JP2000269569A - Discharge excitation gas laser device - Google Patents

Discharge excitation gas laser device

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JP2000269569A
JP2000269569A JP7522299A JP7522299A JP2000269569A JP 2000269569 A JP2000269569 A JP 2000269569A JP 7522299 A JP7522299 A JP 7522299A JP 7522299 A JP7522299 A JP 7522299A JP 2000269569 A JP2000269569 A JP 2000269569A
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JP
Japan
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discharge
electrode
laser device
gas laser
electrodes
Prior art date
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Application number
JP7522299A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Furuya
伸昭 古谷
Koichi Saito
幸一 斉藤
Hiroyoshi Yajima
浩義 矢島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate degradation of stability in a beam direction caused by an unstable resonator by dividing gas discharge into a plurality of bands, by providing a recess to opposite surfaces of a pair of electrodes an providing an optical path of a laser resonator along the divided band-like discharges. SOLUTION: An electrode 1 and an electrode 2 are held by defining an electrode interval by an insulator 9, a space between the electrode 1 and the electrode 2 is filled with laser gas of proper composition and pressure, each of the electrodes 1, 2 makes cooling liquid circulate through a cooling liquid hole 10 for enough cooling, and heat of gas generated by discharge is effectively emitted. Three recess 8 are formed in each of the electrodes 1, 2, discharge 7 is divided into four as four band-like discharges 7, and the cooling liquid hole 10 as an optical path is formed along the band-like discharges 7. An optical path which is the cooling liquid hole 10 moves a position parallel in an opposite direction by a mirror 3 for reflection.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は放電励起のガスレー
ザ装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a discharge-excited gas laser device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年高出力のレーザを小型で可能にする
方式としてスラブ型レーザの検討がなされている。これ
は表面積の大きなスラブ構造が大出力レーザの課題であ
る放熱を容易にするためである。ガスレーザについても
炭酸ガスレーザ(CO2レーザ)でスラブ型の検討が進
んでいる。(D R Hall and H J Baker, SPIE, Vol.2502
(1995)p12) CO2レーザなどの放電励起のガスレーザでも放電部分
の形状をスラブ型、すなわち放電の厚みに対して幅や長
さを数十倍以上にして厚み方向に熱の拡散冷却を促進
し、効率の改善を図っている。2枚の電極を放電の厚み
方向に対向させ(電極間が放電厚みとなる)、熱伝導率
の高い金属電極を冷媒で冷却し、金属電極に接している
放電ガスから熱を効率的に排出し、放熱の課題を解決し
ている。また、狭い電極間隔で安定で効率的な放電を実
現するために、高い周波数(10MHz〜3.4GH
z)を使用している。
2. Description of the Related Art In recent years, a slab-type laser has been studied as a method for making a high-power laser compact. This is because a slab structure having a large surface area facilitates heat radiation, which is a problem of a high-power laser. As for a gas laser, a slab-type carbon dioxide laser (CO 2 laser) has been studied. (DR Hall and HJ Baker, SPIE, Vol. 2502
(1995) p12) Discharge-excited gas lasers such as CO 2 lasers have a slab-shaped discharge part, that is, tens or more times the width and length of the discharge to promote diffusion cooling of heat in the thickness direction. And improve efficiency. Two electrodes are opposed to each other in the thickness direction of the discharge (the distance between the electrodes is the discharge thickness), the metal electrode with high thermal conductivity is cooled by a refrigerant, and heat is efficiently discharged from the discharge gas in contact with the metal electrode. And solves the problem of heat dissipation. In order to realize stable and efficient discharge at a narrow electrode interval, a high frequency (10 MHz to 3.4 GHz) is used.
z) is used.

【0003】これらの技術によって冷却目的でのガス循
環機構が不用になり、中出力(500W)のCO2レー
ザー装置がガスの封じ切りで可能になっている。(Kurt
Bondelie,Laser Focus World,Aug(1996)p95) ただし、上記の技術では放電の断面形状が細長く、厚み
に対して幅が数十倍以上と大きく、これに合せるために
レーザ光共振器の設計が従来のCO2レーザと大きく異
なっている。
[0003] These technologies make gas circulation mechanisms unnecessary for cooling purposes, and enable a medium-power (500 W) CO 2 laser device to seal off gas. (Kurt
(Bondelie, Laser Focus World, Aug (1996) p95) However, in the above-mentioned technology, the cross-sectional shape of the discharge is slender, and the width is several tens of times larger than the thickness. It is significantly different from conventional CO 2 lasers.

