JP2000196168A

JP2000196168A - レ―ザ装置

Info

Publication number: JP2000196168A
Application number: JP2000041304A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kuzumoto; 昌樹葛本; Yuji Takenaka; 裕司竹中; Junichi Nishimae; 順一西前; Kenji Yoshizawa; 憲治吉沢; Taku Yamamoto; 卓山本; Masato Matsubara; 真人松原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 2000-02-18
Publication date: 2000-07-14
Also published as: CA2087562A1; CA2087562C; US5373528A; EP0553687B1; EP0553687A2; EP0553687A3; US5479428A; DE69306424T2; DE69306424D1

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ励起における最適な周波数が１５０Ｍ
Ｈｚ近傍であるが、この周波数のＲＦ電源は高価であ
り、ＲＦ電源とレーザ負荷とのマッチングも困難である
などの課題があった。【解決手段】レーザ励起用の放電空間を有し、かつ線
対称軸が２つ以上となるように放電空間を配置し、この
放電空間の断面に直交する方向にレーザビームを取り出
すレーザ装置において、立体的なビーム折り返し手段を
用いて放電空間の断面内を通過するレーザビームを一つ
につなげた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ発振効率
の向上を図ったレーザ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６９は、例えば雑誌ＳＰＩＥ（The So
ciety of Photo-Optical Instrumenta-tion Engineers
）Vol.1276 CO₂ Lasers and Application (1990) pp.1
8−28,Fig.1 に記載された従来の導波路型炭酸ガスレー
ザ装置を示す斜視図である。図において、１，２は放電
励起用の一対の金属電極、３はその一方の金属電極１に
接続されたＲＦ電源（励起電源）、１０，２０は前記金
属電極１，２の対向面に密着されて離間対向する一対の
誘電体板であり、これらの誘電体板１０，２０は例えば
セラミックスから成っている。

【０００３】４は前記誘電体板１０，２０間に発生する
矩形状の放電空間であり、レーザ媒質となるＣＯ₂ −Ｈ
ｅ−Ｎ₂ の混合ガスが充填される。５，６は電極冷却水
の出入方向を示す矢印、７は全反射鏡（共振器ミラ
ー）、８はレーザビーム取出し側の反射鏡（共振器ミラ
ー：output coupler）、９はレーザビーム、２１ａおよ
び２１ｂは一方の金属電極１に設けられた電極冷却水の
取入口および吐出口であり、他方の金属電極２にも同様
の取入口および吐出口（共に図示せず）が設けられてい
る。

【０００４】次に動作について説明する。一方の金属電
極１をＲＦ電源３に、かつ、他方の金属電極２をアース
に接続すると、放電空間４にレーザを励起するためのＲ
Ｆ放電が発生する。その放電エネルギーは、反射鏡７，
８で構成された光共振器によって光エネルギーに変換さ
れ、レーザビーム９として一方の反射鏡８側から出力さ
れる。炭酸ガスレーザでは、レーザ下準位のエネルギー
レベルが低いため、ガス温度が上昇すると、下準位密度
が増加し、レーザ発振効率が低下する。このため、レー
ザガスの冷却能力がレーザ発振効率を決定する大きな因
子となる。ここで、矩形状を成した放電空間４の断面に
おける長辺（長さｗ）と短辺（ギャップ長ｄ）の比ｗ／
ｄはアスペクト比と呼ばれ、レーザ媒質となるガス冷却
の観点から検討すると、アスペクト比が等しい場合、同
様の冷却能力をもつことが導かれる。すなわち、同様の
電力を投入した場合、アスペクト比が等しければ、ガス
温度も等しくなる。従って、高い電力を投入するには、
該投入時のガス冷却が充分に行われるようにアスペクト
比を大きく設定すればよい。さらに、高い電力密度が要
求されるレーザ励起のためには、短辺ｄを小さく設定す
る必要がある。

【０００５】図７０は矩形放電空間４の断面における短
辺の長さｄに対するガスの冷却能力を示した特性図であ
る。図中実線は、ガス組成Ｈｅ−Ｎ₂ −ＣＯ₂ ＝８０−
１０−１０（％；容積比，モル分率）において、ガス温
度が摂氏２５０度になる電力密度を示す。短辺ｄの長さ
を短くすればするほど、ガスの冷却能力は高くなること
がわかる。

【０００６】一方、前記短辺（ギャップ長）ｄを短く設
定すると、レーザ光の伝搬過程における損失ａが増大す
る。この場合の矩形導波路におけるＥＨ_nmモードの伝搬
損失ａは次式で表わすことができる。

【０００７】

【数１】

【０００８】

【数２】

【０００９】ここで、λはレーザ波長、εおよびε₀ は
それぞれレーザ波長に対する比誘電率、真空中の誘電率
（０．８８５４×１０^-11 ＣＶ^-1ｍ^-1）を示し、ｕ_nmは
各モードの次数に対する係数である。ただし、明細書中
では比誘電率のことを単に誘電率と表現している。

【００１０】この式から、誘電体材料にＡｌ₂ Ｏ₃ （ア
ルミナ）、レーザ波長として炭酸ガスレーザの波長（1
0.6μｍ）としたときのギャップ長ｄと伝搬損失ａの関
係を計算した結果を図７１に示す。この結果、伝搬損失
ａはギャップ長ｄ^-2に比例して増加する。ガスの冷却能
力と光の伝搬損失を考慮して、通常の導波路型炭酸ガス
レーザ装置では、１．５≦ｄ≦２．５（ｍｍ）の範囲で
使用されることが多い。ただし、高出力化のため、誘電
体の長さを長くすると、当然伝搬損失は増加することと
なり、このため、高出力化するにはギャップ長ｄを大き
くする必要がある。

【００１１】図７２はギャップ長（短辺の長さ）ｄ＝２
ｍｍの条件で、炭酸ガスレーザの出力に与える電源周波
数の影響を実験的に調べた結果である。電源周波数の増
大と共にレーザ出力は劇的に増大することが確認され
る。この原因については以下に説明する。

【００１２】図７３はギャップ長２ｍｍ、ガス組成ＣＯ
₂ −Ｎ₂ −Ｈｅ＝１０−１０−８０、ガス圧力８０Ｔｏ
ｒｒの条件で、ギャップｄ方向の電界分布を電源の周波
数を変えて計算した結果である。図中、Ｚは電界方向の
距離を示し、Ｚ＝０はギャップ中央部、Ｚ＝１．０（ｍ
ｍ）は誘電体板との境界を示す。図より明らかなよう
に、電源周波数の増大と共に電界の高い領域は減少して
おり、レーザ励起に適した低電界領域が増大しているこ
とが確認できる。従って、図７３に示したように電源周
波数を高くすると低電界領域が増加し、レーザの励起効
率は向上することとなる。

【００１３】この電界分布の変化は放電の維持機構によ
り説明できる。一般に電子のギャップ間走行時間ｔｅと
電源の半周期の時間ｔｓの関係によって放電の維持機構
は大別される。即ち、陽極に向かってドリフトしてきた
電子が陽極に衝突するような場合には、電子数およびエ
ネルギーの損失が大きいため、この損失に見合うだけの
エネルギーを電界が与えなければならず、高電界領域は
広くなる。これは電子のギャップ間走行時間よりも、電
源の半周期の時間が長い場合に相当する。逆に電子走行
時間に比べ、電界の変化が早い場合には、陽極に向かっ
てドリフトしてきた電子が陽極に到着する前に電極の極
性が反転するため、電子は押し戻され壁に衝突すること
はない。従ってこの場合、電子数およびエネルギーロス
が少ないため、高電界領域は狭くてよい。

【００１４】条件によっても異なるが、図７３で示した
ような条件では、電子のドリフト速度は１０⁷ ｃｍ／ｓ
程度であり、ギャップ走行時間は、ｔｅ＝０．２ｃｍ／
１０ ⁷ ｃｍ／ｓ＝２ｘ１０^-8ｓｅｃとなる。この時間が
半周期に対応する臨界周波数は２５ＭＨｚである。従っ
て、２５ＭＨｚ以下の周波数では、図７３に示したよう
に高電界領域が広くなり、図７２に示したようにレーザ
励起効率が低下する。

【００１５】ところで、図６９に示す従来の導波路型炭
酸ガスレーザ装置は、矩形の放電空間４から、高集束の
レーザビームを発生させるためにハイブリッド共振器を
使用している。すなわち、ハイブリッド共振器は、矩形
放電空間４の短辺ｄ方向にレーザ光が誘電体板１０，２
０で反射しながら伝搬される導波路共振器として動作
し、長辺方向には不安定型共振器として動作する。導波
路共振器を採用する場合、導波路（誘電体板１０，２
０）端と共振器ミラー（反射鏡７，８）との間隔（Ｌｖ
ｍ）を広く設定すると、共振器から光が逃げ出す率が高
くなるので、レーザビームの出力効率が低下する。この
光が逃げ出す損失は（Ｌｖｍ）^3/2 に比例することが知
られている。例えば、波長１０．６μｍ（ＣＯ₂ レー
ザ）、ギャップ長ｄ＝２ｍｍの条件では光の逃げ出す損
失を小さく抑えるために、Ｌｖｍ＝１０ｍｍ程度に狭く
設定する必要がある。

【００１６】従って、放電電力を増加するために印加電
圧を上昇させると、主放電空間だけでなく、図７４に示
すように光共振器ミラー８に向う放電４１が発生する。
この場合、図７５に示すように、共振器ミラーに放電す
ると、主放電部にエネルギーが投入されず、レーザ励起
効率が低下する（図７５中の点Ｐｓはミラーへの放電開
始電力を示す）。

【００１７】また、誘電体板１０，２０の端部角部と金
属電極１，２が近くに存在すると、図７６に示すように
誘電体板１０，２０の端部角部の電界強度が高くなり、
この部分に放電４２が集中し易くなる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ装置は以
上のように構成されているので、高出力導波路型レーザ
を得るために誘電体の長さを長くしたい場合、冷却の観
点からギャップ長ｄを短く設定する要求がある一方、光
の伝搬損失の観点からはギャップ長ｄを長く設定する要
求があり、全く矛盾した要求となって実現不可能であ
る。また、上記式（１），（２）より、レーザ波長に対
する誘電率εを小さく設定すれば、伝搬損失ａを減少さ
せることが予想されるが、現実には低誘電率材料は焼結
が困難で製作できないことが多い。さらに、後述のよう
に、この方式で用いられる誘電体は導波路面としての性
質だけでなく、耐電圧特性等放電用キャパシタとしての
機能が要求されるため、これらの条件を満たす材料は極
く限られていた。

