JP2000138406A - マイクロ波ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高ガス圧力における放電広がりを拡大し、更
に放電の安定化を高め、マイクロ波ガスレーザ装置の、
レーザ出力の高出力化と高安定化を図る。 【解決手段】 マイクロ波回路９中にマイクロ波発振源
４とマイクロ波定在波６を形成する手段を有し、マイク
ロ波回路９中に少なくとも一つ以上の誘電体からなる誘
電体隔壁２を有し、マイクロ波定在波６の腹位置にマイ
クロ波電界の振動方向７に、一対の誘電体８a、８bがマ
イクロ波回路９に密着して設置され、一対の誘電体８
a、８b間で被励起ガス媒質１にプラズマを発生させレー
ザ励起を行うことにより、高ガス圧力において放電広が
りが拡大し、更に放電の安定化を高め、レーザ出力の高
出力化と高安定化が得られるマイクロ波ガスレーザ装置
を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波放電に
より被励起ガス媒質にプラズマを発生させてレーザ励起
を行うマイクロ波ガスレーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば図９に示した、文献(Appli.Phys.
Lett.37(8),P673-674(1980))によれば、図９において被
励起ガス媒質１は上部入口９１より高圧で供給され、誘
電体で構成されたノズル９２を通過すると共に、高速と
なってガス圧力が低下する。

【０００３】一方、マイクロ波９３は図９の左方より導
波管９４によって供給され、マイクロ波を透過する誘電
体隔壁２を通じて放電空間９５に供給される。放電空間
９５の上流空間９６は高圧力であるから、ここでは放電
は発生しない。

【０００４】被励起ガス媒質は誘電体ノズル９２で加速
されてガス圧力が低下するので、マイクロ波放電３は誘
電体ノズル９２の下流側で発生する。

【０００５】光共振器９７は、マイクロ波放電３の更に
下流に構成され、マイクロ波放電３で励起された被励起
ガス媒質１が、光共振器９７を通過する際にレーザ発振
に寄与する誘導放出を行い、レーザ発振を得る。

【０００６】光共振器９７を通過した被励起ガス媒質で
ある排出ガス９８は、真空ポンプにより図９の右方に排
出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のマイクロ波ガスレーザ装置では、放電部の
ガス圧力を高くすると均一に広がっていたマイクロ波放
電が、その広がりが縮小し筋状のストリーマ放電が発生
してしまい、レーザ出力の安定性が低下し、更にはレー
ザ出力の低下が起こり、レーザ出力の高安定性や高出力
化が図れないという問題点があった。

【０００８】また、マイクロ波放電で励起された被励起
ガス媒質は、光共振器がマイクロ波放電の更に下流にあ
り、その開口が導波路の断面高よりも小さいために、励
起された被励起ガス媒質のすべてはレーザ発振に寄与せ
ず、高い発振効率が得られず、更に、被励起ガス媒質の
流れはその空間内で均一ではないので、流れむらによる
レーザ出力の不安定が発生するという問題点もあった。

【０００９】本発明は、高ガス圧力において放電広がり
を拡大し、更に放電の安定性を高め、マイクロ波ガスレ
ーザ装置の、レーザ出力の高出力化と高安定化を得るこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波ガス
レーザ装置においては、マイクロ波回路中にマイクロ波
発振源とマイクロ波定在波を形成する手段を有し、マイ
クロ波回路中に少なくとも一つ以上の誘電体からなる誘
電体隔壁を有し、マイクロ波定在波の腹位置にマイクロ
波電界の振動方向に、一対の誘電体がマイクロ波回路に
密着して設置され、一対の誘電体間で被励起ガス媒質に
プラズマを発生させレーザ励起を行うようにしたもので
ある。

