JP2002502548A

JP2002502548A - Ｒｆ放電励起による超音波及び亜音波レーザ

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Publication number: JP2002502548A
Application number: JP51361597A
Authority: JP
Inventors: クラスノフアレグザンダー
Original assignee: クラスノフアレグザンダー
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2002-01-22
Also published as: DE69633292D1; EP0852835B1; EP0852835A4; WO1997012430A1; EP0852835A1; US5682400A; DE69633292T2

Abstract

(57)【要約】音波または超音波／亜音波移行気体流の区域における無線周波数（ＲＦ）放電励起を利用した気体レーザが開示される。レーザは各種の気体及び気体の混合物を活性媒体として用い、ＲＦ放電励起を利用する前に気体状媒体のＲＦまたはＵＶプレイオン化を行う。気体はレシーバ（３ａ）内に供給され、その下流側に活性気体状流を高い亜音速または超音速に加速して、活性気体媒体の集中的な動力学的冷却を行う超音波ノズル（１）が配置されている。気体はＲＦ放電励起によって、超音波ノズルの臨界区域（１ｂ）またはそれより下流側で励起される。ＲＦ放電及び励起は、ノズルの超音波区域内に配置された光学的な共振器領域（２３）内でも発生可能である。本発明は高品質の出力ビームで、2.03mkmから10.6mkmの波長を有し、コンパクト、効率的且つ超強力で、連続的または疑似連続的なパルスレーザシステムを提供する。本発明のレーザ装置は、科学、商業、成層空間及び自由空間での用途に適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】ＲＦ放電励起による超音波及び亜音波レーザ技術分野本発明は、軽量で非常に効率的な上、小型、軽量且つ閉鎖式である気体系を生成するために、気体状活性媒体、ノズル、ＲＦ放電領域、レーザ活性領域、光学的共振器及びディフューザを有した超音波及び亜音波レーザに関する。本発明のレーザは、音波／亜音波または超音波／亜音波気体流の区域内で非平衡プラズマを発生させるのに無線周波数（ＲＦ）励起を用いる。高周波放電励起は、超音波ノズルの臨界区域内あるいは臨界区域の下流で発生可能であり、また超音波ノズルのプレ（前）臨界区域内において、気体状活性媒体のＲＦ、電場あるいはＵＶによるプレ（前）イオン化によって強めることができる。発明の背景既知の気体レーザシステムでは、トランスファーフローもしくは軸流内におけるＤＣまたはＡＣ電極間での電気放電を用いている。しかしながら、速い亜音速流特に超音速流内におけるＤＣまたはＡＣ電極の利用は、不安定で一様でないプラズマ放電を発生させる。こうした一様でない放電は、気体流の空気力学的な不安定を引き起こす。波衝撃と乱流によって特徴付けられるこの不安定は、流れの静圧とＤＣまたはＡＣ電極間における放電領域の容積に比例する。こうした制限が、安定で、一様な、連続したプラズマの生成を妨げている。さらに、ＡＣ／ＤＣ放電は気体流に対して空気力学的な抵抗を発生させるため、より高いパワーの気体ポンプが必要となる。既知の気体レーザで発生している超音波及び亜音波流の空気力学的な不安定は、波衝撃に関連して上昇した温度の領域だけでなく、乱流に関連した温度脈動の領域を生成する。かかる要因が、レーザ反転分布、レーザ効率及び共振器領域内における流れの光学的品質の減少をもたらす原因となっている。グローＤＣまたはＡＣ放電を利用した気体媒体励起も周知である。しかし、これらのレーザ設計は他の基本的な問題を有している。アークプラズマ領域あるいは火花放電の不安定を呈する領域が、レーザ気体の高い原子温度を生ぜしめるため、レーザ気体はレーザ発振の活性度をもたらすのに必要なレーザ反転分布を持ち得なくなり、光学的品質に崩壊を引き起こす。さらに、そのような火花放電の不安定は、気体活性媒体の化学成分の崩壊に至ることもある。ＲＦグロー放電に比べて、ＤＣまたはＡＣグロー放電は、同じ容積の安定な非平衡プラズマに対するエネルギー寄与が低い。ＲＦ周波数及びＲＦプラズマの種類（アルファ又はガンマ）に依存するが、励起の必要条件であるＲＦ密度は一般に立方ｃｍ当たり１０から１００ワットの範囲である。同等な気体条件におけるＤＣ及びＡＣグロー放電の場合、最大可能な密度の範囲は立方ｃｍ当たりわずか１から５ワットで、その範囲を超えると火花放電プラズマの不安定が生じてしまう。ＲＦ及びＤＣ／ＡＣプラズマ構造の両特性間には、原理的な相違も存在する。ＤＣまたはＡＣ放電は、陽極と陰極間における電子とイオンの直接的な流れに基づいている。ＲＦあるいは高周波放電励起は、ＲＦ電極に位置した電子の境界の高周波振動と、衝突メカニズムによる高周波イオン化に助長された、ＲＦ電極間におけるイオンの「陽光柱」及び負の電子の誘導とに基づいている。これは、例えばＣＯ₂分子のＣＯ分子とＯ原子とへの解離に基づき、ＤＣ及びＡＣ放電がレーザ気体媒体の化学的安定を瓦解する可能性がはるかに大きいことを意味する。それ故に、ＲＦ放電の方がＤＣ／ＡＣ型の放電より以下の点で優れている：レーザ気体の化学的安定；プラズマの容積に対するエネルギー寄与；活性媒体の光学的品質；及び気体媒体の流れを与えるのに必要な気体ポンプのパワーレベル。発明の要旨本発明は、無線周波数（ＲＦ）放電励起を利用し、活性媒体の気体状流を用いる超音波または亜音波レーザを提供するものである。本レーザは、冷却部を介してレシーバ区域内へ気体状媒体を導入する気体供給ラインを備えている。気体は使用する特定種類の気体に応じ、予め決められた圧力でレーザに供給し得る。気体は供給ライン、冷却部及びレシーバ区域を遅い超音波速度で通過する。レシーバ区域の下流側に超音波ノズルが配置され、超音波ノズルは光学的な共振器領域に開口すると共に、局部的な励起区域を含んでいる。光学的な共振器領域の下流側に、超音波ノズルの横断面全体にわたって超音波または亜音波の気体媒体流を減速させるディフューザが配置されている。本発明のレーザは、古典的な二次元のノズル内部を有する。本発明のレーザ装置は、簡単な設計と比較的低いエネルギー供給を維持しつつ極めて効率的なレーザを形成するために、レーザ発生の高出力電力化と気体状活性媒体の非常に効率的な使用をもたらす。本レーザでは、気体状活性媒体の音波／亜音波流または超音波／亜音波流の区域内に位置した大きい面積の方形でフラットなＲＦ電極間におけるＲＦ放電励起との組み合わせで、各種の気体あるいは気体の混合物を使用可能である。