【００１９】また、従来のＣＯ₂ レーザ装置の場合、レ
ーザ励起における最適な周波数が１５０ＭＨｚ近傍であ
るが、この周波数は、日本の電波法ではその使用が制限
されているために、汎用装置とする場合の大きな問題と
して残されている。また、そのようなＲＦ電源は高価で
あり、ＲＦ電源とレーザ負荷とのマッチングも困難であ
るなど問題は山積状況である。

【００２０】さらに従来の導波路型炭酸ガスレーザ装置
では、上述のように放電電力を増加するために印加電圧
を上昇させると、主放電空間だけでなく共振器ミラーに
向う放電４１や誘電体板１０，２０の端部に集中した放
電４２が発生するので、レーザ装置の安定性を損なうと
いう問題点があった。

【００２１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、請求項１〜請求項５の発明
の目的は、レーザ光励起空間を作り、さらにプリズムや
ホールディングミラー等のレーザビームを立体的に折り
返す手段を設けることによって、レーザ光励起空間を直
列につないだときと同等の効果が得られ、しかも、装置
の小型化およびコストダウンが図れるレーザ装置を得る
ことを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザ装
置は、レーザ励起用の放電空間を有し、かつ線対称軸が
２つ以上となるように前記放電空間を配置し、この放電
空間の断面に直交する方向にレーザビームを取り出すレ
ーザ装置において、立体的なビーム折り返し手段を用い
て前記放電空間の断面内を通過するレーザビームを一つ
につなげたものである。

【００２３】この発明に係るレーザ装置は、複数の長辺
と短辺の長さの比が３以上の矩形放電空間を有し、か
つ、線対称軸が少なくとも２つ以上となるように前記矩
形放電空間断面を配置し、この放電空間断面に直交する
方向にレーザビームを取り出すレーザ装置において、立
体的なビーム折り返し手段を用いてそれぞれの前記放電
空間の断面内を通過するレーザビームを一つにつなげた
ものである。

【００２４】この発明に係るレーザ装置は、複数の長辺
と短辺の長さの比が３以上の矩形放電空間を有し、か
つ、多角形状に前記矩形放電空間断面を配置し、この放
電空間断面に直交する方向にレーザビームを取り出すレ
ーザ装置において、立体的なビーム折り返し手段を用い
てそれぞれの前記放電空間の断面内を通過するレーザビ
ームを一つにつなげたものである。

【００２５】この発明に係るレーザ装置は、複数の固体
レーザ媒質を有し、かつ、線対称軸が少なくとも２つ以
上となるように前記固体レーザ媒質断面を配置し、この
固体レーザ媒質断面に直交する方向にレーザビームを取
り出すレーザ装置において、前記放電空間断面の長辺方
向から熱を取りガス冷却を行うと共に、立体的なビーム
折り返し手段を用いてそれぞれの前記固体レーザ媒質断
面内を通過するレーザビームを一つにつなげたものであ
る。

【００２６】この発明に係るレーザ装置は、複数の固体
レーザ媒質を有し、かつ、多角形状に前記固体レーザ媒
質断面を配置し、この固体レーザ媒質断面に直交する方
向にレーザビームを取り出すレーザ装置において、前記
放電空間断面の長辺方向から熱を取りガス冷却を行うと
共に、立体的なビーム折り返し手段を用いてそれぞれの
前記固体レーザ媒質断面内を通過するレーザビームを一
つにつなげたものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１によるレーザ装置の要部断面図であり、図
６９と同一または相当部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この実施の形態１によるレーザ装置は、
長辺と短辺の長さの比が３以上の矩形断面を有するレー
ザ励起用の放電空間４が誘電体板１０，２０の相互間に
形成され、その放電空間４の矩形断面と直交する方向に
レーザビームを取り出すもので、その基本構成は図６９
に示した従来例の場合と同様である。しかし、この発明
では、誘電体板１０，２０に厚み分布を設けることによ
って電極の静電容量に分布を設け、上記放電空間４の矩
形断面内で放電が斜め方向に発生するように構成されて
いる。この場合、例えば図１のように誘電体板１０，２
０の非対向面側に凹状の溝部をそれぞれ形成すれば、そ
れらの溝部が薄肉部で他が厚肉部となった誘電体板１
０，２０が得られることにより、これらの誘電体板１
０，２０は上述のように厚み分布が設けられたものとな
る。なお、この実施の形態１においても、上記誘電体板
１０，２０に密着された金属電極１，２は冷却水が通さ
れて冷却されており、レーザガスは上記誘電体板１０，
２０間の短辺方向に生じた熱流を介して冷却される。

【００２８】次に動作について説明する。金属電極１，
２に交流高電圧を印加すると、放電空間４に放電が発生
する。このとき、放電エネルギーは静電容量に比例して
注入されるため、誘電体板１０，２０のそれぞれに施さ
れた適当な厚み分布によって、放電空間４の矩形断面内
では図１に符号ＤＣで示すような斜め方向の放電が発生
する。本発明者らの実験によれば、同一の誘電体材料で
厚み分布を設ける場合、その誘電体材料の薄肉部と厚肉
部の厚みの比を１：３以上に設定しておけば、上記放電
空間４の矩形断面内では主に斜め方向の放電が発生する
ことが確認された。

【００２９】この実施の形態１によれば、誘電体板１
０，２０の薄肉部分のピッチ（図中符号ｐ）を選択する
ことによって、等価的な放電ギャップ長を任意に設定で
きる。このため、電源周波数によって最適化することが
できる。すなわち、低い電源周波数で使用する場合に
は、上記ピッチｐを長くとればよい。

【００３０】ギャップ長２ｍｍの条件においてｐ＝５ｍ
ｍと１５ｍｍにおけるレーザ出力の電源周波数依存性を
調べた結果を図２と図３に示す。図２のｐ＝５ｍｍの条
件下では電源周波数が１５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚ
における励起効率はほぼ等しくなり、また、図３のｐ＝
１５ｍｍの条件下では、１００ｋＨｚの励起効率も等し
くなり、低周波領域でのレーザ励起効率の改善が確認さ
れた。よって、この実施の形態１のような斜め放電によ
り、等価的な放電ギャップ長を長く取れば、より低周波
の電源を使用した場合にも、高効率のレーザ励起が可能
となることがわかる。

【００３１】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２によるレーザ装置の要部断面図であり、この実施の
形態２では、誘電率の低い誘電体板１０１，２０１で金
属電極１，２をモールドしており、これによって、さら
に高い電圧印加が可能となり、高出力化を実現できるこ
とが確認された。

【００３２】実施の形態３．図５に示す実施の形態３で
は、誘電体板１０，２０に異なる誘電体１０２，２０２
を積層して、段差のある誘電体層を形成しており、上記
実施の形態１と同様の効果が得られる。この場合、誘電
体１０２，２０２を誘電体板１０，２０に比べて誘電率
の低い材料で形成すれば、誘電体１０２，２０２の厚み
を薄くして、ガス冷却に係る熱伝導効果を高めることも
できる。

【００３３】実施の形態４．また、図６に示すように電
源の中点をアースに接地し、金属電極１，２にそれぞれ
極性の反転する電圧（位相が互い１８０゜ずれた電圧）
を印加すれば、金属電極１，２からアースまでの絶縁距
離を短く設計でき、コンパクトなレーザ発振器が製作で
きる。

【００３４】実施の形態５．上記実施の形態１では光軸
に直交する放電空間４の矩形断面内における斜め放電の
効果について説明したが、図７に示すように、光軸方向
に斜め放電を生起させても実施の形態１と同様の効果が
得られる。

【００３５】実施の形態６．上記各実施の形態では、静
電容量の分布によって放電を斜め方向に発生させるケー
スについて述べたが、例えば図８のように誘電体板１
０，２０を介して対向する金属電極１と２、および金属
電極１１と２２を短絡し、隣合う金属電極１と１１およ
び金属電極２と２２の間に高電圧を印加すれば、放電は
電位の異なる斜め向いの電極間（つまり金属電極１と２
２間および金属電極２と１１間）、および隣合う電極間
（つまり金属電極１と１１間および金属電極２と２２
間）で生じ、これまでの各実施の形態と同様の効果が得
られる。つまり、放電を誘電体板１０，２０に対して斜
め方向に発生させることができれば、低周波の電源を使
用した場合にも高効率なレーザ励起が可能となる。

【００３６】実施の形態７．図９はこの発明の実施の形
態７によるレーザ装置の要部断面図であり、このレーザ
装置の基本的構成は図６９に示した従来例と同様であ
る。ただし、この実施の形態７では、図示のように金属
電極１，２が放電空間４の矩形断面の長辺方向に配置さ
れ、放電が放電空間４の長辺方向に発生するように構成
されている。また、誘電体板１０，２０は冷却されてお
り、レーザガスはそれらの誘電体板１０，２０を介して
冷却される。

【００３７】放電空間４は上記実施の形態１と同様、長
辺と短辺の比（アスペクト比）が３以上に設定されてい
るため、放電の方向を短辺方向から長辺方向に変化する
だけで、ギャップ長を３倍以上に長くすることができ
る。この構成により、電界強度がレーザ励起に最適な状
態となって高効率のレーザ励起を実現できる。

【００３８】この実施の形態７によるレーザ装置を用い
て、図７２の条件と同様の発振実験を行った結果を図１
０に示す。これによれば、低周波領域におけるレーザ励
起効率は改善されていることがわかる。さらに、アスペ
クト比を増加すれば、レーザ励起効率は電源周波数にほ
ぼ依存しなくなる。

【００３９】実施の形態８．なお、上記実施の形態では
金属電極１，２に交流電圧を印加した場合について示し
たが、この実施の形態８を示す図１１のように、金属電
極１１１，２２１の周囲をガラス等の誘電体１０３，２
０３で包囲した構成としてもよく、この場合も上記実施
の形態７と同様の効果が得られる。

【００４０】実施の形態９．この実施の形態９では、上
記実施の形態７の構成において、図１２に示すように、
直流電源３１を用いて直流グロー放電でレーザを励起す
る構成としている。この場合、直流電源３１は陰極ピン
電極１１２と陽極２２２に接続される。このような構成
としても上記実施の形態７と同様の効果が得られる。

