JPS5932187A - Silent discharge type gas laser device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To prevent the damage of a dielectric element due to thermal expansion of a dielectric electrode by covering the surface except a main discharge unit of the element which covers the metal electrode for forming the dielectric electrode, with an insulator having a flexibility. CONSTITUTION:The surface except a main discharge unit 5 of a dielectric element opposed to a ground metal electrode 2 with a dielectric electrode 3' is covered with an Si rubber insulator layer 13 which has a flexibility. Thus, even if the electrode 3' is thermally expanded due to the discharge energy, the layer 13 absorbs the variation in the expansion of the dielectric element due to its flexibility, thereby resulting in no damage of the element. Further, the layer 13 can increase its thickness, the creeping discharge except the main discharge unit 5 of the electrode 3' can be prevented, and a discharge energy is effectively applied to a laser medium. Even if the layer 13 is exposed with slight creeping discharge, the production of organic outgas can be extremely reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、無声放電式ガスレーザ装置の７Ｌ極構造の
改良に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improvement in the 7L pole structure of a silent discharge type gas laser device.

従来、無声放電式ガスレーザ装置の一例として三軸直交
型ＣＯ２レーザ装置がある。Conventionally, there is a three-axis orthogonal CO2 laser device as an example of a silent discharge type gas laser device.

第１図は従来の三軸直交型ＣＯ，ンーザの構成原理を示
す図である。第２図はその誘電体電極の断面図、第３図
は第２図のｌ−ＩＭによる断面図で放電状態を示す図で
ある。第１図において、レーザ梵振器１内には接地金属
電極２と高周波高磁圧が印加される誘電体電極３が相対
向して配置されている。この両電極２．３間には放電空
間４ｈ；形成され、この放電空間４内には炭酸ガス（Ｃ
ｏ２）。FIG. 1 is a diagram showing the principle of construction of a conventional three-axis orthogonal CO/Nuser. FIG. 2 is a cross-sectional view of the dielectric electrode, and FIG. 3 is a cross-sectional view along line 1-IM of FIG. 2, showing the discharge state. In FIG. 1, a ground metal electrode 2 and a dielectric electrode 3 to which high frequency and high magnetic pressure are applied are arranged in a laser oscillator 1 to face each other. A discharge space 4h is formed between the two electrodes 2.3, and carbon dioxide gas (C
o2).

