JPS5848486A - ガスレ−ザ発振器 - Google Patents

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】 この発明はガスレーザ発振器に関し、特にその誘電体電
極の構成に関するものである。

この種のレーザとして代表的なものはレーザ光軸、直流
グロー放電路、気体流れ方向が互いにほぼ垂直になって
いる３軸直交型Ｃｏｔレーザであるので、これについて
従来例を説明する。

第１図は、３軸直交型レーザの縦断面図、第２図は第１
回置−１線よりみた横断面図で、（１）は陽極、（２）
は陰極、（３）は陰極基板、（４）は安定化抵抗、（５
）は直流高電圧電源、（６）は放電励起部、（７）は全
反射鏡、（８）は部分反射鏡である。

次に動作について説明する。陽極（１）と陰極（２）の
間に、　Ｃｏｔ　＊　Ｎ２　ｅ　Ｈｅの混合ガスから成
るレーザガスを毎秒数十ｍの流量で流し、直流高電圧を
印加すると電極間に放電が生じるが、安定化抵抗（４）
を介して電流が流れるため、放電はアークに移行せずに
、おだやかなグロー放電が維持される。グロー放電によ
り生じた放電励起部（６）ではレーザガス中の００ｗ分
子の特定の振動準位間に反転分布が生じ、放電励起部（
６）の間に全反射鏡（７）と適切な反射率を有する部分
反射鏡（８）とを対向して配置させると、レーザ発振が
生じ９部分反射鏡（８）からレーザ光線が出てくる。レ
ーザ出力は放電電力を増すと増大するが０例えば第１図
で示すもので陰極（２）の本数を一定とすると。

放電電力の増大は、放電密度の増大と等価となる。装置
のコンパクト化、低コスト化の観点からは、放電密度を
増大させるのが望ましいが、゛ある程度以上に放電電力
を増大させると、放電−の局所に高温部が発生し、安定
化抵抗（４）が存在しても、放電はアークに移行してし
まう。放電がアークに移行すると、もはやレーザ出力は
得られず、レーザガ予の劣化も著るしく増大する。この
ため第１図に示す様な放電電極の構成では、放電密度を
ある程度以上に増大させる事が出来ない。

このような難点の解消を図るため、予備電離、をグロー
放、電の近傍で行なわせ主放電のグローが均一、安定に
なるのを助けて、グロー放電を維持したままで放電密度
を増大させる試みがなされている。予備電離の方法とし
ては電子ビーム、またはパルス放電による紫外線照射、
または無声放電によるもの等がある。

この発明は、従来の無声放電による予備電離方式による
ものであるので、この方式の従来例について先ず説明す
る。

第３図は無声放電による予備電離方式の横方向励起型ガ
スレーザ発振器の縦断面図、第４図は第３図ＰＩ−４線
よりみた横断面図で、（９）はｉ電体電極、α〔は゛こ
の電極を冷却するための冷却水入口、■は冷却水出口、
ａ２は高電圧ターミナル、α鼾ま無声放電を生じさせる
永めの交流高電圧電源、　Ｑｌはヒーーズ′ｒ−あり、
第５図は誘電体１）５．　　　　　。

電極（９）の断面図であり、（９−１）は鉄管で、（９
−２１は鉄管に密着する様に形成された誘電体層（例え
ばガラス）であり、云わゆる１ホウロウ引き”のガラス
ライニングの電極である。

次に動作について説明する。誘電体電極（９）Ｋ交流高
電圧を印加すると、陰極（２）と陽極（１）の間に無声
放電が起る。この状態で直流高電圧を印加すると主放電
のグローが生じて放電励起部（６）が形成され、無声放
電の予備電離を行なわない時に比べて、安定したグロー
放電の状態で２〜３倍の電力密度を投入することが出来
る。

実験によれば、無声放電の電力は主放電（グロー）の電
力の約ｌ／２０でよい事が判かつている。

この様な電極構成において、誘電体電極（９）の電流供
給用の電極は鉄管（９−１）であるために無声放電は電
極面のすべてで生じる。、放電が生じると熱が発生する
が、誘電体（９−２）は温度が１００°０以上になると
急激、に耐電圧が降下するために。

温度はこれ以下に保たなければならない。陽極（１７と
陰極（２）に対向し工いる部分の誘電体電極（９）は、
毎秒数十ｍと云う高速ガス流中に置かれているために、
無声放電によって生じ、る熱は有効にガス流に持ち去ら
れて、冷却され、誘電体（９−２１の温度は数十度まで
した上昇しない。しかし、誘電体電極（９）の端部（タ
ーミナル部の附近）は、レーザガス流が滞留するために
、そこの部分の放電により発生する熱はレーザガスによ
って持ち去られない。従って、この様な状態で。