【００４１】実施の形態１０．この実施の形態１０で
は、上記実施の形態７と上記実施の形態９とを合せた構
成としている。すなわち、図１３に示すように、直流電
源３１による長辺方向の電力の半分以下のエネルギーを
供給する放電を、ＲＦ電源３によって短辺方向に発生さ
せる構成としている。これによって、長辺方向の放電を
容易にし（過電圧を加えなくても放電が発生し）、ま
た、放電を安定させることができる。

【００４２】なお、上記各実施の形態では、ＣＯ₂ レー
ザを例にして説明したが、この発明は、ＣＯ₂ レーザと
同様に低エネルギー電子で励起することが必要とされる
ＣＯレーザ等の他のレーザ装置にも適用できる。

【００４３】実施の形態１１．図１４はこの発明の実施
の形態１１によるレーザ装置の要部断面図であり、図に
おいて、１，２は金属電極、１３，２３は金属角パイプ
であり、これらの金属角パイプ１３，２３の内部には冷
却水が流通するようになっている。複数の金属電極１，
２は分割して交流電源３に接続され、放電空間４を介し
てそれぞれ互い違いに配置されている。

【００４４】さらに、金属電極１，２の対向面間には、
それぞれ電気的に浮いた状態の金属角パイプ１３，２３
が配置されている。そして、金属電極１，２および金属
角パイプ１３，２３はそれぞれ冷却されており、放電空
間４内のレーザガスは誘電体板１０，２０を介して冷却
される。また、上記金属電極１，２および金属角パイプ
１３，２３は全体が誘電材料１５，２５でモールドされ
ており、これらの誘電材料１５，２５は沿面放電を防止
する。なお、図１４において、上記実施の形態１から実
施の形態１０と同一類似部材については同一符号を付し
て説明を省略する。

【００４５】次に動作について説明する。金属電極１，
２に交流高電圧を印加すると、放電空間４に予備放電と
なる短辺方向の放電４４が発生し、さらに電圧を高くし
ていくと斜め方向の主放電４５が発生する。この現象を
図１５に示す電極システムの等価回路により説明する
と、上記主放電（プラズマ抵抗Ｒ₁ ）４５は金属電極１
₁ から誘電体板１０の静電容量Ｃ₁ を介して電源３に接
続され、更に、主放電４５は誘電体板２０の静電容量Ｃ
₁ 、金属電極２を介して電源３に接続される。一方、予
備放電（プラズマ抵抗Ｒ₂ ）４４が金属角パイプ１３を
介して金属電極１に接続される場合、予備放電４４は誘
電体板１０の静電容量Ｃ₁ 、金属角パイプ１３、誘電材
料１５の静電容量Ｃ₂ を介して金属電極１に接続され
る。他方、予備放電４４が金属電極２を介して金属角パ
イプ２３に接続される場合、予備放電４４は誘電材料１
５の静電容量Ｃ₂ を介して金属電極２に接続される。こ
れにより、予備放電４４は金属角パイプ１３と金属電極
２間および金属電極１と金属角パイプ２３間で発生す
る。

【００４６】この場合、短辺方向では等価的なギャップ
長が短いので、非常に低い電圧で予備放電４４が開始す
る。さらに、この予備放電４４で発生した紫外線または
荷電粒子により、放電場が弱電離状態となり、比較的低
い電圧で主放電４５に点火される。

【００４７】予備放電の有無による投入電力特性の違い
を示す図１６において、実線ＥＸ．１１は予備放電４４
がある場合の投入電力特性であり、点線は予備放電４４
がない場合の投入電力特性である。予備放電のない場
合、一旦高い電圧（過電圧）を印加して初めて主放電４
５が点火され、突然、高エネルギーが放電場に注入され
る。しかし、予備電離機構を付加して予備放電４４を発
生させた場合には、主放電４５がスムーズに点火され、
従来見られた制御不能な領域を除くことができる。

【００４８】ところで、予備放電４４は等価的なギャッ
プ長が短い放電であるため、予備放電４４に投入する電
力を大きくすると、従来の技術で述べたように２５ＭＨ
ｚ以下の電源周波数ではレーザの励起効率が低くなる欠
点がある。本発明者らは、予備放電４４に投入する電力
を主放電４５に投入する電力の１０％以下に設定するこ
とによって、レーザ励起効率を低下させずに、予備放電
の役割を充分に果たすことを見出した。

【００４９】この場合、図１５に示すように、予備放電
４４，主放電４５ともに放電エネルギー（電力）は各放
電に対応する誘電体の静電容量Ｃ₁ ，Ｃ₂ に比例して注
入されるため、予備放電４４に対応する誘電体の静電容
量を主放電４５の静電容量の１０％以下に設定すること
により、予備放電４４に投入する電力を主放電４５に投
入する電力の１０％以下にすることができる。

【００５０】実施の形態１２．図１７はこの発明の実施
の形態１２によるレーザ装置の斜視図である。上記実施
の形態１１では放電空間４の矩形断面内で光軸と直交す
る方向に斜め方向の主放電４５と予備放電４４を発生さ
せる場合について述べたが、この実施の形態１２では、
光軸方向に斜めの主放電４５と予備放電４４を発生させ
るように構成しており、この場合であっても同様の効果
が得られる。ただし図１７では、主放電４５のみを示し
て予備放電４４は省略した。また、誘電体モールドも図
示していない。

【００５１】実施の形態１３．上記実施の形態１１およ
び実施の形態１２では、予備放電４４および主放電４５
ともに同一電源で電力を供給する場合について述べた
が、この実施の形態１３では、図１８に示すようにそれ
ぞれ別個の電源３，３２を設けて、別々にエネルギーを
供給するように構成しており、この場合でも同様の効果
が得られる。

【００５２】実施の形態１４．図１９はこの発明の実施
の形態１４によるレーザ装置の斜視図である。この実施
の形態１４によるレーザ装置は、金属電極１，２の長さ
寸法および幅寸法が、誘電体板１０，２０の長さ寸法お
よび幅寸法よりもそれぞれ５ｍｍ以上短く設定されてい
る点で、図６９に示した従来のレーザ装置と相違する。

【００５３】この実施の形態１４では、金属電極１，２
の長さ寸法および幅寸法が、上述のように、誘電体板１
０，２０の長さ寸法および幅寸法よりも５ｍｍ以上短い
ため、放電電力の増加時（印加電圧の増加時）にあって
も、誘電体板１０，２０の端部の電界集中による放電４
２の集中（図７６参照）を未然に防止することができ
る。

【００５４】一方、図７４に示す光共振器ミラー８に向
う放電４１の発生も、印加電圧に大きく依存する。以
下、その放電４１について説明する。実施の形態１４に
おいて、ギャップ長をｄ、誘電体板１０，２０と光共振
器ミラー８との距離をＬ_wm、金属電極１，２と誘電体板
１０，２０との長さの差をＬとおき、放電開始電圧をＶ
_* 、印加電圧波高値をＶ_opとすると、光共振器ミラー８
と金属電極１，２間の距離（Ｌ_wm＋Ｌ）の設計基準は次
式（３）で設定される。Ｌ＋Ｌ_wm≧（Ｖ_op／Ｖ_* ）ｄ・・・・・・・・・（３）（Ｖ_opは調節可能な変数で、Ｖ_* ，ｄは固定値）本発明者らによれば、式（３）を満足する条件下では、
光共振器ミラー８への放電４１が発生しないことが実験
的に実証されている。また、放電電力Ｗｄは、電源周波
数ｆ、放電部の誘電体静電容量Ｃにより次式（４）で結
ばれる。Ｗｄ＝πｆＣＶ_* （Ｖ_op ² −Ｖ_* ²）^1/2 ・・・・（４）（Ｃ，ｆは固定値）従って、（３），（４）式から明らかなように、大きな
放電電力を投入する場合には（Ｌ_wm＋Ｌ）を大きく設定
すればよい。これにより、光共振器ミラー８と金属電極
１，２間の距離（Ｌ_wm＋Ｌ）を大きく設定すれば、印加
電圧を増加させても光共振器ミラー８に向う放電４１の
発生を阻止することができる。

【００５５】実施の形態１５．図２０（Ａ）はこの発明
の実施の形態１５によるレーザ装置の平面図、図２０
（Ｂ）は図２０（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。この実
施の形態１５では、金属電極１，２の幅Ｗを光共振器で
決定されるレーザビームが通過する幅とほぼ等しくした
構成としており、これにより、放電エネルギーを有効に
光エネルギーに変換することが可能となる。

【００５６】実施の形態１６．図２１（Ａ）はこの発明
の実施の形態１６によるレーザ装置の平面図、図２１
（Ｂ）は図２１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。この実
施の形態１６では、金属電極１，２の幅Ｗが誘電体板１
０，２０の幅Ｗ’よりも短いことを利用して、上記金属
電極１，２が存在しない誘電体板１０，２０間にスペー
サ１６，１７を配設した構成としており、誘電体板１
０，２０の表面（光反射面）間の距離を一定に保つこと
ができる。これにより、レーザビームの放電に影響を与
えることなくギャップ間隔を一定に保持できる。さら
に、このスペーサ１６，１７をレーザビームに対して不
燃性材料で構成することにより、レーザビームの回折光
もしくは共振器のミスアライメントのために、正規光軸
以外で発生するレーザビームを遮断することができる。

【００５７】ここで、上記スペーサ１６，１７をセラミ
ックスのような絶縁物で構成すれば、放電には全く影響
を与えることなく、上記目的を達成できる。

【００５８】また、上記スペーサ１６，１７を金属で構
成すれば、安価に製作できる。この場合、スペーサ部で
多少ピンチした放電が観測されるが、本発明者らによれ
ば、レーザ特性には影響ないことが確認された。

【００５９】実施の形態１７．図２２はこの発明の実施
の形態１７によるレーザ装置の側面図であり、図におい
て、１ａ，２ａは導電性部材、１０ａ，１０ｂ，２０
ａ，２０ｂは誘電体板である。これらの誘電体板１０
ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂは、金属板に誘電体層を被
覆したもので、熱伝導率が高く冷却効率が向上する。誘
電体板１０ａは誘電体板１０に対向し、かつ、誘電体板
２０ａは誘電体板２０に対向してそれぞれ配設されてい
る。また、誘電体板１０ｂ，２０ｂも互いに対向して配
設されている。そして、誘電体板１０ａ，１０ｂ間およ
び誘電体板２０ａ，２０ｂ間には、それぞれ導電性部材
１ａおよび導電性部材２ａが挟持されていて、導電性部
材１ａ，２ａは電気的に浮かされている。これにより、
放電空間４は放電空間４ａ，４ｂ，４ｃに３分割され、
また、導電性部材１ａ，２ａおよび金属電極１，２は水
冷状態に維持されている。なお、図２２において、図１
９に示した実施の形態１４と同一類似部材については同
一符号を付して説明を省略する。