【0004】すなわち放電の厚み方向に対しては、対向
する2枚の電極を反射面とする光導波路により、レーザ
ビームを導波モードで伝播させ、放電の幅方向(電極の
面内方向)にはレーザビームを自由空間の伝播モードで
伝播させる変則的なレーザ共振器を採用している。(ジ
ョン チューリップ、特公平7−70708号公報)(P
E Jackson, H J Baker, D R Hall, Appl.Phys.Lett.5
4,(1989)p1950) このような伝播モードでは放電の幅方
向が広いためレーザビームの幅方向のモードが悪化しや
すい。このため上記共振器の幅方向には高いモード品質
が得られる不安定共振器を採用している。
That is, in the discharge thickness direction, a laser beam is propagated in a waveguide mode by an optical waveguide having two electrodes facing each other as a reflection surface, and the laser beam is propagated in the discharge width direction (in-plane direction of the electrode). Employs an irregular laser resonator that propagates a laser beam in a free space propagation mode. (John Tulip, Japanese Patent Publication No. 7-70708) (P
E Jackson, HJ Baker, DR Hall, Appl.Phys.Lett.5
4, (1989) p1950) In such a propagation mode, since the width direction of the discharge is wide, the mode in the width direction of the laser beam is easily deteriorated. For this reason, an unstable resonator capable of obtaining high mode quality in the width direction of the resonator is employed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術で述
べたようにスラブ型の放電励起レーザは不安定共振器を
放電の幅方向(電極の面内方向)に採用している。不安
定共振器には正ブランチおよび負ブランチの共振器があ
り、性格が異なる。正ブランチは共振器内部の光強度分
布は比較的均一であるが、レーザービームの方向安定性
(ポインティングスタビリティー)が通常の共振器の数
十倍悪化する課題が有る(W F Krupke, W RSooy, IEEE
J. Quantum Electron,QE-5(1969)p575)。
As described in the above prior art, the slab-type discharge excitation laser employs an unstable resonator in the width direction of discharge (in-plane direction of the electrode). The unstable resonator includes a positive branch resonator and a negative branch resonator, and has different characteristics. The positive branch has a relatively uniform light intensity distribution inside the cavity, but has the problem that the pointing stability of the laser beam is several tens times worse than that of a normal cavity (WF Krupke, W RSooy, IEEE
J. Quantum Electron, QE-5 (1969) p575).

【0006】また、負ブランチはビームの方向安定性は
良いが、共振器内部に光強度の非常に大きな焦点が存在
し、大出力のレーザーを実現する時には内部焦点部分の
放電が不安定になる課題がある。(D R Hall and H J Ba
ker, SPIE, Vol.2502(1995)p12) このようにレーザモー
ド品質を高めるための不安定共振器にはビーム方向安定
性の悪化や内部焦点による放電不安定などの課題が残っ
ている。
The negative branch has good beam directional stability, but has a very large focal point of light intensity inside the resonator, and when a high-power laser is realized, the discharge at the internal focal point becomes unstable. There are issues. (DR Hall and HJ Ba
ker, SPIE, Vol. 2502 (1995) p12) As described above, the unstable resonator for improving the laser mode quality has problems such as deterioration of beam direction stability and discharge instability due to internal focus.

