JP5147574B2

JP5147574B2 - ガスレーザ発振器

Info

Publication number: JP5147574B2
Application number: JP2008178801A
Authority: JP
Inventors: 友博京藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: JP2010021236A

Description

本発明は、ガスレーザ発振器に係り、特にガスの循環方向と放電方向とレーザビームの出力方向とが三軸に直交する三軸直交型のガスレーザ発振器に関するものである。

レーザ加工システムなどに用いられるガスレーザ発振器の１つとして、ガスの循環方向、放電方向およびレーザビームの出力方向が三軸に直交する三軸直交型ガスレーザ発振器がある。このような三軸直交型ガスレーザ発振器は、１対の放電電極に電力を投入することによって放電電極間に励起放電を起こさせる。そして、部分反射鏡と全反射鏡により構成される光共振器によって光を増幅させ、部分反射鏡と全反射鏡との間でレーザ発振を行なう。このとき、放電電極間（励起放電領域）への投入電力が大きいと、励起されるガス温度が高くなり、励起効率が低下する。このため、三軸直交型ガスレーザ発振器は、送風機によって常に高温ガスを放電幅方向（レーザビームの出力方向および放電方向に垂直な方向）に流し、熱交換器で高温ガスを冷却する構成となっている。このような構成とすることで、光共振する励起放電領域では、励起放電が常に高い発振効率で保たれる。

また、三軸直交型ガスレーザ発振器には、部分反射鏡や全反射鏡の近傍に、ガスの流れを作るためのダクトが設けられている。このダクトは、励起放電領域と非励起領域（部分反射鏡と全反射鏡の間の領域であって励起放電領域以外の領域）との圧力差を利用して、部分反射鏡側から励起放電領域側へのガス流と、全反射鏡側から励起放電領域側へのガス流とを形成している。三軸直交型ガスレーザ発振器は、このようなダクトによって非励起領域に常に冷えたガスを流している。これにより、三軸直交型ガスレーザ発振器は、レーザ発振効率が低下することを防ぎ、安定した高いレーザ出力を得ている。

ところで、励起放電領域などには、金属ダストが発生する。この金属ダストが部分反射鏡や全反射鏡に付着すると、三軸直交型ガスレーザ発振器が出力するレーザビームのビーム品質に悪影響を及ぼす。前述のダクトを有した三軸直交型ガスレーザ発振器の場合、ガス流によって発生する渦状のガスの流れにより、放電電極などを格納する真空容器内に浮遊するホコリなどの微粒子が部分反射鏡や全反射鏡に付着する。このため、光学部品のメンテナンスを頻繁に行なわないと、安定したビーム品質を得られない。特に高出力タイプのレーザ発振器では、光学部品のメンテナンス頻度が高くなる。

金属ダストを部分反射鏡や全反射鏡へ到達させにくくする方法として、部分反射鏡と励起放電領域との間や、全反射鏡と励起放電領域との間に、ガスの流れが生じない空間（静ガス室）を設ける方法がある。また、部分反射鏡と励起放電領域との間（静ガス室の入口）や、全反射鏡と励起放電領域との間に、ダスト反発電極を設ける方法がある。ダスト反発電極は、負電圧印加電源によって負の電圧が印加されており、放電によってマイナスに帯電している金属ダストの静ガス室への進入をクーロン力によって防いでいる（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−６７８２３号公報

しかしながら、上記従来の技術では、励起放電領域にプラスに帯電した金属ダストが浮遊している場合、ダスト反発電極に印加されている負の電圧により金属ダストが部分反射鏡や全反射鏡の方向に加速され光学部品に付着する。この結果、光学部品のメンテナンスを頻繁に行わないと、安定したビーム品質を得られないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定したビーム品質を有したレーザビームを長期間にわたって出力することができる三軸直交型のガスレーザ発振器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、部分反射鏡と全反射鏡との間に配置された１対の放電電極間で励起放電を起こすとともに部分反射鏡と全反射鏡との間で励起光を増幅させて部分反射鏡側からレーザビームを出力し、かつレーザガスの循環方向と、放電方向と、レーザビームの出力方向と、が互いに直交する三軸直交型のガスレーザ発振器において、前記部分反射鏡と前記全反射鏡との間に挟まれた領域のうち前記放電電極と前記部分反射鏡との間の非励起領域に配置されて前記レーザガスのガス流を制御する出力側ダクトと、第１の平板状部材を用いて形成されるとともに、前記部分反射鏡側に進む前記レーザビームと垂直な方向に前記第１の平板状部材の主面が向くよう前記出力側ダクト内に配置され、かつ前記第１の平板状部材に前記レーザビームを通過させる隙間があけられた出力側仕切り部と、を備え、前記出力側仕切り部は、所定の位置で絶縁されて分断されており、分断されている一方の出力側仕切り部にプラスの電圧が印加されるとともに、分断されている他方の出力側仕切り部にマイナスの電圧が印加されることを特徴とする。

