JPS60178686A - ガスレ−ザ装置 - Google Patents
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- JPS60178686A JPS60178686A JP3365584A JP3365584A JPS60178686A JP S60178686 A JPS60178686 A JP S60178686A JP 3365584 A JP3365584 A JP 3365584A JP 3365584 A JP3365584 A JP 3365584A JP S60178686 A JPS60178686 A JP S60178686A
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- 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
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
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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
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、無声放電式高速軸流型Ｃｏｔレーザ装置に
使用するレーザ媒質ガスのガス成分を最適化する技術に
関するものである。
使用するレーザ媒質ガスのガス成分を最適化する技術に
関するものである。
放電管内で発生させる無声放電をレーザ励起に用い、放
電管の軸方向に高速でレーザ媒質ガスを流す高速軸流型
ガスレーザ装置は、この特許出願の発明者らの研究によ
って提案された新しいガスレーザ装置である。ところで
、この様な新しいガスレーザ装置において、レーザ媒質
ガスとして用いＺガスの最適成分についても、これまで
のところ全く知られていなかった。
電管の軸方向に高速でレーザ媒質ガスを流す高速軸流型
ガスレーザ装置は、この特許出願の発明者らの研究によ
って提案された新しいガスレーザ装置である。ところで
、この様な新しいガスレーザ装置において、レーザ媒質
ガスとして用いＺガスの最適成分についても、これまで
のところ全く知られていなかった。
従来、無声放電をレーザ励起に用いたガスレーザ装置の
例としては、三軸直交型、低速軸流型のそれぞれ適用し
た場合のガスレーザ装置がある。
例としては、三軸直交型、低速軸流型のそれぞれ適用し
た場合のガスレーザ装置がある。
ここでは、まず、上記両者の技術事項について説明を行
う。第１図（ａ）及びΦ）は、従来の無声放電式三軸直
交型ガスレーザ装置を示す正断面図及び側断面図である
。図において、２，３は金属電極、１１１は各金属電極
２．３に被覆されたガラス等の誘電体、４は各金属電極
２，３に接続された高周波電源、５は全反射鏡、６は部
分反射鏡、７は筐体、９はプロア（送風機）、１ｏは熱
交換器、１１．１２はそれぞれ矢印で示すレーザ光の方
向及びガス流の方向、Ａは無声放電を示している。
う。第１図（ａ）及びΦ）は、従来の無声放電式三軸直
交型ガスレーザ装置を示す正断面図及び側断面図である
。図において、２，３は金属電極、１１１は各金属電極
２．３に被覆されたガラス等の誘電体、４は各金属電極
２，３に接続された高周波電源、５は全反射鏡、６は部
分反射鏡、７は筐体、９はプロア（送風機）、１ｏは熱
交換器、１１．１２はそれぞれ矢印で示すレーザ光の方
向及びガス流の方向、Ａは無声放電を示している。
第２図（ａ）及び匹）は、従来の無声放電式低速軸流型
ガスレーザ装置を示す正断面図及び側断面図である。図
において、１は誘電体から成る放縦管、８は送気管、１
３は放電管１と二重構造になった外管である。その他の
構成部分については、上記第１図（ａ）及びの）に示す
ものとほぼ同様でちるから説明は省略する。
ガスレーザ装置を示す正断面図及び側断面図である。図
において、１は誘電体から成る放縦管、８は送気管、１
３は放電管１と二重構造になった外管である。その他の
構成部分については、上記第１図（ａ）及びの）に示す
ものとほぼ同様でちるから説明は省略する。
次に、上記第１図（ａ）及びΦ）、第２図（ａ）及びΦ
）に示す従来の各ガスレーザ装置の動作について説明す
る。上記各図に示す三軸直交型及び低速軸流型のそれぞ
れのガスレーザ装置の動作に関しては、両名ともほぼ同
様であるから、低速軸流型ガスレーザ装置を例にとシ、
