(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質であるガスを励起する放電部を備えたガスレーザ発振器において、
上記放電部を構成する対向して配置された一対の金属電極の対向面側に、所定の誘電率を有し該金属電極との接触部分全体が冷却される誘電体を設け、該誘電体の外周に溝又は窪みを形成し、該溝又は窪みに上記所定の誘電率より小さい誘電率を有する絶縁物を埋設し、該絶縁物が溝又は窪みを介して該誘電体の外周に深く埋設されて冷却エリアまで進入することにより、放電エリアが冷却エリアより狭くなり、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することを特徴とするガスレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止するようにしたガスレーザ発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭酸ガスレーザのようなガスレーザの発振器は、例えば図９に示す構成を有している。
【０００３】
図９において、ガスレーザ発振器は、レーザ媒質である炭酸ガスＣＯ2 を励起する放電部５４を有し、該放電部５４には、一対の金属電極５０が対向して設けられ、該一対の金属電極５０には、交流電源５５が接続されている。
【０００４】
また、上記各金属電極５０は、中空状に形成され、その内部には、冷却媒体Ｃ、例えば冷却水が循環するようになっている。
【０００５】
更に、上記各金属電極５０の対向面側には、箱状又は板状のセラミックなどの誘電体５１が設けられ、均一な電界が形成されるようになっている。
【０００６】
この構成により、交流電源５５から印加される電圧を徐々に上げて行くと、よく知られているように、放電部５４に封入された炭酸ガスＣＯ2 の絶縁が破壊されて放電電流が流れ、炭酸ガスＣＯ2 が励起される。
【０００７】
そして、電圧を更に上げて励起を強くすると、基底状態の炭酸ガス分子よりも励起状態の炭酸ガス分子の数が多くなって、反転分布状態になり、よく知られているように、誘導放出による光の増幅が行われる。
【０００８】
上記増幅された光が、図示する反射鏡５２と一部透過鏡５３から成る共振器内を往復すると、上記誘導放出による光の増幅が更に進行し、この誘導放出による光の増幅過程で増える光のエネルギが、共振器内で失われるエネルギより大きくなった場合に、発振条件が満たされ、レーザ光Ｌが発振される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記放電部５４においては、炭酸ガスＣＯ2 の放電プラブマＰの熱により、誘電体５１が加熱される。
【００１０】
誘電体５１が（図１０）加熱されると、中央部５１Ａと周辺部５１Ｂの温度分布によっては、両者の熱膨張量や熱収縮量に差が生じ、内部応力が大きくなって該セラミック５１が割れてしまう場合がある。
【００１１】
即ち、交流電源５５を（図９）オンすると、放電プラズマＰの熱により誘電体５１の温度が上昇し、該誘電体５１のうちの放電プラズマＰに接している中央部５１Ａ（図１０（Ａ））から暖められる。
【００１２】
この温度上昇過程では、低温である周辺部５１Ｂに比べて、高温である中央部５１Ａの熱膨張量の方が大きく、周辺部５１Ｂが中央部５１Ａを圧縮する応力Ｐ１が発生する。
【００１３】
また、熱平衡状態になって温度が一定となった後、交流電源５５を（図９）オフすると、今度は誘電体５１の温度が下降し、その中央部５１Ａが（図１０（Ｂ））先に低温となる。
【００１４】
この温度下降過程では、高温である周辺部５１Ｂに比べて、低温である中央部５１Ａの熱収縮量の方が大きく、周辺部５１Ｂが中央部５１Ａを引っ張る応力Ｐ２が発生する。
【００１５】
誘電体５１は、殆どの場合、セラミックを使用しており、このため圧縮応力よりも引っ張り応力に対して脆弱であり、特に図１０（Ｂ）に示す引っ張り応力Ｐ２に弱く、この引っ張り応力Ｐ２により割れ易い。従って、誘電体５１は、交流電源５５をオフにした場合の温度下降過程において、応力破壊を起こすことになる。
【００１６】
本発明の目的は、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、
レーザ媒質であるガスＣＯ2 を励起する放電部１を備えたガスレーザ発振器において、
上記放電部１を構成する対向して配置された一対の金属電極２の対向面側に、所定の誘電率ε1 を有し該金属電極２との接触部分全体が冷却される誘電体３を設け、該誘電体３の外周に溝３１又は窪み３２を形成し、該溝３１又は窪み３２に上記所定の誘電率ε1より小さい誘電率ε2 を有する絶縁物４を埋設し、該絶縁物４が溝３１又は窪み３２を介して該誘電体３の外周に深く埋設されて冷却エリアＲまで進入することにより、放電エリアＨが冷却エリアＲより狭くなり、放電部１の誘電体３が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することを特徴とするガスレーザ発振器が（図１）提供される。
【００１８】
従って、本発明の構成によれば、放電々流は、誘電率ε1 が大きい誘電体３の部分のみ流れるので、放電エリアＨが（図８）冷却エリアＲより狭くなり、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等かそれ以下となる。
