JP2566583B2 - 炭酸ガスレーザ装置 - Google Patents
炭酸ガスレーザ装置Info
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
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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
行う炭酸ガスレーザ装置に関するものである。
行う炭酸ガスレーザ装置に関するものである。
第８図及び第９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.49 No.7のP3753〜P3756に示さ
れた従来の炭酸ガス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、12
a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、14
a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。
ャーナル オブ アプライド フィジックス（Jounal o
f Applied Physics）Vol.49 No.7のP3753〜P3756に示さ
れた従来の炭酸ガス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、12
a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、14
a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より炭酸ガス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内の炭酸ガス
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。
ーザ気体導入口12aより炭酸ガス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内の炭酸ガス
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。
従来の炭酸ガス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、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全体を炭酸ガスレーザ励起に適当な
状態とすることが困難となり、また、レーザ共振器モー
ドとプラズマとがオーバラップせず、レーザ出力やレー
ザ効率の低下を招くなどの問題点があった。事実、第８
図及び第９図に示す従来の炭酸ガスレーザ装置では、パ
ルス幅が１μsecで132Hzで断続し、ピーク電力が2.6KW
の2.45GHzのパルスマイクロ波を用いて動作させた場
合、平均して15mWの出力しか得られていない。このこと
は、前記放電の不均一性のため、パルス幅１μsec、断
続周波数132Hz、即ち、略１万分の１という非常に低い
パルスデューティでしか動作させることができなかった
ためと考えられ、また、132Hzという遅い繰り返しで動
作させているため、プラズマは時間的にも不均一なもの
となり、パルスによるレーザ発振しかできないなどの問
題点があった。
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、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全体を炭酸ガスレーザ励起に適当な
状態とすることが困難となり、また、レーザ共振器モー
ドとプラズマとがオーバラップせず、レーザ出力やレー
ザ効率の低下を招くなどの問題点があった。事実、第８
図及び第９図に示す従来の炭酸ガスレーザ装置では、パ
ルス幅が１μsecで132Hzで断続し、ピーク電力が2.6KW
の2.45GHzのパルスマイクロ波を用いて動作させた場
合、平均して15mWの出力しか得られていない。このこと
は、前記放電の不均一性のため、パルス幅１μsec、断
続周波数132Hz、即ち、略１万分の１という非常に低い
パルスデューティでしか動作させることができなかった
ためと考えられ、また、132Hzという遅い繰り返しで動
作させているため、プラズマは時間的にも不均一なもの
となり、パルスによるレーザ発振しかできないなどの問
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れ
たもので、発生するマイクロ波放電プラズマを空間的に
も時間的にも一様なものにして、高効率、大出力のレー
ザ動作が可能な炭酸ガスレーザ装置を得ることを目的と
する。
たもので、発生するマイクロ波放電プラズマを空間的に
も時間的にも一様なものにして、高効率、大出力のレー
ザ動作が可能な炭酸ガスレーザ装置を得ることを目的と
する。
この発明に係る炭酸ガスレーザ装置は、マイクロ波回
路の一部を構成している導電体壁と、この導電体壁に対
向して設けられた誘電体との間に空間を設けて、そこに
炭酸ガス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炭酸ガスレ
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とともに、その
マイクロ波回路内に励振されるマイクロ波を、休止期間
が炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも短いパルスマイ
クロ波としたものである。
路の一部を構成している導電体壁と、この導電体壁に対
向して設けられた誘電体との間に空間を設けて、そこに
炭酸ガス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炭酸ガスレ
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とともに、その
