JPH02237087A - ガスレーザ発振装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はガスレーザ媒質を放電エネルギで励起してレ
ーザ光を放出するガスレーザ発振装置に関する。

（従来の技術） 従来、ＴＥＡＣＯ２レーザやエキシマレーザなどのガス
レーザ発振装置は第５図に示すように構成されていた。

すなわち、図中１はガスレーザ媒質が収容されたレーザ
管で、このレーザ管１内には一対の主電極２が所定方向
に離間対向して配設されている。これら主電極２は電源
３に接続されている。この電源３によって一対の主電極
２間にはこれらの離間方向と同方向に電圧が印加され、
それによって矢印八方向に電界が生じる。一対の主電極
２間に電圧が印加されると、これらの間に主放電が発生
し、その主放電でガスレーザ媒質が励起されてレーザ光
Ｌが放出される。

上記レーザ管１の一端にはブリュースタ窓４が接続され
、他端には出力ミラー５が接続されている。上記ブリュ
ースタ窓４に対向する位置には、上記出力ミラー５とで
光共振器を構成する回折格子６がその溝６８の方向Ｇを
一対の主電極２の離間方向と同方向である電界Ａに沿わ
せ、かつブリュースタ窓４と同方向に傾斜させて配置さ
れている。

したがって、一対の主電極２間で放出されたレーザ光Ｌ
は、上記回折格子６によって選択された波長成分の光だ
けが光共振器を形成する・出力ミラー５と回折格子６と
の間で増幅されて上記出力ミラー５から発振される。ま
た、上記出力ミラー５から発振されるレーザ光Ｌの偏光
方向は、上記回折格子６の溝６ａの方向Ｇによって同図
に矢印で示す電界方向Ａと直交する方向Ｂとなる。つま
り、レーザ光Ｌの偏光方向Ｂは上記回折格子６によって
設定されている。

このような構成のガスレーザ発振装置において、レーザ
光Ｌのパワーアップを計るためには、レーザ光Ｌのビー
ム断面積を大きくしなければならない。レーザ光のビー
ム断面積を大きくするには、一対の主電極２間の間隔を
大きくすることが行われている。しかしながら、一対の
主電極２間の間隔を大きくすることは、充電電圧の増加
につながるから、耐電圧設計などの点で装置全体が大型
化する不便がある。さらに、一対の主電極２の間隔を大
きくすると、放電抵抗が上がり、電源とのインピーダン
スマッチングがとりにくくなるなどのことが生じ、実用
的でない。

そこで、一対の主電極２の間隔を大きくせず、これら主
電極２の幅寸法を大きくすることでレーザ光Ｌのビーム
断面積を大きくすることが考えられている。しかしなが
ら、第５図に示す従来のガスレーザ発振装置において、
主電極２の幅寸法を大きくすると、ブリュースタ窓４に
投影されるレーザ光Ｌのビーム断面積８１が第６図に示
すようにブリュースタ窓４の傾斜方向に沿って細長い、
つまり縦長な矩形状となってしまう。そのため、ブリュ
ースタ窓４を縦方向に長くしなければならないばかりか
、その窓４の横方向の利用率が小さく、全体として有効
に利用される面積率が小さいから、きわめて不経済であ
る。とくに、ブリュースタ窓４はジンクセレンＺｎＳｅ
のような単結晶材料が用いられるため、大きな面積のも
のは製造が非常に難しいから、その面積をできるだけ小
さくすることが望まれている。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来はレーザ光のビーム断面積を大きくす
ると、ブリニ−スタ窓を通過するレーザ光のビーム断面
積が縦長になるから、．ブリュースタ窓を大きくしなけ
ればならないばかりか、ブリュースタ窓の存効に利用さ
れる面積率が小さいなどのことがある。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、ブリュースタ窓を大きくせず、しか
もその有効に利用される面積率を大きくしてレーザ光の
パワーアップを計ることができるようにしたガズレーザ
発振装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、ガスレーザ媒質が封入され少な
くとも一方の端部にブリュースタ窓を形成したレーザ管
と、上記レーザ管に離間対向して配設された一対の主電
極と、上記一対の主電極間を印加する電源と、一方が上
記ブリュースタ窓に対向して設け，られ波長選択機能を
有する高反射ミラーで他方が出力ミラーになる光共振器
とを備え、上記高反射ミラーは上記一対の主電極間に印
加される電圧の電界方向に対してレーザ光の偏光方向を
一致させて上記出力ミラーと共振するように配設され、
上記主電極の断面形状は上記ブリュースタ窓の屈折率を
ｎとし、形状パラメータが０．０２のとき、電極間隔Ｗ
を規格化したパラメータＡが Ａ　−　　　ｎ　２　　＋　１　番　Ｗ／　πで表わさ
れるチャン形になることを特徴とする。

