(57)【要約】  拡散冷却方式ガスレーザ装置（１）であって、当該ガスレーザ装置（１）は、第１の電極（２）と、第２の電極（５）と、当該第１の電極（２）と第２の電極（５）との間に配置されている放電ギャップ（４）とを有しており、前記２つの電極のうちの少なくとも１つの電極（５）上の、放電ギャップ側に、誘電体（１３）が配置されているガスレーザ装置において、前記放電ギャップ（４）内の放電分布に影響を与える、当該誘電体（１３）の誘電厚ｄ／εresは、前記誘電体（１３）が上部に配置されている前記電極（５）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って変化し、ここで、ｄは前記誘電体（１３）の厚みであり、εresは前記誘電体（１３）の、結果として生じる誘電率であり、前記誘電体の最も厚い箇所の厚さは少なくとも１ｍｍである、または、電極の長さの１００分の１を上回る、または、入力されるべき高周波電力の周波数によって決まる波長の１０００分の１を上回る。
2016502764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散冷却方式ガスレーザ装置（１）であって、
当該ガスレーザ装置（１）は、第１の電極（２）と、第２の電極（５）と、当該第１の電極（２）と第２の電極（５）との間に配置されている放電ギャップ（４）とを有しており、
前記２つの電極のうちの少なくとも１つの電極（５）上の、放電ギャップ側に、誘電体（１３）が配置されており、
前記放電ギャップ（４）内の放電分布に影響を与える、当該誘電体（１３）の誘電厚ｄ／εresは、前記誘電体（１３）が上部に配置されている前記電極（５）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって変化し、ここで、ｄは前記誘電体（１３）の厚みであり、εresは前記誘電体（１３）の、結果として生じる誘電率である、ガスレーザ装置（１）において、
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の最も厚い箇所の厚さは少なくとも１ｍｍである、または、電極の長さの１００分の１を上回る、または、入力されるべき高周波電力の周波数によって決まる波長の１０００分の１を上回る、
ことを特徴とする拡散冷却方式ガスレーザ装置（１）。
【請求項２】
前記誘電体（１３）は、前記電極（５）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、前記結果として生じる誘電率εresの変化を有しており、当該変化は前記誘電体（１３）の前記誘電厚に影響を与える、請求項１のガスレーザ装置。
【請求項３】
前記誘電体（１３）は、前記電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、厚さの変化を有しており、当該変化は前記誘電体（１３）の前記誘電厚に影響を与える、請求項１または２記載のガスレーザ装置。
【請求項４】
前記電極（５、３０）の少なくとも１つのディメンジョンに沿った前記誘電厚の分布は無段階である、または、少なくとも２つ、殊に少なくとも３つの段階を有する段階形状である、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項５】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）を有しており、
少なくとも１つの材料成分（９、２２、２３、３２、３３、４３、５３）の厚さは、前記電極（５、２０、３０、４０、５０）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って変化する、請求項１から４までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項６】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）を有しており、
当該少なくとも２つの材料成分（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）は放電ギャップの方向において相互に重なって配置されており、
前記少なくとも２つの材料層（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）の厚さの比は、前記電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って変化する、請求項１から５までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項７】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）を有しており、
少なくとも１つの領域において、一方の材料成分（２３、５３）は他方の材料成分によって閉じ込められている、または、他方の材料成分によって拡がりが制限されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項８】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、材料である水、セラミック、ＰＴＦＥ、空気、ポリエチレンのうちの１つまたは複数を含んでいる、請求項１から７までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項９】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の厚さは少なくとも１ｍｍである、または、電極の長さの１００分の１を上回る、または、入力されるべき高周波電力の周波数によって決まる波長の１０００分の１を上回る、請求項１から８までