ガスレーザ発振器
【解決手段】 ガスレーザ発振器１は、レーザガスが封入されたハウジング２と、ハウジング２内部に設けた筒状の外側電極４と、該外側電極４の内側に設けられて上記外側電極４との間に筒状の放電空間を形成する内側電極５と、上記外側電極４および内側電極５を冷却する冷却手段７と、上記放電空間の軸方向に離隔するとともに異なる磁極が相互に向き合うように配置された永久磁石６ａ、６ｂからなる磁界発生手段６とを備えている。
上記外側電極４と内側電極５との間で放電するとともに、上記磁界発生手段６が磁界を発生させることで、ローレンツ力により上記放電空間のレーザガスを周回させ、さらに上記永久磁石を外側電極４または内側電極５に隣接した位置に設けて、上記電極とともに上記冷却手段７によって冷却する。
【効果】 放電空間内のレーザガスを高速に周回させて効率的にレーザ光Ｌを発振することができる。
上記外側電極４と内側電極５との間で放電するとともに、上記磁界発生手段６が磁界を発生させることで、ローレンツ力により上記放電空間のレーザガスを周回させ、さらに上記永久磁石を外側電極４または内側電極５に隣接した位置に設けて、上記電極とともに上記冷却手段７によって冷却する。
【効果】 放電空間内のレーザガスを高速に周回させて効率的にレーザ光Ｌを発振することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスレーザ発振器に関し、詳しくは外側電極および内側電極の間に形成した筒状の放電空間内に磁界を印加することで、ローレンツ力によりレーザガスを周回させるガスレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザガスを励起することでレーザ光を発振するガスレーザ発振器が知られ、このようなガスレーザ発振器として、２つの電極間に形成した放電空間内に磁界を印加することで、ローレンツ力により放電空間内のレーザガスに回転流を与えるようにしたものが知られている（特許文献１〜３）。
このようにレーザガスに回転流を与えることで、レーザ光の光路上に位置するレーザガスを入れ替えることができ、レーザガスが高温になって出力効率が低下してしまうのを防止するようになっている。
このうち特に特許文献３のガスレーザ発振器は、レーザガスが充満した筒状の放電空間と、該放電空間の外周に設けられる外側電極と、上記放電空間の内周に設けられる内側電極とを備え、さらに上記放電空間に磁界を印加するため、上記外側電極のさらに外周側にコイルを設けた構成を有している。
そして上記外側電極と内側電極との間で放電して半径方向の放電電流を発生させるとともに上記コイルに直流電圧を印加して軸方向の磁界を発生させることで、放電空間内のレーザガスに円周方向のローレンツ力を作用させて、レーザガスを周回させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−６９０８５号公報
【特許文献２】特許第３８２６２２８号公報
【特許文献３】特公昭５７−１３１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献３のガスレーザ発振器の場合、磁界印加手段としてのコイルは外側電極のさらに外周側に設けられているため、コイルによって上記放電空間に印加される磁界は弱いものとなっていた。
そのため、上記放電空間内を周回するレーザガスの周回速度は遅く、レーザ光路上に位置するレーザガスを速やかに入れ替えることができないため、レーザ光の発振効率が低いという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は放電空間内のレーザガスを高速に周回させて効率的にレーザ光を発振することが可能なガスレーザ発振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明にかかるガスレーザ発振器は、レーザガスが充満した筒状の放電空間と、該放電空間の外周に設けられる外側電極と、上記放電空間の内周に設けられる内側電極と、上記放電空間の内部に軸方向の磁界を印加する磁界印加手段と、上記外側電極および内側電極を冷却する冷却手段とを備え、
上記外側電極と内側電極との間で放電することで、ローレンツ力により上記放電空間のレーザガスを周回させるガスレーザ発振器において、
上記磁界印加手段は、上記放電空間の軸方向に離隔するとともに、異なる磁極が相互に向き合うように配置された少なくとも２つの永久磁石であって、
該永久磁石を外側電極または内側電極の少なくともいずれか一方に隣接した位置に設けるとともに、上記電極とともに上記冷却手段によって冷却することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、磁界印加手段を放電空間の軸方向に離隔した少なくとも２つの永久磁石とすることで、上記放電空間の内部に直接強力な磁界を印加できるため、レーザガスを高速に周回させて高効率にレーザ光を発振することができる。
さらに、上記永久磁石を上記電極とともに冷却手段によって冷却することから、高温による永久磁石の磁力低下を防止して安定した磁界を印加することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施例にかかるガスレーザ発振器の断面図。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ部の断面図。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ部の断面図。