【００１１】本発明によれば、高ガス圧力において放電
広がりが拡大し、更に放電の安定性を高め、マイクロ波
ガスレーザ装置の、レーザ出力の高出力化と高安定化が
得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、マイクロ波回路中にマイクロ波発振源とマイクロ波
定在波を形成する手段を有し、前記マイクロ波回路中の
マイクロ波放電により被励起ガス媒質にプラズマを発生
させてレーザ励起を行うマイクロ波ガスレーザ装置にお
いて、前記マイクロ波回路中に少なくとも一つ以上の誘
電体からなる誘電体隔壁を有し、前記マイクロ波定在波
の腹位置にマイクロ波電界の振動方向に、一対の誘電体
が前記マイクロ波回路に密着して設置され、前記一対の
誘電体間で前記被励起ガス媒質にプラズマを発生させレ
ーザ励起を行うことを特徴とする、マイクロ波ガスレー
ザ装置である。

【００１３】これにより、マイクロ波電界の最も強いマ
イクロ波定在波の腹位置で、誘電体によるバラスト効果
によって、マイクロ波放電の拘束力が増大し、さらに高
ガス圧力下においても均一なマイクロ波放電の広がりを
維持でき、レーザ出力の高出力化と高安定化が達成でき
るという、作用を有する。

【００１４】本発明の請求項２に記載の発明は、マイク
ロ波回路中にマイクロ波発振源とマイクロ波定在波を形
成する手段を有し、前記マイクロ波回路中のマイクロ波
放電により被励起ガス媒質にプラズマを発生させてレー
ザ励起を行うマイクロ波ガスレーザ装置において、前記
マイクロ波回路中に少なくとも一つ以上の誘電体からな
る誘電体隔壁を有し、前記マイクロ波定在波の腹位置に
マイクロ波電界の振動方向の空間を狭める導体からなる
構造物を有し、前記導体からなる構造物の一部または全
体を覆うように、一対の誘電体を密着して設置し、前記
一対の誘電体間で前記被励起ガス媒質にプラズマを発生
させレーザ励起を行うことを特徴とする、マイクロ波ガ
スレーザ装置である。

【００１５】これにより、マイクロ波電界の最も強いマ
イクロ波定在波の腹位置で、空間を狭める導体の構造物
により、マイクロ波放電の強い拘束力が得られ、更にこ
の導体からなる構造物の一部または全体を覆う誘電体の
バラスト効果によって、マイクロ波放電の拘束力と、高
ガス圧力下におけるマイクロ波放電の広がりが得られ、
レーザ出力の高出力化と高安定化が得られるという、作
用を有する。

【００１６】本発明の請求項３に記載の発明は、前記一
対の誘電体の前記電界振動方向の各高さの合計をＴ、前
記一対の対向する誘電体の前記電界振動方向の間隔を
ｄ、前記一対の対向する誘電体の比誘電率をεrとした
場合、それらＴ、ｄ、εr間に次式の関係が成立するよ
うに構成したことを特徴とする、請求項１から２記載の
マイクロ波ガスレーザ装置。

【００１７】０．２≦Ｔ／（ｄ×εr）≦２ ただし、Ｔ、ｄ、の各単位はmmとするである。

【００１８】これにより、誘電体のバラスト効果を効果
的に利用することができ、高ガス圧力下におけるマイク
ロ波放電の広がりを、効率的に得ることができ、レーザ
出力の高出力化と高安定化を行えるという、作用を有す
る。

【００１９】本発明の請求項４に記載の発明は、前記一
対の誘電体の前記マイクロ波定在波の伝播方向の各幅
が、マイクロ波管内波長の１／１０以下であることを特
徴とする、請求項１から３記載のマイクロ波ガスレーザ
装置である。

【００２０】これにより、誘電体による放電の拘束力を
効率的に利用することができ、マイクロ波放電の安定化
を高め、レーザ出力の高安定化が図れるという、作用を
有する。

【００２１】本発明の請求項５に記載の発明は、前記一
対の誘電体が、同一の材質と形状からなることを特徴と
する、請求項３から４記載のマイクロ波ガスレーザ装置
である。

【００２２】これにより、誘電体のマイクロ波放電の拘
束力と、バラスト効果によるマイクロ波放電の広がり
を、高ガス圧力下において効率的に得ることができ、レ
ーザ出力の高出力化と高安定化を効果的に達成できると
いう、作用を有する。

【００２３】本発明の請求項６に記載の発明は、前記誘
電体隔壁と、他方で隔離する誘電体隔壁あるいは前記マ
イクロ波回路終端との間隔が、マイクロ波管内波長の１
／２かそれ以下であることを特徴とする、請求項１から
２記載のマイクロ波ガスレーザ装置である。