マイクロ波回路内に励振されるマイクロ波を、休止期間
が炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも短いパルスマイ
クロ波としたものである。
この発明における炭酸ガスレーザ装置は、マイクロ波
入射窓である誘電体に対向してプラズマよりも導電率の
高い導電体壁があるために、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、炭
酸ガスレーザ気体中に発生するプラズマは空間的に一様
なものとなり、さらに、休止期間が炭酸ガスレーザ気体
の熱時定数より短いパルスマイクロ波で励振することに
よって、当該プラズマを時間的にも均一なものとする。
入射窓である誘電体に対向してプラズマよりも導電率の
高い導電体壁があるために、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、炭
酸ガスレーザ気体中に発生するプラズマは空間的に一様
なものとなり、さらに、休止期間が炭酸ガスレーザ気体
の熱時定数より短いパルスマイクロ波で励振することに
よって、当該プラズマを時間的にも均一なものとする。
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炭酸ガスレーザ装置を
示す説明図、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炭酸ガスレーザ気体にプラ
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はこのマグネトロン３を駆動する励振
電源、５は前記マグネトロン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、６はこの導波管５の幅
を拡げるホーン導波管、７はこのホーン導波管６を前記
レーザヘッド部２へ結合するマイクロ波結合窓、８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。
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
示す説明図、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炭酸ガスレーザ気体にプラ
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はこのマグネトロン３を駆動する励振
電源、５は前記マグネトロン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、６はこの導波管５の幅
を拡げるホーン導波管、７はこのホーン導波管６を前記
レーザヘッド部２へ結合するマイクロ波結合窓、８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。
さらに、20は前記レーザヘッド部２におけるマイクロ
波結合窓７に続く空胴壁、21及び22はこの空胴壁20の中
央部に設けられたリッジ、23は一方のリッジ21に形成さ
れた溝、24はマイクロ波回路の一部を構成する導電体壁
であり、この実施例では前記溝23の底壁が使用されてい
る。25はこの導電体壁24に対向して設けられてマイクロ
波の入射窓として作用する、励えばアルミナ等による誘
電体、26はこの誘電体25が前記窓23を覆うことによっ
て、前記導電体壁24と誘電体25との間に形成され、炭酸
ガスレーザ気体が封入される放電空間、27はマイクロ波
回路の一部を構成する導電体壁24を有するリッジ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。
波結合窓７に続く空胴壁、21及び22はこの空胴壁20の中
央部に設けられたリッジ、23は一方のリッジ21に形成さ
れた溝、24はマイクロ波回路の一部を構成する導電体壁
であり、この実施例では前記溝23の底壁が使用されてい
る。25はこの導電体壁24に対向して設けられてマイクロ
波の入射窓として作用する、励えばアルミナ等による誘
電体、26はこの誘電体25が前記窓23を覆うことによっ
て、前記導電体壁24と誘電体25との間に形成され、炭酸
ガスレーザ気体が封入される放電空間、27はマイクロ波
回路の一部を構成する導電体壁24を有するリッジ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。
また、第３図は前記励振電源４の構成を示すブロツク
図で、図において、40は商用周波数の交流電源、41はこ
の交流電源40を整流，平滑する整流平滑回路、42はこの
整流平滑回路41から出力される直流を、数100Hz以上の
交流に変換するDC−ACインバータ、43はDC−ACインバー
タ42の出力する高周波の交流を昇圧するトランス、44は
トランス43の出力を半波倍電圧整流して高圧の脈流を発
生させる半波倍電圧整流回路であり、45はマグネトロン
３のフィラメントを赤熱させるためのフィラメント電源
である。
図で、図において、40は商用周波数の交流電源、41はこ
の交流電源40を整流，平滑する整流平滑回路、42はこの
整流平滑回路41から出力される直流を、数100Hz以上の
交流に変換するDC−ACインバータ、43はDC−ACインバー
タ42の出力する高周波の交流を昇圧するトランス、44は
トランス43の出力を半波倍電圧整流して高圧の脈流を発
生させる半波倍電圧整流回路であり、45はマグネトロン
３のフィラメントを赤熱させるためのフィラメント電源
である。
次に動作について説明する。励振電源４によって駆動
されたマグネトロン３より発生したマイクロ波は、導波
管５を伝搬してホーン導波管６で拡げられ、マイクロ波
結合窓７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に封入された炭酸ガスレーザ気体が放
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に冷却水を流して放電プラズマ