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１０】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の少なくとも１つの材料成分は、電極面にわたって変化する厚みを有しており、当該厚みは、ビームの空間的な拡がりに合わせられており、殊に、前記電極の中央において、前記電極の縁部におけるよりも厚い凸状構造を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１１】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は固形の材料成分を有しており、当該固形の材料成分は、他の、固形ではない材料成分、殊に流体、殊に水を閉じ込めている、または、他の、固形ではない材料成分の空間を制限している、請求項１から１０までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１２】
電極に中央電力供給部が設けられており、前記誘電体の、結果として生じる誘電率εresは当該中央電力供給部から前記電極の縁部まで、殊に連続的に増大する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１３】
電極の２つの端部のうちの１つに電力供給部が設けられており、前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の、結果として生じる誘電率εresは前記中央電力供給部から前記電極の縁部まで、殊に連続的に増大する、請求項１から１２までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１４】
前記ガスレーザ装置はスラブレーザとして構成されており、殊に、前記電極を通してレーザビームを案内するように構成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１５】
前記２つの電極間の間隔は、前記電極の少なくとも１つのディメンジョンにおいて、殊に面にわたって変化する、請求項１から１４までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１６】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の少なくとも１つの材料成分は、前記電極面にわたって変化する厚さを有しており、当該厚さは、ビームの空間的な拡がりに合わせられている、請求項１から１５までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１７】
周波数が高い場合に電力を面状に前記放電ギャップ内に入力するように構成されており、ここで、前記周波数は１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの間、殊に１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの間、特に有利には７０ＭＨｚ〜９０ＭＨｚの間にある、請求項１から１６までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１８】
前記入力される電力は２ｋＷを上回る、請求項１８記載のガスレーザ装置。
【請求項１９】
前記電極面の空間的な拡がりは、長さにおいて少なくとも５００ｍｍであり、幅において少なくとも３００ｍｍである、請求項１９記載のガスレーザ装置。
【請求項２０】
拡散冷却方式ガスレーザ装置における放電分布を調整する方法であって、
当該ガスレーザ装置は、第１の電極（２）と、第２の電極（５）と、当該第１の電極（２）と第２の電極（５）との間に配置されている放電ギャップ（４）とを有しており、
前記２つの電極（２、５）のうちの少なくとも１つの電極の上に、放電ギャップ側に、誘電体（１３）が配置されており、
高周波電力を面状に前記放電ギャップ（４）内に入力する方法において、
前記放電ギャップ（４）内の放電分布に影響を与える、前記誘電体（１３）の誘電厚ｄ／εresを調整することによって、前記面状に入力される高周波電力の分布を調整し、ここで、ｄは前記誘電体（１３）の厚みであり、εresは前記誘電体（１３）の、結果として生じる誘電率である、
ことを特徴とする、拡散冷却方式ガスレーザ装置における放電分布を調整する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の電極と第２の電極とこれらの電極の間に配置された放電ギャップとを有する拡散冷却方式ガスレーザ装置に関する。ここで、これら複数の電極のうちの少なくとも１つには、放電ギャップ側に、誘電体が配置されている。
【０００２】
さらに、本発明は、第１の電極と第２の電極とこれらの電極の間に配置された放電ギャップとを有する拡散冷却方式ガスレーザ装置での、放電分布の調整方法に関する。ここで、これら複数の電極のうちの少なくとも１つには、放電ギャップ側に、誘電体が配置されており、ここでは高周波電力が、面状に、この放電ギャップ内に入力される。
【０００３】
ガスレーザ装置は、端面側で、向かい合っている複数の電極に共振ミラーを有している。これらの共振ミラーはレーザビームを反射し、ガスレーザ装置内に保持する。
【０００４】
５００Ｗを上回る光出力を伴う高出力レーザがレーザ加工時に使用される。これは例えば、金属または非金属のマーキング、材料（例えば金属）の切断、溶接および処理のために使用される。
【０００５】
工業用レーザの設計は、できるだけ高い効率と最大の出力が得られるように選択される。これは、不所望な熱を排出する、ガスレーザの能力によって決まる。熱の排出は、冷却された内壁への拡散によって、または、レーザガスの循環によって行われる。本発明は、拡散冷却方式のレーザに関する。
【０００６】
