JPH033381A - Gas laser device - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas laser device that performs laser excitation using microwave discharge.
［従来の技術］
第３図は従来の気体レーザ装置を示す斜視図、第４図は
気体レーザ装置の断面図、第５図は第３図のＶ−ｖ線断
面図である。図において、（１）はマイクロ波発振器で
あるマグネトロン、（２）はマイクロ波伝送路である導
波管、（３）は導波管（２）の巾を拡げるホーン導波管
、（４）はマイクロ波結合窓、（５）はレーザ発振用の
部分反射ミラー（６）はマイクロ波回路であるレーザヘ
ッド部、（７）はレーザ発振用の部分反射ミラーである
。[Prior Art] FIG. 3 is a perspective view showing a conventional gas laser device, FIG. 4 is a sectional view of the gas laser device, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line V-V in FIG. 3. In the figure, (1) is a magnetron that is a microwave oscillator, (2) is a waveguide that is a microwave transmission path, (3) is a horn waveguide that expands the width of waveguide (2), and (4) (5) is a partial reflection mirror for laser oscillation, (6) is a laser head section which is a microwave circuit, and (7) is a partial reflection mirror for laser oscillation.
このレーザヘッド部（８）は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の構造を持つ。第４
図において、（６１）はマイクロ波結合窓（４）に続く
空胴壁、（８２）および（６３）はこの空胴壁の断面の
中央部に形成されたリッジ、（６４）はこの一方のリッ
ジ（６２）に形成された溝であり、（８５）はマイクロ
波回路の一部を構成する導電体壁であって、溝（６４）
の壁面が使用される。（６６）はこの導電体壁（６５）
に対向して設けられた例えばアルミナなどの誘電体であ
り、（６７）はこの誘電体（６６）が上記溝（８４）を
覆うことにより上記導電体壁（６５）と誘電体（６６）
との間に形成される放電空間であって、この放電空間（
６７）に例えばＣＯ２レーザガスなどのレーザ気体が封
入される。また（６８）はリッジ（６２）および（６３
）に形成された冷却水路である。This laser head section (8) has a structure of a ridge waveguide type microwave cavity, which is a type of microwave circuit. Fourth
In the figure, (61) is a cavity wall following the microwave coupling window (4), (82) and (63) are ridges formed at the center of the cross section of this cavity wall, and (64) is one of the cavity walls. This is a groove formed in the ridge (62), and (85) is a conductive wall forming a part of the microwave circuit, and the groove (64) is a groove formed in the ridge (62).
walls are used. (66) is this conductor wall (65)
(67) is a dielectric material such as alumina provided opposite to the conductor wall (65) and the dielectric material (66) by covering the groove (84) with the dielectric material (66).
A discharge space formed between this discharge space (
67) is filled with a laser gas such as CO2 laser gas. Also, (68) is the ridge (62) and (63).
) is a cooling waterway formed in the
上記のように構成された従来の気体レーザ装置において
、マグネトロン（１）で発生されたマイクロ波は導波管
（２）を通ってホーン導波管（３）で拡げられ、マイク
ロ波結合窓（４）でインビダンスマッチングをとること
により効率よくしレーザヘッド部（６）に結合される。In the conventional gas laser device configured as described above, microwaves generated by the magnetron (1) pass through the waveguide (2) and are expanded by the horn waveguide (3), and the microwave coupling window ( By performing immunity matching in step 4), the laser beam is efficiently coupled to the laser head section (6).
レーザヘッド部（Ｂ）は第４図に示されるようにリッジ
空胴状になっており、マイクロ波はりッジ（６２）、
（６３）の間に集中する。The laser head section (B) has a ridge cavity shape as shown in FIG. 4, and includes a microwave ridge (62),
Concentrate between (63).
