JPH01151279A - Gas laser equipment - Google Patents
Gas laser equipmentInfo
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- JPH01151279A JPH01151279A JP31007187A JP31007187A JPH01151279A JP H01151279 A JPH01151279 A JP H01151279A JP 31007187 A JP31007187 A JP 31007187A JP 31007187 A JP31007187 A JP 31007187A JP H01151279 A JPH01151279 A JP H01151279A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、CO2,N2 、He等のレーザ媒質ガス
が充填された誘電体放電管の内部に放電を起こしてレー
ザ光の発振を誘起するガスレーザ装置に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] This invention induces oscillation of laser light by causing a discharge inside a dielectric discharge tube filled with a laser medium gas such as CO2, N2, He, etc. Related to gas laser equipment.
従来、この種の装置として第9図および第10図に示す
ものがあった。第9図は従来の無声成型式ガスレーザ装
置を示す正面図、第10図は第9図のTV−IV’線に
沿った断面図である。Conventionally, there have been devices of this type as shown in FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a front view showing a conventional silent molding type gas laser device, and FIG. 10 is a sectional view taken along the line TV-IV' in FIG.
図において、1は、通常パイレックスガラス等よりなる
円筒状の放電管で、内径13II11、厚さ1111、
長さ1m程度のものである。2および3は、放電管1の
外壁に密着する1対の電極、また4は高周波電源で、そ
の出力線は電極2および3に電気的に接続される。また
、前記放電管1の軸方向の両対向端にはそれぞれ全反射
鏡5および部分反射鏡6が取り付けられている。そして
、この放電管1は、内部に送風ti19および熱交換器
10を備えた送気管7および8に接続されて循環的に連
通されている。矢印11はレーザ光を示す。In the figure, 1 is a cylindrical discharge tube usually made of Pyrex glass, etc., with an inner diameter of 13II11 and a thickness of 1111.
It is about 1 meter long. 2 and 3 are a pair of electrodes that are in close contact with the outer wall of the discharge tube 1, and 4 is a high frequency power source, the output line of which is electrically connected to the electrodes 2 and 3. Furthermore, a total reflection mirror 5 and a partial reflection mirror 6 are attached to both axially opposing ends of the discharge tube 1, respectively. The discharge tube 1 is connected to air pipes 7 and 8, each of which has an air blower 19 and a heat exchanger 10 therein, and is cyclically communicated with the air pipes 7 and 8. Arrow 11 indicates laser light.
次に、C02ガスレーザ装置を例にとり、動作説明する
。Next, the operation will be explained using a C02 gas laser device as an example.
放電管1内には、CO2、He、N2の混合ガスが数1
0〜200 Torrの圧力で充填されている。Inside the discharge tube 1, a mixed gas of CO2, He, and N2 is present in several numbers.
It is filled with a pressure of 0-200 Torr.
この放電管1において、電極2および3に高周波電源4
から例えば100kHz、8kV程度の電圧が印加され
ると、第10図に示すように、電極2および3間に無声
放電が起り、その結果、放電により002分子が励起さ
れ、全反射鏡5と部分反射鏡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11で示
されるように、部分反射16を通じて外部に取り出され
る。In this discharge tube 1, a high frequency power source 4 is connected to electrodes 2 and 3.
For example, when a voltage of about 100kHz and 8kV is applied, a silent discharge occurs between the electrodes 2 and 3 as shown in FIG. Laser oscillation occurs within the optical resonator formed by the reflecting mirror 6. A portion of the laser light is extracted to the outside through partial reflection 16, as shown by arrow 11.
一方、放電によりガス温度が上昇するとレーザ出力が低
下するので、送風機9によりガスを循環させ、熱交換器
10を通じてこれを冷却するようにしている。これによ
り放電管1内のガス温度は所定値以下に保持されている
。On the other hand, when the gas temperature increases due to discharge, the laser output decreases, so the gas is circulated by the blower 9 and cooled through the heat exchanger 10. As a result, the gas temperature within the discharge tube 1 is maintained below a predetermined value.
ところで、かかる従来装置においては、放電管1は円筒
形状となっているため、上記電極2゜3間の距離はその
中央部では長いが、両端部に近ずくにつれ短くなり、こ
の結果前記両端部で電流が集中的に流れるという問題が
ある。このため、この従来gt[l!では、放電が゛中
抜け“状になり、ビームモードの中心強度の低下、加工
時の切断性能の低下、ビーム伝送時の伝送ロス(回折損
失)の原因となっていた。By the way, in such a conventional device, since the discharge tube 1 has a cylindrical shape, the distance between the electrodes 2 and 3 is long at the center, but becomes shorter as it approaches both ends. There is a problem that current flows in a concentrated manner. Therefore, this conventional gt[l! In this case, the discharge becomes hollow, which causes a decrease in the central intensity of the beam mode, a decrease in cutting performance during processing, and a transmission loss (diffraction loss) during beam transmission.
