JP3485329B2 - レーザー光発生装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、円形断面の中空導波
路によって伝送するのに都合がよいレーザー光を発生す
るためのレーザー光発生装置に関する。 【0002】 【従来の技術】レーザー光の伝送媒体の1つとして中空
導波路がある。その中では円形断面のものが他の断面形
状を有するものに比して多用されている。これは、非円
形断面の中空導波路、例えば矩形断面の中空導波路が各
辺と直交する方向には比較的自由に曲げられるが、対角
線方向には曲げることが困難であるのに対し、円形断面
の中空導波路ではいずれの方向に対しても自由に曲げる
ことができ、しかも全方向における曲げ抵抗が一定で取
り扱い易いという利点があるからである。 【0003】ところで、円形断面の中空導波路を用いて
レーザー光を伝送する場合には、伝送効率の低下を防止
する観点から、偏光方向が円形であるレーザー光を用い
るべきことが知られている。そこで、偏光方向が円形で
あるレーザー光の発生装置が開発されている。 【0004】図4は、偏光方向が円形であるレーザー光
の発生装置の従来例を示すものである。この発生装置
は、両端に反射鏡1および収束レンズ2を有する発振管
3の前方に、円形断面の中空導波路4および反射鏡5を
配置したものであり、発振管3において発生した光が収
束レンズ2によって収光されて中空導波路4に入射し、
その後反射鏡1において反射して再び中空導波路4に入
射する。そして、収束レンズ2によって平行光線とな
り、反射鏡1によって反射して再び収束レンズ2に入射
する。これを繰り返すことによってレーザー光を発生す
る。そして、発生したレーザー光の一部を反射鏡5から
放出させるものである(Applied Physic
s Letters Vol.38(10) 1981
「Lowーorder TE0Q operation
of a CO2laser for transmi
ssion through circular me
tallic waveguides」参照)。 【0005】なお、反射鏡1の反射面1aは凹面になっ
ているが、これは反射鏡1における反射光が散乱するの
を防止するためのものであり、発振管3の内径が11m
m程度であるのに対し、反射鏡1の反射面の曲率半径が
5m程度であることから、実質的には平面であるとみな
すことができる。 【0006】上記構成のレーザー光発生装置において
は、レーザー光が反射鏡1,5間において反射を繰り返
すうちに、偏光方向が非円形であるレーザー光は中空導
波路4において吸収され、偏光方向が円形であるレーザ
ー光が残る。したがって、偏光方向が円形であるレーザ
ー光が得られる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザー光
発生装置においては、通常のレーザー光発生装置(偏光
方向がランダムであるレーザー光の発生装置)が発振管
3だけを必要とするのに対し、中空導波路4を必要と
し、しかも中空導波路4が発振管3から離れて配置され
ている。このため、装置全体が大型化するという問題が
あった。 【0008】また、図2において破線で示すように、上
記のレーザー光発生装置によって得られたレーザー光を
円形断面の中空導波路によって伝送した場合、中空導波
路が真っすぐであるときには高い伝送効率が得られる
が、中空導波路を曲げると、伝送効率が曲率の増大に伴
って急激に低下するという問題があった。ちなみに、曲
率半径が1mになると伝送効率は、ほぼ半分になってし
まう。これは、上記装置では偏光方向が非円形であるレ
ーザー光を十分には吸収することができず、偏光方向が
非円形であるレーザー光が得られたレーザー光中に多量
に存在するからである。 【0009】この発明は、上記問題を解決するためにな
されたもので、装置が大型化することなく、円形断面の
中空導波路に対して伝送効率の高いレーザー光が得られ
るレーザー光発生装置を提供することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、筒状をなす装置本体の両端部にそれ
ぞれレーザー光を反射する反射鏡が配置されたレーザー
光発生装置において、前記2つの反射鏡のうちの一方の
反射鏡を金属で形成し、当該一方の反射鏡の反射面を、
頂角が90°で、軸線を前記装置本体の軸線と一致させ
た円錐面とし、他方の反射鏡を両端面が前記装置本体の
軸線と直交する平面である部分透過型反射鏡としたこと