その動作について述べる。
）に示す従来の各ガスレーザ装置の動作について説明す
る。上記各図に示す三軸直交型及び低速軸流型のそれぞ
れのガスレーザ装置の動作に関しては、両名ともほぼ同
様であるから、低速軸流型ガスレーザ装置を例にとシ、
その動作について述べる。
第２図（ａ）及び［有］）に示す低速軸流型ガスレーザ
装置において、放電管１内には、ＣＯ２、Ｎ！ ＋ Ｈ
ｅの混合ガスから成るレーザ媒質ガスが約数１０〜１ｏ
。
装置において、放電管１内には、ＣＯ２、Ｎ！ ＋ Ｈ
ｅの混合ガスから成るレーザ媒質ガスが約数１０〜１ｏ
。
Ｔｏｒｒのガス圧力で満たされており、レーザ媒質ガス
はプロア９によシガス流の方向１２へ循環されている。
はプロア９によシガス流の方向１２へ循環されている。
各金属電極２，３には、高周波′電源４よシ約数１０〜
数１００ ＫＨｚで、約数ＫＶの高周波電圧が印加され
、放電管１内にて無声放電Ａを発生させる。この無声放
電Ａによりレーザ媒質ガス中のＣＯ，分子が励起され、
全反射鏡５と部分反射鏡６とで構成される光共振器内で
レーザ発振が起こり、レーザ光の一部が部分反射鏡６よ
シ外部にレーザ光の方向１１へ取シ出される。無声放電
Ａによシレーザ媒質ガスのガス温度が上昇すると、レー
ザ出力が低下するので、熱交換器１０でガス温度を所定
値以下に保つ様に構成されている。また、放電管１と外
管１３との間には冷却水が流され、放電管１を直接に冷
却する様にしている。
数１００ ＫＨｚで、約数ＫＶの高周波電圧が印加され
、放電管１内にて無声放電Ａを発生させる。この無声放
電Ａによりレーザ媒質ガス中のＣＯ，分子が励起され、
全反射鏡５と部分反射鏡６とで構成される光共振器内で
レーザ発振が起こり、レーザ光の一部が部分反射鏡６よ
シ外部にレーザ光の方向１１へ取シ出される。無声放電
Ａによシレーザ媒質ガスのガス温度が上昇すると、レー
ザ出力が低下するので、熱交換器１０でガス温度を所定
値以下に保つ様に構成されている。また、放電管１と外
管１３との間には冷却水が流され、放電管１を直接に冷
却する様にしている。
次いで、上記各図に示す三軸直交型及び低速軸流型のそ
れぞれのガスレーザ装置における最適なガス成分の組成
について述べる。
れぞれのガスレーザ装置における最適なガス成分の組成
について述べる。
（１） 三軸直交型ガスレーザ装置においては、無声放
電の換算電界”／、 （Ｅ ：電界、Ｎ：ガス密度）の
値は、通常のＤＣ（直流）放心における値よりも高く、
ｃ０２分子を有効に励起するには、高い換算電界−を利
用してＮ！分子を振動励起し、Ｎ２分子ｏａｔｓレベル
から、Ｃ０２レーザレベル（Ｖｉ）へのエネルギー移棄
によってＣＯ！分子を励起する過程が有効である。その
ため、Ｎ２モル分率を増加することがレーザ発振効率を
増加する上で極めて必要な条件である。Ｎ２モル分率と
レーザ発振効率との関係は、この特許出願の発明者らの
実験によって、第３図に示す様な特性図が得られている
。
電の換算電界”／、 （Ｅ ：電界、Ｎ：ガス密度）の
値は、通常のＤＣ（直流）放心における値よりも高く、
ｃ０２分子を有効に励起するには、高い換算電界−を利
用してＮ！分子を振動励起し、Ｎ２分子ｏａｔｓレベル
から、Ｃ０２レーザレベル（Ｖｉ）へのエネルギー移棄
によってＣＯ！分子を励起する過程が有効である。その
ため、Ｎ２モル分率を増加することがレーザ発振効率を
増加する上で極めて必要な条件である。Ｎ２モル分率と
レーザ発振効率との関係は、この特許出願の発明者らの
実験によって、第３図に示す様な特性図が得られている
。
この特性図から明らかな様に、Ｎ２モル分率の増加と共
にレーザ発振効率は増加している。ただし、Ｎ、モル分
率が約７０％以上の領域では、ストリーマ状の放電、す
なわち放電不安定領域Ｂが局所的に現われ、レーザ出力
は非常に不安定となる。よって、この種のガスレーザ装
置における最適のＮ２モル分率は約６０％程度であった
。
にレーザ発振効率は増加している。ただし、Ｎ、モル分
率が約７０％以上の領域では、ストリーマ状の放電、す
なわち放電不安定領域Ｂが局所的に現われ、レーザ出力
は非常に不安定となる。よって、この種のガスレーザ装
置における最適のＮ２モル分率は約６０％程度であった
。
（Ｍ） 低速軸流型ガスレーザ装置においては、放縦管
ｌ内にて、その軸方向に流れるレーザ媒質ガスの流速が
約ｉ ｏ ｍ７ｓ程度以下の低流速領域である時は、ガ
ス流による放電エネルギーの持ち去シは無視でき、放電
管１の径方向への熱伝導のみによりガス温度上昇は決定
される。この場合、放縦管１内の中心部のガス温度上昇