ガスレーザ、殊にＣＯ２レーザでは、できるだけ同じ形状のガス放電が生じるようにされなければならない。すなわち、レーザの長さにわたった電圧変化ができるだけ回避されなければならない。従って、外側の電極と内側の電極との間に付加的なインダクタンスを設けることが知られている。これは、レーザ製造時の付加的なコストを意味し、ひいては、高いコストと結び付いている。
【０００７】
本発明の課題は、付加的なインダクタンスを用いずに、均一な放電分布を調整することができる拡散冷却方式ガスレーザを提供することである。
【０００８】
上述の課題は、本発明と相応に、第１の電極と第２の電極とこれらの電極の間に配置された放電ギャップとを有する拡散冷却方式ガスレーザ装置によって解決される。ここで、これら複数の電極のうちの少なくとも１つの電極の上には、放電ギャップ側に誘電体が配置されている。放電ギャップ内の放電分布に影響を与えるこの誘電体の誘電厚（dielektrische Dicke）ｄ／εresは、その上に誘電体が配置されている電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に、面にわたって変化する。ここでｄは誘電体の厚みであり、εresは誘電体の、結果として生じる誘電率である。誘電体の誘電厚ｄ／εresは、本願では、誘電体の厚みｄを、誘電体の結果として生じる誘電率εresで割ったときの商として規定されている。結果として生じる誘電率は、電極と放電ギャップとの間の所定の箇所にある材料の誘電率によって決まる。本発明の拡散冷却方式ガスレーザ装置によって、レーザガスの循環を省くことができる。なぜならこれは、レーザの壁を介して、拡散冷却を用いて冷却されるからである。電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿った、殊に面にわたった誘電厚の変化によって、レーザ媒質（ガス）の温度分布を、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって、調整することが可能になる。殊にこの温度分布は次のように調整される。すなわち、この温度分布が電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたってほぼ一定であるように調整される。誘電厚が調整されることによって、付加的なインダクタンスを設ける必要がなくなる。一定の温度の調整に対して択一的に、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿った、殊に面にわたったゲイン分布が可能である。誘電厚の整合ないしは調整によって、入力される電力の分布を次のように整合させることができる。すなわち、放電ギャップ内でガスの所望の温度分布が得られるように、整合させることができる。概念「ディメンジョン」とは、ここでは方向の意味である。ここで方向は、直線的であっても、または、円周方向であってもよく、例えば円柱状電極の場合には湾曲している。
【０００９】
殊に、誘電体の、結果として生じる誘電率εresを、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって変化させることが可能である。これは、誘電体の誘電厚に影響を与える。殊に、結果として生じる誘電率εresの所定の分布を調整することができる。
【００１０】
択一的または付加的に、誘電厚を次のことによって制御することができる。すなわち、誘電体の誘電厚に影響を与える、誘電体の厚みを、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって変化させることによってである。従って、誘電厚を調整するために、厚みｄおよび／または結果として生じる誘電率εresを変えることが可能である。誘電率は、殊に、誘電体の材料の選択によって調整可能である。
【００１１】
電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿った、殊に面にわたった誘電厚の分布は無段階であってよい。択一的に、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿った、殊に面にわたった誘電厚の分布が段階を有していてもよい。ここでこの段階は、同じ長さ、高さおよび／または幅、または、異なる長さ、高さおよび／または幅を有し得る。従って、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿った、殊に面にわたった、誘電厚の分布はほぼ任意に調整可能である。誘電厚の分布が段階状である場合には、この分布は殊に、２つよりも多くの段階で設けられ、有利には３つよりも多くの段階、特に有利には７つよりも多くの段階で設けられる。これによって、温度の、格段に均一な調整が可能になる。
【００１２】
誘電体が、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分を有している場合に、誘電厚が容易に調整される。ここでは、少なくとも１つの材料成分の厚さは、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって変化する。従って、放電ギャップの方向において、殊に電極の表面に対して垂直な方向において、結果として生じる誘電厚が変化する。
【００１３】
少なくとも１つの材料成分は、電極表面にわたって全体に分布する。従って、電極表面は、付加的に腐食から保護される。
【００１４】
少なくとも１つの材料成分は、電極表面にわたって一定な誘電率の分布を有している。これはコストが低い実施形態である。誘電厚のバリエーションは、第２の材料成分によって実現される。
【００１５】
