JPH0125236B2 - - Google Patents
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- JPH0125236B2 JPH0125236B2 JP58040824A JP4082483A JPH0125236B2 JP H0125236 B2 JPH0125236 B2 JP H0125236B2 JP 58040824 A JP58040824 A JP 58040824A JP 4082483 A JP4082483 A JP 4082483A JP H0125236 B2 JPH0125236 B2 JP H0125236B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08018—Mode suppression
- H01S3/0804—Transverse or lateral modes
- H01S3/0805—Transverse or lateral modes by apertures, e.g. pin-holes or knife-edges
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
- H01S3/073—Gas lasers comprising separate discharge sections in one cavity, e.g. hybrid lasers
- H01S3/076—Folded-path lasers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高出力基本モードレーザに関する。
歴史上最初のガスレーザ、すなわちヘリウム−
ネオンレーザは比較的長いガラス管を用い、活性
媒質を構成する負圧の混合ガスを入れ、混合ガス
を励起する放電を閉じ込めた。この構成は初期の
炭酸ガス（CO2）レーザにも用いられた。1964年
にパテル（C.K.N.Patel）によつてつくられた最
初のCO2レーザにおいては放電は主管の横の別の
ガラス管中で行なわれた。この放電は主管内で
CO2と混合された窒素を励起した。間もなく主管
内の均質混合ガス中の放電を用いるもつと簡単な
構成が最良の性能を与えることが認識された。ガ
ラス管を用いる装置の利点は、 １ 光軸、ガス流軸、および電流軸を同軸にする
ことにより、装置が簡単かつ経済的になるこ
と。ガスと放電とはしたがつて同じ空間内に閉
じ込められるが、これは最大の効率のために常
に望ましいことである。
ネオンレーザは比較的長いガラス管を用い、活性
媒質を構成する負圧の混合ガスを入れ、混合ガス
を励起する放電を閉じ込めた。この構成は初期の
炭酸ガス（CO2）レーザにも用いられた。1964年
にパテル（C.K.N.Patel）によつてつくられた最
初のCO2レーザにおいては放電は主管の横の別の
ガラス管中で行なわれた。この放電は主管内で
CO2と混合された窒素を励起した。間もなく主管
内の均質混合ガス中の放電を用いるもつと簡単な
構成が最良の性能を与えることが認識された。ガ
ラス管を用いる装置の利点は、 １ 光軸、ガス流軸、および電流軸を同軸にする
ことにより、装置が簡単かつ経済的になるこ
と。ガスと放電とはしたがつて同じ空間内に閉
じ込められるが、これは最大の効率のために常
に望ましいことである。
２ 広範囲の寸法のガラス管が容易に得られるこ
と、および典型的に同軸の液体冷却ジヤケツト
および種々の連結口を含む一体構造を容易につ
くることができること。
と、および典型的に同軸の液体冷却ジヤケツト
および種々の連結口を含む一体構造を容易につ
くることができること。
３ 円形出力ビームを発生する好ましい条件を与
える構造に設計できる。この構造によりすべて
の流体、熱、および電流が光軸に関して基本的
に対称である。
える構造に設計できる。この構造によりすべて
の流体、熱、および電流が光軸に関して基本的
に対称である。
他の設計では光軸、ガス流軸、および励起軸が
すべて同軸とは限らない。典型的には１つ、２
つ、またはすべての軸が互いに直角で、ガラス管
は必ずしも装置の重要な部分ではない。これらの
設計によつて活性領域からのもつと迅速な対流に
よる伝熱が行なわれ、そのためより短い活性長さ
によつてより高い出力が発生するが、製作にもつ
と費用がかかり、典型的な場合円形状に対称では
ない出力モードを示し、質が劣る。そのため、従
来の同軸ガラス管設計は重要で、特に1000ワツト
未満の連続出力のCO2レーザには重要である。
すべて同軸とは限らない。典型的には１つ、２
つ、またはすべての軸が互いに直角で、ガラス管
は必ずしも装置の重要な部分ではない。これらの
設計によつて活性領域からのもつと迅速な対流に
よる伝熱が行なわれ、そのためより短い活性長さ
によつてより高い出力が発生するが、製作にもつ
と費用がかかり、典型的な場合円形状に対称では
ない出力モードを示し、質が劣る。そのため、従
来の同軸ガラス管設計は重要で、特に1000ワツト
未満の連続出力のCO2レーザには重要である。
好ましい対称条件のすべてとレーザ技術者の最
大の努力にもかかわらず、200ワツト以上の出力
レベルのCO2レーザの基本モードすなわち出力ビ
ームにおけるガウス（TEMoo）出力分布は達成
されていない。設計は一般に次のようにして行な
われる。
大の努力にもかかわらず、200ワツト以上の出力
レベルのCO2レーザの基本モードすなわち出力ビ
ームにおけるガウス（TEMoo）出力分布は達成