【００２４】これにより、被励起ガス媒質が存在しマイ
クロ波放電が行えるマイクロ波定在波領域の、マイクロ
波電界の分布をマイクロ波定在波の腹位置が他の領域に
比べて、十分強くすることができ、マイクロ波放電の高
い拘束力を高ガス圧力下においても、さらに強くするこ
とができ、レーザ出力の高出力化と高安定化をさらに達
成できるという、作用を有する。

【００２５】本発明の請求項７に記載の発明は、マイク
ロ波発振源側の前記誘電体隔壁の、前記マイクロ波発振
源側の形状が前記電界振動方向と斜めの傾斜を持つこと
を特徴とする、請求項６記載のマイクロ波ガスレーザ装
置である。

【００２６】これにより、誘電体隔壁によるマイクロ波
のマイクロ波発振源への反射を低減することができ、マ
イクロ波発振源の反射波による損失を低く押さえること
が可能となり、マイクロ波発振源の長寿命化が図れると
いう、作用を有する。

【００２７】本発明の請求項８に記載の発明は、光軸方
向に少なくとも２つ以上の前記マイクロ波回路を有し、
前記マイクロ波回路の前記マイクロ波発振源が各々独立
のパルス電源により駆動し、前記各々独立のパルス電源
は一つの駆動信号に対して、任意のタイミングと繰返し
周波数で運転が設定できることを特徴とした、請求項１
から５記載のマイクロ波ガスレーザ装置である。

【００２８】これにより、レーザ出力の各マイクロ波回
路による加算が可能となりレーザ出力の高出力化が達成
でき、さらに各マイクロ波回路のマイクロ波パルス放電
を一つの指示信号に対して任意のタイミングと繰返し周
波数で運転ができることで、任意の光波形を作成するこ
とができ、レーザ加工における各種被加工材質に最適な
光エネルギー注入が可能となる、作用を有する。

【００２９】本発明の請求項９に記載の発明は、前記マ
イクロ波発振源のマイクロ波周波数が、２．４５ＧＨｚ
±０．０５ＧＨｚであることを特徴とする、請求項１か
ら８記載のマイクロ波ガスレーザ装置である。

【００３０】これにより、安価なマグネトロンが使用で
き、装置の低コスト化が図れるという、作用を有する。

【００３１】本発明の請求項１０に記載の発明は、前記
マイクロ波回路中のマイクロ波モードが、ＴＥ１０モー
ドであることを特徴とする、請求項１から９記載のマイ
クロ波ガスレーザ装置である。

【００３２】これにより、安定なマイクロ波モードが使
用でき、マイクロ波回路の信頼性を高められるという、
作用を有する。

【００３３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から８を用いて説明する。 （実施の形態１）以下、本発明の実施の形態１につい
て、図１から６を参照しながら詳細に説明する。

【００３４】図１は、本発明の実施の形態を示す概略図
である。図１において、１は被励起ガス媒質、２は誘電
体隔壁、３はマイクロ波放電、４はマイクロ波発振源、
５はスタブチューナー、６はマイクロ波定在波、７はマ
イクロ波電界の振動方向、８aは第１の誘電体、８bは第
２の誘電体、９はマイクロ波回路であり、マイクロ波ガ
スレーザ装置を構成する。

【００３５】次に動作について説明する。被励起ガス媒
質１は誘電体隔壁２で隔離された図１の右方に充填さ
れ、この時、被励起ガス媒質１はマイクロ波回路９内に
封入される。マイクロ波発振源４により発振されたマイ
クロ波は、スタブチューナー５により、マイクロ波回路
９内でマイクロ波定在波６を形成する。マイクロ波定在
波６を形成するスタブチューナー５は複数であってもよ
く、さらには、マイクロ波結合窓を用いても同様の効果
が得られる。

【００３６】マイクロ波定在波６の右方の腹位置には、
マイクロ波電界振動方向７に一対の誘電体８a、８bがマ
イクロ波回路９と密着するように設置され、マイクロ波
放電３はこの一対の誘電体８a、８bの間で形成される。
マイクロ波放電３により被励起ガス媒質１は励起され、
レーザ利得を得る。