を特徴とするものである。 【0011】 【作用】2つの反射鏡の間で光が反射を繰り返すことに
よってレーザー光が発生する。この場合、2つの反射鏡
の一方の反射鏡の反射面が、90°の円錐面をなしてい
るので、レーザー光の偏光方向が円形になる。偏光方向
が円形であるレーザー光の一部は、他方の部分透過型反
射鏡を通って外部に放出される。これにより、偏光方向
が円形であるレーザー光が得られる。 【0012】 【実施例】以下、この発明の一実施例について図1を参
照して説明する。なお、図1はこの発明に係るレーザー
光発生装置10の概略構成を示す断面図である。この実
施例のレーザー光発生装置10は、CO2レーザーを発
生させるものであり、符号11はその装置本体たる発振
管11である。この発振管11は、両端が閉塞した筒状
をなすものであり、両端側の側部には、ガス入口11a
とガス出口11bとが形成されている。これら入口11
aおよび出口11bからC02ガスを流出入させること
により、発振管11の内部にCO2ガスを循環させるよ
うになっている。 【0013】発振管11の両端側には、電極12,12
がそれぞれ設けられている。周知のように、各電極12
において放電させるとともに、所定のエネルギーレベル
を有する光を入射させると、その入射光と位相が合った
光がCO2ガスから放出される。 【0014】また、発振管11の両端には、2つの反射
鏡13,14が設けられている。一方の反射鏡13は、
少なくとも反射面が例えばZnSeからなる部分透過型
反射鏡であり、両端面が軸線と直交する平面である円板
状に形成されている。そして、反射鏡13は、その軸線
を発振管11の軸線と一致させて配置されている。反射
鏡13の反射率は、50〜90%程度とされる。 【0015】他方の反射鏡14は、少なくとも反射面1
4aが銅、ステンレス鋼等の金属からなるものであり、
反射面14aは、頂角が90°の円錐面に形成されてい
る。そして、反射鏡14は、反射面14aをなす円錐の
軸線が反射鏡13の軸線と一致するように配置されてい
る。 【0016】ここで、反射面14aを90°の円錐面に
したのは次の3つの理由によるものである。第1の理由
は、反射面14aを頂角が90°の円錐面とした場合、
発振管11の軸線と平行な入射光が反射面14aに入射
すると、その入射光は、反射面14aにおいて2回反射
し、発振管11の軸線と平行な反射光として反射するか
らであり、この結果レーザー光は、反射鏡13,14間
で反射を繰り返しながら増幅される。 【0017】また、反射面14aは、その軸線と直交す
る断面が円形であるから、反射面14aにおいては、偏
光方向が非円形であるレーザー光が吸収され、偏光方向
が円形であるレーザー光だけが反射される。したがっ
て、偏光方向が円形であるレーザー光が得られる。これ
が第2の理由である。 【0018】さらに第3の理由であるが、これは、偏光
方向が非円形であるレーザー光の吸収効率を考慮したも
のである。すなわち、図3において破線で示すように、
レーザー光の偏光方向がランダムである場合、円形断面
の反射面におけるレーザー光の反射率(入射光の光量に
対する反射光の光量)は、入射角が大きくなるほど低下
する。これは、偏光方向が非円形であるレーザー光の反
射面における吸収量が、入射角の増大に伴って多くなる
ためである。したがって、偏光方向が円形であるレーザ
ー光の割合を高くするためには、レーザー光の反射面1
4aに対する入射角を大きくすればよい。そこで、反射
面14aの頂角を90°としたのである。勿論、頂角に
ついては90°より大きくすることも可能であるが、そ
のようにすると、第1の理由を満足させることができな
くなってしまう。 【0019】 なお、反射面14は、鏡面仕上げするの
が望ましい。 【0020】上記構成のレーザー光発生装置において、
ホロカソード型電極12の放電により所定のエネルギー
レベルを有する光を発生させると、CO2から光が放射
される。この光は、反射鏡13,14間で反射を繰り返
しながら増幅される。そして、増幅されたレーザー光の
一部が反射鏡13から放出される。 【0021】ここで、反射鏡14の反射面14aが円錐
面であるから、レーザー光が反射を繰り返すうちに偏光
方向が非円形であるレーザー光は反射面14aにおいて
吸収される。しかも、レーザー光の反射面14aに対す
る入射角が45°と大きいので、その吸収効率が高い。
したがって、反射鏡13から放出されるレーザー光の大
部分は、偏光方向が円形であるレーザー光になる。よっ
て、円形断面の中空導波路によって伝送する場合におい