されていない。設計は一般に次のようにして行な
われる。
１ 所望の出力を与える活性長さを選ぶ。必要な
活性長さを計算するのに75ワツト／メートルが
好ましい数値である。
活性長さを計算するのに75ワツト／メートルが
好ましい数値である。
２ 両端の反射鏡の曲率半径は光学的キヤビテイ
が安定なように、すなわちキヤビテイの軸の近
くでそれにほとんど平行に進む光線が反射鏡で
任意の多数回反射した後もキヤビテイ内にある
ように選ぶ。また、鏡の曲率を鏡のところにお
けるモードサイズができるかぎり等しくなるよ
うに選ぶ。
が安定なように、すなわちキヤビテイの軸の近
くでそれにほとんど平行に進む光線が反射鏡で
任意の多数回反射した後もキヤビテイ内にある
ように選ぶ。また、鏡の曲率を鏡のところにお
けるモードサイズができるかぎり等しくなるよ
うに選ぶ。
３ 既知のキヤビテイの長さ（活性長さ＋反射鏡
間に必要な任意の余分の空間）および反射鏡の
曲率半径で、コンピユータで発生されたデータ
を参照し、できるかぎり小さい損失で振動する
TEMooモードを行なうキヤビテイの限定開口
を選ぶが、それでもTEMolおよびそれより高
次のモードで振動しないだけ十分損失が大き
い。このような根拠の１つはアメリカ電気電子
技術者協会会報（Proc.IEEE）中のフオーゲル
ニツク及びリー（H.Vogelnik and Ti Li）の
論文（54巻、1312−1329ページ、1966年10月）
である。この直径の選択はよくても正確に科学
的とは言えず、経験的に最も成功するものが選
ばれる。
間に必要な任意の余分の空間）および反射鏡の
曲率半径で、コンピユータで発生されたデータ
を参照し、できるかぎり小さい損失で振動する
TEMooモードを行なうキヤビテイの限定開口
を選ぶが、それでもTEMolおよびそれより高
次のモードで振動しないだけ十分損失が大き
い。このような根拠の１つはアメリカ電気電子
技術者協会会報（Proc.IEEE）中のフオーゲル
ニツク及びリー（H.Vogelnik and Ti Li）の
論文（54巻、1312−1329ページ、1966年10月）
である。この直径の選択はよくても正確に科学
的とは言えず、経験的に最も成功するものが選
ばれる。
出力20ワツト未満のレーザに対してはこの方法
はかなり良好である。100ワツト未満のレーザに
対してはそれほど効果がなく、100ワツト以上の
レーザに対しては全く役に立たない。上記のよう
に設計されたレーザは期待される全出力を出す
が、TEMooモードにおいてではない。より小さ
い直径の空間を用いてもレーザは同じ好ましくな
いモードを発生する。いくつかのこのような反復
によつて期待されたものより小さい出力と完全と
言うには程遠いモードとを発生するレーザが最終
的に得られる。このレーザの理論的光学的損失か
ら、基礎的なTEMooモードでさえレーザ発振せ
ず、まして出力から明らかないかなる高次のモー
ドもレーザ発振しないことがわかる。
はかなり良好である。100ワツト未満のレーザに
対してはそれほど効果がなく、100ワツト以上の
レーザに対しては全く役に立たない。上記のよう
に設計されたレーザは期待される全出力を出す
が、TEMooモードにおいてではない。より小さ
い直径の空間を用いてもレーザは同じ好ましくな
いモードを発生する。いくつかのこのような反復
によつて期待されたものより小さい出力と完全と
言うには程遠いモードとを発生するレーザが最終
的に得られる。このレーザの理論的光学的損失か
ら、基礎的なTEMooモードでさえレーザ発振せ
ず、まして出力から明らかないかなる高次のモー
ドもレーザ発振しないことがわかる。
プラズマ管はきわめて小さい損失でビームを閉
じ込め案内しなければならず、たとえば導波管と
して働いてビームを反射鏡間で往復させなければ
ならない。光は金属か誘電体材料でできた導波管
内を伝播することができることは周知である。導
波管モードに対する損失は十分低くてガラス（パ
イレツクス）管内のCO2レーザに10.6ミクロンに
おけるレーザ発振させることは今まで明白になつ
ていなかつた。
じ込め案内しなければならず、たとえば導波管と
して働いてビームを反射鏡間で往復させなければ
ならない。光は金属か誘電体材料でできた導波管
内を伝播することができることは周知である。導
波管モードに対する損失は十分低くてガラス（パ
イレツクス）管内のCO2レーザに10.6ミクロンに
おけるレーザ発振させることは今まで明白になつ
ていなかつた。
プラズマ管の内面はCO2レーザビームに対して
反射性であるが、これはモードの質に有害である
ことが認識された。サスネツト等（Sasnett et.
al.）の「10.6ミクロンレーザ振動数制御技術」と
いう論文（Sylvania Electronics Systems
Western Division，Technical Report AFAL−
TR−68−210、1968年９月）を参照されたい。
管の直径に周期的な変化を与えると反射が分散
し、散乱されることがわかつた。このことは格子
やプリズムのような分散性キヤビテイ内波長選択
素子を用いるレーザにおいて特に重要である。こ
れらの素子は望ましくない波長をキヤビテイの外
に偏向させるためのもので、発振は所望の波長に
おいてだけで起こり、管壁は望ましくないエネル
ギを発振するように反射しないことが重要であ
る。このような波長選択法は約100ワツト未満の
レーザにおいてだけ重要である。
反射性であるが、これはモードの質に有害である
ことが認識された。サスネツト等（Sasnett et.