この集中したマイクロ波の強い電磁界により放電空間（
６７）に封入されたレーザ気体が放電破壊し、プラズマ
を発生し、レーザ媒質が励起される。ここで、冷却水路
（６８）に冷却水を流し、放電プラズマを冷却するとと
もに、レーザ気体の圧力などの放電条件を適切に選ぶこ
とによってレーザ発振条件が得られ、部分反射ミラー（
５）および全反射ミラー（７）によりレーザ共振器を形
成することでレ−ザ共振器を得ることができる。この時
、気体レーザ装置においてはマイクロ波回路の一部を構
成する導電体壁（Ｂ５）と、この導電体壁（６５）に対
向して設けられ、マイクロ波の入射窓となる誘電体（６
Ｂ）との間に形成される放電空間（６７）においてマイ
クロ波放電を行なわせるため、マイクロ波の入射はプラ
ズマの一面からのみ行なわれることになり、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
なる現象は起こらず、所期のマイクロ波モードによる放
電を行なわせることができる。また第４図に示されるリ
ッジ空胴のようにマイクロ波回路が上記誘電体（８Ｂ）
とプラズマ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（６Ｂ）と導電体壁（６
５）は対向して設置されているので導電体壁（６５）に
も垂直な電界成分を有することになり、プラズマを貫く
電界ができる。この時、導電性を持つプラズマが発生し
てもマイクロ波入射窓である誘電体（６Ｂ）に対向して
プラズマよりも数桁導電性の高い導電体壁（６５）があ
るために入射マイクロ波の終端電流はこの導電体壁（６
５）を流れ、導電体壁（６５）近傍の電界は強制的に導
電体壁（６５）の表面に垂直にされ、上記のプラズマを
貫く電界が維持される。このため、マイクロ波がプラズ
マ中に浸透し、プラズマを貫く電流が流れ、電流の連続
性から空間的に−様な放電プラズマが得られる。The strong electromagnetic field of these concentrated microwaves creates a discharge space (
The laser gas sealed in 67) undergoes discharge destruction, generates plasma, and excites the laser medium. Here, the laser oscillation conditions are obtained by flowing cooling water into the cooling channel (68) to cool the discharge plasma and appropriately selecting the discharge conditions such as the pressure of the laser gas, and the partial reflection mirror (
5) and a total reflection mirror (7), a laser resonator can be obtained. At this time, in the gas laser device, there is a conductive wall (B5) that constitutes a part of the microwave circuit, and a dielectric material (65) that is provided opposite to this conductive wall (65) and serves as a microwave incidence window.
In order to cause microwave discharge to occur in the discharge space (67) formed between A phenomenon in which the mode becomes dominant does not occur, and discharge can be performed in the desired microwave mode. Also, as in the ridge cavity shown in Fig. 4, the microwave circuit is connected to the dielectric (8B).
When forming a microwave mode with an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric material (6B) and the conductive wall (6B),
5) are placed facing each other, the conductor wall (65) also has a vertical electric field component, creating an electric field that penetrates the plasma. At this time, even if conductive plasma is generated, there is a conductive wall (65) that is several orders of magnitude higher in conductivity than the plasma, which faces the dielectric (6B) that is the microwave incidence window, so that the incident microwave The terminal current of this conductor wall (6
5), the electric field near the conductor wall (65) is forced to be perpendicular to the surface of the conductor wall (65), and the electric field penetrating the plasma is maintained. Therefore, the microwave penetrates into the plasma, a current flows through the plasma, and a spatially-like discharge plasma is obtained from the continuity of the current.
［発明が解決しようとする課題］
上記のような従来の気体レーザ装置では、レーザヘッド
部（６）の一部を構成する導電体壁（６５）と、この導
電体壁（６５）に対向して設けられた誘電体（Ｂ６）と
の間に形成される放電空間（６７）にマイクロ波放電に
よるプラズマを発生するレーザ気体を封入すると共にマ
イクロ波回路（６）を誘電体（６６）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
するようにして空間的に−様なマイクロ波放電プラズマ
を発生できるようにしているが、放電空間（６７）を気
密を保って仕切り、放電空間（６７）を誘電体（６６）
を通して冷却する必要から誘電体（６６）が金属で形成
さ°れるリッジ（６２）との金属接合性が良好で、熱伝
導度の良いアルミナ、窒化アルミ等の比較的誘電率の大
きな材料で形成されているため、誘電率が大きいことに
よるマイクロ波の波長短縮効果が大きくなり、放電空間
（６７）における軸方向の放電の節Ｓの長さが短かく、
多くの放電の節Ｓができ、マイクロ波をプラズマに均一
に結合するのが難しく、放電空間においてプラズマが均
一に発生しないという問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional gas laser device as described above, a conductor wall (65) forming a part of the laser head section (6) and a conductor wall (65) facing the conductor wall (65). A laser gas that generates plasma by microwave discharge is sealed in a discharge space (67) formed between the dielectric body (B6) and the microwave circuit (6) between the dielectric body (66) and the plasma. By forming a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the , the discharge space (67) is connected to the dielectric (66)
The dielectric (66) is made of metal due to the need for cooling through the ridge (62).The dielectric (66) is made of a material with a relatively high dielectric constant such as alumina or aluminum nitride, which has good metal bonding with the ridge (62) and has good thermal conductivity. Therefore, the wavelength shortening effect of the microwave due to the large dielectric constant becomes large, and the length of the node S of the discharge in the axial direction in the discharge space (67) is short.
