(57)【要約】【課題】チェンバ内にパーティクル除去のための専用の装置を配置しなくても、パーティクルに起因するミラー等の光学部品の劣化を抑制することが可能なガスレーザ装置を提供する。【解決手段】レーザガスが満たされるチェンバの中に、レーザ光を閉じ込める光共振器が配置されている。高さ方向に関して、光共振器が配置されている範囲内、または光共振器が配置されている範囲よりも高い位置に、チェンバの中にレーザガスを導入する導入ポートが設けられている。排気ポートを通って、チェンバの中からレーザガスが排気される。【選択図】図１
2020096139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザガスが満たされるチェンバと、
前記チェンバの中に配置されており、レーザ光を閉じ込める光共振器と、
高さ方向に関して、前記光共振器が配置されている範囲内、または前記光共振器が配置されている範囲よりも高い位置に設けられ、前記チェンバの中にレーザガスを導入する導入ポートと、
前記チェンバの中からレーザガスを排気する排気ポートと
を有するガスレーザ装置。
【請求項２】
レーザガスが満たされるチェンバと、
前記チェンバの中に配置されており、レーザ光を閉じ込める光共振器と、
前記チェンバの中にレーザガスを導入する導入ポートと、
前記導入ポートより低い位置に設けられており、前記チェンバの中からレーザガスを排気する排気ポートと
を有するガスレーザ装置。
【請求項３】
さらに、前記チェンバの中の、前記光共振器より低い位置に配置されたブロワを有する請求項１または２に記載のガスレーザ装置。
【請求項４】
前記排気ポートは前記ブロワより低い位置に配置されている請求項３に記載のガスレーザ装置。
【請求項５】
前記導入ポートから前記光共振器までの距離が、前記排気ポートから前記光共振器までの距離より短い請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスレーザ装置のチェンバ内のパーティクルが光共振器のミラーの表面に付着すると、焼付き等によってミラーが劣化する。これらのパーティクルは、例えばガスレーザ装置の組み立てやメンテナンス等においてチェンバが開放されたときに、チェンバ内に入り込む。チェンバに入り込んだパーティクルは、チェンバから排出されることなくチェンバ内に滞留する。
【０００３】
下記の特許文献１に、チェンバ内に塵埃捕獲装置を配置したガスレーザ装置が開示されている。塵埃捕獲装置がチェンバ内のパーティクルを捕獲することにより、ミラーの劣化が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公平２−１７４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のガスレーザ装置では、チェンバ内に塵埃捕獲装置を収容するための空間を準備しなければならない。このため、チェンバが大型化してしまう。また、塵埃捕獲装置を設置する場所によっては、塵埃捕獲装置がレーザガスの流量低下の原因になる場合もある。本発明の目的は、チェンバ内にパーティクル除去のための専用の装置を配置しなくても、パーティクルに起因するミラー等の光学部品の劣化を抑制することが可能なガスレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、
レーザガスが満たされるチェンバと、
前記チェンバの中に配置されており、レーザ光を閉じ込める光共振器と、
高さ方向に関して、前記光共振器が配置されている範囲内、または前記光共振器が配置されている範囲よりも高い位置に設けられ、前記チェンバの中にレーザガスを導入する導入ポートと、
前記チェンバの中からレーザガスを排気する排気ポートと
を有するガスレーザ装置が提供される。
【０００７】
本発明の他の観点によると、
レーザガスが満たされるチェンバと、
前記チェンバの中に配置されており、レーザ光を閉じ込める光共振器と、
前記チェンバの中にレーザガスを導入する導入ポートと、
前記導入ポートより低い位置に設けられており、前記チェンバの中からレーザガスを排気する排気ポートと
を有するガスレーザ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
