JP2002026429A - ガスレーザ装置 - Google Patents
ガスレーザ装置Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/032—Constructional details of gas laser discharge tubes for confinement of the discharge, e.g. by special features of the discharge constricting tube
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/036—Means for obtaining or maintaining the desired gas pressure within the tube, e.g. by gettering, replenishing; Means for circulating the gas, e.g. for equalising the pressure within the tube
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ装置の構成を複雑にすることがなく、
効率の良いレーザ出力を得られるガスレーザ装置を提供
する。 【解決手段】 チャンバ内に置かれた一対の主放電電極
によりレーザ媒質ガスを放電励起してレーザ光を発生す
るガスレーザ装置において、一対の主放電電極間にレー
ザ媒質ガスの流れを生じさせるガス循環用ファンを備え
ており、チャンバの内壁形状はガス循環用ファンによっ
て流れるレーザ媒体ガスを前記一対の主放電電極間に導
くガイド板としての曲面を有する。
効率の良いレーザ出力を得られるガスレーザ装置を提供
する。 【解決手段】 チャンバ内に置かれた一対の主放電電極
によりレーザ媒質ガスを放電励起してレーザ光を発生す
るガスレーザ装置において、一対の主放電電極間にレー
ザ媒質ガスの流れを生じさせるガス循環用ファンを備え
ており、チャンバの内壁形状はガス循環用ファンによっ
て流れるレーザ媒体ガスを前記一対の主放電電極間に導
くガイド板としての曲面を有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ媒質ガスを
放電励起してレーザ光を発生するガスレーザ装置に関す
る。
放電励起してレーザ光を発生するガスレーザ装置に関す
る。
【0002】
【従来技術】一対の主放電電極と予備電離電極とを備
え、レーザ媒質ガスを放電励起してエキシマレーザを発
振するガスレーザ装置が知られている。このようなガス
レーザ装置は図1に示すようにレーザ媒質ガスが充填さ
れて封入されるレーザガス容器1(以下、チャンバとす
る)内に予備電離2a、2b、主放電電極3a、3bが
設置され、さらにチャンバ1内部にはレーザ媒質ガスが
充填されている。
え、レーザ媒質ガスを放電励起してエキシマレーザを発
振するガスレーザ装置が知られている。このようなガス
レーザ装置は図1に示すようにレーザ媒質ガスが充填さ
れて封入されるレーザガス容器1(以下、チャンバとす
る)内に予備電離2a、2b、主放電電極3a、3bが
設置され、さらにチャンバ1内部にはレーザ媒質ガスが
充填されている。
【0003】レーザ光の発振は、対向する予備電離電極
2間にてスパーク放電を行って、このレーザ媒質ガスを
放電励起させる。これにより発生した紫外光や電子が主
放電電極3間に供給され、主放電電極3間にてグロー放
電が起こり、光共振を経てレーザ光が発振、出力され
る。
2間にてスパーク放電を行って、このレーザ媒質ガスを
放電励起させる。これにより発生した紫外光や電子が主
放電電極3間に供給され、主放電電極3間にてグロー放
電が起こり、光共振を経てレーザ光が発振、出力され
る。
【0004】ガスレーザ装置のチャンバ1内には、レー
ザ媒質ガスを循環させるためのファン4が設置されてお
り、このファン4を使用することで装置内にガスの流れ
が起こり、放電によって劣化したレーザ媒質ガスが電極
間に滞留するのを防いでいる。また、従来のガスレーザ
装置には、ファン4によって流れているレーザ媒質ガス
を予備電離電極2a、2b、主放電電極3a、3b側へ
流すために、ガス流ガイド板5が備わっている。
ザ媒質ガスを循環させるためのファン4が設置されてお
り、このファン4を使用することで装置内にガスの流れ
が起こり、放電によって劣化したレーザ媒質ガスが電極
間に滞留するのを防いでいる。また、従来のガスレーザ
装置には、ファン4によって流れているレーザ媒質ガス
を予備電離電極2a、2b、主放電電極3a、3b側へ
流すために、ガス流ガイド板5が備わっている。
【0005】ファン4は、チャンバ1内に設置される図
示なき集塵器、冷却パイプやその他の部品に干渉するこ
となく、電極(予備電離電極2a、2b、主放電電極3
a、3b)にレーザ媒質ガスを送るのに適した場所に設
