(57)【要約】【課題】ガス循環路に複数の超音速領域を備えることにより、発振効率を向上し、ガスレーザ発振装置の消費電力の低減を図る。【解決手段】全反射鏡７ａ，７ｂ，７ｃと部分反射鏡８とで構成される光共振器の直前に超音速ノズルを備え、放電用電極２ａ，２ｂと放電用電極３ａ，３ｂとに高周波電源４より高周波電圧を印加することで放電を発生させる。放電空間５，６と光共振器との距離が短くなるとともに、超音速流れによるガス冷却効果を得ることができ、レーザの発振効率を向上させ、ガスレーザ発振装置の消費電力を低減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向電極からなる放電用電極と、前記対向電極間を流れるレーザ媒質と、前記レーザ媒質が流れる流路と、前記レーザ媒質を冷却する熱交換器と、前記流路に設けた複数の超音速ノズル部と複数の超音速領域とを有し、前記超音速領域に、レーザ光を発生するための光共振器を前記流路に直交させて設けたガスレーザ発振装置。
【請求項２】
超音速ノズル部に放電用電極を有した請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項３】
超音速領域に放電用電極を有した請求項１記載のガスレーザ発振装置。
【請求項４】
放電用電極は複数有し、これらの放電用電極間に熱交換器を配した請求項１から３のいずれかに記載のガスレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガスレーザ発振装置に関するものであり、特にガス流れに超音速を用いる構造を有したガスレーザ発振装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスレーザ発振装置は、図５に示すものであった。この図において、１０１はレーザ媒質の流れる方向を示しており、ガスレーザ発振装置内を循環している。１０２ａ，１０２ｂはレーザ媒質流れ方向１０１に対向方向が直交状態に配置された対向電極である放電用電極、１０３は放電用電極１０２ａ，１０２ｂに電圧を印加する高周波電源、１０４は放電用電極１０２ａ，１０２ｂの間にある放電空間、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは全反射鏡、１０６は部分反射鏡、この全反射鏡１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃと部分反射鏡１０６は光共振器を形成している。
【０００３】
１０７は部分反射鏡１０６より出力されるレーザビームで、２点鎖線はその光路を示す。１０８は超音速ノズル、１０９は超音速領域、１１０はディフューザ、１１１はガス循環路、１１２はレーザ媒質循環用送風機、１１３は放電空間１０４で温度上昇したレーザ媒質の温度を下げるためのレーザ媒質冷却用熱交換器、１１４はレーザ媒質循環用送風機１１２の圧縮熱にて温度上昇したレーザ媒質の温度を下げるためのレーザ媒質冷却用熱交換器である。
【０００４】
以上が従来のガスレーザ装置の構成であり、次にその動作について説明する。
【０００５】
まず放電用電極１０２ａ，１０２ｂに高周波電源１０３より高電圧を印加することにより、放電空間１０４にグロー状の放電を発生させる。放電空間１０４を通過するレーザ媒質は、この放電エネルギーを得て励起され、その励起されたレーザ媒質は全反射鏡１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃおよび部分反射鏡１０６により形成された光共振器で共振状態となり、部分反射鏡１０６からレーザビーム１０７が出力される。
【０００６】
また励起されたレーザ媒質は超音速ノズル１０８により断熱膨張し、ガス温度が低下するため高効率でレーザビーム１０７を得ることができる。このレーザビーム１０７がレーザ加工等の用途に用いられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３６８３１０号公報（第２頁、第７図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のガスレーザ発振装置では、放電空間１０４から光共振器を構成している全反射鏡１０５ａと全反射鏡１０５ｂ間までの距離が長いため、放電空間１０４で励起された励起分子が、全反射鏡１０５ａと全反射鏡１０５ｂ間に到達するまでに減衰し、発振効率の低下を招いていた。
【０００９】
また、この励起分子の減衰を防止するため超音速領域１０９で放電を行う場合は、超音速領域１０９を加熱することになり、超音速領域１０９全体での超音速の維持が困難になり、この場合も発振効率は低下してしまう。
【００１０】
放電空間１０４から光共振器位置である全反射鏡１０５ａと全反射鏡１０５ｂ間までの距離が長いため、その間に励起分子が失われ発振効率が低下する。  また、それを防ぐため超音速領域１０９で放電を行うと超音速領域１０９で超音速が保てないため発振効率が低下してしまう。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するもので、発振効率を向上させ消費電力の少ないガスレーザ発振装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、対向電極からなる放電用電極と、前記放電用電極間を流れるレーザ媒質と、前記レーザ媒質が流れる流路と、前記レーザ媒質を冷却する熱交換器と、前記流路に設けた複数の超音速ノズル部と複数の超音速領域とを有し、前記超音速領域に、レーザ光を発生するための光共振器を前記流路に直交させたもので、複数の超音速領域部で光共振器を構成することにより、発振効率を向上させることができる。