この発明によれば、一方の出力側仕切り部にプラスの電圧を印加し他方の出力側仕切り部にマイナスの電圧を印加しているので、部分反射鏡側へ流れ込む微粒子を減少させることができ、この結果、部分反射鏡に付着する微粒子が減少するので、安定したビーム品質を有したレーザビームを長期間にわたって出力することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係るガスレーザ発振器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るガスレーザ発振器の概略構成を示す図である。ガスレーザ発振器１００は、真空容器１０からレーザビームＬをパルス発振させる装置であり、真空容器１０の横にガス（レーザガス）の流れを補助（制御）するダクト８Ａが配置されている。ガスレーザ発振器１００は、ガスの循環方向、放電方向、レーザビームＬの出力方向が三軸に直交する三軸直交型のレーザ発振器である。なお、以下では、ガスの循環方向をｚ軸方向、放電方向をｙ軸方向、レーザビームＬの出力方向をｘ軸方向として説明する。

真空容器１０は、主放電するための電極（後述する１対の放電電極１）を格納しており、放電電極１に電圧を印加することによって、レーザビームＬを発生させる。真空容器１０のうち、レーザビームＬの出力方向となる端部側には、レーザビームＬの一部を反射するとともに残りの一部を外部に出力する光学部品（後述する部分反射鏡４）が配置されている。

ダクト８Ａは、部分反射鏡４と真空容器１０との間に配置されており、部分反射鏡４と真空容器１０との間の空間のガス流を制御する。ダクト８Ａは、例えば柱軸方向をレーザビームＬの出力方向とした概略四角柱状をなしている。ダクト８Ａの柱軸方向には、レーザビームＬを通過させる通過穴Ｈが設けられている。真空容器１０内で発生したレーザビームＬは、通過穴Ｈを通って部分反射鏡４に到達し、レーザビームＬの一部がガスレーザ発振器１００の外部に出力される。

ガスレーザ発振器１００は、ダクト８Ａ内に１対の仕切り板２５を有している。各仕切り板２５は、ｙｚ平面と平行な位置に配置されており、真空容器１０から部分反射鏡４側へのガスの進入を防止する。また、２枚の仕切り板２５は、ｙ軸方向に所定の距離だけ離されて配置されており、それぞれにプラスの電圧（＋Ｖ）とマイナスの電圧（−Ｖ）が印加されている。真空容器１０から部分反射鏡４側へ流れてくる粉塵などの不純物（後述の微粒子１２Ｍ，１２Ｐ）は、プラスまたはマイナスに帯電している。したがって、ガスレーザ発振器１００は、プラスとマイナスの電圧が印加された１対の仕切り板２５によって、プラスやマイナスに帯電している微粒子（荷電粒子）１２Ｍ，１２Ｐの部分反射鏡４側への進入を抑止する。具体的には、プラスの電圧が印加された仕切り板２５によって、マイナスに帯電している微粒子１２Ｐを引きつけ、マイナスの電圧が印加された仕切り板２５によって、プラスに帯電している微粒子１２Ｍを引きつける。また、プラスの電圧が印加された仕切り板２５によって、プラスに帯電している微粒子１２Ｐを真空容器１０へ跳ね返し、マイナスの電圧が印加された仕切り板２５によって、マイナスに帯電している微粒子１２Ｍを真空容器１０へ跳ね返す。

なお、ここではレーザビームＬの部分反射側（出力側）に配置されるダクト８Ａについて説明したが、本実施の形態では、レーザビームＬの全反射側にもダクト８Ａと同様の構成を有したダクト（後述のダクト８Ｂ）を配置しておく。また、図１では真空容器１０やダクト８Ａ，８Ｂが四角柱状である場合を図示したが、真空容器１０やダクト８Ａ，８Ｂは、円柱状などの柱状であってもよい。