置される。設置されたファン4からのガス流を効率よく
電極側へ導くために、流体力学や検証実験等によってガ
ス流ガイド板5の設置位置及びその形状(曲面)が決定
される。6は遮断板であり、ガス流ガイド6によって流
れるレーザ媒質ガスがさらに効率良く電極側に流れて行
くようにガスの流れ方向を制限するものである。ガス流
ガイド板5と遮断板6とがチャンバ1内に設置されるこ
とによって、レーザ媒質ガスの電極側へのガス通気路B
が形成され、ファン4によって流れているレーザ媒質ガ
スを効率良く予備電離電極2a、2b、主放電電極3
a、3b側へ流すことができるようになっている。
示なき集塵器、冷却パイプやその他の部品に干渉するこ
となく、電極(予備電離電極2a、2b、主放電電極3
a、3b)にレーザ媒質ガスを送るのに適した場所に設
置される。設置されたファン4からのガス流を効率よく
電極側へ導くために、流体力学や検証実験等によってガ
ス流ガイド板5の設置位置及びその形状(曲面)が決定
される。6は遮断板であり、ガス流ガイド6によって流
れるレーザ媒質ガスがさらに効率良く電極側に流れて行
くようにガスの流れ方向を制限するものである。ガス流
ガイド板5と遮断板6とがチャンバ1内に設置されるこ
とによって、レーザ媒質ガスの電極側へのガス通気路B
が形成され、ファン4によって流れているレーザ媒質ガ
スを効率良く予備電離電極2a、2b、主放電電極3
a、3b側へ流すことができるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ガス流
ガイド板のような部品が多いほど、装置の構成が複雑に
なりやすい。また、フッ素ガスを使用してエキシマレー
ザを発振するガスレーザ装置においてはレーザ媒質ガス
との接触面積も増えるため、部品表面へのフッ素吸着に
よりガス純度が低下したり、発振効率低下の原因となる
不純ガスが増加してしまう。
ガイド板のような部品が多いほど、装置の構成が複雑に
なりやすい。また、フッ素ガスを使用してエキシマレー
ザを発振するガスレーザ装置においてはレーザ媒質ガス
との接触面積も増えるため、部品表面へのフッ素吸着に
よりガス純度が低下したり、発振効率低下の原因となる
不純ガスが増加してしまう。
【0007】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
レーザ装置の構成を複雑にすることがなく、安定して効
率の良いレーザ出力を得られるガスレーザ装置を提供す
ることを特徴とする。
レーザ装置の構成を複雑にすることがなく、安定して効
率の良いレーザ出力を得られるガスレーザ装置を提供す
ることを特徴とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。
【0009】(1) チャンバ内に置かれた一対の主放
電電極によりレーザ媒質ガスを放電励起してレーザ光を
発生するガスレーザ装置において、前記一対の主放電電
極間にレーザ媒質ガスの流れを生じさせるガス循環用フ
ァンを備えており、前記チャンバの内壁形状は前記ガス
循環用ファンによって流れる前記レーザ媒体ガスを前記
一対の主放電電極間に導くガイド板としての曲面を有し
ていることを特徴とする。
電電極によりレーザ媒質ガスを放電励起してレーザ光を
発生するガスレーザ装置において、前記一対の主放電電
極間にレーザ媒質ガスの流れを生じさせるガス循環用フ
ァンを備えており、前記チャンバの内壁形状は前記ガス
循環用ファンによって流れる前記レーザ媒体ガスを前記
一対の主放電電極間に導くガイド板としての曲面を有し
ていることを特徴とする。
【0010】(2) (1)のガスレーザ装置におい
て、前記チャンバ内壁形状は、前記ガス循環用ファンと
主放電電極との位置関係に基づく流体力学的計算若しく
は検証実験により求められた形状で与られることを特徴
とする。
て、前記チャンバ内壁形状は、前記ガス循環用ファンと
主放電電極との位置関係に基づく流体力学的計算若しく
は検証実験により求められた形状で与られることを特徴
とする。
【0011】(3) (2)のガスレーザ装置におい
て、前記ガス循環用ファンは前記チャンバの内壁に近接
して設置されることを特徴とする。
て、前記ガス循環用ファンは前記チャンバの内壁に近接
して設置されることを特徴とする。
【0012】(4) (3)のガスレーザ装置におい
て、前記チャンバの断面形状が略楕円形状であることを
特徴とする。
て、前記チャンバの断面形状が略楕円形状であることを
特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図2はエキシマレーザ装置の概略
構成図である。本実施形態で使用するエキシマレーザ装
置は、Ar(アルゴン)ガスとF2(フッ素)ガスとが
混合されたレーザ媒質ガスによりエキシマレーザ(発振
波長193nm)を発振する。
に基づいて説明する。図2はエキシマレーザ装置の概略
構成図である。本実施形態で使用するエキシマレーザ装