【0007】本発明は、このような不安定共振器にとも
なうビーム方向安定性悪化や内部焦点による放電不安定
の課題を解決する方式を提案し、安定なレーザーを提供
することを目的とする。
An object of the present invention is to propose a method for solving the problems of deterioration of beam direction stability and unstable discharge due to internal focus due to such an unstable resonator, and an object of the present invention is to provide a stable laser.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】対向する一対の電極間に
高い周波数の電圧を印加してガスを放電励起させ、電極
の対向する面に凹部を設けることによりガス放電を複数
の帯状に分割し、前記帯状放電に沿ってレーザ共振器の
光路を設ける安定共振器を採用することにより、課題を
解決する。
Means for Solving the Problems A gas discharge is excited by applying a high frequency voltage between a pair of opposed electrodes, and a gas discharge is divided into a plurality of strips by providing a concave portion on the opposed surface of the electrodes. The problem is solved by adopting a stable resonator that provides an optical path of a laser resonator along the strip discharge.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】請求項1記載の本発明は、対向す
る電極間に高い周波数(10MHz〜3.4GHz)の
電圧を印加する。有効なガスの冷却効果を得るため、電
極間隔(1mm〜10mm)に対して電極の幅と長さは
数倍以上と大きく設定される。すなわち放電空間をスラ
ブ形状にする。
According to the present invention, a high frequency (10 MHz to 3.4 GHz) voltage is applied between opposing electrodes. In order to obtain an effective gas cooling effect, the width and length of the electrode are set to be several times or more larger than the electrode interval (1 mm to 10 mm). That is, the discharge space has a slab shape.

【0010】電極間には所定の組成の放電ガスを所定の
圧力で満たす。(例えば炭酸ガスレーザではCO2
2、Heの混合ガスで数十から数百Torrがガス条
件である。)電極形状、周波数、ガス条件、投入電力量
などに応じて放電のインピーダンスが変わるため、電源
には放電インピーダンスのマッチング機能が必要である
が、マッチングを取れば十分高効率に高周波電力を放電
に供給できる。
A discharge gas having a predetermined composition is filled between the electrodes at a predetermined pressure. (For example, CO 2 in CO 2 laser,
The gas condition is a mixed gas of N 2 and He at several tens to several hundred Torr. ) Since the impedance of discharge changes according to the electrode shape, frequency, gas condition, input power amount, etc., the power supply must have a discharge impedance matching function. Can supply.

【0011】従来技術では電極間で放電を均一にする
が、本発明では放電を複数の帯状に分割する。対向する
電極表面に電極間隔の10%以上の深さで凹部分を作る
と、この部分の電界が弱まり放電が抑制される。この効
果を利用して帯状の凹部分を電極に作ると放電は帯状に
分割される。複数の帯状の凹部分により複数の帯状放電
が得られる。複数の帯状放電の長さ方向を電極の長さ方
向に合わせることにより、有効に放電を電極の幅方向に
分割できる。
In the prior art, the discharge is made uniform between the electrodes, but in the present invention, the discharge is divided into a plurality of strips. If a concave portion is formed on the opposing electrode surface at a depth of 10% or more of the electrode interval, the electric field in this portion is weakened and discharge is suppressed. When a band-shaped concave portion is formed on the electrode by utilizing this effect, the discharge is divided into a band. A plurality of strip-shaped discharges can be obtained by the plurality of strip-shaped concave portions. By adjusting the length direction of the plurality of strip-shaped discharges to the length direction of the electrodes, the discharges can be effectively divided in the width direction of the electrodes.

【0012】このようにして分割した放電の幅は電極の
幅(スラブ形状の幅と同じ)に比較して狭くなり、これ
に沿ってレーザ共振器の光路を設けると、光路の幅も狭
くなる。このような幅の狭い光路に対して安定共振器を
構成するとレーザビームのモードが複数にならず良好な
単一モードに近いレーザ発振をする共振器が作成でき
る。(電極間隔が狭い場合は電極面に直交する方向は従
来と同じ導波モードであるが、電極面内方向は反射面が
無いため自由空間モードとなる。)良く知られているよ
うに、モードが単数となる条件は共振器のフレネル数N
Fが1程度以下である必要があり。NFは光路の幅を2a
とし、共振器長をL、波長をλとして下記の式で与えら
れる。
The width of the discharge thus divided becomes narrower than the width of the electrode (same as the width of the slab shape), and if the optical path of the laser resonator is provided along the width, the width of the optical path also becomes narrower. . When a stable resonator is configured for such a narrow optical path, a resonator that performs laser oscillation close to a good single mode without producing multiple laser beam modes can be produced. (If the electrode spacing is small, the direction orthogonal to the electrode surface is the same as the conventional waveguide mode, but the direction in the electrode surface is free space mode because there is no reflective surface.) As is well known, the mode is Is a singular condition is the Fresnel number N of the resonator
F must be about 1 or less. N F is 2a the width of the light path
Where L is the resonator length and λ is the wavelength, and is given by the following equation.