誘電体電極（９）を強制的に冷却しないとすれば。

誘電体電極（９）の端部の誘電体（９−２１の温度が上
昇し、耐電圧の低下により誘電体（９−２１は破壊され
てしまう。このため従来は、第３図で示している様に誘
電体電極（９）内に冷却水を流す構造にする必要があり
、誘電体に応力がかかったり。

サーージ電圧が印加されてしまったりして、誘電体が破
壊される事故が生じる事が考えられるので、その時の水
もれを防止するため１機械的強さを考慮して、第５Ｔｇ
！Ｊで示す様な鉄管にガラスライニング行なった構造の
誘電体電極が使用さ゛れていた。　　　　　　　　゛ しかし鉄管のガラスライニングはガラス粉を鉄管に焼き
付ける方法により製作されるため。

ガラスに残留応力が必ず存在し、焼きなおし時に、ガラ
スと鉄の熱膨張率の差によって直径の小さな誘電体電極
を作る事は困難で、その最小直径は１０〜１５５ｍであ
る。さらに製作の工程が多いため高価である。

ところで、レーザ発振器の主放電のギャップ長、すなわ
ち陽極（１）と陰極（２）との距離は２０ｗ〜５０層程
度であり、第３図で示している様に、誘電体電極（９）
がギャップ内に配置されると、ギャップの長さの１／２
〜Ｖ５程度を誘電体電極（９）が占める事になる。よく
知られている様にグロー放電が安定するためには、レー
ザガスが高速で、しかも整流で流れている事が打着しく
、この観点からは、誘電体電極（９）はレーザガスの流
れの乱れを発生する障害物となっている。しかしながら
従来、無声放電を予備電離としたグロー放電励起方式が
採用されているのは、レーザガスの乱れによる放電の不
安性よりも、無声放電の予備電離の効果の方が大となる
ために、結果的４大きな放電密度が得られるためである
。

従って、誘電体電極な流路抵抗の少い形状。

例えば径を細くすればレーザガス流の乱れが少なくなり
、放電密度を上昇させ、レーザ発振器をコンパクトにす
る事ができるが、前述の様に。

従来の鋼管にガラスライニングを施す構成のものでは、
ある程度以上小径に讐ることかできなかった。

この発明は、この様な従来の欠点を除去するためになさ
れたもので、構造が簡単で１強制冷却の必要も無い。誘
電体電極を備えた横方向励起型気体レーザ発振゛器夛提
供口ようとするものである。□ 第６図はこの発明の一実施例の縦断面図、第７図はその
誘電体電極の縦断面図で、（９−３１はガラス等の誘一
体管、（９−４１は誘電体管、＋９−３）の内面に密着
して設けられた金属の蒸着膜などの導電部、（９−５１
は高電圧給電線である。次に動作九ついて説明する。導
電部（９−４１は、陽極（１１，陰極（２）に対向して
いる部分のみ形成されているので無声放電はこの部分し
か生じない。この部分では無声放電により熱が発生する
が、レーザガス流が毎秒数十型で流れているため、その
熱はすべてガス流により持ち去られ誘電体管（９−３１
の温度は上昇しない。一方レーザガスの流れていない高
電圧ターミナルＱ５の附近や、他の一方の端部“では、
導電部（９−４１は形晟されていないため無声放電は生
ぜず、従って熱も発生しないので誘電体管１９−３）の
温度は上昇しない。このため誘電体電極（９）を水冷す
る必要性は無くなり構造が簡単となる。

また誘電体管（９−３）として９例えばガラス管を使い
、その内面をメッキ等で導電部＋９−４１を形成させれ
ば、非常に細い管でも自由に製作できるから、直径５謹
程度のものにすれば、レーザガスの流れの乱れは極めて
少なくなる。従って、この誘電体電極を適用すれば予備
電離としての無声放電の電力が、従来よりも、さらに少
なくとも、グロー放電（主放電）の放電密度を安定して
高める事ができる。無声放電の電力が少なくて済むと、
誘電体管（９−３）の温度上昇も少なくなり、この様な
相乗効果により、より信頼性が高まる事になる。