そこで、特開昭60−157277号公報、特開昭61
−295681号公報においては、放電管の厚みが電極
の中央部では薄く、かつ該中心より遠くなるにしたがい
厚くなるような放電管を構成するようにして、放電空間
を均一にし、放電電流密度を均一にするようにしている
。Therefore, Japanese Patent Application Publication No. 157277/1983, Japanese Patent Application Laid-open No. 61/1983
In Publication No. 295681, the discharge tube is constructed so that the thickness of the discharge tube is thin at the center of the electrode and becomes thicker as the distance from the center increases, thereby making the discharge space uniform and increasing the discharge current density. I try to make it even.
しかし、これらの従来技術は、放電電流密度分布を均一
にしようとするものであるため、切断や穴あけ加工に適
するシングルモードのレーザ発振を得ようとするとレー
ザ放電管が大型化してしまうという問題を有している。However, these conventional techniques attempt to make the discharge current density distribution uniform, so they have the problem of increasing the size of the laser discharge tube when trying to obtain single-mode laser oscillation suitable for cutting and drilling. have.
すなわち、均一な放電分布のレーザ媒質を挾んで対向さ
せた安定形共振系では、発振するモードは高次モード(
TEMlo、TEM2o・・・)との回折損失の割合で
決まるため、集光性のよいシングルモード(TEMo。In other words, in a stable resonant system in which laser media with a uniform discharge distribution are sandwiched and faced to each other, the oscillation mode is a higher-order mode (
Since it is determined by the ratio of diffraction loss with TEMlo, TEM2o...), single mode (TEMMo) has good light focusing performance.
)を得ようとすると、謂ゆるフレネル(Fresnel
)数N (=ab/Lλ)を小さく設定しなければな
らないという制限がある。ここで、しは共振器長、aは
ビーム半径、λは発振波長である。), the so-called Fresnel
) There is a restriction that the number N (=ab/Lλ) must be set small. Here, shi is the resonator length, a is the beam radius, and λ is the oscillation wavelength.
第11図は電流密度分布が均一な場合におけるフレネル
数と回折損失との関係を示すものであるが、フレネル数
Nが極めて小さい場合には、TEMoo、TEMlo、
TEM2o、・・・全部の回折損失が大きくなり、この
損失が共振器内部のゲインを上まってレーザ発振は起り
得ない。フレネル数Nがもう少し大きくなると、TEM
o。モードの回折損失のみが共振器の内部ゲインを下ま
わり、シングルモードのレーザ発振が開始される。さら
にフレネル数Nが大きくなると、次第に高次モードの発
振も起り、高次モードの成分割合が増大していく。Figure 11 shows the relationship between Fresnel number and diffraction loss when the current density distribution is uniform, but when Fresnel number N is extremely small, TEMoo, TEMlo,
TEM2o...The total diffraction loss becomes large, and this loss exceeds the gain inside the resonator, so that laser oscillation cannot occur. When the Fresnel number N becomes a little larger, TEM
o. Only the diffraction loss of the mode is less than the internal gain of the resonator, and single mode laser oscillation is started. Furthermore, as the Fresnel number N increases, oscillations in higher-order modes gradually occur, and the proportion of components in higher-order modes increases.
このように、前述した従来技術による均一ゲイン分布方
式では、TEMo。モードのレーザ発振を得るためには
、共振器の設計パラメータを決めるフレネル数Nに上限
が存在し、フレネル数は小さく設定する必要があった。As described above, in the uniform gain distribution method according to the prior art described above, TEMo. In order to obtain laser oscillation in this mode, there is an upper limit to the Fresnel number N that determines the design parameters of the resonator, and the Fresnel number needs to be set small.
フレネル数N (=ab/Lλ)を小さくするには、共
振器長りを大きくするか、ビーム半径aを小さくするか
しかないが、成型電力をある程度注入するにはaを小さ
くするのには実用的な下限があり、このため、従来方式
においては、TEMo0モードを得るためには、共振器
を折り返し構造にしたりして、装置長(共振器長)Lを
伸ばすようにしており、これが装置を小型化する際の障
害となっていた。The only way to decrease the Fresnel number N (=ab/Lλ) is to increase the resonator length or decrease the beam radius a, but in order to inject a certain amount of shaping power, it is necessary to decrease a. There is a practical lower limit, and for this reason, in conventional methods, in order to obtain the TEMo0 mode, the device length (resonator length) L is extended by making the resonator a folded structure. This has been an obstacle when downsizing.