導入ポートを、光共振器が配置されている範囲内、または光共振器が配置されている範囲よりも高い位置に設けると、チェンバ内にレーザガスを導入するときに、光共振器が配置された空間を通って下方に向かうガス流が形成される。このガス流に乗って、パーティクルがチェンバの低い領域に集められる。
【０００９】
また、排気ポートを導入ポートより低い位置に設けると、導入ポートと排気ポートとの間の高さ範囲に、ガスの排気時及び導入時の両方において下方に向かうガス流が形成される。このため、チェンバ内のパーティクルを効率的にチェンバの低い領域に集めることができる。
【００１０】
パーティクルをチェンバの低い領域に集めることにより、光共振器の近傍に浮遊するパーティクルの密度を低減させることができる。その結果、光共振器のミラー等の光学部品の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施例によるガスレーザ装置の光軸を含む鉛直断面図である。
【図２】図２は、本実施例によるガスレーザ装置の光軸に垂直な断面図である。
【図３】図３は、レーザガスを交換する手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、チェンバ内を排気している期間（ステップＳ２）のガスレーザ装置の断面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、チェンバ内にレーザガスを導入している期間（ステップＳ４）のガスレーザ装置の断面図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｄは、他の実施例によるガスレーザ装置の導入ポート、排気ポート、光共振器、及びブロワの位置関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図５を参照して、実施例によるガスレーザ装置について説明する。
図１は、実施例によるガスレーザ装置の光軸を含む鉛直断面図である。光共振器の光軸方向をｚ軸方向とし、鉛直上方をｘ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。実施例によるガスレーザ装置は、例えば炭酸ガスレーザ装置である。
【００１３】
チェンバ１０にレーザガスが収容される。レーザガスには、例えば、二酸化炭素、窒素、ヘリウム等が含まれる。チェンバ１０の内部空間が、相対的に上側に位置する光学室１１と、相対的に下側に位置するブロワ室１２と区分されている。光学室１１とブロワ室１２とは、上下仕切り板１３で仕切られている。なお、上下仕切り板１３には、レーザガスを光学室１１とブロワ室１２との間で流通させる開口が設けられている。ブロワ室１２の側壁から光学室１１の底板１４がｚ軸方向の両側に張り出しており、光学室１１のｚ軸方向の長さが、ブロワ室１２のｚ軸方向の長さより長くなっている。チェンバ１０は、光学室１１の底板１４においてチェンバ支持部材１６により光学ベースに支持される。
【００１４】
光学室１１内に、一対の放電電極２１が配置されている。一対の放電電極２１は、それぞれ放電電極支持部材２２、２３を介して底板１４に支持されている。一対の放電電極２１は、ｘ軸方向に間隔を隔てて配置され、両者の間に放電領域２４が画定される。放電電極２１は放電領域２４に放電を生じさせることにより、レーザガスを励起させる。後に図２を参照して説明するように、放電領域２４を図１の紙面に垂直な方向にレーザガスが流れる。
【００１５】
光学室１１内に配置された共通支持部材２６に光共振器２５が支持されている。光共振器２５は、例えば一対のミラー２５Ｍで構成されている。光共振器２５の光軸が放電領域２４内を通過しており、光共振器２５はレーザ光を閉じ込める。共通支持部材２６は、光共振器支持部材２７を介して底板１４に支持されている。光共振器２５の光軸を一方のミラー２５Ｍ（図１において左側のミラー）側に延伸させた延長線と光学室１１の壁面との交差箇所に、レーザビームを透過させる光透過窓２８が取り付けられている。光共振器２５内で励振されたレーザビームが光透過窓２８を透過して外部に放射される。
【００１６】
ブロワ室１２にブロワ５０が配置されている。すなわち、光共振器２５及び放電電極２１は、ブロワ５０よりも高い位置に配置されている。ブロワ５０は、光学室１１とブロワ室１２との間でレーザガスを循環させる。
【００１７】