本発明のレーザは、光学的な共振器領域内でレーザ発振の活性度を発生するのに必要な高い反転分布を達成するために、高レベル状態の原子、分子またはイオンのイオン化及び電子励起によって非平衡な「アルファ」もしくは「ガンマ」プラズマを生成する無線周波数（ＲＦ）放電を用いる。本レーザは開ループまたは閉ループどちらの系でも適用できるが、閉ループ系のレーザの方が循環気体を低い静温度に維持する能力が高められる。本発明のレーザは、気体状活性媒体の音波／亜音波（Ｍ＝１／Ｍ＜１）流または超音波／亜音波（Ｍ＞１／Ｍ＜１）流の区域内に位置した幅広で線形状のＲＦ電極間に高周波放電領域を有する。無線周波数（ＲＦ）放電は、平面状の電極間にイオンと電子のほぼ一様な分布を生成する。無線周波数（ＲＦ）放電領域はＲＦ電極間に位置し、超音波ノズルの臨界区域内あるいは超音波ノズルの超音波区域内で臨界区域の下流側に配置することもできる。レーザの励起領域は、活性媒体または気体の圧力に応じ放電領域に比べもっと広い領域を有してもよく、光学的な共振器領域の開始地点に至るまでのノズルの臨界及び超音波両区域内に形成されてもよい。あるいは、ＲＦ電極と放電領域の配置を、光学的な共振器領域と同じ広がりにすることもできる。光学的な共振器領域内に、レーザ活性領域が位置する。この領域内を共振器ビームの各相が横切ることによって、そこで生じている最大レベルのレーザ反転（反転分布）が活用され、共振陽子の増幅が発生される。本発明のＲＦ励起によって発生されたレーザは、2.03mkmから10.6mkmの範囲内の波長を有する。また、気体状媒体のプレイオン化は、励起領域における気体状活性媒体のイオン化及び電子励起に必要な高周波プラズマの発生を促進するために、ノズル前方のレシーバ区域内またはノズルの臨界区域内で行い得る。このようなプレイオン化は、気体状媒体がそこを通過するプレイオン化用ＲＦグリッドによって発生させ得る。あるいは、ＲＦまたはＡＣプラズマと同じく、紫外線管球またはその他の紫外線源を用いてプレイオン化を行ってもよい。気体状媒体のプレイオン化は、光イオン化気体または蒸気の一部を気体状活性媒体へ付加することによってさらに高めることができる。レシーバ区域の下流側でその端部に、超音波ノズルが配置されている。二次元の超音波ノズルは、ノズル内における気体の断熱膨張を可能とする熱力学的パラメータの一様な横断方向の分布を有する静かな超音波／亜音波流を保証するのに最適な対数関数状輪郭を有している。超音波ノズルは光学的な共振器領域内に開口しており、ノズルの超音波区域内で平行な超音波／亜音波流を保証するための小さい拡開角度を有している。ノズルの超音波区域は、ノズルの臨界区域と下流側のディフューザとの間の間隔内に位置する。レーザヘッドは、２カ所つまりレシーバの上流側とディフューザの下流側でレーザの気体流を冷却するための２つの冷却部と一体化可能である。またレーザヘッドは、ＲＦ共振器及びＲＦ電力増幅器とも一体化可能である。以上の結果本発明のレーザは小型、軽量、極めて強力且つ効率的で、高速と一定の低温をレーザ本体の内部全体を通じ組み合わせることによって、気体媒体の化学的劣化を利点を生かしつつ、閉ループの気体媒体系を用いることができる。最後に要約すれば、本発明は無線周波数（ＲＦ）放電レーザであって、（ａ）入口冷却部と流通連通した入口レシーバ、（ｂ）前記入口冷却部を介して前記入口レシーバに入り、前記レーザを縦方向に通過する気体媒体、（ｃ）前記入口冷却部と流通連通し、その下流側に位置したプレイオン化体、（ｄ）前記入口レシーバと流通連通し、その下流側に位置した超音波ノズル、（ｅ）前記通過する気体媒体の両側にそれぞれ配置され、前記入口レシーバと流通連通し且つその下流側に位置した第１及び第２のＲＦ電極、（ｆ）前記第１及び第２のＲＦ電極を前記気体媒体から絶縁する第１及び第２の誘電体板、（ｇ）前記超音波ノズル内の光学的共振器、（ｈ）前記超音波ノズルと流通連通し、その下流側に位置したディフューザ、（ｉ）前記ディフューザと流通連通し、その下流側に位置した出口レシーバ、及び（ｊ）前記光学的共振器を透過するレーザビームを備えたレーザを提供する。図面の簡単な説明同じ番号は同じ部品を示している添付の図面に沿った以下の説明を参照することで、本発明はより明瞭に理解されるであろう。図面中図１Ａは、レシーバ区域の端部にプレイオン化用ＲＦ固体電極部を有し、ノズルの臨界区域内にＲＦ放電励起領域を有する本発明のレーザの斜視図；図１Ｂは図１Ａのレーザの側断面図；図１Ｃは図１Ａのレーザの中央部分の平断面図；図２Ａは、レシーバ区域の端部にプレイオン化用固体ＲＦ電極部を有し、ノズルの臨界区域の下流側で光学的共振器領域の上流側にＲＦ放電励起領域を有する本発明のレーザの斜視図；図２Ｂは図２Ａのレーザの側断面図；図２Ｃは図２Ａのレーザの中央部分の平断面図；図３Ａは、ノズルの臨界区域内にプレイオン化用固体ＲＦ電極部を有し、光学的共振器領域内にそれと同じ広がりでＲＦ放電励起領域を有する本発明のレーザの斜視図；図３Ｂは図３Ａのレーザの側断面図；図３Ｃは図３Ａのレーザの中央部分の平断面図；図４Ａは、レシーバ区域の端部にプレイオン化用ＵＶ管球を有し、光学的共振器領域内にそれと同じ広がりでＲＦ放電励起領域を有する本発明のレーザの斜視図；図４Ｂは図４Ａのレーザの側断面図；図４Ｃは図４Ａのレーザの中央部分の平断面図；図５は図１Ａのレーザ内部及びレーザ用活性気体媒体通路の実測概略側面図；図６ＡはＲＦ平面電極の側面図；図６ＢはＲＦ平面電極の正面図；図６ＣはＲＦ平面電極の底面図；図６ＤはＲＦ平面電極の斜視図；図７Ａはプレイオン化グリッドの正面図；図７Ｂはプレイオン化グリッドの一部の斜視図；図８Ａは追加の光学的接続を備えた円筒状テレスコープ式共振器の斜視図；図８Ｂは図８Ａの共振器の平面図；図８Ｃは図８Ａの共振器の側面図；図９Ａは円筒状テレスコープ式共振器の斜視図；図９Ｂは図９Ａの共振器の平面図；図９Ｃは図９Ａの共振器の側面図；図１０は図１，２，３，４のレーザのＲＦ電極の電気的接続の概略図で、ＲＦ共振器がＲＦ電極と一体化され、ＲＦ電源に接続されている；及び図１１はＲＦ共振器の接続の概略図で、図１，２，３，４のレーザの電極がＲＦ電力増幅器と一体化され、ＤＣ電源及びコントローラに電気的に接続されている。好ましい実施例の詳細な説明まず、本明細書の全体を通じて、以下の定義が適用される。超音波／亜音波ノズル１については、「二次元ノズル」ともよく称される。ここで二次元とは、ノズル１の輪郭が２つの軸、つまりＸ（長さ）とＹ（高さ）に依拠することを意味する。またこのノズルは、フラットノズルと呼ばれることもある。ノズルの臨界部１ｂを生成するための図５の１ｄにおけるＹ軸方向の狭まりが、そこを通って流れる気体の断熱膨張を引き起こす。超音波ノズル１内における膨張係数Ａは、Ａ＝Ｈ／ｈで定義される。但しここで、Ｈは共振器領域内における気体流の高さ、ｈは誘電体板４ａ、４ｂ間の距離である。