al.）の「10.6ミクロンレーザ振動数制御技術」と
いう論文（Sylvania Electronics Systems
Western Division，Technical Report AFAL−
TR−68−210、1968年９月）を参照されたい。
管の直径に周期的な変化を与えると反射が分散
し、散乱されることがわかつた。このことは格子
やプリズムのような分散性キヤビテイ内波長選択
素子を用いるレーザにおいて特に重要である。こ
れらの素子は望ましくない波長をキヤビテイの外
に偏向させるためのもので、発振は所望の波長に
おいてだけで起こり、管壁は望ましくないエネル
ギを発振するように反射しないことが重要であ
る。このような波長選択法は約100ワツト未満の
レーザにおいてだけ重要である。
高出力CO2レーザをつくる際に、管の直径を計
算する上記の技法を用い、管内にリングを挿入し
て、管壁から反射されるべき光を分散・散乱させ
たが、結果は満足できるものではなかつた。
算する上記の技法を用い、管内にリングを挿入し
て、管壁から反射されるべき光を分散・散乱させ
たが、結果は満足できるものではなかつた。
したがつて本発明の目的は、改良された基本モ
ードで働く高出力ガスレーザを得ることである。
ードで働く高出力ガスレーザを得ることである。
本発明の他の目的は、高出力であるとともに満
足すべきTEMooモードで働く改良炭酸ガスレー
ザを得ることである。
足すべきTEMooモードで働く改良炭酸ガスレー
ザを得ることである。
ガスレーザ物質が封入された放電閉じ込め中空
管と、中空管と整合した１対の光学共振器反射鏡
と、ガスレーザ物質を励起する装置とを備えてお
り、放電閉じ込め中空管がその内部に望ましくな
い反射光を分散させる周期的なリング状突起を有
し、リング状突起の内径がモード直径が中空管に
沿つて変るにつれて所望のモードに従つて変るガ
スレーザが得られる。管とそれに連係した環状突
起とは、管に沿つて基本モードの大きさに適合す
るように選ばれた直径を持つ。このことはたとえ
ば管に異なる直径の部分を持たせてその部分のモ
ードの大きさに適合させることによつて達成され
る。
管と、中空管と整合した１対の光学共振器反射鏡
と、ガスレーザ物質を励起する装置とを備えてお
り、放電閉じ込め中空管がその内部に望ましくな
い反射光を分散させる周期的なリング状突起を有
し、リング状突起の内径がモード直径が中空管に
沿つて変るにつれて所望のモードに従つて変るガ
スレーザが得られる。管とそれに連係した環状突
起とは、管に沿つて基本モードの大きさに適合す
るように選ばれた直径を持つ。このことはたとえ
ば管に異なる直径の部分を持たせてその部分のモ
ードの大きさに適合させることによつて達成され
る。
他の実施例においては、環状突起の内径を個々
に選んでTEMooモードの直径に適合させること
ができる。標準の光学共振器を持つCO2レーザの
モード直径に適合させるために、環状突起の内径
は一般にテーパ状になるように形成される。
に選んでTEMooモードの直径に適合させること
ができる。標準の光学共振器を持つCO2レーザの
モード直径に適合させるために、環状突起の内径
は一般にテーパ状になるように形成される。
次に図を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は折り重ね型炭酸ガス（CO2）レーザ１
０の概略図である。折り重ね型レーザは所望の出
力に応じて任意数の部分を持つことができるが、
図示の折り重ね型レーザ１０は４つの区分、つま
り部分１２，１４，１６，１８を持つ。部分１
２，１４はコーナミラー組立体２０で連結されて
いる。同様に、コーナミラー組立体２２は部分１
４，１６を接続し、コーナミラー組立体２４が部
分１６，１８を接続している。各ミラー組立体２
０，２２，２４はそれぞれの接続部分を気密にシ
ールしている。さらに、１対の反射鏡２６，２８
（第２図）が各ミラー組立体内に設けてあつて、
各部分を通る内部反射レーザビームを「曲げる」
すなわち反射させる。
０の概略図である。折り重ね型レーザは所望の出
力に応じて任意数の部分を持つことができるが、
図示の折り重ね型レーザ１０は４つの区分、つま
り部分１２，１４，１６，１８を持つ。部分１
２，１４はコーナミラー組立体２０で連結されて
いる。同様に、コーナミラー組立体２２は部分１
４，１６を接続し、コーナミラー組立体２４が部
分１６，１８を接続している。各ミラー組立体２
０，２２，２４はそれぞれの接続部分を気密にシ
ールしている。さらに、１対の反射鏡２６，２８
（第２図）が各ミラー組立体内に設けてあつて、
各部分を通る内部反射レーザビームを「曲げる」
すなわち反射させる。
折り曲げられた管部分の両端は、部分１８の端
部に設けられた高反射率ミラー組立体３０と、部
分１２の端部に設けられた出力カツプラミラー組
立体３２とを含む光学共振器装置によりキヤツプ
されている。出力カツプラミラー組立体３２はレ
ーザビームを通す。
部に設けられた高反射率ミラー組立体３０と、部
分１２の端部に設けられた出力カツプラミラー組
立体３２とを含む光学共振器装置によりキヤツプ
されている。出力カツプラミラー組立体３２はレ
ーザビームを通す。
管１２，１４，１６，１８内に同軸にあるプラ
ズマ管にはレーザ物質が封入されている。周知の
ようにCO2レーザの場合には、レーザ物質（レー
ザ媒質）は混合ガスすなわち炭酸ガス、窒素、お
よびヘリウムの混合物でできている。ガス状媒質
は管部分の一端の一連の陰極３６と、他端の第２
の一連の陰極３８と、中央付近の一連の陽極４０
とによつてレーザ発振に必要な高エネルギ状態に
励起される。電源（図示せず）によつて陽極と陰
極との間に適当な電圧をかける。
ズマ管にはレーザ物質が封入されている。周知の
ようにCO2レーザの場合には、レーザ物質（レー
ザ媒質）は混合ガスすなわち炭酸ガス、窒素、お
よびヘリウムの混合物でできている。ガス状媒質
は管部分の一端の一連の陰極３６と、他端の第２
の一連の陰極３８と、中央付近の一連の陽極４０
とによつてレーザ発振に必要な高エネルギ状態に
励起される。電源（図示せず）によつて陽極と陰
極との間に適当な電圧をかける。
本発明によつて、高出力TEMooモードCO2レ
ーザは、一つの実施例では複数の区分である管部
分を含む中空管すなわちプラズマ管を具備する。
これらの管部分は、そうでなければ大きな入射角
のとき反射されて管内に閉じ込められる光を分
散・散乱させるように、周期的に直径が減少する
部分を有する。プラズマ管を構成する個々の部分
