JP2531526B2 - 気体レ―ザ装置 - Google Patents

気体レ―ザ装置

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JP2531526B2 JP62225209A JP22520987A JP2531526B2 JP 2531526 B2 JP2531526 B2 JP 2531526B2 JP 62225209 A JP62225209 A JP 62225209A JP 22520987 A JP22520987 A JP 22520987A JP 2531526 B2 JP2531526 B2 JP 2531526B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波放電を利用してレーザ励起を
行う気体レーザ装置に関するものである。
〔従来の技術〕 第5図及び第6図は例えば1978年7月に発行されたジ
ャーナル オブ アプライド フィジックス(Jounal o
f Applied Physics)Vol.49No.7のP3753〜P3756に示さ
れた従来の気体レーザ装置を示す縦断正面図、及びその
A−A線断面図であり、図において、1はマイクロ波を
伝送する導波管、10はこの導波管1の一部に設けられた
導波管テーパ部、11はこの導波管テーパ部10の空間に設
置されたパイレックスガラス製のレーザ放電管、12aは
このレーザ放電管11の端部に設けられたレーザ気体導入
口、12bは同じくレーザ気体排出口、13は前記レーザ放
電管11を包むように配置された冷却ガス送気管、14aは
この冷却ガス送気管13の端部に設けられた冷却ガス導入
口、14bは同じく冷却ガス排出口、15は前記レーザ放電
管11の両端に設けられたブリュースタ窓、16aは直流放
電用の陰極、16bは同じく陽極である。
次に動作について説明する。レーザ放電管11中にはレ
ーザ気体導入口12aより、例えば炭酸ガスレーザ気体な
どのレーザ気体が導入され、一方、導波管1中にはTE10
モードのマイクロ波が励起されている。この導波管1は
内部に導波管テーパ部10を備えており、レーザ放電管11
が設置された位置でその高さが最小となっているため、
その位置でマイクロ波の電界が最大となっている。レー
ザ放電管11内のレーザ気体はこの強いマイクロ波電界に
よって放電破壊してプラズマを発生させ、レーザ媒質が
励起される。この時、冷却ガス送気管13中に、例えば低
温の窒素ガス等を高速で流し、レーザ放電管11を外部か
ら冷却するとともに、レーザ気体の圧力等の放電条件を
適切に選択することによってレーザ発振条件が得られ、
ブリュースタ窓15の外部に、図示を省略したレーザ発振
用のミラーを設けることによってレーザ発振が行われ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の気体レーザ装置は以上のように構成されている
ので、閉じたレーザ放電管11内に導電性をもつプラズマ
が発生すると、当該プラズマを内導体とする同軸モード
のマイクロ波モードが支配的となって、プラズマ中のマ
イクロ波電界は、レーザ放電管11の管壁に平行な成分を
主成分とする電界となり、発生するプラズマはレーザ放
電管11の管壁付近に集中した著しく不均一なものとなる
ため、レーザ放電管11全体をレーザ励起に適当な状態と
することが困難であり、また、レーザ共振器モードとプ
ラズマがオーバラップせず、レーザ出力やレーザ効率が
低くなるという問題点があった。
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、発生するマイクロ波放電プラズマを安定で
空間的に一様なものとして、高効率、大出力のレーザ動
作を可能とし、さらに、レーザ気体の封入も簡単な気体
レーザ装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る気体レーザ装置は、マイクロ波回路の
一部を構成している導電体に溝を形成し、その溝の開口
部を誘電体で覆うことによって空間を形成し、当該空間
にレーザ気体を封入し、前記誘電体をマイクロ波入射窓
として、マイクロ波回路より誘電体とレーザ気体中に発
生したプラズマとの境界に垂直な電界成分を有するマイ
クロ波モードを入射するものである。
〔作用〕
この発明における気体レーザ装置は、マイクロ波入射
窓である誘電体に対向して溝の底の導電体壁があり、こ
の導電体壁がマイクロ波回路の一部として作用し、その
導電率はプラズマのそれよりもはるかに高いものである
ため、入射マイクロ波の終端電流はこの導電体壁を流
れ、プラズマ中には前記誘電体と導電体壁の間を貫通す
る電流が流れることとなるため、レーザ気体中には空間
的に一様なプラズマが発生し、さらに、導電体の溝を誘
電体で覆うという簡単な構造でレーザ気体を確実に封入