光学室１１の壁面に、チェンバ１０内にレーザガスを導入するための導入ポート３１が設けられている。導入ポート３１は、導入バルブ３２を介してレーザガス供給源３３に接続されている。導入バルブ３２を開くと、導入ポート３１からチェンバ１０内にレーザガスが導入される。導入ポート３１は、高さ方向に関して光共振器２５が配置されている範囲より高い位置に設けられている。
【００１８】
ブロワ室１２の壁面に、チェンバ１０内からレーザガスを排気するための排気ポート３５が設けられている。排気ポート３５は、排気バルブ３６を介して真空ポンプ３７に接続されている。排気バルブ３６を開き、真空ポンプ３７を動作させると、チェンバ１０内が真空排気される。排気ポート３５は、高さ方向に関してブロワ５０が配置されている範囲より低い位置に設けられている。
【００１９】
図１は、導入ポート３１及び排気ポート３５の水平方向に関する位置を具体的に示しているわけではない。例えば、導入ポート３１及び排気ポート３５は、光共振器２５の光軸を含む鉛直断面上に配置されている必要はない。従って、導入ポート３１及び排気ポート３５は、図１に示した断面に現れない場合もある。また、図１では、光共振器２５の光軸に垂直な壁面に導入ポート３１及び排気ポート３５が設けられているように示しているが、その他の壁面、例えば光軸に平行な壁面に設けてもよい。
【００２０】
図２は、本実施例によるガスレーザ装置の光軸（ｚ軸）に垂直な断面図である。チェンバ１０の内部空間が上下仕切り板１３により、上方の光学室１１と下方のブロワ室１２とに区分されている。光学室１１内に、一対の放電電極２１、光共振器２５を支持する共通支持部材２６が配置されている。放電電極２１の間に放電領域２４が画定される。放電領域２４と重なる位置に光共振器２５のミラー２５Ｍ（図１）が配置されている。
【００２１】
光学室１１内に仕切り板１５が配置されている。仕切り板１５は、上下仕切り板１３に設けられた開口１３Ａから放電領域２４までの第１ガス流路５１、放電領域２４から上下仕切り板１３に設けられた他の開口１３Ｂまでの第２ガス流路５２を画定する。レーザガスは、放電領域２４を、光軸に対して直交する方向（ｙ軸方向）に流れる。放電方向（ｘ軸方向）は、レーザガスが流れる方向（ｙ軸方向）、及び光軸方向（ｚ軸方向）の両方に対して直交する。ブロワ室１２、第１ガス流路５１、放電領域２４、及び第２ガス流路５２によって、レーザガスが循環する循環路が構成される。ブロワ５０は、この循環路をレーザガスが循環するように、レーザガスの流れを発生させる。ブロワ室１２内の循環路の流路断面は、光学室１１内の循環路の流路断面より大きい。
【００２２】
ブロワ室１２内の循環路に、熱交換器５６が収容されている。放電領域２４で加熱されたレーザガスが、熱交換器５６を通過することによって冷却され、冷却されたレーザガスが放電領域２４に再供給される。
【００２３】
光学室１１の壁面に導入ポート３１が設けられており、ブロワ室１２の壁面に排気ポート３５が設けられている。図１を参照して説明したように、導入ポート３１は光共振器２５よりも高い位置に配置されている。排気ポート３５はブロワ５０より低い位置に配置されている。なお、図１の場合と同様に、図２は、導入ポート３１及び排気ポート３５の水平方向の位置を具体的に示しているわけではない。導入ポート３１及び排気ポート３５は、水平方向に関してチェンバ１０の壁面のどの位置に設けてもよい。
【００２４】
図３は、レーザガスを交換する手順を示すフローチャートである。
ガスレーザ装置を運転している期間は、導入バルブ３２及び排気バルブ３６（図１、図２）は閉じられている。レーザガスの交換を行うときに、導入バルブ３２は閉じたままとし、排気バルブ３６を開く（ステップＳ１）。この状態で真空ポンプ３７（図１）を動作させることにより、チェンバ１０内を排気する（ステップＳ２）。
【００２５】
レーザガスの排気が終了すると、排気バルブ３６を閉じ、導入バルブ３２を開く（ステップＳ３）。これにより、導入ポート３１からチェンバ１０内にレーザガスが導入される（ステップＳ４）。必要な量のレーザガスが導入されると、導入バルブ３２を閉じる。
【００２６】
図４は、チェンバ１０内を排気している期間（ステップＳ２）のガスレーザ装置の断面図である。図４において、レーザガス排気中のレーザガスの流れを矢印で示している。排気ポート３５がブロワ５０よりも低い位置に配置されているため、チェンバ１０内に上方から下方に向かうレーザガスの流れが発生する。これにより、レーザガス中に浮遊するパーティクルがチェンバ１０の下方に向かって移動する。その結果、多くのパーティクル５８がチェンバ１０の底面に堆積する。