ガスレーザ装置では、周波数が高い（高周波出力）の場合に、面状に放電ギャップ内に電力が入力される。この周波数は１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの間の範囲にあり、殊に１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの間にある。特に有利にはこれは、７０ＭＨｚ〜９０ＭＨｚの間にある。入力された電力は２ｋＷよりも大きい。電極表面の空間的な拡がりは、長さにおいて少なくとも５００ｍｍであり、幅において少なくとも３００ｍｍである。十分な大きさのレーザ出力を生成するためには、最小でもこのようなサイズの電極が必要である。電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって、誘電厚の分布を有する装置は、有利には、付加的な効果を有する。すなわち、波長によって生じる、電界強度の空間的な分布を放電ギャップ内で調整することができる、という効果である。殊に、電界強度の極めて均一な分布を調整することができる。これは、電力の最適な利用にとって望ましい。これは次のような場合に特に良好に機能する。すなわち、結果として生じる誘電率の分布のみが変化するのではなく、誘電体の空間的な拡がりも、少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に電極表面にわたって変化する場合である。
【００１６】
少なくとも１つの材料成分は、ディメンジョンに沿って、殊に電極表面にわたって変化する厚さを有している。
【００１７】
１つの実施形態では、誘電体は異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分を有することができる。ここでこれらの材料成分は、殊に層で、放電ギャップの方向において相互に重なって配置されており、少なくとも２つの材料成分層の厚さの比は、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって変化する。ここで、結果として生じる誘電率εresは、放電ギャップの方向における、殊に、電極表面に垂直の材料層の誘電率から生じる。
【００１８】
誘電厚を調整するために、さらに、誘電体が、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分を有するようにすることができる。ここで、少なくとも１つの領域では、一方の材料成分が他方の材料成分によって閉じ込められている、または、他の材料成分によって拡がりが制限されている。殊に、少なくとも１つの領域では、一方の材料成分は完全に、他方の材料成分の内に閉じ込められる。閉じ込められる材料成分はここで、異なる幾何学的な形状を取り得る。さらに、例えば一方の材料成分としての空気が、他方の材料成分内に閉じ込められ得る。従って気泡が所期のように、誘電厚を調整するために用いられる。
【００１９】
レーザ使用に対して特に、誘電体が、材料である水、セラミック、ＰＴＦＥ、空気またはポリエチレンのうちの１つまたは複数を含んでいることが有利である。これらの材料は、大きく異なる誘電率を有している。従って、これらの材料のうちの複数を組み合わせることによって、特に容易にかつ所期のように、誘電厚を調整することができる。さらに例えば、水を、付加的に冷却のための使用することができる。
【００２０】
さらなる利点は、固形である第１の材料成分を使用する場合に生じる。この固形の材料成分は、他の、固形ではない材料成分、すなわち流体を閉じ込めるまたは流体の空間を制限する。この流体はここで、さらに、冷却のためにも使用可能である。流体として、水が有利であることが判明している。なぜなら水は５０を上回る比較的高い誘電率を有しており、使用されている高周波出力によって不都合に化学的に変化しないからである。
【００２１】
殊に、同軸レーザに関連して、次のことが有利である。すなわち、電極に中央電力供給部が設けられており、誘電体の、結果として生じる誘電率εresが、中央電力供給部において、電極の終端まで、殊に連続的に低減することが有利である。このような措置によって、レーザの長さにわたった均一な温度分布が得られる。
【００２２】
択一的に、電極に、電力供給部を、電極の２つの終端部のうちの１つに設けることができ、誘電体の、結果として生じる誘電率εresは、中央電力供給部から電極の縁部まで、殊に連続的に低減する。従って上述の領域において電力、殊に高周波電力を特に均一に入力することができる。
【００２３】
さらに、電極に中央電力供給部を設けることができ、誘電体の、結果として生じる誘電率εresはこの中央電力供給部から電極の端部まで、殊に連続的に増大する。
【００２４】
さらに、電極に電力供給部を、電極の２つの終端部のうちの１つに設けることができ、誘電体の、結果として生じる誘電率εresは、中央電力供給部から電極の縁部まで、殊に連続的に増大する。この場合には、中央電力供給部と、縁部電力供給部とが１つずつ存在する。
【００２５】
ガスレーザ装置はスラブレーザとして形成され得る。この実施形態は、大部分が平面に広がっている２つの電極を特徴とする。このような装置においてレーザビームは、しばしば、電極を通って案内される。誘電厚の分布によって、電力入力と温度分布とが調整される。
【００２６】
ガスレーザ装置は、同軸レーザとして形成可能である。この装置は、円柱状の装置において、１つの電極が内側導体として設けられており、１つの電極が外側導体として設けられていることを特徴としている。レーザビームは、このような装置において、しばしば、電極を通って案内されるのではなく、いわゆる自由ビームとして自由にガス放電空間内に拡がることができる。これは次のことを意味している。すなわち、レーザビームが幾何学形状的な装置、例えば電極自体を通って案内されるのではなく、電極間のガス放電空間内に自由に形成されることを意味する。このようなビームは通常、凹状に形成される。これは共振ミラーへと拡がり、共振ミラーの間に、僅かな空間的な拡がりを有する。
【００２７】