の直径はその部分の基本モードの大きさにだいた
い適合するように選ぶ。このことをより詳細に第
２−４図に示す。
ーザは、一つの実施例では複数の区分である管部
分を含む中空管すなわちプラズマ管を具備する。
これらの管部分は、そうでなければ大きな入射角
のとき反射されて管内に閉じ込められる光を分
散・散乱させるように、周期的に直径が減少する
部分を有する。プラズマ管を構成する個々の部分
の直径はその部分の基本モードの大きさにだいた
い適合するように選ぶ。このことをより詳細に第
２−４図に示す。
第２，３図は第１図の折り重ね型レーザ１０を
構成するプラズマ管の４つの折り重ねられた部分
を概略的に示す。レーザ１０を構成する各部分１
２，１４，１６，１８は同軸のプラズマ管すなわ
ち中空管４２，４４，４６，４８を含む。各管に
は第４図に示すよに間隔をおいてリング状突起５
０が形成されているがある。これらのリング状突
起はそうでなければ大きな入射角のとき反射され
てプラズマ管内に閉じ込められる光を分散・散乱
させる。
構成するプラズマ管の４つの折り重ねられた部分
を概略的に示す。レーザ１０を構成する各部分１
２，１４，１６，１８は同軸のプラズマ管すなわ
ち中空管４２，４４，４６，４８を含む。各管に
は第４図に示すよに間隔をおいてリング状突起５
０が形成されているがある。これらのリング状突
起はそうでなければ大きな入射角のとき反射され
てプラズマ管内に閉じ込められる光を分散・散乱
させる。
これらのプラズマ管の外面と各部分１２，１
４，１６，１８の外壁との間の空間はプラズマ管
内で発生した熱を除去する冷却材の通路となる。
部分１４，１６およびそれぞれのプラズマ管４
４，４６の直径は部分１２，１８およびそれぞれ
のプラズマ管４２，４８の直径よりかなり小さく
選ぶ。その理由は、折り重ね型レーザ１０内で反
射されるTEMooモードの光ビームの直径はレー
ザ１０の内部での方が光学共振鏡に最も近い端部
におけるよりも小さいからである。
４，１６，１８の外壁との間の空間はプラズマ管
内で発生した熱を除去する冷却材の通路となる。
部分１４，１６およびそれぞれのプラズマ管４
４，４６の直径は部分１２，１８およびそれぞれ
のプラズマ管４２，４８の直径よりかなり小さく
選ぶ。その理由は、折り重ね型レーザ１０内で反
射されるTEMooモードの光ビームの直径はレー
ザ１０の内部での方が光学共振鏡に最も近い端部
におけるよりも小さいからである。
レーザ１０の内部に直径の小さい放電閉じ込め
管を用いる理由は以下のとおりである。高出力レ
ーザに対してはプラズマ管は典型的には数メート
ルかの長さで、TEMooモードはキヤビテイの中
心部ではプラズマ放電の起こる領域を満たすほど
大きくない。たとえば、実際の例では、モード直
径はレーザの中心では約8.4mmで、プラズマ管部
分の両端では15.6mmである。プラズマ管の内径
を、このレーザの全長にわたつて管の両端におけ
るモード直径によつて決められる30mmとすること
は、レーザの中心においてはビームの主要部は励
起体積の10％にも満たないことを意味する。これ
によつて出力と効率とが期待されたものより小さ
くなる。このことは、現在のレーザに存在する導
波効果によつて、多重反射と高次元のモードとに
より全活性領域がプラズマ管の全長にわたつて満
たされるので、問題ではない。
管を用いる理由は以下のとおりである。高出力レ
ーザに対してはプラズマ管は典型的には数メート
ルかの長さで、TEMooモードはキヤビテイの中
心部ではプラズマ放電の起こる領域を満たすほど
大きくない。たとえば、実際の例では、モード直
径はレーザの中心では約8.4mmで、プラズマ管部
分の両端では15.6mmである。プラズマ管の内径
を、このレーザの全長にわたつて管の両端におけ
るモード直径によつて決められる30mmとすること
は、レーザの中心においてはビームの主要部は励
起体積の10％にも満たないことを意味する。これ
によつて出力と効率とが期待されたものより小さ
くなる。このことは、現在のレーザに存在する導
波効果によつて、多重反射と高次元のモードとに
より全活性領域がプラズマ管の全長にわたつて満
たされるので、問題ではない。
第２−４図の実施例においては、各プラズマ管
４２，４４，４６，４８の外径５２と各突起の内
径５４との差は同じである。すなわち各リング状
突起５０の高さは各プラズマ管において一定であ
る。プラズマ管がモード直径と一致するのは、内
側のプラズマ管４４，４６が外側のプラズマ管４
２，４８より直径が小さいことによる。たとえ
ば、実例ではプラズマ管４２，４８の内径は30mm
で、管４４，４６のそれは22mmである。
４２，４４，４６，４８の外径５２と各突起の内
径５４との差は同じである。すなわち各リング状
突起５０の高さは各プラズマ管において一定であ
る。プラズマ管がモード直径と一致するのは、内
側のプラズマ管４４，４６が外側のプラズマ管４
２，４８より直径が小さいことによる。たとえ
ば、実例ではプラズマ管４２，４８の内径は30mm
で、管４４，４６のそれは22mmである。
リング状突起５０を設けることにより高出力
TEMooモードCO2レーザの設計は大いに異なる
ものとなり、誤差や、なめらかな管では重要では
ないプラズマ内の光学的効果を無視することの許
容範囲ははるかに小さくなる。設計の第１歩は、
キヤビテイ内の最も厳しく限定される点における
TEMooモードの大きさを決定することである。
最も簡単な場合には、光学的キヤビテイは単一プ
ラズマ管の両端における凹形反射鏡で構成されて
いる。したがつてモードの大きさは共振器反射鏡
のところで最も大きく、管の両端のそばにつくら
れた開口によつて最も厳しく制限される。管の大
きさは、基本モードをひずませ、出力を大巾に低
下させることなくこれらの開口が可能な最小の直
径のものである。この直径は以下の手順により決
定される。
TEMooモードCO2レーザの設計は大いに異なる
ものとなり、誤差や、なめらかな管では重要では
ないプラズマ内の光学的効果を無視することの許
容範囲ははるかに小さくなる。設計の第１歩は、
キヤビテイ内の最も厳しく限定される点における
TEMooモードの大きさを決定することである。
最も簡単な場合には、光学的キヤビテイは単一プ
ラズマ管の両端における凹形反射鏡で構成されて
いる。したがつてモードの大きさは共振器反射鏡
のところで最も大きく、管の両端のそばにつくら
れた開口によつて最も厳しく制限される。管の大
きさは、基本モードをひずませ、出力を大巾に低
下させることなくこれらの開口が可能な最小の直