Δθｒｎａｘは次式で与えられる。
ｌ内にて、その軸方向に流れるレーザ媒質ガスの流速が
約ｉ ｏ ｍ７ｓ程度以下の低流速領域である時は、ガ
ス流による放電エネルギーの持ち去シは無視でき、放電
管１の径方向への熱伝導のみによりガス温度上昇は決定
される。この場合、放縦管１内の中心部のガス温度上昇
Δθｒｎａｘは次式で与えられる。
ただし、Ｗｄ：放電電力、ｔ：放電管１の長さ。
λ：レーザ媒質ガスの熱伝導率、ａ、ｂ：放電管１の内
径及び外径、λ２：放電管１の熱伝導率である。
径及び外径、λ２：放電管１の熱伝導率である。
また、Ｃ（ｈ 、 Ｎｚ ＠ Ｈｅのガス熱伝導率であ
るλｃｏ２ｔλＮ２ ｗλ−は下記の通りである。
るλｃｏ２ｔλＮ２ ｗλ−は下記の通りである。
λＣｏ、 ＝ ０．０１９１ （Ｋｃａｔ／ｒｎｈ’Ｃ
〕−−＝−■λＮ２ ＝０．０２６９ ＣＫｃａｔ／ｍ
ｈ℃〕＝−＝＝・（３）λＨ，＝ ０．１４３ （Ｋｃ
ａｔ／ｍｈｃ ） −−・（４）ガス温度上昇を抑える
点からは、熱伝導率の非常に高いＨｅ （他のガスと比
べて１桁程度高い）のモル分率を上昇させる必要がある
。ＣＯ：レーザ装置において、ガス温度が上昇すると、
レーザ発振効率は減少することが知られている。低速軸
流型ガスレーザ装置において、Ｎ２モル分率を変化した
時のレーザ発振特性を第４図に示している。上記第３図
に示す様に、Ｎ！モル分率が大きい程、低出力側の効率
は良い。しかし、ガス温度が約２００℃程度になると、
レーザ出力の増加は急激に鈍化するために、熱伝導率の
低いＮ２モル分率を大きくすると、レーザ出力の飽和は
低い放電電力にて生じることになる。そこで、従来のこ
の種のガスレーザ装置では、低出力側の効率を犠牲にし
てもガス温度を上昇せしめない様に、Ｎ２モル分率を低
くする必要があった。この場合における最適のＮ２モル
分率は約２０チ程度であった。
〕−−＝−■λＮ２ ＝０．０２６９ ＣＫｃａｔ／ｍ
ｈ℃〕＝−＝＝・（３）λＨ，＝ ０．１４３ （Ｋｃ
ａｔ／ｍｈｃ ） −−・（４）ガス温度上昇を抑える
点からは、熱伝導率の非常に高いＨｅ （他のガスと比
べて１桁程度高い）のモル分率を上昇させる必要がある
。ＣＯ：レーザ装置において、ガス温度が上昇すると、
レーザ発振効率は減少することが知られている。低速軸
流型ガスレーザ装置において、Ｎ２モル分率を変化した
時のレーザ発振特性を第４図に示している。上記第３図
に示す様に、Ｎ！モル分率が大きい程、低出力側の効率
は良い。しかし、ガス温度が約２００℃程度になると、
レーザ出力の増加は急激に鈍化するために、熱伝導率の
低いＮ２モル分率を大きくすると、レーザ出力の飽和は
低い放電電力にて生じることになる。そこで、従来のこ
の種のガスレーザ装置では、低出力側の効率を犠牲にし
てもガス温度を上昇せしめない様に、Ｎ２モル分率を低
くする必要があった。この場合における最適のＮ２モル
分率は約２０チ程度であった。
従来の無声放電式の三軸直交型及び低速軸流型ＣＯＸレ
ーザ装置では、Ｎ２モル分率の最適値は、上述した様な
通りであった。しかるに、無声放電式高速軸流型ｃｏ２
レーザ装置と比較した場合に、■高速軸流型ＣＯ２レー
ザ装置におけるガス条件での無声放心状況が知られてい
ない■三軸直交型ｃｏ２レーザ装置における放電部の入
口、出口のガス温度上昇はせいぜい約５０℃程度であシ
、一方、高速軸流型ＣＯ２レーザ装置では、約２００
ｍ／ｓ程度の高速ガス流下でも約１００℃以上は生じる
だめに動作条件が全く違う■高速軸流型ＣＯ２レーザ装
置ではガスの熱容量でガス温度上昇を抑えるが、低速軸
流型ＣＯ２レーザ装置ではガスの熱伝導によってガス温
度上昇を抑える構成になっており、ガスの冷却機構も全
く違う等、従来技術からは、高速軸流型ＣＯ２レーザ装
置におけるガス成分の最適値を類推することはほとんど
不可能に近いという欠点があった。
ーザ装置では、Ｎ２モル分率の最適値は、上述した様な
通りであった。しかるに、無声放電式高速軸流型ｃｏ２
レーザ装置と比較した場合に、■高速軸流型ＣＯ２レー
ザ装置におけるガス条件での無声放心状況が知られてい
ない■三軸直交型ｃｏ２レーザ装置における放電部の入
口、出口のガス温度上昇はせいぜい約５０℃程度であシ
、一方、高速軸流型ＣＯ２レーザ装置では、約２００
ｍ／ｓ程度の高速ガス流下でも約１００℃以上は生じる
だめに動作条件が全く違う■高速軸流型ＣＯ２レーザ装
置ではガスの熱容量でガス温度上昇を抑えるが、低速軸
流型ＣＯ２レーザ装置ではガスの熱伝導によってガス温
度上昇を抑える構成になっており、ガスの冷却機構も全