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、前
記従来の電流密度分布を均一にしようとする方式でネッ
クとなっていたフレネル数の上限値を大きく設定できる
ようにして、装置の小型、IFi素化およびビームモー
ドの改善を図るガスレーザ装置を提供しようとするもの
である。This invention was made in view of these circumstances, and it allows the upper limit of the Fresnel number, which was a bottleneck in the conventional method of making the current density distribution uniform, to be set large, thereby reducing the size of the device. The present invention aims to provide a gas laser device that improves IFi elementization and beam mode.
〔問題点を解決するための手段)
そこでこの光明では、放電管は、内壁面の断面形状を円
形としかつ周外壁面の断面形状を2n角形状(n=2.
3・・・)とするとともに、前記放電管の内径をdiと
し、前記放電管の最小肉厚部の厚さをtoとし、前記放
電管での放電維持電圧に対する前記電極間の印加電圧の
比をKとし、さらに放電管中心を通り、前記一対の電極
の中心線に垂直な線分上における平均電流密度に対づる
放***中心での電流密度をRpとするとき、R≧1.2
となるようKおよびto/d・の8値を設定することに
より、放***中央部の電流密度を他部に比べて大きくす
るようにしている。[Means for Solving the Problems] Therefore, in this Komei, the discharge tube has an inner wall surface having a circular cross-sectional shape, and a peripheral outer wall surface having a cross-sectional shape of a 2n square (n=2.
3...), the inner diameter of the discharge tube is di, the thickness of the minimum thickness part of the discharge tube is to, and the ratio of the voltage applied between the electrodes to the discharge sustaining voltage in the discharge tube. is K, and when Rp is the current density at the center of the detonator relative to the average current density on a line passing through the center of the discharge tube and perpendicular to the center line of the pair of electrodes, R≧1.2.
By setting eight values of K and to/d· so that the current density at the center of the detonator is larger than that at other parts.
(作用〕
すなわち、発明者らの解析実験によれば、放電管内の電
流密度分布は、内壁断面が円で外壁断面が2n角形状で
ある放電管の断面形状を規定するto Z d i値と
印加電圧を規定するに値との相対的な関係によって変動
することが判明した。そこで、この発明では、上2記t
o/d・値およびに値をRp≧1.2を満足する最適な
値に設定することにより、放電管中央部の電流密度を他
部に比べて積極的に大きくし、これによりビームモード
を損なうことなく、従来の均一電流密度分布方式の限界
をはるかに超えたフレネル数を設定できるようにしてい
る。(Function) That is, according to the inventors' analytical experiments, the current density distribution in the discharge tube is determined by the to Z d i value that defines the cross-sectional shape of the discharge tube whose inner wall cross section is circular and the outer wall cross section is 2n square. It has been found that the applied voltage varies depending on the relative relationship with the value.Therefore, in the present invention, the above two t
By setting the o/d value and the value to the optimum value that satisfies Rp≧1.2, the current density in the center of the discharge tube is actively increased compared to other parts, and the beam mode is thereby changed. This makes it possible to set a Fresnel number that far exceeds the limits of the conventional uniform current density distribution method without any damage.
まず、第1図乃至第6図にしたがって、この発明の原理
、この発明の第1の実施例について説明する。First, the principle of this invention and a first embodiment of this invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 6.
第2図は、不均一な放電ギャップを有する放電系のモデ
ルを示し、第3図はこのモデルの等偏口路を示すもので
あるが、発明者らの研究によれば、第2図に示すような
不均一な放電ギャップを有する高周波放電においても、
第2図にΔSにて定義するような微小領域に着目すれば
、従来周知の平行平板系照角放電の関係式が成立するこ
とが確認された。Fig. 2 shows a model of a discharge system with a non-uniform discharge gap, and Fig. 3 shows a uniform path of this model.According to the research of the inventors, Fig. Even in a high-frequency discharge with an uneven discharge gap as shown,
If we focus on the minute region defined by ΔS in FIG. 2, it has been confirmed that the well-known relational expression for parallel plate system glancing angle discharge holds true.