ても高い伝送効率が得られる。特に、従来の装置によっ
て得られたレーザー光の場合には、偏光方向が非円形で
あるレーザー光の割合が高いため、中空導波路を小さな
曲率半径をもって曲げたときには伝送効率が非常に低下
したが、そのような低下を防止することができる。 【0022】図2は、上記構成のレーザー光発生装置に
よって得られたレーザー光と、中空導波路を用いた従来
のレーザー光発生装置によって得られたレーザー光との
伝送効率を示すものであり、同図において実線で示すよ
うに、この発明に係るレーザー光発生装置によって得ら
れたレーザー光は、中空導波路の曲率半径が小さくなっ
ても伝送効率の低下が非常に少ないものであった。 【0023】また、上記レーザー光発生装置は、発振管
11の一端部に円錐面からなる反射面14aを有する反
射鏡14を配置しただけの構成であるから、偏光方向が
ランダムであるレーザー光を発生させる従来の装置と同
様の長さであり、中空導波路を含むレーザー光発生装置
に比して少なくとも中空導波路の分だけ短くすることが
でき、これによって装置を小型化することができる。 【0024】 なお、この発明は、上記の実施例に限定
されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において
適宜変更可能である。例えば、上記の実施例は、この発
明をCO2レーザー光に適用したものであるが、この発
明は、他のレーザー光にも適用することができる。ま
た、この発明に係るレーザー光は、内周面が金属によっ
て形成されている中空導波路に好適であるのみならず、
金属からなる内周面にゲルマニウム(Ge)等の誘電体
を設けた中空導波路にも好適である。 【0025】 【発明の効果】以上説明したように、この発明のレーザ
ー光発生装置によれば、2つの反射鏡のうちの一方の反
射鏡を金属で形成し、当該一方の反射鏡の反射面を、頂
角が90°で、軸線を装置本体の軸線と一致させた円錐
面とし、他方の反射鏡を両端面が装置本体の軸線と直交
する平面である部分透過型反射鏡としたものであるか
ら、装置全体を小型化することができ、また円形断面の
中空導波路における伝送効率の低下、特に中空導波路を
小さな曲率半径をもって曲げたときの伝送効率の低下を
防止することができ、その結果中空導波路が吸収したレ
ーザー光によって温度が上昇するのを防止することがで
き、これによって中空導波路の耐久性を向上させること
ができ、さらに偏光方向が円形であるレーザー光が効率
良く得られる等の効果が得られる。
路によって伝送するのに都合がよいレーザー光を発生す
るためのレーザー光発生装置に関する。 【0002】 【従来の技術】レーザー光の伝送媒体の1つとして中空
導波路がある。その中では円形断面のものが他の断面形
状を有するものに比して多用されている。これは、非円
形断面の中空導波路、例えば矩形断面の中空導波路が各
辺と直交する方向には比較的自由に曲げられるが、対角
線方向には曲げることが困難であるのに対し、円形断面
の中空導波路ではいずれの方向に対しても自由に曲げる
ことができ、しかも全方向における曲げ抵抗が一定で取
り扱い易いという利点があるからである。 【0003】ところで、円形断面の中空導波路を用いて
レーザー光を伝送する場合には、伝送効率の低下を防止
する観点から、偏光方向が円形であるレーザー光を用い
るべきことが知られている。そこで、偏光方向が円形で
あるレーザー光の発生装置が開発されている。 【0004】図4は、偏光方向が円形であるレーザー光
の発生装置の従来例を示すものである。この発生装置
は、両端に反射鏡1および収束レンズ2を有する発振管
3の前方に、円形断面の中空導波路4および反射鏡5を
配置したものであり、発振管3において発生した光が収
束レンズ2によって収光されて中空導波路4に入射し、
その後反射鏡1において反射して再び中空導波路4に入
射する。そして、収束レンズ2によって平行光線とな
り、反射鏡1によって反射して再び収束レンズ2に入射
する。これを繰り返すことによってレーザー光を発生す
る。そして、発生したレーザー光の一部を反射鏡5から
放出させるものである(Applied Physic
s Letters Vol.38(10) 1981
「Lowーorder TE0Q operation
of a CO2laser for transmi
ssion through circular me
tallic waveguides」参照)。 【0005】なお、反射鏡1の反射面1aは凹面になっ
ているが、これは反射鏡1における反射光が散乱するの
