JPH033380A - 気体レーザ装置 - 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】 ［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３図は本願出願人が昭和６２年９月１０日に出願した
従来の気体レーザ装置（特願昭６２−２２５２２４号）
を示す斜視図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線断面図、
第５図は第３図のｖ−Ｖ線断面図である。

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、６はこの導波
管４からマイクロ波を前記レーザヘッド部２へ結合する
マイクロ波結合窓、５はレーザヘッド部２に取り付けら
れたレーザ発振用の全反射鏡、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部分反射鏡である。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
た溝底部を構成する導電体壁であり、この従来例では前
記リッジ２１の上面に設けられた溝２Ｂの底壁面が使用
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２８を覆うことによって、前記導電体壁２
３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５図に
示す部分反射鏡７とそれに対向した全反射鏡５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２
１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
記誘導体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と導
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−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、マイクロ波回路で
あるレーザヘッド部２とマイクロ波伝送路である導波管
４とがレーザ光軸に沿う方向に並列配置され、このレー
ザヘッド部２の長手方向に設けた長尺のマイクロ波結合
窓６を通じてマイクロ波を供給し、レーザヘッド部２の
リッジ２１．２２の全体に強いマイクロ波電磁界を均一
に発生せしめることができる。このため、装置全体を大
型化することなく、レーザ光軸方向に長く、均一な放電
が得られ、放電全体とレーザの励起に最適な状態にする
ことができる。

［発明が解決しようとする課８］ 上記のような従来の気体レーザ装置では、マイクロ波回
路であるレーザヘッド部２とマイクロ波伝送路である導
波管４とがレーザ光軸に沿う方向に並列配置され、マイ
クロ波結合窓６は導波管４の軸に平行に設けられている
から、導波管４からレーザヘッド部２へのマイクロ波エ
ネルギーの結合皮は長さ方向にわたって一定であるが、
マイクロ波エネルギーはマイクロ波発生装置であるマグ
ネトロン３側より供給され、徐々にレーザヘッド部２へ
結合吸収されるため、導波管４中のマイクロ波エネルギ
ーはマイクロ波発生源であるマグネトロン３より遠ざか
るに従い次第に小くなる。従って、レーザヘッド部２へ
結合されるエネルギーも少なくなり、第５図に示すよう
に放電の各節の長さがマグネトロン３より遠ざかるに従
い次第に短くなって放電空間２５においてプラズマが均
一に発生しないおそれが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、放電空間の長手方向において発生するマイク
ロ波放電プラズマを安定で空間的に−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。

［課題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、マイクロ波回路を構
成する導電体壁に形成された溝に誘電体を介して相対す
るリッジの誘電体側壁面を、その誘電体側壁面と導電体
壁との間隔がマイクロ波発振器から遠ざかるに従い次第
に狭くなるように傾斜させて構成している。

［作　用］ この発明における気体レーザ装置は、マイクロ波回路を
構成する導電体壁に形成された溝に誘電体を介して相対
するリッジの誘電体側壁面を、その誘電体側壁面と導電
体壁との間隔がマイクロ波発振器から遠ざかるに従い次
第に狭くなるようにして供給されるマイクロ波エネルギ
ーが長手方向において同一のときに放電空間に発生する
電界強度をマイクロ波発振器から遠ざかるに従い次第に
強くなるようにしている。従って、マイクロ波発生器か
ら遠ざかることによるマイクロ波エネルギーの減少に伴
う電界強度の減少とリッジの誘電体側壁面と導電体壁面
との間隔がマイクロ波発振器から遠ざかるに従い狭くす
ることによる電界強度の増大との相殺で放電空間におけ
る電界強度が長手方向全体にわたって均一になりマイク
ロ波エネルギーによる放電分布が均一となった。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例による気体レーザ装置の断
面図である。図において、従来例と同一の構成は従来例
と同一符号を付して°重複した構成の説明を省略する。

２１及び２２は空胴壁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の上面に設けられた溝２８の溝底部
である底壁面からなる導電体壁、２４は導電体壁２３に
対向して設けられた誘電体、２５は誘電体２４がリッジ
２１上面の溝２８を覆うことによって、導電体９２３と
誘電体２４との間に形成された放電空間である。２２１
は溝２８に誘電体２４を介して相対する他方のリッジ２
２の誘電体側壁面で、この誘電体側壁面２２１と導電体
壁２３との間隔がマイクロ波発振器から遠ざかるに従い
次第に狭くなるように傾斜させて形成されている。