図２および図３は、実施の形態１に係るガスレーザ発振器の断面構成を示す図である。図２では、ｚ軸方向から見たガスレーザ発振器１００の断面図（ｘｙ平面で切断した場合）を示している。また、図３では、ｘ軸方向から見たガスレーザ発振器１００の断面図（ｙｚ平面で切断した場合）を示している。なお、ダクト８Ａが特許請求の範囲に記載の出力側ダクトに対応し、ダクト８Ｂが特許請求の範囲に記載の全反射側ダクトに対応している。

ガスレーザ発振器１００は、真空容器１０と、ガスの流れを補助するダクト８Ａ，８Ｂと、部分反射鏡４と、全反射鏡５と、電源３０と、を有している。真空容器１０は、その内部が真空に保たれた概略四角柱状の筐体であり、レーザビームＬを発生させる。真空容器１０内には、１対の放電電極１と、ガスを循環させるための送風機６と、ガスを冷却するための熱交換器７と、ダクト８Ａ，８Ｂの一部と、ダクト９と、が格納されている。

放電電極１は、概略平板状をなしており、それぞれの主面がｘｚ平面と平行になるよう所定の距離だけ離された状態で真空容器１０内に固定されている。放電電極１に電力が投入されると放電電極１間に励起放電が起こる。上側の放電電極１と下側の放電電極１とで挟まれた領域が、励起放電領域２となる。

熱交換器７は、放電電極１の下側に配置されており、真空容器１０の下部にあるガス（高温ガス）を冷却する。送風機６は、熱交換器７の横に配置されており、熱交換器７によって冷却されたガスをｚ軸方向（放電幅方向）へ送風する。送風機６から送り出されたガスは、真空容器１０の側壁面や底面に衝突して真空容器１０の上部に送られ、励起放電領域２などを通過する。励起放電領域２などを通過したガスは、真空容器１０の側壁面や上面に衝突して真空容器１０の下部に送られる。真空容器１０の下部に送られてくるガスは、熱交換器７で冷却されて送風機６によって吸い込まれる。これにより、光共振領域では励起放電領域２の温度を低く保つことができ、高い発振効率を維持することができる。

ダクト８Ａ，８Ｂは、概略四角柱状の外壁を有しており、レーザビームＬの通過穴を有した有底筒状をなしている。ダクト８Ａ，８Ｂは、その一部が真空容器１０内に挿入されるとともに、残りの一部が真空容器１０から突出した状態で真空容器１０に固定されている。ダクト８Ａ，８Ｂは、柱軸（ｘ軸方向）が、真空容器１０の柱軸（レーザビームＬの出力方向）と同じになるよう、真空容器１０に接合されている。

本実施の形態のガスレーザ発振器１００は、２つのダクト８Ａ，８Ｂを有している。一方のダクト８Ａが、真空容器１０のｘ軸方向の一方の端部（レーザビームＬの出力側）に配置され、他方のダクト８Ｂが真空容器１０のｘ軸方向の他方の端部（レーザビームＬの反射側）に配置されている。ダクト８Ａ，８Ｂ内には、真空容器１０からのレーザビームＬを通過させるためのｘ軸方向の経路（レーザ光の通過穴Ｈ）が設けられている。

部分反射鏡４は、ダクト８Ａのｘ軸方向の端部（真空容器１０の反対側）に配置されている。部分反射鏡４は、概略平板状をなしており、主面がｙｚ平面と平行になるようダクト８Ａ（通過穴Ｈの出口）に接合されている。部分反射鏡４は、ダクト８Ａの内部を通過してくるレーザビームＬの一部をガスレーザ発振器１００の外部に通過させるとともに、残りの一部を真空容器１０の内部に反射する。

全反射鏡５は、ダクト８Ｂのｘ軸方向の端部（真空容器１０の反対側）に配置されている。全反射鏡５は、概略平板状をなしており、主面がｙｚ平面と平行になるようダクト８Ｂに接合されている。全反射鏡５は、ダクト８Ｂの内部を通過してくるレーザビームＬを真空容器１０の内部に反射する。

部分反射鏡４と全反射鏡５の間の領域であって励起放電領域２以外の領域が、非励起領域３となる。したがって、ダクト８Ａ内とダクト８Ｂ内は、非励起領域３である。ガスレーザ発振器１００では、非励起領域３と励起放電領域２との圧力差を利用して、部分反射鏡４側から励起放電領域２側へのガス流を形成するとともに、全反射鏡５側から励起放電領域２側へのガス流を形成している。