【0013】[0013]

【数1】 (Equation 1)

【0014】複数の帯状に分割した放電に沿って光路を
設けるには複数のミラーによる折返し光共振器を構成す
ることが望ましい、特に直角をなす2枚のミラーを組み
合わせた反射鏡は光路を反対方向に平行に移動させるた
め複数の分割放電に沿って光路を設けるミラーに適して
いる。また、安定共振器は球面全反射鏡と出力鏡として
の半透過鏡の組み合わせで容易に構成でき、前述の折返
しミラーと組み合わせて、放電に沿った光路が設定でき
る。
In order to provide an optical path along a plurality of strip-shaped divided discharges, it is desirable to form a folded optical resonator comprising a plurality of mirrors. In particular, a reflecting mirror combining two perpendicular mirrors has an opposite optical path. It is suitable for a mirror that provides an optical path along a plurality of divided discharges for moving in parallel to the direction. Further, the stable resonator can be easily constituted by a combination of a spherical total reflection mirror and a semi-transmission mirror as an output mirror, and an optical path along a discharge can be set in combination with the above-mentioned folding mirror.

【0015】以上に述べた内容の具体的な方法は実施の
形態1として後に詳しく述べるが、本発明の構成をとる
ことにより、モードの良好なレーザビームが得られる。
また、よく知られているように安定共振器からのレーザ
ービームの方向安定性(ポインティングスタビリティ)
は良好であり、また共振器の内部には焦点を作らない条
件を設定できるため、焦点による放電不安定も発生しな
い。以上のことから本発明の構成では従来の安定性の課
題が解決して安定で良好なレーザビームを得ることがで
きる。
The specific method described above will be described later in detail as Embodiment 1. By employing the structure of the present invention, a laser beam having a good mode can be obtained.
Also, as is well known, the directional stability (pointing stability) of the laser beam from the stable resonator
Is good, and a condition in which no focus is formed inside the resonator can be set, so that discharge instability due to the focus does not occur. As described above, in the configuration of the present invention, the conventional problem of stability can be solved and a stable and good laser beam can be obtained.

【0016】(実施の形態1)図1は、本発明で第1の
実施の構成を示す図であり、図1(a)は平面図、(b)はA
―A'の断面図である。図2は図1(b)部分の斜視図であ
り、図3は図1(a)の光学部分の斜視図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG.
It is sectional drawing of -A '. FIG. 2 is a perspective view of the portion shown in FIG. 1B, and FIG. 3 is a perspective view of the optical portion shown in FIG.

【0017】図1、図2、図3において、1と2は電
極、3はミラー、4は全反射鏡、5は出力鏡、6はレー
ザ出力、7は放電、8は電極の凹部、9は絶縁体、10
は光路である。
1, 2 and 3, 1 and 2 are electrodes, 3 is a mirror, 4 is a total reflection mirror, 5 is an output mirror, 6 is a laser output, 7 is a discharge, 8 is a concave portion of the electrode, 9 Is an insulator, 10
Is an optical path.

【0018】本実施例で本発明の基本的構成を説明す
る。図1(a)の電極1の下部に放電領域がありミラー
3、全反射鏡4および出力鏡5により光学系を構成し、
レーザ出力6が出力鏡5より射出する。図1(b)はA―
A'の断面であるが電源3より電極1に高周波の電圧が
加えられる。
In this embodiment, the basic configuration of the present invention will be described. There is a discharge region below the electrode 1 in FIG. 1 (a), and an optical system is constituted by a mirror 3, a total reflection mirror 4 and an output mirror 5,
Laser output 6 is emitted from output mirror 5. Fig. 1 (b) shows A-
A high-frequency voltage is applied to the electrode 1 from the power supply 3 in the cross section of A ′.