く違う等、従来技術からは、高速軸流型ＣＯ２レーザ装
置におけるガス成分の最適値を類推することはほとんど
不可能に近いという欠点があった。
この発明は、上記の様な従来のものの欠点を改善する目
的でなされたもので、Ｃｏｇ 、 Ｎｚ 、 Ｈｅの３
種類のガス成分を含むレーザ媒質ガスとして、そのガス
成分中、Ｎ２のモル分率が約４０〜９０％の範囲内にあ
るレーザ媒質ガスを使用することにより、高効率で安定
に動作できるガスレーザ装置を提供するものである。
的でなされたもので、Ｃｏｇ 、 Ｎｚ 、 Ｈｅの３
種類のガス成分を含むレーザ媒質ガスとして、そのガス
成分中、Ｎ２のモル分率が約４０〜９０％の範囲内にあ
るレーザ媒質ガスを使用することにより、高効率で安定
に動作できるガスレーザ装置を提供するものである。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第５図はこの発明の一実施例である無声放電式高速軸流
型ガスレーザ装置を示す正断面図で、第２図（ａ）と同
一部分は同一符号を用いて表示してあシ、その詳細な説
明は省略する。図において、９１はルーツプロアζ １
０．１５はルーツプロア９１の両側に設けられた熱交換
器である。その他の構成部分については、第２図（ａ）
に示すものと同様に構成されている。
型ガスレーザ装置を示す正断面図で、第２図（ａ）と同
一部分は同一符号を用いて表示してあシ、その詳細な説
明は省略する。図において、９１はルーツプロアζ １
０．１５はルーツプロア９１の両側に設けられた熱交換
器である。その他の構成部分については、第２図（ａ）
に示すものと同様に構成されている。
次に、上記第５図に示すこの発明の一実施例である無声
放電式高速軸流型ガスレーザ装置の動作について説明す
る。し〜ザ発振器の放電管１内には、ＣＯ２、Ｎｚ 、
Ｈｅの混合ガスから成るレーザ媒質ガスが約１００Ｔ
Ｏｒｒのガス圧力で満たされている。
放電式高速軸流型ガスレーザ装置の動作について説明す
る。し〜ザ発振器の放電管１内には、ＣＯ２、Ｎｚ 、
Ｈｅの混合ガスから成るレーザ媒質ガスが約１００Ｔ
Ｏｒｒのガス圧力で満たされている。
高周波電源４より、例えば約１００ ＫＨｚの周波数。
ゼロピーク約５ＫＶ程度の高周波電圧が各金属電極２．
３に印加されると、放電管１内で無声放電が発生して、
ＣＯ２分子が励起される。この励起されたＣＯ，分子は
、全反射鏡５と部分反射鏡６とで構成される光共振器に
よってレーザ発振を起し、レーザ光の一部が部分反射鏡
６より外部にレーザ光の方向１１へ取シ出される。そし
て、レーザ媒質ガスはルーツプロア９１により放電管１
内を高速で循環され、放電によυ昇温したガスは熱交換
器１０で冷却され、ルーツプロア９１にて昇温したガス
は熱交換機１４で冷却される。また、放電管１と外管１
３との間には冷却水が流され、放電管１を直接に冷却す
る様にしている。
３に印加されると、放電管１内で無声放電が発生して、
ＣＯ２分子が励起される。この励起されたＣＯ，分子は
、全反射鏡５と部分反射鏡６とで構成される光共振器に
よってレーザ発振を起し、レーザ光の一部が部分反射鏡
６より外部にレーザ光の方向１１へ取シ出される。そし
て、レーザ媒質ガスはルーツプロア９１により放電管１
内を高速で循環され、放電によυ昇温したガスは熱交換
器１０で冷却され、ルーツプロア９１にて昇温したガス
は熱交換機１４で冷却される。また、放電管１と外管１
３との間には冷却水が流され、放電管１を直接に冷却す
る様にしている。
〈三軸直交型ガスレーザ装置との比較〉無声放電式高速
軸流型ガスレーザ装置においては、放電管１の内面での
ＣａｐａｃｉＮｖｅ ｂａｌｌａｓｔｅｆｆｅｃｔに加
えて、高速なガス流によるプラズマの拡散均一化作用に
より、さらに、均質で安定な放電が得られた。このこと
は、実験結果からして、Ｎ２モル分率が９０％において
も、三軸直交型で見られたストリーマ状の放電は観測さ
れず、Ｎ２モル分率に依存することなくレーザ出力は安
定であった。Ｎ２モル分率とレーザ発振効率との関係に
ついて、三軸直交型と高速軸流型とを比較した場合が第
３図に示されている。この様に、高速軸流型の場合、Ｎ
２モル分率が約４０〜９０％の幅広い範囲で高効率のレ
ーザ発振がなされている。そして、高速軸流型での放電
部の出口におけるガス温度は約１００℃以上と、三軸直
交型の約５０Ｃ程度と比べて非常に高い領域で使用され
てぃ−るにもががゎらず、前述の様に高効率なレーザ発
振が行われ得るのである。
軸流型ガスレーザ装置においては、放電管１の内面での
ＣａｐａｃｉＮｖｅ ｂａｌｌａｓｔｅｆｆｅｃｔに加