【００１３】
また、複数の放電用電極の間に熱交換器を有したため、放電で加熱されたレーザ媒質を冷却し、再度レーザ発振に利用できるため、ガス流量の低減が可能であり、レーザ媒質循環用送風機の消費電力を低減できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１を示す構成図である。図２は、図１におけるｘ軸とｙ軸を含む平面で切った断面図である。
【００１６】
図１、図２において、矢印１はレーザ媒質が流れる方向を示し、２ａ，２ｂはそれぞれ対向した放電用電極で、この放電用電極２ａ，２ｂ間をレーザ媒質が流れる。また、３ａ，３ｂはそれぞれ対向した放電用電極で、この放電用電極３ａ，３ｂ間をレーザ媒質が流れる。
【００１７】
４は放電用電極２ａ，２ｂと放電用電極３ａ，３ｂに高周波電圧を印加する高周波電源、５，６はそれぞれ放電用電極２ａ，２ｂ間と放電用電極３ａ，３ｂ間とにある放電空間、７ａ，７ｂ，７ｃは全反射鏡、８は部分反射鏡であり、この全反射鏡７ａ，７ｂ，７ｃと部分反射鏡８は光共振器を形成している。９は部分反射鏡８より出力されるレーザビームで、２点鎖線はその光路を示している。
【００１８】
なお、従来は上記とは異なり全反射鏡と部分反射鏡とが一対のものもある（例えば、特許文献１参照）が、ここでは、部分反射鏡が３つの場合を説明する。
【００１９】
１０はレーザ媒質の流路、１１ａ，１１ｂはそれぞれガス流路１０に設けられ、レーザ媒質を超音速に加速する超音速ノズル、１２ａ，１２ｂはそれぞれ超音速ノズル１１により超音速に加速されたレーザ媒質が超音速を維持する超音速領域、１３はディフューザである。
【００２０】
本実施の形態１によれば、放電空間５，６と光共振器との距離が短くなるとともに、超音速効果も得られ発振効率を上昇させることができる。
【００２１】
なお、本実施の形態１では、超音速ノズル１１ａ，１１ｂは２箇所であるが、３箇所以上であってもかまわない。
【００２２】
また、本実施の形態１では、超音速ノズル１１ａ，１１ｂで放電を行う構造になっているが、本実施の形態１によれば、超音速領域１２ａ，１２ｂを短くできるため、超音速領域１２ａ，１２ｂで放電を行う構造であってもかまわない。
【００２３】
また、本実施の形態１では、超音速領域１１ａ，１１ｂでの光共振器は部分反射鏡８と全反射鏡７ｃ間ならびに全反射鏡７ａと全反射鏡７ｂ間のそれぞれ１パスであるが、超音速領域１１ａ，１１ｂに複数パスの光共振器を構成してもかまわない。
【００２４】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
図３は本実施の形態２を示す図であり、実施の形態１の図１に対応し、図４は図２に対応する。
【００２６】
図３，４において、図１，２と対応する部分は同一の番号を付したが、２１はレーザ媒質を冷却する熱交換器である。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態２の装置は、放電空間５で熱飽和限界まで放電エネルギーを注入し加熱しても、レーザ媒質を熱交換器２１で冷却することにより、再度レーザ媒質に放電エネルギーを加えることができるため、注入電力当たりのガス流量の低減が可能である。
【００２８】
なお、本実施の形態２においては超音速ノズル１１ａ，１１ｂは２箇所で、その間に熱交換器２１が１台が備わった構成であるが、超音速ノズル１１ａ，１１ｂは３箇所以上でもよく、熱交換器２１も２台以上備わっていてもかまわない。
【００２９】
また、本実施の形態２では、超音速ノズル１１ａ，１１ｂで放電を行う構造になっているが、本実施の形態２によれば、超音速領域１２ａ，１２ｂを短くできるため、超音速領域１２ａ，１２ｂで放電を行う構造であってもかまわない。
【００３０】
また、本実施の形態２では、超音速領域１２ａ，１２ｂでの光共振器は部分反射鏡８と全反射鏡７ｃ間ならびに全反射鏡７ａと全反射鏡７ｂ間のそれぞれ１パスであるが、超音速領域に複数バスの光共振器を構成してもかまわない。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ガス循環路に複数の超音速領域を備えることにより、発振効率を向上させることができるため、消費電力の少ないガスレーザ発振装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の構成図
【図２】同実施の形態１におけるガスレーザ発振装置の断面図
【図３】同実施の形態２におけるガスレーザ発振装置の構成図
【図４】同実施の形態２におけるガスレーザ発振装置の断面図
【図５】従来のガスレーザ発振装置の概略構成図
【符号の説明】
２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ  放電用電極
１０  ガス循環路
１１ａ，１１ｂ  超音速ノズル
１２ａ，１２ｂ  超音速領域
２１  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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