【００６０】次に動作について説明する。この実施の形
態１７のレーザ装置は、放電空間４が４ａ，４ｂ，４ｃ
に３分割され、また、金属電極１，２および導電性部材
１ａ，２ａが水冷されているので、上記放電空間４ａ，
４ｂ，４ｃに発生したレーザガスが効率よく冷却され、
その冷却効果が向上する。一方、放電を維持するための
高電界部分は金属電極１，２の近傍に現われるので、放
電空間４ｂはレーザ励起に適した低電界領域となる。従
って、低周波電源を用いた場合も、放電空間４ｂに注目
すれば冷却能力に優れ、高効率の励起が可能となる。そ
して、低周波電源の効率は高周波の電源効率より高いの
で、放電単位長さ当りに取り出されるレーザ出力は、高
周波で励起したものと同程度となる。すなわち、放電空
間４ａ，４ｃに投入された放電エネルギーは損失となる
が、低周波電源の効率は高周波の電源効率よりも高いの
で、レーザ装置全体としては高周波の励起効率と同等に
設計することが可能である。さらに、レーザビームの光
路を折り返して放電空間４ａ，４ｃのエネルギーを取り
出す構成にすれば、より高効率のレーザ装置を得ること
ができる。

【００６１】実施の形態１８．上記実施の形態１７で
は、導電性部材１ａの両端部に誘電体板１０ａ，１０ｂ
を設け、また、導電性部材２ａの両端部に誘電体板２０
ａ，２０ｂを設けて放電空間４ａ，４ｂ，４ｃに３分割
したが、この実施の形態１８では、図２３に示すよう
に、放電空間４ａ，４ｂ，４ｃの中に誘電体板１０ｃ，
２０ｃを所定間隔で配設した構成としており、これだけ
でも同様の効果を得ることができる。ただし、この場合
には誘電体板１０ｃ，２０ｃを冷却する必要があるの
で、熱伝導率の高い材料を選定する必要がある。

【００６２】実施の形態１９．また、上記実施の形態１
７では、金属電極１，２は誘電体で被覆したが、この実
施の形態１９では図２４に示すように誘電体で被覆しな
い金属電極１９，２９を使用している。このときは、金
属電極１９，２０からの放電４ｄ，４ｆの発生位置を確
定するため、金属電極１９，２９の先端は尖らせたほう
がよい。なお、４ｅは放電空間である。

【００６３】上記実施の形態１７から実施の形態１９で
はＣＯ₂ レーザを例にとって説明したが、この発明はＣ
Ｏ₂ レーザと同様に低エネルギー電子での励起が必要と
されるＣＯレーザなど他のレーザにも適用可能である。

【００６４】実施の形態２０．図２５はこの発明の実施
の形態２０によるレーザ装置の斜視図である。図におい
て１０５は円筒状の外管、２０５は円筒状の内管であ
り、これらの外管１０５および内管２０５は誘電体板を
円筒状に形成したもので、その両者は同軸上に配設され
ている。外管１０５と内管２０５の間には放電空間４が
形成されているので、この放電空間４は円筒状（ドーナ
ツ状の断面）に形成されている。そして、外管１０５の
外周に交流電源３と接続された金属電極１，２が配置さ
れている。また、内管２０５は導体で形成され、さらに
電気的に浮かされた状態で水冷されている。さらに、内
管２０５と外管１０５の間隔（放電ギャップ：ｄ）は２
ｍｍに設定されている。

【００６５】次に動作について説明する。金属電極１，
２に交流高電圧を印加すると、放電空間４に放電が発生
する。この放電により、放電空間４に存在するガスが励
起されて、放電空間４の両端近傍に配置された光共振器
ミラー７，８によりレーザビーム９として外部に取り出
される。このとき、内管２０５の外面および外管１０５
の内面はレーザビームの導波路として作用する。

【００６６】そして、印加電圧が低い場合、図２６
（Ａ）に示すように金属電極１，２の近傍でのみ放電が
発生するが、図１９等に示す平板電極と比較すると、等
価ギャップ長が２倍になるので、高効率の励起が可能と
なる。一方、印加電圧を上昇すると、図２６（Ｂ）に示
すように、放電が放電空間４全体に拡がるので、等価ギ
ャップ長の長い良好なレーザ励起が可能となる。

【００６７】実施の形態２１．上記実施の形態２０にお
いて、図２７に示すように、金属電極１，２の他に複数
の金属電極１ｂ，２ｂを加えると、各電極に加える電圧
はより低くても、放電が全域に拡がるという効果があ
る。

【００６８】実施の形態２２．上記実施の形態２０およ
び実施の形態２１では、同一の電源を用いた場合につい
て述べたが、これに限らず、各電極を別の電源に接続し
てもよく、さらに、図２８に示すように多相（この場合
は三相）電源３３を用いても同様の効果が得られる。な
お、図２５〜図２８において、内管２０５を誘電体で構
成すると、金属電極近傍の放電の集中は緩和され、より
拡散的な放電を実現できる。

【００６９】実施の形態２３．さらに、図２９に示すよ
うに、金属管１２１の外周に誘電体層１２２を被覆した
複合管を内管として使用し、金属管１２１の中に冷却水
を流せば、万一、誘電体層が破壊しても水漏れの心配は
ない。また、図２９においては、中点接地電源３４を使
用して、金属管１２１を接地しているため、放電は更に
低い電圧で放電空間４全体に拡がった。

【００７０】実施の形態２４．上記実施の形態２０にお
いて、図３０に示すように、外管１０５の外周で、金属
電極１，２が設けられていない部分に、電気的に浮かし
た冷却機能を持つ金属１２３，１２４を金属電極１，２
と互い違いに配置したところ、より有効に放電空間４内
のレーザガスが冷却された。

【００７１】実施の形態２５．上記実施の形態２０から
実施の形態２４では、円筒状の放電空間４の半径方向へ
放電が発生する場合について述べたが、これに限らず、
図３１に示すように、レーザビームの出射方向に複数に
分割された電極１０６，１０７を設けても、これらの実
施の形態と全く同様の効果が得られた。

【００７２】すなわち、光軸方向に放電を発生させるこ
とにより、ギャップ長ｇを任意に設定することができる
ので、低周波の電源を使用しても高効率のレーザ励起が
可能となる。この場合、放電空間４の円環断面上の放電
の均質性は優れている。

【００７３】また、この実施の形態２５では単一のＲＦ
電源３を使用したが、複数の電源や、図２８に示すよう
な多相電源３３をしようしてもよい。

【００７４】実施の形態２６．内管２０５は、上記実施
の形態２０から実施の形態２５に示すように、金属、誘
電体、または金属表面に誘電体をコーティングしたもの
を使用してもよい。特に、図３２に示すように中点接地
電源３４を使用して、内管を接地しておくと、金属電極
１０６，１０７，１０８，１０９と金属内管１２１の間
で放電が開始した場合、印加電圧の上昇と共に放電領域
が拡がっていくので、過電圧を必要とせず実用的であ
る。特に、金属内管１２１と誘電体板１２２で被覆され
ている場合には、放電は更に均質で、効果が大きい。ま
た、上記実施の形態２０から実施の形態２６ではＣＯ₂
レーザについて説明したが、これに限らず、低エネルギ
ー電子で励起することが必要とされるＣＯレーザなど他
のレーザにも適用可能である。

【００７５】実施の形態２７．図３３はこの発明の実施
の形態２７によるレーザ装置の斜視図であり、図におい
て、７０はレーザビーム取出用の反射鏡８側に配置され
た大気遮蔽窓としてのレーザビーム出力窓であり、この
出力窓７０は前記反射鏡８から離して設置されている。
従って、前記反射鏡８と前記出力窓７０との間はレーザ
ビーム９が通過する非放電部分（非励起部）となってお
り、この非放電部分にはレーザガス冷却手段としての冷
却ダクト７１１が配置されている。この冷却ダクト７１
１は中央部に矩形開口を有しており、この矩形開口の長
辺および短辺の長さは、前記冷却ダクト７１１を通過す
るレーザビームの長辺および短辺のそれぞれの３倍以下
に設定されている。

【００７６】また、この実施の形態２７では、金属電極
１，２の長さ寸法を誘電体板１０，２０の長さ寸法より
も短く設定し、該誘電体板１０，２０の長手方向両端側
を前記金属電極１，２の長手方向両端より反射鏡７，８
側に延出させている。従って、金属電極１，２と反射鏡
７，８との間も非放電部分（非励起部）となっており、
これらの非放電部分には、電気的に浮かすか、もしく
は、接地された冷却機能を有する冷却管７１２，７１３
および７１４，７１５がレーザガス冷却手段として配置
されている。

【００７７】ここで、一般に、反射鏡８と出力窓７０と
を離した配置とすることにより、レーザビームを自然伝
搬し出力窓７０位置でのビーム径を増大することができ
る。図３３において、反射鏡８と出力窓７０とを単に離
しただけの構成で、何らのレーザガス冷却手段も有して
いない従来のレーザ装置のレーザ発振特性を図３５に示
す。図３５で明らかなように、低出力域では放電電力と
共にレーザ出力はリニアに延びていく。しかし、レーザ
出力５００Ｗ程度の位置で一旦出力の飽和現象が観測さ
れ、さらに入力を増すと再びレーザ出力が増大すること
が確認された。ただし、飽和後のレーザ出力の傾き（効
率）は飽和前の傾きに比較して低いことが判った。出力
が飽和する光強度は炭酸ガス濃度に大きく依存し、炭酸
ガス濃度が低いほど出力飽和が発生し難いことが明らか
になった。

【００７８】この現象は、詳細に検討した結果、非励起
・非冷却空間での炭酸ガスのレーザ光吸収による出力の
飽和現象であることが判明した。すなわち、前記出力の
飽和現象は、励起されておらず（反転分布が形成されて
おらず）、かつ、冷却されていない空間、例えば図３３
における放電空間４と反射鏡７，８との間、あるいは反
射鏡８と出力窓７０との空間における光吸収効果による
ものである。