【0019】図2は図1(b)の斜視図であるが、電極1
と電極2は絶縁体9により電極間隔を定めて保持されて
いる。電極1と電極2の間の空間にはレーザーガスが適
当な組成と圧力で満たされている。例えば炭酸ガスレー
ザの一例ではCO2:N2:He=1:1:3の混合ガス
で数十Torrである。電極1と2は冷却液穴10を通
して冷却液を循環し、十分に冷却し放電によるガスの熱
を効率的に排出する。
FIG. 2 is a perspective view of FIG.
And the electrode 2 are held by an insulator 9 at a fixed electrode interval. The space between the electrodes 1 and 2 is filled with a laser gas at an appropriate composition and pressure. For example, in an example of a carbon dioxide gas laser, a mixed gas of CO 2 : N 2 : He = 1: 1: 3 and the pressure is several tens Torr. The electrodes 1 and 2 circulate the cooling liquid through the cooling liquid hole 10 to sufficiently cool and efficiently discharge the heat of the gas due to the discharge.

【0020】電極1と2には凹部8が帯状に形成され、
この部分の電界を弱め、放電を抑制する。この結果放電
7は図2に示すように帯状に形成される。ここで帯状と
は放電7の幅が狭く長さが長い形状に放電している状態
を指し、斜視図の図2では奥行き方向に長い放電7とな
っている。
A recess 8 is formed in the electrodes 1 and 2 in a strip shape.
The electric field in this portion is weakened to suppress discharge. As a result, the discharge 7 is formed in a band shape as shown in FIG. Here, the band shape refers to a state in which the discharge 7 has a narrow width and a long length, and in FIG. 2 in a perspective view, the discharge 7 is long in the depth direction.

【0021】この実施例では凹部8が電極1と2に各3
本形成され、放電7は4分割されて4本の帯状の放電7
となっている。また、放電7の帯状の長手方向が電極1
と2の長手方向に向くように凹部8が帯状に形成されて
いる。図1に示すように光路10は帯状の放電7に沿っ
て形成されている。この光路形成はミラー3による。
In this embodiment, the recess 8 has three electrodes 1 and 2 respectively.
The discharge 7 is formed into four, and is divided into four parts to form four strip-shaped discharges 7.
It has become. The longitudinal direction of the band of the discharge 7 corresponds to the electrode 1.
And 2 are formed in a strip shape so as to face in the longitudinal direction. As shown in FIG. 1, an optical path 10 is formed along a strip-shaped discharge 7. This optical path is formed by the mirror 3.

【0022】図3に光学系の斜視図を示すが、光路10
はミラー3により反対方向で位置を平行移動させて反射
される。ミラー3は直角をなす2枚のミラーを組にして
構成され、1組で光路10を折返す。全反射鏡4と出力
鏡5はミラー3とで共振器を構成している。例えば全反
射鏡4を球面鏡にし、出力鏡5を半透過鏡にすることで
安定共振器を構成できる。
FIG. 3 shows a perspective view of the optical system.
Is reflected by the mirror 3 by translating the position in the opposite direction. The mirror 3 is constituted by a set of two mirrors forming a right angle, and the optical path 10 is folded back by one set. The total reflection mirror 4 and the output mirror 5 constitute a resonator with the mirror 3. For example, a stable resonator can be formed by making the total reflection mirror 4 a spherical mirror and the output mirror 5 a semi-transmissive mirror.

【0023】出力鏡5は球面鏡でも良く、全反射鏡4の
曲率半径と出力鏡5の曲率半径を装置の形状寸法に合わ
せて適当に選択することで最適な安定共振器を設定でき
る。光路10の幅は放電7の幅に一致させ、また、放電
7の幅を適当に設定することで前述のフレネル数NF
最適値に設定可能で、これにより単一モードを選択する
ことも可能となる。
The output mirror 5 may be a spherical mirror, and an optimum stable resonator can be set by appropriately selecting the radius of curvature of the total reflection mirror 4 and the radius of curvature of the output mirror 5 according to the shape and size of the device. Width of the optical path 10 is matched to the width of the discharge 7, also can be set to an optimum value Fresnel number N F of the aforementioned by setting the width of the discharge 7 appropriately, also thereby selecting the single-mode It becomes possible.