すなわち、上記微小領域ΔSlに分割したある部分jに
ついての放電電流をi ・、放電維持電01)J
ただし、
なる関係が成立する。なおここで、■。、は電極間印加
電圧、fは電源周波数、ε0は真空の誘電率、ε、は誘
電体(第2図における付点部分:放電管に相当)の比誘
電率、t、は該微小部分jにおける誘電体(放電管)厚
、k 、opは定数、Pは誘電仏間(放電管内)に充填
されるガスのガス圧、XJは同微小部分jにおける放電
距離(fll、電管内径)をそれぞれ示す。That is, the discharge current for a certain portion j divided into the minute regions ΔSl is i.times., and the discharge sustaining current 01)J. However, the following relationship holds true. Here, ■. , is the voltage applied between the electrodes, f is the power supply frequency, ε0 is the permittivity of vacuum, ε is the relative permittivity of the dielectric (the dotted part in Fig. 2: corresponds to the discharge tube), and t is the minute part j The thickness of the dielectric (discharge tube), k and op are constants, P is the gas pressure of the gas filled between the dielectric tubes (inside the discharge tube), and XJ is the discharge distance (fl, inner diameter of the tube) at the same microscopic portion j, respectively. show.
このように、不均一な放電ギャップを有する放電系であ
っても、これを第2図に示すような態様で微細化して考
察することにより、その構成は、平行平板ギャップに相
当する放電回路が並列接続された第3図に示すような並
列回路(各分岐回路がΔSなる微小領域に対応する)と
見なすことができる。そしてこのことは、こうした不均
一な放電ギャップ間を流れる電流の密度も、これら各微
小部分での放電電流i −1を各別に計算001
opn
することで、定量的に評価することができるようになる
ことを意味する。In this way, even if a discharge system has a non-uniform discharge gap, by miniaturizing it and considering it in the manner shown in Figure 2, the configuration can be determined by a discharge circuit corresponding to a parallel plate gap. It can be regarded as a parallel circuit connected in parallel as shown in FIG. 3 (each branch circuit corresponds to a minute region ΔS). And this means that the density of the current flowing between these non-uniform discharge gaps can also be calculated by calculating the discharge current i -1 in each of these minute parts separately.
Opening means that quantitative evaluation becomes possible.
因みにここで、上記(1)、(2)、(3)式を整理す
ると、
・・・(;4)
となり、微小部分放電電流i ・の分布は、放電OpJ
管の厚みtjおよび放電ギャップXJの分布を変化させ
ることによって変化させることができる。Incidentally, if we rearrange the above equations (1), (2), and (3), we get...(;4) The distribution of the minute partial discharge current i is determined by the following equations: discharge OpJ tube thickness tj and discharge gap XJ can be changed by changing the distribution of .
こうした背景のもとに、第1図に示すような、中央に円
形の穴のあいた、外形断面が正方形状の放電管20を想
定し、ここに生じる無声放電について以下にその放電電
流密度の評価を行ってみる。Based on this background, we assume a discharge tube 20 with a circular hole in the center and a square external cross section as shown in Fig. 1, and evaluate the discharge current density of the silent discharge that occurs here. Let's try it.
なお同図において、30および40は、この放電管20
の管面に密着して対向配設される1対の電極を示し、こ
れら電極30.40に高周波電源50から高周波電圧が
印加される。In addition, in the same figure, 30 and 40 are this discharge tube 20.
A high frequency voltage is applied to these electrodes 30 and 40 from a high frequency power source 50.
さて、第1図に示すように、放電管20の管軸中心を通
り電極30.40の中心線に垂直な方向にX軸をとり、
正方形の一辺の長さをD、穴内径をdiとすると、点(
X、O)での放電電流密度ρ。、(X)は、先の(4)
式により、ρo、(X)=πfε。ε””t(x)LD
(X) =d 1cosθ
のように表わすことができる。Now, as shown in FIG. 1, the X-axis is taken in a direction passing through the center of the tube axis of the discharge tube 20 and perpendicular to the center line of the electrodes 30 and 40.
If the length of one side of the square is D and the hole inner diameter is di, then the point (
The discharge current density ρ at X, O). , (X) is the previous (4)
By the formula, ρo, (X)=πfε. ε””t(x)LD
It can be expressed as (X) = d 1 cos θ.
そして、この(5)式は第1図に示す角度θの間数とし
て規格化することができる。This equation (5) can be normalized as the number between the angles θ shown in FIG.