−リウムガス（Ｈｅ）、窒素ガス（Ｎ２）等の混合ガス
から成るガスレーザ媒質が熱交換器６にて冷却され、プ
ロア１により加速され毎秒３（）ｍ程度の高速度で循環
供給されるようＫなっている。放電空間４０両端には全
反射′ａ８および部分反射鏡９が固定配置され、光共振
器が形成されている。誘亀体電ｌ！ｉ３は、第２図に示
すように金属′１１極１゜をＦ１！電休１１が被俣し、
さらに誘電体電極３が接地金属電極２と対向する面であ
る主要放電部５以外の誘電体１１０表面が無機セメント
１２で覆われた構造となって〜・る。ｇ？！体電極３に
は交流電源１４から１００ＫＨｚ、］　０ＫＶ（実効値
）程度の高周波高電圧が印加され、放電空間４に無声放
電として知られている安定したグロー状の放電が生起さ
れる。放電空間４においては、前記７゛ロア７によるガ
スレーデの媒質ガス循環流Ｇ、と両電＋研２．３間の無
声放ＩＳ、とが第３図に示すように直交する状態となり
、この時の放電エネルギーがガスレーザ媒Ｉｓ、に与え
られ、この例では炭酸ガス（Ｃｏ、）分子がレーザ励起
され、前述した媒質ガス循環流Ｇ、および無声放’ｔ　
ｓ、とが直交することになる。すなわち、放電空間４と
その両端に固定配置された全反射鏡８と部分反射鏡９で
形成される光共振器の光軸に対してレーザビーム１５の
励起が行われ、光共振器による共振増幅が行ゎれた後、
その一部が部分反射鏡９かもレーザビーム１５として外
部へ放出されるのである。放電空間４における放電エネ
ルギーによるガスレーザ媒質の温度上列は、レーザラと
振のエネルギー効率を低下させる原因となるので、放市
、空間４の媒質ガスの循環流は熱交換器６にて冷却され
、プＩ：＋７７にて高速度で強制循環させられることに
より、ガスレーザ媒質の温度上昇を一定以下に抑制して
いる。また、誘電体電極３の温度上、ＩｊｔＶｃよる誘
電体電極３を構成する誘電体１１の破壊を防止するため
に、誘電体１！極３の内部忙はポンプ１６から冷却器１
７および純水器１８を通って冷却され、かつ電気：１１
℃抗の増加された純水冷却水が供給され、誘電体電極３
０発熱が直接冷却水によって冷却されるよ５になってい
る。- A gas laser medium consisting of a mixed gas of lithium gas (He), nitrogen gas (N2), etc. is cooled in a heat exchanger 6, accelerated by a proa 1, and circulated at a high speed of about 3 m/s (K). It has become. A total reflection mirror 'a8 and a partial reflection mirror 9 are fixedly arranged at both ends of the discharge space 40 to form an optical resonator. Dictionary turtle electricity! i3 connects metal '11 pole 1° to F1! as shown in Figure 2. Electric holiday 11 is covered,
Further, the surface of the dielectric 110 other than the main discharge portion 5, which is the surface of the dielectric electrode 3 facing the ground metal electrode 2, is covered with an inorganic cement 12. G? ! A high frequency high voltage of about 100 KHz and 0 KV (effective value) is applied to the body electrode 3 from an AC power source 14, and a stable glow-like discharge known as a silent discharge is generated in the discharge space 4. In the discharge space 4, the medium gas circulation flow G of the gas lede caused by the 7゛ lower 7 and the silent discharge IS between the Ryoden + Ken 2.3 are in a state of being perpendicular to each other as shown in Fig. 3, and at this time discharge energy is applied to the gas laser medium Is, in this example carbon dioxide (Co) molecules are laser-excited, and the medium gas circulation flow G and the silent emission 't
s, are orthogonal to each other. That is, the laser beam 15 is excited with respect to the optical axis of an optical resonator formed by the discharge space 4 and a total reflection mirror 8 and a partial reflection mirror 9 fixedly arranged at both ends of the discharge space 4, and resonance amplification by the optical resonator is performed. After the
Part of it is also emitted from the partial reflecting mirror 9 to the outside as a laser beam 15. Since the temperature rise of the gas laser medium due to the discharge energy in the discharge space 4 causes a decrease in the energy efficiency of the laser beam and vibration, the circulation flow of the medium gas in the discharge space 4 is cooled by a heat exchanger 6, By forcedly circulating the gas at a high speed at +77, the temperature rise of the gas laser medium is suppressed to below a certain level. Furthermore, in order to prevent the dielectric 11 constituting the dielectric electrode 3 from being destroyed by IjtVc due to the temperature of the dielectric electrode 3, the dielectric 1! The internal flow of pole 3 is from pump 16 to cooler 1.
7 and water purifier 18, and electricity: 11
Pure water cooling water with increased temperature resistance is supplied to the dielectric electrode 3.
0 heat generation is directly cooled by cooling water.

従来の三軸直交型Ｃ０２レーザ装置の構成は以上の通り
であるが、以下接地金属電極２．誘な体電極３間に印加
される高周波高電圧に基づく無声放電によるレーザ励起
作用を説明する。The configuration of the conventional three-axis orthogonal C02 laser device is as described above. The laser excitation effect by silent discharge based on high frequency and high voltage applied between the dielectric electrodes 3 will be explained.

無声放電は両電極２．３間に印加される高周波高電圧（
約１０ＫＶ）Ｋ基づき放電空間４内に誘電体１１を介し
て生ずる交流放電であり、電源車ｌ【−の各印加周期の
上列Ｊｆ’７において放電開始電圧（約５１（Ｖ　）に
達するとパルス的放′屯が生じる。Silent discharge is caused by high frequency high voltage (
This is an alternating current discharge that occurs in the discharge space 4 via the dielectric 11 based on K (approximately 10 KV), and when it reaches the discharge starting voltage (approximately 51 (V) Pulse radiation occurs.