径のものである。この直径は以下の手順により決
定される。
１ 負レンズ（発散レンズ）の効果の大きさを計
算する。この効果は管の直径の２乗に依存する
ので、最終的な直径を合理的に詳価することか
ら出発しなければならない。また混合ガス、ガ
ス圧、およびプラズマ中で失なわれる電力を見
積らなければならない。
算する。この効果は管の直径の２乗に依存する
ので、最終的な直径を合理的に詳価することか
ら出発しなければならない。また混合ガス、ガ
ス圧、およびプラズマ中で失なわれる電力を見
積らなければならない。
２ 管の両端におけるレーザモードの直径（１／
e2強度点間の）および負レンズの効果を計算す
る。端部の反射鏡の異なる曲率半径に対してこ
の計算を反復して管の両端における最小のモー
ドの大きさを与える反射鏡の半径を決定する。
e2強度点間の）および負レンズの効果を計算す
る。端部の反射鏡の異なる曲率半径に対してこ
の計算を反復して管の両端における最小のモー
ドの大きさを与える反射鏡の半径を決定する。
３ プラズマ管に必要な直径を決める。管を上記
のようにして計算したモードの直径より1.9〜
2.0倍大きくすると最良の結果が得られること
がわかつた。この直径を用いてステツプ１およ
び２を繰り返す。これらのステツプを２，３回
繰り返すと、このプロセスは収束し、プラズマ
管の最終的な直径が得られる。
のようにして計算したモードの直径より1.9〜
2.0倍大きくすると最良の結果が得られること
がわかつた。この直径を用いてステツプ１およ
び２を繰り返す。これらのステツプを２，３回
繰り返すと、このプロセスは収束し、プラズマ
管の最終的な直径が得られる。
４ 複数部分のある管に対して各部分の直径をそ
の部分におけるモードの大きさに適合するよう
に選ぶ。
の部分におけるモードの大きさに適合するよう
に選ぶ。
第５，６図はプラズマ管５１内の内側に延出す
るリング状突起の詳細を示す。第５図において
は、プラズマ管５１のガラス壁を絞つてリング状
突起をつくる。第６図においてはプラズマ管５１
の内面に円形バンドまたはリング５３を設けてこ
の効果を与える。このリング５３はたとえばガラ
スのバンド、ワイヤのコイル、または金属シート
のバンドでつくることができる。
るリング状突起の詳細を示す。第５図において
は、プラズマ管５１のガラス壁を絞つてリング状
突起をつくる。第６図においてはプラズマ管５１
の内面に円形バンドまたはリング５３を設けてこ
の効果を与える。このリング５３はたとえばガラ
スのバンド、ワイヤのコイル、または金属シート
のバンドでつくることができる。
第７図は出力カツプラミラー５８と高反射率ミ
ラー６０とを持つ単一部分炭酸ガスレーザを示
す。図からわかるようにレーザビーム３４は反射
鏡５８，６０間で反射するとだいたいテーパ状に
なる。本発明の他の特徴によつてプラズマ管６２
の場合のリング状突起の内径は、レーザが管内で
変るときレーザのモードの直径と一致するように
選ばれる。したがつて突起６４によつて形成され
る内径は突起６６の内径より小さい。突起６８の
内径は突起６６のそれより大きい。第７図からわ
かるように突起の内径は基本モードの直径と一致
してだいたいテーパ状となるよう形成されてい
る。
ラー６０とを持つ単一部分炭酸ガスレーザを示
す。図からわかるようにレーザビーム３４は反射
鏡５８，６０間で反射するとだいたいテーパ状に
なる。本発明の他の特徴によつてプラズマ管６２
の場合のリング状突起の内径は、レーザが管内で
変るときレーザのモードの直径と一致するように
選ばれる。したがつて突起６４によつて形成され
る内径は突起６６の内径より小さい。突起６８の
内径は突起６６のそれより大きい。第７図からわ
かるように突起の内径は基本モードの直径と一致
してだいたいテーパ状となるよう形成されてい
る。
第１図は折り重ね型炭酸ガスレーザの概略図、
第２図は本発明の段付き放電閉じ込め中空管を持
つ折り重ね型CO2レーザの概略図、第３図は第２
図の中空管の矢印の方向に見た断面図、第４図は
第２，３図のレーザの放電を閉じ込める個々の中
空管の１つの縦断面図、第５図は本発明の内向き
に延びるリング状突起を持つ放電閉じ込め中空管
の一部の詳細断面図、第６図は本発明の他のリン
グ状突起を持つ中空管の詳細断面図、第７図はリ
ング状突起がテーパ状になつた本発明のガスレー
ザの断面図である。 １０……炭酸ガスレーザ、１２，１４，１６，
１８……レーザ管部分、３４……レーザビーム、
３６，３８……陰極、４０……陽極、４２，４
４，４６，４８……プラズマ管（中空管）。
第２図は本発明の段付き放電閉じ込め中空管を持
つ折り重ね型CO2レーザの概略図、第３図は第２
図の中空管の矢印の方向に見た断面図、第４図は
第２，３図のレーザの放電を閉じ込める個々の中
空管の１つの縦断面図、第５図は本発明の内向き
に延びるリング状突起を持つ放電閉じ込め中空管
の一部の詳細断面図、第６図は本発明の他のリン
グ状突起を持つ中空管の詳細断面図、第７図はリ
ング状突起がテーパ状になつた本発明のガスレー
ザの断面図である。 １０……炭酸ガスレーザ、１２，１４，１６，
１８……レーザ管部分、３４……レーザビーム、
３６，３８……陰極、４０……陽極、４２，４
４，４６，４８……プラズマ管（中空管）。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガスレーザ物質が封入された放電閉じ込め中
空管と、 該中空管と整合した１対の光学共振器反射鏡
と、 前記ガスレーザ物質を励起する装置と を備えており、 前記放電閉じ込め中空管がその内部に望ましく
ない反射光を分散させる周期的なリング状突起を
有し、該リング状突起の内径がモード直径が前記
中空管に沿つて変るにつれて該所望のモードに従
つて変る ガスレーザ。 ２ 前記突起の各々は前記中空管内の所望の位置
における所望モードの直径とほぼ適合する内径を
持つ特許請求の範囲第１項に記載のガスレーザ。 ３ 前記リング状突起の内径がほぼテーパ状を構
成するよう形成された特許請求の範囲第２項に記
載のガスレーザ。 ４ 前記リング状突起の内径が前記放電閉じ込め
中空管に少なくとも２つの異なる直径を持つ複数
の区分を設けることによつて変化する特許請求の
範囲第１項に記載のガスレーザ。 ５ 前記ガスレーザは炭酸ガス（CO2）レーザで
ある特許請求の範囲第１項に記載のガスレーザ。 ６ 前記所望のモードはTEMooモードである特