【００３７】図示はしていないが、マイクロ波放電３を
含むように、紙面に垂直な方向に対向して、発振波長に
対して反射可能な反射鏡で、一方は反射率が高い反射鏡
で、もう一方を一部は透過するが残りの大部分は反射す
る部分反射鏡を配置することでレーザ発振が可能にな
る。

【００３８】このように、マイクロ波放電３を含むよう
に光共振器を配置することで、マイクロ波放電３により
励起された被励起ガス媒質１を効率よくレーザ発振に寄
与することができ、レーザ装置の高効率化が図れる。

【００３９】また、一対の誘電体８a、８bをマイクロ波
定在波６の腹位置に設置することで、マイクロ波放電３
は一対の誘電体８a、８b間に、高ガス圧力下においても
均一に拡大し効率よく被励起ガス媒質１を励起すること
が可能になる。これにより、レーザ出力の高出力化が得
られる。更に一対の誘電体８a、８bによりマイクロ波放
電３は、一対の誘電体８a、８b間に常に拘束され、レー
ザ出力の高安定化が達成できる。

【００４０】一対の誘電体８a、８bは、図２の様に構成
もできる。図２の図１と同一符号部分は、図１と同一部
分を示すので、異なる符号部分のみ説明する。１０a、
１０bは、一対の導体からなる構造物である。

【００４１】この構成によれば、一対の導体構造物１０
a、１０bがマイクロ波定在波６の腹位置に設置され、こ
の部分のマイクロ波回路９のマイクロ波電界振動方向７
の高さが狭まれている。これにより、この部分の電界強
度はさらに強くなり、一対の誘電体８a、８bとあいまっ
てマイクロ波放電３の高ガス圧力下での拘束力を増大
し、レーザ出力の高安定化が得られる。

【００４２】導体構造物１０a、１０bは、一方のみの配
置であっても効果が得られ、導体構造物１０a、１０bは
一対の誘電体８a、８bと同一形状でなくてもよく、さら
に導体構造物１０a、１０bは、マイクロ波回路９と異な
る導体材質であってもよいことは、言うまでもない。

【００４３】次に、一対の誘電体８a、８bによるマイク
ロ波放電３に与える影響について、さらに詳細な説明を
行う。

【００４４】図３は、一対の誘電体８a、８bがない場合
のマイクロ波放電の形態を示す概略図である。図中の図
１と同一符号部分は、図１の同一部分を示す。１１は図
３の構成におけるマイクロ波放電である。

【００４５】マイクロ波定在波６の腹位置では、マイク
ロ波電界強度が他の空間に比べて高いので、マイクロ波
放電１１を点弧できるが、点弧開始によりマイクロ波定
在波６の電界強度は点弧開始電圧時より低い点弧維持電
圧に低下する。マイクロ波放電１１は一斉に十分な広が
りを持って点弧を開始するのではないため、点弧初期の
ある空間の点弧開始によって、周囲の未点弧空間の電界
強度も低下するためにこれらの空間は点弧開始に至ら
ず、この結果図３のマイクロ波放電１１の様に、狭く集
中したアーク放電状の放電形態となり、これは高ガス圧
力下でさらに顕著となり、レーザ出力と安定性の低下の
大きな要因となっていた。

【００４６】図１の一対の誘電体８a、８bの様に、誘電
体がマイクロ波放電３の電界振動方向７にある場合、誘
電体には実電流が流れないために、容量性のバラスト効
果を持ち、急激な電圧低下を防ぐ働きがある。これによ
り、ある空間が点弧を開始しても周囲の空間の電圧降下
は起こらず、周囲の空間も順次点弧を開始するため、結
果としてマイクロ波放電３の拡大が達成できる。

【００４７】誘電体の高さについて詳細な説明を、図４
を用いて行う。図４は、誘電体の高さが十分でないとき
のマイクロ波放電の形態を示す概略図である。図中の図
１と同一符号部分は、図１の同一部分を示す。１２a、
１２bは図４におけるマイクロ波放電ある。

