JPH01119080A - レーザー空胴の光路を延長する方法及びレーザー共振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザー共振器に関し、特にレーザー放射の
光路が多重折返共振器により長くされるガスレーザー装
置に関する。

〔従来の技術〕

市販のガスレーザーでは単位長さ当たりの電力出力能力
が制限される。代表的には、ＣＯ□レーザーの上限は約
０．６ワフト／ｃＩ１１である。従って、ＣＯ２レーザ
ーを高出力電力（約３０ワツト）を必要とする用途に使
用すると、共振器の長さは５０印のオーダーになる。こ
の結果、装置の構造は機械的に複雑となり、頑丈でなく
耐久性もなく、また運搬も制約される。セラミック内腔
材料の導波管レーザーでは、機械公差が厳しいためかな
りの製造上の困難性があり、歩留りが悪く、生産費も高
い。

ジェノウスキーの米国特許第４，４２９，３９８号及び
第４，４３８，５１４号においては、光路を折返すため
複数の鏡を使用することにより長さの問題を解決し、幅
における多少の増加の負担で全体の共振器の長さをある
程度減少できた。上述の米国特許第４，４２９．３９８
号においては、共通のブロック内の一対の折返鏡によっ
て２個の平行導波管が光学的に結合される。この構成の
結果として、最終的に回折損失が生じ、これは減少はで
きるが自由空間における伝播距離を最小にしても除くこ
とはできない。

また上述の米国特許第４，４３８，５１４号においては
、２個の平行導波管の一端を反対側の端へ接続する第３
の対角線の導波管を使用した改善が示されている。これ
ら導波管は直列に接続されるので、レーザー空胴には、
直列の平行導波管、Ｚ形折返導波管、又はリング配列が
含まれる。

デマリアの米国特許第３，３６１，９８７号においては
、全内部反射を用いた連続的折返光路をもつ固体又は液
体増幅媒体を採用した共振器における多重折返レーザー
路の実際のゲイン長を増大している。

中込の英国特許出願第２，０３３，６４８Ａ号において
は、半導体光増幅器における長い光路を得るために同様
な構成を採用している。デマリア及び中込における全内
部反射の使用では、レーザー媒体及び整合媒体の屈折率
を選択して正しい角度又は反射が得られるようにする必
要がある。反射媒体はレーザー媒体を取囲み、又は固体
媒体の端面上に配置してもよい。デマリアでは、液体酸
素中に浸漬したルビーレーザー素子の使用を示唆してい
る。屈折率の整合が要求されるためにレーザーの製造及
び作動における困難性を著しく増大している。屈折率が
、１００万当たり２〜３部分数だけ１とは異なるガスレ
ーザーにおいては、全内部反射は光路折返技術としては
使用できない。

共振器長の縮小は、共振器の断面がレーザー媒体の一定
体積を維持するように比例して大きくすることにより達
成できる。しかし、レーザー空洞の断面が上限の大きさ
を超えて増加できない場合、例えば、ＨｅＮｅレーザー
の毛管内腔又は導波管ＣＯ□レーザーにおける小さい通
路では、長を減少させる標準的な技術は、レーザー共振
器をより小さなセグメントに分割し、これらのセグメン
トを鏡又はプリズムで直列に連結することであった。

レーザー共振器の大きさを著しく縮小することによりレ
ーザー使用装置の実用は多大の利益を受ける。特に、全
体のレーザー空胴の長さが制約要因と考えられる。空胴
全長の縮小により、運搬性と頑丈さを必要とする実際上
總ての用途は拡大される。

〔発明の目的及び概要〕

本発明は、共振器を多重に折返すことにより共振器全体
の大きさを著しく縮小し、小型で頑丈なガスレーザー共
振器を作ることを目的とする。

本発明の他の目的は、多重に折返されたレーザー媒体に
おける全内部反射の必要性を除くことである。更に、他
の目的は、多重に折返されたレーザー路の整列の問題を
最小にすることである。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的は、レーザー共振器の延長された領域におい
て多重に折返されたレーザー路を発生させることにより
達成され、これによりレーザー路のそれぞれのセグメン
トは相互に共振器の周囲に沿って置かれる一組の前面反
射素子により接続される。このレーザー共振器はガスレ
ーザー共振器又は増幅器としても使用でき、またパルス
波モード又は連続波モードでも使用できる。