を冷却するとともに、炭酸ガス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８と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。
されたマグネトロン３より発生したマイクロ波は、導波
管５を伝搬してホーン導波管６で拡げられ、マイクロ波
結合窓７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に封入された炭酸ガスレーザ気体が放
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に冷却水を流して放電プラズマ
を冷却するとともに、炭酸ガス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８と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、マイクロ波放電が行われ、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。その様子を第４図に示す。図に
おいて、28はマイクロ波電界の電気力線、29は発生した
プラズマであり、他は第１図に同一符号を付したものと
同等のものである。
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、マイクロ波放電が行われ、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。その様子を第４図に示す。図に
おいて、28はマイクロ波電界の電気力線、29は発生した
プラズマであり、他は第１図に同一符号を付したものと
同等のものである。
ここで、励振電源４は整流平滑回路41にて商用周波数
の交流電源40を整流，平滑して直流に変換して、その直
流をDC−ACインバータ42にて、例えば20KHz程度の高周
波の交流に変換し、さらにこの高周波の交流をトランス
43にて昇圧して、それを半波倍電圧整流回路44で整流し
て高圧の脈流を発生させ、この高圧の脈流でマグネトロ
ン３を駆動する。この高圧の脈流で駆動されたマグネト
ロン３は発振して、第５図に示す波形のパルスマイクロ
波を発生する。このパルスマイクロ波のパルスデューテ
ィは0.1〜0.4程度と、従来のそれに比べて非常に大きな
値とすることが可能で、従って、マイクロ波の休止時間
も炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも充分短いものと
なる。このようなパルスマイクロ波をレーザヘッド部２
へ入射した場合、放電の長さ方向、即ち、第４図の紙面
に垂直な方向のマイクロ波放電が、マイクロ波電磁界の
節の部分で切れる長さが短くなって、放電の長さ方向に
もより均一な放電が得られることが確認された。また、
パルスマイクロ波の休止期間が、前述のように封入した
炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも短いため、プラズ
マメータの時間的な変調が抑えられ、時間的にも均一な
放電が発生する。
の交流電源40を整流，平滑して直流に変換して、その直
流をDC−ACインバータ42にて、例えば20KHz程度の高周
波の交流に変換し、さらにこの高周波の交流をトランス
43にて昇圧して、それを半波倍電圧整流回路44で整流し
て高圧の脈流を発生させ、この高圧の脈流でマグネトロ
ン３を駆動する。この高圧の脈流で駆動されたマグネト
ロン３は発振して、第５図に示す波形のパルスマイクロ
波を発生する。このパルスマイクロ波のパルスデューテ
ィは0.1〜0.4程度と、従来のそれに比べて非常に大きな
値とすることが可能で、従って、マイクロ波の休止時間
も炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも充分短いものと
なる。このようなパルスマイクロ波をレーザヘッド部２
へ入射した場合、放電の長さ方向、即ち、第４図の紙面
に垂直な方向のマイクロ波放電が、マイクロ波電磁界の
節の部分で切れる長さが短くなって、放電の長さ方向に
もより均一な放電が得られることが確認された。また、
パルスマイクロ波の休止期間が、前述のように封入した
炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも短いため、プラズ
マメータの時間的な変調が抑えられ、時間的にも均一な
放電が発生する。
このように、空間的ににも時間的にも均一な放電が得
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、また、レーザ共振器モードとプラ
ズマとのオーバラップが良好なものとなって、第８図及
び第９図に示す従来の炭酸ガスレーザ装置に比べて、桁
違いに高能率、大出力のレーザ発振を実現することがで
きる。第６図は第１図〜第３図の実施例による炭酸ガス
レーザ装置のレーザ発振特性を示す説明図で、横軸は周
波数約2.46GHz、断続周波数20KHz、パルスデューティ0.
4のマイクロ波入力Ｐμ、縦軸はレーザ出力Poと効率η
であり、放電長300mmの炭酸ガスレーザ装置における実
験結果が示されている。図示の如く、この実施例によれ
ば、最大出力24W、最大効率10.5％が得られ、前記従来
の炭酸ガスレーザ装置にて報告されたレーザ出力15mWに
対して３桁以上大きな出力が得られ、また、前記従来の
炭酸ガスレーザ装置ではパルス発振しか得られなかった
のに対し、パルスマイクロ波による励振でレーザの連続
発振が可能なことが確認された。
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、また、レーザ共振器モードとプラ
ズマとのオーバラップが良好なものとなって、第８図及
び第９図に示す従来の炭酸ガスレーザ装置に比べて、桁
違いに高能率、大出力のレーザ発振を実現することがで
きる。第６図は第１図〜第３図の実施例による炭酸ガス
レーザ装置のレーザ発振特性を示す説明図で、横軸は周
波数約2.46GHz、断続周波数20KHz、パルスデューティ0.
