JPH0376179A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明はマイクロ波放電を利用してレーザ励起を行な
う気体レーザ装置に関し、特に放電空間の真空封止の改
良に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は特開昭６４−８９０７８号公報に示された従来
の気体レーザ装置を示す概略斜視構成図であり、（１）
はマイクロ波発振器であるマグネトロン、（２）は導波
管、（３）は導波管（２）の幅を拡げるホーン導波管、
〈４）はマイクロ波結合窓、（５）はレーザ発振用のミ
ラー　（８）はレーザヘッド部であって、第７図がレー
ザヘッド部（６）の詳細を示す第６図Ａ−Ａ線での断面
図である。第７図に示されるようにレーザヘッド部（６
）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７図において、（８１）は
マイクロ波結合窓（４）に続く空胴壁、（６２）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、（Ｂ４）はこの一方のりッジ（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、この例では溝（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（６Ｂ）が上記溝（Ｂ４）を覆うことによ
り上記誘電体壁（６５）と誘電体（８６）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）はりッジ（８２〉および（６３）に形成さ
れた冷却水路である。

以上のように構成された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）でインピーダンスマツチングをとることによ
り効率よくレーザヘッド部（６〉に結合される。レーザ
ヘッド部（６）は第７図に示されるようにリッジ空胴状
になっており、マイクロ波はリッジ（８２）　、　（６
３）の間に集中する。この集中したマイクロ波の強い電
界により放電空間（Ｂ７）に封入されたレーザ気体が放
電破壊してプラズマを発生し、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条件が得られ、第
６図中のミラー（５）および図示のないもう一枚のミラ
ーによりレーザ共振器を形成することでレーザ発振光を
得ることができる。この時、この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（６５）
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（６Ｂ）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、例えば雑誌（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｙｈｓｉｃｓＶｏｌ、４９．　Ｎ
ｏ、７．　Ｊｕｌｙ　１９７８．Ｐ３７５３）に記載さ
れた気体レーザ装置に表われるような、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、所望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７図に示されるリッジ
空調のようにマイクロ波回路が上記誘電体（Ｂ６）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（８６）と導電体壁（６５）
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（６５）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。このように空間的に均
一な放電が得られ、放電全体をレーザ励起に適当な条件
にすることが可能になり、レーザ共振器モードとのオー
バラップも良好となり飛躍的に高効率、大出力のレーザ
発振が得られる。

また、誘電体（６θ）の導電体壁（６５〉が形成された
りッジ（６２）の上面との接触部分はメタライズド加工
されており、この部分とりッジ（６２〉の前記上面とが
ろう付けによって接合されている。（８２２）はろう付
は層を示している。このようにして、放電空間（６７）
内に封入されたレーザ気体は漏れなく完全に封止されて
いるため、レーザ発振は安定したものとなり、さらに、
マイクロ波回路の一部を構成するりッジ（Ｂ２）及び（
６３）に設けられた冷却水路（６８）に冷却水を流して
、放電空間（６７）内のレーザ気体と直接接触している
導電体壁（６５〉及び誘電体（Ｂ６）を冷却することに
よって、レーザ気体は効率よく冷却され、レーザ気体の
温度上昇にょるレーザ出力の飽和が防止されて、より高
効率で大出力の気体レーザ装置を得ることが可能となる
。

［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、誘電体をメタ
ライズド加工し、誘電体（６６〉とりッジ（６２）とを
ろう付けにより接合して放電空間に封入されたレーザ気
体の封止を行なっている。所で、レーザの効率を上げる
ため、マイクロ波回路の一部を構成するリッジ（６２）
　、　（８３）にはアルミや銅のような熱伝導が良い材
料を使う必要があり、これらの材料は熱膨脹率が大きく
、約２０Ｘ　１Ｏ−６で、誘電体（６Ｂ）に用いるアル
ミナ等セラミックが約７×１０−６で、熱膨脹率に差が
ありすぎるため、ろう付は時、特にろう付けの降温時に
接合部に大きな力がかかり完全に接合するのが難しく、
また接合できても放電空間の部分がわん曲したりはがれ
易かったりするという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、誘電体の熱膨張率に近いコバールのような金属を
使い、断面がＵ字状の金属枠を誘電体にろう付けして、
その内部にマイクロ波回路の一部を収納することにより
、接合が確実で接合部のはがれや放電空間の部分のわん
曲を防止した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な
うためのマイクロ波電界を発生するマイクロ波回路の一
部を構成する導電体壁と、この導電体壁に対向して設け
られた誘電体との間に形成される放電空間に、レーザ気
体を封入するとともに、マイクロ波回路によって誘電体
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
波モードが形成されものにおいて、熱膨脹率が誘電体の
熱膨脹率に近い金属からなるＵ字状金属枠を設け、この
金属枠内に導電体壁及びその周辺のマイクロ波回路を配
置し、Ｕ字状金属枠の開放側端部と誘電体とをメタルシ
ールしたものである。

［作　用］ この発明においては、熱膨脹率が誘電体の熱膨脹率に近
い金属からなるＵ字状金属枠を設け、Ｕ字状金属枠の開
放側端部と誘電体とをメタルシールしたから、温度変化
があっても接合部に大きな力がかからない。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図に示す一実施例の要部を示す拡大断面図、第３図は
同じく説明図、第４図はミラーの部分を説明する斜視図
、第５図はレーザヘッド部の縦断面図である。