電極の間隔が、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって変化する場合には、幅が一定ではない放電ギャップが調整される。このような措置によって、所期のように、ビームの形状が調整される。自由ビームレーザの場合には、このような装置によって、電力入力が改善される。
【００２８】
ここで、少なくとも１つの電極は、断面で双曲線状表面を有し得る。これは他の電極の方を向いている。対向する電極は平らである、または、双曲線状表面も有し得る。同軸レーザでは、電極表面は断面で見て、双曲線状表面を有し得る。
【００２９】
少なくとも１つの材料成分は、電極面にわたって変化する厚さを有し得る。これは、ビームの空間的な拡がりに合わせられている。従って、電力はより均一に入力される。少なくとも１つの材料成分のこの空間的な拡がりは、それ自体が、電極中央で電極端部でよりも厚い拡がりを有している凸型の構造を有している場合には、凹状のレーザビームに良好に合わせられている。この形状は複数の段の段階状でも、段階的でなくても、双曲線状でも、楕円状でもよい。
【００３０】
さらに、２つの電極の表面を相互に平行に配置することが可能である。
【００３１】
誘電体は、最も厚い部分で、少なくとも１ｍｍの厚さを有し得る。少なくとも５ｍｍのさらに厚い厚さが有利であり、少なくとも１０ｍｍのさらに厚い厚さが特に有利であることが判明している。この厚さは殊に、ガス放電装置の電極の長さの１００分の１を上回るべきである。入力される高周波電力の周波数によって決められる波長の１０００分の１を上回る厚さも特に有利であることが判明している。このような厚さの場合には、特に、上述した領域内への高周波電力の入力の際に、波長作用に基づいて生じる電極面上の不所望な入力電力分布を阻止することができる。上述したように、レーザ出力が高い場合には、ある程度の最低面積が電極に必要である。一般的に、拡散冷却方式のレーザを生じさせるために、入力された電気エネルギーはできるだけ損失無くレーザ光に変換されなければならない。上述した領域の周波数はこれに特に良好に適している。しかし、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの間の周波数では、長さが５００ｍｍを越える電極面上に、既に存在している波が形成される。誘電厚が変化する装置によって、この作用に対して対抗し得る。
【００３２】
さらなる利点は、誘電体の最低厚さが１ｍｍ、５ｍｍないしは１０ｍｍの場合に得られる。レーザビームの形成に必要とされるガス放電の形成時には、レーザビームと電極との間、ないしは、レーザビームと誘電材料との間に、縁部層が形成される。この縁部層は、キャパシタンスとインダクタンスとを有している。これは、電力入力に影響を与える。この結果、波長は小さくなる。これによって、存在している波の形成の不所望な作用が強くなる。誘電厚が変化する装置によって、この作用に対しても対抗し得る。さらに、上述のように、電極の寸法および入力されるＨＦ出力の波長に従っても決められる、誘電体の最低厚さが必要である。
【００３３】
本発明には、さらに、第１の電極と、第２の電極と、これらの電極の間に配置された放電ギャップとを有する拡散冷却方式ガスレーザ装置での、放電分布の調整方法が含まれる。ここで、これら複数の電極のうちの１つには、放電ギャップ側に誘電体が配置されており、ここでは高周波電力が、面状に、この放電ギャップ内に入力される。ここで、誘電体の誘電厚ｄ／εresを放電ギャップ内の放電分布に影響を与えるために調整することによって、面状に入力されたＨＦ電力の分布が調整される。ここでｄは、誘電体の厚みであり、εresは誘電体の、結果として生じる誘電率である。
【００３４】
ここで、結果として生じる誘電率は、種々の誘電率εrを有する材料成分の組み合わせによって調整される。
【００３５】
さらに、誘電厚の分布は、種々の幾何学的形状を有する材料成分の組み合わせを介して調整される。ここで、種々の二次元の幾何学形状または三次元の幾何学的な形状が調整される。殊に、三次元の形状の材料成分を、他の材料成分内に閉じ込めることも可能である。
【００３６】
放電の温度分布が放電ギャップにわたって、殊に放電ギャップの長さにわたって、誘電厚の調整によって殊に一定に調整されるようにすることができる。
【００３７】
択一的に、所定のゲイン分布が、放電ギャップにわたって誘電厚の調整によって調整される。
【００３８】
さらに、少なくとも２つの誘電性材料層を放電ギャップの方向で見て相互に重ねて用いることによって、誘電体の誘電厚を調整することができる。ここで少なくとも１つの材料層の厚さは、誘電体を担っている電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、殊に面にわたって変えられる。
【００３９】
本発明のさらなる特徴および利点は、本発明にとって重要な細部を示している図面に基づく本発明の実施例の後続の説明および請求項に記載されている。個々の特徴は、本発明の変形において、個別に単独でまたは複数で任意の組み合わせで実現可能である。
【００４０】
本発明の有利な実施例を図面に概略的に示し、以降で、図面を参照してより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１ａは、本発明の拡散冷却方式ガスレーザ装置の部分的な断面図であり、図１ｂは長さに関して中央に電力供給部が設けられている、誘電厚が調整されない、同軸レーザの出力分布および温度分布であり、図１ｃは同軸レーザでの所望の温度分布である
【図２】図１ａの拡散冷却方式ガスレーザ装置の拡大図
【図３】誘電体を形成する２つの異なる材料層を有する電極の断面図
【図４】２つの材料から成る誘電体を有する電極の断面図であり、ここで、材料の厚さは連続的に、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って変化する