ガスレーザ発振器１００は、１対の放電電極１に電力を投入することによって放電電極１間に励起放電を起こさせる。そして、部分反射鏡４と全反射鏡５によって構成される光共振機構によって励起光を増幅させ、部分反射鏡４と全反射鏡５との間でレーザ発振を行なわせる。

電源３０は、ダクト８Ａ，８Ｂ内の上部側に配置される仕切り板２５と、ダクト８Ａ，８Ｂ内の下部側に配置される仕切り板２５とに接続されている。電源３０は、ダクト８Ａ，８Ｂ内の上部側に配置される仕切り板２５にプラスの電圧を印加し、ダクト８Ａ，８Ｂ内の下部側に配置される仕切り板２５にマイナスの電圧を印加する。ダクト９は、上部側の放電電極１の近傍から真空容器１０の外部へと延びる送風管（風道）である。

真空容器１０内には、浮遊する微粒子（不純物）１２Ｍ，１２Ｐが発生する。微粒子１２Ｍは、マイナスに帯電している金属ダストや埃などであり、微粒子１２Ｐは、プラスに帯電している金属ダストやホコリなどである。本実施の形態では、ダクト８Ａ，８Ｂと電源３０によって、真空容器１０内の微粒子１２Ｍ，１２Ｐが部分反射鏡４や全反射鏡５へ付着することを防止する。

つぎに、ダクト８Ａ，８Ｂの構成と、ダクト８Ａ，８Ｂによって形成される主なガスの流れ（ガス流）について説明する。なお、ダクト８Ａ内の仕切り板２５が特許請求の範囲に記載の出力側仕切り部に対応し、ダクト８Ｂ内の仕切り板２５が特許請求の範囲に記載の全反射側仕切り板に対応している。ダクト８Ａによって形成されるガス流とダクト８Ｂによって形成されるガス流とは、ほぼ同じであるので、ここではダクト８Ａによって形成されるガス流について説明する。

図４は、ダクトの構成を示す図である。図４では、ｚ軸方向から見たダクト８Ａの断面図（ｘｙ平面で切断した場合）を示している。ダクト８Ａは、真空容器１０内に挿入される挿入部８３と、ガイド板８４ａ，８４ｂと、真空容器１０から突出した状態で真空容器１０に固定される突出部８１，８２と、接合部９１とによって構成されている。そして、挿入部８３と突出部８２とが、接合部９１によって接合されている。

また、ダクト８Ａの内部には、２枚の仕切り板２５が配置されている。仕切り板２５は、導体で構成され平板状をなしている。一方の仕切り板２５は、ダクト８Ａ内の上部側（上面）からレーザビームＬの光軸方向へ延設されており、他方の仕切り板２５は、ダクト８Ａ内の下部側（底面）からレーザビームＬの光軸方向へ延設されている。各仕切り板２５は、ｙｚ平面と平行な位置に配置されている。一方の仕切り板２５と他方の仕切り板２５との間には、レーザビームＬを通過させる隙間（通過穴Ｈ）が空けられている。これにより、ダクト８Ａの内部のうち、部分反射鏡４側の空間（突出部内）が仕切り板２５によって２つの領域に分けられている。

仕切り板２５によって分断されている領域のうち、部分反射鏡４側の領域が、突出部８１内の領域（ガスの流れが遮蔽された空間）であり、真空容器１０側の領域が突出部８２内の領域である。また、挿入部８３内の領域は、真空容器１０内の領域と繋がっている。また、仕切り板２５は、ダクト８Ａや真空容器１０から絶縁されている。

挿入部８３と真空容器１０の間には、挿入部８３の上面および下面（ｙｚ平面）と平行なガイド板（平板）８４ａ，８４ｂが設けられている。ガイド板８４ａ，８４ｂは、微粒子１２Ｍ，１２Ｐをｘ軸方向に導くためのガイドとして機能する。ガイド板８４ａとガイド板８４ｂとは、レーザビームＬ、ガス、微粒子１２Ｍ，１２Ｐを通過させるため、ｙ軸方向に所定の距離だけ離されて配置されている。また、上側の接合部９１と下側の接合部９１とは、レーザビームＬ、ガス、微粒子１２Ｍ，１２Ｐを通過させるため、ｙ軸方向に所定の距離だけ離されて配置されている。

ガスレーザ発振器１００内では、非励起領域３内の圧力が励起放電領域２内の圧力よりも大きい。このため、ガスレーザ発振器１００内では、部分反射鏡４側から真空容器１０側へガス流Ｆが形成される。