【図４】図１におけるＩＶ−ＩＶ部の断面図。
【図５】ガスレーザ発振器内で形成されるレーザ光の光路を説明する図。
【図６】第２実施例にかかるガスレーザ発振器の断面図。
【図７】第３実施例にかかるガスレーザ発振器でのレーザ光の光路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１は第１実施例にかかるガスレーザ発振器１の断面図を示し、図２は図１のＩＩ―ＩＩ部の断面図を、図３は図１のＩＩＩ―ＩＩＩ部の断面図を、図４は図１のＩＶ―ＩＶ部の断面図をそれぞれ示している。
上記ガスレーザ発振器１は、所定のレーザガスを封入したハウジング２と、ハウジング２の側壁部に設けられてレーザ光Ｌを共振させる共振器３と、ハウジング２内部に設けた外側電極４と、上記外側電極４との間に筒状の放電空間を形成する内側電極５と、上記外側電極４と内側電極５との間に形成される放電空間に磁界Ｂを印加する磁界印加手段６と、上記外側電極４および内側電極５を冷却する冷却手段７とを備えている。
上記共振器３はハウジング２の一側に設けられたフロントミラー３ａおよびリアミラー３ｂと、これらフロントミラー３ａおよびリアミラー３ｂの間で形成されるレーザ光Ｌの光路上に設けた６つの反射ミラー３ｃとから構成されている。
図５はこれらフロントミラー３ａ、リアミラー３ｂ、反射ミラー３ｃの配置図を示したものであり、共振器３によって形成されるレーザ光Ｌの光路は、６つの反射ミラー３ｃによって筒状の放電空間を複数回通過するようにマルチパスを形成し、レーザ光Ｌをフロントミラー３ａから発振するようになっている。
なお、図２〜図４において、上記レーザ光Ｌが通過する部分を円形の領域にて示している。
【０００９】
上記外側電極４は外周が断面４角形を有するとともに中心部に断面円形の円柱状の中空部が形成された銅製の部材であり、上記内側電極５は全長が上記外側電極４と同じ長さに製造された銅製の部材であって、上記外側電極４の中空部と同軸上に設けられた円筒形をしている。
これら外側電極４および内側電極５の素材としては、上記銅の他、導電体かつ非磁性体であればその他の素材を使用することも可能である。また熱伝導度が高い素材を使用することが望ましい。
また、上記外側電極４および内側電極５の軸方向の両端部には、それぞれ図４に示すようにレーザ光Ｌの光路を避けるような位置に絶縁性の連結部材８が設けられており、該連結部材８によって外側電極４と内側電極５とを連結固定している。
このような構成とすることで、上記外側電極４と内側電極５との間には円筒状の放電空間が形成されることとなり、この放電空間内を軸方向に貫通するように上記共振器光路が形成されている。
【００１０】
上記外側電極４および内側電極５は図示しない電源に接続されており、本実施例では上記外側電極４をアノード電極として使用し、上記内側電極５をカソード電極として使用するようになっている。
上記外側電極４は上記冷却手段７を構成する導電性の２つの冷却プレート１１に保持された状態で上記ハウジング２に固定され、該上記冷却プレート１１に接続した導電性の供給パイプ１１ａまたは排出パイプ１１ｂを介してハウジング２に接地されている。
上記内側電極５の内部には冷却手段７を構成する導電性の冷却パイプ１２が挿入され、該冷却パイプ１２および該冷却パイプ１２に接続した導電性の供給パイプ１２ａまたは排出パイプ１２ｂを介して上記電源に接続されている。
本実施例における電源は直流電源となっており、該直流電源は交流電源に較べて安価であるものの、直流電流によるＤＣ放電の場合は放電集中が起こりやすくアーク放電に移行しやすいことから、均一な放電を長く維持できないという問題がある。
そこで、内側電極５の外周面に直径数１００〜５００μｍ、深さ５００〜１０００μｍのディンプル５ａを数ｍｍピッチで形成し、内側電極５をいわゆるマイクロホローカソード電極としている。
内側電極５をマイクロホローカソード電極とすることで、ＤＣ放電でありながらハウジング２内のレーザガスが高圧（数百Ｔｏｒｒ）となっている状態においても、放電集中の無い均一な放電を維持することが可能となっている。
【００１１】
上記磁界印加手段６は、上記外側電極４および内側電極５の軸方向両端部にそれぞれ設けられた、２つ１組の外側永久磁石６ａおよび２つ１組の内側永久磁石６ｂによって構成されている。
上記外側永久磁石６ａは外側電極４の両端部内周面に形成された段差部に嵌合し、外側電極４と外側永久磁石６ａとが相互に密着して設けられており、また上記外側永久磁石６ａの内周面の径は上記外側電極４の内周面の径よりも若干大径となっている。
これと同様、上記内側永久磁石６ｂは内側電極５の両端部外周面に形成された段差部に嵌合し、内側電極５と内側永久磁石６ｂとが相互に密着して設けられており、また上記内側永久磁石６ｂの外周面の径は上記内側電極５の外周面の径よりも若干小径となっている。
このような構成により、外側電極４における外側永久磁石６ａより内周側に突出した部分と、内側電極５における内側永久磁石６ｂより外周側に突出した部分とが、各電極において実質的に放電の行われる放電部となり、この間の空間が上記放電空間となる。
また、上記外側電極４および内側電極５の各放電部の軸方向両端部はアールに形成されることにより、放電した際にコーナー部に放電が集中してしまうのを防止するようになっている。