【0024】以上の基本的な構成により上述したように
安定で良好なビームのレーザ出力6を得ることが可能と
なる。ただし、レーザ出力6のビーム厚さ方向(図3の
斜視図では上下方向)は図2の電極1と2で構成される
電極表面反射により導波路を伝播する導波モードとな
り、電極1と2の間隔の設定により導波モードが決定さ
れる。この導波モードの選択は従来の装置と同様であ
る。
With the above basic configuration, it is possible to obtain a stable and good beam laser output 6 as described above. However, in the beam thickness direction of the laser output 6 (vertical direction in the perspective view of FIG. 3), the waveguide mode propagates through the waveguide by electrode surface reflection composed of the electrodes 1 and 2 of FIG. The waveguide mode is determined by setting the interval. The selection of the waveguide mode is the same as that of the conventional device.

【0025】なお、本実施例では放電7を4分割してい
るが、分割数は必要に応じて選択できる。いずれにして
も放電7と光路10を一致させることが望ましい。な
お、本実施例では凹部8を電極1と電極2の両方に設け
ているが、電極の片側のみでも放電7の分割は可能であ
る。
Although the discharge 7 is divided into four parts in this embodiment, the number of divisions can be selected as required. In any case, it is desirable to make the discharge 7 and the optical path 10 coincide. Although the concave portion 8 is provided in both the electrode 1 and the electrode 2 in this embodiment, the discharge 7 can be divided by only one side of the electrode.

【0026】なお、本実施例では電極1と電極2の間隔
が狭く、電極表面反射による導波モードの伝播が起きて
いる。しかし、間隔が広い場合は伝播モードが自由空間
のモードとなるが本発明の効果に違いは生じない。
In this embodiment, the distance between the electrode 1 and the electrode 2 is small, and the propagation of the waveguide mode by the reflection on the electrode surface occurs. However, when the interval is wide, the propagation mode becomes a free space mode, but there is no difference in the effect of the present invention.

【0027】(実施の形態2)以下、本発明の第2の実
施例について、図4を参照しながら説明する。図4(a)
は図1(a)の左部分の部分図であり、図4(c)は図4(a)
のB−B'部分の断面図である。図4(b)は図4(a)に第2
の実施例の特長である光導波路11を付加した構成図
で、第2の実施例の基本構成図である。図4(d)は図4
(b)のC−C'部分の断面図である。
(Embodiment 2) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Fig. 4 (a)
FIG. 4A is a partial view of the left part of FIG. 1A, and FIG.
13 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. FIG. 4 (b) shows the second
FIG. 13 is a configuration diagram in which an optical waveguide 11 which is a feature of the second embodiment is added, and is a basic configuration diagram of the second embodiment. FIG. 4D is FIG.
It is sectional drawing of the CC 'part of (b).

【0028】図4において、1は電極、3はミラー、1
0は光路、11は光導波路である。 (第1の実施例と同一部分は同一番号を使用してい
る。) 図4(a)は第1の実施例であるが、断面の図(c)には光路
10が示してあり、電極1と電極2の間隔が狭い場合
(例えば炭酸ガスレーザで3mm程度以下)は電極1と
電極2を反射面とする導波モードで伝播する。伝播した
レーザ光はミラー3で反射され光路が変えられるが、電
極1と2からミラー3の間は空間を伝播する。伝播モー
ドの光が空間を伝播すると反射されて再度電極1と2の
間の導波モードに戻るとき回折に伴う損失が発生する。
(J J Degnan, D R Hall, IEEE J. Quantum Electronic
s, Vol.QE-9,(1973)p901)この損失は電極1と2の間隔
が狭く、ミラー3と電極1と2の間隔が大きくなると増
大する。損失の定量的な評価式は上記の文献にあるが、
損失が共振器で無視できない場合には本実施例の光導波
路11の追加が必要となる。
In FIG. 4, 1 is an electrode, 3 is a mirror, 1
0 is an optical path and 11 is an optical waveguide. (The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.) FIG. 4A shows the first embodiment, and FIG. 4C shows an optical path 10 in a sectional view, and FIG. When the distance between the electrode 1 and the electrode 2 is small (for example, about 3 mm or less by a carbon dioxide laser), the light propagates in a waveguide mode in which the electrode 1 and the electrode 2 are used as reflection surfaces. The propagated laser light is reflected by the mirror 3 to change the optical path, but propagates in space between the electrodes 1 and 2 and the mirror 3. When the light in the propagation mode propagates in space, it is reflected and returns to the waveguide mode between the electrodes 1 and 2 again, causing a loss due to diffraction.
(JJ Degnan, DR Hall, IEEE J. Quantum Electronic
s, Vol. QE-9, (1973) p901) This loss increases when the distance between the electrodes 1 and 2 is small and when the distance between the mirror 3 and the electrodes 1 and 2 is large. The quantitative evaluation formula for the loss is in the above document,
If the loss is not negligible in the resonator, it is necessary to add the optical waveguide 11 of this embodiment.