置は、Ar(アルゴン)ガスとF2(フッ素)ガスとが
混合されたレーザ媒質ガスによりエキシマレーザ(発振
波長193nm)を発振する。
【0014】10はレーザ媒質ガスが充填されて封入さ
れるレーザガス容器(以下、チャンバとする)である。
チャンバ10の材料にはアルミニウム等が一般的に使用
される。11は高圧電源、12はスイッチ、13はコイ
ル、14はストレージコンデンサ、15はピーキングコ
ンデンサである。
れるレーザガス容器(以下、チャンバとする)である。
チャンバ10の材料にはアルミニウム等が一般的に使用
される。11は高圧電源、12はスイッチ、13はコイ
ル、14はストレージコンデンサ、15はピーキングコ
ンデンサである。
【0015】チャンバ10内部はフッ素ガスが充填され
るため、チャンバ10の内壁は予めフッ素にて不動態膜
を形成させておく等の耐食性を向上させるための処理が
施されている。また、チャンバ10内部には対を成すエ
ルンスト型主放電電極16a、16bが設けられてい
る。この主放電電極16a、16bは電極間で一様なグ
ロー放電を行うに適した蒲鉾状の形状をしている。
るため、チャンバ10の内壁は予めフッ素にて不動態膜
を形成させておく等の耐食性を向上させるための処理が
施されている。また、チャンバ10内部には対を成すエ
ルンスト型主放電電極16a、16bが設けられてい
る。この主放電電極16a、16bは電極間で一様なグ
ロー放電を行うに適した蒲鉾状の形状をしている。
【0016】主放電電極16aの両側には予備電離電極
17aが、主放電電極16bの両側には同じく予備電離
電極17bが、主放電電極の長手方向(紙面の垂直方
向)に沿って並列に複数個設けられている。
17aが、主放電電極16bの両側には同じく予備電離
電極17bが、主放電電極の長手方向(紙面の垂直方
向)に沿って並列に複数個設けられている。
【0017】主放電電極16aの両側に設けられた予備
電離電極17aは、板状の絶縁体18を通してピーキン
グコンデンサ15にそれぞれ取り付けられている。予備
電離電極17bは主放電電極16bが固定された導電板
19に取り付けられており、予備電離電極17aの先端
と予備電離電極17bの先端は所定の間隔を持って対向
するように位置する。
電離電極17aは、板状の絶縁体18を通してピーキン
グコンデンサ15にそれぞれ取り付けられている。予備
電離電極17bは主放電電極16bが固定された導電板
19に取り付けられており、予備電離電極17aの先端
と予備電離電極17bの先端は所定の間隔を持って対向
するように位置する。
【0018】チャンバ10内下部にはレーザ媒質ガスを
循環させるためのファン20が設置されており、ファン
20を使用することにより、レーザ媒質ガスがチャンバ
10内を循環するようになっている。
循環させるためのファン20が設置されており、ファン
20を使用することにより、レーザ媒質ガスがチャンバ
10内を循環するようになっている。
【0019】ファン20の近傍には図1で示した遮断板
6と同じ機能をもつ遮断板21が設置される。遮断板2
1の長手方向(紙面の垂直方向)は少なくとも主放電電
極16a、16bの長手方向の長さと同じ長さを有して
いることが望ましい。また、ファン20近傍から電極
(主放電電極16a、16b、予備電離電極17a、1
7b)に至るまでのチャンバ10内壁部分Aは、ファン
20によって流れるガス流が効率良く電極側に流れるよ
うに、流体力学若しくは検証実験等にてその内壁形状が
決定されている。つまり、図1で示すファン4に対する
ガス流ガイド板5の設置位置及びその形状がチャンバ1
0の内壁部分Aに相当するように設計がされている。し
たがって、内壁部分とファンとの間の距離は従来のそれ
に比べて近接することとなる。
6と同じ機能をもつ遮断板21が設置される。遮断板2
1の長手方向(紙面の垂直方向)は少なくとも主放電電
極16a、16bの長手方向の長さと同じ長さを有して
いることが望ましい。また、ファン20近傍から電極
(主放電電極16a、16b、予備電離電極17a、1
7b)に至るまでのチャンバ10内壁部分Aは、ファン
20によって流れるガス流が効率良く電極側に流れるよ
うに、流体力学若しくは検証実験等にてその内壁形状が
決定されている。つまり、図1で示すファン4に対する
ガス流ガイド板5の設置位置及びその形状がチャンバ1
0の内壁部分Aに相当するように設計がされている。し
たがって、内壁部分とファンとの間の距離は従来のそれ
に比べて近接することとなる。
【0020】従来のガスレーザ装置においては、チャン
バ内にファンを設置した後、電極側へ効率良くガスを導
くため、図1に示すように内部にガス流ガイド板5と遮
断板6を設置する必要があった。本実施の形態における
ガスレーザ装置では、上記に記したようにチャンバ10
の内壁形状をあらかじめガス流ガイド板5の形状に合わ
せて作られている。その結果、チャンバ10内部に遮断
板21のみを設置するだけで、チャンバ10内壁との間
にガス通気路Bが形成される。