信号モードビームＴＥＭ₀₀とは、標準ガウス曲線の強度プロットを有する最低次横波モードを意味する。以下、いくつかの実施例を提示し説明する。これら実施例は、図１Ａ−１Ｃ、図２Ａ−２Ｃ、図３Ａ−３Ｃ及び図４Ａ−４Ｃにそれぞれ示された実施例である。図１Ａ−１Ｃの実施例は、レシーバ３ａ内にプレイオン化用グリッド６、また超音波ノズルの臨界区域１ｂ内にＲＦ電極４ａ、４ｂを備えている。図２Ａ−２Ｃの実施例は、電極４ａ、４ｂが臨界区域１ｂの後方で、共振器キャビティ２３（図５）の前方には位置されている点を除き、図１Ａの実施例と同じである。図３Ａ−３Ｃの実施例は、超音波ノズルの臨界区域１ｂ内にプレイオン化用グリッド６を備え、共振器キャビティ２３内に電極４ａ、４ｂが配置されている。最後に図４Ａ−４Ｃの実施例は、プレイオン化用のＵＶ管球２９を備え、共振器キャビティ２３内に電極４ａ、４ｂが配置されている。本発明のレーザは、下記の気体状活性媒体を用いることができるａ：ＣＯ₂：Ｎ₂：Ｈｅ；ｂ：ＣＯ：Ｎ₂：Ｈｅ；ｃ：Ｘｅ：Ａｒ：Ｈｅ；ｄ：Ｘｅ：Ｋｒ：Ｈｅ；ｅ：Ｈｅ：Ｎｅ；気体状活性媒体“ａ”と“ｂ”の場合、ＲＦ放電レーザは分子の高振動及び回転状態でのイオン化と電子励起に基づいた分子遷移を利用している。この場合、ＲＦ放電レーザは分子型で、振動遷移に基づき“ａ”では9.6mkmから10.6mkmの波長、“ｂ”ではほぼ５mkmの波長のレーザ赤外放射を発生する。一酸化炭素の分子は、電子遷移を利用したほぼ0.5mkmの関連波長を有する可視領域での放射（緑光）を発生可能である。気体状活性媒体“ｃ”、“ｄ”及び“ｅ”の場合、ＲＦ放電レーザは原子遷移を利用しており、“ｃ”では2.03mkmの波長、また “ｅ”ではほぼ0.63mkmの可視波長のレーザ放射を発生する。図１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａに示すように、活性気体媒体は、気体を所定の圧力下でレーザの内部へ至りそこを通過するように強制的に送り込む気体タービン１８によって系内に導入される。気体タービン１８はレーザ本体と一体化も可能であるし、もしくはレーザと別にし、わずか約0.7kWのパワーを有するコンパクトなターボ流ブロワーを用い、そのブロワーを接続ホースでレーザ本体に接続することも可能である。気体媒体は一般に100と1000torr間の範囲の静圧を呈するが、それより著しく高いこともある。気体は、入口冷却部１７ａであるレーザ本体への導入地点から下流へ、入口レシーバ３ａ、ノズル１、ディフューザ２，出口レシーバ３ｂ、及び出口冷却部１７ｂを順次通って循環する。これら各区域の断面配置が、図５に示してある。系を通過した気体は図１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａに示したように再循環してもよいし、あるいは冷却部を用いずに、気体タンク（図示せず）からレシーバ区域３ａへとレーザ本体にその都度新たに導入してもよい。図１Ａ−１Ｃに示したレーザの実施例の気体室領域は、次のものを具備している：入口冷却部１７ａ；図１Ｂに示す４５度の偏向器３９ａを備えた入口レシーバ３ａ；プレイオン化用グリッド６；それぞれ上方及び下方の無線周波数（ＲＦ）電極４ａと４ｂ；それぞれ上方及び下方の誘電体板２０ａと２０ｂ；超音波ノズル１の臨界区域１ｂと一致した放電領域２１；反転分布がそこで成長する励起領域２２；光学的な共振器領域（キャビティ）２３；共振器鏡５ｃ、５ｆ及び５ｄ；反転分布がそこで最大になるレーザ活性領域２４；ディフューザ２；４５度の偏向器３９ｂを備えた出口レシーバ３ｂ；及び出口冷却部１７ｂ。冷却部１７ａへの入口は、気体タービン１８及び供給ライン１５と流れ連通している。レシーバ区域３ａ内における気体の静圧の範囲は、一般に約１００から１０００torrである。レシーバ区域３ａ内の気体の圧力は、使われる気体状活性媒体の種類及びレーザを発生させる活性による気体の消費に依存している。その圧力はまた、レーザ放射の出力電力、ＲＦ電極間のギャップサイズ、及びＲＦ励起の電力と周波数にも依存している。図２Ａ及び図３Ａに示した別の実施例のレーザ装置は、光学領域における気体流について、約0.1Ｍから５Ｍ（但しＭは音速）の一般的な速度範囲を有している。レシーバ区域３ａ内における絶対圧の範囲は、一般に１００torrと５０００ torrの間を取り得る。正確な仕様は上記と同じく、使われる気体媒体及びレーザに要求される出力電力に依存する。超音波ノズル１ｃの前方で高い絶対圧力とすれば、排気系を用いずにレーザを作動させ、ディフューザ２における超音波／亜音波流の減速後、気体をそのまま大気へ放出させることができる。さらに、図２Ａ及び図３Ａにそれぞれ示したように、励起領域２２、放電領域２１及び共振器領域２３を組み合わせたり、放電領域２２を光学的共振器２３より先行させることは、気体流の速度、レーザの動力学、遷移の種類、気体流の静圧に関連したイオン化の速度及び寿命、その他の因子によって決定される。図４に示した実施例のレーザは、光学的な共振器領域２３における気体流について、約0.1Ｍから１Ｍの一般的な速度範囲を有することができ。レシーバ区域３ａ内におけるレーザ気体の絶対圧の範囲は、一般に５０torrと２００torrの間を取り得る。図４Ｃに示すように、光学的共振器２３はＲＦ放電領域２１と同じ広がりを有する。最大レベルは中央部に存在するという反転分布の特長を生かし、鏡５ｃ、５ｄはレーザビームの各相１３を気体流１０と直角方向に共振させ、それによってレーザ活性媒体の共振遷移に対する陽子の増幅を発生させる。鏡のうちの１つ、つまり図４Ａの５ｆが透過性とされ、レーザビームの各相を共振器２３の透明な窓５ｆを通って出射可能とし、出力レーザビーム１４として使えるようにしている。図１Ａ及び図１Ｂに戻って再び参照すれば、レシーバ区域３ａの下流側で超音波ノズル１ｂの前方に、プレイオン化用グリッド６が配置されている。あるいはこれに代えて、ＲＦプラズマ自体からの紫外放射や図４Ａに示したＵＶ管球２９等の紫外線源を用い、プレイオン化を行ってもよい。ＲＦ放電領域２１の前方またはその内部でプレイオン化を行うことで、励起プラズマの点弧が強められ、また系内の高コストである高周波エネルギーの利用度が高められる。ＲＦグリッド６またはＵＶ管球２９を用いた活性媒体のプレイオン化により、ＲＦ放電領域２１において見いだされる誘電体板２０ａと２０ｂ間のギャップにおける非平衡プラズマの一様な励起が達成される。図７Ａに示したプレイオン化用グリッド６は、図では明瞭化のため拡大して示してある小平面部６ｃを有する２つの金属固体部６ａと６ｂから構成されている。平面部６ｃ間のギャップは、一般に３−４ｍｍである。上方と下方の平面部６ｃ間に、低電流の「アルファ」ＲＦプラズマがＲＦ電源８ｂによって生成される。