R+1−CO3θ
に
ただし
;形状パラメータ
ここで、上記Rとは、放電管20の内径diに■
対する最小肉厚toの比を示すパラメータであることか
ら、以下ではこれを「形状パラメータ」といい、また上
記にとは、同放電管2内での放電維持電圧に対する電極
30および40間印加電圧の比を示すパラメータである
ことから、以下ではこれを「If電圧パラメータという
こととする。R+1-CO3θ where: Shape parameter Here, the above R is a parameter indicating the ratio of the minimum wall thickness to to the inner diameter di of the discharge tube 20, so hereinafter this will be referred to as the "shape parameter". Moreover, since the above is a parameter indicating the ratio of the voltage applied between the electrodes 30 and 40 to the sustaining voltage within the discharge tube 2, this will be referred to as the "If voltage parameter" hereinafter.
この(6)式について、電圧パラメータKを一定として
形状パラメータRを変化させた場合の電流密度特性を第
4図(a)〜(d)に示す。Regarding this equation (6), current density characteristics when the voltage parameter K is kept constant and the shape parameter R is varied are shown in FIGS. 4(a) to 4(d).
これら第4図(a)〜(d)によれば、電極間印加電圧
■。、が放電管内径diに対する放電維持電圧と等しい
場合、すなわち電圧パラメータに=1.0の場合(第4
図(a)参照)には、放電管中央部では電流が流れずに
、放電管側壁部近傍で集中的にxiが流れ、印加電圧■
。、を更に上げて電圧パラメータにの値を大きくしてい
くと(第4図(b)〜(d)参照)、形状パラメータR
(=2 t o / d+ )が小さいものほど、すな
わち放電管20の最小肉厚値toが小さいものほど、放
電管中央部により多くの電流が流れることがわかる。そ
して、この中央部の***として示される効果は、R<0
.2のとき顕著に現われる。また、R>0.5のときに
は、電圧パラメータKを変化(上昇)させても電流密度
分布は平坦状態を維持し、分布に変化は起こらない。According to these FIGS. 4(a) to (d), the applied voltage between the electrodes is ■. , is equal to the discharge sustaining voltage for the discharge tube inner diameter di, that is, when the voltage parameter is = 1.0 (the fourth
In Figure (a)), no current flows in the center of the discharge tube, but xi flows intensively near the side wall of the discharge tube, and the applied voltage
. By further increasing , and increasing the value of the voltage parameter (see Figure 4 (b) to (d)), the shape parameter R
It can be seen that the smaller (=2 t o /d+), that is, the smaller the minimum wall thickness value to of the discharge tube 20, the more current flows through the center of the discharge tube. The effect shown as the central prominence is R<0
.. It is noticeable when 2. Furthermore, when R>0.5, even if the voltage parameter K is changed (increased), the current density distribution remains flat and no change occurs in the distribution.
この様子をより判りやすく示したのが、第5図(a>、
(b)である。第5図(a)、(b)は、前記第(6)
式について、上記とは逆に、形状パラメータRを一定と
して電圧パラメータKを変化させた場合の電流密度特性
を示すものである。Figure 5 (a>,
(b). FIGS. 5(a) and (b) show the above-mentioned (6)
Contrary to the above, the equation shows the current density characteristics when the shape parameter R is kept constant and the voltage parameter K is varied.
すなわち、R<0.2の例を示す第5図(a)では(R
=0.1)、印加電圧を上昇させてゆくと(電圧パラメ
ータKを増加してゆくと)、放電管中央部の電流密度が
急激に上昇しており、K≧1.0において中央部集中の
効果を得ることができる。一方、R>0.5の例を示す
第5図(b)では(R=0.5>、印加電圧を上昇させ
ていっても、中央部の電流密度はあまり上昇せず、全体
にわたって平坦状態を保って上昇する様子がわかる。That is, in FIG. 5(a) showing an example of R<0.2, (R
= 0.1), as the applied voltage increases (as the voltage parameter K increases), the current density at the center of the discharge tube increases rapidly, and when K≧1.0, the current density is concentrated at the center. effect can be obtained. On the other hand, in FIG. 5(b) showing an example of R>0.5 (R=0.5>, even if the applied voltage is increased, the current density in the center does not increase much and remains flat throughout the area. You can see how it maintains its condition and rises.
上記(6)式に関する以上の効果を定量的にみるため、
ρ′ (X)の平均電流密度ρt opに対p
する放電管中央点での電流密度ρ′ (0)の比p
R(=ρ’ (o)/ρ′op)と形状パラメーp
Op
りRとの関係を示したものが、第6図である。In order to quantitatively examine the above effects regarding equation (6) above,
The ratio of the current density ρ' (0) at the center point of the discharge tube to the average current density ρt op of ρ' (X), p R (= ρ'(o)/ρ' op), and the shape parameter p
FIG. 6 shows the relationship between Op and R.