【図５】誘電体を有する電極の別の断面図であり、ここで材料層は、電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って異なる厚さを有している
【図６】誘電体を有する電極の断面図であり、ここで第１の材料層内に第２の材料層が入れられている
【図７】幅に関して中央の電力供給部を有する電極
【図８】面に関して中央の電力供給部を有する電極
【実施例】
【００４２】
図１ａは、部分的な断面図で、拡散冷却方式ガスレーザ装置１を示している。ガスレーザ装置１は、外側の電極２を有しており、この中に、冷却剤用の冷却管３が配置されている。外側の電極２は金属から形成されており、アース接続されている。電極２のすぐ下には、放電ギャップ４が存在する。第２の電極には符号５が付けられている。
【００４３】
第２の電極５の上には、誘電体が配置されている。ここでこの誘電体は複数の層を有している。電極５上には、まずは、水の層６が配置されている。この上に、ＰＴＦＥから成る材料層７が形成されている。この上に、また、水から成る材料層８が設けられている。この材料層８には、セラミックから成る材料層９が続く。従って、電極５の放電ギャップ側の面の誘電体は、この実施例では、それぞれ固有の誘電率εrを有する４つの異なる材料から成る。誘電厚ｄ／εresの変化はこの実施例では、電極５の面ないしは長さにわたって異なる誘電体の厚みによって生じる。これはこの図では見て取れず、図２の拡大図で初めて見て取れる。
【００４４】
図１ａからさらに、電極５の長さに関して中央にある箇所１０で、電力供給が行われることが見て取れる。
【００４５】
図１ａに示されているような同軸レーザでは、電力が中央で供給される場合、ダイヤグラム１ｂに従った電力分布が生じる。これは次のことを意味する。すなわち、電力が給電箇所で最大値を有し、同軸レーザの両端に向かって低減していくことを意味する。これによって、図１ｂに示されているような温度分布Ｔも生じてしまう。しかし望ましいのは、図１ｃに示されているような温度分布Ｔである。すなわちレーザの長さにわたって一定の温度である。これはガスレーザの長さにわたった、ないしは、電極５の面にわたった、誘電厚の調整によって実現される。
【００４６】
図２から、電極２の表面１１も、誘電体１３、殊に材料層９の表面１２も湾曲していることが見て取れる。図示の実施例では、電極２の表面および材料層９、ひいては誘電体１３の表面は、断面で、双曲線状の湾曲を有している。この結果、破線１４に沿った誘電厚、すなわち長さに関して電極５の中央での誘電厚は、破線１５に沿った誘電厚、すなわちレーザの終端での誘電厚とは異なる。このような措置によって、および、材料６〜９を適切に選択することによって、ガスレーザ装置の長さにわたった電力分布を、ひいては温度分布を次のように調整することができる。すなわち、レーザの長さにわたって一定の温度が生じるように、調整することができる。
【００４７】
図２では、共振器ミラー１６とレーザビーム１７も示されている。レーザビームは、共振器ミラー１６の間で凹状に伝播する。レーザビーム１７と、電極２ないしは材料層９の、レーザビーム１７の方を向いている面との間に、縁部層１８が位置している。
【００４８】
電力が図１ａに示されているように箇所１０で供給されるのではなく、終端部で供給されるのであれば、一定の温度分布を得るために、誘電厚は異なって調整されなければならないだろう。
【００４９】
図３は、その上に誘電体２１が配置されている電極２０の断面図を示している。誘電体２１は、第１の材料層２２と第２の材料層２３とを含んでいる。第２の材料層２３は、第１の材料層２２内に埋設されており、階段状の経過を示している。これは次のことを意味している。すなわち、線２４、２５、２６に沿って誘電厚が異なっている、ということを意味している。なぜなら、第１の材料２２の誘電率εrと第２の材料２３の誘電率εrは、結果として生じる誘電率εresに対して異なって寄与するからである。
【００５０】
図４には電極３０が示されている。この電極３０の上には、誘電体３１が位置する。この誘電体３１は、第１の材料３２と第２の材料３３とを有している。第１の材料３２の厚さも、第２の材料３３の厚さも、連続的に電極３０の長さにわたって、ひいては電極３０の少なくとも１つのディメンジョンに沿って変化していることが容易に見て取れる。従って線３４、３５に沿って、異なる誘電厚が生じる。なぜなら、それぞれ異なるεrを備えた、材料３２、３３の、結果として生じる誘電厚に対する寄与が、異なっているからである。
【００５１】
図５には電極４０が示されている。この電極４０は放電ギャップ側で、誘電体４１を担っている。この誘電体は、２つの材料４２、４３から成る。ここで、材料層４２は一定の厚さを有しており、材料層４３は双曲線状に形成されている。従って誘電層４３の厚さは、電極４０の長さないしは面にわたって変化する。ここから、結果として、破線４４、４５に沿って異なる誘電厚が生じる。
【００５２】
図６には電極５０が示されている。これは誘電体５１を有している。この誘電体５１は、第１の材料５２と第２の材料５３とを有している。ここでこの第２の材料５３は完全に、第１の材料５２内に閉じ込められており、殊に球形に形成されている。例えば、第２の材料５３は、球形の気泡であり得る。この結果、誘電厚は、線５４、５５に沿って異なる。
【００５３】
図７は、電極７０を示している。これは例えば、スラブレーザで使用され得る。ここで示されているのは、電極７０の幅に関して中央にある給電部７１である。しかしこれは、電極７０の長さに関して終端に設けられている。
【００５４】
択一的な給電部が、電極８０が示されている図８に示されている。ここでは箇所８１で、電極の面に関して中央で、給電が行われる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月16日(2015.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散冷却方式ガスレーザ装置（１）であって、