金属のプレイオン化用平面部６ｃはアルミニウムで構成され、硬被覆の陽極酸化膜ＡｌＯ₃によって保護されている。ＲＦプレイオン化用グリッド６は低パワーのＲＦ源８ｂか、あるいは図１Ｂに示すように主ＲＦ電源８Ａの岐路に電気的に接続されている。図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに示すように、気体状媒体９のプレイオン化は、円筒状の反射面３１によって上方から部分的に取り囲まれたＵＶ管球２９によって行ってもよい。気体供給ライン１５からの気体流９は、冷却部１７ａを通ってレシーバ３ａに入る。気体タービン１８によって所定の圧力下で送り込まれた気体は、それぞれ上方及び下方の平面状誘電体板２０ａと２０ｂ間に形成されたＲＦ放電領域２１の励起領域２２へ入る前に、ＵＶ管球２９を通過する。図４ＡのレーザにおけるＵＶ光イオン化は、ノズル１の臨界区域１ｂの前方に配置されている。図４Ａは、ノズルの膨張係数がＡ＝１の場合に、電極４ａと４ｂ間のＲＦ放電領域２１内で音波／亜音波気体流が生じるレーザを示している。上記のレーザ設計はすべて、ＲＦ電極４ａと４ｂの絶縁のために必要な大寸法の誘電体板２０ａと２０ｂを除き、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる内壁５０を有する。アルミニウムまたはアルミニウム合金膜（内壁）５０は非導電膜の全動力学内面を有し、ほぼ0.0025インチ以上の厚さを有する。アルミニウムの表面上に積層される非導電材は、硬被覆の陽極酸化で生成可能なＡｌＯ₃ で構成し得る。また非導電膜は、レーザ内壁５０のアルミニウム部の内面上に直接、低級の亜硝酸ニッケルをメッキすることによっても生成できる。さらにレーザ本体は、機械加工可能なセラミックスのような誘電体材料から作製することもできる。レシーバ区域３ａの端部でプレイオン化用グリッド６の下流側に、図５の二次元の超音波ノズル１が配置されている。ノズル１は次の３つの部分で構成されている：亜音速区域１ａ、臨界区域１ｂ及び超音波区域１ｃ。ノズル１は、光学的な共振器領域２３内で一様な事実上超音速または亜音速の流れを保証するために、気体流のＸ軸に沿って最小の長さと、なめらかで最適な空気力学的形状を有するように設計されている。ノズル１の超音波区域１ｃは、ノズルの臨界区域１ｂに始まって光学的な共振器領域２３内に開口する最適な対数関数状の輪郭を有する。共振器領域２３内のノズル１の超音波区域１ｃにおける気体流の速度範囲は、使われる活性媒体及びノズルの亜音波区域１ａと超音波区域１ｃ間における気体の静圧の勾配に依存するが、0.1Ｍの亜音速から５Ｍ（Ｍ＝音速）である。超音波ノズルの膨張係数Ａ＝Ｈ／ｈは、１（図４に示した場合）から３０の範囲を取り得る。ノズルの臨界区域１ｂの高さ“ｈ”つまり両誘電体板間の距離は、４ mmと40mmの間の範囲を取り得る。共振器領域２３内における気体流の高さ“Ｈ”も、４mmから４０mmまでの範囲を取り得る。ノズル１あるいはレシーバ３ａ、３ｂの断面幅は、10cmと100cmの間の範囲を取り得る。一般的な幅は約35cmである。放電領域２１によって決まる、Ｘ軸方向の気体流に沿ったＲＦ電極４ａと４ｂの長さは、約２cmから約15cmとし得る。一般的な長さは約４cmである。臨界区域１ｂに始まってディフューザ２の前方にまで延びるノズルの対数関数状輪郭の超音波区域１ｃは、図５に示すように、光学的な共振器領域２３内で約 0.5度の小さい広がり角度を有する。このノズルの壁の対数関数状輪郭によって形成される小さい拡開角度は、壁上で増大する境界粘性膜の厚さを補償するためと、ノズルの臨界区域１ｂとそれより下流側のディフューザ２間における静かで且つ平行な超音波または亜音波流を補償するために必要なものである。最適な拡開角度は、超音波区域１ｃにおける気体媒体の速度と、気体流の静圧及びその温度とに依存する。ノズルの臨界区域１ｂを通過し、鏡５ｃ、５ｄが配置されている下流側の光学的な共振器領域２３内へと向かう、図１Ａと図２Ａに示したプレイオン化されるレーザ気体流９とＲＦ励起後の気体流１１は、実質上波衝撃のない静かな超音波または亜音波流である。共振器領域２３内での気体流１１は、静圧及びその高さと幅方向の速度などの熱力学的パラメータについて、一様な横断方向分布を有する。ノズル１の超音波区域１ｃは、気体状活性媒体の集中的な断熱膨張を引き起こして、超音波気体媒体に極めて低い静気体温度をもたらす他、気体媒体の原子及び分子の比較的低いエネルギー状態の分布を減少させる。超音波区域１ｃ内における超音波流の静気体温度の範囲は気体流の速度（0.1Ｍから５Ｍの間）に依存し、一般に５０から２８５絶対温度（Ｋ）の間である。マッハ＝２の速度を呈する一般的な超音波流の場合、静温度は１６５Ｋである。この超音波流の低い静温度は、分子の比較的低いエネルギー状態の分布を減少させ、レーザ反転、活性媒体の増幅係数、出力電力及びレーザの全体的効率を増大せしめる共に、無線周波数（ＲＦ）放電励起によって生成される非平衡プラズマの完全利用を促進させる。超音波ノズル区域１ｃ内における気体流の動的冷却によってもたらされる極めて低い原子温度の生成は、レーザが最大可能なレーザエネルギー及びレーザ系の効率を発生するのを可能とする。ＣＯ₂レーザの場合には、２０−３０％の効率レベルにまで到達し得る。ＣＯレーザの場合、効率は２０％に到達し得る。また高速の亜音波あるいは超音波流によって生成される気体媒体の低い静温度は、分子の化学的劣化を防止すると共に、閉鎖式のレーザ系における気体媒体の継続した長期間の再循環及び再使用を可能とする。さらに、プラズマ放電領域は気体媒体の温度を高めるが、気体流の速度と冷却部１７ａ、１７ｂのために、全体の温度は比較的低くとどまり、気体媒体の化学的劣化を防止する。このことは、本発明のレーザが気体媒体の補給を必要とせずに、気体を再循環させる閉鎖式の気体系を利用可能にするという点で、極めて有利である。本発明のレーザの出力電力は、前記した活性媒体について数キロワットの範囲を達成でき、レーザ放射の最大可能内部共振強度、ＲＦプラズマの容積、ＲＦ励起の周波数、発生の時間及び共振器鏡の加熱によって制限される最大レベルにまでさらに増大できる。さらに、本発明のレーザ内部の最適な空気力学的形状により、レイノルズ数（気体の無次元パラメータ）がRe＜10000の臨界レベルより低いとき、共振器領域２３内で疑似層流状の超音波または亜音波流が発生する。この波衝撃や乱流を含まないなめらかな疑似層流が高い光学的品質、つまり出力レーザビームの光学的品質をもたらす。図１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａの各実施例に示した誘電体板２０ａと２０ｂは、金属製のＲＦ電極４ａと４ｂを、放電領域２１及び気体流室から絶縁し、プラズマ活性領域において金属表面とレーザ気体が直接接触するのを防ぐために使われている。