JPS639393B2 - - Google Patents
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- JPS639393B2 JPS639393B2 JP54032568A JP3256879A JPS639393B2 JP S639393 B2 JPS639393 B2 JP S639393B2 JP 54032568 A JP54032568 A JP 54032568A JP 3256879 A JP3256879 A JP 3256879A JP S639393 B2 JPS639393 B2 JP S639393B2
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- 239000002184 metal Substances 0.000 description 18
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Classifications
-
- 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
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- Plasma & Fusion (AREA)
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- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、高出力無声放電式ガスレーザ装置
の改良に関するものである。
の改良に関するものである。
従来の連続発振形無声放電式ガスレーザ装置を
第１図に示す横励起形CO2レーザを例として説明
する。図において、１は接地金属電極、２はこの
接地金属電極１と共に放電極を構成する高電圧金
属電極で、その放電面は誘電体３で覆われてい
る。４は放電空間、５は変圧器、６は高周波電
源、７は全反射鏡、８は部分反射鏡、９は冷却水
循環ポンプ、１０は冷却器、１１はイオン交換式
純水器である。
第１図に示す横励起形CO2レーザを例として説明
する。図において、１は接地金属電極、２はこの
接地金属電極１と共に放電極を構成する高電圧金
属電極で、その放電面は誘電体３で覆われてい
る。４は放電空間、５は変圧器、６は高周波電
源、７は全反射鏡、８は部分反射鏡、９は冷却水
循環ポンプ、１０は冷却器、１１はイオン交換式
純水器である。
次に動作について説明する。高電圧金属電極２
に高周波電源６と変圧器５により高周波高電圧が
印加されると、放電空間４に無声放電と呼ばれる
安定な放電が起る。この無声放電は、高電圧金属
電極２と接地金属電極１の間に誘電体３を介して
生じる交流放電であるため、アーク放電に移行す
ることなく、電子温度が高く、分子温度の上昇し
ない非平衡放電が安定に実現できる。放電空間４
で励起された分子による光誘導輻射過程の説明は
省略するが、放電空間４内で無声放電が起ると、
全反射鏡７と部分反射鏡８により構成される共振
器内でレーザ発振が起り、出力側の反射鏡８より
レーザ光ｌが出る。
に高周波電源６と変圧器５により高周波高電圧が
印加されると、放電空間４に無声放電と呼ばれる
安定な放電が起る。この無声放電は、高電圧金属
電極２と接地金属電極１の間に誘電体３を介して
生じる交流放電であるため、アーク放電に移行す
ることなく、電子温度が高く、分子温度の上昇し
ない非平衡放電が安定に実現できる。放電空間４
で励起された分子による光誘導輻射過程の説明は
省略するが、放電空間４内で無声放電が起ると、
全反射鏡７と部分反射鏡８により構成される共振
器内でレーザ発振が起り、出力側の反射鏡８より
レーザ光ｌが出る。
この場合、高電圧金属電極２は電気伝導度の小
さい冷却水で冷却されている。即ち、冷却水が高
電圧電極部〜循環ポンプ９〜冷却器１０〜純水器
１１〜高電圧電極部の経路を循環している。この
循環時にイオン交換式純水器１１において、高電
圧金属電極２からの電流漏洩を防ぐために冷却水
の純水化（電気伝導度の低減）が行われる。
さい冷却水で冷却されている。即ち、冷却水が高
電圧電極部〜循環ポンプ９〜冷却器１０〜純水器
１１〜高電圧電極部の経路を循環している。この
循環時にイオン交換式純水器１１において、高電
圧金属電極２からの電流漏洩を防ぐために冷却水
の純水化（電気伝導度の低減）が行われる。
なお、図示していないが、放電空間４のガスは
接地金属電極１と高電圧金属電極２との間をレー
ザ光と放電方向に直交し、電極面に平行な方向に
高速度で流れている。
接地金属電極１と高電圧金属電極２との間をレー
ザ光と放電方向に直交し、電極面に平行な方向に
高速度で流れている。
前述したように無声放電は、誘電体３を介して
生じる交流放電であり、電源電圧の上昇に従つて
放電空間４の電圧が上昇し、放電空間の電位差が
放電開始電圧に達すると、パルス的放電が生じ
る。放電が起ると、誘電体３の表面に放電電流に
よる電荷が蓄積され、その結果放電空間４の電圧
が低下してパルス放電が消滅する。この後電源電
圧の上昇により再び放電空間４の電圧が放電開始
電圧に達すると、再び放電が起る。このような放
電が交流電源の半サイクル中に数回〜数10回繰り
返されることになる。また、次の半サイクルでは
逆極性の放電が同様に繰り返される。