当該ガスレーザ装置（１）は、第１の電極（２）と、第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）と、当該第１の電極（２）と第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）との間に配置されている放電ギャップ（４）とを有しており、
前記第１の電極（２）および第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）のうちの少なくとも第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）上の、放電ギャップ側に、誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）が配置されており、
前記放電ギャップ（４）内の放電分布に影響を与える、当該誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の誘電厚ｄ／εresは、前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）が配置されている前記第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、面にわたって変化し、ここで、ｄは前記誘電体（１３）の厚みであり、εresは前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の、結果として生じる誘電率である、ガスレーザ装置（１）において、
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の最も厚い箇所の厚さは少なくとも１ｍｍである、または、前記第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）の長さの１００分の１を上回る、または、入力されるべき高周波電力の周波数によって決まる波長の１０００分の１を上回る、
ことを特徴とする拡散冷却方式ガスレーザ装置（１）。
【請求項２】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、前記第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、前記結果として生じる誘電率εresの変化を有しており、当該変化は前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の前記誘電厚に影響を与える、請求項１のガスレーザ装置。
【請求項３】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、前記第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って、厚さの変化を有しており、当該変化は前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の前記誘電厚に影響を与える、請求項１または２記載のガスレーザ装置。
【請求項４】
前記電極（５、３０）の少なくとも１つのディメンジョンに沿った前記誘電厚の分布は無段階である、または、少なくとも２つ、もしくは、少なくとも３つの段階を有する段階形状である、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項５】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）を有しており、
少なくとも１つの材料成分（９、２２、２３、３２、３３、４３、５３）の厚さは、前記第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）の少なくとも１つのディメンジョンに沿って変化する、請求項１から４までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項６】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）を有しており、
当該少なくとも２つの材料成分（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）は放電ギャップの方向において相互に重なって配置されており、
前記少なくとも２つの材料層（６〜９、２２、２３、３２、３３、４２、４３、５２、５３）の厚さの比は、前記電極の少なくとも１つのディメンジョンに沿って変化する、請求項１から５までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項７】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、異なる誘電率εrを備えた少なくとも２つの材料成分（２２、２３、５２、５３）を有しており、