バ内にファンを設置した後、電極側へ効率良くガスを導
くため、図1に示すように内部にガス流ガイド板5と遮
断板6を設置する必要があった。本実施の形態における
ガスレーザ装置では、上記に記したようにチャンバ10
の内壁形状をあらかじめガス流ガイド板5の形状に合わ
せて作られている。その結果、チャンバ10内部に遮断
板21のみを設置するだけで、チャンバ10内壁との間
にガス通気路Bが形成される。
【0021】本実施の形態におけるチャンバ20の内壁
部分Aは、図1で示したガスレーザ装置のファン4とガ
ス流ガイド板5との位置関係を基にしている。その結
果、ファンの設置位置はそのまま(固定)であり、ガス
流ガイド板が設置されていた位置に内壁部分Aがくるよ
うに設計したが、これに限るものではない。例えば、レ
ーザ媒質ガスが電極へ効率よく流れるように、あらかじ
め電極の位置を基準にして内壁形状を流体力学や実験検
証を行いながら、決定(設計)しておく。その後、ファ
ン20、遮断板21の設置位置をさらに実験検証をしな
がら決定することもできる。
部分Aは、図1で示したガスレーザ装置のファン4とガ
ス流ガイド板5との位置関係を基にしている。その結
果、ファンの設置位置はそのまま(固定)であり、ガス
流ガイド板が設置されていた位置に内壁部分Aがくるよ
うに設計したが、これに限るものではない。例えば、レ
ーザ媒質ガスが電極へ効率よく流れるように、あらかじ
め電極の位置を基準にして内壁形状を流体力学や実験検
証を行いながら、決定(設計)しておく。その後、ファ
ン20、遮断板21の設置位置をさらに実験検証をしな
がら決定することもできる。
【0022】また、最初から電極、ファン20、内壁部
分Aの3者を同時に考慮することによって、内壁部分A
の形状や電極、ファン20の設置位置を決定させること
もできる。
分Aの3者を同時に考慮することによって、内壁部分A
の形状や電極、ファン20の設置位置を決定させること
もできる。
【0023】さらに、内壁部分Aの形状に基づいて内壁
の周囲全体を略楕円形とし、外周部分も同形状とするこ
とにより、チャンバ10の長手方向に直交する平面の断
面形状を略楕円形状とすれば良い。断面が楕円形状の容
器(チャンバ)は断面が方形形状の容器に比べ圧力容器
として強度的に有利であり、肉厚を薄くすることが可能
で装置を軽量化することができる。また、円形断面に比
べると強度と容積を保ったまま高さを低くすることがで
き、装置の小型化が期待できる。
の周囲全体を略楕円形とし、外周部分も同形状とするこ
とにより、チャンバ10の長手方向に直交する平面の断
面形状を略楕円形状とすれば良い。断面が楕円形状の容
器(チャンバ)は断面が方形形状の容器に比べ圧力容器
として強度的に有利であり、肉厚を薄くすることが可能
で装置を軽量化することができる。また、円形断面に比
べると強度と容積を保ったまま高さを低くすることがで
き、装置の小型化が期待できる。
【0024】本実施形態のエキシマレーザ装置における
レーザ発振動作を簡単に説明する。スイッチ12が開い
ている状態で、高圧電源11からストレージコンデンサ
14に充電する。この充電終了後、スイッチ12を閉じ
ると、ストレージコンデンサ14に蓄積されている電荷
は、スイッチ12を通してピーキングコンデンサ15に
移行する。この電荷の移行により、予備電離電極17
a,17b、主放電電極16a,16bに電圧が印加さ
れる。そして、まず予備電離電極17aと予備電離電極
17bとの間で絶縁破壊し、スパーク放電が起こる。
レーザ発振動作を簡単に説明する。スイッチ12が開い
ている状態で、高圧電源11からストレージコンデンサ
14に充電する。この充電終了後、スイッチ12を閉じ
ると、ストレージコンデンサ14に蓄積されている電荷
は、スイッチ12を通してピーキングコンデンサ15に
移行する。この電荷の移行により、予備電離電極17
a,17b、主放電電極16a,16bに電圧が印加さ
れる。そして、まず予備電離電極17aと予備電離電極
17bとの間で絶縁破壊し、スパーク放電が起こる。
【0025】次に、このスパーク放電によって発生した
紫外光が主放電に先立ってレーザ媒質ガスを予備電離
し、これによって発生した電子が主放電電極16a,1
6bに供給されて、主放電電極16aと主放電電極16
bとの間でグロー放電が行われてレーザ媒質ガスが励起
される。それにより、図示なき光共振光学系間にて光共
振が起こり、レーザ光が出力される。
紫外光が主放電に先立ってレーザ媒質ガスを予備電離
し、これによって発生した電子が主放電電極16a,1
6bに供給されて、主放電電極16aと主放電電極16
bとの間でグロー放電が行われてレーザ媒質ガスが励起
される。それにより、図示なき光共振光学系間にて光共
振が起こり、レーザ光が出力される。
【0026】先に延べたように、本実施の形態に示すチ
ャンバ10の内壁部分Aは従来のガス流ガイド板と同形
状となっているため、遮断板21と合わせることによっ