【００７９】そこで、炭酸ガスの光吸収係数とガス温度
の関係を図３６に示す。この図３６で明らかなように、
ガス温度の上昇と共に光吸収係数は増加し、やがて飽和
することが判る。すなわち、非励起空間において、炭酸
ガスがレーザビームのエネルギーを吸収することによ
り、ガス温度の上昇を誘発し、さらに、前記エネルギー
の吸収量が増加するという過程が繰り返される。この過
程では、入力を増加しても光吸収量が増加するため、レ
ーザ出力は増加せず、やがてガス温度が６００Ｋ程度に
なると、光吸収係数は増加しなくなる。

【００８０】このように、従来のレーザ装置では、特に
高いレーザ出力時における非励起空間・非冷却空間での
光吸収効果が増大し、この光吸収効果によってレーザ出
力の飽和現象が発生したり、発振効率が低くなるなどの
問題点があった。

【００８１】しかるに、この実施の形態２７では、上述
のように、レーザビームの通過路における非放電部分
（反射鏡８と出力窓７０との間、および、金属電極１，
２と反射鏡７，８との間）にレーザガス冷却手段（冷却
ダクト７１１および冷却管７１２，７１３，７１４，７
１５）を設けたことにより、反転分布が生じていない非
放電部分（非励起空間）では、光吸収による入熱はある
が、その冷却が充分に行われるため光吸収効果を小さく
抑えることができ、これによって、ガス温度上昇も小さ
くなる。従って、光吸収係数が低い値に抑えられ、高効
率のレーザ出力が可能となる。

【００８２】図３４は実施の形態２７によるレーザ発振
特性を示す図であり、この図からも明らかなように、実
施の形態２７によれば、図３５で見られたようなレーザ
出力の飽和現象や発振効率の低下は全く観測されず、高
効率レーザ装置が得られる。

【００８３】実施の形態２８．図３７はこの発明の実施
の形態２８によるレーザ装置の斜視図であり、この実施
の形態２８では、ガス流発生手段として小形のブロア等
を設置し、非励起部に矢印で示すようなガス流１５０，
１６０を強制的に発生させ、このガス流１５０，１６０
によって非励起部でのレーザガスの温度上昇を抑えるよ
うにしたのであり、これによっても実施の形態２７の場
合と同様の効果が得られる。

【００８４】実施の形態２９．図３８はこの発明の実施
の形態２９によるレーザ装置の斜視図であり、この実施
の形態２９では、誘電体板１０，２０間に形成されてい
る放電空間４の両側面に、レーザガスの漏れを防止する
側板５１，５２を設けている。また、これらの側板５
１，５２の中腹部にはガス流通孔５１ａ，５２ａ（但し
５１ａのみを図示）を設けている。そして、ガス流通孔
５１ａ，５２ａから矢印１７０，１８０で示すようにレ
ーザガスを放電空間４内に供給流入させ、該放電空間４
内のガス圧力が一定化するように真空ポンプ（図示せ
ず）で常時排気する構成としている。

【００８５】このように構成すると、放電空間４の中央
部から反射鏡７，８に向ってガス流が発生するため同様
の効果が得られる。この場合、放電空間４において、炭
酸ガスは電子衝突を受け次式のように一酸化炭素と酸素
に解離する。ＣＯ₂ ＋ｅ→ＣＯ＋Ｏ₂ ／２このため、放電空間４では炭酸ガス濃度が高く、非励起
空間では炭酸ガス濃度が低いといった理想的な状況が得
られるという絶大の効果がある。なお、非励起部に低温
ガスが流入するという点から捉えると、図３８のレーザ
ガスの流れ（矢印１７０，１８０）を逆向きにしてもよ
い。すなわち、非励起部から放電空間４にレーザガスを
導入し、電極中央部（前記側板５１，５２のガス流通孔
５１ａ，５２ａ）からレーザガスを排出させる構成とし
ても有意義である。このように実施の形態２９では放電
による炭酸ガスの解離現象を利用して励起空間と非励起
空間の炭酸ガス濃度に差をつける場合について説明した
が、要するに非励起空間の炭酸ガス濃度を低く抑えれば
同様の効果が得られるのである。

【００８６】実施の形態３０．図３９は、この発明の実
施の形態３０による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置を示す斜
視図である。この実施の形態３０では、互いに対向する
平板状の一対の金属電極１，２と、これらの金属電極
１，２の対向面に密着されて相互間で矩形断面の放電空
間４を形成する誘電体板１０，２０とを１ユニットと
し、その４つのユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４を断面
多角形状（断面四角形状）に配置した構成としている。
このような構成とすることにより、前記４つのユニット
Ｕ１〜Ｕ４のそれぞれに形成された４つの放電空間４ａ
〜４ｄの各矩形断面は多角形状（断面四角形状）に配置
された状態となっている。なお、この実施の形態３０に
おいて、前記各ユニットＵ１〜Ｕ４のそれぞれ一方の金
属電極１は励起電源（ＲＦ電源）３に接続され、かつ、
それぞれの放電空間４ａ〜４ｄには従来と同様に混合ガ
スが充填される。

【００８７】また、この実施の形態３０において、前記
放電空間４ａ〜４ｄの長手方向の両端開口側に対向配置
された反射鏡７，８は、それぞれが折曲線７ａ，８ａを
介して適当な角度に折曲形成された一連の折曲鏡板部７
１，７２および８１，８２から成り、それらの折曲方向
が９０゜異なるように配置した構成となっている。

【００８８】さらに詳しく述べると、図３９の導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置のレーザビームのビーム光路を示す図
４０において、Ｌ１，Ｌ２は前記放電空間４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄで囲繞されてビーム光路を形成する空間断面
の中心点を通る２本の線対称軸であり、この線対称軸Ｌ
１，Ｌ２の何れか１本と前記反射鏡７，８の折曲線７
ａ，８ａが一致し、かつ、それらの折曲線７ａ，８ａの
向きが９０゜異なるように前記反射鏡７，８を配置して
いる。

【００８９】ここで言う線対称軸Ｌ１，Ｌ２とは、或る
線に対して前記空間断面が左右対称になるものを意味す
る。例えば、図４０において、点線を放電空間４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄの断面配置とした場合、その放電空間断
面を前記線対称軸Ｌ１またはＬ２の部分で折り曲げる
と、折り曲げられた放電空間断面が全く重なり合って一
致する線を言う。

【００９０】上述のように折曲形成された反射鏡７，８
において、レーザビーム取出し側の反射鏡８には図３９
に示すように矩形状のレーザビーム出射口８３が設けら
れている。

【００９１】なお、図４０において、９ａは前記放電空
間４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ内に存在しているレーザビー
ムであり、図３９において、９は前記レーザビーム出射
口８３から出射されるレーザビームである。

【００９２】次に動作について説明する。いま、図４０
において、一方の反射鏡８における上方の折曲鏡板部８
１の黒点Ｐから下向き矢印方向に反射されて進行するレ
ーザビーム９ａは、下方の折曲鏡板部８２で他方の反射
鏡７の片方の折曲鏡板部７１方向に折り返し反射され
る。次いで、その折曲鏡板部７１から、これに連なる他
方の折曲鏡板部７２側に向って横方向に折り返し反射さ
れた後、その折曲鏡板部７２で前記一方の反射鏡８の下
方折曲鏡板部８２に向って折り返し反射され、この下方
折曲鏡板部８２では上方折曲鏡板部８１方向に向って折
り返し反射される。そして、その下方折曲鏡板部８１で
は前記他方の反射鏡７の一方（図中で左側）の折曲鏡板
部７２方向に折り返し反射され、この折曲鏡板部７２で
は他方（図中で右側）の折曲鏡板部７１方向に折り返し
反射された後、この折曲鏡板部７１から前記黒点Ｐに戻
るように折り返し反射される。

【００９３】即ち、一方の反射鏡８では、他方の反射鏡
７からの入射レーザビーム９ａを上下方向に折り返し反
射し、他方の反射鏡７では前記一方の反射鏡８からの入
射レーザビーム９ａを左右方向に折り返し反射すること
となる。従って、片方の反射鏡７で折り返され、再び、
もう片方の反射鏡８方向に反射されたレールに９ａの光
路は、前述のように折り返し反射される前のレーザビー
ムの光路とは異なり、同一の光路を逆戻りするようなこ
とはない。また、前記一方の反射鏡８に戻ってきたレー
ザビーム９ａは黒点Ｐとは別の位置（黒点Ｐを有する折
曲鏡板部８１とは折曲鏡板部８２）にあり、その位置か
ら再び上方（折曲鏡板部８１）に折り返され、他方の反
射鏡７の折曲鏡板部７２方向に折り返し反射される。こ
の折曲鏡板部７２に達したレーザビーム９ａは、折曲鏡
板部７１方向に折り返し反射され、次いで、この折曲鏡
板部７１で別の反射鏡８の折曲鏡板部８１方向に折り返
し反射されることによって前記黒点Ｐに戻ってくる。

【００９４】このように、レーザビーム９ａは一つのビ
ーム光路としてつながっており、前記反射鏡７，８間を
往復する４つのビーム光路がそれぞれ矩形断面の放電空
間４ａ〜４ｄで形成されていることによって、前記レー
ザビーム９ａは増幅されることとなる。

【００９５】以上のように、この実施の形態３０による
導波路型ＣＯ₂ レーザ装置では、４つの放電空間４ａ〜
４ｄの矩形断面を四角形状に配置し、かつ、折り返し反
射鏡７，８を用いたことにより、前記放電空間４ａ〜４
ｄのそれぞれの内部でレーザビーム９ａを増幅でき、し
かも、その増幅されたレーザビーム９ａを立体的に一つ
のレーザビームとして取り扱うことができ、装置の小型
化が図れると共に、誘電体板１０，２０の素材であるセ
ラミック板を各ユニットＵ１〜Ｕ４毎に分割して使用で
きるのでコスト低減も図れる。

【００９６】実施の形態３１．図４１はこの発明の実施
の形態３１による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置を示す断面
図、図４２は図４１のレーザビームのビーム光路を示す
斜視図である。前記実施の形態３０では、４つのユニッ
トＵ１〜Ｕ４をそれぞれの放電空間４ａ〜４ｄの矩形断
面が四角形状となるように配置したが、この実施の形態
３１では、５つのユニットＵ１〜Ｕ５を用いて、それら
の放電空間４ａ〜４ｅの矩形断面を五角形状に配置した
ものである。