許請求の範囲第１項に記載のガスレーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/363,843 US4500996A (en) | 1982-03-31 | 1982-03-31 | High power fundamental mode laser |
| US363843 | 1982-03-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58173878A JPS58173878A (ja) | 1983-10-12 |
| JPH0125236B2 true JPH0125236B2 (ja) | 1989-05-16 |
Family
ID=23431975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58040824A Granted JPS58173878A (ja) | 1982-03-31 | 1983-03-14 | 高出力基本モ−ドレ−ザ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4500996A (ja) |
| JP (1) | JPS58173878A (ja) |
| DE (1) | DE3310598A1 (ja) |
| FR (1) | FR2524727B1 (ja) |
| GB (1) | GB2117558B (ja) |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3381598D1 (de) * | 1982-09-30 | 1990-06-28 | Fujitsu Ltd | Optischer bipolarschalter mit spannungssteuerung mittels sich kreuzenden wellenleitern. |
| DE3422525A1 (de) * | 1984-06-16 | 1986-02-13 | Trumpf GmbH & Co, 7257 Ditzingen | Gefalteter co(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-laser |
| DE3516232A1 (de) * | 1985-05-06 | 1986-11-06 | Alfred Dr. 8700 Würzburg Lindstedt | Gaslaser, insbesondere fuer kraftfahrzeug-zuendanlagen |
| NL8502964A (nl) * | 1985-10-30 | 1987-05-18 | Philips Nv | Monomode optische transmissievezel met taps eindgedeelte. |
| GB2200241A (en) * | 1986-09-22 | 1988-07-27 | Gen Electric Plc | Optical resonators |
| US5023886A (en) * | 1988-12-01 | 1991-06-11 | Coherent, Inc. | High power laser with focusing mirror sets |
| US4860295A (en) * | 1988-12-12 | 1989-08-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Cladding for transverse-pumped solid-state laser |
| FR2655486B1 (fr) * | 1989-12-01 | 1994-08-26 | Thomson Csf | Dispositif laser a longueur d'onde elevee. |
| US5095490A (en) * | 1990-06-22 | 1992-03-10 | Directed Energy, Inc. | Asymmetric rf excited gas laser electrode configuration |
| US5055741A (en) * | 1990-07-13 | 1991-10-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Liquid coolant for high power microwave excited plasma tubes |
| US5008593A (en) * | 1990-07-13 | 1991-04-16 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Coaxial liquid cooling of high power microwave excited plasma UV lamps |
| US5235251A (en) * | 1991-08-09 | 1993-08-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Hydraulic fluid cooling of high power microwave plasma tubes |
| US5351263A (en) * | 1993-07-01 | 1994-09-27 | Von Borstel Michael | Apparatus for a power laser including solid optical bench |
| US5867518A (en) * | 1996-08-07 | 1999-02-02 | Lumonics Inc. | Multiple element laser pumping chamber |
| US5867519A (en) * | 1996-08-07 | 1999-02-02 | Lumonics Inc. | Multiple element, folded beam laser |
| US6249535B1 (en) | 1997-07-30 | 2001-06-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gas laser oscillator |
| US20010016732A1 (en) * | 1998-02-03 | 2001-08-23 | James L. Hobart | Dual mode laser delivery system providing controllable depth of tissue ablation and corresponding controllable depth of coagulation |