このような構成とすることで、レーザ光のビーム断面積
を一対の主電極間の電界方向と直交する方向に長い横長
にし、ブリュースタ窓に投影されるビームの断面積を正
方形に近付けることで、ブリュースタ窓の面積を大きく
せずにビーム断面積を大きくできるようにした。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照し
て説明する。なお、第５図と第６図とに示す構造と同一
部分には同一記号を付して説明を省略する。

すなわち、この発明のガスレーザ発振装置は、一対の主
電極２の離間方向と同方向であるこれら電極２に印加す
る電圧の電界方向Ａと、光共振器を形成する回折格子６
の溝６ａの方向Ｇとが直交するようこれら主電極２と回
折格子６との位置関係が設定されている。つまり、一対
の主電極２に印加する電圧の電界方向Ａと、レーザ光Ｌ
の偏光方向Ｂとが同一になるよう設定されている。

それによウて、レーザ光Ｌのパワーアップを計るために
主電極２の幅寸法を大きくすると、そのレーザ光Ｌのビ
ーム断面形状８２　＋は電界ベクトルの方向Ｂと直交す
る横方向に細長い矩形状になる。したがって、ブリュー
スタ窓４に投影されるレーザ光Ｌのビー，ム断面形状ｓ
２は、ｍ２図に示すようにブリュースタ窓４の傾斜方向
に沿う縦方向に拡大されて正方形に近い形状となるから
、ブリュースタ窓４の宵効に利用される面積率を向上さ
せることができる。つまり、ブリュースタ窓４を大きく
せずに、レーザ光Ｌのビーム断面積を大゛きくしてパワ
ーアップを計ることができる。

横方向に長いビーム断面形状ｓ２−のレーザ光Ｌを取出
すための主電極２の断面形状はつぎのように設定される
。つまり、主電極２にｃｈａｎｇｐｒｏｒ１１ｅ電極を
用いた場合、電極断面形状を第３図に示す座標軸を用い
て表わすと、次式になる。

ｘ−Ａ　（ｕ−ｋ２・ｓｉｎｈ−ｕ）　　　　−（１）
式ｙ−ｍＡ　（ｖ＋ｋｓｌｎｖψｃｏｓｈｌＩｕ）　　
　−（２）式ただし、Ｕは電気力線、■は等電位面を表
わす座標軸である。また、ｋは電極の形状パラメータで
、ｋ値が大きいほど電極断面は急なカーブとなる。

通常、電極形状を数値計算する場合、 ｖ　−　ｃｏｓ　’　（ｋ）　　　　　　　　　　　−
　（３）式を用いる。また、Ａは電極間隔Ｗを規格化し
たパラメータで、次式で与えられる。

Ａ−Ｗ／　（２　・（ｖ　＋　ｋｓ１ｎｖ）　）　　　
−（４）式横長のビーム断面形状をもつレーザ光Ｌを得
るκ には、（４）式でｋ値を小さくするか、Ｗを太きくすれ
ばよい。

一方、レーザ光Ｌのブリュースタ窓４に投影されるビー
ム断面形状が正方形となる場合、ブリュースタ窓４の利
用率が最も良くなる。ブリュースタ窓４のレーザ光Ｌに
対する屈折率をｎとすれば、ブリュースタ窓４に投影さ
れるビームを正方形とするには、ビームの縦横比を１二
７ＴＴＴ了とすればよい。