【００２７】
図５Ａ及び図５Ｂは、チェンバ１０内にレーザガスを導入している期間（ステップＳ４）のガスレーザ装置の断面図である。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、レーザガス導入中のレーザガスの流れを矢印で示している。導入ポート３１が光共振器２５より高い位置に配置されているため、光共振器２５が配置された空間にレーザガスが導入され、光共振器２５が配置された空間から下方に向かうレーザガスの流れが発生する。光共振器２５が配置されている空間に浮遊していたパーティクル５８は、レーザガスの流れによって下方に移動する。その結果、多くのパーティクル５８は、チェンバ１０の底面に堆積する。
【００２８】
次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、チェンバ１０からレーザガスを排気するとき（ステップＳ２）、図４を参照したように、チェンバ１０内に浮遊していたパーティクル５８の多くがチェンバ１０の底面に堆積する。さらに、チェンバ１０にレーザガスを導入するとき（ステップＳ４）も、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明したように、チェンバ１０に浮遊していたパーティクル５８の多くがチェンバ１０の底面に堆積する。
【００２９】
ガスレーザ装置の動作中にレーザガスを循環させているとき、チェンバ１０の底面近傍における流速は、他の領域における流速より遅い。このため、チェンバ１０の底面に堆積したパーティクル５８が、レーザガスの循環中に巻き上げられてチェンバ１０内に再浮遊してしまう可能性は低い。従って、チェンバ１０内に浮遊するパーティクル数を低減させることができる。
【００３０】
次に、光共振器２５とブロワ５０（図１、図２）との好ましい位置関係について説明する。レーザ発振中は、光共振器２５のミラー２５Ｍ（図１）が加熱されて高温になる。ミラー２５Ｍにパーティクル５８が付着していると、高温になったときにパーティクル５８がミラー２５Ｍに焼き付いてしまう。チェンバ１０の内部空間のうち、特に高温になりやすい光共振器２５が配置された空間のパーティクル５８の密度を低くすることが好ましい。パーティクル５８は、重力の作用によってチェンバ１０内の下方に移動するため、光共振器２５をブロワ５０よりも高い位置に配置することが好ましい。
【００３１】
次に、導入ポート３１及び排気ポート３５（図１、図２）を配置する好ましい高さについて説明する。
レーザガスの排気中は、図４に示したように、チェンバ１０内に、排気ポート３５に向かうガス流が形成される。レーザガスの導入中は、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、導入ポート３１からチェンバ１０内に広がるガス流が形成される。高さ方向に関して、排気ポート３５と導入ポート３１との間の空間には、ガス排気中及びガス導入中のいずれにおいても、導入ポート３１の高さから排気ポート３５の高さまで向かうガス流が形成される。パーティクル５８をチェンバ１０の下方に向かって移動させるために、排気ポート３５と導入ポート３１との間の空間に形成されるガス流が下方に向かうようにすることが好ましい。このようなガス流を形成するために、導入ポート３１を排気ポート３５よりも高い位置に配置することが好ましい。
【００３２】
レーザガスの排気中にパーティクル５８をチェンバ１０の底面に集めるために、チェンバ１０内の大部分において下方に向かうガス流を形成することが好ましい。このようなガス流を形成するために、排気ポート３５をブロワ５０よりも低い位置に配置することが好ましい。
【００３３】
また、光共振器２５が配置された空間のパーティクル５８を除去するために、レーザガスの導入中に、チェンバ１０に導入されたレーザガスが、光共振器２５が配置された空間を通った後、下方に向かって流れるようにすることが好ましい。このようなガス流を形成するために、高さ方向に関して、導入ポート３１を光共振器２５が配置された範囲よりも高い位置に配置することが好ましい。
【００３４】