第８図はこの発明にかかる誘電体電極の他の実施例の縦
断面図で（９−６）は陽極（１）、陰極＋２１　Ｋ対向
する部分にのみ充填されたスチールウールなどの繊維状
の金属で、高圧給電線（９−５）に接続され無声放電の
電流を供給する導電部をする。

このようにすれば、ウール状の金属＋９−６１を誘電体
管（９−３１内につめ込むだけと云う極めて簡単な構成
で給電部分が形成できるのが特徴である。なお、この実
施例で示したスチール・ウールは給電用の役割を−する
ものであるので、他に金属粒、金網、などの導電性のも
のであれば何でもよい事は容易に理解できよう。

第９図は、誘電体電極の他の実施例の縦断面図で、（９
−７１は例えばガラスピーズ、グラスウールなどを充填
した絶縁物である。このようにウール状の金属＋９−６
１の両端を絶縁物（９−７１で埋めると、スチールウー
ル（９−６）の電極端の電界が弱められて、端部からの
端放電が防止されるため無声放電を生じさせるための印
加電圧が高くでき、従ってグロー放電の放電密度もさら
に上昇させることができる。また、高電圧給電線（９−
５１が絶縁物＋９−３）で覆われるため給電線＋９−５
）の絶縁を同時に施すことができる利点もある。

第１Ｏ図は更に他の実施例の縦断面図で、（９−８１は
高圧給電線１９−５）を中心孔にとおした筒で。

例えばガラス管やセラミック管である。このような絶縁
管（９−８１を用いると、誘電体管（９−３）の中心に
高圧給電線（９−５）を配置させることができるので、
給電線の絶縁がより確実に、かつ中心軸出しの手間もか
からない特徴がある。

この発明はレーザガスの気流を挾み相対向するように配
設されている陽極および陰極との間で無声放電を生成す
る誘電体電極を備えたガスレーザ発振器において、上記
誘電体電極を、誘電体で形成された管体と、この管体内
の上記レーザガス気流にさやさ：れて冷却される部分の
みに形成されている導電部と、この導電部に当該管体外
から管内をとおして給電する高圧給電線とで構成された
ものであることを特徴とするもので、誘電体電極な流路
抵抗の少い小径にできるので１発振器の小形化、高出力
化が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の横方向励起型ガスレーザ装置の縦断面図
、第２図は第１図１−１線よりみた横断面図、第３図は
従来の誘電体電極を備えたガスレーザ装置の縦断面図、
第４図は第３図■−４線よりみた横断面図、第５図は従
来の誘電体電極の断面図、第６図はこの発明の一実施例
の縦断面図、第７図はこの発明に係る誘電体電極の縦断
面図、第８図、第９図、第１Ｏ図はそれぞれこの発明に
係る誘電体電極の他の実施例の縦断面図である。 図において、（１）は陽極、（２）は陰極、（５）は高
圧直流電源、（６）は放電励起部、（９）は誘電体電極
。 （９−１）は鉄管、（９−２）は誘電体管、１９−３）
は誘電体管、（９−４１は導電部、（９−５）は高圧給
電線。 ・−（９−６）はグラスウール、＋９−７）は絶縁物、
＋９−８１は絶縁筒、αＪは交流高圧電源である。 なお９図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。 代理人葛　野　信−（外１名） （１３） 事　１　図 ＩＥ 事　６　邑 ｖ、ｙ　　ρ 卑　ｔ　ぬ ネ　１０　　色 昭和　　年　　月　　日 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　　特願昭　Ｂ＠　−１４！１ＩＩ
ｔ号２、発明の名称 ・ガスレーザ発振器 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 ４、代理人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
翫　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 亀　補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１；　　レーザガスの気流を挾み相対向するように配
   設されている陽極および陰極との間で無声放電を生成す
   る誘電体電極を備えたガスレーザ発振器において、上記
   誘電体電極を、誘電体で形成された管体と、この管体内
   の上記レーザガス気流にさらされて冷却される部分のみ
   に形成されている導電部と、この導電部に当該管体外か
   ら管内をとおして給電する高圧給電線とで構成されたも
   のであることを特徴とするガスレーザ発振器。 （２）管体内に形成された導電部の両端を充填する粒状
   またはウール状の絶縁物を備えた特許請求の範囲１８１
   項記載のガスレーザ発振器。 （３）高圧給電線を通す絶縁管を備えた特許請求の範囲
   第１項または第２項記載のガスレーザ発振器。 （４）導電部が金属の蒸着膜１粒状またはウール状の金
   属、もしくは金網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発振器。