この第6図によると、電圧パラメータKを上げるに従い
、曲線は全体的にほぼ平行に上昇するが、K>1.6と
なると、曲線の上昇は極く僅かとなり、結果的に1つの
所定曲線に近づいていく様子がわかる。また、この図に
よれば、形状パラメータRが小さいほどRpが大きくな
って放電管中央への集中の度合いが大きくなり、他方K
>1.6でR>1の領域ではRは1に漸近する(平坦な
電流密度分布を持つ)ことがわ、かる。According to FIG. 6, as the voltage parameter K increases, the curves rise almost parallel to each other, but when K>1.6, the rise of the curves becomes extremely small, and as a result, one predetermined curve You can see how it approaches. Also, according to this figure, the smaller the shape parameter R, the larger Rp becomes, and the degree of concentration at the center of the discharge tube increases;
It can be seen that in the region where R>1.6 and R>1, R asymptotically approaches 1 (has a flat current density distribution).
ここで、発明者らの研究によると、中央部の度合いを表
わすバロメータとしてのRpとしては、以下の条件を満
たすことが必要なことが判明した。According to research conducted by the inventors, it has been found that Rp, which serves as a barometer representing the degree of centrality, needs to satisfy the following conditions.
Rp≧1.2
したがって、例えばに≧1.1の印加電圧■。pを印加
するレーザIIを用いた場合は、上記R。Rp≧1.2 Therefore, for example, an applied voltage of ≧1.1 ■. When using Laser II that applies p, the above R.
≧1.2の条件を満足するためには第6図の関係からn
=0.2となることが必要となる。また、Kが1.6や
2.0程度の比較的大きな値の場合には、Rは0.6程
度の値でも上記R,≧1.2の条件を満足することがで
きる。In order to satisfy the condition ≧1.2, n
=0.2. Further, when K is a relatively large value of about 1.6 or 2.0, the above condition of R≧1.2 can be satisfied even if R is about 0.6.
このように、第6図によれば、Kが大きなときにはRは
比較的大きな値でもRp≧1.2の条件を満足すること
ができ、またKを1605や1.1程度に小さくしたと
きにはRを0.2以下の小さな値に設定すればRp≧1
.2の条件を満足することができることがわかる。実際
、Rp≧1.2を満足するR値およびに値を有する放電
管を用いて、実験を行ってみた結果、従来の均一放電分
布方式では高次モードしか発生し得なかったフレネル数
N45の共振器系で、TEMo。モードを得ることに成
功し、本考案が有効であることを確認することができた
。Thus, according to FIG. 6, when K is large, R can satisfy the condition of Rp≧1.2 even if it is a relatively large value, and when K is small to about 1605 or 1.1, R If set to a small value of 0.2 or less, Rp≧1
.. It can be seen that condition 2 can be satisfied. In fact, as a result of conducting experiments using a discharge tube with an R value that satisfies Rp≧1.2 and a value of In the resonator system, TEMo. We were able to successfully obtain this mode and confirm that the present invention is effective.
このように、この実施例では、放電管の内壁の断面形状
を円形とし、かつ同外壁の断面形状を正方形状とすると
ともに、電圧パラメータにおよび形状パラメータRを、
Rp≧1.2
を満足するよう設定することにより、放電管中央部での
ゲイン分布を積極的に高め、これにより従来のフレネル
数の限界を超える大口径、短共振器長のレーザ装置を実
現可能なようにしている。As described above, in this embodiment, the inner wall of the discharge tube has a circular cross-sectional shape, the outer wall has a square cross-sectional shape, and the voltage parameter and the shape parameter R satisfy Rp≧1.2. By setting this, the gain distribution at the center of the discharge tube is actively increased, thereby making it possible to realize a laser device with a large diameter and short resonator length that exceeds the limit of the conventional Fresnel number.