更に、この共振器は、小部分の積み重ねからなり、これ
により折返路をもつ複数の微小部分であるミニム（タイ
ルユニット）を組立てて、より大きな領域を作る。複数
の鏡は、これらのミニムを取囲み、そして本質的に矩形
形状に配列されるのが好ましい。これにより、折返素子
の数を対応して増加させることなく、ますます長いレー
ザー路が得られるが、これには折返素子の長さを長くす
ればよい。出来上がった領域は、均一に間隔を置き、そ
して交差した光路の格子をもつ平面を完全に覆っている
。

これらの原理は、セラミックのブロック及び交差する導
波管の多重に折返された光路をもつ導波管ガスレーザー
装置に組込むのが好ましい。レーザー共振器の複数の反
対鏡は、セラミックブロックに一体に取付けてもよ（、
これによりレーザー共振器の耐久性を増し、その大きさ
を減少させる。

閉ループの光路の使用により配列の問題はさらに最小に
なるが、この場合、出力結合器及び光路の反対端の反対
鏡は、単一の光学片の相隣接する領域上に置かれる。

多重折返レーザー共振器及び光路を長くする方法につい
ての本発明の新規な特徴及びその他の目的・効果は、例
示として本発明の詳細な説明を参照した以下の説明から
明らかである。

〔実施例］ 第５Ａ図は、等辺三角形の縮小表面領域（ミニム）２１
の単純な表面素子を示す。ミニム２１は、３個の鏡２３
を通る光路１９をもち、光路１９と鏡２３の接合点に結
節点１７がある。もし、両結節点１７間の間隔を「ａ」
とすれば、全路長は「３ａ」であり、ミニム２１の周囲
は「６ａ」である。

第６図は、等辺三角形の積重ねられたミニム２７のモジ
ュールを示し、全反射器３１内及び部分反射器３３が同
一結節点に置かれ、閉ループ光路を形成する。このよう
にミニムを積重ねることにより、光路１９は、第５図の
単一のミニム構成に較べて長くなり、積重ミニム２７の
周囲に等しい。

積重三角形における全路長は積重ミニム２７の周囲に制
限される。−平面内の折返光路を発生させるため三角形
ミニムを使用することは可能であるが、２次元領域内で
ますます長くなる光路を得る唯一の仕方は、モジュール
の全体の大きさを増すことである。

第５Ｂ図は、矩形の単一のミニム２５を示す。

ミニム２５は４個の鏡２３を通る光路１９をもち、結節
点１７は光路１９と鏡２３の接合点にある。

第７Ａ図では、モジュール２６は、各２列の３行に６個
の正方形ミニム２９を積重ねて得られる。

内部反射１８は光路１９がそれ自身と交差している。多
重折返光路の交差している格子は、４つの動作パラメー
タにより独特に定義され、「ｉ」ではモジュールの１つ
の辺に沿った結節点の数（第７Ａ図ではＸ軸に沿って３
個示されている）、「ｊ」はモジュールの直交する辺に
沿った結節点の数（第７Ａ図ではＹ軸に沿って２個示さ
れる）、「ａ」はｒｉ、辺に沿った結節点間の間隔で、
ｒｂＪはｒｉ」辺に沿った結節点間隔である。結果とし
て得られるモジュールは「ｉ」と「ｊ」を特定すること
により分類され、またその大きさは格子パラメータ「ａ
」及び「ｂ」を選択することにより測られる。従って、
第７Ａ図の構成はＭ（３，２）として指定され、ここで
指数ｉ＝３゜指数ｊ＝２である。

第７Ａ図に示されるような積重ねられた閉ループ構成に
おいては、全反射器３１及び部分反射器３２は同一結節
点に置かれる。最も効果的な積重ねは、閉ループの「擬
似正方形」構成であり、ここで１つの隅は除去されて第
７Ｂ図に示すように光路１９の入口及び出口を作る。「
擬似正方形」は機能的な見地から好ましく、即ち、モジ
ュールは＋１または−１だけ異なる指数、例えばＭ（３
゜４）またはＭ（５，４）をもっている。光路が多重に
折返されて１疑似正方形になると、与えられた光路長は
最小数の結節点をもっている。レーザー共振器として使
用されるときは、モジュール２６はどのような゛多角形
でもよいが、矩形の折返パターンは、与えられた面積内
に光路を最も接近して詰め込むことができる。折返鏡に
対する最良の「擬似正方形」構成は４５゛反射（正方向
ミニムでａ＝ｂ）であることが見出されている。