この放１Ｆにより誘電体１１０表面には放電電流によろ
東向が＃積され、その結果数ｔｌＬ空間４の電圧が低Ｆ
し”Ｃ，パルス放電が消滅する。以上のパルス放電が電
源ｉｔ圧の各周期における上昇過程において繰り返えさ
れ、通常の用台、交流電源車圧の半ザイクル中数回〜数
十回のＦｉ！り返えしパルス放電が得られる。また、翫
性の反転する次の半サイクルには逆極性の同様のパルス
放電が繰り返えされる。従って、Ｉ４１．電空間４への
放電電力供給は継続的な繰り返しとなるが、レーザ励起
およびレーザｔＩｅ振出力はガスレーザ媒質中の窒素が
エネルギーブールとして作用するため時間的にほぼ一様
の出力として得ることができる。Due to this discharge 1F, a discharge current is multiplied in the eastward direction on the surface of the dielectric 110, and as a result, the voltage in the space 4 becomes low by several tlL.
"C", the pulse discharge disappears. The above pulse discharge is repeated in the rising process of each cycle of the power supply voltage, and is repeated several times to several tens of times during a half-cycle of the AC power supply pressure in normal use. Fi! Repetitive pulse discharge is obtained.Also, in the next half cycle when the polarity is reversed, similar pulse discharge with opposite polarity is repeated.Therefore, I41.Discharge power supply to electric space 4 is continuously repeated, but the laser excitation and laser tIe oscillation outputs can be obtained as substantially uniform outputs over time because nitrogen in the gas laser medium acts as an energy bouquet.

す、上のよ５な無声放電では誘寛体′ＲＬ極３内の金属
ｌ４ｔ４′＠１００屯圧は約１０ＫＶ（実効値）と、放
電空間４内の放電開始醒圧約５ＫＶよりも大きいので、
第３図に示すよ５に誘電体１１の背後まで沿面放電が広
がる可能性がある。また、この放電（以下沿面放電と称
する）Ｋより放電エネルギーが有効に放電空間４内（す
なわち光共振器空間）に入らないためＨ４１ｕ効率が低
下することになる。In the above silent discharge, the metal l4t4'@100 tonne pressure in the inducer 'RL pole 3 is about 10 KV (effective value), which is larger than the discharge start pressure in the discharge space 4 of about 5 KV,
As shown in FIG. 3, creeping discharge may spread to the back of the dielectric 11. Furthermore, since the discharge energy from this discharge (hereinafter referred to as creeping discharge) K does not effectively enter the discharge space 4 (that is, the optical resonator space), the H41u efficiency decreases.

そこでこの対策として従来のレーザ発振器１の誘電体１
を極３は主要放電部５以外の誘電体１１０表面を無機セ
メント１２で覆っていた。また、絶縁物として無機セメ
ント１２を用いた理由は、無機セメントは沿面放電にさ
らされても発振効率を低下させる有機性７ウトガスの発
生が１ぷいためである。Therefore, as a countermeasure to this problem, the dielectric 1 of the conventional laser oscillator 1
In the pole 3, the surface of the dielectric 110 other than the main discharge part 5 was covered with an inorganic cement 12. Furthermore, the reason why inorganic cement 12 is used as an insulator is that even when inorganic cement is exposed to creeping discharge, it generates less organic outgas that reduces oscillation efficiency.