また、ＲＦ電極を誘電絶縁することでＲＦ放電が安定化され、放電領域における「ホットスポット（過熱点）」及び火花放電の発生が防止されている。誘電絶縁板２０ａと２０ｂは、機械加工可能な非導電性セラミック、ガラスまたは雲母で構成されている。図１Ｂに示すように、レシーバ区域３ａの下流側で超音波ノズルの臨界区域１ｂ内に無線周波数（ＲＦ）放電領域２１が位置しており、臨界区域１ｂは図５により分かりやすく示してある。ＲＦ放電領域２１は、２つの誘電絶縁された平面状ＲＦ電極４ａと４ｂ間に生成される。ＲＦ境界電子振動によって作られる非平衡プラズマは、プレイオン化された音波／亜音波気体流であって、この実施例では図５の超音波ノズル１の臨界区域１ｂ内に位置した区域を占める。図５に示した放電領域２１が励起領域２２の最初の部分を形成し、それによって光学的な共振器領域２３の前方あるいはそれと一致した位置に高周波の放電励起を発生せしめる。臨界区域１ｂより下流側における活性レーザ媒体１０の超音波または亜音波流は、高周波電源８に接続された絶縁ＲＦ電極４ａと４ｂ間を通過する。気体状媒体はＲＦグリッド６または図４ＡのＵＶ管球２９によってプレイオン化されており、ＲＦグリッド６は図３Ａの実施例では、ノズルの短縮された臨界区域１ｂ内に配置されている。図５において、放電領域２１を含み放電領域２１の下流側にある程度の距離だけ延びた励起領域２２は、光学的な立ち上がり時間として定義される反転分布がそこで成長する区域である。この区域は、図１Ｃ及び図２Ｃに示した光学的な共振器鏡５ｃと５ｄが配置された光学的な共振器領域２３の直前に位置している。励起領域２２の一部と光学的な共振器領域２３のすべてとを含む超音波ノズル１の一部として定義される領域全体が、レーザ活性領域２４である。この領域は、そこで超音波流の静温度が最大レベルに達すると共に、共振遷移に対する最大の陽子増幅が起きる区域である。レーザエネルギーの生成に必要な反転分布は、特に図１Ａ及び図４Ａに示すようにＲＦ電極４ａと４ｂが超音波ノズルの臨界区域内に配置されている場合、レーザ活性領域２４内で最大レベルに達する。誘電体板２０ａと２０ｂは、ＲＦ電極４ａと４ｂの金属表面を絶縁してイオン化状態の気体流と接触しないようにすると共に、ＲＦ放電を放電領域２１のギャップ内に安定して閉じ込め、電源８ａのプラズマに対する最大可能なエネルギー寄与を高めるために使われている。誘電体板２０ａと２０ｂの厚さは、ＲＦモードの種類及び絶縁材の誘電率に依存する。低電流の「アルファ」モードの場合、セラミック板の一般的な厚さは約３‐15mmで、高電流の「ガンマ」モードの場合における厚さは約0.5‐2.5mmの範囲である。本発明のレーザは、１０MHz以上のＲＦ電力励起周波数を用いている。図１Ａ及び図４Ａに示した超音波ノズルの臨界区域１ｂ内に、それぞれ上方及び下方の平面状ＲＦ電極４ａと４ｂが配置され、これらＲＦ電極４ａと４ｂは放電領域２１内のプラズマから両電極を保護するための誘電絶縁板２０ａと２０ｂを備えている。電極４ａと４ｂは、プレイオン化された気体流１０のイオン化及び電子励起のための安定したＲＦ放電を発生する。ＲＦ電極の一方４ａは、ＲＦ共振器として作用する図１０に示したコイル３２に接続されている。他方のＲＦ電極４ｂは、電気的に接地されている。無線周波数発生器（ＲＦ電源）８が、放電領域２１内に高周波プラズマを発生させ、さらにプレイオン化されている気体状レーザ媒体１０を励起して、分子または原子のより高いエネルギー状態を分布させるためのＲＦエネルギーを電極４ａに供給する。この高エネルギー状態の分布が、レーザ発振の活性度に必要な適切なレーザ反転を引き起こす。平面状のＲＦ電極４ａと４ｂは、銀メッキを施した真鍮またはアルミニウムで構成されている。図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ及び６Ｄに示した金属製のＲＦ電極４ａは、内部が蒸留水で冷却される。あるいはこれに代えて、本発明で用いる電極は、小さい複数対の電極で構成されるように分割も可能である。気体流の軸方向に沿った電極区域の好ましい長さは約４ｃｍであるが、それぞれ上方及び下方の電極４ａと４ｂを例えば２対の電極に分離し、これら２対の電極の長さ（気体流の軸方向に沿った長さ）を２ｃｍとすることもできる。このような分離は、レーザ態様の動力学、使われる気体媒体、あるいはその他特別な必要条件によって必要になることがある。図１Ｂにおいて、２つの誘電体板２０ａと２０ｂが、それぞれ上方及び下方の金属製ＲＦ電極４ａと４ｂの周囲を覆っている。誘電板２０ａと２０ｂの厚さは、ＲＦ電極４ａと４ｂ間のギャップ（放電領域）２１より大とすべきである。金属製のレーザ本体（内壁）５０に対するインピーダンスを増大する一方、放電ギャップ２１に対するインピーダンスを減少させるためには、ＲＦ電極４ａと４ｂをレーザ本体５０に対して広く誘電もしくは空気絶縁する必要がある。ＲＦ電極間の一般的な整合インピーダンスは約５０オームである。両ＲＦ電極４ａ、４ｂとレーザ本体５０間の一般的な距離は、放電ギャップ２１の高さの少なくとも５倍より大きくすべきである。上方及び下方の直線状電極４ａと４ｂは、プレイオン化された気体状媒体の流れ１０に対して直角方向を向いており、無線周波数発生器（ＲＦ電源）８からエネルギーを供給されている。これらの電極４ａと４ｂが、図５に示したような放電領域２１内におけるレーザ気体の励起のための高周波プラズマを生成する。図１０は、ＲＦ共振器３２と一体化されたＲＦ電極４ａの概略配線図を示している。また図１０には、それら共振器と電極がＲＦ放電の発生に必要なＲＦ電源８に接続されていることも示してある。ＲＦ電源８とＲＦ共振器３２との間の接続は、テフロン（登録商標）製の同軸ケーブルからなるＲＦケーブル３３によって行われる。図１１は、代替のＲＦ電源８ａと８ｂを備えたレーザ電極４ａの概略図を表しており、ここではレーザヘッドがＲＦ共振器３２及びＲＦ電力増幅器８ａと一体化されている。共振器３２と電力増幅器８ａを１つのユニットに一体化することで、図１０に構成要素３３として示したように、電源８とＲＦ共振器３２の間を太い高電力用の同軸ケーブル３３で接続する必要がなくなる。図１１の実施例では、ＤＣ同軸ケーブル３４で電源部８ｂがＲＦ電力増幅器８ａに接続される。ＤＣ電源を含む電源部８ｂは、制御回路３６も有している。制御回路３６はＲＦ電力増幅器８ａと、低電圧用ＤＣ同軸ケーブル３７を介して接続されている。他方のＲＦ電極４ｂは電気的に接地されている。図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃに示したレーザ装置は、１つの上方ＲＦ電極４ａと１つの下方電極４ｂを用いている。