単一の光基板３５は、全反射器３１と部分反射器３３の
両方を組込むために「分割被覆」とし、そして第７Ｂ図
に示されるように導波管格子と正しい整列と同調のため
単一のジンバル取付で放置してもよい。基板３５は光路
１９の入射セグメントに垂直に置かれる。単一の光基板
３５を用いると、１回だけの取付が必要であり、安価な
光学系が得られる。部分反射器３３と全反射器３工は独
立して整列させる必要がないため、整列はより容易であ
る。平面−平面構造の導波管レーザーが示唆されるが、
これは平らな共振器素子が好ましいからである。

部分反射器３３と全反射器３１が異なった結節点に置か
れる開ループ構成で、第４図のＭ（１，５゜２．５）で
指定されるもの、及び第９図のＭ（２，５゜２）で指定
されるものが示されている。部分反射器３３が１つの隅
に置かれると、全反射器３１は反対側の隅（第８図参照
）に置かれ、光軸は入口及び出口通路間に保たれ、通路
の間隔によって決まるオフセットがある。これは単一通
過の増幅器として好ましい構成であるが、それは出力ビ
ームが入力ビームと平行になるからである。波長の制御
のためプリズム又は回折格子、空胴側１１ｔｌのための
圧電素子、又は空胴内電気又は音響素子、又は有限の曲
率半径の全又は部分反射器のような特別の光学素子を共
振器内で用いるため導入する必要があるときは、これら
の素子を独立して取付けできる開ループ構成が好ましい
。

使用可能な一組の開ループ構成は、指数ｉとｊに対する
整数（これらは最小公分母を共有しない）の選択により
決まるモジュールを作るようにミニムを積重ねることに
より得られる。従って、例えば、Ｍ（４，５）は使用可
能であるがＭ（４，６）は使用不能であり、その理由は
整数４と６は両方とも２で割れるからである。

同様なパターンは、開ループ構成に対して、ｉ。

ｊの何れか又は両方を整数の半分、例えばＭ（１゜５．
２）又はＭ　（１，５，２，５）とすることにより得ら
れる。

モジュールパラメータａ、ｂ、ｉ及びｊは、２次元格子
における次のレーザーパラメータを定義するのに用いる
ことができる。

レーザーパラメータ　皿−豆　　　　人レーザー次元　
　　　Ｘ、Ｙ　　　ｉａ、ｊｂ全路長　　　　　　　　
Ｌ　　　　２ｉｊ（ａ２＋ｂ”　） 開ループ 結節点反射の数　　　　Ｒ２（ｉ＋ｊ−１）内部交差の
数　　　　　Ｃ（２ｉ−１）　Ｘ　（２ｊ−１）／２閉
ループ 結節点反射の数　　　　Ｒ２（ｉ　＋Ｄ内部交差の数　
　　　　Ｃｉ　（ｊ−１）＋ｊ　（ｉ−１）閉ループ構
成においては、切除した隅に対してこれらの式中には与
えられていない。

これらのパラメータに対して数値を選択し、これらの式
を解くことにより、共振器の設計ができる。例えば、結
節点の総数を最小にするため路長Ｌ　＝　５０　ｃｍに
選ぶことができる。これは低い固有ゲインをもつ装置に
応用するのに重要であり、それは完全な鏡の反射率より
小さいことにより各結節点が損失を導入するからである
。閉ループ「擬似正方形」は、ｉ＝２．及びｊ＝３とし
て選定される。もし正方形のミニム（ａ＝ｂ）が使用さ
れると、結節点間隔に対して、ａは２．９５　ｃｍとし
て計算され、Ａ＝５２ｃ＋Ｊで、Ｘ＝５．８９ｃｍ、　
Ｙ＝８゜８４、ｃｍである。

逆に、高い固有ゲインをもつレーザーに対して、与えら
れた表面積において路光を最大にしたいときは、結節点
の数に関係なく、異なった方法が用いられる。選択され
たパラメータは、Ａ＝５２ｃＩ１１（前の例に同じ）、
　　ｉ＝４．　　ｊ＝５　（再び、閉ループ「擬似正方
形」形状である）、で再び正方形のミニム（ａ＝ｂ）が
使用される。従って、結節点間隔に対してａは１．６１
　ｃｍと計算され、Ｘ＝６゜４５ｃｍ、　Ｙ＝８．０６
ｃｍで、路長しの９１ｃｍが得られる。