そして、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂはそれぞれリング状をしたサマリウムコバルト磁石であって、それぞれ図１における図示左方にＮ極が位置し、右方にＳ極が位置するように配置されている。
換言すると、１組の外側永久磁石６ａおよび１組の内側永久磁石６ｂはそれぞれ異なる磁極が相互に向き合うように配置されており、これにより１組の外側永久磁石６ａの間および１組の内側永久磁石６ｂの間の放電空間には、それぞれＮ極からＳ極に向かう磁界Ｂが形成されるようになっている。
【００１２】
上記冷却手段７は、上記外側電極４を冷却する２つの冷却プレート１１と、上記内側電極５を冷却する冷却パイプ１２と、これら冷却プレート１１および冷却パイプ１２に冷却液として電気的に絶縁体である純水を循環させる図示しない送液ポンプと、冷却液を冷却する図示しない冷却器とを備えている。
上記冷却プレート１１は上記外側電極４とハウジング２との間に設けられ、またハウジング２と冷却プレート１１との間にスプリングピン１３を介在することで、冷却プレート１１を外側電極４に強固に密着させるとともにハウジング２の内部に位置決めされるようになっている。
また冷却プレート１１の内部には上記冷却液を流通させる液体通路が形成され、図２に示すように該液体通路には冷却液を供給する供給パイプ１１ａと、冷却液を排出する排出パイプ１１ｂとが接続されている。
上記冷却パイプ１２は上記内側電極５を軸方向に貫通するとともに両端部が外部に突出しており、該冷却パイプ１２の両端にはそれぞれホルダ１４を介して冷却液を供給する供給パイプ１２ａと、冷却液を排出する排出パイプ１２ｂとが接続されている。
上記供給パイプ１２ａおよび排出パイプ１２ｂはそれぞれ冷却パイプ１２に対して直交する方向に向けて設けられ、かつ上記レーザ光Ｌの光路を避けるような位置に設けられている。そしてこれら供給パイプ１２ａおよび排出パイプ１２ｂは絶縁性のブッシュによってハウジング２に固定されている。
このように、外側電極４および内側電極５を冷却手段７により冷却することで、放電空間に位置するレーザガスをこれら外側電極４および内側電極５の表面において拡散冷却するようになっている。
【００１３】
以下、上記構成を有するガスレーザ発振器１の動作について説明する。
上記ハウジング２内にレーザガスを封入した状態で、上記電源によりアノード電極である外側電極とカソード電極である内側電極５の間に直流電圧を印加すると、外側電極４の内周面と内側電極５の外周面との間の放電空間でＤＣ放電が行われ、放電空間内のレーザガスが励起される。
具体的には、外側電極４における２つの外側永久磁石６ａの間に形成された放電部から、上記内側電極５における２つの内側永久磁石６ｂの間に形成された放電部に向かう電流Ｉが形成される。
そして、上記内側電極５は放電部に複数のディンプル５ａを形成したマイクロホローカソード電極となっていることから、放電空間内ではＤＣ放電でありながら放電集中の無い均一な放電を維持することが可能となっている。
【００１４】
一方、上記磁界印加手段６としての２つの外側永久磁石６ａの間と、２つの内側永久磁石６ｂとの間には、それぞれＮ極からＳ極に向けて磁界Ｂが印加されている。
つまり、上記放電によって形成された放電空間における外側電極４から内側電極５へと向かう電流Ｉに対して、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂによって形成された軸方向の磁界Ｂが印加されるようになっている。
その結果、放電空間の内部には上記電流Ｉと磁界Ｂとによってローレンツ力Ｆが発生し、図２に示すように放電空間内のレーザガスが図示時計方向に周回することになる。
このようにして放電空間で放電が行われると、上記放電空間内のレーザガスが励起されるとともに周回するようになり、レーザ光Ｌが上記フロントミラー３ａとリアミラー３ｂとの間で反射ミラー３ｃを反射しながら共振され、一部のレーザ光Ｌがフロントミラー３ａを透過して発振されるようになっている。
そして、本実施例における磁界印加手段６は放電空間の軸方向に隣接してリング状の永久磁石を設けたことから、上記放電空間内に強い磁界Ｂを直接印加することができる。
つまり、上記ローレンツ力によるレーザガスの周回速度を高速とすることが可能となるため、レーザ光の光路上に位置するレーザガスを高速で入れ替えることができ、その結果、レーザガスの温度上昇を抑制できる。
これに対し、上記特許文献２、３のように磁界印加手段６をコイルとすると、該コイルを構成するエナメル線や被覆絶縁性樹脂を高温となるレーザガス環境内に設置することができないことから、放電空間内に強力な磁界Ｂを発生させることができず、レーザガスを高速に周回させることができなかった。
【００１５】
さらに、上記冷却手段７は上記冷却プレート１１内に冷却液を循環させることで上記外側電極４を冷却しており、また上記冷却パイプ１２内に冷却液を循環させることで上記内側電極５を冷却するようになっている。
これら外側電極４および内側電極５を冷却することで、外側電極４の放電部および内側電極５の放電部に接触するレーザガスを拡散冷却している。本実施例ではレーザガスの周回速度を高速とすることができることから、電極表面での拡散冷却の効果が高いものとなっている。このためハウジング２にレーザガスを冷却するための冷却器を別途設ける必要が無い。
このように、本実施例のガスレーザ発振器１によれば、放電空間内のレーザガスを効率よく冷却することができるため、レーザ光Ｌを効率よく発振することができるようになっている。