挿入部８３と突出部８２との接合部９１には、レーザビームＬが通過できる程度の小さな通過穴Ｈがあけられている。部分反射鏡４側から真空容器１０側へのガス流Ｆは、この通過穴Ｈを通って真空容器１０に進む。換言すると、挿入部８３内では、レーザビームＬの光軸上をレーザビームＬの出力方向と逆の方向にガス流Ｆが形成される。このため、ガイド板８４ａと挿入部８３の上部側の壁面との間には、レーザビームＬの出力方向と同じ方向のガス流ｆ１が形成される。また、ガイド板８４ｂと挿入部８３の下部側の壁面との間には、レーザビームＬの出力方向と同じ方向のガス流ｆ２が形成される。

これにより、ガイド板８４ａと挿入部８３の上部側の壁面との間の微粒子１２Ｍ，１２Ｐは、接合部９１側へ送られた後、接合部９１で跳ね返される。そして、ガス流Ｆにしたがって真空容器１０側へ送られる。また、ガイド板８４ｂと挿入部８３の下部側の壁面との間の微粒子１２Ｍ，１２Ｐは、接合部９１側へ送られた後、接合部９１で跳ね返される。そして、ガス流Ｆにしたがって真空容器１０側へ送られる。

接合部９１は、ガス流ｆ１，ｆ２に沿って送られてくるガスをガス流Ｆに沿って送り返せるよう、ガス流ｆ１，ｆ２と衝突する部分を所定の角度（例えば４５度）だけガス流Ｆ側に向けてある。これにより、ガス流ｆ１，ｆ２に沿って接合部９１側に送られてくるガスは、所定の角度で接合部９１に衝突し、この所定の角度を有した接合部９１に沿ってガス流Ｆ側へ送られる。

挿入部８３内の空間では、ガスが拡散されることによって、挿入部８３側から突出部８２側への僅かなガス流ｆ３，ｆ４が形成される場合がある。このガス流ｆ３，ｆ４に沿って流れるガスは、仕切り板２５によって抵抗を受けて押し戻される。このため、ガス流ｆ３，ｆ４に沿って流れてくるガスは、仕切り板２５によって跳ね返されて、突出部８２内に送り込まれる。突出部８２内に送り込まれたガスは、ガス流Ｆに沿って、真空容器１０側へ排出される。

ガス流Ｆやガス流ｆ１，ｆ２は、非励起領域３内と励起放電領域２内の圧力差とともに、仕切り板２５によって押し返されるガスの流れによっても生じる。したがって、部分反射鏡４側に向かうガスの流れは、ガス流ｆ３，ｆ４が無い場合よりもさらに小さなものとなる。

また、仕切り板２５への衝突などによって真空容器１０側へ排出されなかった微粒子１２Ｍ，１２Ｐが、突出部８１内に進入した場合であっても、微粒子１２Ｍ，１２Ｐはガス流Ｆによって真空容器１０側へ押し戻される。

ここで、仕切り板２５の構成について説明する。図５は、仕切り板の構成の一例を示す図である。同図に示すように、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５には、レーザビームＬを通過させるため、レーザビームＬの光軸と交わる箇所に穴（レーザビームＬの通過穴Ｈ）（筒状の内壁面で囲まれる空間）などの隙間が設けられている。上側の仕切り板２５に設けられた穴と、下側の仕切り板２５に設けられた穴は、それぞれ概略半円状をなしている。また、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５とを絶縁して分断するため、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間は所定の距離だけ離されている。上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間は、例えばレーザビームＬを挟むような位置やレーザビームＬの通過穴Ｈを通る位置で絶縁されている。

なお、レーザビームＬの通過穴Ｈの形状は、何れの形状であってもよい。例えば、通過穴Ｈの形状は、四角形や三角形であってもよい。また、ここでは上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間を所定の距離だけ離すことによって、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５とを絶縁する場合について説明したが、他の構成によって上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５とを絶縁してもよい。

図６は、仕切り板の他の構成例を示す図である。同図に示すように、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５とを絶縁するため、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間には絶縁体で構成される絶縁部２６が設けられている。そして、絶縁体、上側および下側の仕切り板２５を接合するとともに、絶縁体、上側および下側の仕切り板２５のうち、レーザビームＬの光軸と交わる箇所にレーザビームＬの通過穴Ｈを設けておく。この通過穴Ｈは、概略円状をなしている。

また、図５や図６では、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５にレーザビームＬの通過穴Ｈを設けた場合について説明したが、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間にレーザビームＬの通過穴Ｈを設けない構成としてもよい。