第１０図は、本発明の原理がどのようにして３次元構成
に応用されるかを示す。４個の鏡３７をもつ単純化され
た開ループ形成が示されている。

全反射器３１と出力結合器３３は、レーザー空胴内で次
々と生じる各反射で光路を上昇させるように光路１９及
び折返鏡３７と相対的に配列される。

第１図及び第２図は、導波管ガスレーザー装置内のレー
ザー共振器４７の好ましい実施例を示し、これには多角
形セラミックブロック４９、ブロック４９に形成された
交差する導波管５７、及び単一の光基板６２上の全反対
鏡６３と「分割被覆コされた出力結合器６１が含まれる
。

ガス状のレーザーゲイン媒体は導波管の中に含まれる。

この多重折返導波管ガスレーザー構造においては、レー
ザー作用のできるどのようなガス媒体もゲイン媒体とし
ての使用に適している。ガスレーザーとして用いられる
代表的なガスは、二酸化炭素、アルゴン及びヘリウム・
ネオンである。

キセノン、二酸化炭素、窒素、及びヘリウムを典型的な
割合５−１０−２０−６５％で含む混合ガスを用いた導
波管ＣＯ，レーザーが好ましい。

矩形の光路パターンが使用されるときは、セラミックブ
ロック４９の外側表面５５は平行である。

反対鏡５９はブロック４９の垂直の外表面５５に隣接し
、かつ平行に取付けられる。第２の折返鏡上への入射角
は第１の折返鏡上への入射角の余角とし、規則正しく均
一な間隔の光路を作ることが好ましい。正方形のミニム
の積重ねにより得られるモジュールの場合には、導波管
５７は反対鏡５９に対して４５°及び１３５°に置かれ
、反対鏡への各入射光は９０°で反射される。

１個以上のレーザー共振器４７を直列に接続し、しかし
唯１個の出力結合器６１と１個の鏡６３を使用し、ある
いは１個のレーザー共振器４７を１個又はそれ以上の増
幅器段に直列に接続することにより高い電力出力を発生
することができる。このような増幅器段は、標準的な増
幅器でよく、又は本発明の多重折返しの設計を利用して
もよい。

本発明の設計を増幅に使用するには、出力結合器６１及
び鏡６３の代わりに反射防止被覆の窓で置換する必要が
ある。

セラミックブロック４９は、酸化アルミニウム又は酸化
ベリリウムのような固体セラミックからなる。ブロック
４９は、第２の水平表面５３に本質的に平行な第１の水
平表面５１と、４つの垂直外表面５５をもっている。ブ
ロック４９には、−連の交差する導波管５７を含んでい
る。導波管５７はブロックの第１の水平表面５１に切り
込んでもよく、またはブロック内に穴をあけてもよい（
図示なし）。第１図及び第２図に示された平らな導波管
溝５７の代わりに、ブロック４９の中に穴をあけた円形
断面の導波管を用いてもよい。円形断面をもつ導波管は
、整列が容易で、またより安定したレーザー放射モード
構造が得られる。しかし、円形溝は、外表面５５に対し
て鋭角に穴あけされるので、加工はより困難である。

長い光路長（従って、大きな電力）をもつレーザーは、
より大きなブロックを加工するばかりでなく、より小さ
なブロックを積重ねることによっても得られる。導波管
が交差する点において、−無視できる空胴内回折損失が
生じる。導波管の断面は、好ましくは２．５　ｎｍのオ
ーダーであり、また両交差点間の距離は少なくとも導波
管断面の２．５倍である。

反対鏡５９及び基板６２は外表面５５に隣接している。

反対鏡５９及び基板６２は、第８図に示すようにブロッ
ク４９に一体に取付けてもよい。

代わりに、反対鏡はブロックから小さな距離で、ガス流
（第３図参照）のために小さな間隙（０，２〜５ｎ）を
残して永久的に取付けてもよい。これら部材の間に均一
な距離を確保するためスペーサをブロック４９と基板６
２の間に挿入してもよい。

一般に、反対鏡５９は垂直外表面５５に本質的に平行で
ある。しかし、回折格子又はプリズムのような他の反射
の手段を用いてもよい。一般に、回折格子又はプリズム
は垂直外表面に平行でなく、これによりレーザー共振器
４７の大きさは増大する。しかし、回折格子又はプリズ
ムの使用によりレーザー出力放射の同調ができる。

多重折返空胴では、反対鏡５９の上に多数の入射が行わ
れるので、各入射でいくらかの反射損失を生じ、高品質
光学系の使用には重大である。反射損失は、品質を高め
た銀又は金（９９，８％反射率）のような高品質表面に
より最小にすることができる。ダイヤモンドで削った銅
（９９％反射率）のようなより低い反射率の表面は、反
対鏡上への入射の数が増加するに従って、余り適しなく
なる。