生じる交流放電であり、電源電圧の上昇に従つて
放電空間４の電圧が上昇し、放電空間の電位差が
放電開始電圧に達すると、パルス的放電が生じ
る。放電が起ると、誘電体３の表面に放電電流に
よる電荷が蓄積され、その結果放電空間４の電圧
が低下してパルス放電が消滅する。この後電源電
圧の上昇により再び放電空間４の電圧が放電開始
電圧に達すると、再び放電が起る。このような放
電が交流電源の半サイクル中に数回〜数10回繰り
返されることになる。また、次の半サイクルでは
逆極性の放電が同様に繰り返される。
上述のような無声放電の電圧、電力とレーザ出
力の時間変化の例を、5KHzで作動する無声放電
式ガスレーザについて示すと第２図ａ，ｂ，ｃの
ようになる。
力の時間変化の例を、5KHzで作動する無声放電
式ガスレーザについて示すと第２図ａ，ｂ，ｃの
ようになる。
第２図ａは印加電圧波形（波高値10KV）、第
２図ｂは投入電力波形、第２図ｃはレーザ出力波
形である。放電電力は第２図ｂに示すように間欠
的に投入されるが、レーザ出力は第２図ｃに示す
ように時間的に略一様である。
２図ｂは投入電力波形、第２図ｃはレーザ出力波
形である。放電電力は第２図ｂに示すように間欠
的に投入されるが、レーザ出力は第２図ｃに示す
ように時間的に略一様である。
ところで、レーザ出力で熱伝導率の大きな材料
の加工（金属加工など）を行う場合は、熱エネル
ギーが材料を伝つて外部に逃げるので、平均出力
が等しければ、第２図ｃに示すように時間的に略
一様なレーザ出力であるよりピーク値の大きなレ
ーザ出力の方が有利である。
の加工（金属加工など）を行う場合は、熱エネル
ギーが材料を伝つて外部に逃げるので、平均出力
が等しければ、第２図ｃに示すように時間的に略
一様なレーザ出力であるよりピーク値の大きなレ
ーザ出力の方が有利である。
この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
無声放電式ガスレーザの印加電圧である高周波電
圧の１周期の数倍〜数10倍の周期で電極への印加
電圧波高値を制御することにより、金属加工など
の加工用熱源として有用なガスレーザ装置を提供
することを目的としている。
無声放電式ガスレーザの印加電圧である高周波電
圧の１周期の数倍〜数10倍の周期で電極への印加
電圧波高値を制御することにより、金属加工など
の加工用熱源として有用なガスレーザ装置を提供
することを目的としている。
以下この発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。
る。
第３図はこの発明の一実施例を示すもので、高
電圧金属電極２に変圧器５を介して高周波高電圧
を印加し、また高電圧金属電極２を冷却水循環ポ
ンプ９などにより冷却することは従来と同様であ
るが、高周波電圧の印加を時間的にオン，オフす
ることのできる電源（断続化高周波電源と称す
る）６Ａで行つている点が異なる。この断続化高
周波電源６Ａの出力電圧の波形は第４図ａに示す
電圧波形（変圧器５を介して電極に印加された波
形）と相似で、デユーテイ（duty）1/2（電圧印
加期間各0.4msec.）となつており、高周波電圧
（10KHz）の１周期の８倍の周期でオン，オフし
ている。
電圧金属電極２に変圧器５を介して高周波高電圧
を印加し、また高電圧金属電極２を冷却水循環ポ
ンプ９などにより冷却することは従来と同様であ
るが、高周波電圧の印加を時間的にオン，オフす
ることのできる電源（断続化高周波電源と称す
る）６Ａで行つている点が異なる。この断続化高
周波電源６Ａの出力電圧の波形は第４図ａに示す
電圧波形（変圧器５を介して電極に印加された波
形）と相似で、デユーテイ（duty）1/2（電圧印
加期間各0.4msec.）となつており、高周波電圧
（10KHz）の１周期の８倍の周期でオン，オフし
ている。
次に動作について説明する。高電圧金属電極２
に第４図ａのような電圧波高値10KV、基本周波
数（高周波電圧の周波数）10KHz、duty1/2（電
圧印加期間各0.4msec.）の電圧が印加されると、
放電空間４内で無声放電が起り、共振器の作用で
レーザ発振が生じて出力側の反射鏡８よりレーザ
光ｌが出る。
に第４図ａのような電圧波高値10KV、基本周波
数（高周波電圧の周波数）10KHz、duty1/2（電
圧印加期間各0.4msec.）の電圧が印加されると、
放電空間４内で無声放電が起り、共振器の作用で
レーザ発振が生じて出力側の反射鏡８よりレーザ
光ｌが出る。
この場合、無声放電の放電電力Ｗ（波形は第４
図ｂに示すようになる）は周波数に比例し、レー
ザ出力Ｐは放電電力Ｗに大体比例するため、第４
図ｃに示すような波形で、平均出力100（Ｗ）、ピ
ーク値200（Ｗ）、duty1/2のレーザ出力が得られ
る。即ち、平均放電電力、平均レーザ出力は従来
（第１図）と等しいが、レーザ出力のピーク値は
２倍となつたレーザ出力が得られる。
図ｂに示すようになる）は周波数に比例し、レー
ザ出力Ｐは放電電力Ｗに大体比例するため、第４
図ｃに示すような波形で、平均出力100（Ｗ）、ピ
ーク値200（Ｗ）、duty1/2のレーザ出力が得られ
る。即ち、平均放電電力、平均レーザ出力は従来
（第１図）と等しいが、レーザ出力のピーク値は
２倍となつたレーザ出力が得られる。
なお、投入放電電力のオン，オフによりピーク
値の高いレーザ出力を得る試みは、DCグロー放