する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図はこの発明の一実施例による気体レーザ装置を示す
縦断正面図、第2図はその外観図である。図において、
2はマイクロ波放電によってレーザ気体にプラズマを発
生させ、レーザ励起を行うためのマイクロ波回路の一種
である、リッジ導波管型のマイクロ波空胴構造をもつレ
ーザヘッド部、3はマイクロ波発振器としてのマグネト
ロン、4はマグネトロン3の出力するマイクロ波をレー
ザヘッド部2へ導く導波管、5はこの導波管4の幅を拡
げるホーン導波管、6はこのホーン導波管5を前記レー
ザヘッド部2へ結合するマイクロ波結合窓、7はレーザ
ヘッド部2に取り付けられたレーザ発振用の反射鏡であ
る。また、20は前記レーザヘッド部2におけるマイクロ
波結合窓6に続く空胴壁、21及び22はこの空胴壁20の中
央部に設けられ、マイクロ波回路の一部を構成する導電
体としてのリッジ、23は一方のリッジ21に形成された
溝、24はこの溝23の底の導電体壁であり、この導電体壁
24はマイクロ波回路の一部を構成している。25はこの導
電体壁24に対向するように溝23の開口部を覆ってマイク
ロ波の入射窓として作用する、例えばアルミナ等による
誘電体、26はこの誘電体25が前記溝23を覆うことによっ
て形成され、例えば炭酸ガスレーザ気体などのレーザ気
体が封入される放電空間、27は溝23が形成されているリ
ッジ21及びそれに対向するリッジ22に形成された冷却水
路である。
次に動作について説明する。マグネトロン3で発生し
たマイクロ波は、導波管4を伝搬してホーン導波管5で
拡げられ、マイクロ波結合窓6でインピーダンスを整合
させることにより、効率よくレーザヘッド部2に結合さ
れる。このレーザヘッド部2は図示の如くリッジ空胴状
になっており、マイクロ波はそのリッジ21,22付近に集
中して非常に強いマイクロ波電磁界を発生させる。この
強いマイクロ波電磁界により放電空間26に封入されたレ
ーザ気体が放電破壊し、プラズマが発生してレーザ媒質
が励起される。ここで、冷却水路27に冷却水に流して放
電プラズマを冷却するとともに、レーザ気体の圧力等の
放電条件を適切に選択することによって、レーザ発振条
件が得られ、第2図に示す反射鏡7にそれに対向した図
面には現れない反射鏡とでレーザ共振器を形成すること
により、レーザ発振光が得られる。
この時、マイクロ波回路の一部を構成している導電体
壁24と、この導電体壁24に対向して配置され、マイクロ
波の入射窓となる誘電体25との間に形成される放電空間
26において、マイクロ放電が行われ、マイクロ波の入射
はプラズマの一方の面からのみ行われることになるた
め、プラズマを内導体とする同軸モードのマイクロ波モ
ードが支配的となる現象が発生するようなことはなく、
所期のマイクロ波モードによる放電を行わせることがで
きる。また、図示のレーザヘッド部2のリッジ空胴のよ
うに、マイクロ波回路が前記誘電体25とプラズマとの境
界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成す
る場合、誘電体25と導電体壁24とは対向しているため、
導電体壁24に対しても垂直な電界成分を有することとな
りプラズマを貫く電界ができる。そのため、導電性を有
するプラズマが発生しても、そのプラズマより数桁導電
率の高い導電体壁24がマイクロ波入射窓としての誘電体
25に対向して配置されているので、入射マイクロ波の終
端電流はこの導電体壁24を流れ、導電体壁24近傍の電界
は強制的にこの導電体壁24の表面に対して垂直にされ、
発生した前記プラズマを貫通する電界が維持される。従
って、マイクロ波がプラズマ中に浸透してプラズマを貫
く電流が流れ、この電流の連続性から空間的に一様な放
電プラズマが発生する。このように、空間的に均一な放
電が得られるので、放電全体をレーザの励起に適当な状
態にすることが容易となり、さらに、レーザ共振器モー
ドとプラズマのオーバラップも良好となる。
また、誘電体25と溝23が形成されたリッジ21とを、面
で密着させてレーザ気体を封入しているため、例えば炭
酸ガスレーザ装置のようにレーザ気体の圧力が1気圧よ
りも底い場合には、誘電体25に外圧がかかってレーザ気
体の封止が簡単に行える。また、必要があれば、密着す
る面を接着剤によって接着しても、外部より別途圧力を
印加する構成にしてもよく、いずれにしても、溝23を誘
電体25で覆う構造としたことによってレーザ気体の封止
が極めて簡単なものとなる。
なお、上記実施例ではマイクロ波回路にリッジ導波管
型のマイクロ波空胴を用いた場合について説明したが、
他の形式のマイクロ波回路を用いてもよく、上記実施例
と同様の効果を奏する。第3図はマイクロ波回路として
矩形空胴を用いた実施例の要部を示す部分断面図であ
り、空洞壁の一部の導電体28に溝23を形成し、その底の