出力結合器６１は共振器４７における光放射のある部分
を逃がしく典型的には５〜２５％）、そして光放射の残
りをゲイン媒体における発振条件を満足させるために反
射する。

折返鏡の目的は、相隣接する導波管通路を最小の損失で
光学的に接続することである。従来の標準的な反射器は
１０．６ミクロン（Ｃｏｇ）波長で、品質を高め保護さ
れた銀又は金の被覆をもつシリコン基板を含み、Ｓ−偏
光（鏡の前面に平行）に対して９９．８％の測定反射率
（４５°の入射角）をもち、Ｐ−偏光（鏡の前面に垂直
）に対して９９．５％の測定反射率をもっている。他の
どのような偏光を決める素子も含まれないときは、この
差は、１０個以上の結節点の導波管モジュールをもつ一
定の偏光におけるレーザー動作を指定している。−足部
光のレーザーは、−Ｃに不規則な又は偏光平面が変化す
るレーザーより好ましい。代表的な折返鏡は長さ１０ｃ
ｍ、高さ６龍で厚さ６ｆｌである。

多重反射はレーザー共振器の整列の困難性を増加してい
る。一連の平面内の各結節点に置かれた個々の鏡を用い
てもよいが（図示なし）、この多数の鏡は整列の問題を
生じさせている。この整列の問題は、最小限の数の反対
鏡５９を使用することにより、隣接して永久的に置かれ
又はブロックに一体に取付けた鏡５９と基板６２をもつ
ことにより、最小になる。従って、導波管５７とこれら
の光学系の間の距離が最小となる。この共振器の設計は
いくつかの大きな効果がある。第１は、導波管通路の外
部の光路は無視でき、回折損失を減らしている。第２は
、ゲインのない光路の長さを最小にしている。第３は、
永久的に不変に取付けた反対鏡５９．及び基板６２は共
振器の安定性。

頑丈さ、及び運搬性を高めている。

出力結合器６１は、ガリウム又はセレニド亜鉛（ＺｎＳ
ｅ）の基板でよい。導波管ＣＯ□レーザーでは、空胴内
電力密度は２ＫＷ／ａｎ！を超えるかも知れずＺｎ５ｅ
が好ましい。それは、ガリウムは熱により無制御状態と
なるからである。基板のセラミック導波管から離れた表
面上は反射防止被覆がなされ、またセラミック導波管に
面する表面上は適当な反射率のための被覆がなされる。

反射率の値は、共振器の長さ、共振器の損失、及び充填
圧力に依存するが、代表的には７５％〜９５％の範囲内
にある。典型的には出力結合器６１と鏡６３はほぼ同じ
大きさで、直径は約６〜９鶴で厚さは３１１である。鏡
６３．出力結合器６１．及び折返鏡５９はレーザーオブ
ティソクスインコーポレーテソドから市販されたものが
入手できる。

第３図及び第４図は、密封レーザーヘッド７３の破断側
面図及び斜視図である。反対鏡５９及びセラミックブロ
ック４９を含むレーザー共振器４７は第１の電極７５と
第２の電極７７の間に位置する。第９図に示す重態は外
部電極で、プロソク４９の第１の水平表面５１及び第２
の水平表面５３のそれぞれ上方及び下方に位置する。こ
の代わりに、電極は混成とし、一方の電極はレーザー共
振器の内側にあり、そして他方の電極はレーザー共振器
の外側に位置させてもよい。外部電極構成が好ましいが
、それは外部電極構成では活性の放電領域から金属電極
を除外することになり、これによりレーザーの寿命が改
善されるからである。

電極間の放電は、ゲイン媒体を励起させ、母集団の反転
を生じるからである。電極への給電には、他の放電電源
を使用してもよいが、無線周波発生器から電力を受ける
ことが好ましい。レーザー共振器４７及び第１の電極７
５は、第２の電極７７゜側壁８１．及びフランジ８３に
より画定される密封された容積７９内の包含される。密
封された容積７９内のガス混合気は、反対鏡５９とセラ
ミックブロック４９（第９図に示す）の間の空隙を通っ
て導波管５７へ流入し、これかう流出することができる
。ガス混合気は、またより大きな密封された容積を使用
することなく、レーザー共振器４７内に完全に封入でき
る。