を防止するためのものであり、発振管3の内径が11m
m程度であるのに対し、反射鏡1の反射面の曲率半径が
5m程度であることから、実質的には平面であるとみな
すことができる。 【0006】上記構成のレーザー光発生装置において
は、レーザー光が反射鏡1,5間において反射を繰り返
すうちに、偏光方向が非円形であるレーザー光は中空導
波路4において吸収され、偏光方向が円形であるレーザ
ー光が残る。したがって、偏光方向が円形であるレーザ
ー光が得られる。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザー光
発生装置においては、通常のレーザー光発生装置(偏光
方向がランダムであるレーザー光の発生装置)が発振管
3だけを必要とするのに対し、中空導波路4を必要と
し、しかも中空導波路4が発振管3から離れて配置され
ている。このため、装置全体が大型化するという問題が
あった。 【0008】また、図2において破線で示すように、上
記のレーザー光発生装置によって得られたレーザー光を
円形断面の中空導波路によって伝送した場合、中空導波
路が真っすぐであるときには高い伝送効率が得られる
が、中空導波路を曲げると、伝送効率が曲率の増大に伴
って急激に低下するという問題があった。ちなみに、曲
率半径が1mになると伝送効率は、ほぼ半分になってし
まう。これは、上記装置では偏光方向が非円形であるレ
ーザー光を十分には吸収することができず、偏光方向が
非円形であるレーザー光が得られたレーザー光中に多量
に存在するからである。 【0009】この発明は、上記問題を解決するためにな
されたもので、装置が大型化することなく、円形断面の
中空導波路に対して伝送効率の高いレーザー光が得られ
るレーザー光発生装置を提供することを目的とする。 【0010】 【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、筒状をなす装置本体の両端部にそれ
ぞれレーザー光を反射する反射鏡が配置されたレーザー
光発生装置において、前記2つの反射鏡のうちの一方の
反射鏡を金属で形成し、当該一方の反射鏡の反射面を、
頂角が90°で、軸線を前記装置本体の軸線と一致させ
た円錐面とし、他方の反射鏡を両端面が前記装置本体の
軸線と直交する平面である部分透過型反射鏡としたこと
を特徴とするものである。 【0011】 【作用】2つの反射鏡の間で光が反射を繰り返すことに
よってレーザー光が発生する。この場合、2つの反射鏡
の一方の反射鏡の反射面が、90°の円錐面をなしてい
るので、レーザー光の偏光方向が円形になる。偏光方向
が円形であるレーザー光の一部は、他方の部分透過型反
射鏡を通って外部に放出される。これにより、偏光方向
が円形であるレーザー光が得られる。 【0012】 【実施例】以下、この発明の一実施例について図1を参
照して説明する。なお、図1はこの発明に係るレーザー
光発生装置10の概略構成を示す断面図である。この実
施例のレーザー光発生装置10は、CO2レーザーを発
生させるものであり、符号11はその装置本体たる発振
管11である。この発振管11は、両端が閉塞した筒状
をなすものであり、両端側の側部には、ガス入口11a
とガス出口11bとが形成されている。これら入口11
aおよび出口11bからC02ガスを流出入させること
により、発振管11の内部にCO2ガスを循環させるよ
うになっている。 【0013】発振管11の両端側には、電極12,12
がそれぞれ設けられている。周知のように、各電極12
において放電させるとともに、所定のエネルギーレベル
を有する光を入射させると、その入射光と位相が合った
光がCO2ガスから放出される。 【0014】また、発振管11の両端には、2つの反射
鏡13,14が設けられている。一方の反射鏡13は、
少なくとも反射面が例えばZnSeからなる部分透過型
反射鏡であり、両端面が軸線と直交する平面である円板
状に形成されている。そして、反射鏡13は、その軸線
を発振管11の軸線と一致させて配置されている。反射
鏡13の反射率は、50〜90%程度とされる。 【0015】他方の反射鏡14は、少なくとも反射面1
4aが銅、ステンレス鋼等の金属からなるものであり、
反射面14aは、頂角が90°の円錐面に形成されてい
る。そして、反射鏡14は、反射面14aをなす円錐の
軸線が反射鏡13の軸線と一致するように配置されてい
る。 【0016】ここで、反射面14aを90°の円錐面に
したのは次の3つの理由によるものである。第1の理由