えて、高速なガス流によるプラズマの拡散均一化作用に
より、さらに、均質で安定な放電が得られた。このこと
は、実験結果からして、Ｎ２モル分率が９０％において
も、三軸直交型で見られたストリーマ状の放電は観測さ
れず、Ｎ２モル分率に依存することなくレーザ出力は安
定であった。Ｎ２モル分率とレーザ発振効率との関係に
ついて、三軸直交型と高速軸流型とを比較した場合が第
３図に示されている。この様に、高速軸流型の場合、Ｎ
２モル分率が約４０〜９０％の幅広い範囲で高効率のレ
ーザ発振がなされている。そして、高速軸流型での放電
部の出口におけるガス温度は約１００℃以上と、三軸直
交型の約５０Ｃ程度と比べて非常に高い領域で使用され
てぃ−るにもががゎらず、前述の様に高効率なレーザ発
振が行われ得るのである。
〈低速軸流型ガスレーザ装置との比較〉無声放電式高速
軸流型ガスレーザ装置において、放゛亀管１の内径をφ
ｄ［ｍ ］ ＊放電管１内のガスの流速をｖｐ （ｍ／
ｓ ） 、ガス圧力をＰ ［Ｔｏｒｒ ）とすると、Ｓ
ＴＰ流量ＱＮは下記の通シに与えられる。
軸流型ガスレーザ装置において、放゛亀管１の内径をφ
ｄ［ｍ ］ ＊放電管１内のガスの流速をｖｐ （ｍ／
ｓ ） 、ガス圧力をＰ ［Ｔｏｒｒ ）とすると、Ｓ
ＴＰ流量ＱＮは下記の通シに与えられる。
今、放電電力をＷｄ 、レーザ媒質ガスの比重をｒ１モ
ル比熱をＣ１とすると、放心によるガス温度上昇をΔＴ
とすると、 である。こζでｓ ＣＯｘ ｇ Ｎｘ ｇ Ｈｅの混合
ガスにおいて、Ｃ０２の比重をγｃｏ、 、モル比熱を
ｃｐＣＯ！ ｔモル分率をαとし、同様に、Ｎ２の場合
には、それぞれ’Ｎｚ ｔ ｃ、Ｎ、 ｔβとし、Ｈｅ
の場合には、それぞれ’Ｈｅ ｔ ＣＰＨ＠、 （１−
ａ−β）、！ニーする。！＝、レーザ媒質ガスのｒｃｐ
の積は下記の通りに与えられる。
ル比熱をＣ１とすると、放心によるガス温度上昇をΔＴ
とすると、 である。こζでｓ ＣＯｘ ｇ Ｎｘ ｇ Ｈｅの混合
ガスにおいて、Ｃ０２の比重をγｃｏ、 、モル比熱を
ｃｐＣＯ！ ｔモル分率をαとし、同様に、Ｎ２の場合
には、それぞれ’Ｎｚ ｔ ｃ、Ｎ、 ｔβとし、Ｈｅ
の場合には、それぞれ’Ｈｅ ｔ ＣＰＨ＠、 （１−
ａ−β）、！ニーする。！＝、レーザ媒質ガスのｒｃｐ
の積は下記の通りに与えられる。
ｒｃｐ＝γｃｏ、ＣｐＣｏｇ ’＋γＮ２ＣｐＮ２β＋
γＨｓｃｐＨｅ ’ ” −’−β）・−・・・・・・
・（７） ところで、ＣＯＢ 、 ？１ｈ 、Ｈｅのそれぞれのｒ
ｃｐＯ値は下記の通シである。
γＨｓｃｐＨｅ ’ ” −’−β）・−・・・・・・
・（７） ところで、ＣＯＢ 、 ？１ｈ 、Ｈｅのそれぞれのｒ
ｃｐＯ値は下記の通シである。
ｒｃｏ、 ｃ、ｃｏ、 ＝ ０．３７８ ［Ｋｃａｌ／
ｒｒ１．ｄｇ ） −・・曲・−（８）γＮＩ ＣｐＨ
２＝ ０．３０１ （Ｋｃａｌ／ｒｒｔ、ｄｅｙ ）
−−−−−−−−−（ｇ）γＨ，ＣｐＨ，＝０．２２
［ＫｃａｔＡｒ？、ｄｅｔ：）川・・−−（１０）ただ
し、０℃におりる値を引用している。仁の様に、レーザ
媒質ガスのガス組成の変化がガス温度上昇に与える影響
は小さく、低速軸流型で見られた様なＮ２モル分率の増
加にょるレーザ出力の曲がシは、高速軸流型には観測さ
れない。よって、低出力側の効率がそのまま高出方側を
含む全域のレーザ発振効率に反映され、Ｎ２モル分率の
増加による効率の上昇が得られることになる。
ｒｒ１．ｄｇ ） −・・曲・−（８）γＮＩ ＣｐＨ
２＝ ０．３０１ （Ｋｃａｌ／ｒｒｔ、ｄｅｙ ）
−−−−−−−−−（ｇ）γＨ，ＣｐＨ，＝０．２２
［ＫｃａｔＡｒ？、ｄｅｔ：）川・・−−（１０）ただ
し、０℃におりる値を引用している。仁の様に、レーザ
媒質ガスのガス組成の変化がガス温度上昇に与える影響
は小さく、低速軸流型で見られた様なＮ２モル分率の増
加にょるレーザ出力の曲がシは、高速軸流型には観測さ
れない。よって、低出力側の効率がそのまま高出方側を
含む全域のレーザ発振効率に反映され、Ｎ２モル分率の
増加による効率の上昇が得られることになる。
上述した様に、無声放電式高速軸流型ガスレーザ装置に
おける最適なＮ、モル分率は、三軸直交型及び低速軸流
型の各ガスレーザ装置からは類推は不可能であったが、
上記した様に、この特許出願の発明者らの実験の結果に
よって初めて明らかにされた。そして、最適なＮ２モル
分率が約４０〜９０チの範囲内にあることは、上記第３
図の特性図より明らかである。また、第６図はこの発明
による高速軸流型ガスレーザ装置において、ＣＯ，モル
分率を変化した時のレーザ発振特性を示す図である。