【００１９】
このため、従来のように（図１０（Ｂ））、温度下降過程において誘電体５１の周辺部５１Ｂが中央部５１Ａより高温となって引っ張り応力Ｐ２により誘電体５１が割れるということが無くなり、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、実施の形態により添付図面を参照して、説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す斜視図であり、図示するガスレーザ発振器は、例えばレーザ媒質である炭酸ガスＣＯ2 を励起する放電部１を有している。
【００２１】
このガスレーザ発振器は、例えば、炭酸ガスＣＯ2 の流れの方向と（Ｚ軸方向）、放電方向と（Ｙ軸方向）、レーザ光軸方向（Ｘ軸方向）が互いに直交する直交型ガスレーザ発振器である。
【００２２】
上記放電部１には、炭酸ガスＣＯ2 が充填されていると共に、一対の金属電極２が対向して設けられ、該一対の金属電極２には、交流電源５が接続されており、それにより放電プラズマＰを発生し該炭酸ガスＣＯ2 を励起する。
【００２３】
上記各金属電極２は、中空状に形成され、その内部には、冷却媒体Ｃ、例えば冷却水が循環することにより、後述する誘電体３を冷却するようになっている。
【００２４】
即ち、金属電極２内に冷却媒体Ｃを循環させることにより、誘電体３は、金属電極２との接触部分全体が冷却される。
【００２５】
上記各金属電極２の対向面側には、箱状又は板状のセラミックなどの所定の誘電率ε1 を有する誘電体３が設けられ、均一な電界が形成されるようになっている。
【００２６】
更に、上記誘電体３の外周には、溝３１が形成され、該溝３１には、上記所定の誘電率ε1 より小さい誘電率ε2 を有する絶縁物４が埋設されている。
【００２７】
この場合、誘電率は、一般には、よく知られているように、その誘電体中の電束密度に比例し、誘電率が大きければ、後述する放電々流も大きい。
【００２８】
上記絶縁物４は（図２）、溝３１を介して誘電体３の外周に深く埋設され、後述する冷却エリアＲの方向まで進入している。
【００２９】
この構成により、前記金属電極２に冷却媒体Ｃを循環させて誘電体３を冷却しながら、交流電源５５をオンして金属電極２に印加される電圧を徐々に上げて行くと、放電部１に封入された炭酸ガスＣＯ2 の絶縁が破壊されて放電々流が流れ、放電プラズマＰが発生し炭酸ガスＣＯ2 が励起される。
【００３０】
ところが、前記したように誘電体３の外周には、その誘電率ε1 より小さい誘電率ε2 の絶縁物４が埋設されており、そのため、大きな誘電率ε1 の誘電体３部分のみに放電々流が流れる。
【００３１】
即ち、放電々流は、誘電体３（図８）の周辺部３Ｂではなく中央部３Ａのみを流れて放電プラズマＰを発生し、その一方では、該誘電体３は、中央部３Ａと周辺部３Ｂを含む全体が冷却される。
【００３２】
従って、放電エリアＨが冷却エリアＲより狭くなり、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等かそれ以下となる。
【００３３】
このため、従来のように（図１０（Ｂ））、温度下降過程において誘電体５１の周辺部５１Ｂが中央部５１Ａより高温となって引っ張り応力Ｐ２により誘電体５１が割れるということが無くなり、本発明によれば、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することができる。
【００３４】
図３は、本発明の第２実施形態を示す平面図である。
【００３５】
この図３においては、上記誘電体３の金属電極２側に窪み３２を形成し、該窪み３２に絶縁物４が埋設されている。
【００３６】
即ち、各誘電体３の金属電極２側に、誘電体３の誘電率ε1 より小さい誘電率ε2を有する絶縁物４が埋設されており、該絶縁物４は、図１、図２の場合と同様に、窪み３２を介して誘電体３の外周に深く埋設され、冷却エリアＲの方向まで進入している。
【００３７】
図４は、本発明の第３実施形態を示す平面図である。
【００３８】
この図４においては、上記誘電体３の対向する誘電体３側に窪み３３を形成し、該窪み３３に絶縁物４が埋設されている。
【００３９】
即ち、各誘電体３の対向する誘電体３側に、誘電体３の誘電率ε1 より小さい誘電率ε2を有する絶縁物４が埋設されており、該絶縁物４は、図１、図２の場合と同様に、窪み３３を介して誘電体３の外周に深く埋設され、冷却エリアＲの方向まで進入している。
【００４０】
上記、図３と図４の場合も、図１、図２の場合と同様に、放電エリアＨが冷却エリアＲより狭くなり（図８）、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等かそれ以下となる。
【００４１】
このため、従来のように（図１０（Ｂ））、温度下降過程において誘電体５１の周辺部５１Ｂが中央部５１Ａより高温となって引っ張り応力Ｐ２により誘電体５１が割れるということが無くなり、本発明によれば、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止することができる。
【００４２】