【００４８】誘電体の高さが低い図４では、若干広がっ
たマイクロ波放電１２aが有るものの、一対の誘電体８
a、８bの容量性が小さいために、電圧降下の防止は十分
でなく、マイクロ波放電１２aの中にアーク状の集中し
たマイクロ波放電１２bも発生する。これは高ガス圧力
下でさらに顕著となり、レーザ出力と安定性の低下の要
因となる。

【００４９】我々の研究結果では、この一対の誘電体の
合計高さＴと、一対の誘電体の間隔ｄと誘電体の比誘電
率εrとの間に、次式を満たすように誘電体を設定する
と、容量性の効果が最適となることを見出した。

【００５０】０．２≦Ｔ／（ｄ×εr）≦２ ここで、Ｔ、ｄの各単位はmmである。Ｔは、図１では第
１の誘電体８ａの高さと第２の誘電体８ｂの高さＴｂの
合計である。図２では、第１の誘電体８ａの最も低い高
さＴａと第２の誘電体８ｂの最も低い高さＴｂとの合計
である。

【００５１】次に誘電体の幅について詳細な説明を、図
５を用いて行う。図５は、一対の誘電体の幅が広いとき
のマイクロ波放電の形態を示す概略図である。図中の図
１と同一符号部分は、図１の同一部分を示す。１２a、
１２bは図５におけるマイクロ波放電ある。

【００５２】マイクロ波定在波６はマイクロ波のマイク
ロ波回路９内の管内波長の１／２で、電界強度の高い腹
位置と、最も小さい節位置が交互に現れ、その間の電界
強度は連続的に変化する。

【００５３】一対の誘電体８a、８bの容量性が十分であ
っても、基本的にマイクロ波定在波６の電界強度が弱い
空間は放電を行う電界強度に達せず、不要に一対の誘電
体８a、８bが大きいと、図５の様に、若干広がったマイ
クロ波放電１２aと、アーク状に集中したマイクロ波放
電１２bが発生する。これらマイクロ波放電１２a、１２
bは、一対の誘電体８a、８b上を図５の左右にふらつ
き、特に高ガス圧力下ではさらに顕著となり、レーザ出
力の安定性が顕著に低下する。

【００５４】我々の研究結果では、この一対の誘電体８
a、８bの幅はマイクロ波回路９内のマイクロ波管内波長
の１／１０以下であるときに、マイクロ波放電３の安定
性が最も良いことが示された。

【００５５】さらに、一対の誘電体を同一材質で同一形
状にすると、マイクロ波回路内の構造物によるマイクロ
波の高次モードの発生による不要な電界分布の発生を低
減でき、マイクロ波放電３の安定性を高める。

【００５６】図１に戻って詳細な説明を続ける。誘電体
隔壁２と一対の誘電体８a、８bを挟んだ他方のマイクロ
波回路９の終端、あるいはもう一つの誘電体隔壁間の距
離は、マイクロ波回路９の管内波長の１／２かそれ以下
が好ましい。すなわち、先に述べたようにマイクロ波定
在波６は、マイクロ波回路９内の管内波長の１／２で電
界強度の強弱がある為、管内波長の１／２より大きいと
誘電体隔壁２内側の電界強度が大きくなることになる。

【００５７】また誘電体隔壁２は、被励起ガス媒質１の
比誘電率と異なり誘電体隔壁２の比誘電率の方が大きい
為マイクロ波の反射が発生し、それによる複合の電界分
布が形成されることになる。そのため、管内波長の１／
２より大きいと一対の誘電体８a、８b以外でのマイクロ
波放電の発生や一対の誘電体８a、８b間のマイクロ波放
電３の安定性が低下する。

【００５８】この誘電体隔壁２のマイクロ波の反射波
は、マイクロ波発振源側についても起こり、この反射波
はマイクロ波発振源４に戻ることもある為、マイクロ波
発振源４の寿命に対して悪影響を与え得る。このため、
誘電体隔壁２のマイクロ波発振源４側の形状を電界振動
方向７に対して緩やかな形状を持たせることで、マイク
ロ波の反射量を低減でき、マイクロ波発振源４の長寿命
化が図れる。