図７は、仕切り板の間にレーザビームの通過穴を設けない場合の仕切り板の構成の一例を示す図である。同図に示すように、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５の間は、レーザビームＬを通過させるため、所定の距離（通過穴Ｈの直径程度）だけ隙間を設けている。

図８は、仕切り板の間にレーザビームの通過穴を設けない場合の仕切り板の他の構成例を示す図である。同図に示すように、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５とを絶縁するため、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間には絶縁部２６が設けておく。そして、絶縁部２６の厚さ（上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５と間の距離）を、通過穴Ｈの直径程度にしておく。

つぎに、ガスレーザ発振器１００の動作について説明する。ガスレーザ発振器１００が動作を開始すると、ダクト８Ａ，８Ｂによって部分反射鏡４や全反射鏡５側から励起放電領域２側にガス流Ｆとガス流ｆ１，ｆ２が形成される。このとき、接合部９１の近傍に存在するガスの拡散によってガス流ｆ３，ｆ４が僅かに発生する。このガス流ｆ３，ｆ４は、仕切り板２５によって押し戻されるので、部分反射鏡４側へ流れるガスや微粒子１２Ｍ，１２Ｐの量が抑制される。

真空容器１０内で浮遊している微粒子１２Ｍ，１２Ｐは、放電電極１間の放電によってプラスやマイナスに帯電している。このため、本実施の形態では、電源３０によって仕切り板２５に直列の電圧を印加する。例えば、上側の仕切り板２５に＋Ｖの電圧を印加し、下側の仕切り板２５に−Ｖの電圧を印加する。上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５とは、光軸に対して垂直な方向に配置されているので、プラスに帯電した微粒子１２Ｐはクーロン力によって下側の仕切り板２５側に引き寄せられて下側の仕切り板２５に付着する。また、マイナスに帯電した微粒子１２Ｍは、クーロン力によって上側の仕切り板２５に引き寄せられて上側の仕切り板２５に付着する。

なお、プラスに帯電した微粒子１２Ｐがガス流ｆ３によって上側の仕切り板２５側に流れ込んだ場合であっても、微粒子１２Ｐは上側の仕切り板２５によって跳ね返されるだけで、微粒子１２Ｐが部分反射鏡４側へ進入することはない。また、マイナスに帯電した微粒子１２Ｍがクーロン力によって下側の仕切り板２５側に流れ込んだ場合であっても、微粒子１２Ｍが下側の仕切り板２５に跳ね返されるだけで、微粒子１２Ｍが部分反射鏡４側へ進入することはない。

ここで、クーロン力によって得られる微粒子１２Ｍ，１２Ｐの変位量について説明する。ここでは、突出部８１，８２内の空間のｘ軸方向の長さの合計値が距離ｌであり、突出部８１，８２内の空間のｙ軸方向の長さが幅ｄである場合について説明する。また、微粒子１２Ｍ，１２Ｐの質量をｍ、微粒子１２Ｍ，１２Ｐの電荷量をｑ、仕切り板２５への印加電圧をＶ、仕切り板２５間に形成される電界をＥとする。また、時間ｔにおける光軸方向、光軸に垂直な方向の変位量をそれぞれ変位量ｘ、変位量ｙとし、ｔ＝０での変位量をそれぞれｘ₀、ｙ₀とし、光軸方向へ流れる微粒子１２Ｍ，１２Ｐの速度をｖ_x0、光軸に垂直な方向の速度をｖ_y0とする。この場合にクーロン力によって得られる微粒子１２Ｍ，１２Ｐの変位量ｘ、ｙは、式（１）、式（２）によって示すことができる。

このとき、電源３０が仕切り板２５に印加する電圧は、ダクト８Ａ内の空間寸法に応じた電圧にする。具体的には、ガスレーザ発振器１００では、例えば、光軸上にある微粒子がｘ軸方向に距離ｌを進む間に、クーロン力によってｙ軸方向の電極（仕切り板２５）に当たるよう電圧Ｖを設定しておく。この場合、式（１）と式（２）において、ｘ₀＝ｙ₀＝０とし、変移量ｙが幅ｄ／２よりも大きくなるよう電圧Ｖを設定すればよい。Ｖ＝Ｅｄであるので、電圧Ｖは、式（３）によって示すことができる。