おける最適なＮ、モル分率は、三軸直交型及び低速軸流
型の各ガスレーザ装置からは類推は不可能であったが、
上記した様に、この特許出願の発明者らの実験の結果に
よって初めて明らかにされた。そして、最適なＮ２モル
分率が約４０〜９０チの範囲内にあることは、上記第３
図の特性図より明らかである。また、第６図はこの発明
による高速軸流型ガスレーザ装置において、ＣＯ，モル
分率を変化した時のレーザ発振特性を示す図である。
第６図から明らかな様に、ＣＯ！モル分率が約１０チを
越えると、レーザ出力が一度飽和する現象が見られる。
越えると、レーザ出力が一度飽和する現象が見られる。
ＣＯ２モル分率の変化によるガス温度の変化はないから
、この現象はＣＯｔ分子による光吸収効果に基づくもの
と推定される。特に、高速軸流型の様に、放電部の出口
におけるガス温度が約１００℃以上になる領域では光吸
収効果によるレーザ出力の飽和は十分に考えられ、これ
は高速軸流型の特有な現象とも云える。このことから、
高温部における光吸収効果によるレーザ出力の飽和を防
ぐため、第６図のレーザ発振特性図から、ＣＯ鵞モル分
率は約１０％以下に抑える必要がある。
、この現象はＣＯｔ分子による光吸収効果に基づくもの
と推定される。特に、高速軸流型の様に、放電部の出口
におけるガス温度が約１００℃以上になる領域では光吸
収効果によるレーザ出力の飽和は十分に考えられ、これ
は高速軸流型の特有な現象とも云える。このことから、
高温部における光吸収効果によるレーザ出力の飽和を防
ぐため、第６図のレーザ発振特性図から、ＣＯ鵞モル分
率は約１０％以下に抑える必要がある。
なお、上記実施例では、ＣＯ２ｔ Ｎ ＊ ’ Ｈｅの
３種類の混合ガスから成るレーザ媒質ガスを使用した場
合について説明したが、上記３種類のガスを含んでいれ
ば、これ以外にＡｒ、 Ｃｏ 、 Ｘｅなどのガスを添
加した場合にも、上記実施例と同様の効果を奏する。
３種類の混合ガスから成るレーザ媒質ガスを使用した場
合について説明したが、上記３種類のガスを含んでいれ
ば、これ以外にＡｒ、 Ｃｏ 、 Ｘｅなどのガスを添
加した場合にも、上記実施例と同様の効果を奏する。
この発明は以上説明した様に、無声放電式高速軸流型ガ
スレーザ装置のレーザ媒質ガスとして。
スレーザ装置のレーザ媒質ガスとして。
ｃｏｔ 、 Ｎｌ 、Ｈｅの３種類のガス成分を含み、
そのガス成分中、Ｎ冨のモル分率が約４０〜９０％の範
囲内にあるものを使用することにより、極めて高効率で
、安定して動作できるガスレーザ装置が得られるという
優れた効果を奏するものである。
そのガス成分中、Ｎ冨のモル分率が約４０〜９０％の範
囲内にあるものを使用することにより、極めて高効率で
、安定して動作できるガスレーザ装置が得られるという
優れた効果を奏するものである。
第１図（ａ）及びか）Ｌ１従来の無声放電式三軸直交型
ガスレーザ装置を示す正断面図及び側断面図、第２図＜
ａ＞及びΦ）は、従来の無声放電式低速軸流型ガスレー
ザ装置を示す正断面図及び側断面図、第３図は、Ｎ２モ
ル分率とレーザ発振効率との関係を、従来の三軸直交型
とこの発明による高速軸流型の各ガスレーザ装置を比較
して示した特性図、第４図は従来の低速軸流型ガスレー
ザ装置において、Ｎ２モル分率を変化した時のレーザ発
振特性を示す図、第５図はこの発明の一実施例である無
声放電式高速軸流型ガスレーザ装置を示す正断面図、第
６図はこの発明による高速軸流型ガスレーザ装置におい
て、ＣＯ２モル分率を変化した時のレーザ発振特性を示
す図である。 図において、１・・・放電管、２，３・・・金属電極、
４・・・高周波電源、５・−・全反射鏡、６・・・部分
反射鏡、７・・・筺体、８・・・送気管、９・・・プロ
ア（送風機）、１０．１４・・・熱交換器、１１・・・
レーザ光の方向、１２・・・ガス流の方向、１３・・・
外管、９１・・・ルーツプロア、１１１・・・誘電体、
Ａ・・・無声放電、Ｂ・・・放電不安定領域である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 （ａ） 乙 ０ （ｂ） 第３図 Ｎ２ｔル分卑（０ム） 第４図 放電入力（Ｗｌ 第５図 第６図 Ｎ２モｊし分率６０°１０ Ｈｅ Ｂａ１ａｎｃｅ 方丈電入力〔にＷ〕 昭和 年 月 日 １、事件の表示 特願昭５９−３３６５５号２、発明の
名称 ガスレーザ装置 ３、補正をする者 ５ 補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の、瀾 ６ 補正の内容 （１）明、前書第２頁第１３行目の「低速軸流型の」を