そして、冷却手段７は上記外側電極４および内側電極５を介して、これらに密着するように設けられた上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを冷却するようになっている。
従って、これら外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂが高温となって磁力が低下してしまうのを防止し、強力な磁界Ｂを維持してレーザガスの周回速度を高速に維持するようになっている。
【００１６】
次に図６は第２実施例にかかるガスレーザ発振器１を示しており、上記第１実施例におけるガスレーザ発振器１に対し、複数の外側電極４および内側電極５を設けるとともに各外側電極４および内側電極５ごとにそれぞれリング状の永久磁石を設けた構成となっている。なお、第１実施例と共通する部分については説明を省略する。
具体的には、上記外側電極４および内側電極５をそれぞれ軸方向に３つずつ整列させ、このうち図示右端に位置している外側電極４および内側電極５の両端に段差部を形成して、それぞれ外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを嵌合させ、その他の２つの外側電極４および内側電極５には、それぞれ図示左端に段差部を形成して、外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを嵌合させたものとなっている。
そして、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂはいずれもＮ極が図示左方に位置し、Ｓ極が右方に位置するように配置されており、隣接する外側永久磁石６ａはそれぞれ異なる磁極が相互に向き合い、隣接する内側永久磁石６ｂもそれぞれ異なる磁極が相互に向き合うようになっている。
【００１７】
このような構成とすることで、本実施例のガスレーザ発振器１では、外側電極４と内側電極５との間には軸方向に３つの円筒状をした放電空間が形成されるようになっている。
そして、各放電空間を挟むようにそれぞれ４つの外側永久磁石６ａおよび４つの内側永久磁石６ｂを設けることで、各放電空間に対応して磁界Ｂを発生させるようになっている。
その結果、各放電空間内においてそれぞれローレンツ力を発生させてレーザガスを高速に周回させて冷却することができるため、第１実施例と同様にレーザ光Ｌを効率的に発振することが可能となっている。
また、上記第１実施例に比べ、放電空間を通過する共振器光路の距離を長くすることができることから、より高出力なレーザ光Ｌを発振することが可能となっている。
なお、本実施例では３つの放電空間を形成するようになっているが、例えば２つの放電空間を形成したり、４つ以上の放電空間を形成するような構成であってもよい。
【００１８】
また、上記実施例において、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂについては、リング状に限らず、半円状の永久磁石を組み合わせた構成や、ブロック状の永久磁石を外側電極４の内周面や内側電極５の外周面に沿って整列させた構成としてもよい。
また、上記実施例では外側電極４および内側電極５に段差部を形成して、これら段差部に外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを嵌合させているが、これを外側永久磁石６ａの外周面を直接上記冷却プレート１１に密着させたり、内側永久磁石６ｂの内周面を上記冷却パイプ１２に密着させて、上記冷却手段７により直接冷却するようにしてもよい。
さらに、上記実施例では外側電極４の内周面が放電部を構成しているが、該内周面に放電空間に向けて棒状電極を複数立設した構成としてもよい。これと同様、内側電極５の外周面にディンプルを設ける代わりに、放電空間に向けて複数の棒状電極を立設した構成であってもよい。
そして、上記第１、第２実施例では、共振器３として図５に示すような反射ミラー３ｃを複数設けて、マルチパス光路を形成しているが、図７に示すように、図示右方側に位置する反射ミラーをパラボリックミラー３ｄとしてもよい。
このパラボリックミラー３ｄとすることで、レーザ光Ｌの横モードを円形にすることができ、ガスレーザ発振器１から発振されたレーザ光Ｌのモードを光学素子によって変換する必要がない。
【符号の説明】
【００１９】
１ ガスレーザ発振器 ４ 外側電極
５ 内側電極 ６ 磁界印加手段
６ａ 外側永久磁石 ６ｂ 内側永久磁石
７ 冷却手段
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスレーザ発振器に関し、詳しくは外側電極および内側電極の間に形成した筒状の放電空間内に磁界を印加することで、ローレンツ力によりレーザガスを周回させるガスレーザ発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザガスを励起することでレーザ光を発振するガスレーザ発振器が知られ、このようなガスレーザ発振器として、２つの電極間に形成した放電空間内に磁界を印加することで、ローレンツ力により放電空間内のレーザガスに回転流を与えるようにしたものが知られている（特許文献１〜３）。
このようにレーザガスに回転流を与えることで、レーザ光の光路上に位置するレーザガスを入れ替えることができ、レーザガスが高温になって出力効率が低下してしまうのを防止するようになっている。