【0029】図4(b)は光導波路11を付加した構成を
しめしている。断面の図(d)は光導波路11による効果
を説明している。電極1と2の間を伝播してきた導波モ
ードはそのまま光導波路11を伝播し、ミラー3で反射
され、再度光導波路11から電極1と2の間の導波モー
ドに帰る。この構成では伝播モードが空間を伝播するこ
とが少なく、損失が発生しない。
FIG. 4B shows a configuration in which an optical waveguide 11 is added. The cross-sectional view (d) illustrates the effect of the optical waveguide 11. The waveguide mode that has propagated between the electrodes 1 and 2 propagates through the optical waveguide 11 as it is, is reflected by the mirror 3, and returns from the optical waveguide 11 to the waveguide mode between the electrodes 1 and 2 again. In this configuration, the propagation mode rarely propagates in space, and no loss occurs.

【0030】光導波路11の導波路間隔は電極1と2の
間隔に一致させることが望ましく、光導波路11の内面
は光の反射率を高める必要がある。電極1や2と光導波
路11の間の放電が懸念される場合は光導波路11を絶
縁体で構成する必要も有る。なお、光導波路11とミラ
ー3を一体構成にして部品点数を削減することも可能で
ある。
It is desirable that the distance between the waveguides of the optical waveguide 11 is equal to the distance between the electrodes 1 and 2, and that the inner surface of the optical waveguide 11 needs to have a high light reflectance. When there is a possibility of a discharge between the electrodes 1 and 2 and the optical waveguide 11, the optical waveguide 11 needs to be formed of an insulator. It is also possible to reduce the number of parts by integrating the optical waveguide 11 and the mirror 3.

【0031】また、図4では明示していないが図1の全
反射鏡4や出力鏡5と電極1と2の間の間隔により、上
記と同様な回折損失が生ずる場合は、この部分にも光導
波路11を設けることも損失の低下に有効である。以
上、第2の実施例により、導波モードの反射にともなう
損失の防止が可能となる。
Although not explicitly shown in FIG. 4, if the same diffraction loss as described above occurs due to the distance between the total reflection mirror 4 or the output mirror 5 and the electrodes 1 and 2 in FIG. Providing the optical waveguide 11 is also effective in reducing the loss. As described above, according to the second embodiment, it is possible to prevent the loss accompanying the reflection of the waveguide mode.

【0032】[0032]

【発明の効果】上述のように本発明によれば、従来の不
安定共振器構成から安定共振器構成が可能となり、不安
定共振器にともなうビーム方向安定性悪化や内部焦点に
よる放電不安定などの課題を解決することが可能とな
り、その効果は大きい。
As described above, according to the present invention, a stable resonator can be formed from the conventional unstable resonator, and the beam direction stability is deteriorated due to the unstable resonator, and the discharge is unstable due to the internal focus. Can be solved, and the effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment.

【図2】図1(b)の部分の斜視図FIG. 2 is a perspective view of a portion shown in FIG.

【図3】図1(a)の光学部分の斜視図FIG. 3 is a perspective view of the optical part of FIG.