なお、この場合、レーザ光Ｌの偏光方向Ｂは主電極２に
印加する電圧の電界方向と同方向に設定しなければなら
ない。

また、この発明において、レーザ光Ｌのビームの縦横比
を１；Ｚ７ｒＴ了とするためには、電極形状を（４）式
において実験値からｋ　−　０．０２、Ａ＝　　ｎ２＋
１・Ｗ／πとすればよい。

たとえば、ＴＥＡＣＯ２レーザにおいて、ブリュースタ
窓４に屈折率ｎが２．４のＺｎＳｅを用いた場合、ビー
ムの縦横比を１　：　２．８とした。レーザ出力として
ＩＯＪ　／パルスを得る場合、出力ミラーの耐光強度を
考織して取出すレーザ光のエネルギ密度を０．８Ｊ／ｃ
−とすると、ビーム断面積として１２．５ｃＩＩとなる
。このとき、ビーム断面積の縦横は２．２Ｘ５．７ｅ−
となる。

したがって、ブリュースタ窓４としては直径８１以上の
ものを使用すればよいことになる。また、このときｃｈ
ａｎｇ　ｐｒｏｒｉｒｅ電極のパラメータＡは、電極間
隔Ｗを２．５　ａｍとして、Ａ−２．１とした。

なお、Ｗ−２。５ｃｍで正方形のビーム断面積２．２×
２，２Ｃ一を得るには、パラメータＡを０．８とすれば
よい。

第４図はこの発明の他の実施例を示し、ブリュースタ窓
４を反応容器１１の入射窓として用いるようにし、レー
ザ管１の回折格子６と対向する箇所には上記ブリュース
タ窓４に代わり無反射コートされた窓材１２を設けるよ
うにした。

このように、ブリュースタ窓４を光共振器の外部に置い
ても、上記一実施例と同，様の作用効果を得ることがで
きる。

なお、窓材１２には部分反射ミラーを用いるようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、レーザ光のパワー
アップを計るために主電極の幅寸法を大きくしてビーム
の断面積を大きくする場合、ブリュースタ窓に投影され
るレーザ光のビーム断面形状をほぼ正方形にできるよう
にした。したがって、ブリュースタ窓を大きくせずにレ
ーザ光のビーム断面積を大きくすることができ、しかも
上記ブリュースタ窓の有効利用面積の増大を計ることが
できるなどの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

′ＩＡ１図はこの発明の一実施例を示すガスレーザ発振
装置の概略的構成図、第２図は同じくレーザ管の一端側
に設けられたブリュースタ窓の斜視図、第３図は主電極
の断面形状を表わすための説明図、第４図はこの発明の
他の実施例を示すガスレーザ発振装置の概略図、第５図
は従来のガスレーザ発振装置の概略図、第６図は同じく
ブリュースタ窓の部分の斜視図である。 １・・・レーザ管、２・・・主電極、３・・・電源、４
・・・ブリュースタ窓、５・・・出力ミラー（光共振器
）、６・・・回折格子（光共振器）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １・・ルーサ゜゜管 ２・・・まｔ槙 第１図 第５図 第２図 第３図 第４図 平成元年

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ガスレーザ媒質が封入され少なくとも一方の端部にブ
   リュースタ窓を形成したレーザ管と、上記レーザ管に離
   間対向して配設された一対の主電極と、上記一対の主電
   極間を印加する電源と、一方が上記ブリュースタ窓に対
   向して設けられ波長選択機能を有する高反射ミラーで他
   方が出力ミラーになる光共振器とを備え、上記高反射ミ
   ラーは上記一対の主電極間に印加される電圧の電界方向
   に対してレーザ光の偏光方向を一致させて上記出力ミラ
   ーと共振するように配設され、上記主電極の断面形状は
   上記ブリュースタ窓の屈折率をｎとし、形状パラメータ
   が０．０２のとき、電極間隔Ｗを規格化したパラメータ
   Ａが Ａ＝√（ｎ＾２＋１・Ｗ／π） で表わされるチャン形になることを特徴とするガスレー
   ザ発振装置。