【００９７】この実施の形態３１の動作は前記実施の形
態３０の場合と同様であるが、レーザビーム９ａのビー
ム光路は前記実施の形態３０の場合とは異なって、図４
２中の矢印で示すビーム光路となり、同様の作用効果が
得られる。

【００９８】実施の形態３２．図４３はこの発明の実施
の形態３２による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置を示す断面
図、図４４は図４３の斜視図、図４５は図４４のレーザ
ビームのビーム光路を示す斜視図である。この実施の形
態３２では、６つのユニットＵ１〜Ｕ６を用いて、それ
らの放電空間４ａ〜４ｆの矩形断面を六角形状に配置し
たものであり、レーザビーム９ａのビーム光路は、図４
５中の矢印で示すビーム光路となり、同様の作用効果が
得られる。

【００９９】即ち、前記実施の形態３０，３１，３２
は、矩形断面を成した複数の放電空間を断面多角形状に
配置し、折り返し型の反射鏡７，８でレーザビーム９ａ
を立体的に折り返し反射させて複数回往復させるように
し、折り返し反射されるレーザビーム９ａが全ての放電
空間内を通って増幅されることにより、一つのビーム光
路として取り扱うことができるようにしたことを特徴と
する。従って、前記放電空間は、多角形状に配置できる
個数であればよく、その個数は限定されるものでない。

【０１００】実施の形態３３．図４６はこの発明の実施
の形態３３による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置の要部断面
図、図４７は図４６のレーザビームのビーム光路を示す
斜視図である。この実施の形態３３では、２つの直交す
る線対称軸Ｌ１，Ｌ２の交点を中心として４つの放電空
間４ａ〜４ｄの矩形断面を放射方向に等間隔で配置した
構成としている。このような構成とすることにより、図
４７に矢印で示すレーザビーム９ａのビーム光路が得ら
れる。従って、前記実施の形態３０の場合と同様の作用
効果が得られる。なお、前記線対称軸Ｌ１，Ｌ２とは、
前記実施の形態３０（図４０）で述べたことと同様のこ
とを意味する。

【０１０１】実施の形態３４．図４８はこの発明の実施
の形態３４による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置の要部断面
図である。前記実施の形態３３では、４つの放電空間４
ａ〜４ｄの矩形断面を放射方向に等間隔で配置したが、
この実施の形態３４では、５つの放電空間４ａ〜４ｅの
矩形断面を放射方向に等間隔で配置した構成としてお
り、この場合に得られるレーザビームのビーム光路は図
４２に示した光路と同様になり、従って、同様の作用効
果が得られる。

【０１０２】実施の形態３５．図４９はこの発明の実施
の形態３５による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置の要部断面
図である。この実施の形態３５では、６つの放電空間４
ａ〜４ｆの矩形断面を放射方向に等間隔で配置した構成
としており、従って、この場合においても、同様の作用
効果が得られる。なお、前記実施の形態３３から実施の
形態３５では、４つから６つの放電空間を放射状に配置
した場合について説明したが、その放電空間の個数は限
定されるものでなく、要は、少なくとも２つ以上の線対
称軸が得られるように複数の放電空間の矩形断面を放射
状に配置したものであればよい。

【０１０３】実施の形態３６．図５０はこの発明の実施
の形態３６によるレーザ装置の斜視図であり、基本構成
は前記実施の形態３０の場合と同様である。ただし、こ
の実施の形態３６では、前記実施の形態３０における平
板状の金属電極１，２に代えて棒状（ロッド状）の金属
電極１ａ，２ａおよび１ｂ，２ｂを使用している。すな
わち、この実施の形態３６では、互いに対向する平板状
の一対の誘電体板１０，２０を１つのユニットとし、そ
の４つのユニットＵ１〜Ｕ４をそれぞれの放電空間４ａ
〜４ｄの矩形断面が四角形状となるように配置し、それ
らの放電空間４ａ〜４ｄのそれぞれの両側長辺方向に前
記４本の棒状金属電極１ａ，２ａおよび１ｂ，２ｂを沿
わせて配置した構成としている。

【０１０４】このような構成とすることにより、矩形断
面の放電空間４ａ〜４ｄのそれぞれの長辺方向に放電が
発生する。この場合においても前記誘電体板１０，２０
は冷却されていることにより、レーザガスはそれらの誘
電体板１０，２０を介して冷却される。従って、前記実
施の形態３０の場合と同様の効果が得られる。なお、こ
の実施の形態３６では、４つの放電空間４ａ〜４ｄがあ
る場合について説明したが、その個数は限定されるもの
でない。

【０１０５】実施の形態３７．図５１はこの発明の実施
の形態３７による固体レーザ装置の斜視図である。この
実施の形態３７による固体レーザ装置は、スラブ型固体
レーザ媒質をレーザ光励起媒質とし、そのレーザ媒質が
例えばＹＡＧ（Ｙ_3-X Ｎｄ_X Ａｌ₅ Ｏ₁₂）から成り、そ
の形状がスラブ状であるＹＡＧスラブレーザ装置であ
る。図において、４１ａ〜４１ｄはスラブ形状のＹＡＧ
結晶からなる４つの固体素子であり、これらの固体素子
４１ａ〜４１ｄは断面四角形状に配置されている。４２
ａ〜４２ｅは前記固体素子４１ａ〜４１ｄをそれぞれ励
起するための光源である。これらの光源４２ａ〜４２ｅ
は、前記固体素子４１ａ〜４１ｄのそれぞれの表面長手
方向に沿って配置された外部光源４２ａ〜４２ｄと、前
記固体素子４１ａ〜４１ｄで囲まれている空間部の中心
部に配置された内部光源４２ｅとからなっている。

【０１０６】３ａ〜３ｅは前記光源４２ａ〜４２ｅを点
灯させる電源、７，８は折り返し反射型の反射鏡であ
り、これらの反射鏡７，８は前記実施の形態３０の場合
と同様にビーム折り返し方向を９０度異ならせて配置さ
れている。８３はレーザビーム出射口、９はそのレーザ
ビーム出射口８３から出射されるレーザビームである。
この実施の形態３７の動作は前記実施の形態３０の場合
とほぼ同様であり、ＹＡＧスラブレーザ装置内に設けら
れた４つの前記固体素子４１ａ〜４１ｄで増幅されたレ
ーザビームを反射鏡７，８で複数回折り返し反射させる
ことにより、立体的に一つにつながったビーム光路を形
成している。

【０１０７】従って、前記レーザビーム出射口８３から
は一つのレーザビーム９が出射されることとなり、前記
反射鏡７，８の役割は前記実施の形態３０の場合と全く
同様である。なお、この実施の形態３７では、４つの固
体素子４１ａ〜４１ｄを断面四角形状に配置した場合に
ついて説明したが、その固体素子の数は限定されるもの
でなく、要するに断面多角形状に配置できる固体素子の
数であればよく、何れの場合でも前記実施の形態３０と
同様の効果が得られると共に、レーザの高出力化が図れ
る。

【０１０８】実施の形態３８．図５２はこの発明の実施
の形態３８による固体レーザ装置の固体レーザ媒質の配
置図である。この実施の形態３８では、少なくとも２つ
の線対称軸Ｌ１，Ｌ２が得られるように４つの固体素子
４１ａ〜４１ｄを断面十字形状に配置した構成としてお
り、この場合においても同様の効果が得られる。

【０１０９】実施の形態３９．図５３はこの発明の実施
の形態３９による固体レーザ装置の固体レーザ媒質の配
置図である。この実施の形態３９では、６つの固体素子
４１ａ〜４１ｆを用いて、これらを２つの線対称軸Ｌ
１，Ｌ２の交点を中心として放射状に等間隔で配置した
構成としており、前記実施の形態３７の場合と同様の効
果が得られる。

【０１１０】実施の形態４０．図５４はこの発明の実施
の形態４０による固体レーザ装置の斜視図である。この
実施の形態４０では、前記実施の形態３７における平板
状の固体素子４１ａ〜４１ｄをロッド状の固体素子５１
ａ〜５１ｄに置換したものであり、その他の構成は前記
実施の形態３７と同様であり、従って、作用効果も同様
である。なお、この実施の形態３９においても固体素子
の数は限定されるものでない。

【０１１１】実施の形態４１．図５５はこの発明の実施
の形態４１による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示
す斜視図である。前記実施の形態３０から実施の形態３
３の導波路型ＣＯ₂ レーザ装置では、複数の矩形放電空
間を有するものについて説明したが、この実施の形態４
１では、一つの放電空間４を断面円形状に形成してい
る。即ち、この実施の形態４１では、金属電極１，２と
誘電体板１０，２０のそれぞれを円形管状とし、それら
を同心多重管状に配置した構成とすることにより、前記
円形状の誘電体板１０，２０間に一つの円形放電空間４
を形成し、その軸方向両端側に前記実施の形態３０から
実施の形態３３の場合と同様の反射鏡７，８を配置した
ものであり、同様の効果が得られる。

【０１１２】実施の形態４２．図５６はこの発明の実施
の形態４２による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示
す斜視図である。この実施の形態４２では、前記実施の
形態４０における一つの放電空間４を楕円形状に形成し
たものであり、従って、この場合も同様の効果が得られ
る。

【０１１３】実施の形態４３．図５７はこの発明の実施
の形態４３による固体レーザ装置の斜視図である。前記
実施の形態３７から実施の形態３９では、複数のスラブ
形状の固体素子を有する固体レーザ装置について説明し
たが、この実施の形態４３では、一つの固体素子４１を
円形管状に形成したものであり、その他の構成は実施の
形態３７（図５１）と同様である。このように一つの円
形環状の固体素子４１を有する固体レーザ装置であって
も同様の効果が得られる。

【０１１４】実施の形態４４．図５８はこの発明の実施
の形態４４による固体レーザ装置の要部を示す斜視図で
ある。この実施の形態４４では、前記実施の形態４２に
おける一つの放電空間４を楕円形状に形成したものであ
り、従って、この場合も同様の効果が得られる。