式（３）に示すように、光軸方向へ流れる微粒子１２Ｍ，１２Ｐの速度ｖ_x0が大きい場合にクーロン力による効果（部分反射鏡４への進入防止）を得るためには、電圧Ｖを高くするか、または距離ｌを長くする必要がある。本実施の形態では、ダクト８Ａ，８Ｂや仕切り板２５の構造により、微粒子１２Ｍ，１２Ｐの速度ｖ_x0は大きく減速されている。ダクト８Ａ，８Ｂによってガス流ｆ３，ｆ４は、ガスの拡散成分のみとなるのに加えて、仕切り板２５によって部分反射鏡４から遠ざかる方向へ向かうガス流が発生するので、結果として光軸方向へ流れる微粒子１２Ｍ，１２Ｐの速度ｖ_x0が小さくなるからである。

したがって、本実施の形態のガスレーザ発振器１００は、ダクト８Ａ，８Ｂの距離ｌを短く構成した場合であっても、主放電に印加する主電圧（放電電極１への電圧）と比較して低い電圧Ｖで十分大きな変位量ｘ、変位量ｙを得ることができる。この結果、部分反射鏡４側へ流れる微粒子１２Ｍ，１２Ｐの数は一層抑制されることになる。

なお、本実施の形態では、ダクト８Ａ，８Ｂ内に各１対の仕切り板２５を設置する場合について説明したが、ダクト８Ａ，８Ｂ内には、それぞれ複数組の仕切り板２５を設置してもよい。

また、本実施の形態では、仕切り板２５が平板状である場合について説明したが、仕切り板２５は平板以外の形状であってもよい。この場合であっても、仕切り板２５には、部分反射鏡４側に進むレーザビームＬと垂直な方向の壁面を設けておく。また、上側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間の隙間や絶縁部２６は、何れの形状であってもよい。

このように実施の形態１によれば、真空容器１０の中に浮遊している微粒子１２Ｍ，１２Ｐが光学部品（部分反射鏡４や全反射鏡５）に付着する量を大幅に抑制できるので、光学部品のメンテナンス周期を延長でき、長期にわたって安定したビーム品質を確保することが可能となる。また、光学部品の寿命が向上する。

また、一方の仕切り板２５にはプラスの電圧を印加し、他方の仕切り板２５にはマイナスの電圧を印加するのでプラス／マイナスの何れに帯電した微粒子１２Ｍ，１２Ｐに対しても光学部品への付着を抑制することが可能となる。

また、非励起領域３と励起放電領域２との圧力差や仕切り板２５によって光学部品側へ進入するガスを減少させて光学部品側へガスを到達しにくくしているので、低い電圧で光学部品への微粒子１２Ｍ，１２Ｐの付着量を抑制することが可能となる。また、ダクト８Ａ，８Ｂによって、微粒子１２Ｍ，１２Ｐの光学部品への付着を防止するので、コンパクトで簡易な構成のガスレーザ発振器１００によって光学部品への微粒子１２Ｍ，１２Ｐの付着量を抑制することができる。

また、非励起領域３での発熱を抑制することができるので、レーザビームＬを高出力で出力でき、さらに光学部品のメンテナンス周期を延長し長期にわたって安定したビーム品質を確保できる。

また、レーザビームＬが概略円形の場合、側の仕切り板２５と下側の仕切り板２５との間にレーザビームＬを中心とした通過穴Ｈのみを設けることにより、光学部品側へのガスの流れを抑制することができる。また、通過穴Ｈを概略円状または２つの概略半円状とすることにより、光学部品側へのガスの流れを抑制することができる。したがって、光学部品への微粒子１２Ｍ，１２Ｐの付着量を抑制することが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図９を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、レーザビームＬのビーム品質に大きな影響を与える部分反射鏡４側にのみ、ダクト８Ａを配置し、全反射鏡５側にはダクト８Ｂを配置しない。

図９は、実施の形態２に係るガスレーザ発振器の断面構成を示す図である。図９では、ｚ軸方向から見たガスレーザ発振器１００の断面図を示している。図９の各構成要素のうち図２に示す実施の形態１のガスレーザ発振器１００と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。なお、実施の形態２に係るガスレーザ発振器１００のｘ軸方向から見た断面構成は、実施の形態１に係るガスレーザ発振器１００と同様であるのでその説明を省略する。