There are many discharge nodes S, which makes it difficult to uniformly couple the microwaves to the plasma, and the plasma is not uniformly generated in the discharge space.
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、放電空間に発生するマイクロ波放電プラズマ
を軸方向において均一に安定したものとし、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。This invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and it makes the microwave discharge plasma generated in the discharge space uniform and stable in the axial direction, and enables high efficiency and high output laser operation. The purpose is to obtain a gas laser device that
［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
うマイクロ波回路の誘電体は放電空間側に位置する金属
接合性が良好な第１セラミックス系材料層と放電空間の
反対側に位置する誘電率が低い第２セラミックス系材料
層とから形成されるようにしたものである。[Means for Solving the Problem] In the gas laser device according to the present invention, the dielectric of the microwave circuit that generates plasma in the laser gas by microwave discharge to excite the laser is a metal junction located on the discharge space side. The first ceramic material layer has good properties and the second ceramic material layer has a low dielectric constant and is located on the opposite side of the discharge space.
［作 用］
この発明においては、マイクロ波回路の誘電体は放電空
間側に位置する金属接合性が良好な第１セラミックス系
材料層と放電空間の反対側に位置する誘電率が低い第２
セラミックス材料層から形成されているから、誘電体全
体の平均的な誘電率が小さくなり、マイクロ波の波長短
縮効果を小さくでき、放電空間における軸方向の放電の
節の長さが長くなってマイクロ波をプラズマに均一に結
合するのが容易になると共に放電体積も大きくなって、
放電空間においてプラズマが均一に発生する。[Function] In the present invention, the dielectric of the microwave circuit includes a first ceramic material layer with good metal bonding properties located on the discharge space side and a second ceramic material layer with a low dielectric constant located on the opposite side of the discharge space.
Since it is formed from a ceramic material layer, the average permittivity of the entire dielectric is small, which reduces the wavelength shortening effect of microwaves, and the length of the axial discharge nodes in the discharge space becomes longer, resulting in micro-wavelength reduction. It becomes easier to couple the waves uniformly into the plasma, and the discharge volume also becomes larger.
Plasma is generated uniformly in the discharge space.
［実施例コ
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はマ
イクロ波回路の断面図である。図において、従来例と同
一の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略
する。（８８１）はマイクロ波の入射窓となる誘電体（
６Ｂ）の一部を構成するアルミナからなる厚さが薄い第
１セラミックス系材料層で、放電空間（Ｂ７）側に位置
しており、金属のりッジ（Ｂ２）と例えば接着剤で接合
されている。（６Ｂ２）は誘電体（６６）の一部を構成
するボロンナイトライドからなる厚さが厚い第２セラミ
ックス系材料層で、放電空間（Ｂ７）の反対側に位置し
ている。Embodiment FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a microwave circuit. In the figure, components that are the same as those of the conventional example are given the same reference numerals, and explanations of duplicated components will be omitted. (881) is a dielectric material (
6B) is a thin first ceramic material layer made of alumina and is located on the discharge space (B7) side, and is bonded to the metal ridge (B2) with, for example, an adhesive. There is. (6B2) is a thick second ceramic material layer made of boron nitride that constitutes a part of the dielectric (66), and is located on the opposite side of the discharge space (B7).