絶縁されたＲＦ給電線９０が第１の電極７５に接続され
る。密封された容積７９は、フランジ８３、ガスケット
８５．及びシーリングキャンプ８７により閉鎖される。

シーリングキャップ８７はシーリングポルト８９でフラ
ンジ８３へ締付けることができ、シーリングボルト８９
により交換又は調整のためにレーザー共振器４７へ接近
することができる。

壁８１．電極７５及び７７、フランジ８３．及びシーリ
ングキャップ８７はステンレス鋼で作られるのが好まし
い。ガスケット８５は銅のような可鍛材料が作られる。

第４図には円筒状のレーザーへフド７３が示され、この
壁８１にはステンレス鋼の管材が用いられる。第２の電
極７７は、容積７９を一端で密封し、そしてフランジ８
３．ガスケット８５．及びシーリングキャップ８７は、
この円筒の反対端で容積７９を閉じる。

平らなセラミック板４５は、全セラミック導波管通路を
作るためにブロック４９゛と第１の電極７５０間に挿入
してもよい。これにより、金属電極を活性放電領域から
除去し、このため電極の寿命が改善される。セラミック
板は、またＲＦ放電に対して適当な容量性安定器として
動作する。

光出力ボート９１及びガス充填ポート９３は壁８１に取
付けられる。先出カポ−）９１と出力結合器６３（第１
図）は電力損失を最小にするために整列される。代わり
に、ブロック４９を密封されたレーザーヘッド７３内に
取付け、出力結合器６３が光出力ポート９１内に位置す
るようにしてもよい。ガス充填ボート９３は、ピンチオ
フ型でよく、又はガス状レーザーゲイン媒体の頻繁な交
換が必要なときはストップコック型でもよい。

電極のＲＦ放電によりセラミックブロック４９に転移さ
れた電力はブロックの加熱を生じる。この熱はレーザー
の不安定と出力低下を引起こす。

ＢｅＯのような高い熱転移能力をもつセラミック材を使
用するとブロック４９からの熱転移の消散が高められる
。

第３図において、ブロック４９は、冷却板として働く第
２の電極７７と接触して置かれる。代表的なレーザー効
率の１０％において、レーザー作用をするガス混合気に
加えられるＲＦ電力の大部分は熱に変換される。良好な
レーザー動作のためには、この熱は適当な冷却装置によ
りセラミックブロック４９をガス混合気から除去する必
要がある。ブロック４９から第２の電極７７へ転移され
た熱は液体冷却装置により消散される。この冷却装置は
冷却液人口９５及び冷却液出口９７に接続された配管９
９を含み、冷却液が第２の電極７７の中の空胴を通って
流れることができる。また、ブロック４９は、その中に
形成した空胴へ液体を直接循環させて冷却してもよい。

セラミックブロック４９は、頂部のＲＦ電極７５と底部
のＲＦ設置板７７との間のスペーサの役目と、熱いレー
ザープラズマと底部の冷却板の境界面の冷却の役目との
２つの役目を果たしている。

ベリリアは粉末状では有毒であるが高い熱伝導率をもつ
ので好ましいセラミックである。ベリリアは容易に入手
でき、また容易に導波管格子に造り上げることができる
。

９８．５％のベリリヤセラミックブロックを用い、交差
する導波管をもち、Ｍ（３，５，４）の開ループ構造に
加工したレーザー共振器の原型を製作した。この構造は
、１３個の結節点Ｒ，２１個の交差点Ｃをもち、ａ及び
ｂは各々１９．０５ｍ（正方形のミニム）で路長りは７
４．９　Ｃｍである。折返鏡の３個は、長さ４４．４５
鰭、高さ６．３５ｍｍ、厚さ６、３５　＋ｎである。第
４番目の鏡は、長さ６９．８５鰭で同じ高さと厚みをも
っている。４個の全部の鏡は、ブロックの周囲の回りに
ブロックの垂直外表面から０．２５４　ａｍの間隔で正
確に置かれる。鏡の反射率の測定では、Ｓ偏光に対して
反射光たり９９．７％である。ベリリア板を頂°部カバ
ーに用いられる。セラミックブロックと折返鏡組立体は
、接地電極及び冷却板として働くアルミニウム板上に置
かれ、また曲がりくねった冷却水通路をもっている。レ
ーザー空胴には、Ｇｏ！　、窒素、及び５％のキセノン
を加えたヘリウム混合気（１：１：３，８）を充填する
。充填圧カフ０トル、出力結合器の反射率８０％、ＲＦ
電力入力３００ワットで、２２ワツトの連続波出力電力
が得られた。