このうち特に特許文献３のガスレーザ発振器は、レーザガスが充満した筒状の放電空間と、該放電空間の外周に設けられる外側電極と、上記放電空間の内周に設けられる内側電極とを備え、さらに上記放電空間に磁界を印加するため、上記外側電極のさらに外周側にコイルを設けた構成を有している。
そして上記外側電極と内側電極との間で放電して半径方向の放電電流を発生させるとともに上記コイルに直流電圧を印加して軸方向の磁界を発生させることで、放電空間内のレーザガスに円周方向のローレンツ力を作用させて、レーザガスを周回させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−６９０８５号公報
【特許文献２】特許第３８２６２２８号公報
【特許文献３】特公昭５７−１３１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献３のガスレーザ発振器の場合、磁界印加手段としてのコイルは外側電極のさらに外周側に設けられているため、コイルによって上記放電空間に印加される磁界は弱いものとなっていた。
そのため、上記放電空間内を周回するレーザガスの周回速度は遅く、レーザ光路上に位置するレーザガスを速やかに入れ替えることができないため、レーザ光の発振効率が低いという問題があった。
このような問題に鑑み、本発明は放電空間内のレーザガスを高速に周回させて効率的にレーザ光を発振することが可能なガスレーザ発振器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明にかかるガスレーザ発振器は、レーザガスが充満した筒状の放電空間と、該放電空間の外周に設けられる外側電極と、上記放電空間の内周に設けられる内側電極と、上記放電空間の内部に軸方向の磁界を印加する磁界印加手段と、上記外側電極および内側電極を冷却する冷却手段とを備え、
上記外側電極と内側電極との間で放電することで、ローレンツ力により上記放電空間のレーザガスを周回させるガスレーザ発振器において、
上記磁界印加手段は、上記放電空間の軸方向に離隔するとともに、異なる磁極が相互に向き合うように配置された少なくとも２つの永久磁石であって、
該永久磁石を外側電極または内側電極の少なくともいずれか一方に隣接した位置に設けるとともに、上記電極とともに上記冷却手段によって冷却することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、磁界印加手段を放電空間の軸方向に離隔した少なくとも２つの永久磁石とすることで、上記放電空間の内部に直接強力な磁界を印加できるため、レーザガスを高速に周回させて高効率にレーザ光を発振することができる。
さらに、上記永久磁石を上記電極とともに冷却手段によって冷却することから、高温による永久磁石の磁力低下を防止して安定した磁界を印加することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施例にかかるガスレーザ発振器の断面図。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ部の断面図。
【図３】図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ部の断面図。
【図４】図１におけるＩＶ−ＩＶ部の断面図。
【図５】ガスレーザ発振器内で形成されるレーザ光の光路を説明する図。
【図６】第２実施例にかかるガスレーザ発振器の断面図。
【図７】第３実施例にかかるガスレーザ発振器でのレーザ光の光路を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１は第１実施例にかかるガスレーザ発振器１の断面図を示し、図２は図１のＩＩ―ＩＩ部の断面図を、図３は図１のＩＩＩ―ＩＩＩ部の断面図を、図４は図１のＩＶ―ＩＶ部の断面図をそれぞれ示している。
上記ガスレーザ発振器１は、所定のレーザガスを封入したハウジング２と、ハウジング２の側壁部に設けられてレーザ光Ｌを共振させる共振器３と、ハウジング２内部に設けた外側電極４と、上記外側電極４との間に筒状の放電空間を形成する内側電極５と、上記外側電極４と内側電極５との間に形成される放電空間に磁界Ｂを印加する磁界印加手段６と、上記外側電極４および内側電極５を冷却する冷却手段７とを備えている。
上記共振器３はハウジング２の一側に設けられたフロントミラー３ａおよびリアミラー３ｂと、これらフロントミラー３ａおよびリアミラー３ｂの間で形成されるレーザ光Ｌの光路上に設けた６つの反射ミラー３ｃとから構成されている。
図５はこれらフロントミラー３ａ、リアミラー３ｂ、反射ミラー３ｃの配置図を示したものであり、共振器３によって形成されるレーザ光Ｌの光路は、６つの反射ミラー３ｃによって筒状の放電空間を複数回通過するようにマルチパスを形成し、レーザ光Ｌをフロントミラー３ａから発振するようになっている。
なお、図２〜図４において、上記レーザ光Ｌが通過する部分を円形の領域にて示している。
【０００９】
上記外側電極４は外周が断面４角形を有するとともに中心部に断面円形の円柱状の中空部が形成された銅製の部材であり、上記内側電極５は全長が上記外側電極４と同じ長さに製造された銅製の部材であって、上記外側電極４の中空部と同軸上に設けられた円筒形をしている。
これら外側電極４および内側電極５の素材としては、上記銅の他、導電体かつ非磁性体であればその他の素材を使用することも可能である。また熱伝導度が高い素材を使用することが望ましい。