4のマイクロ波入力Ｐμ、縦軸はレーザ出力Poと効率η
であり、放電長300mmの炭酸ガスレーザ装置における実
験結果が示されている。図示の如く、この実施例によれ
ば、最大出力24W、最大効率10.5％が得られ、前記従来
の炭酸ガスレーザ装置にて報告されたレーザ出力15mWに
対して３桁以上大きな出力が得られ、また、前記従来の
炭酸ガスレーザ装置ではパルス発振しか得られなかった
のに対し、パルスマイクロ波による励振でレーザの連続
発振が可能なことが確認された。
なお、上記実施例ではマイクロ波発振器としてのマグ
ネトロンの励振電源として、DC−ACインバータを用いた
ものを示したが、スイッチング素子で高圧の直流を数10
0Hz以上の周波数で断続させて高圧パルスを発生する、
チョッパ式の励振電源を用いてもよい。
ネトロンの励振電源として、DC−ACインバータを用いた
ものを示したが、スイッチング素子で高圧の直流を数10
0Hz以上の周波数で断続させて高圧パルスを発生する、
チョッパ式の励振電源を用いてもよい。
また、上記実施例ではマイクロ波回路としてリッジ導
波管型のマイクロ波空胴を用い、そのリッジに形成され
た溝の開口部を誘電体で覆って放電空間を形成した場合
について説明したが、マイクロ波回路の一部を構成する
導電体壁と、この導電体壁に対向して設けられた誘電体
との間に放電空間を形成し、誘電体と放電空間、即ちプ
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
ードを形成するようなものであれば、他の形式のマイク
ロ波回路であってもよく、上記実施例と同様の効果を奏
する。第７図はマイクロ波回路として同軸線路を用いた
場合の実施例の要部を示す部分断面図であり、内導体30
を導電体壁とし、外導体31に密着して誘電体25を配し
て、この誘電体25と前記導電体壁としての内導体30との
間に放電空間26を形成したものである。
波管型のマイクロ波空胴を用い、そのリッジに形成され
た溝の開口部を誘電体で覆って放電空間を形成した場合
について説明したが、マイクロ波回路の一部を構成する
導電体壁と、この導電体壁に対向して設けられた誘電体
との間に放電空間を形成し、誘電体と放電空間、即ちプ
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
ードを形成するようなものであれば、他の形式のマイク
ロ波回路であってもよく、上記実施例と同様の効果を奏
する。第７図はマイクロ波回路として同軸線路を用いた
場合の実施例の要部を示す部分断面図であり、内導体30
を導電体壁とし、外導体31に密着して誘電体25を配し
て、この誘電体25と前記導電体壁としての内導体30との
間に放電空間26を形成したものである。
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壁と、この導電体壁に対向して
設けられた誘電体との間に形成される空間に、マイクロ
波放電によってプラズマを発生する炭酸ガスレーザ気体
を封入して、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
モードを形成するとともに、そのマイクロ波回路内に、
休止期間が炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも短いパ
ルスマイクロ波を励振すように構成したので、空間的に
も時間的にも一様なプラズマが長時間にわたって安定に
維持され、放電全体をレーザ励起に適当な状態にするこ
とが容易となり、レージ共振器モードとプラズマとのオ
ーバラップも良好となって、高効率、大出力のレーザ動
作が可能な炭酸ガスレーザ装置が得られる効果がある。
部を構成している導電体壁と、この導電体壁に対向して
設けられた誘電体との間に形成される空間に、マイクロ
波放電によってプラズマを発生する炭酸ガスレーザ気体
を封入して、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
モードを形成するとともに、そのマイクロ波回路内に、
休止期間が炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも短いパ
ルスマイクロ波を励振すように構成したので、空間的に
も時間的にも一様なプラズマが長時間にわたって安定に
維持され、放電全体をレーザ励起に適当な状態にするこ
とが容易となり、レージ共振器モードとプラズマとのオ
ーバラップも良好となって、高効率、大出力のレーザ動
作が可能な炭酸ガスレーザ装置が得られる効果がある。
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
を示す説明図、第２図はその外観図、第３図は励振電源
の構成を示すブロック図、第４図は放電状態を説明する
ための部分拡大断面図、第５図はマイクロ波発振器の出
力波形を示す説明図、第６図はレーザ発振特性を示す説
明図、第７図はこの発明の他の実施例の要部を示す部分
断面図、第８図は従来の炭酸ガスレーザ装置を示す縦断
正面図、第９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）、３はマイクロ
波発振器（マグネトロン）、４は励振電源、21はリッ
ジ、23は溝、24は導電体壁、25は誘電体、26は空間（放
電空間）、29はプラズマ、41は整流平滑回路、42はDC−
ACインバータ、43はトランス、44は半波倍電圧整流回
路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
を示す説明図、第２図はその外観図、第３図は励振電源
の構成を示すブロック図、第４図は放電状態を説明する
ための部分拡大断面図、第５図はマイクロ波発振器の出
力波形を示す説明図、第６図はレーザ発振特性を示す説
明図、第７図はこの発明の他の実施例の要部を示す部分
断面図、第８図は従来の炭酸ガスレーザ装置を示す縦断
正面図、第９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）、３はマイクロ