第7図はこの発明の他の実施例を示すものであり、この
場合、放電管の外壁の断面形状を正六角形状とし、かつ
その対向する外面に電極60を一対ずつ順次回転配置さ
せるようにしている。すなわち、前述の実施例では、放
電方向は一方向に固定であるため、放電管中心部の電流
密度が大きくなるのは、放電方向に直角な方向について
の断面のみであり、放電方向に平行な断面では電流密度
分布は一様になってしまう。したがって、この実施例で
は、前記対向電極60を回転配置構造にすることによっ
て、放電方向によるビームの偏よりを実用上さしつかえ
ない程度に緩和するようにしている。FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, in which the cross-sectional shape of the outer wall of the discharge tube is a regular hexagon, and electrodes 60 are sequentially arranged in pairs on opposing outer surfaces. ing. In other words, in the above embodiment, the discharge direction is fixed in one direction, so the current density at the center of the discharge tube increases only in the cross section perpendicular to the discharge direction, and in the cross section parallel to the discharge direction. The current density distribution becomes uniform in the cross section. Therefore, in this embodiment, the counter electrode 60 is arranged in a rotational manner so that the deviation of the beam due to the discharge direction is alleviated to a practically acceptable level.
さらに、第8図では、外面四角形、内面円形状の放電管
を連続的にねじった外形とし、その外側面に電極70を
対向配置することにより、ビームモードの対称性を更に
改善するようにしている。Furthermore, in FIG. 8, a discharge tube with a square outer surface and a circular inner surface is made into a continuously twisted outer shape, and electrodes 70 are arranged facing each other on the outer surface of the discharge tube, thereby further improving the symmetry of the beam mode. There is.
これら、第7図および第8図に示す実施例においても、
電圧パラメータにおよび形状パラメータRは、前記実施
例同様、Rp≧1.2を満足させるよう設定することに
より、放電管中央部の電流密度分布を大きくするように
している。In these embodiments shown in FIGS. 7 and 8,
The voltage parameter and the shape parameter R are set so as to satisfy Rp≧1.2 as in the previous embodiment, thereby increasing the current density distribution at the center of the discharge tube.
なお、本発明は上記実施例に適宜の変更を加え得るもの
であり、放電管の外壁の断面形状は、正8角形、正10
角形、・・・等、対向する面を有する2n角形(n=2
.3.4・・・)であればよい。Note that the present invention can make appropriate changes to the above embodiments, and the cross-sectional shape of the outer wall of the discharge tube may be a regular octagon, a regular 10
Square, etc., 2n polygon (n=2
.. 3.4...) is sufficient.
(発明の効果)
以上説明したようにこの発明によれば、内壁断面が円で
外壁断面が2n角形である放電管の形状パラメータと電
圧パラメータを適正な値に設定することにより放電管中
央部の電流密度を他部に比べて積極的に大きくするよう
にしたので、従来の均一電流密度分布方式によるフレネ
ル数の限界を超える大口径、短共振器長のレーザ共振器
を実現することができる。すなわち、従来、採られてい
た折り返し構造などの構造の複雑化を招くことなく、シ
ングルモードによるレーザ光を小型かつ簡素の装置a造
で得ることができる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, by setting the shape parameters and voltage parameters of a discharge tube having a circular inner wall cross section and a 2n square outer wall cross section to appropriate values, the central part of the discharge tube Since the current density is actively increased compared to other parts, it is possible to realize a laser resonator with a large diameter and short resonator length that exceeds the Fresnel number limit of the conventional uniform current density distribution method. That is, single-mode laser light can be obtained with a small and simple device without complicating the structure such as the folding structure that has conventionally been adopted.
第1図はこの発明にかかるガスレーザ発振装置の一実施
例についてその放電管断面に相当する放電管並びにその
計算モデルを示す略図、第2図は不均一な放電ギャップ
を有する放電系モデルを示す略図、第3図は第2図のモ
デルの等偏口路、第4図は放電電流密度分布の形状パラ
メータRによる影響を示す線図、第5図は放電電流密度
分布の電圧パラメータKによる影響を示す線図、第6図
は電圧パラメータKをパラメータとして形状パラメータ
RとR,どの関係を示すグラフ、第7図および第8図は
それぞれこの発明の他の実施例を示す斜視図、第9図は
ガスレーザ発振装置の一般構成を示す正面略図、第10
図は第9図のIV−IV’線部における断面構造を示す
断面図、第11図は均−放電分布におけるフレネル数N
と回折損失との関係を示すグラフである。
1.20.・・・放電管、2.3.30,40゜60.