また、上記外側電極４および内側電極５の軸方向の両端部には、それぞれ図４に示すようにレーザ光Ｌの光路を避けるような位置に絶縁性の連結部材８が設けられており、該連結部材８によって外側電極４と内側電極５とを連結固定している。
このような構成とすることで、上記外側電極４と内側電極５との間には円筒状の放電空間が形成されることとなり、この放電空間内を軸方向に貫通するように上記共振器光路が形成されている。
【００１０】
上記外側電極４および内側電極５は図示しない電源に接続されており、本実施例では上記外側電極４をアノード電極として使用し、上記内側電極５をカソード電極として使用するようになっている。
上記外側電極４は上記冷却手段７を構成する導電性の２つの冷却プレート１１に保持された状態で上記ハウジング２に固定され、該上記冷却プレート１１に接続した導電性の供給パイプ１１ａまたは排出パイプ１１ｂを介してハウジング２に接地されている。
上記内側電極５の内部には冷却手段７を構成する導電性の冷却パイプ１２が挿入され、該冷却パイプ１２および該冷却パイプ１２に接続した導電性の供給パイプ１２ａまたは排出パイプ１２ｂを介して上記電源に接続されている。
本実施例における電源は直流電源となっており、該直流電源は交流電源に較べて安価であるものの、直流電流によるＤＣ放電の場合は放電集中が起こりやすくアーク放電に移行しやすいことから、均一な放電を長く維持できないという問題がある。
そこで、内側電極５の外周面に直径数１００〜５００μｍ、深さ５００〜１０００μｍのディンプル５ａを数ｍｍピッチで形成し、内側電極５をいわゆるマイクロホローカソード電極としている。
内側電極５をマイクロホローカソード電極とすることで、ＤＣ放電でありながらハウジング２内のレーザガスが高圧（数百Ｔｏｒｒ）となっている状態においても、放電集中の無い均一な放電を維持することが可能となっている。
【００１１】
上記磁界印加手段６は、上記外側電極４および内側電極５の軸方向両端部にそれぞれ設けられた、２つ１組の外側永久磁石６ａおよび２つ１組の内側永久磁石６ｂによって構成されている。
上記外側永久磁石６ａは外側電極４の両端部内周面に形成された段差部に嵌合し、外側電極４と外側永久磁石６ａとが相互に密着して設けられており、また上記外側永久磁石６ａの内周面の径は上記外側電極４の内周面の径よりも若干大径となっている。
これと同様、上記内側永久磁石６ｂは内側電極５の両端部外周面に形成された段差部に嵌合し、内側電極５と内側永久磁石６ｂとが相互に密着して設けられており、また上記内側永久磁石６ｂの外周面の径は上記内側電極５の外周面の径よりも若干小径となっている。
このような構成により、外側電極４における外側永久磁石６ａより内周側に突出した部分と、内側電極５における内側永久磁石６ｂより外周側に突出した部分とが、各電極において実質的に放電の行われる放電部となり、この間の空間が上記放電空間となる。
また、上記外側電極４および内側電極５の各放電部の軸方向両端部はアールに形成されることにより、放電した際にコーナー部に放電が集中してしまうのを防止するようになっている。
そして、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂはそれぞれリング状をしたサマリウムコバルト磁石であって、それぞれ図１における図示左方にＮ極が位置し、右方にＳ極が位置するように配置されている。
換言すると、１組の外側永久磁石６ａおよび１組の内側永久磁石６ｂはそれぞれ異なる磁極が相互に向き合うように配置されており、これにより１組の外側永久磁石６ａの間および１組の内側永久磁石６ｂの間の放電空間には、それぞれＮ極からＳ極に向かう磁界Ｂが形成されるようになっている。
【００１２】
上記冷却手段７は、上記外側電極４を冷却する２つの冷却プレート１１と、上記内側電極５を冷却する冷却パイプ１２と、これら冷却プレート１１および冷却パイプ１２に冷却液として電気的に絶縁体である純水を循環させる図示しない送液ポンプと、冷却液を冷却する図示しない冷却器とを備えている。
上記冷却プレート１１は上記外側電極４とハウジング２との間に設けられ、またハウジング２と冷却プレート１１との間にスプリングピン１３を介在することで、冷却プレート１１を外側電極４に強固に密着させるとともにハウジング２の内部に位置決めされるようになっている。
また冷却プレート１１の内部には上記冷却液を流通させる液体通路が形成され、図２に示すように該液体通路には冷却液を供給する供給パイプ１１ａと、冷却液を排出する排出パイプ１１ｂとが接続されている。
上記冷却パイプ１２は上記内側電極５を軸方向に貫通するとともに両端部が外部に突出しており、該冷却パイプ１２の両端にはそれぞれホルダ１４を介して冷却液を供給する供給パイプ１２ａと、冷却液を排出する排出パイプ１２ｂとが接続されている。
上記供給パイプ１２ａおよび排出パイプ１２ｂはそれぞれ冷却パイプ１２に対して直交する方向に向けて設けられ、かつ上記レーザ光Ｌの光路を避けるような位置に設けられている。そしてこれら供給パイプ１２ａおよび排出パイプ１２ｂは絶縁性のブッシュによってハウジング２に固定されている。
このように、外側電極４および内側電極５を冷却手段７により冷却することで、放電空間に位置するレーザガスをこれら外側電極４および内側電極５の表面において拡散冷却するようになっている。
【００１３】
以下、上記構成を有するガスレーザ発振器１の動作について説明する。
上記ハウジング２内にレーザガスを封入した状態で、上記電源によりアノード電極である外側電極とカソード電極である内側電極５の間に直流電圧を印加すると、外側電極４の内周面と内側電極５の外周面との間の放電空間でＤＣ放電が行われ、放電空間内のレーザガスが励起される。