は、反射面14aを頂角が90°の円錐面とした場合、
発振管11の軸線と平行な入射光が反射面14aに入射
すると、その入射光は、反射面14aにおいて2回反射
し、発振管11の軸線と平行な反射光として反射するか
らであり、この結果レーザー光は、反射鏡13,14間
で反射を繰り返しながら増幅される。 【0017】また、反射面14aは、その軸線と直交す
る断面が円形であるから、反射面14aにおいては、偏
光方向が非円形であるレーザー光が吸収され、偏光方向
が円形であるレーザー光だけが反射される。したがっ
て、偏光方向が円形であるレーザー光が得られる。これ
が第2の理由である。 【0018】さらに第3の理由であるが、これは、偏光
方向が非円形であるレーザー光の吸収効率を考慮したも
のである。すなわち、図3において破線で示すように、
レーザー光の偏光方向がランダムである場合、円形断面
の反射面におけるレーザー光の反射率(入射光の光量に
対する反射光の光量)は、入射角が大きくなるほど低下
する。これは、偏光方向が非円形であるレーザー光の反
射面における吸収量が、入射角の増大に伴って多くなる
ためである。したがって、偏光方向が円形であるレーザ
ー光の割合を高くするためには、レーザー光の反射面1
4aに対する入射角を大きくすればよい。そこで、反射
面14aの頂角を90°としたのである。勿論、頂角に
ついては90°より大きくすることも可能であるが、そ
のようにすると、第1の理由を満足させることができな
くなってしまう。 【0019】 なお、反射面14は、鏡面仕上げするの
が望ましい。 【0020】上記構成のレーザー光発生装置において、
ホロカソード型電極12の放電により所定のエネルギー
レベルを有する光を発生させると、CO2から光が放射
される。この光は、反射鏡13,14間で反射を繰り返
しながら増幅される。そして、増幅されたレーザー光の
一部が反射鏡13から放出される。 【0021】ここで、反射鏡14の反射面14aが円錐
面であるから、レーザー光が反射を繰り返すうちに偏光
方向が非円形であるレーザー光は反射面14aにおいて
吸収される。しかも、レーザー光の反射面14aに対す
る入射角が45°と大きいので、その吸収効率が高い。
したがって、反射鏡13から放出されるレーザー光の大
部分は、偏光方向が円形であるレーザー光になる。よっ
て、円形断面の中空導波路によって伝送する場合におい
ても高い伝送効率が得られる。特に、従来の装置によっ
て得られたレーザー光の場合には、偏光方向が非円形で
あるレーザー光の割合が高いため、中空導波路を小さな
曲率半径をもって曲げたときには伝送効率が非常に低下
したが、そのような低下を防止することができる。 【0022】図2は、上記構成のレーザー光発生装置に
よって得られたレーザー光と、中空導波路を用いた従来
のレーザー光発生装置によって得られたレーザー光との
伝送効率を示すものであり、同図において実線で示すよ
うに、この発明に係るレーザー光発生装置によって得ら
れたレーザー光は、中空導波路の曲率半径が小さくなっ
ても伝送効率の低下が非常に少ないものであった。 【0023】また、上記レーザー光発生装置は、発振管
11の一端部に円錐面からなる反射面14aを有する反
射鏡14を配置しただけの構成であるから、偏光方向が
ランダムであるレーザー光を発生させる従来の装置と同
様の長さであり、中空導波路を含むレーザー光発生装置
に比して少なくとも中空導波路の分だけ短くすることが
でき、これによって装置を小型化することができる。 【0024】 なお、この発明は、上記の実施例に限定
されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において
適宜変更可能である。例えば、上記の実施例は、この発
明をCO2レーザー光に適用したものであるが、この発
明は、他のレーザー光にも適用することができる。ま
た、この発明に係るレーザー光は、内周面が金属によっ
て形成されている中空導波路に好適であるのみならず、
金属からなる内周面にゲルマニウム(Ge)等の誘電体
を設けた中空導波路にも好適である。 【0025】 【発明の効果】以上説明したように、この発明のレーザ
ー光発生装置によれば、2つの反射鏡のうちの一方の反
射鏡を金属で形成し、当該一方の反射鏡の反射面を、頂
角が90°で、軸線を装置本体の軸線と一致させた円錐
面とし、他方の反射鏡を両端面が装置本体の軸線と直交
する平面である部分透過型反射鏡としたものであるか
ら、装置全体を小型化することができ、また円形断面の
中空導波路における伝送効率の低下、特に中空導波路を