従来の無声放電式ガスレーザ装置の電極は以上のように
構成され柔軟性のないｊＨ（Ｅ機セメント１２が誘電体
１１に密着しているので放電に基づく誘電体電極３の熱
膨張による歪みのために誘電体１１が破壊される事故が
１７５発し、また、沿面放電を減少させる目的で無機セ
メント１２０層のＪＶさを増すと、ますます接合面で生
ずる歪を増す結果と江るので厚く無機セメント１２０層
を施すことができフ、「いといつ欠点があった。The electrodes of the conventional silent discharge gas laser device are constructed as described above and are inflexible. There were 175 accidents in which the dielectric 11 was destroyed, and if the JV of the inorganic cement 120 layer was increased for the purpose of reducing creeping discharge, the strain occurring at the bonding surface would further increase, so thick inorganic cement was used. Although 120 layers could be applied, there were some drawbacks.

この開明け、−に述の点Ｋかんがみてなされたもので、
１１４１１シ体の主安故市部以外の表向を柔軟性を有す
る絶縁物層で破ｆＱすることＫより上述の欠点を解消し
、高効率、高信頼性を有する無声放１江式ガスレーザ装
置を提供することを目的とする。以下この発明を図面に
基づいて説明する。This discovery was made in view of the point K mentioned in -.
11411 A silent emission type gas laser device which eliminates the above-mentioned drawbacks and has high efficiency and high reliability by breaking the surface of the body other than the main part with a flexible insulating layer. The purpose is to provide The present invention will be explained below based on the drawings.

第４図はこの発明の一実施例をなす誘電体電極の断面図
、第５図は第４図のｎ−ｆｆ線による断面図で、無声に
電Ｓ、および媒質ガス循ｉ流Ｇ、の状態を示す図である
。第４図、＠５図において、ｔａ１図〜＠３図と同一符
号を付した部分は同一部分を示すので説明は省略する。FIG. 4 is a cross-sectional view of a dielectric electrode constituting an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line n-ff in FIG. It is a figure showing a state. In FIGS. 4 and 5, the parts with the same reference numerals as those in ta1 to ta3 indicate the same parts, and therefore the description thereof will be omitted.

第４図、第５図に示すようＫｉＴ！１を体亀欅３′は金
属電極１ｏを誘電体１１で林覆し、さらにシリコンゴム
系絶縁物層１３にて誘電体１Ｍ、極３′が接地金属電極
２と対向する訪屯体１１の主要放電部５以外の表面を被
覆する構造となっている１、 上述Ｑ）よ５に、第４図、第５図に示す実施例において
け、＃電体電極３′が接地金属電極２と対向する誘電体
１１の主要放電部５以外の表面を、柔軟性を有（−１有
機性７ウトガスの発生σ）少ｙｌいシリコンゴム系絶縁
物層１３により被機する１、゛構造とした。従って故亀
エネルキーにより誘′亀体ａ　４仇３　’が熱膨張して
もシリコンゴム系絶縁物層１３がその柔軟性により誘電
体１１の膨張変化を吸収することになり、誘電体１１が
破壊されるということはない。さらにシリコンゴム系絶
縁物Ｊ〆１３けｊｌさを噌ずことができ、第５図に示す
ように誘′屯体市極３′の主要放電部５以外の沿面放電
を防ぎ有効に放電エネルキーがガスレーザ媒質に与えら
れること忙なる。また、シリコンゴム系絶縁物層１３は
その性質上多少の沿面放電にさらされても４機性アウト
ガスの発生が極めて少な（・。As shown in Figures 4 and 5, KiT! Keyaki 3' covers the metal electrode 1o with a dielectric material 11, and further covers the main part of the visiting object 11 with a dielectric material 1M in a silicone rubber insulator layer 13, and a pole 3' facing the ground metal electrode 2. In the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the # electric body electrode 3' faces the ground metal electrode 2. The surface of the dielectric 11 other than the main discharge portion 5 was covered with a flexible (-1 organic 7 outgas generation σ) silicone rubber-based insulating layer 13 having a low yl structure. Therefore, even if the dielectric body a 4 and 3 ' thermally expand due to the turtle energy, the silicone rubber insulator layer 13 absorbs the expansion change of the dielectric 11 due to its flexibility, causing the dielectric 11 to break. There is no such thing as being done. Furthermore, silicone rubber-based insulators can be used to prevent creeping discharge in areas other than the main discharge part 5 of the dielectric duct 3', as shown in Fig. 5, and effectively reduce the discharge energy key. It is very important to be given a gas laser medium. Furthermore, due to its properties, the silicone rubber insulator layer 13 generates very little 4-functional outgas even when exposed to some creeping discharge (.