電励起式レーザにおいてもなされているが、この
発明とは全く異なる事情の下になされている。即
ち、DCグロー放電は放電空間に定常的に形成さ
れた空間電荷の作用と、外部の安定化抵抗による
放電安定化の作用を利用して放電安定性を確保す
る必要があり、放電電力の時間的変動などは放電
を不安定にする。従つて、“断続する”レーザ出
力を得ることは一般に非常に困難である。
値の高いレーザ出力を得る試みは、DCグロー放
電励起式レーザにおいてもなされているが、この
発明とは全く異なる事情の下になされている。即
ち、DCグロー放電は放電空間に定常的に形成さ
れた空間電荷の作用と、外部の安定化抵抗による
放電安定化の作用を利用して放電安定性を確保す
る必要があり、放電電力の時間的変動などは放電
を不安定にする。従つて、“断続する”レーザ出
力を得ることは一般に非常に困難である。
ところが、無声放電式レーザにおける放電は、
前述の如く電源電圧の半サイクル中にもパルス放
電が多数回生成消滅を繰返す断続的な放電が安定
に生じるものである。従つて、従来に比し印加電
源基本周波数を２倍にし、電圧の印加を0.4msec.
ごとにオン，オフ（断続化）しても、そのことに
よつて放電が不安定になることはない。
前述の如く電源電圧の半サイクル中にもパルス放
電が多数回生成消滅を繰返す断続的な放電が安定
に生じるものである。従つて、従来に比し印加電
源基本周波数を２倍にし、電圧の印加を0.4msec.
ごとにオン，オフ（断続化）しても、そのことに
よつて放電が不安定になることはない。
以上のようにこの発明によれば、従来の連続発
振形無声放電式ガスレーザ装置における高周波電
源を断続化高周波電源に置換したので、投入電力
の平均値を変えずにピーク値の高いレーザ出力を
発生することができ、金属加工などに有益であ
る。特に、高周波電圧を5KHz以上としたことに
より、リツプルが数％以下になり、セラミクスク
ライビングおよび紙のミシン目穴加工などに有利
となる。
振形無声放電式ガスレーザ装置における高周波電
源を断続化高周波電源に置換したので、投入電力
の平均値を変えずにピーク値の高いレーザ出力を
発生することができ、金属加工などに有益であ
る。特に、高周波電圧を5KHz以上としたことに
より、リツプルが数％以下になり、セラミクスク
ライビングおよび紙のミシン目穴加工などに有利
となる。
なお、上記実施例では電極への電圧印加を時間
的に完全にオン，オフさせたが、オフ期間にも電
極へかかる電圧が完全に零ではなく、若干の電力
消費あるいはレーザ出力がある場合も実質的に放
電の有無期間が存在する意味において同様の効果
を奏する。また、オン，オフ期間の比が１：１で
ない場合、あるいは基本周波数の１周期とオン，
オフ期間の比が数倍〜数10倍の範囲である場合も
同様の効果が期待できる。更にCO2ガスレーザに
限らず、Ar，N2，He―Neなど種々のガスレー
ザに適用可能である。
的に完全にオン，オフさせたが、オフ期間にも電
極へかかる電圧が完全に零ではなく、若干の電力
消費あるいはレーザ出力がある場合も実質的に放
電の有無期間が存在する意味において同様の効果
を奏する。また、オン，オフ期間の比が１：１で
ない場合、あるいは基本周波数の１周期とオン，
オフ期間の比が数倍〜数10倍の範囲である場合も
同様の効果が期待できる。更にCO2ガスレーザに
限らず、Ar，N2，He―Neなど種々のガスレー
ザに適用可能である。
第１図は従来の無声放電式ガスレーザ装置の一
例を示す構成略図、第２図ａ，ｂ，ｃは動作説明
のための波形図、第３図はこの発明に係る無声放
電式ガスレーザ装置の一実施例を示す構成略図、
第４図ａ，ｂ，ｃは動作説明のための波形図であ
る。 １……接地金属電極、２……高電圧金属電極、
３……誘電体、４……放電空間、５……変圧器、
６Ａ……断続化高周波電源、７……全反射鏡、８
……部分反射鏡、９……冷却水循環ポンプ、１０
……冷却器、１１……イオン交換式純水器。な
お、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
例を示す構成略図、第２図ａ，ｂ，ｃは動作説明
のための波形図、第３図はこの発明に係る無声放
電式ガスレーザ装置の一実施例を示す構成略図、
第４図ａ，ｂ，ｃは動作説明のための波形図であ
る。 １……接地金属電極、２……高電圧金属電極、
３……誘電体、４……放電空間、５……変圧器、
６Ａ……断続化高周波電源、７……全反射鏡、８
……部分反射鏡、９……冷却水循環ポンプ、１０
……冷却器、１１……イオン交換式純水器。な
お、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- １ 高電圧側及び低電圧側、またはそのいずれか
一方の放電面が誘電体３で覆われた電極１，２を
有し、両電極１，２間に5KHz以上の交流高周波
高電圧を印加してレーザガスを放電励起する無声
放電式ガスレーザにおいて、印加する高周波電圧
の波高値を、その周期Ｔの数倍〜数10倍の期間ゼ
ロもしくは放電開始に致らない小さな値とし、か
つ周期Ｔの数倍〜数10倍の期間放電可能な電圧波
高値として周期的に変化させることを特徴とする
無声放電式ガスレーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256879A JPS55124290A (en) | 1979-03-20 | 1979-03-20 | Voiceless discharge type gas laser device |