上記のように構成された気体レーザ装置においては、放
電空間２５となる溝２８に誘電体２４を介して相対する
リッジ２２の誘電体側壁面２２１はそれと導電体壁２３
との間隔がマイクロ波発振器から遠ざかるに従い次第に
狭くなるように傾斜させて形成し、マイクロ波伝送路の
長手方向においてマイクロ波エネルギーが同一のときに
放電空間２５に発生する電界強度がマイクロ波発振器か
ら遠ざかるに従い強くなるようにしている。これは伝送
エネルギーが単位面積当り電界強度の二乗に比例するた
め、一方のリッジ２１の溝２８の導電体壁と他方のリッ
ジ２２の誘電体側壁面２２１との断面積において、導電
体壁２３の巾が一定で、導電体壁と誘電体側壁面２２１
との間隔が変わり、断面積が変化すると放電空間２５に
発生する電界強度も変化する、即ち、誘電体側壁面２２
１と導電体壁２３との間隔が広いところでは電界強度が
弱くなり、その間隔が狭いところでは電界強度が強（な
るためである。一方マイクロ波伝送路中においては、マ
イクロ波発振器から遠ざかるに従って次第にマイクロ波
エネルギーが弱（なり、それに伴って、マイクロ波回路
であるレーザヘッド部２においても、マイクロ波発振器
から遠ざかるに従ってマイクロ波エネルギーが弱くなっ
ている。従って、マイクロ波発振器から遠ざかることに
よるマイクロ波エネルギーの減少に伴う電界強度の減少
とリッジ２２の誘電体側壁面２２１と導電体壁２３との
間隔がマイクロ波発振器から遠ざかるに従い狭くするこ
とによる電界強度の増大との相殺で、放電空間２５にお
ける電界強度が長手方向全体にわたって実質的に均一に
なり、第１図に示すようにマイクロ波エネルギーによる
放電の各節の長さが等しい均一な放電分布となった。

それ故、放電空間２５の長手方向において、安定し、か
つ均一なプラズマが発生してレーザ出力を高効率、大出
力にて得ることができた。

第２図はこの発明の他の実施例による気体レーザ装置の
断面図である。この実施例では誘電体２４１の構成が前
記実施例とは異なる。即ち、前記実施例では溝２８に相
対するリッジ２２の誘電体側壁面２２１がそれと導電体
壁２３とで構成される間隔がマイクロ波発振器から遠ざ
かるに従い次第に狭くなるように傾斜させて形成され、
一方塊電体２４の厚さが長手方向で均一なため、誘電体
側壁面２２１と誘電体２４のリッジ２２側表面との間に
隙間が生じる。この実施例の誘電体２４１はかかる隙間
をなくすように、誘電体側壁面２２１の傾斜に対応して
誘電体２４１のリッジ側壁面を傾斜させて形成されてい
る。この傾斜したリッジ側壁面を有する誘電体２４１に
あっては放電空間２５の長手方向における電界強度につ
いては前記実施例と同様に生じ、誘電体側壁面２２１と
誘電体２４のリッジ側表面との間に隙間をなくすことに
より、誘電体２４１との熱伝導性を良好にして放電空間
２５の冷却効果を高めるようにしている。

なお、上記実施例ではマイクロ波回路として断面形状を
いわゆるダブルリッジ状とし、一方のリッジに放電空間
２５を構成する溝２８を設けたものについて説明したが
、マイクロ波回路として断面形状をいわゆるシングルリ
ッジ状とし、リッジに対向する導電体壁面に溝２８を設
けたものでもよいことは勿論である。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、一方のリッジに形成さ
れた溝に誘電体を介して相対する他方のリッジの誘電体
側壁面をそれと導電体壁とで構成される間隔がマイクロ
波発振器から遠ざかるに従い次第に狭くなるように傾斜
させて形成しているので、マイクロ波発振器から遠ざか
ることによるマイクロ波エネルギーの減少に伴う電界強
度の減少と、リッジの誘電体側壁面と導電体壁面との間
隔がマイクロ波発振器から遠ざかるに従い狭くすること
による電界強度の増大との相殺で放電空間における電界
強度が長手方向全体にわたって均一になり、マイクロ波
エネルギーによる放電分布が均一となって放電空間にお
いて長手方向に安定かつ均一のプラズマが発生してレー
ザ出力を高効率、大出力にて得ることができるという効
果を有する。

【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の断
面図、第２図はこの発明の他の実施例による気体レーザ
装置の断面図、第３図は従来の気体レーザ装置を示す斜
視図、第４図は第３図の■■線断面図、第５図は第３図
のＶ−Ｖ線断面図である。 ２１・・・リッジ、２２・・・リッジ、２３・・・導電
体壁、２４・・・誘電体、２８・・・溝、２２１・・・
誘電体側壁面。 なお、図中、同一符号は同一　または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、マイクロ波
   を伝送するマイクロ波伝送路と、マイクロ波伝送路とレ
   ーザ光軸に沿って並列配置され、マイクロ波伝送路によ
   り伝送されたマイクロ波の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回路とを
   備え、前記マイクロ波回路を構成する導電体壁に溝を形
   成し、溝底部を構成する導電体壁に対向して溝を閉鎖す
   るように設けられたマイクロ波の入射窓となる誘電体と
   の間に形成される放電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ようにしたマイクロ波励起
   方式の気体レーザ装置において、 前記溝に誘電体を介して相対する導電体壁部分にリッジ
   を形成し、このリッジの誘電体側壁面を、その誘電体側
   壁面と前記溝底部を構成する導電体壁との間隔がマイク
   ロ波発振器から遠ざかるに従い次第に狭くなるように傾
   斜させて形成したことを特徴とする気体レーザ装置。