３個及び４個の反対鏡を持つ構成のみを述べたが、２次
元又は３次元構成を含み、より複雑な多角形構造に本発
明の原理が適用できることは明らかである。同様に、上
述の開示は、導波管レーザーに関するものが大部分であ
るが、本発明の原理は、自由空間モードレーザーのよう
な導波管なしのガスレーザー装置に適用できる。

従って、本発明によれば、前述の目的を総て完全に達成
する多重折返ガスレーザー共振器が提供される。また、
ここに用いた総ての擁護は説明のためのもので限定する
ものではない。本発明は特定の実施例について述べたが
、多くの代替、改修及び変更は、上述の開示から当業者
に容易であることは明らかである。従って、このような
総ての代替、改修及び変更は本発明の範囲内にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は矩形の、２次元のレーザー共振器の分解した斜
視図、第２図は第１図の線８−８に沿った破断側面図、
第３図は密封レーザーヘッドの破断側面図、第４図は第
３図の密封レーザーヘッドの斜視図、第５Ａ図は等辺三
角形の形状の閉ループミニムを示す図、第５Ｂ図は矩形
の形状の閉ループミニムを示す図、第６図は等辺三角形
の積重ね、閉ループ構成を示す図、第７Ａ図は積重ね。 矩形の、閉ループ構成を示す図、第７Ｂ図は積重ね、閉
ループ構成の他の実施例を示す図、第８図は積重ね、矩
形の、開ループ構成を示す図、第９図は積重ね、矩形の
開ループ構成を示す図、第１０図は３次元の矩形の開ル
ープ構成を示す図である。 ４７・・・・・・レーザー共振器、４９・・・・・・セ
ラミックブロック、５１・・・・・・ブロックの水平平
面、５５・・・・・・ブロックの垂直平面、５７・・・
・・・導波管、５９・・・・・・反対鏡、６１・・・・
・・出力結合器、６２・・・・・・光基板、６３・・・
・・・全反対鏡。 第１因 第２図 第６図 第８図 ９Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）空胴内に一連の平面に沿って置かれた複数の鏡で
   あって、第１の鏡、第２の鏡、及び少なくとも２つの残
   りの鏡を含み、上記一連の平面は本質的に多角形の領域
   を形成し、上記鏡の各々は光放射の前面反射をするよう
   に被覆された複数の鏡を準備し、 上記鏡を空胴内に配列し、 電力がレーザー空胴内に供給されるときレーザー放射を
   発生させ、 レーザー放射を多角形領域内の折返光路に沿って上記一
   連の平面の各々の上の少なくとも１つの鏡へ指向し、レ
   ーザー放射と第１の鏡の間に第１の角度が形成され、第
   １の鏡から第２の鏡へ反射されるレーザー放射と第２の
   鏡の間に第２の角度が形成され、上記折返光路は上記一
   連の平面の形成により画定される、レーザー空胴内の光
   路を長くする方法。 （２）特許請求の範囲第１項の方法であって、上記多角
   形領域内に多角形のブロックを準備する段階をさらに含
   み、上記ブロック内には交差する導波管通路の格子が形
   成され、上記複数の鏡と上記格子は協力して上記折返光
   路を作るレーザー空胴内の光路を長くする方法。 （３）特許請求の範囲第１項の方法であって、上記電力
   はレーザー空胴内へ電極により供給されるレーザー空胴
   内の光路を長くする方法。 （４）特許請求の範囲第１項の方法であって、上記電力
   はレーザー空胴内へ無線周波電源により供給されるレー
   ザー空胴内の光路を長くする方法。（５）特許請求の範
   囲第１項の方法であって、上記レーザー空胴はレーザー
   発信器内に置かれるレーザー空胴内の光路を長くする方
   法。 （６）特許請求の範囲第１項の方法であって、上記レー
   ザー空胴はレーザー増幅器内に置かれるレーザー空胴内
   の光路を長くする方法。 （７）特許請求の範囲第１項の方法であって、上記反対
   鏡は本質的に矩形形状に配列されるレーザー空胴内に光
   路を長くする方法。 （８）特許請求の範囲第７項の方法であって、上記第１
   の角度は上記第２の角度の余角であるレーザー空胴内の
   光路を長くする方法。 （９）レーザー空胴内にあってレーザー作用を支援でき
   るガス媒体と、 レーザー空胴へ電力を供給する装置と、 レーザー空胴から熱を除去する装置と、 少なくとも３つの外表面をもち、内部に形成された交差