| US06/132,157 US4329662A (en) | 1979-03-20 | 1980-03-20 | Silent discharge gas laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3256879A JPS55124290A (en) | 1979-03-20 | 1979-03-20 | Voiceless discharge type gas laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55124290A JPS55124290A (en) | 1980-09-25 |
| JPS639393B2 true JPS639393B2 (ja) | 1988-02-29 |
Family
ID=12362507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3256879A Granted JPS55124290A (en) | 1979-03-20 | 1979-03-20 | Voiceless discharge type gas laser device |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4329662A (ja) |
| JP (1) | JPS55124290A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57186381A (en) * | 1981-05-11 | 1982-11-16 | Mitsubishi Electric Corp | Silent discharge type laser |
| JPS57208189A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-21 | Mitsubishi Electric Corp | Voiceless discharge type pulse laser |
| DE3225328A1 (de) * | 1982-07-07 | 1984-01-12 | Institut optiki atmosfery Sibirskogo otdelenija Akademii Nauk SSSR, Tomsk | Gasentladungsroehre fuer einen gasimpulslaser |
| US4785458A (en) * | 1984-02-13 | 1988-11-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Gas laser device |
| DE3536693A1 (de) * | 1985-03-20 | 1986-09-25 | Lasertechnik GmbH, 6050 Heusenstamm | Vorrichtung zur anregung einer entladung in einem lasergas |
| GB2187881A (en) * | 1986-03-11 | 1987-09-16 | Komatsu Mfg Co Ltd | Silent discharge laser |
| US4785456A (en) * | 1986-04-14 | 1988-11-15 | Lasers For Medicine Inc. | Self-contained laser system |
| EP0261663B1 (en) * | 1986-09-26 | 1992-06-17 | Hitachi, Ltd. | Laser device with high-voltage pulse generator, high-voltage pulse generator and pulse generating method |
| JPS6398175A (ja) * | 1986-10-14 | 1988-04-28 | Fanuc Ltd | レ−ザ装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3745481A (en) * | 1972-06-13 | 1973-07-10 | Atomic Energy Commission | Electrodes for obtaining uniform discharges in electrically pumped gas lasers |
-
1979
- 1979-03-20 JP JP3256879A patent/JPS55124290A/ja active Granted
-
1980
- 1980-03-20 US US06/132,157 patent/US4329662A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4329662A (en) | 1982-05-11 |
| JPS55124290A (en) | 1980-09-25 |
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