なお、上記実施例では誘電体電極３′が接地金属４ｉ２
と対向する誘α体１１の主要放電部５以外の表面をシリ
コンゴム系絶縁物層１３で障５ことにより主要放電部５
以外の沿面放酢を防ぎ無声放電を７ｊｋ電空間４内のみ
に発生させてレーザσ〕発掘効率を増すようにしたが、
シリコンゴム系絶縁物ＪＭ１３を」コｌ、下の（イ）、
←）で示す条件を満す材料およびｔｉｔ造のものに換え
ても上記実施例と同様の効果をイＩＩることかできる。In the above embodiment, the dielectric electrode 3' is the ground metal 4i2.
By blocking the surface of the dielectric material 11 other than the main discharge part 5 with the silicone rubber insulator layer 13, the main discharge part 5 is
The laser σ] excavation efficiency was increased by preventing other creeping discharges and generating silent discharge only in the 7jk electric space 4.
Silicone rubber insulator JM13, below (a),
Even if the material satisfying the conditions shown in (←) and titanium construction are used, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

（ｒｌ　　絶縁４１　ｒ’ｌ凹と＠電体面との間に誘電
体が熱膨張しても歪、）・が生じない（スト１／ス力穐
乍亀体にかからない）構造または材料であること。(rl Insulation 41 r'l The structure or material does not cause distortion even if the dielectric material expands thermally between the r'l concave and the electric surface.) .

（ロ）　白面Ｉｊ’ｌ　Ｙににさらされても有機性アウ
トガスの発生が少ない絶縁材料であること。(b) An insulating material that generates little organic outgassing even when exposed to white surfaces.

第６図は一ヒｄシ：　（（１、ｈｌの条件を満すこの発
明の他の実Ａｆｑ例を示す図である。この図において、
第１図乃至第３図と同一符号をイ１した部分は同一部分
を示すので説明は省略する、１９はセラミックスパウダ
等からなる無［Ｔｔ扮休体２０は絶縁性枠である。ＩＩ
！Ｅ機グ（粉体１９は適当な手段にて圧縮充填し、空隙
含有率の小さし・状態とされ、実質的に主要数ｎ℃部５
月外の沿面放′屯が進展するのを防ぐ作用を奏する。ま
た、第６図に示す類似の構造であれば、グラスウール等
の無機ＩＪｆ繊維をもってセラミックスパウダＫかえる
ことも可能である。FIG. 6 is a diagram showing another example of actual Afq of this invention that satisfies the conditions of ((1, hl). In this figure,
The parts marked with the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 3 indicate the same parts, so the explanation will be omitted. Reference numeral 19 indicates an insulating frame made of ceramic powder or the like. II
! E machine (powder 19 is compressed and filled by appropriate means to reduce the void content, and substantially the main number n°C part 5
It works to prevent the extralunar creepage radiation from developing. Furthermore, if the structure is similar to that shown in FIG. 6, it is also possible to replace the ceramic powder K with inorganic IJf fibers such as glass wool.

以上説明したようＫこの発明に係る無声放電式ガス・−
ぜ装置は、ｇ市７体市捧を構成する金属亀（−を被層す
る誘電体の接地金机ＰｉＪ、極と対向４−るｉｌｉ分以
外の表面に柔軟性を有する絶縁物層を設けたので、誘電
体？ａ極の熱膨張による誘一体の破吻を防電し、電極の
信頼性が向上すると共に、ａ面放電の進展を抑え発振効
率が上昇するとい５伶めてすぐ第１た効果を有するもの
である。As explained above, the silent discharge type gas according to this invention -
The device consists of a dielectric grounding metal plate (PiJ) that covers the metal turtle (-) that makes up the 7-piece body, and a flexible insulating layer is provided on the surface of the surface other than the 4-metal surface facing the pole. As a result, it is possible to prevent breakdown of the dielectric material due to thermal expansion of the dielectric material A-electrode, improve the reliability of the electrode, suppress the progress of A-plane discharge, and increase the oscillation efficiency. This has several effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