【０１１５】実施の形態４５．図５９はこの発明の実施
の形態４５による導波路型ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示
す断面図であり、その基本構成は従来例（図６９）と同
様である。この実施の形態４５では、誘電体板１０，２
０をそれぞれが誘電率の異なる二種の誘電材層６１１，
６１２および６２１，６２２で形成している。この二種
の誘電材層６１１，６１２および６２１，６２２は電気
絶縁性の接着材層で結合されていても、導電性の材料で
結合されていてもよい。この場合、金属電極１，２側は
高誘電率材料（誘電率ε_H ）で形成された高誘電率誘電
体層６１１，６２１とし、導波路側（放電側）は低誘電
率材料（誘電率ε_L ）で形成された低誘電率誘電体層６
１２，６２２として構成されている。そして、高誘電率
誘電体層６１１，６２１の厚み（ｔ_H ）は低誘電率誘電
体層６１２，６２２の厚み（ｔ_L ）よりも厚く（ｔ_H ＞
ｔ_L ）設定されている。この実施の形態４５の動作は図
６９に示した従来装置の場合と基本的に同様であり、金
属電極１，２に交流高電圧を印加すると、放電空間４に
発生した放電によってレーザ励起が行われる。このと
き、レーザビームが反射する導波路面には低誘電率誘電
体層６１２，６２２が形成されているため、上記式
（１）より理解できるように光の伝搬損失は小さく抑え
られる。

【０１１６】次に電気的特性について述べると、正弦波
電圧を印加したとき、放電空間４に投入されるエネルギ
ー：放電電力Ｗｄが次式（５）で与えられる。

【０１１７】

【数３】

【０１１８】ここで、ｆは電源周波数、Ｖ_* は放電電
圧、Ｖ_opは印加電圧波高値を示す。また、Ｃ_d は誘電体
板１０，２０の静電容量を表す。図５９に示すように複
合材料（静電容量Ｃ_H ,Ｃ_L ）で誘電体板１０，２０を
構成する場合の静電容量は次式のようになる。

【０１１９】

【数４】

【０１２０】また、静電容量Ｃは、誘電体板１０，２０
の面積Ｓと厚みｔおよび比誘電率εにより、

【数５】

【０１２１】となるので、上述のように、高誘電率誘電
体層６１１，６２１の厚み（ｔ_H ）を低誘電率誘電体層
６１２，６２２の厚み（ｔ_L ）よりも充分に厚く（ｔ_H
＞ｔ_L）設定しておけば、式（７）より、Ｃ_L ＞＞Ｃ_H ・・・（８）となり、式（６），（８）より実効静電容量Ｃ_eff は高
誘電率誘電体層６１１，６２１材料の容量Ｃ_H にほぼ一
致（Ｃ_tH＝Ｃ_tL）することがわかる。すなわち、高誘電
率誘電体層６１１，６２１の上に低誘電率誘電体層６１
２，６２２をのせても、その厚みが大きくなれば、電気
的特性は変化なく、同様の放電特性が得られる。このよ
うに導波路型レーザ装置において、誘電体板１０，２０
に要求される機能、すなわち、放電に関する電気的性能
と光伝搬に関する光学的性能をそれぞれの誘電体板１
０，２０層に機能分担したため、従来のこの種の装置に
使用することができなかった焼結困難な低誘電率材料
や、熱歪みに弱く厚板が製作できなかった材料が使用可
能となり、使用材料の裕度が非常に広くなる。

【０１２２】実施の形態４６．前記実施の形態４５で
は、低誘電率誘電体層６１２，６２２を充分薄くする場
合について開示したが、使用する電源周波数が充分に大
きい場合、上記（５）式より明らかなように、非常に低
い電圧でも高い電力の投入が可能となり、この場合には
誘電体板１０，２０に電気的特性はあまり要求されな
い。このような条件下で用いる場合、低誘電率誘電体層
６１２，６２２を高誘電率誘電体層６１１，６２１に比
べて充分に薄くする必要はなく、図６０に示すように、
高誘電率層６１１，６２１の厚みと低誘電率誘電体層６
１２，６２２の厚みとをほぼ等しくしてもよく、また、
その厚み関係が逆転していてもよい。

【０１２３】実施の形態４７．前記実施の形態４５，４
６では、２枚の誘電体材料を重ねてしようする場合につ
いて言及したが、図６１に示すように、高誘電率誘電体
層６１１，６２１の表面に低誘電率誘電体層６１２，６
２２を容射して形成してもよい。もちろん、溶射以外の
方法で低誘電率材料をコーティングしても同様の効果が
得られる。

【０１２４】実施の形態４８．波長１０．６μｍの炭酸
ガスレーザの場合、低誘電率誘電体層６１２，６２２と
して用いる材料は、ＢｅＯ（ベリリア）あるいは、Ａｌ
Ｎ（窒化アルミ）が有望である。

【０１２５】実施の形態４９．前記実施の形態４５から
実施の形態４８ではＣＯ₂ レーザ装置について説明した
が、導波路型ＣＯレーザ装置にも適用できることは勿論
である。

【０１２６】実施の形態５０．図６２はこの発明の実施
の形態５０によるレーザ装置の断面図であり、基本構成
は従来例（図６９）と同様である。この断面図はレーザ
光軸方向から見た図であるが、光軸に直交する方向から
見て同様に構成になっていてもよい。図において、５１
１〜５１３および５２１〜５２４は個々に分割された給
電電極であり、これらの金属電極１において、互いに隣
合う給電電極５１１と５１２、５１２と５１３、５２１
と５２２、５２２と５２３は、それぞれ極性または電圧
位相の異なる電圧が印加され、かつ、放電空間４に対向
した給電電極５１１と５２１、５１２と５２２、５１３
と５２３には同相の電圧が印加されるように構成されて
いる。

【０１２７】また、レーザガスの冷却を高めるため、前
記給電電極５１１と５１２と５１３の相互間、および５
２１と５２２と５２３の相互間には、電気的に浮かせた
冷却管１４１〜１４３および１４４〜１４６がそれぞれ
配設されており、これらは給電管と共に冷却されてい
る。レーザガスは誘電体板１０，２０を介して前記冷却
管１４１〜１４６により冷却される。さらに、放電空間
４以外の放電破壊を防止するために、前記給電電極５１
１〜５１４および５２１〜５２４は誘電体１１０，１２
０でモールドされている。すなわち、前記給電電極５１
１〜５１４および５２１〜５２４に交流高電圧を印加す
ると、極性の異なる隣合った給電電極（例えば５１１と
５１２）間で、放電空間４の長手方向に放電が発生し、
このとき、前記放電空間４以外の部分でも沿面放電等が
生じることがあるため、前記各給電電極５１１〜５１４
および５２１〜５２４を誘電体１１０，１２０でモール
ドしたのである。ここで用いる誘電体１１０，１２０の
材料には、絶縁性に優れ（耐電圧５ｋＶ／ｍｍ以上）、
有機物の発生が少なく、さらに、硬化後の柔軟性を持つ
ことが要求されるので、この用途にはシリコン系の充填
材が最も適している。この実施の形態５０の構成によれ
ば、前述のように放電の実効ギャップ長を長く設定する
ことが極めて容易である。

【０１２８】すなわち、互いに隣合う給電電極５１１〜
５１４および５２１〜５２４の相互間隔を大きく設定す
ることによって、目的は達成される。このように、給電
電極の間隔を任意に設定できるため、使用する電源周波
数によって最適化することができる。すなわち、低い電
源周波数で使用する場合には、金属電極１の間隔を長く
設定すればよい。ただし、金属電極１の間隔がある程度
長くなるとガスの冷却効率が低下するが、図６２に示す
ように隣合う金属電極の間には冷却管１４１〜１４６が
配置されていることにより、より効果的である。なお、
前記冷却管１４１〜１４６は上述のように電気的に浮か
せてもよく、また、接地してもよい。もちろん冷却効果
は多少減少するが、前記冷却管１４１〜１４６はなくと
も同様の効果を発揮することは言うまでもない。

【０１２９】ギャップ長２ｍｍの条件において、前記給
電電極５１１〜５１４および５２１〜５２４の相互間隔
が５ｍｍと１５ｍｍにおけるレーザ出力の電源周波数依
存性を調べた結果が図６３および図６４である。５ｍｍ
（図６３）の場合、１５０ＭＨｚと１３．５６ＭＨｚの
励起効率はほぼ等しくなり、また、１５ｍｍ（図６４）
では、１００ｋＨｚの励起効率も等しくなり、低周波領
域でのレーザ励起効率の改善が確認される。

【０１３０】実施の形態５１．前記実施の形態５０で
は、放電空間４に対向する給電電極５１１と５２１、５
１２と５２２、５１３と５２３に同相の電圧を印加する
場合について説明したが、図６５に示すように対向する
片側の給電電極５２５は分割されている必要はなく、接
地されていても、また電気的に浮かせておいてもよい。

【０１３１】実施の形態５２．この実施の形態５２で
は、図６６に示すように、放電空間４に対向する給電電
極の一部（図では５１１と５２１）に相の異なる電圧を
印加すると、非常に低い電圧で給電電極５１１，５２１
間に放電４４４が発生し他の放電の開始を容易にすると
共に、放電の安定性を向上できることが確認された。こ
れは放電４４４から発生した荷電粒子もしくは紫外線に
よる空間の予備電離効果によるものと推測される。な
お、給電電極５１１もしくは５２１の何れかが接地して
いる場合にも同様の効果が得られる。

【０１３２】実施の形態５３．この実施の形態５３で
は、図６７に示すように多相電源３００を用いて、隣合
う金属電極に印加する電圧の位相を変えるようにしてお
り、このようにすれば、前記実施の形態５０から実施の
形態５３に述べた構成と同様の効果を奏する。ここで
は、４相電源の例を示したが、もちろん３相もしくはそ
の他の多相電源を用いてもよい。

【０１３３】実施の形態５４．この実施の形態５３では
図６８に示すように複数の電源３１０，３１１，３１２
を使用しており、この場合も同様の効果が得られる。

【０１３４】実施の形態５５．前記実施の形態５０から
実施の形態５４では、ＣＯ₂ レーザ装置について説明し
たが、同様に低エネルギーで励起することが必要とされ
るＣＯレーザ等の他のガスレーザにも適用できるもので
ある。

【０１３５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、複数
個のレーザ光励起空間を直列につないだ時と同等の効果
を奏する構成としたので、それぞれのレーザ光励起空間
で増幅されたレーザビームは、レーザビームを立体的に
折り返して一つにつながり、あたかも一つのレーザ光励
起空間内で増幅されたかのようになる。従って、レーザ
装置から出射されるレーザビームも複数ではなく一つと
なり、装置の小型化およびコストダウンが図れるという
効果がある。