| US6575964B1 (en) | 1998-02-03 | 2003-06-10 | Sciton, Inc. | Selective aperture for laser delivery system for providing incision, tissue ablation and coagulation |
| JP4232369B2 (ja) * | 1999-07-30 | 2009-03-04 | 三菱電機株式会社 | 直交型ガスレーザ装置 |
| US6195379B1 (en) | 1999-12-27 | 2001-02-27 | Synrad, Inc. | Laser assembly system and method |
| US6198758B1 (en) | 1999-12-27 | 2001-03-06 | Synrad, Inc. | Laser with heat transfer system and method |
| US6198759B1 (en) | 1999-12-27 | 2001-03-06 | Synrad, Inc. | Laser system and method for beam enhancement |
| EP1184945B1 (de) * | 2000-08-31 | 2007-03-07 | TRUMPF LASERTECHNIK GmbH | Gaslaser |
| DE50015974D1 (de) * | 2000-08-31 | 2010-09-30 | Trumpf Laser & Systemtechnik | Gaslaser |
| US6743221B1 (en) | 2001-03-13 | 2004-06-01 | James L. Hobart | Laser system and method for treatment of biological tissues |
| US6928093B2 (en) * | 2002-05-07 | 2005-08-09 | Cymer, Inc. | Long delay and high TIS pulse stretcher |
| US20050259709A1 (en) * | 2002-05-07 | 2005-11-24 | Cymer, Inc. | Systems and methods for implementing an interaction between a laser shaped as a line beam and a film deposited on a substrate |
| US6770069B1 (en) | 2001-06-22 | 2004-08-03 | Sciton, Inc. | Laser applicator |
| US6798816B2 (en) * | 2002-10-21 | 2004-09-28 | Coherent, Inc. | Folded tapered-waveguide CO2 laser |
| US6879616B2 (en) * | 2003-01-24 | 2005-04-12 | Trumpf, Inc. | Diffusion-cooled laser system |
| US7277188B2 (en) * | 2003-04-29 | 2007-10-02 | Cymer, Inc. | Systems and methods for implementing an interaction between a laser shaped as a line beam and a film deposited on a substrate |
| WO2005070160A2 (en) * | 2004-01-12 | 2005-08-04 | Litelaser L.L.C. | Multi-path laser system |
| US7679029B2 (en) * | 2005-10-28 | 2010-03-16 | Cymer, Inc. | Systems and methods to shape laser light as a line beam for interaction with a substrate having surface variations |
| US7317179B2 (en) * | 2005-10-28 | 2008-01-08 | Cymer, Inc. | Systems and methods to shape laser light as a homogeneous line beam for interaction with a film deposited on a substrate |
| JP5499432B2 (ja) * | 2007-10-05 | 2014-05-21 | ソニー株式会社 | 撮像装置 |
| DK2565994T3 (en) | 2011-09-05 | 2014-03-10 | Alltec Angewandte Laserlicht Technologie Gmbh | Laser device and method for marking an object |
| ES2530069T3 (es) * | 2011-09-05 | 2015-02-26 | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Aparato de marcado con una pluralidad de láseres y un dispositivo de desviación de combinación |
| ES2530070T3 (es) * | 2011-09-05 | 2015-02-26 | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Aparato de marcado con una pluralidad de láseres y conjuntos ajustables individualmente de medios de desviación |