て電極へ効率よくレーザ媒質ガスを送るための通気路が
形成されている。ファン20によって起こるガス流の流
れが、内壁部分Aと遮断板21とによって形成される通
気路を流れていくことにより、ガスの流れはあまり乱れ
ず、電極側に送られることとなる。このため、効率よく
レーザ媒質ガスが電極間に供給され続け、安定して効率
の良いレーザ出力が得られることとなる。
ャンバ10の内壁部分Aは従来のガス流ガイド板と同形
状となっているため、遮断板21と合わせることによっ
て電極へ効率よくレーザ媒質ガスを送るための通気路が
形成されている。ファン20によって起こるガス流の流
れが、内壁部分Aと遮断板21とによって形成される通
気路を流れていくことにより、ガスの流れはあまり乱れ
ず、電極側に送られることとなる。このため、効率よく
レーザ媒質ガスが電極間に供給され続け、安定して効率
の良いレーザ出力が得られることとなる。
【0027】また、本実施の形態はエキシマレーザを発
振するガスレーザ装置を使用しているが、これに限るも
のではなく、例えば横方向放電励起方式の炭酸ガスレー
ザ装置や窒素ガスレーザ装置等のガスレーザ装置につい
ても同様に適用できるものである。
振するガスレーザ装置を使用しているが、これに限るも
のではなく、例えば横方向放電励起方式の炭酸ガスレー
ザ装置や窒素ガスレーザ装置等のガスレーザ装置につい
ても同様に適用できるものである。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、装置内
の構成を複雑にすることがなく、安定した効率の良いレ
ーザ発振をすることができる。
の構成を複雑にすることがなく、安定した効率の良いレ
ーザ発振をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のエキシマレーザ装置概略構成図である。
【図2】本実施形態で使用するエキシマレーザ装置の概
略構成図である。
略構成図である。
10 チャンバ 11 高圧電源 12 スイッチ 13 コイル 14 ストレージコンデンサ 15 ピーキングコンデンサ 16a 主放電電極 16b 主放電電極 17a 予備電離電極 17b 予備電離電極 20 ファン 21 遮断板
Claims (4)
- 【請求項1】 チャンバ内に置かれた一対の主放電電極
によりレーザ媒質ガスを放電励起してレーザ光を発生す
るガスレーザ装置において、前記一対の主放電電極間に
レーザ媒質ガスの流れを生じさせるガス循環用ファンを
備えており、前記チャンバの内壁形状は前記ガス循環用
ファンによって流れる前記レーザ媒体ガスを前記一対の
主放電電極間に導くガイド板としての曲面を有している
ことを特徴とするガスレーザ装置。 - 【請求項2】 請求項1のガスレーザ装置において、前
記チャンバ内壁形状は、前記ガス循環用ファンと主放電
電極との位置関係に基づく流体力学的計算若しくは検証
実験により求められた形状で与られることを特徴とする
ガスレーザ装置。 - 【請求項3】 請求項2のガスレーザ装置において、前
記ガス循環用ファンは前記チャンバの内壁に近接して設
置されることを特徴とするガスレーザ装置。 - 【請求項4】 請求項3のガスレーザ装置において、前
記チャンバの断面形状が略楕円形状であることを特徴と
するガスレーザ装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000205575A JP2002026429A (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | ガスレーザ装置 |
US09/895,207 US6650676B2 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Gas laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000205575A JP2002026429A (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | ガスレーザ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002026429A true JP2002026429A (ja) | 2002-01-25 |
Family
ID=18702637
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000205575A Withdrawn JP2002026429A (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | ガスレーザ装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
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