【００５９】被励起ガス媒質１が炭酸ガスレーザ用のガ
ス媒質である場合、被励起ガス媒質１はマイクロ波放電
３によりガス媒質の温度が上昇する。被励起ガス媒質１
の温度が過度に上昇するとレーザ励起の効率が低下す
る。一般に炭酸ガスレーザ用のガス媒質では効率のよい
発振限界は約２００℃である。このため、温度上昇した
被励起ガス媒質１を冷却し、マイクロ波放電３に温度の
低い被励起ガス媒質１を供給することが必要となる。

【００６０】誘電体隔壁２に隔離されて被励起ガス媒質
１がマイクロ波放電３以外の空間に存在すると、マイク
ロ波放電３によるガス膨張等によって、自然に被励起ガ
ス媒質１の交換が可能となる。さらに、積極的な被励起
ガス媒質１の交換を行う手段として、図６を用いて説明
を行う。

【００６１】図６の、図中の図１と同一符号部分は、図
１の同一部分を示す。１３はガス循環器、１４は熱交換
器、１５はガス循環チャンバー、１６a、１６bはガス循
環方向、１７aはガス供給口、１７bはガス排出口であ
る。

【００６２】ガス循環器１３は、例えば軸流ファンであ
り、または斜流ファンであり、または、ターボブロアー
やメカニカルブースターポンプ等を用いることができ
る。

【００６３】被励起ガス媒質１は、マイクロ波放電３で
励起されてレーザ発振を行った後、マイクロ波回路９に
設けられたマイクロ波は通さず被励起ガス媒質１のみを
通過させるガス排出口１７bを通過して、熱交換器１４
で冷却される。ガス循環器１３で加速された後、マイク
ロ波回路９に設けられたマイクロ波は通さず被励起ガス
媒質１のみを通過させるガス供給口１７aを通過して、
再びマイクロ波放電３によって励起されレーザ発振に寄
与する。

【００６４】これにより、被励起ガス媒質１をマイクロ
波放電３に大量に供給できるようになり、レーザ出力の
増大が図れる。

【００６５】（実施の形態２)以下、本発明の実施の形
態２について、図７を参照しながら詳細に説明する。

【００６６】図７は、本発明の実施の形態を示す概略図
である。図７の、図中の図１から７と同一符号部分は、
図１から７の同一部分を示す。ただし大英字は、各マイ
クロ波回路に対応して示されている。

【００６７】次に動作について説明する。各マイクロ波
回路９Ａから９Ｄは各々同一の構成であり、図には示し
ていないが光共振器が、マイクロ波放電３Ａから３Ｄの
直列方向に構成される（３Ｂ〜３Ｄは図示されていない
が、マイクロ波回路９Ｂ〜９Ｄについて、マイクロ波回
路９Ａの３Ａに相当する箇所）。各マイクロ波回路９間
には図には示していない光取出し用の開口があり、これ
により光共振器は接続されている。図６で示したガス循
環部がマイクロ波回路９Ａから９Ｄの下部に接続され、
ガス循環は光共振器の光軸と垂直な方向で循環を行う。
これにより、ガス循環は各マイクロ波回路９について独
立な循環となる。

【００６８】各マイクロ波発振源４は、各々か数個を単
位として図には示していない、複数のパルス電源に接続
される。複数のパルス電源は、一つの指示信号に対して
任意にタイミングと繰返しの周波数を設定できるように
なっている。各マイクロ波放電３は、ガス循環が光共振
器の光軸と垂直で各マイクロ波回路４に独立である為、
干渉等による不安定は生じず独立である。

【００６９】これにより、各マイクロ波放電３を指示信
号に対して複数の任意の設定が可能なパルス電源により
行うと、その設定により様々な光波形を光共振器から得
ることが可能になる。

【００７０】図８の(a)から(e)に、その一例を示す。縦
軸が光出力で横軸が時間である。図８(a)では、マイク
ロ波放電３ＡからＤを同時にさせた場合の光波形であ
り、高い光ピーク出力と短いパルス幅を得ることができ
る。