上記のように構成された気体レーザ装置においては、マ
イクロ波回路であるレーザヘッド部（８）の誘電体（６
Ｂ）は放電空間（Ｂ７）側に位置するアルミナからなる
第１セラミックス系材料層（６６１）と放電空間（６７
）の反対側に位置するボロンナイトライドからなる第２
セラミックス系材料層（８Ｂ２）とから形成されており
、第１セラミックス系材料層（６６１）のアルミナは金
属接合性が良好で比誘電率が約１０で、第２セラミック
ス材料層（Ｂ２）のボロンナイトライドは金属接合性は
劣るが、比誘電率が約３．５であるから、誘電体（６Ｂ
）全体の平均的な誘電率はアルミナ単体の誘電体（８）
のものより小さくなり、マイクロ波の波長短縮効果を小
さくする。従って、第２図に示すように、放電空間（６
７）における軸方向の放電の節Ｓの長さが長くなり、マ
イクロ波をプラズマに均一に接合するのが容易になると
共に放電体積も大きくなって放電空間（６７）において
、安定且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る。In the gas laser device configured as described above, the dielectric (6) of the laser head (8) which is a microwave circuit is
B) shows the first ceramic material layer (661) made of alumina located on the discharge space (B7) side and the discharge space (67).
), which consists of boron nitride, located on the opposite side of the
The alumina of the first ceramic material layer (661) has good metal bonding properties and has a dielectric constant of about 10, and the boron of the second ceramic material layer (B2) Although nitride has poor metal bonding properties, it has a dielectric constant of about 3.5, so it is suitable for dielectrics (6B
) The overall average permittivity is that of a single alumina dielectric (8)
This reduces the wavelength shortening effect of microwaves. Therefore, as shown in Fig. 2, the discharge space (6
The length of the axial discharge node S in 7) becomes longer, making it easier to uniformly connect the microwave to the plasma, and the discharge volume also becomes larger, resulting in stable and uniform plasma in the discharge space (67). is generated and laser output can be obtained with high efficiency and large output.
また、アルミナの第１セラミックス系材料層（８６１）
の厚さを薄く、ボロンナイトライドの第２セラミックス
系材料層（８Ｂ２）の厚さを厚くしているのは、これら
二つのセラミックス系材料層（６８１） 、 （［１８
２）からなる誘電体（６Ｂ）全体の平均的な誘電率をで
きるだけ小さな値とするようにしたためである。更に、
第１セラミックス系材料層（６６１）を放電空間（６７
）側に位置させ、第２セラミックス系材料層（６Ｂ２）
を放電空間（６７）の反対側に位置させているのは、第
１セラミックス系材料層（６８１）のアルミナは金属接
合性が良好で、第２セラミックス系材料層（Ｂ６１）の
ボロンナイトライドは金属接合性が劣るため、放電空間
（Ｂ７）の気密を保つために、放電空間（６７）の−面
となる部分は金属のりッジ（８２）と気密接合ができる
金属接合性が良好なもの、即ちアルミナの第１セラミッ
クス系材料層（６６１）が必要とされるからである。In addition, the first ceramic material layer (861) of alumina
These two ceramic material layers (681) and ([18
This is because the average dielectric constant of the entire dielectric material (6B) made of 2) is made as small as possible. Furthermore,
The first ceramic material layer (661) is connected to the discharge space (67
) side, and the second ceramic material layer (6B2)
is located on the opposite side of the discharge space (67) because the alumina in the first ceramic material layer (681) has good metal bonding properties, and the boron nitride in the second ceramic material layer (B61) is located on the opposite side of the discharge space (67). Since the metal bonding properties are poor, in order to keep the discharge space (B7) airtight, the negative side of the discharge space (67) should have good metal bonding properties to form an airtight bond with the metal ridge (82). That is, the first ceramic material layer (661) of alumina is required.
なお、この実施例で、第１セラミックス系材料層（８６
１）はアルミナとしているが、窒化アルミナ等金属接合
性が良好なものであればよい。アルミナや窒化アルミは
接着剤で金属と接合できるだけでなく、金属と接触する
部分の表面をメタライズし、金属とハンダ付けあるいは
ロウ付は等のメタル接合を行なうこともできる。また第
２セラミックス材料層（６８２）はボロンナイトライド
としているが、ボロンナイトライド複合材料等誘電率が
小さいものであればよい。Note that in this example, the first ceramic material layer (86
Although alumina is used in 1), any material with good metal bonding properties, such as alumina nitride, may be used. Alumina and aluminum nitride can not only be bonded to metals using adhesives, but also can be metalized by metallizing the surface of the parts that come into contact with metals, and can be used for metal bonding such as soldering or brazing. Further, although the second ceramic material layer (682) is made of boron nitride, it may be made of a material having a small dielectric constant such as a boron nitride composite material.