第１図において、第６図及び第７図と同一符号の部分は
同一部分を示し、（６２１）は図示の如く断面がＵ字状
をした金属枠（以下、単にＵ字状金属枠と記す）で、金
属はその熱膨脹率が誘電体（６６）の熱膨脹率に近い値
のもの、例えばコバールの板を使い、折り曲げて形威し
である。Ｕ字状金属枠（６２１）の開放側端部（ｅ２３
）と誘電体（６Ｂ）とは第２図に示すように、ろう付け
により接合されている。

（８８１）は誘電体（６６）の表面を加工したメタライ
ズ層である。（８２２）はろう付は層を示している。接
合は半田付けでもよく、このようなろう材による接合を
、この明細書ではメタルシールと称することにする。

リッジ（６２）はＵ字状金属枠（８２１）の中に挿入さ
れており、誘電体（６Ｂ〉とリッジ（６２）との接触を
保つために、第３図に示す如く、ばね（８１）をＵ字状
金属枠（８２１）の底部（６２４）に設けてもよい。

これらの実施例では、放電空間（６７〉に封入されたレ
ーザ気体の封止は、誘電体（６６）とＵ字状金属枠（６
２１）とのメタルシールによる密閉構造によって、Ｕ字
状金属枠（８２１）の内部全体の真空を保持することに
よりなされている０また、Ｕ字状金属枠（６２１）の熱
膨脹率は誘電体（６Ｂ）の熱膨脹率に近い材質のものを
使っているから、温度変化があってもメタルシールの部
分に大きな力がかかることがない。

次に、放電空間（６７）の両端のミラーの部分の密閉構
造について述べる。

第４図及び第５図において、第１図〜第３図と同一符号
の部分は同一部分を示し、（５１）はミラーホルダで、
Ｕ字状金属枠（８２１）と同じ金属を用いるか、少なく
とも誘電体（６６）と接合される部分（５１１）は、Ｕ
字状金属枠（６２１）と同じ金属を用いて形成する。（
５２〉はＯリング、（５３）はミラー押へ、（６８１）
は冷却水口である。

ミラーホルダ（５１）は、図示のように、Ｕ字状金属枠
（８２１）と誘電体（６６）にろう付けされており、こ
のミラーホルダ（５１）にミラー（５）をミラー押え（
５３）で固定すると共にＯリング（５２）を設け、密閉
構造にしている０他のミラー（７）の方も同様に密閉構
造になっている。

冷却水口（８８１）もＵ字状金属枠（８２１）にろう付
けあるいは溶接されている。（８２５）はろう付けある
いは溶接層を示している。

なお、冷却水口（８８１）は、−例として以下のように
して取付けることができる。リッジ（６２）に冷却水口
（８８１）をあらかじめろう付は等で接合したものを作
っておき、その後（６２１）、（８Ｂ）、（５１１）等
を半田付けあるいはろう付けする。その時、同時に（８
２５）部もろう付けしてもよいし、後で溶接、接着等で
（１３２５）部分をうめてもよい。

また、冷却水路（６８）は、第５図に示すようにＵ字状
又は逆Ｕ字状をしており一度で仕上げることは難しいが
一例として、横方向の穴（第５図で見たとき横方向とな
る長い方の穴をリッジ（６３）の両端（８３１）迄貫通
させてあけ、次に横方向の穴迄達する縦方向の穴を二つ
をあけ、（８３１）の部分にあいた余分の穴は後で溶接
等でうめることによって仕上げることができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、熱膨張率が誘電体の熱
膨張率に近い金属からなるＵ字状金属枠を設け、この金
属枠内に導電体壁及びその周辺のマイクロ波回路を配置
し、Ｕ字状金属枠と誘電体とをろう付けにより接合して
いるから、ろう付は時、特に降温時にもろう付は部に大
きな力がかからず、確実にメタルシールできる。また、
使用時に温度変化があっても接合部分に大きな力がかか
らない。従って、接合部分がはがれたり、放電空間の部
分がわん曲したりするのを防止することができる効果が
ある。

【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図は第
１図に示す実施例の要部を示す拡大断面図、第３図は同
じく説明図、第４図はミラーの部分を説明する斜視図、
第５図はレーザヘッド部の縦断面図、第６図は従来の気
体レーザ装置を示す概略斜視構成図、第７図は第６図の
Ａ−Ａ線での断面図である。 図において、（８１）はマイクロ波空胴壁、（８２）。 （６３）はリッジ、（６５）はマイクロ波回路の一部を
構成する導電体壁、（６６）は誘電体、（６７）は放電
空間）（６２１）はＵ字状金属枠、（６２２）はろう付
は層である。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　マイクロ波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なうためのマイクロ波電界を発生す
   るマイクロ波回路を有し、このマイクロ波回路の一部を
   構成する導電体壁と、この導電体壁に対向して設けられ
   た誘電体との間に形成される放電空間に、レーザ気体を
   封入するとともに、前記マイクロ波回路によって前記誘
   電体とプラズマとの境界に垂直な電界成分を有するマイ
   クロ波モードが形成される気体レーザ装置において、熱
   膨脹率が前記誘電体の熱膨脹率に近い金属からなるＵ字
   状金属枠を設け、この金属枠内に前記導電体壁およびそ
   の周辺のマイクロ波回路を配置し、前記Ｕ字状金属枠の
   開放側端部と前記誘電体とをメタルシールしたことを特
   徴とする気体レーザ装置。