| EP2564972B1 (en) * | 2011-09-05 | 2015-08-26 | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Marking apparatus with a plurality of lasers, deflection means and telescopic means for each laser beam |
| ES2438751T3 (es) | 2011-09-05 | 2014-01-20 | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Dispositivo y procedimiento para marcar un objeto por medio de un rayo láser |
| DK2565996T3 (da) | 2011-09-05 | 2014-01-13 | Alltec Angewandte Laserlicht Technologie Gmbh | Laserindretning med en laserenhed og en fluidbeholder til en køleindretning af laserenheden |
| ES2544034T3 (es) | 2011-09-05 | 2015-08-27 | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Aparato de marcado con al menos un láser de gas y un termodisipador |
| EP2564974B1 (en) * | 2011-09-05 | 2015-06-17 | ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Marking apparatus with a plurality of gas lasers with resonator tubes and individually adjustable deflection means |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4827519A (ja) * | 1971-08-16 | 1973-04-11 | ||
| JPS54101299A (en) * | 1978-01-26 | 1979-08-09 | Nec Corp | Gas laser tube |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1527988A (fr) * | 1967-04-19 | 1968-06-07 | Comp Generale Electricite | Lasers à gaz à pression stabilisée |
| FR1575157A (ja) * | 1967-07-26 | 1969-07-18 | ||
| US3611183A (en) * | 1969-01-27 | 1971-10-05 | Rca Corp | Double-ended ion laser tube |
| DE1962201C3 (de) * | 1969-12-11 | 1974-06-20 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Gaslaser mit integrierter Modenblende |
| GB1338217A (en) * | 1970-11-11 | 1973-11-21 | Central Electr Generat Board | Lasers |
| US3699471A (en) * | 1971-07-20 | 1972-10-17 | United Aircraft Corp | Stray radiation suppression device |
| DD134415A1 (de) * | 1977-07-11 | 1979-02-21 | Manfred Poehler | Gasentladungsroehre fuer stimulierbare medien,vorzugsweise fuer optische sender oder verstaerker |
| JPS55124289A (en) * | 1979-03-16 | 1980-09-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas laser |
-
1982
- 1982-03-31 US US06/363,843 patent/US4500996A/en not_active Expired - Lifetime
-
1983
- 1983-03-14 JP JP58040824A patent/JPS58173878A/ja active Granted
- 1983-03-23 DE DE19833310598 patent/DE3310598A1/de not_active Ceased
- 1983-03-30 GB GB08308863A patent/GB2117558B/en not_active Expired
- 1983-03-30 FR FR8305231A patent/FR2524727B1/fr not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4827519A (ja) * | 1971-08-16 | 1973-04-11 | ||
| JPS54101299A (en) * | 1978-01-26 | 1979-08-09 | Nec Corp | Gas laser tube |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB8308863D0 (en) | 1983-05-11 |
| GB2117558A (en) | 1983-10-12 |
| US4500996A (en) | 1985-02-19 |
| FR2524727B1 (fr) | 1987-06-19 |
| FR2524727A1 (fr) | 1983-10-07 |
| DE3310598A1 (de) | 1983-10-06 |
| GB2117558B (en) | 1986-02-05 |
| JPS58173878A (ja) | 1983-10-12 |
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