ダクト８Ａは、図２に示した実施の形態１のダクト８Ａと同じである。本実施の形態のガスレーザ発振器１００には、全反射鏡５側にダクト８Ｂの代わりにダクト８Ｘを配置している。ダクト８Ｘは、ダクト８Ｂから突出部８１，８２を取り除いた構成を有している。換言すると、ダクト８Ｘは、挿入部８３と、ガイド板８４ａ，８４ｂと、接合部９１とを有している。そして、接合部９１のｘ軸方向の端部（真空容器１０と反対側）で接合部９１と部分反射鏡４とが接合されている。

このように実施の形態２によれば、微粒子１２Ｍ，１２Ｐの光学部品への付着を実施の形態１のガスレーザ発振器１００よりも簡易な構成で防止することが可能となる。また、部分反射鏡４は、全反射鏡５よりもメンテナンス周期が１／３〜１／２程度短いので、光学部品のメンテナンス周期を延長し、長期にわたって安定したビーム品質を確保することが可能となる。

以上のように、本発明に係るガスレーザ発振器は、三軸直交型のガスレーザ発振に適している。

実施の形態１に係るガスレーザ発振器の概略構成を示す図である。実施の形態１に係るガスレーザ発振器をｘｙ平面で切断した場合の断面構成を示す図である。実施の形態１に係るガスレーザ発振器をｙｚ平面で切断した場合の断面構成を示す図である。ダクトの構成を示す図である。仕切り板の構成の一例を示す図である。仕切り板の他の構成例を示す図である。仕切り板の間にレーザビームの通過穴を設けない場合の仕切り板の構成の一例を示す図である。仕切り板の間にレーザビームの通過穴を設けない場合の仕切り板の他の構成例を示す図である。実施の形態２に係るガスレーザ発振器をｘｙ平面で切断した場合の断面構成を示す図である。

符号の説明

１放電電極
２励起放電領域
３非励起領域
４部分反射鏡
５全反射鏡
６送風機
７熱交換器
８Ａ，８Ｂダクト
１０真空容器
１２Ｍ，１２Ｐ微粒子
２５仕切り板
２６絶縁部
３０電源
１００ガスレーザ発振器
Ｆ，ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４ガス流
Ｈ通過穴
Ｌレーザビーム

Claims

部分反射鏡と全反射鏡との間に配置された１対の放電電極間で励起放電を起こすとともに部分反射鏡と全反射鏡との間で励起光を増幅させて部分反射鏡側からレーザビームを出力し、かつレーザガスの循環方向と、放電方向と、レーザビームの出力方向と、が互いに直交する三軸直交型のガスレーザ発振器において、
前記部分反射鏡と前記全反射鏡との間に挟まれた領域のうち前記放電電極と前記部分反射鏡との間の非励起領域に配置されて前記レーザガスのガス流を制御する出力側ダクトと、
第１の平板状部材を用いて形成されるとともに、前記部分反射鏡側に進む前記レーザビームと垂直な方向に前記第１の平板状部材の主面が向くよう前記出力側ダクト内に配置され、かつ前記第１の平板状部材に前記レーザビームを通過させる隙間があけられた出力側仕切り部と、
を備え、
前記出力側仕切り部は、所定の位置で絶縁されて分断されており、分断されている一方の出力側仕切り部にプラスの電圧が印加されるとともに、分断されている他方の出力側仕切り部にマイナスの電圧が印加されることを特徴とするガスレーザ発振器。
前記部分反射鏡と前記全反射鏡との間に挟まれた領域のうち前記放電電極と前記全反射鏡との間の非励起領域に配置されて前記レーザガスのガス流を制御する全反射側ダクトと、
第２の平板状部材を用いて形成されるとともに、前記全反射鏡側に進む前記レーザビームと垂直な方向に前記第２の平板状部材の主面が向くよう前記全反射側ダクト内に配置され、かつ前記第２の平板状部材に前記レーザビームを通過させる隙間があけられた全反射側仕切り部と、
をさらに備え、
前記全反射側仕切り部は、所定の位置で絶縁されて分断されており、分断されている一方の全反射側仕切り部にプラスの電圧が印加されるとともに、分断されている他方の全反射仕切り部にマイナスの電圧が印加され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。
前記一方の出力側仕切り部に印加されるプラスの電圧および前記他方の出力側仕切り部に印加されるマイナスの電圧は、前記出力側ダクト内の空間寸法に応じた電圧であ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。
前記一方の全反射側仕切り部に印加されるプラスの電圧および前記他方の全反射側仕切り部に印加されるマイナスの電圧は、前記全反射側ダクト内の空間寸法に応じた電圧であることを特徴とする請求項２に記載のガスレーザ発振器。