小さな曲率半径をもって曲げたときの伝送効率の低下を
防止することができ、その結果中空導波路が吸収したレ
ーザー光によって温度が上昇するのを防止することがで
き、これによって中空導波路の耐久性を向上させること
ができ、さらに偏光方向が円形であるレーザー光が効率
良く得られる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例の概略構成を示す断面図で
ある。 【図2】円形断面の中空導波路の曲率とレーザー光の伝
送効率との関係を示す図であり、この発明に係るレーザ
ー光の伝送効率が実線で、従来の装置によるレーザー光
の伝送効率が破線でそれぞれ示されている。 【図3】円形断面である反射面におけるレーザー光の入
射角と反射率との関係を示す図であり、この発明に係る
レーザー光の反射率が実線で、偏光方向がランダムであ
るレーザー光の反射率が破線でそれぞれ示されている。 【図4】偏光方向が円形であるレーザー光を発生させる
ための従来の装置の概略構成を示す断面図である。 【符号の説明】 10 レーザー光発生装置 11 発振管(装置本体) 13 反射鏡 14 反射鏡 14a 反射面
ある。 【図2】円形断面の中空導波路の曲率とレーザー光の伝
送効率との関係を示す図であり、この発明に係るレーザ
ー光の伝送効率が実線で、従来の装置によるレーザー光
の伝送効率が破線でそれぞれ示されている。 【図3】円形断面である反射面におけるレーザー光の入
射角と反射率との関係を示す図であり、この発明に係る
レーザー光の反射率が実線で、偏光方向がランダムであ
るレーザー光の反射率が破線でそれぞれ示されている。 【図4】偏光方向が円形であるレーザー光を発生させる
ための従来の装置の概略構成を示す断面図である。 【符号の説明】 10 レーザー光発生装置 11 発振管(装置本体) 13 反射鏡 14 反射鏡 14a 反射面
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 若木 守明
神奈川県伊勢原市池端452ー7
(56)参考文献 特開 昭62−132384(JP,A)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 筒状をなす装置本体の両端部にそれぞれ
レーザー光を反射する反射鏡が配置されたレーザー光発
生装置において、前記2つの反射鏡のうちの一方の反射
鏡を金属で形成し、当該一方の反射鏡の反射面を、頂角
が90°で、軸線を前記装置本体の軸線と一致させた円
錐面とし、他方の反射鏡を両端面が前記装置本体の軸線
と直交する平面である部分透過型反射鏡としたことを特
徴とするレーザー光発生装置。
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US08/010,309 US5463651A (en) | 1992-02-07 | 1993-01-28 | Laser beam generator |
DE4345289A DE4345289C2 (de) | 1992-02-07 | 1993-02-05 | Optische Anordnung mit einem Laseroszillator |
DE4303404A DE4303404C2 (de) | 1992-02-07 | 1993-02-05 | Laseroszillator |
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US4704583A (en) * | 1974-08-16 | 1987-11-03 | Gordon Gould | Light amplifiers employing collisions to produce a population inversion |
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1993
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- 1993-02-05 DE DE4303404A patent/DE4303404C2/de not_active Expired - Fee Related
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---|---|
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