70・・・電極、4.50・・・高周波電源、5・・・
全反射鏡、6・・・部分反射鏡、7,8・・・送気管、
9・・・送風機、10・・・熱交換器。
第4図(α)
C1
第4図(C)
第4図(d)
七j−
第5図(Q)
第5図(b)
第6図
第8図
第9図
第10図
−N=a2/L人
実様:共j!!A王蓼Q泉:平面儒対
第11図Fig. 1 is a schematic diagram showing a discharge tube corresponding to the cross section of the discharge tube and its calculation model in an embodiment of the gas laser oscillation device according to the present invention, and Fig. 2 is a schematic diagram showing a discharge system model having an uneven discharge gap. , Fig. 3 shows the equidiscretion path of the model in Fig. 2, Fig. 4 shows the influence of the shape parameter R on the discharge current density distribution, and Fig. 5 shows the influence of the voltage parameter K on the discharge current density distribution. 6 is a graph showing the relationship between the shape parameters R and R using the voltage parameter K as a parameter. FIGS. 7 and 8 are perspective views showing other embodiments of the present invention, and FIG. 10 is a schematic front view showing the general configuration of the gas laser oscillation device;
The figure is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure along the line IV-IV' in Figure 9, and Figure 11 is the Fresnel number N in the uniform discharge distribution.
It is a graph which shows the relationship between and diffraction loss. 1.20. ...discharge tube, 2.3.30,40°60.
70... Electrode, 4.50... High frequency power supply, 5...
Total reflection mirror, 6... Partial reflection mirror, 7, 8... Air pipe,
9...Blower, 10...Heat exchanger. Figure 4 (α) C1 Figure 4 (C) Figure 4 (d) 7j- Figure 5 (Q) Figure 5 (b) Figure 6 Figure 8 Figure 9 Figure 10 - N=a2 /L Hitomi-sama: Joint j! ! A Wang Tong Q Quan: Plane Confucian vs. Figure 11
Claims (1)
電管と、該放電管の管外面に密着して対向配設される1
対の電極とを有し、前記1対の電極に所定の交流電圧を
印加して前記放電管内に放電を起こすことによりレーザ
媒質ガスを励起しレーザ光を発生するガスレーザ装置に
おいて、前記放電管は、内壁面の断面形状を円形としか
つ同外壁面の断面形状を2n角形状(n=2,3・・・
)とするとともに、 前記放電管の内径をd_iとし、前記放電管の最小肉厚
部の厚さをt_oとし、前記放電管での放電維持電圧に
対する前記電極間の印加電圧の比をKとし、さらに放電
管中心を通り、前記一対の電極の中心線に垂直な線分上
における平均電流密度に対する放電管中心での電流密度
をR_pとするとき、R_p≧1.2となるようKおよ
びt_o/d_iの各値を設定することにより、放電管
中央部の電流密度を他部に比べて大きくするようにした
ことを特徴とするガスレーザ装置。[Scope of Claims] A discharge tube filled with a laser medium gas and made of a dielectric material, and a discharge tube disposed oppositely in close contact with the outer surface of the discharge tube.
In the gas laser device, the discharge tube has a pair of electrodes, and applies a predetermined alternating current voltage to the pair of electrodes to generate a discharge in the discharge tube to excite a laser medium gas and generate laser light. , the cross-sectional shape of the inner wall surface is circular, and the cross-sectional shape of the outer wall surface is 2n square (n = 2, 3...
), the inner diameter of the discharge tube is d_i, the thickness of the minimum thickness part of the discharge tube is t_o, the ratio of the voltage applied between the electrodes to the discharge sustaining voltage in the discharge tube is K, Further, when R_p is the current density at the center of the discharge tube relative to the average current density on a line passing through the center of the discharge tube and perpendicular to the center line of the pair of electrodes, K and t_o/ A gas laser device characterized in that by setting each value of d_i, the current density at the center of the discharge tube is made larger than at other parts.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31007187A JPH01151279A (en) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | Gas laser equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP31007187A JPH01151279A (en) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | Gas laser equipment |
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JPH01151279A true JPH01151279A (en) | 1989-06-14 |
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ID=18000820
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JP31007187A Pending JPH01151279A (en) | 1987-12-08 | 1987-12-08 | Gas laser equipment |
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JP (1) | JPH01151279A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000133861A (en) * | 1998-10-23 | 2000-05-12 | Shibuya Kogyo Co Ltd | Plasma tube |
EP3453084A4 (en) * | 2016-05-05 | 2020-02-05 | Auroma Technologies, Co., LLC D/B/A Access Laser Company | Dielectric electrode assembly and method of manufacture thereof |
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JPS60169178A (en) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | Gas laser device |
JPS61280689A (en) * | 1985-06-05 | 1986-12-11 | Mitsubishi Electric Corp | Gas laser apparatus |
JPS61295681A (en) * | 1985-06-25 | 1986-12-26 | Mitsubishi Electric Corp | Discharge tube of axial-flow type gas laser oscillator |
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1987
- 1987-12-08 JP JP31007187A patent/JPH01151279A/en active Pending
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