真空排気されたチェンバ１０内に導入ポート３１からレーザガスを導入すると、導入ポート３１の近傍に流速の大きなガス流が形成され、導入ポート３１から遠ざかるに従って流速が低下する。光共振器２５が配置された空間からパーティクル５８を効率的に除去するために、チェンバ１０内に導入されたレーザガスが、光共振器２５が配置された空間を通過するときに、速い流速を維持していることが好ましい。このようなガス流を形成するために、導入ポート３１から光共振器２５までの距離を短くすることが好ましい。一例として、導入ポート３１から光共振器２５までの距離が、排気ポート３５から光共振器２５までの距離より短くなるようにすることが好ましい。
【００３５】
次に、図６Ａ〜図６Ｄを参照して他の実施例について説明する。以下、図１〜図５Ｂに示した実施例によるガスレーザ装置と共通の構成については説明を省略する。図６Ａ〜図６Ｄは、他の実施例によるガスレーザ装置の導入ポート３１、排気ポート３５、光共振器２５、及びブロワ５０の位置関係を示す模式図である。
【００３６】
図６Ａに示した実施例では、高さ方向に関して、光共振器２５が配置されている範囲内に導入ポート３１が配置されている。この場合に、導入ポート３１からチェンバ１０内に導入されたレーザガスが速い流速を保って光共振器２５の配置された空間を通過する。その後、レーザガスは下方に向かって流れる。
【００３７】
図６Ｂに示した実施例では、排気ポート３５が光共振器２５より低く、ブロワ５０より高い位置に配置されている。導入ポート３１は、図１及び図２に示した実施例と同様に、光共振器２５よりも高い位置に配置されている。この場合に、光共振器２５が配置された空間には、ガス排気時及びガス導入時の両方において、下方に向かうガス流が発生する。ブロワ５０が配置された空間には、ガス排気時に、上方に向かうガス流が形成されるが、その後のガス導入時には下方に向かうガス流が発生する。このため、チェンバ１０内に浮遊するパーティクルは、ガス導入時にチェンバ１０の底面に集められる。
【００３８】
図６Ｃに示した実施例では、導入ポート３１が光共振器２５より低い位置に配置されている。排気ポート３５は、図１及び図２に示した実施例と同様に、導入ポート３１及びブロワ５０より低い位置に配置されている。この場合も、ガス排気時に、チェンバ１０内に浮遊するパーティクルをチェンバ１０の底面に集める効果が得られる。
【００３９】
図６Ｄに示した実施例では、排気ポート３５が導入ポート３１とほぼ同じ高さに配置されている。この場合、ガス排気時には主として上方に向かうガス流が形成されるが、ガス導入時には、図１及び図２に示した実施例と同様に、光共振器２５が配置された空間を通って下方に向かうガス流が形成される。このため、ガス排気後にチェンバ１０内に浮遊するパーティクルは、ガス導入時にチェンバ１０の底面に集められる。
【００４０】
以上のように、図６Ａ〜図６Ｄのいずれに示した実施例においても、チェンバ１０内に浮遊するパーティクルを下方に集め、光共振器２５の近傍の空間を浮遊する密度を低減させることができる。その結果、光共振器２５のミラー２５Ｍの劣化を抑制することが可能になる。さらに、チェンバ１０内にミラー以外の光学部品が配置されている場合には、これらの光学部品の、パーティクルに起因する劣化を抑制することができる。
【００４１】
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４２】
１０  チェンバ
１１  光学室
１２  ブロワ室
１３  上下仕切り板
１３Ａ、１３Ｂ  開口
１４  底板
１５  仕切り板
１６  チェンバ支持部材
２１  放電電極
２２、２３  放電電極支持部材
２４  放電領域
２５  光共振器
２５Ｍ  光共振器ミラー
２６  共通支持部材
２７  光共振器支持部材
２８  光透過窓
３１  導入ポート
３２  導入バルブ
３３  レーザガス供給源
３５  排気ポート
３６  排気バルブ
３７  真空ポンプ
５０  ブロワ
５１  第１ガス流路
５２  第２ガス流路
５６  熱交換器
５８  パーティクル
【図１】
2020096139.tif 000003
【図２】
2020096139.tif 000004
【図３】
2020096139.tif 000005
【図４】
2020096139.tif 000006
【図５】
2020096139.tif 000007
【図６】
2020096139.tif 000008