   する導波管通路の格子をもつ上記空胴内の多角形ブロッ
   クと、 複数の鏡からなり、各鏡は１つの外表面に沿って置かれ
   、これら鏡と上記格子は協力して折返光路をレーザー空
   胴内に作る反射装置とを包含するレーザー空胴内のレー
   ザー放射の光路を長くするレーザー共振器。 （１０）特許請求の範囲第９項のレーザー共振器であっ
   て、上記ブロックを覆い、上記ブロックと組合わされて
   レーザー空胴内の折返光路を取囲む平面板を更に含むレ
   ーザー共振器。 （１１）特許請求の範囲第９項のレーザー共振器であっ
   て、上記鏡は前面反射の光放射をするように被覆されて
   いるレーザー共振器。 （１２）特許請求の範囲第９項のレーザー共振器であっ
   て、上記電極に電力を供給する装置は無線周波電源を含
   むレーザー共振器。 （１３）特許請求の範囲第９項のレーザー共振器であっ
   て、上記反射装置に隣接して置かれた全反射器、及び上
   記反射器に隣接して置かれ、そこを通ってレーザー放射
   がレーザー空調から逃げる出力結合器をさらに含むレー
   ザー共振器。 （１４）特許請求の範囲第１３項のレーザー共振器であ
   って、上記出力結合器及び上記全反射器は単一の光基板
   の相隣接した領域上に形成されるレーザー共振器。 （１５）特許請求の範囲第９項のレーザー共振器であっ
   て、２個の反射止め被覆窓をもち、各窓は反射装置に隣
   接して置かれるレーザー共振器。 （１６）レーザー空胴内にあって、レーザー作用を支援
   できるガス媒体と、 レーザー空胴へ電力を供給する装置と、 レーザー空胴から熱を除去する装置と、 上記空胴内に置かれる複数の鏡であって、第１の鏡、第
   ２の鏡、及び少なくとも２個の残りの鏡をもち、これら
   鏡は本質的に矩形の領域を形成し、各鏡はレーザー放射
   の前面反射のために被覆された複数の鏡と、 上記レーザー空胴内のレーザー放射を上記鏡の各々に指
   向する装置であって、レーザー放射と第１の鏡との間に
   第１の角度が形成され、上記第１の鏡から反射されるレ
   ーザー放射と第２の鏡との間に第２の角度が形成され、
   上記矩形の領域とで折返光路が形成された指向する装置
   とを包含するレーザー空胴内のレーザー放射の光路を長
   くするレーザー共振器。 （１７）特許請求の範囲第１６項のレーザー共振器であ
   って、上記矩形の領域内に置かれた矩形のブロックを含
   み、上記ブロックは交差する導波管通路の格子をもち、
   上記格子は上記鏡と協力して折返光路を作るレーザー共
   振器。 （１８）特許請求の範囲第１６項のレーザー共振器であ
   って、上記第１の角度は上記第２の角度に対して余角で
   あるレーザー共振器。 （１９）特許請求の範囲第１６項のレーザー共振器であ
   って、上記折返光路は閉ループを形成するレーザー共振
   器。 （２０）特許請求の範囲第１６項のレーザー共振器であ
   って、上記複数の鏡に隣接して置かれる全反射器、及び
   上記複数の鏡に隣接して置かれ、レーザー空胴からのレ
   ーザー放射がそこを通って逃げる出力結合器をさらに含
   むレーザー共振器。 （２１）特許請求の範囲第２０項のレーザー共振器であ
   って、上記全反射器及び出力結合器は単一の光基板上の
   相隣接する領域上に形成されるレーザー共振器。 （２２）特許請求の範囲第１６項のレーザー共振器であ
   って、２つの反射防止被覆された窓をもち、各窓は複数
   の鏡に隣接して置かれるレーザー共振器。（２３）特許
   請求の範囲第１６項のレーザー共振器であって、上記折
   返光路は開ループに形成されているレーザー共振器。 （２４）レーザー空胴内にあってレーザー作用を支援で
   きるガス媒体と、 レーザー空胴へ電力を供給する装置と、 レーザー空胴から熱を除去する装置と、 上記空胴内に置かれる複数の鏡であって、各鏡はレーザ
   ー放射の前面反射のため被覆された複数の鏡と、 上記レーザー空胴内のレーザー放射を上記鏡の各々に指
   向する装置であって、３次元の折返光路が形成され、こ
   の光路の高さは、上記鏡の各々からの次々の反射により
   徐々に変化する指向する装置とを包含し、レーザー空胴
   内のレーザー放射の光路を長くするレーザー共振器。