【００７１】図８(b)では、マイクロ波放電３を順次ず
らしながらさせた場合の光波形であり、低い光ピーク出
力だが長いパルス幅を得ることができる。

【００７２】図８(c)では、マイクロ波放電３を各同数
の二つのグループに分け、タイミングをずらした場合の
光波形であり、２山の光波形が得られる。

【００７３】図８(d)では、マイクロ波放電３を大小が
ある二つのグループに分け、タイミングをずらした場合
の光波形である。大小関係がある２山の光波形が得られ
る。図８(e)では、大小関係を逆転させた光波形であ
る。

【００７４】このように、各マイクロ波放電３が電源的
にもガス循環等による放電的にも独立である為に任意の
光波形が得られる。さらに、マイクロ波回路９の数を変
えたりパルス電源の接続の仕方を変えることで、様々な
光波形の作成が容易に可能となる。このことは、電子部
品等の微細加工を行う上で、各加工材料の特性にあった
光波形を作成でき有用なものとなり得る。

【００７５】以上、実施の形態で示した誘電体は、マイ
クロ波の吸収率tanδが小さい方が好ましく、融点が高
く熱膨張係数が小さいものが好ましい。

【００７６】また、実施の形態で示したマイクロ波発振
源は、２．４５ＧＨｚ±０．０５ＧＨｚが好ましく、安
価なマグネトロンの使用により装置の低コスト化が図れ
る。

【００７７】また、実施の形態で示したマイクロ波回路
中のマイクロ波モードは、ＴＥ１０モードが好ましく、
ＴＥ１０モードは安定なため装置の設計や構成が容易
で、装置の信頼性を高められる。

【００７８】また、実施の形態で示した被励起ガス媒質
１はガス媒質を変更すれば数種の波長を発振することが
可能である。例えば、CO2ガスレーザ、COガスレーザ、N
2ガスレーザ、金属蒸気ガスレーザ、希ガスレーザ、He-
Neガスレーザ、イオンレーザ等にも適用可能である。

【００７９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、マイクロ
波回路中にマイクロ波発振源とマイクロ波定在波を形成
する手段と、マイクロ波回路中のマイクロ波放電により
被励起ガス媒質にプラズマを発生させてレーザ励起を行
うマイクロ波ガスレーザ装置において、マイクロ波回路
中に少なくとも一つ以上の誘電体からなる誘電体隔壁
と、マイクロ波定在波の腹位置にマイクロ波電界の振動
方向に、一対の誘電体がマイクロ波回路に密着して設置
され、一対の誘電体間で被励起ガス媒質にプラズマを発
生させレーザ励起を行うことにより、高ガス圧力におい
て放電広がりが拡大し、更に放電の安定化を高め、マイ
クロ波ガスレーザ装置の、レーザ出力の高出力化と高安
定化が得られるという、有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１を示す概略図

【図２】本発明の実施の形態１における導体構造物を使
用した場合の部分図

【図３】本発明の実施の形態１における誘電体がない場
合のマイクロ波放電の形態例を示す概略図

【図４】本発明の実施の形態１における誘電体の高さが
異なる場合のマイクロ波放電の形態例を示す概略図

【図５】本発明の実施の形態１における誘電体の幅が異
なる場合のマイクロ波放電の形態例を示す概略図

【図６】本発明の実施の形態１におけるガス循環手段を
用いた場合の概略図

【図７】本発明の実施の形態２を示す概略図

【図８】本発明の実施の形態２における光波形例を示す
概念図

【図９】従来のマイクロ波ガスレーザ装置を示す概略図

【符号の説明】

１ 被励起ガス媒質 ２ 誘電体隔壁 ３ マイクロ波放電 ４ マイクロ波発振源 ５ スタブチューナー ６ マイクロ波定在波 ７ 電界振動方向 ８a 第１の誘電体 ８b 第２の誘電体 ９ マイクロ波回路 １０a 第１の導体構造物 １０b 第２の導体構造物 １１ マイクロ波放電形態 １２a 第１のマイクロ波放電形態 １２b 第２のマイクロ波放電形態 １３ ガス循環器 １４ 熱交換器 １５ ガス循環チャンバー １６a ガス循環(供給) １６b ガス循環(排出) １７a ガス循環用マイクロ波回路開口(供給) １７b ガス循環用マイクロ波回路開口(排出) ９１ 上部入口 ９２ 誘電体ノズル ９３ マイクロ波 ９４ 導波管 ９５ 放電空間 ９６ 上流空間 ９７ 光共振器 ９８ 排出ガス