更に、図１〜図４において、レーザ光Ｌ（例えば図１、図２）の発振の仕組みは、従来と同様であり、交流電源５の電圧を更に上げて励起を強くすると、基底状態の炭酸ガス分子よりも励起状態の炭酸ガス分子の数が多くなって、反転分布状態になり、よく知られているように、誘導放出による光の増幅が行われる。
【００４３】
そして、この増幅された光が、例えば図１、図２に示す反射鏡８と一部透過鏡９から成る共振器内を往復すると、上記誘導放出による光の増幅が更に進行し、この誘導放出による光の増幅過程で増える光のエネルギが、共振器内で失われるエネルギより大きくなった場合に、発振条件が満たされ、レーザ光Ｌが発振される。
【００４４】
図５は、前記図１（図２）の溝３１を例えば二重に形成した場合であり、各溝３１に、誘電体３の誘電率ε1 より小さい誘電率ε2 を有する絶縁物４がそれぞれ埋設されている。
【００４５】
これにより、溝３１が１つの場合に比べて（図１、図２）、放電々流は、誘電体３（図７）の周辺部３Ｂを流れずに中央部３Ａのみを集中的に流れる。
【００４６】
従って、放電エリアＨが冷却エリアＲより一層狭くなり、交流電源５オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源５オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体３の周辺部３Ｂの温度は、中央部３Ａの温度と同等か一層低くなるので、該誘電体３が引っ張り応力Ｐ２により（図１０（Ｂ））割れることが一層無くなる。
【００４７】
図６は、誘電体３の金属電極２側に冷却用パイプ６を埋設してそれを金属電極２側全体にわたって張り巡らした場合である。
【００４８】
即ち、図１〜図５においては、既述したように、金属電極２を中空状に形成し、この中空状金属電極２内を冷却媒体Ｃが循環するようにして、該誘電体３全体を冷却している。
【００４９】
これに対して、図６は、金属電極２には冷却作用を持たせずに、誘電体３の金属電極２側に前記冷却用パイプ６を埋設し、この冷却用パイプ６内を冷却媒体Ｃが循環するようにして、金属電極２側全体を冷却するようにしたものである。
【００５０】
図７は、誘電体３の外周に冷却用パイプ６を埋設し、金属電極２との接触部分に加えてその外側も冷却する構造としたものである。
【００５１】
換言すれば、誘電体３は、金属電極２により外部から冷却されると同時に、冷却用パイプ６により内部から冷却され、いわば二重に冷却されることにより、冷却効果が一層向上する。
【００５２】
この図７においては、冷却用パイプ６は、誘電体３に埋設するといった一体物でなくとも、熱的に結合していれば別部材であっても、同様の効果がある。
【００５３】
尚、前記本発明の実施形態においては（図１〜図７）、レーザ媒質が炭酸ガスである場合のガスレーザ発振器について詳述したが、本発明はこれに限定されることなく、既述した放電部１を有する放電励起方式のガスレーザ発振器、例えばエキシマレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒ+ レーザなどの発振器にも適用され、同様の効果を奏することは勿論である。
【００５４】
【発明の効果】
上記のとおり、本発明によれば、放電々流は、誘電率が大きい誘電体の部分のみ流れるので、放電エリアが冷却エリアより狭くなり、交流電源オン時の温度上昇過程、熱平衡状態による温度一定過程、交流電源オフ時の温度下降過程のそれぞれにおいて、誘電体の周辺部の温度は、中央部の温度より高くなることが無くなる。
【００５５】
このため、温度下降過程において誘電体内部に発生する引っ張り応力が制限され、該誘電体が割れるということが無くなり、ガスレーザ発振器において、放電部の誘電体が温度差に基づく内部応力により割れるのを防止するという効果を奏することとなった。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例を示す平面図である。
【図６】本発明を構成する冷却機構の他の実施形態を示す図である。
【図７】本発明を構成する冷却機構の更に他の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の効果説明図である。
【図９】従来技術の構成説明図である。
【図１０】従来技術の課題説明図である。
【符号の説明】
１  放電部
２  金属電極
３  誘電体
４  絶縁物
５  交流電源
６  冷却用パイプ
８  反射鏡
９  一部透過鏡
３１  溝
３２、３３  窪み
ε1 、ε2   誘電率
Ｃ  冷却媒体
Ｈ  放電エリア
Ｒ  冷却エリア
【図１】
0004618658.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004618658.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004618658.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004618658.tif 000008
【図８】
0004618658.tif 000009
【図９】
0004618658.tif 000010
【図１０】
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