「低速軸流型に」と補正する。 （２）同書第５頁第４行目のｒ（Ｖ３）Ｊを削除する。 （３）同省第８頁第１０〜１１行目の「不可能に近いと
いう欠点があった。」を、「不可能に近かった。」ｋ林
°Ｌずろ。 （４）同書第８頁第１３〜１４行目の「上記の様な・・
・・もので、」を、［上記の事情に鑑み、無声放電式高
速軸流型ＣＯ２レーザの最適ガス組成を実験ω［究によ
り発見したもので、すなわち、」ど補正する。 （５）同書第９頁第６行目の「１５」を「１４」と補正
する。
ガスレーザ装置を示す正断面図及び側断面図、第２図＜
ａ＞及びΦ）は、従来の無声放電式低速軸流型ガスレー
ザ装置を示す正断面図及び側断面図、第３図は、Ｎ２モ
ル分率とレーザ発振効率との関係を、従来の三軸直交型
とこの発明による高速軸流型の各ガスレーザ装置を比較
して示した特性図、第４図は従来の低速軸流型ガスレー
ザ装置において、Ｎ２モル分率を変化した時のレーザ発
振特性を示す図、第５図はこの発明の一実施例である無
声放電式高速軸流型ガスレーザ装置を示す正断面図、第
６図はこの発明による高速軸流型ガスレーザ装置におい
て、ＣＯ２モル分率を変化した時のレーザ発振特性を示
す図である。 図において、１・・・放電管、２，３・・・金属電極、
４・・・高周波電源、５・−・全反射鏡、６・・・部分
反射鏡、７・・・筺体、８・・・送気管、９・・・プロ
ア（送風機）、１０．１４・・・熱交換器、１１・・・
レーザ光の方向、１２・・・ガス流の方向、１３・・・
外管、９１・・・ルーツプロア、１１１・・・誘電体、
Ａ・・・無声放電、Ｂ・・・放電不安定領域である。 なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 （ａ） 乙 ０ （ｂ） 第３図 Ｎ２ｔル分卑（０ム） 第４図 放電入力（Ｗｌ 第５図 第６図 Ｎ２モｊし分率６０°１０ Ｈｅ Ｂａ１ａｎｃｅ 方丈電入力〔にＷ〕 昭和 年 月 日 １、事件の表示 特願昭５９−３３６５５号２、発明の
名称 ガスレーザ装置 ３、補正をする者 ５ 補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の、瀾 ６ 補正の内容 （１）明、前書第２頁第１３行目の「低速軸流型の」を
「低速軸流型に」と補正する。 （２）同書第５頁第４行目のｒ（Ｖ３）Ｊを削除する。 （３）同省第８頁第１０〜１１行目の「不可能に近いと
いう欠点があった。」を、「不可能に近かった。」ｋ林
°Ｌずろ。 （４）同書第８頁第１３〜１４行目の「上記の様な・・
・・もので、」を、［上記の事情に鑑み、無声放電式高
速軸流型ＣＯ２レーザの最適ガス組成を実験ω［究によ
り発見したもので、すなわち、」ど補正する。 （５）同書第９頁第６行目の「１５」を「１４」と補正
する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｕ） 誘電体より成る放電管内に、この放電管の軸方向
に高速でレーザ媒質ガスを流し、前記放電管の外周に複
数の対向して設けた電極に交流電圧を印加して放電（無
声放電）を発生させ、この放電によシレーザ光を発振さ
せる様にすると共に、前記レーザ媒質ガスとして、少な
くともＣＯ，、Ｎ、 、 Ｈｅの３種類のガス成分を含
み、Ｎ２のモル分率が約４０〜９０％の範囲内にあるも
のを使用することを特徴とするガスレーザ装置。 ■ 前記レーザ媒質ガスは、Ｃ（ｈのモル分率が約１０
−以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のガスレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3365584A JPS60178686A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | ガスレ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3365584A JPS60178686A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | ガスレ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60178686A true JPS60178686A (ja) | 1985-09-12 |
Family