更に、この実施例では、導波管（２）及びホーン導波管
（３）とレーザヘッド部（８）とはレーザ光軸と直交す
る方向に配置されている気体レーザ装置について説明し
ているが、導波管とレーザヘッド部とがレーザ光軸に沿
う方向に並列配置された気体レーザ装置について適用で
きることはいうまでもない。Furthermore, this embodiment describes a gas laser device in which the waveguide (2), the horn waveguide (3), and the laser head section (8) are arranged in a direction perpendicular to the laser optical axis. However, it goes without saying that the present invention can be applied to a gas laser device in which a waveguide and a laser head are arranged in parallel in the direction along the laser optical axis.
［発明の効果Ｊ
この発明は以上説明したとおり、マイクロ波回路の誘電
体は放電空間側に位置する金属接合性が良好な第１セラ
ミックス系材料層と放電空間の反対側に位置する誘電率
が低い第２セラミックス系材料層とから形成され、誘電
体全体の平均的な誘電率を小さくしてマイクロ波の波長
短縮効果を小さくするようにしているので、放電空間に
おける軸方向の放電の節の長さが長くなってマイクロ波
をプラズマに均一に接合するのが容易になると共に放電
体積も大きくなり、放電空間において長手方向にプラズ
マが安定かつ均一に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。[Effect of the Invention J] As explained above, the dielectric of the microwave circuit includes a first ceramic material layer with good metal bonding properties located on the discharge space side and a dielectric constant layer located on the opposite side of the discharge space. The second ceramic material layer has a low average permittivity of the entire dielectric material, thereby reducing the wavelength shortening effect of the microwave. The longer length makes it easier to uniformly connect microwaves to plasma, and the discharge volume also becomes larger. Plasma is generated stably and uniformly in the longitudinal direction in the discharge space, resulting in high efficiency and high laser output. It has the effect that it can be obtained by
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はマ
イクロ波回路の断面図、第３図は従来の気体レーザ装置
を示す斜視図、第４図は気体レーザ装置の断面図、第５
図は第３図のＶ−Ｖ線断面図である。
図において、（６）はレーザヘッド部（マイクロ波回路
） 、（６Ｂ）は誘電体、（８８１）は第１セラミック
ス系材料層、（８８２）は第２セラミックス系材料層で
ある。
なお、図中、同一符号は同一 または相当部分を示す。[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view of a microwave circuit, Fig. 3 is a perspective view showing a conventional gas laser device, and Fig. 4 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. is a cross-sectional view of the gas laser device, the fifth
The figure is a sectional view taken along the line V-V in FIG. 3. In the figure, (6) is a laser head (microwave circuit), (6B) is a dielectric, (881) is a first ceramic material layer, and (882) is a second ceramic material layer. In addition, the same symbols in the figures indicate the same or equivalent parts.
Claims (1)
を伝送するマイクロ波伝送路と、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中に設けられ、マイクロ波
の入射窓となる誘電体を一面とす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、 前記マイクロ波回路の誘電体は放電空間側に位置する金
属接合性が良好な第１セラミックス系材料層と放電空間
の反対側に位置する誘電率が低い第２セラミックス系材
料層とから形成されていることを特徴とする気体レーザ
装置。[Claims] A microwave oscillator that oscillates microwaves, a microwave transmission line that transmits the microwaves, and a discharge of the microwaves transmitted by the microwave transmission line to generate plasma in the laser gas and generate a laser beam. a microwave circuit for excitation, the laser gas is enclosed in a discharge space provided in the microwave circuit and having a dielectric as one surface serving as a microwave incidence window, and the laser gas is encapsulated in the dielectric by the microwave circuit. In a microwave excitation type gas laser device configured to form a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the laser gas and the plasma generated in the laser gas, the dielectric of the microwave circuit is located on the discharge space side. A gas laser device comprising a first ceramic material layer having good metal bonding properties and a second ceramic material layer having a low dielectric constant located on the opposite side of the discharge space.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13621589A JPH07105540B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Gas laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13621589A JPH07105540B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Gas laser device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH033381A true JPH033381A (en) | 1991-01-09 |
| JPH07105540B2 JPH07105540B2 (en) | 1995-11-13 |
Family
ID=15169995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13621589A Expired - Lifetime JPH07105540B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Gas laser device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105540B2 (en) |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP13621589A patent/JPH07105540B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07105540B2 (en) | 1995-11-13 |
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