JP2566586B2 - 気体レーザ装置 - Google Patents

気体レーザ装置

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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内径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、高効率、大出力のレーザ動作
を可能とする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
一部に形成された導電体壁と、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
ードを入射するとともに、誘電体と導電体壁が形成され
たマイクロ波回路の一部とをロウ付け等で融着して前記
空間をメタルシールしたものである。
〔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プラズマよりも導電率の高い
導電体壁があるため、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
体中には一様なプラズマが発生し、さらに、誘電体と導
電体壁の形成されたマイクロ波回路の一部とをロウ付け
等でメタルシールすることで放電空間中に封入したレー
ザ気体の漏れをなくして完全に封止し、安定したレーザ
発振を可能とする。
〔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、それぞれがマイクロ波回路の一部を構
成しているリッジ、23は一方のリッジ21に形成された導
電体壁であり、この実施例では前記リッジ21の上面に設
けられた溝の底壁が使用されている。24はこの導電体壁
23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、例えばアルミナ等による誘電体、25はこの誘電体
24が前記リッジ21上面の溝を覆うことによって、前記導
電体壁23と誘電体24との間に形成され、炭酸ガスレーザ
気体等のレーザ気体が封入される放電空間、26は前記誘
電体24の前記導電体壁23が形成されたリッジ21と接触す
る部分の全面に設けられたメタライズド加工部と、前記
リッジ21の前記接触部分とを融着して、前記放電空間25
をメタルシールするロウ材であり、27はリッジ21及びリ
ッジ22のそれぞれ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25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に冷却水を流して放
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リッジ
21に形成された導電体壁23と、この導電体壁23に対向し
て配置され、マイクロ波の入射窓となる誘電体24との間
に形成される放電空間25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
24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24と誘電体壁23とは
対向しているため、導電体壁23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23がマイクロ波入
射窓としての誘電体24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23を流れ、導
電体壁23近傍の電界は強制的にこの導電体壁23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る。
また、誘電体24の前記導電体壁23が形成されたリッジ
21の上面との接触部分はメタライズド加工されており、
この部分とリッジ21の前記接触部分とがロウ材26によっ
て融着され、放電空間25内に封入されたレーザ気体は漏
れなく完全に封止されているため、レーザ発振は安定し
たものとなり、さらに、マイクロ波回路の一部を構成す
るリッジ21及び22に設けられた冷却水路27に冷却水を流
して、放電空間25内のレーザ気体と直接接触している導
電体壁23及び誘電体24を冷却することによって、レーザ
気体は効率よく冷却され、レーザ気体の温度上昇による
レーザ出力の飽和が防止されて、より高効率で大出力の
気体レーザ装置を得ることが可能となる。
なお、上記実施例ではマイクロ波回路としてのリッジ
21と誘電体24との接触部分の全面をロウ材26で融着して
メタルシールしたものについて示したが、接触部分の一
部をロウ材で融着し、メタルシールするようにしてもよ
い。第3図〜第6図はそのような実施例を示す部分拡大
断面図で、第3図はリッジ21の誘電体24との接触部分に
溝を設け、この溝内をメタライズド加工してロウ材を充
填して融着し、放電空間25のメタルシールを行ってい
る。また、第4図はその溝を誘電体24側に設けたもので
あり、第5図はリッジ21の外側の角を面取りして、誘電
体24のメタライズド加工部との間にできた三角形の溝で
ロウ材26による融着を行ったもの、第6図は誘電体24の
角を面取りしてメタライズド加工を行い、ロウ材26によ
る融着を行ったものである。このようにすれば、ロウ材
26が放電空間25にはみ出す恐れがなく、放電を乱すよう
なことはない。
また、上記実施例ではリッジ21に溝を設けた場合につ
いて説明したが、第7図に示すように誘電体24に溝を設
け、リッジ21の上面を導電体壁23とし、誘電体24のリッ
ジ21と接触する部分をメタライズド加工して、その部分
とリッジ21の前記接触部分とをロウ材26で融着し、メタ
ルシールするようにしてもよく、この場合、ゴムパッキ
ンや接着材で封止した場合に比べて放出ガスや真空漏れ
が少なく、堅牢で信頼性の高い封止効果が得られ、レー
ザ気体の寿命が長く、プラズマが長時間にわたって安定
に維持され、高効率、大出力の気体レーザ装置が実現で
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
部に形成された導電体壁と、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レーザ気体を封入し、
前記マイクロ波回路の一部と誘電体との接触部分をロウ
材によって融着し、前記空間を完全にメタルシールする
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、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気体レーザ装置を示
す縦断正面図、第2図はその外観図、第3図〜第7図こ
の発明の他の実施例を示す部分拡大断面図、第8図は従
来の気体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)、21はマイクロ
波回路の一部(リッジ)、23は導電体壁、24は誘電体、
25は空間(放電空間)、26はロウ材。 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 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 (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 (56)参考文献 特開 昭62−104084(JP,A)

Claims (1)

    (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
    クロ波回路の一部に形成された導電体壁と、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するとともに、前記誘電体
    の前記導電体壁が形成された前記マイクロ波回路の一部
    に接触する部分の、一部あるいは全部にメタライズド加
    工を施して前記マイクロ波回路の一部との間をロウ付け
    等による融着によってメタルシールしたことを特徴とす
    る気体レーザ装置。
JP22521987A 1987-01-26 1987-09-10 気体レーザ装置 Expired - Lifetime JP2566586B2 (ja)

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