ＲＦ放電領域２１内にそれと一致して、円筒状のテレスコープ式共振器５ｃ、５ｄ及び５ｆが配置されており、そこでレーザビームの各相１３が共振し、超音波または亜音波活性気体媒体１１における最大のレーザ反転分布を利用してエネルギー付与される。本発明のレーザシステムでは、図９Ａ−９Ｃに示したような光学的な円筒状テレスコープ式共振器、あるいは図８Ａ−８Ｃに示したような追加の光学的接続を備えた円筒状テレスコープ式共振器を用いることができる。出力鏡５ｄがわずかに透過性とされ、出力ビーム１４が光学的な共振器領域２３を出射して利用できるようになっている。図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃに示したレーザ装置は、超音波ノズルの膨張係数Ａ＝１を有する気体流の音波または亜音波速度で動作可能である。放電領域２１、励起領域２２及び光学的な共振器領域２３は同じ広がりを有している。上記した２種類の円筒状テレスコープ式共振器を用い、単一モードビームＴＥＭ₀₀を出力ビームの最小拡開角度で発生させることができる。プレイオン化は、ノズル１の上流側でその近くに配置された、図４Ａに示すＵＶ管球２９によって与えられる。この実施例におけるディフューザ２は超音波域にあり、図１Ａで用いている中央要素２ｃを省くことができる。図２、３及び４に示したレーザモデルは、活性レーザ媒体がレーザ放射の短い波長で典型的な短いイオン化、励起時間及び／又はレーザ反転分布の短い寿命時間を有するときに、状況に応じ最適に選択することができる。またこれらの実施例は、１００torr以上の圧力を有するＣＯ₂レーザあるいはレーザが亜音波の気体流速度で動作する場合など、レーザがノズルの超音波区域１ｃにおける超音波／亜音波流の高い静圧を利用するときに用いてもよい。本発明のレーザでは、図１Ａ、２Ａ、３Ａ及び４Ａに示し且つ図８Ａ−８Ｃ及び図９Ａ−９Ｃに表したような不安定で光学的に非対称の円筒状テレスコープ式共振器を用いることができる。第１の種類は、図８Ａ−８Ｃに示したような追加の光学的接続を備えた円筒状テレスコープ式共振器である。この共振器は３つの光学的に相関関係にある円筒状の最大反射鏡で構成されている：それらの第１が扁平鏡５ａ、第２がＸ軸に沿った円筒状の凹面鏡５ｃ、第３がＸ軸に沿った円筒状の凸面鏡５ｄである。これら３つの鏡はすべて、中心単一モードビームＴＥＭ₀₀ の増幅を行うようにお互に光学的に相関されている。追加の光学的要素５ａが、不安定な共振器によってＴＥＭ₀₀モードのより対称的なガウス分布を生成可能としている。各鏡の寸法及びその半径の幾何学的関係は、テレスコープ式ミラー構成に関する周知の諸式に従っている。出力レーザビーム１４は出力鏡５ｄの側方を通過し、レーザ共振器のキャビティを大気から密封するために使われている絶対透過型の透明窓５ｆを通って共振器の外へ出る。第２の種類の共振器は、図９Ａ−９Ｃに示したような非対称の円筒状テレスコープ式共振器で、テレスコープ式相関関係にある２つの最大反射鏡で構成されている：それらの一方がＸ軸に沿った円筒状の凹面鏡５ｃ、他方がＸ軸に沿った円筒状の凸面鏡５ｄである。この共振器の原理は、図８Ａ−８Ｃ共振器と同様である。またこの共振器は、単一モードビームＴＥＭ₀₀の高純度レーザを提供することができる。図８Ａ−８Ｃ及び図９Ａ−９Ｃに示した本発明における共振器の利点は、レーザビームが共振器内部で最小数の相１３を有することである。これは、その結果出力レーザビーム１４が最小の光学的収差を有するようになるため重要な観点である。また本発明における共振器は、中心単一モードビームＴＥＭ₀₀の増幅だけを利用している。図８Ａ及び図９Ａに示した各共振器２３の別の利点は、それら共振器が技術的に単純で、補正が容易であり、しかも熱変形に関連した問題を伴わないことである。これは、共振器鏡５ｃと５ｄの大きい表面上で、電力密度が一様に分布されていることに基づいている。それが可能なのは、本発明における光学的共振器が出力レーザビームを単一モードビームＴＥＭ₀₀として高い光学的品質で与えられるからである。各鏡の寸法は、光学的な共振器領域２３内における気体流の高さよりわずかに大きい各鏡のＹ軸方向高さを有する光学的な共振器領域２３の寸法に従って設定される。超音波ノズル１の下流側に、超音波ディフューザ２が配置されている。図１Ｂ、２Ｂ及び３Ｂに最も明瞭に示してあるように、ディフューザ２は次の２つの部品で構成されている：超音波ディフューザ（区域）２ａと亜音波ディフューザ（区域）２ｂ。本発明におけるディフューザ２は超音波流を２段衝撃減速する中央要素２ｃも有しており、１段は超音波区域２ａ内で行われ、もう１段は亜音波領域２ｂ内におけるそこでは亜音波流の減速である。ディフューザ２を出た出力気体流１２は出口レシーバ３ｂと冷却部１７ｂを通過し、戻りライン１６に入った後、入口冷却部１７ａ、気体タービン１８及び供給ライン１５へと再循環される。両冷却部１７ａと１７ｂはそこを通して水を循環させる標準型の熱交換器で、水はほぼ２０℃の温度に保たれる。図４Ａ−４Ｃに示した実施例においては、ノズル１の下流側に亜音波ディフューザ２が配置されている。図４Ｂに最も明瞭に示してあるように、ディフューザ２は亜音波部２ｂだけで構成されており、中央要素２ｃは省かれている。ディフューザの出口は他の構成要素に対して、前記の実施例で説明したのと同じ気体連通及び流路構成を有している。超音波及び亜音波ディフューザは、気体流中の絶対圧を効率的に用いるのに最適な寸法及び形状を有している。各図面（図１Ａ−３Ｃ）に示した本発明における２段衝撃ディフューザの一般的な効率は、古典的な理想値にかなり近い。約マッハ＝２の気体速度の場合、効率は約９０％である。これは、本発明のレーザでの波動損が非常に低いことを意味する。気体流内における運動エネルギーの粘性損は、ノズル１内の気体のマッハ速度と絶対圧に依存する。約マッハ＝２の速度とレシーバにおける２００torrの絶対圧とを有する典型的な気体流の場合、運動エネルギーの損失は約４０％である。これは上記と合わせ、レーザにおける気体流中の運動エネルギーの総損失が約５０％であることを意味している。このように運動エネルギーの損失が５０％である本設計は、入口レシーバ３ａ内に戻し注入される戻りライン内にある気体の圧力を増加させるのに必要なエネルギーが減少するという有利な結果を有する。運動エネルギーが５０％減少であれば、すなわち入口レシーバ３ａにおいて必要な絶対圧が２００torrから１００torrに減れば、気体タービン１８が入口レシーバ３ａ内で必要な２００torrに圧力を上げるために要するエネルギーが比較的少なくて済む。従って、ディフューザ２とレーザ装置全体の空気力学的効率に直接関連した、戻しライン中の気体タービン１８のパワー及び寸法もそれに応じて減ることが明らかである。出力電力が1.5kWtの典型的なＣＯ₂レーザの場合、戻し気体タービンはわずか2‐3kWtの電力要求量を有していればよい。