＠１図は従来の無声放電式ガスレーザの一例を示す概略
図、第２図は第３図の要部′電極構造を示す断面図、第
３図は第２図の１−１線による断面図、第４図はこの発
明に係るガスレーザの実施例の要部宵、極４り造を示す
断面図、第５図は第４図σ）Ｉ−■線忙よる断面し！、
第６図はこの発［ＩＩｊの他の実施例を示す断面図であ
る。 図中、２は接地金属電極、３．３′は８８曳体亀１６ζ
５４は放電空間、５は主要数″ＰｉＬ部、１０は金Ｎ［
極、１１は誘電体、１３はシリコンゴム系絶縁物層、１
４は交流電源、１９は無機）（粉体、２０け絶縁枠であ
る。なお、図中の同−才−）号は同一または相当部４〕
？示ｌ゛。 代理人　Ｃ！、野　信　−（外１名） 第１図 か 第３図@Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a conventional silent discharge type gas laser, Figure 2 is a sectional view showing the main part of Figure 3' electrode structure, and Figure 3 is a sectional view taken along line 1-1 in Figure 2. , FIG. 4 is a sectional view showing the main part of the embodiment of the gas laser according to the present invention, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line σ) I-■ in FIG. 4. ,
FIG. 6 is a sectional view showing another embodiment of this generator [IIj]. In the figure, 2 is the ground metal electrode, 3.3' is 88 drag body turtle 16ζ
54 is the discharge space, 5 is the main number "PiL part, 10 is gold N[
pole, 11 is a dielectric, 13 is a silicone rubber insulator layer, 1
4 is an AC power source, 19 is an inorganic powder, and a 20-piece insulating frame. In addition, the same or equivalent part 4 in the figure is the same number.
? Show ゛. Agent C! , Shin Nobu - (1 other person) Figure 1 or Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 （＋ｌ　　相対向して配置された接地金属電極と誘電体
ｔ１１．　＋ｉの間に交流高電圧を印加し前記両電欅間
に無声放電を発生さ・杖、この無声放電をレーザ励起源
とする無声放電式ガスレーザ装置ｄにおいて、前記誘電
体電極を構成する金属電極を被覆する誘電体の前記接地
金属電極と対向する部分以外の表面に柔軟性を有する絶
縁物層を設けたことを特徴と−する無声放電式カスレー
ザ装置Ｎ０゜（２）　　柔軟性を有する絶縁物層とし又
、シリコンゴム系絶縁物層を用いることを特徴とする特
許請求の範囲第（］）項記載の無声放電式カスレーザ装
置。 （３）柔軟性を有する絶縁物層として、無機質粉体無機
智繊維の１−を用いることを特徴とする特許請求の範囲
第（１）頃記載の１１１０１ｓ放電式ガスレーザ装置。 （４）柔軟性を有する絶縁物層として、無に４質繊維の
層を用いることを特徴とする特許請求の範囲第（３１項
記載の無声放電式ガスレーザ装置。[Claims] (+l) An AC high voltage is applied between the ground metal electrode and the dielectric material t11. In a silent discharge gas laser device d using a laser excitation source as a laser excitation source, a flexible insulating layer is provided on a surface of a dielectric covering a metal electrode constituting the dielectric electrode other than a portion facing the ground metal electrode. A silent discharge type Kaslaser device N0° (2) characterized in that the insulating layer has flexibility and a silicone rubber insulating layer is used. (3) A 11101S discharge gas laser according to claim 1, characterized in that an inorganic powder inorganic fiber 1- is used as the flexible insulating layer. Apparatus. (4) A silent discharge gas laser apparatus according to claim 31, characterized in that a layer of quaternary fiber is used as the flexible insulating layer.