive electrode disposed outside each of the pair of ceramic electrodes.

前記セラミックス電極が、前記筐体の内側から前記開口を塞ぐ請求項１に記載のレーザ発振器。 The laser oscillator according to claim 1, wherein the ceramic electrode closes the opening from the inside of the housing.

さらに、
高周波電源と、
前記一対の導電性電極を、前記開口を通って前記交流電源に接続する電源配線と
を有する請求項１または２に記載のレーザ発振器。 further,
A high frequency power supply,
3. The laser oscillator according to claim 1, further comprising a power supply wiring that connects the pair of conductive electrodes to the AC power supply through the opening.