図４に提示した音波／亜音波レーザ装置の場合、亜音波ディフューザ２ｂの一般的な効率は約９６％である。これは、運動エネルギーの空気力学的損失の面から見れば、亜音波気体流を用いる方がより有利なことを意味する。しかしＲＦ励起レーザの電気光学的効率は、共振器領域２３内におけるレーザ気体の温度が高いほど増大する関係にあるので、結果的には小さくなる。ＣＯ₂型を用いた超音波及び亜音波レーザ装置の全体的効率は約１５％である。本発明のレーザにおけるディフューザ２の使用は、成層圏や自由空間など低圧の外部環境下でレーザが動作する場合のような状況では必ずしも必要ない。本発明のレーザの全体寸法は極めてコンパクトである。両冷却部を備えたレーザヘッドの長さ寸法は、ＲＦ電源を含めずに30cmから100cmの範囲である。レーザヘッドの幅は、5から20cmの間の付設高さを含め30cmから70cmの範囲である。レーザの重量はほぼ４５ｋｇとなり得る。本発明のレーザの出力電力の範囲は、必要な電力及びその他の実施仕様に依存するが、1kWと20kWの間のレーザ放射が可能である。例１図４Ａのレーザ本体設計を用いて、レーザを作製した。用いた気体は、窒素とヘリウムを混合した一酸化炭素であった。レーザ本体内の気体の静圧はほぼ90to rrであった。気体媒体の速度はほぼ0.2Ｍであった。誘電体板は両者の間にほぼ1 .8cmのギャップを有し、電極間のスペースはほぼ2.2cmであった。電極は励起領域内でガンマプラズマを発生した。気体流の軸方向に沿った電極の長さは、ほぼ4cmであった。電極の幅はほぼ35cmであった。ノズルの超音波区域の拡開角度はほぼ0.5度であった。このレーザでは、図８Ａに示したような不安定で円筒状のテレスコープ式光学的共振器を用いた。電極は13.56MHzのＲＦ電力励起周波数、ほぼ0.7kVの電圧で、7.5kW R MSの平均電力を放出した。平均のレーザ出力電力はほぼ1500Wで、３kWまでのパルス状電力も発生可能であった。ＲＦ電極間で測定されたインピーダンスはほぼ５０オームで、プラズマの単位容積当たりの電力密度は約３５Ｗで、立方cm当たり５０Ｗまでであった。この電力密度は周波数に依存し、本例での周波数は13.5 MHzであった。なお本例のレーザでは、例えば27.12MHz、40.68MHz、81.36MHzなど、特定の用途で必要となるその他の励起周波数を用いることもできる。81.36M Hzより高い周波数の場合、同じ容積のプラズマに対するＲＦ電力の寄与は4.5倍増大する。出力電力は平均でほぼ５kWになる一方、気体媒体流の速度も平均で、 4.5倍増大しほぼ0.9Ｍになるはずである。本実施例の閉鎖式気体循環は、パワーがわずか約0.7kWのコンパクトなターボ流ブロワー（タービン）を用い、これをフレキシブルなホースでレーザに接続する（つまりタービンはレーザ本体と分離し独立している）ことで可能である。レーザ自体の全体寸法はわずかに大きくなるが、タービンをレーザ本体と一体化することもできる。以上の詳細な説明は主として発明の理解を明瞭とすることを目的に記述したものであり、以上の開示から当業者にとっては各種の変形が自明であり、また発明の精神もしくは添付した請求の範囲に記載の範囲を逸脱することなく成し得るため、上記の説明は不用な制限を与えるものと解されるべきでない。

Claims

【特許請求の範囲】１．無線周波数（ＲＦ）放電レーザであって、（ａ）入口冷却部と流通連通した入口レシーバ、（ｂ）前記入口冷却部を介して前記入口レシーバに入り、前記レーザを縦方向に通過する気体媒体、（ｃ）前記入口冷却部と流通連通し、その下流側に位置したプレイオン化体、（ｄ）前記入口レシーバと流通連通し、その下流側に位置した超音波ノズル、（ｅ）前記通過する気体媒体の両側にそれぞれ配置され、前記入口レシーバと流通連通し且つその下流側に位置した第１及び第２のＲＦ電極、（ｆ）前記第１及び第２のＲＦ電極を前記気体媒体から絶縁する第１及び第２の誘電体板、（ｇ）前記超音波ノズル内の光学的共振器、（ｈ）前記超音波ノズルと流通連通し、その下流側に位置したディフューザ、（ｉ）前記ディフューザと流通連通し、その下流側に位置した出口レシーバ、及び（ｊ）前記光学的共振器を透過するレーザビーム、を備えたレーザ。２．前記入口レシーバがタービンと流通連通している請求の範囲第１項のレーザ。３．前記入口レシーバが気体タンクと流通連通している請求の範囲第１のレーザ。４．前記プレイオン化体が金属製のプレイオン化グリッドから成る請求の範囲第１項のレーザ。５．前記プレイオン化グリッドがＲＦ電源に接続されている請求の範囲第４項のレーザ。６．前記プレイオン化体が少なくとも１つの紫外線源から成る請求の範囲第１項のレーザ。７．前記超音波ノズルが前記光学的共振器内で約0.5度の拡開角度を持つ対数関数状輪郭を有する請求の範囲第１項のレーザ。８．前記誘電体板が前記ＲＦ電極の表面積よりも大きい表面積を有する請求の範囲第１項のレーザ。９．前記誘電体板が0.5mmと3.0mmの間の厚さを有する請求の範囲第１項のレーザ。１０．前記タービンの下流側に位置してそれと流通連通すると共に、前記入口レシーバと流通連通した入口冷却部をさらに備えている請求の範囲第２項のレーザ。１１．前記超音波ノズルが亜音波区域、臨界区域及び超音波区域から構成されている請求の範囲第１項のレーザ。１２．前記電極が前記ノズルの臨界区域と同じ広がりを有する請求の範囲第１１項のレーザ。１３．前記電極が前記ノズルの超音波区域と同じ広がりを有する請求の範囲第１１項のレーザ。１４．前記超音波ノズルの臨界区域の高さが約４mmから約４０mmである請求の範囲第１１項のレーザ。１５．前記電極が前記光学的共振器と同じ広がりを有する請求の範囲第１項のレーザ。１６．前記出口レシーバに隣接し且つそれと流通連通する出口冷却部をさらに備えており、前記タービンが前記気体媒体を前記出口冷却部から前記入口冷却部へ循環させる請求の範囲第１０項のレーザ。１７．前記入口レシーバと流通連通した入口冷却部をさらに備えている請求の範囲第１項のレーザ。１８．前記出口レシーバに隣接し且つそれと流通連通する出口冷却部をさらに備えている請求の範囲第１項のレーザ。１９．前記入口レシーバ内に約４５度の角度で延びた偏向器をさらに備えている請求の範囲第１項のレーザ。２０．前記出口レシーバ内に約４５度の角度で延びた偏向器をさらに備えている請求の範囲第１項のレーザ。２１．前記気体媒体が二酸化炭素、窒素及びヘリウムまたはこれらの混合物の少なくとも一部から成る請求の範囲第１項のレーザ。２２．前記気体媒体が一酸化炭素、ヘリウム、窒素またはこれらの混合物の少なくとも一部から成る請求の範囲第１項のレーザ。２３．前記気体媒体がキセノン、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物の少なくとも一部から成る請求の範囲第１項のレーザ。