【図4】第2の実施例の基本構成図FIG. 4 is a basic configuration diagram of a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電極 2 電極 3 ミラー 4 全反射鏡 5 出力鏡 6 レーザ出力 7 放電 8 電極の凹部 9 絶縁体 10 光路 11 光導波路 REFERENCE SIGNS LIST 1 electrode 2 electrode 3 mirror 4 total reflection mirror 5 output mirror 6 laser output 7 discharge 8 electrode recess 9 insulator 10 optical path 11 optical waveguide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢島 浩義 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内 Fターム(参考) 5F071 AA05 CC04 CC10 JJ05  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroyoshi Yajima 3-10-1 Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in Matsushita Giken Co., Ltd. 5F071 AA05 CC04 CC10 JJ05

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対向する少なくも一対の電極間に高い周
波数の電圧を印加してガスを放電励起させるガスレーザ
において、前記電極の対向する面に凹部を設けることに
より前記ガス放電を複数の帯状に分割し、前記帯状放電
に沿ってレーザ共振器の光路を設ける安定共振器を採用
したことを特徴とする放電励起ガスレーザ装置。
1. A gas laser in which a high frequency voltage is applied between at least a pair of opposed electrodes to excite a gas by discharge, wherein the gas discharge is formed into a plurality of strips by providing a concave portion on the opposed surface of the electrodes. A discharge-excited gas laser device comprising a stable resonator which is divided and provides an optical path of a laser resonator along the band-shaped discharge.
【請求項2】 レーザ共振器が折返しミラーを用いた折
返し共振器であることを特徴とする請求項1記載の放電
励起ガスレーザ装置。
2. The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein the laser resonator is a folded resonator using a folded mirror.
【請求項3】 光路の前記対向する電極面に直交する方
向に導波モードが形成され、電極面内方向には自由空間
モードであることを特徴とする請求項1記載の放電励起
ガスレーザ装置。
3. The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein a waveguide mode is formed in a direction orthogonal to the opposing electrode surface in an optical path, and a free space mode is formed in an electrode surface direction.
【請求項4】 折返しミラーが直角をなす2枚のミラー
を組とする複数のミラーよりなることを特徴とする請求
項2記載の放電励起ガスレーザ装置。
4. The discharge-excited gas laser device according to claim 2, wherein the folding mirror comprises a plurality of mirrors each including a pair of right-angled mirrors.
【請求項5】 折返しミラーと前記対向する電極との間
に光導波路を設けたことを特徴とする請求項2または3
記載の放電励起ガスレーザ装置。
5. An optical waveguide is provided between a folding mirror and the opposing electrode.
The discharge-excited gas laser device as described in the above.
【請求項6】 帯状放電の帯の長さ方向が電極の長さ方
向に一致していることを特徴とする請求項1記載の放電
励起ガスレーザ装置。
6. The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein the length direction of the strip of the strip discharge coincides with the length direction of the electrode.
【請求項7】 レーザガスがCO2、N2、Heガスを含
む炭酸ガスレーザである請求項1記載の放電励起レーザ
装置。
7. The discharge excitation laser device according to claim 1, wherein the laser gas is a carbon dioxide laser containing CO 2 , N 2 , and He gas.
【請求項8】 凹部の深さが前記電極間の間隔距離の1
0%以上であることを特徴とする請求項1記載の放電励
起ガスレーザ装置。
8. The depth of the recess is one of the distance between the electrodes.
The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein the value is 0% or more.
【請求項9】 安定共振器が球面全反射鏡と出力鏡とし
て半透過鏡を用いていることを特徴とする請求項1記載
の放電励起ガスレーザ装置。
9. The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein the stable resonator uses a spherical total reflection mirror and a semi-transmission mirror as an output mirror.
【請求項10】 電極の幅が前記電極間の間隔の数倍以
上であることを特徴とする請求項1記載の放電励起ガス
レーザ装置。
10. The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein the width of the electrode is several times or more the interval between the electrodes.
【請求項11】 電極の対向する面の凹部が帯状である
ことを特徴とする請求項1記載の放電励起ガスレーザ装
置。
11. The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein the concave portion on the surface facing the electrode has a band shape.
【請求項12】 共振器のフレネル数が1程度以下であ
ることを特徴とする請求項1記載の放電励起ガスレーザ
装置。
12. The discharge-excited gas laser device according to claim 1, wherein the Fresnel number of the resonator is about 1 or less.
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DE10259770A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-15 Linos Photonics Gmbh & Co. Kg Pockels cell
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