【０１３６】この発明によれば、複数個の矩形放電空間
を直列につないだ時と同等の効果を奏し、アスペクト比
の大きな矩形放電空間を作ることができる構成としたの
で、レーザガスの冷却能力を高めることができる。従っ
て、それぞれの矩形放電空間内で増幅されたレーザビー
ムは、これを立体的に折り返す手段で一つにつながり、
あたかも一つの矩形放電空間内で増幅されたかのように
なる。このため、レーザ装置から出射されるレーザビー
ムも複数ではなく一つとなり、装置の小型化およびコス
ト低減化が容易になるという効果がある。

【０１３７】この発明によれば、レーザビームが固体レ
ーザ媒質空間内で増幅され、増幅されたレーザビーム
は、立体的に折り返されて一つにつながる構成としたの
で、あたかも一つの固体レーザ媒質空間内で前記レーザ
ビームが増幅されたかのようになる。従って、固体レー
ザ装置から出射されたレーザビームも複数ではなく一つ
となり、装置の小型化およびコストダウンが図れるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の
要部断面図である。

【図２】図１のレーザ装置におけるピッチｐ＝５ｍｍ
の条件下でのレーザ励起効率を示す特性図である。

【図３】図１のレーザ装置におけるピッチｐ＝１５ｍ
ｍの条件下でのレーザ励起効率を示す特性図である。

【図４】この発明の実施の形態２によるレーザ装置の
要部断面図である。

【図５】この発明の実施の形態３によるレーザ装置の
要部断面図である。

【図６】この発明の実施の形態４によるレーザ装置の
要部断面図である。

【図７】この発明の実施の形態５によるレーザ装置の
斜視図である。

【図８】この発明の実施の形態６によるレーザ装置の
要部断面図である。

【図９】この発明の実施の形態７によるレーザ装置の
要部断面図である。

【図１０】図９のレーザ装置における電源周波数とレ
ーザ励起効率を示す特性図である。

【図１１】この発明の実施の形態８によるレーザ装置
の要部構成図である。

【図１２】この発明の実施の形態９によるレーザ装置
の要部構成図である。

【図１３】この発明の実施の形態１０によるレーザ装
置の要部断面図である。

【図１４】この発明の実施の形態１１によるレーザ装
置の要部断面図である。

【図１５】図１４のレーザ装置の電気的な等価回路図
である。

【図１６】図１４のレーザ装置の投入電力特性を示す
グラフ図である。

【図１７】この発明の実施の形態１２によるレーザ装
置の斜視図である。

【図１８】この発明の実施の形態１３によるレーザ装
置の側面図である。

【図１９】この発明の実施の形態１４によるレーザ装
置の斜視図である。

【図２０】図２０（Ａ）はこの発明の実施の形態１５
によるレーザ装置の平面図である。図２０（Ｂ）は図２
０（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である

【図２１】図２１（Ａ）はこの発明の実施の形態１６
によるレーザ装置の平面図である。図２１（Ｂ）は図２
１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である

【図２２】この発明の実施の形態１７によるレーザ装
置の側面図である。

【図２３】この発明の実施の形態１８によるレーザ装
置の側面図である。

【図２４】この発明の実施の形態１９によるレーザ装
置の側面図である。

【図２５】この発明の実施の形態２０によるレーザ装
置の斜視図である。

【図２６】図２６（Ａ）は図２５のレーザ装置におけ
る印加電圧が低い場合の放電状態を示す動作説明図であ
る。図２６（Ｂ）は図２５のレーザ装置における印加電
圧が高い場合の放電状態を示す動作説明図である。

【図２７】この発明の実施の形態２１によるレーザ装
置の断面構成図である。

【図２８】この発明の実施の形態２２によるレーザ装
置の断面構成図である。

【図２９】この発明の実施の形態２３によるレーザ装
置の断面構成図である。

【図３０】この発明の実施の形態２４によるレーザ装
置の断面構成図である。

【図３１】この発明の実施の形態２５によるレーザ装
置の断面構成図である。

【図３２】この発明の実施の形態２６によるレーザ装
置の斜視図である。

【図３３】この発明の実施の形態２７によるレーザ装
置の斜視図である。

【図３４】図３３のレーザ装置のレーザ発振特性を示
すグラフ図である。

【図３５】図３３のレーザ装置と対比する従来のレー
ザ装置のレーザ発振特性を示すグラフ図である。

【図３６】レーザ装置における炭酸ガスの光吸収係数
とガス温度の関係を示すグラフ図である。

【図３７】この発明の実施の形態２８によるレーザ装
置の斜視図である。

【図３８】この発明の実施の形態２９によるレーザ装
置の斜視図である。

【図３９】この発明の実施の形態３０によるレーザ装
置の斜視図である。

【図４０】図３９のレーザ装置のレーザビーム光路図
である。

【図４１】この発明の実施の形態３１によるレーザ装
置の断面図である。

【図４２】図４１のレーザ装置のレーザビーム光路図
である。

【図４３】この発明の実施の形態３２によるレーザ装
置の断面図である。

【図４４】図４３のレーザ装置の斜視図である。

【図４５】図４４のレーザビーム光路図である。

【図４６】この発明の実施の形態３３によるレーザ装
置の矩形放電空間の配置図である。

【図４７】図４６のレーザビーム光路図である。

【図４８】この発明の実施の形態３４による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部断面図である。

【図４９】この発明の実施の形態３５による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部断面図である。

【図５０】この発明の実施の形態３６によるレーザ装
置の斜視図である。

【図５１】この発明の実施の形態３７による固体レー
ザ装置の斜視図である。

【図５２】この発明の実施の形態３８による固体レー
ザ媒質の配置図である。

【図５３】この発明の実施の形態３９による固体レー
ザ装置の固体レーザ媒質の配置図である。

【図５４】この発明の実施の形態４０による固体レー
ザ装置の斜視図である。

【図５５】この発明の実施の形態４１による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す斜視図である。

【図５６】この発明の実施の形態４２による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す斜視図である。

【図５７】この発明の実施の形態４３による固体レー
ザ装置の斜視図である。

【図５８】この発明の実施の形態４４による固体レー
ザ装置の要部を示す斜視図である。

【図５９】この発明の実施の形態４５による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６０】この発明の実施の形態４６による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６１】この発明の実施の形態４７による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６２】この発明の実施の形態５０による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６３】図６２のレーザ装置の電極間隔が５ｍｍの
条件における特性図である。

【図６４】図６２のレーザ装置の電極間隔が１５ｍｍ
の条件における特性図である。

【図６５】この発明の実施の形態５１による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６６】この発明の実施の形態５２による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６７】この発明の実施の形態５３による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６８】この発明の実施の形態５４による導波路型
ＣＯ₂ レーザ装置の要部を示す断面図である。

【図６９】従来の導波路型ＣＯ₂ レーザ装置を示す斜
視図である。

【図７０】図６９にＣＯ₂ レーザ装置における放電空
間とレーザ励起効率の関係を示すグラフ図である。

【図７１】図６９のＣＯ₂ レーザ装置におけるギャッ
プ長と冷却能力を示すグラフ図である。

【図７２】図６９のレーザ装置における励起電源周波
数とレーザ励起効率の関係を示すグラフ図である。

【図７３】図６９のレーザ装置における励起電源周波
数と電界分布の関係を示すグラフ図である。

【図７４】図６９のレーザ装置における共振器ミラー
へ向う放電の説明図である。

【図７５】図６９のレーザ装置における共振器ミラー
に向う放電が発生したときの発振特性図である。

【図７６】図６９のレーザ装置における誘電体端部に
発生する放電の説明図である。

【符号の説明】

１，２，１１，２２，１０６，１０７，１１１，２２１
金属電極、３電源、４ａ，４ｂ，４ｃ放電空間、
７，８反射鏡（ビーム折り返し手段）、９レーザビー
ム、１０，１０ａ，１０ｂ誘電体板、１３，２３金
属角パイプ、１５，２５誘電材料、１６，１７スペ
ーサ、２０，２０ａ，２０ｂ誘電体板、４４予備放
電、４５主放電、１０５外管、１１０，１２０，１
２２誘電体、１１２陰極ピン電極、１２１金属内
管、１２３，１２４金属（導電部材）、１４１〜１４
６，７１１〜７１５冷却管、１５０，１６０，１７
０，１８０ガス流、２０５内管、２２２陽極、３
００多相電源、５１１〜５１４，５２１〜５２５給
電電極、６１１，６２１高誘電率誘電体層、６１２，
６２２低誘電率誘電体層、Ｃ₁ 静電容量、Ｃ₂ 静
電容量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西前順一尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者吉沢憲治尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者山本卓尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者松原真人尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ励起用の放電空間を有し、かつ線
対称軸が２つ以上となるように前記放電空間を配置し、
この放電空間の断面に直交する方向にレーザビームを取
り出すレーザ装置において、立体的なビーム折り返し手
段を用いて前記放電空間の断面内を通過するレーザビー
ムを一つにつなげたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】複数の長辺と短辺の長さの比が３以上の
矩形放電空間を有し、かつ、線対称軸が少なくとも２つ
以上となるように前記矩形放電空間断面を配置し、この
放電空間断面に直交する方向にレーザビームを取り出す
レーザ装置において、立体的なビーム折り返し手段を用
いてそれぞれの前記放電空間の断面内を通過するレーザ
ビームを一つにつなげたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】複数の長辺と短辺の長さの比が３以上の
矩形放電空間を有し、かつ、多角形状に前記矩形放電空
間断面を配置し、この放電空間断面に直交する方向にレ
ーザビームを取り出すレーザ装置において、立体的なビ
ーム折り返し手段を用いてそれぞれの前記放電空間の断
面内を通過するレーザビームを一つにつなげたことを特
徴とするレーザ装置。
【請求項４】複数の固体レーザ媒質を有し、かつ、線
対称軸が少なくとも２つ以上となるように前記固体レー
ザ媒質断面を配置し、この固体レーザ媒質断面に直交す
る方向にレーザビームを取り出すレーザ装置において、
前記放電空間断面の長辺方向から熱を取りガス冷却を行
うと共に、立体的なビーム折り返し手段を用いてそれぞ
れの前記固体レーザ媒質断面内を通過するレーザビーム
を一つにつなげたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項５】複数の固体レーザ媒質を有し、かつ、多
角形状に前記固体レーザ媒質断面を配置し、この固体レ
ーザ媒質断面に直交する方向にレーザビームを取り出す
レーザ装置において、前記放電空間断面の長辺方向から
熱を取りガス冷却を行うと共に、立体的なビーム折り返
し手段を用いてそれぞれの前記固体レーザ媒質断面内を
通過するレーザビームを一つにつなげたことを特徴とす
るレーザ装置。