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波回路中にマイクロ波発振源と
   マイクロ波定在波を形成する手段を有し、前記マイクロ
   波回路中のマイクロ波放電により被励起ガス媒質にプラ
   ズマを発生させてレーザ励起を行うマイクロ波ガスレー
   ザ装置において、 前記マイクロ波回路中に少なくとも
   一つ以上の誘電体からなる誘電体隔壁を有し、前記マイ
   クロ波定在波の腹位置にマイクロ波電界の振動方向に一
   対の誘電体が、前記マイクロ波回路に密着して設置さ
   れ、前記一対の誘電体間で前記被励起ガス媒質にプラズ
   マを発生させレーザ励起を行うことを特徴とする、マイ
   クロ波ガスレーザ装置。
2. 【請求項２】 マイクロ波回路中にマイクロ波発振源と
   マイクロ波定在波を形成する手段を有し、前記マイクロ
   波回路中のマイクロ波放電により被励起ガス媒質にプラ
   ズマを発生させてレーザ励起を行うマイクロ波ガスレー
   ザ装置において、 前記マイクロ波回路中に少なくとも
   一つ以上の誘電体からなる誘電体隔壁を有し、前記マイ
   クロ波定在波の腹位置にマイクロ波電界の振動方向の空
   間を狭める導体からなる構造物を有し、前記導体からな
   る構造物の一部または全体を覆うように、一対の誘電体
   を密着して設置し、前記一対の誘電体間で前記被励起ガ
   ス媒質にプラズマを発生させレーザ励起を行うことを特
   徴とする、マイクロ波ガスレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記一対の誘電体の前記電界振動方向の
   各高さの合計をＴ、前記一対の対向する誘電体の前記電
   界振動方向の間隔をｄ、前記一対の対向する誘電体の比
   誘電率をεrとした場合、それらＴ、ｄ、εr間に次式の
   関係が成立するように構成したことを特徴とする、請求
   項１から２記載のマイクロ波ガスレーザ装置。 ０．２≦Ｔ／（ｄ×εr）≦２ ただし、Ｔ、ｄ、の各単位はmmとする。
4. 【請求項４】 前記一対の誘電体の前記マイクロ波定在
   波の伝播方向の各幅が、マイクロ波管内波長の１／１０
   以下であることを特徴とする、請求項１から３記載のマ
   イクロ波ガスレーザ装置。
5. 【請求項５】 前記一対の誘電体が、同一の材質と形状
   からなることを特徴とする、請求項３から４記載のマイ
   クロ波ガスレーザ装置。
6. 【請求項６】 前記誘電体隔壁と、他方で隔離する誘電
   体隔壁あるいは前記マイクロ波回路終端との間隔が、マ
   イクロ波管内波長の１／２かそれ以下であることを特徴
   とする、請求項１から２記載のマイクロ波ガスレーザ装
   置。
7. 【請求項７】 マイクロ波発振源側の前記誘電体隔壁
   の、前記マイクロ波発振源側の形状が前記電界振動方向
   と斜めの傾斜を持つことを特徴とする、請求項６記載の
   マイクロ波ガスレーザ装置。
8. 【請求項８】 光軸方向に少なくとも２つ以上の前記マ
   イクロ波回路を有し、前記マイクロ波回路の前記マイク
   ロ波発振源が各々独立のパルス電源により駆動し、前記
   各々独立のパルス電源は一つの駆動信号に対して、任意
   のタイミングと繰返し周波数で運転が設定できることを
   特徴とした、請求項１から５記載のマイクロ波ガスレー
   ザ装置。
9. 【請求項９】 前記マイクロ波発振源のマイクロ波周波
   数が、２．４５ＧＨｚ±０．０５ＧＨｚであることを特
   徴とする、請求項１から８記載のマイクロ波ガスレーザ
   装置。
10. 【請求項１０】 前記マイクロ波回路中のマイクロ波モ
    ードが、ＴＥ１０モードであることを特徴とする、請求
    項１から９記載のマイクロ波ガスレーザ装置。