少なくとも１つの領域において、一方の材料成分（２３、５３）は他方の材料成分（２２、５２）によって閉じ込められている、または、他方の材料成分（２２、５２）によって拡がりが制限されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項８】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は、材料である水、セラミック、ＰＴＦＥ、空気、ポリエチレンのうちの１つまたは複数を含んでいる、請求項１から７までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項９】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の厚さは少なくとも１ｍｍである、または、前記第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）の長さの１００分の１を上回る、または、入力されるべき高周波電力の周波数によって決まる波長の１０００分の１を上回る、請求項１から８までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１０】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の少なくとも１つの材料成分は、前記第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）の面にわたって変化する厚みを有しており、当該厚みは、ビームの空間的な拡がりに合わせられている、請求項１から９までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１１】
前記誘電体（１３、４１）の少なくとも１つの材料成分は、前記第２の電極（５、４０）の中央において、前記電極の縁部におけるよりも厚い凸状構造を有している、請求項１０記載のガスレーザ装置。
【請求項１２】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）は固形の材料成分を有しており、当該固形の材料成分は、他の、固形ではない材料成分を閉じ込めている、または、他の、固形ではない材料成分の空間を制限している、請求項１から１１までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１３】
前記他の、固形ではない材料成分は、流体、もしくは、水である、請求項１２記載のガスレーザ装置。
【請求項１４】
前記第２の電極の長さ、幅、または、面に関する中央に、電力供給部が設けられており、前記誘電体の、結果として生じる誘電率εresは当該電力供給部から前記電極の縁部まで、連続的に、または、段階的に増大する、請求項１から１３までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１５】
前記第１または前記第２の電極の２つの端部のうちの１つの端部に電力供給部が設けられている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１６】
前記ガスレーザ装置はスラブレーザとして構成されており、前記第１の電極および第２の電極を通してレーザビームを案内するように構成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１７】
前記第１の電極と第２の電極との間の間隔は、前記第１の電極および第２の電極の少なくとも１つのディメンジョンにおいて、面にわたって変化する、請求項１から１６までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１８】
前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の少なくとも１つの材料成分は、前記第２の電極の面にわたって変化する厚さを有しており、当該厚さは、ビームの空間的な拡がりに合わせられている、請求項１から１７までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項１９】
周波数が高い場合に電力を面状に前記放電ギャップ内に入力するように構成されており、ここで、前記周波数は１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚの間、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの間、または、７０ＭＨｚ〜９０ＭＨｚの間にある、請求項１から１８までのいずれか１項記載のガスレーザ装置。
【請求項２０】
前記入力される電力は２ｋＷを上回る、請求項１９記載のガスレーザ装置。
【請求項２１】
前記電極面の空間的な拡がりは、長さにおいて少なくとも５００ｍｍであり、幅において少なくとも３００ｍｍである、請求項２０記載のガスレーザ装置。
【請求項２２】
拡散冷却方式ガスレーザ装置における放電分布を調整する方法であって、
当該ガスレーザ装置は、第１の電極（２）と、第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）と、当該第１の電極（２）と第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）との間に配置されている放電ギャップ（４）とを有しており、
前記第１の電極（２）および第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）のうちの少なくとも第２の電極（５、２０、３０、４０、５０）上の、放電ギャップ側に、誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）が配置されており、
高周波電力を面状に前記放電ギャップ（４）内に入力する方法において、
前記放電ギャップ（４）内の放電分布に影響を与える、前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の誘電厚ｄ／εresを調整することによって、前記面状に入力される高周波電力の分布を調整し、ここで、ｄは前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の厚みであり、εresは前記誘電体（１３、２１、３１、４１、５１）の、結果として生じる誘電率である、
ことを特徴とする、拡散冷却方式ガスレーザ装置における放電分布を調整する方法。
【国際調査報告】
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