２４．前記気体媒体がキセノン、クリプトン、ヘリウムまたはこれらの混合物の少なくとも一部から成る請求の範囲第１項のレーザ。２５．前記プレイオン化グリッドが、約３から４mmの距離だけ相互に隔たった複数の区分を有する対向した金属製のＲＦ電極で構成されている請求の範囲第４項のレーザ。２６．前記ディフューザが前記気体流を上方及び下方の排気路へと分割する中央要素をさらに備えている請求の範囲第１項のレーザ。２７．前記レーザがアルミニウムから成る内部本体を有する請求の範囲第１項のレーザ。２８．前記アルミニウム製内部本体が硬被覆の陽極化膜を有する請求の範囲第２７項のレーザ。２９．前記ＲＦ電極が銀メッキ真鍮から成る請求の範囲第１項のレーザ。３０．前記誘電体板が機械加工可能な非導電性セラミックから成る請求の範囲第１項のレーザ。３１．前記第１のＲＦ電極がＲＦ共振器に電気接続され、前記ＲＦ共振器がＲＦ電源に電気接続されている請求の範囲第１項のレーザ。３２．前記第２のＲＦ電極が電気的に接地されている請求の範囲第１項のレーザ。３３．前記光学的共振器が光学的な円筒状テレスコープ式共振器で構成されている請求の範囲第１項のレーザ。３４．前記光学的共振器が追加の光学的接続を備えたを光学的な円筒状テレスコープ式共振器で構成されている請求の範囲第１項のレーザ。３５．前記テレスコープ式共振器が、光学的関係で配置された１つの円筒状凹面鏡と１つの円筒状凸面出力鏡をさらに備えている請求の範囲第３３項のレーザ。３６．追加の光学的接続を備えたを前記テレスコープ式共振器が、すべて相互に光学的関係で配置された扁平鏡、円筒状凹面鏡及び円筒状凸面出力鏡をさらに備えている請求の範囲第３４項のレーザ。３７．前記凹面及び凸面両鏡が円形輪郭を有している請求の範囲第３５項のレーザ。３８．前記凹面及び凸面両鏡が放物線状輪郭を有している請求の範囲第３５項のレーザ。３９．前記凹面及び凸面両鏡が円形輪郭を有している請求の範囲第３６項のレーザ。４０．前記凹面及び凸面両鏡が放物線状輪郭を有している請求の範囲第３６項のレーザ。４１．前記光学的共振器は、前記レーザビームが通過する光学的に透過性の出力放射窓によって密封されている請求の範囲第33項のレーザ。４２．前記光学的共振器は、前記レーザビームが通過する光学的に透過性の出力放射窓によって密封されている請求の範囲第３４項のレーザ。４３．無線周波数放電レーザであって、（ａ）入口冷却部、（ｂ）前記入口冷却部と流通連通し、約４５度の角度で傾斜した偏向器を有する入口レシーバ、（ｃ）前記入口冷却部を介して前記入口レシーバに入り、前記レーザを縦方向に通過する気体媒体、（ｄ）前記入口レシーバと流通連通し、その下流側に位置したプレイオン化体、（ｅ）前記入口レシーバと流通連通し且つその下流側に位置した超音波ノズルで、臨界区域と超音波区域を有しており、該臨界区域が前記入口レシーバに直接隣接しているノズル、（ｆ）前記通過する気体媒体の両側にそれぞれ配置され、前記入口レシーバと流通連通し且つその下流側に位置した第１及び第２の無線周波数（ＲＦ）電極、（ｇ）前記第１及び第２のＲＦ電極を前記気体媒体から絶縁する第１及び第２の誘電体板、（ｈ）前記超音波ノズルの超音波区域内の光学的共振器、（ｉ）前記超音波ノズルと流通連通し、その下流側に位置した超音波ディフューザ、（ｊ）前記ディフューザと流通連通し且つその下流側に位置し、約４５度の偏向器を有するた出口レシーバ、（ｋ）前記出口レシーバと流通連通し、それに隣接する出口冷却部、及び（ｌ）前記光学的共振器を透過して前記レーザの外へ出るレーザビーム、を備えたレーザ。４４．前記プレイオン化体がプレイオン化グリッドから成る請求の範囲第４３項のレーザ。４５．前記プレイオン化グリッドが２つの無線周波数（ＲＦ）電極を含む請求の範囲第４４項のレーザ。４６．前記プレイオン化体が紫外線放射源を含む請求の範囲第４３項のレーザ。４７．前記無線周波数（ＲＦ）電極が相互に離間した対向する平面状ＲＦ電極から成る請求の範囲第４３項のレーザ。４８．前記ＲＦ電極が前記ノズルの臨界区域内に配置されている請求の範囲第４３項のレーザ。４９．前記ＲＦ電極が前記光学的共振器内に配置されている請求の範囲第４３項のレーザ。５０．前記ＲＦ電極が前記ノズルの臨界区域の下流側で、前記光学的共振器の上流側に配置されている請求の範囲第４３項のレーザ。５１．前記ＲＦ電極が水冷される請求の範囲第４３項のレーザ。５２．前記紫外線放射源が１つの紫外線管球から成る請求の範囲第４６項のレーザ。５３．前記プレイオン化体が前記レシーバの下流側に配置されている請求の範囲第４３項のレーザ。５４．前記プレイオン化体が前記ノズルの臨界区域内に配置されている請求の範囲第４３項のレーザ。５５．前記超音波ディフューザが上方排気チャネルと下方排気チャネルを形成する中央要素を有している請求の範囲第４３項のレーザ。５６．前記第１のＲＦ電極がＲＦ共振器と一体化され、これら第１のＲＦ電極と共振器が同軸ＲＦケーブルによってＲＦ電源に電気的に接続されている請求の範囲第４３項のレーザ。５７．前記第１のＲＦ電極がＲＦ共振器及びＲＦ電力増幅器と一体化され、該ＲＦ電力増幅器がＤＣ電源と電源コントローラに電気的に接続されている請求の範囲第４３項のレーザ。５８．前記第２のＲＦ電極が電気的に接地されている請求の範囲第４３項のレーザ。５９．前記気体媒体が前記光学的共振器内で約0.1マッハから約５マッハの速度を有する請求の範囲第４３項のレーザ。６０．前記入口レシーバ内の気体圧が約50torrから約5000torrである請求の範囲第４３項のレーザ。６１．前記超音波ノズルが１から２０の範囲の膨張係数を有する請求の範囲第４３項のレーザ。６２．前記ＲＦ電極内のＲＦプラズマが「アルファ」モードである請求の範囲第４３項のレーザ。６３．前記ＲＦ電極内のＲＦプラズマが「ガンマ」モードである請求の範囲第４３項のレーザ。６４．前記超音波ノズルの臨界区域が４から４０mmの間の高さを有する請求の範囲第４３項のレーザ。６５．前記ＲＦ電極が約２から１５cmの気体流長さを有する請求の範囲第４３項のレーザ。６６．前記レーザの内部にＡｌＯ₃が積層されている請求の範囲第４３項のレーザ。６７．前記レーザの内部に低級亜燐酸ニッケルが積層されている請求の範囲第４３項のレーザ。６８．前記レーザの内部に非導電性セラミックが積層されている請求の範囲第４３項のレーザ。６９．前記プレイオン化グリッドが、約３から４mmの間隔で相互に隔たった複数の対向した平面状区分を有している請求の範囲第４４項のレーザ。７０．前記第１及び第２の電極が少なくとも１対の離間して対向する電極で構成され、該少なくとも１対の電極の各々が前記通過する気体媒体の周囲に対向する関係で配置されている請求の範囲第４３項のレーザ。７１．前記入口レシーバがタービンと流体連通している請求の範囲第４３項のレーザ。