具体的には、外側電極４における２つの外側永久磁石６ａの間に形成された放電部から、上記内側電極５における２つの内側永久磁石６ｂの間に形成された放電部に向かう電流Ｉが形成される。
そして、上記内側電極５は放電部に複数のディンプル５ａを形成したマイクロホローカソード電極となっていることから、放電空間内ではＤＣ放電でありながら放電集中の無い均一な放電を維持することが可能となっている。
【００１４】
一方、上記磁界印加手段６としての２つの外側永久磁石６ａの間と、２つの内側永久磁石６ｂとの間には、それぞれＮ極からＳ極に向けて磁界Ｂが印加されている。
つまり、上記放電によって形成された放電空間における外側電極４から内側電極５へと向かう電流Ｉに対して、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂによって形成された軸方向の磁界Ｂが印加されるようになっている。
その結果、放電空間の内部には上記電流Ｉと磁界Ｂとによってローレンツ力Ｆが発生し、図２に示すように放電空間内のレーザガスが図示時計方向に周回することになる。
このようにして放電空間で放電が行われると、上記放電空間内のレーザガスが励起されるとともに周回するようになり、レーザ光Ｌが上記フロントミラー３ａとリアミラー３ｂとの間で反射ミラー３ｃを反射しながら共振され、一部のレーザ光Ｌがフロントミラー３ａを透過して発振されるようになっている。
そして、本実施例における磁界印加手段６は放電空間の軸方向に隣接してリング状の永久磁石を設けたことから、上記放電空間内に強い磁界Ｂを直接印加することができる。
つまり、上記ローレンツ力によるレーザガスの周回速度を高速とすることが可能となるため、レーザ光の光路上に位置するレーザガスを高速で入れ替えることができ、その結果、レーザガスの温度上昇を抑制できる。
これに対し、上記特許文献２、３のように磁界印加手段６をコイルとすると、該コイルを構成するエナメル線や被覆絶縁性樹脂を高温となるレーザガス環境内に設置することができないことから、放電空間内に強力な磁界Ｂを発生させることができず、レーザガスを高速に周回させることができなかった。
【００１５】
さらに、上記冷却手段７は上記冷却プレート１１内に冷却液を循環させることで上記外側電極４を冷却しており、また上記冷却パイプ１２内に冷却液を循環させることで上記内側電極５を冷却するようになっている。
これら外側電極４および内側電極５を冷却することで、外側電極４の放電部および内側電極５の放電部に接触するレーザガスを拡散冷却している。本実施例ではレーザガスの周回速度を高速とすることができることから、電極表面での拡散冷却の効果が高いものとなっている。このためハウジング２にレーザガスを冷却するための冷却器を別途設ける必要が無い。
このように、本実施例のガスレーザ発振器１によれば、放電空間内のレーザガスを効率よく冷却することができるため、レーザ光Ｌを効率よく発振することができるようになっている。
そして、冷却手段７は上記外側電極４および内側電極５を介して、これらに密着するように設けられた上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを冷却するようになっている。
従って、これら外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂが高温となって磁力が低下してしまうのを防止し、強力な磁界Ｂを維持してレーザガスの周回速度を高速に維持するようになっている。
【００１６】
次に図６は第２実施例にかかるガスレーザ発振器１を示しており、上記第１実施例におけるガスレーザ発振器１に対し、複数の外側電極４および内側電極５を設けるとともに各外側電極４および内側電極５ごとにそれぞれリング状の永久磁石を設けた構成となっている。なお、第１実施例と共通する部分については説明を省略する。
具体的には、上記外側電極４および内側電極５をそれぞれ軸方向に３つずつ整列させ、このうち図示右端に位置している外側電極４および内側電極５の両端に段差部を形成して、それぞれ外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを嵌合させ、その他の２つの外側電極４および内側電極５には、それぞれ図示左端に段差部を形成して、外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを嵌合させたものとなっている。
そして、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂはいずれもＮ極が図示左方に位置し、Ｓ極が右方に位置するように配置されており、隣接する外側永久磁石６ａはそれぞれ異なる磁極が相互に向き合い、隣接する内側永久磁石６ｂもそれぞれ異なる磁極が相互に向き合うようになっている。
【００１７】
このような構成とすることで、本実施例のガスレーザ発振器１では、外側電極４と内側電極５との間には軸方向に３つの円筒状をした放電空間が形成されるようになっている。
そして、各放電空間を挟むようにそれぞれ４つの外側永久磁石６ａおよび４つの内側永久磁石６ｂを設けることで、各放電空間に対応して磁界Ｂを発生させるようになっている。
その結果、各放電空間内においてそれぞれローレンツ力を発生させてレーザガスを高速に周回させて冷却することができるため、第１実施例と同様にレーザ光Ｌを効率的に発振することが可能となっている。