導電体壁24と対向するように誘電体25を配して当該溝23
の開口部を覆い、レーザ気体を封入する放電空間26を形
成している。また、第4図はマイクロ波回路としてスト
リップ線路を用いた実施例の要部を示す部分断面図であ
り、ストリップ線路の導電体29に溝23を形成し、その底
の導電体壁24と対向するように誘電体25を配して当該溝
23の開口部を覆い、レーザ気体を封入する放電空間26を
形成している。このように、マイクロ波回路の一部を構
成する導電体に溝23を形成して、その開口部を誘電体25
で覆うような構成であれば他の形式のマイクロ波回路に
も摘要可能であり、様々な装置構成をとることができ
る。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によればマイクロ波回路の一
部を構成している導電体に溝を形成し、その溝の開口部
を誘電体で覆うことによって空間を形成し、当該空間に
レーザ気体を封入するとともに、前記マイクロ波回路に
よって前記誘電体とプラズマとの境界に垂直な電界分布
を有するマイクロ波モードを形成するように構成したの
で、空間的に一様なプラズマが長時間にわたって安定に
維持されて、放電全体をレーザ励起に適した状態とする
ことができ、レーザ共振器モードとプラズマのオーバラ
ップが良好になるため、高効率、大出力のレーザ動作が
可能な気体レーザ装置が得られるとともに、放電空間へ
のレーザ気体の封入が容易となるなどの効果がある。
さらに、マイクロ波の入射窓となる誘電体とマイクロ
波回路を構成する第2リッジとを平面で密着するように
設け、その間に形成される空間に圧力が1気圧よりも低
いレーザ気体を封入するように構成したので、圧力が低
いレーザ気体は誘電体と第2リッジとを吸引し、前記平
面間の密着力が強くなり、レーザ気体の封止が容易に行
える効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による炭酸ガスレーザ装置
を示す縦断正面図、第2図はその外観図、第3図及び第
4図はこの発明の他の実施例の要部を示す部分断面図、
第5図は従来の炭酸ガスレーザ装置を示す縦断正面図、
第6図はそのA−A線断面図である。 2はマイクロ波回路(レーザヘッド部)、21はリッジ
(誘電体)、23は溝、25は誘電体、26は空間(放電空
間)、28,29は導電体。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 植田 至宏 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 柳 正 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機株式会社応用機器研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−69070(JP,A) 特開 昭64−69069(JP,A) 特開 昭63−186483(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マイクロ波回路中のマイクロ波放電により
    レーザ気体にプラズマを発生させてレーザ励起を行うマ
    イクロ波励起方式の気体レーザ装置において、前記マイ
    クロ波回路を構成する第1リッジ及び第2リッジと、こ
    の第2リッジの一部を構成する導電体壁と、この導電体
    壁に対向して且つ前記第2リッジと平面で密着するよう
    に設けられ、マイクロ波の入射窓となる誘電体とを備
    え、前記誘電体の前記導電体壁から遠い方の面に、前記
    マイクロ波回路の前記第1リッジを設けるとともに前記
    導電体壁と前記誘電体との間に形成される空間に圧力が
    1気圧よりも低い前記レーザ気体を封入し、前記マイク
    ロ波回路によって前記誘電体と前記レーザ気体中に発生
    したプラズマとの境界に垂直な電界成分を有するマイク
    ロ波モードを形成させることを特徴とする気体レーザ装
    置。
  2. 【請求項2】前記マイクロ波回路が矩形空胴であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気体レーザ装
    置。
  3. 【請求項3】前記マイクロ波回路がストリップ線路であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
    記載の気体レーザ装置。
  4. 【請求項4】前記レーザ気体が炭酸ガスレーザ気体であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項から第3項の
    うちいずれか1項記載の気体レーザ装置。
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