ID=12392460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3365584A Pending JPS60178686A (ja) | 1984-02-24 | 1984-02-24 | ガスレ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60178686A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000056778A (ko) * | 1999-02-22 | 2000-09-15 | 송순달 | 구리 이온 레이저 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54100288A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-07 | Mitsubishi Electric Corp | Pulse output gas laser oscillation method |
| JPS5673484A (en) * | 1979-11-21 | 1981-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge gas laser device |
| JPS5680191A (en) * | 1979-12-05 | 1981-07-01 | Mitsubishi Electric Corp | Gas laser device |
| JPS56130988A (en) * | 1980-03-18 | 1981-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge type laser |
| JPS5739546A (en) * | 1980-08-21 | 1982-03-04 | Nec Home Electronics Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPS57208189A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-21 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge type pulse laser |
-
1984
- 1984-02-24 JP JP3365584A patent/JPS60178686A/ja active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54100288A (en) * | 1978-01-24 | 1979-08-07 | Mitsubishi Electric Corp | Pulse output gas laser oscillation method |
| JPS5673484A (en) * | 1979-11-21 | 1981-06-18 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge gas laser device |
| JPS5680191A (en) * | 1979-12-05 | 1981-07-01 | Mitsubishi Electric Corp | Gas laser device |
| JPS56130988A (en) * | 1980-03-18 | 1981-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge type laser |
| JPS5739546A (en) * | 1980-08-21 | 1982-03-04 | Nec Home Electronics Ltd | Manufacture of semiconductor device |
| JPS57208189A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-21 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge type pulse laser |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000056778A (ko) * | 1999-02-22 | 2000-09-15 | 송순달 | 구리 이온 레이저 |
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