また、上記第１実施例に比べ、放電空間を通過する共振器光路の距離を長くすることができることから、より高出力なレーザ光Ｌを発振することが可能となっている。
なお、本実施例では３つの放電空間を形成するようになっているが、例えば２つの放電空間を形成したり、４つ以上の放電空間を形成するような構成であってもよい。
【００１８】
また、上記実施例において、上記外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂについては、リング状に限らず、半円状の永久磁石を組み合わせた構成や、ブロック状の永久磁石を外側電極４の内周面や内側電極５の外周面に沿って整列させた構成としてもよい。
また、上記実施例では外側電極４および内側電極５に段差部を形成して、これら段差部に外側永久磁石６ａおよび内側永久磁石６ｂを嵌合させているが、これを外側永久磁石６ａの外周面を直接上記冷却プレート１１に密着させたり、内側永久磁石６ｂの内周面を上記冷却パイプ１２に密着させて、上記冷却手段７により直接冷却するようにしてもよい。
さらに、上記実施例では外側電極４の内周面が放電部を構成しているが、該内周面に放電空間に向けて棒状電極を複数立設した構成としてもよい。これと同様、内側電極５の外周面にディンプルを設ける代わりに、放電空間に向けて複数の棒状電極を立設した構成であってもよい。
そして、上記第１、第２実施例では、共振器３として図５に示すような反射ミラー３ｃを複数設けて、マルチパス光路を形成しているが、図７に示すように、図示右方側に位置する反射ミラーをパラボリックミラー３ｄとしてもよい。
このパラボリックミラー３ｄとすることで、レーザ光Ｌの横モードを円形にすることができ、ガスレーザ発振器１から発振されたレーザ光Ｌのモードを光学素子によって変換する必要がない。
【符号の説明】
【００１９】
１ ガスレーザ発振器 ４ 外側電極
５ 内側電極 ６ 磁界印加手段
６ａ 外側永久磁石 ６ｂ 内側永久磁石
７ 冷却手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが充満した筒状の放電空間と、該放電空間の外周に設けられる外側電極と、上記放電空間の内周に設けられる内側電極と、上記放電空間の内部に軸方向の磁界を印加する磁界印加手段と、上記外側電極および内側電極を冷却する冷却手段とを備え、
上記外側電極と内側電極との間で放電することで、ローレンツ力により上記放電空間のレーザガスを周回させるガスレーザ発振器において、
上記磁界印加手段は、上記放電空間の軸方向に離隔するとともに、異なる磁極が相互に向き合うように配置された少なくとも２つの永久磁石であって、
該永久磁石を外側電極または内側電極の少なくともいずれか一方に隣接した位置に設けるとともに、上記電極とともに上記冷却手段によって冷却することを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
上記永久磁石は上記電極に密着し、上記冷却手段は該電極を介して永久磁石を冷却することを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
上記放電空間を軸方向に離隔した位置に複数形成し、各放電空間にそれぞれ磁界を印加するように永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のガスレーザ発振器。
【請求項１】
レーザガスが充満した筒状の放電空間と、該放電空間の外周に設けられる外側電極と、上記放電空間の内周に設けられる内側電極と、上記放電空間の内部に軸方向の磁界を印加する磁界印加手段と、上記外側電極および内側電極を冷却する冷却手段とを備え、
上記外側電極と内側電極との間で放電することで、ローレンツ力により上記放電空間のレーザガスを周回させるガスレーザ発振器において、
上記磁界印加手段は、上記放電空間の軸方向に離隔するとともに、異なる磁極が相互に向き合うように配置された少なくとも２つの永久磁石であって、
該永久磁石を外側電極または内側電極の少なくともいずれか一方に隣接した位置に設けるとともに、上記電極とともに上記冷却手段によって冷却することを特徴とするガスレーザ発振器。
【請求項２】
上記永久磁石は上記電極に密着し、上記冷却手段は該電極を介して永久磁石を冷却することを特徴とする請求項１に記載のガスレーザ発振器。
【請求項３】
上記放電空間を軸方向に離隔した位置に複数形成し、各放電空間にそれぞれ磁界を印加するように永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のガスレーザ発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９２８６（Ｐ２０１１−９２８６Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４８７５３（Ｐ２００９−１４８７５３）
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００２５３０１９）澁谷工業株式会社 (503)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（０００２５３０１９）澁谷工業株式会社 (503)
【Ｆターム（参考）】
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