波発振器（マグネトロン）、４は励振電源、21はリッ
ジ、23は溝、24は導電体壁、25は誘電体、26は空間（放
電空間）、29はプラズマ、41は整流平滑回路、42はDC−
ACインバータ、43はトランス、44は半波倍電圧整流回
路。 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62−104084（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】マイクロ波回路中のマイクロ波放電により
炭酸ガス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炭酸ガスレーザ装置におい
て、前記マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁と、
この導電体壁に対向して設けられたマイクロ波の入射窓
となる誘電体との間に形成される空間に前記炭酸ガスレ
ーザ気体を封入し、前記マイクロ波回路によって前記誘
電体と前記炭酸ガス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
成するとともに、前記マイクロ波回路内に、休止期間が
前記炭酸ガスレーザ気体の熱時定数よりも短いパルスマ
イクロ波を励振することを特徴とする炭酸ガスレーザ装
置。 - 【請求項２】前記パルスマイクロ波が、直流をDC−ACイ
ンバータによって数100Hz以上の周波数の交流に変換
し、それをトランスによって昇圧した後、半波倍電圧整
流回路で脈流の高圧を発生する励振電源にて駆動される
マイクロ波発振器によって生成されることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の炭酸ガスレーザ装置。 - 【請求項３】前記パルスマイクロ波が、高圧の直流をス
イッチング素子で数100Hz以上の周波数で断続させて高
圧パルスを発生する励振電源によって駆動されるマイク
ロ波発振器にて生成されることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の炭酸ガスレーザ装置。 - 【請求項４】前記マイクロ波回路は溝を有するリッジを
備え、当該溝の底壁を前記導電体壁として、前記溝の開
口部を前記誘電体で覆って前記空間を形成したことを特
徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
１項に記載の炭酸ガスレーザ装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22520587A JP2566583B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | 炭酸ガスレーザ装置 |
| DE3855896T DE3855896T2 (de) | 1987-01-26 | 1988-01-23 | Plasmavorrichtung |
| EP88101007A EP0280044B1 (en) | 1987-01-26 | 1988-01-23 | Plasma apparatus |
| EP95108095A EP0674471B1 (en) | 1987-01-26 | 1988-01-23 | Laser Plasma apparatus |
| DE3856348T DE3856348T2 (de) | 1987-01-26 | 1988-01-23 | Laser Plasmavorrichtung |
| KR1019880000551A KR910002239B1 (ko) | 1987-01-26 | 1988-01-25 | 레이저 장치 |
| US07/147,726 US4890294A (en) | 1987-01-26 | 1988-01-25 | Plasma apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22520587A JP2566583B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | 炭酸ガスレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6468988A JPS6468988A (en) | 1989-03-15 |
| JP2566583B2 true JP2566583B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=16825624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22520587A Expired - Lifetime JP2566583B2 (ja) | 1987-01-26 | 1987-09-10 | 炭酸ガスレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2566583B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0380584A (ja) * | 1989-08-24 | 1991-04-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 炭酸ガスレーザの発振装置 |
| CN104848761A (zh) * | 2015-05-21 | 2015-08-19 | 苏州市吴中区胥口广博模具加工厂 | 汽车油门蹋板检测装置的手摇半环检测机构 |
-
1987
- 1987-09-10 JP JP22520587A patent/JP2566583B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6468988A (en) | 1989-03-15 |
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