JPH04229676A - 位相結合された導波体レーザ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザに関し、特に改良
された位相結合された導波体レーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】宇宙防衛イニシアティブ（ＳＤＩ）の出
現以来、実用的な高出力で長距離の炭酸ガスレーザレー
ダ源の必要性が増大してきている。従来の技術はそのよ
うなレーザレーダ源の必要性に応じようとして線形位相
結合された導波体形態を使用していた。線形位相結合さ
れた導波体レーザは多くの研究者によって安定な出力を
コヒーレントに結合された３つのレーザ導波体ボアによ
り供給することが証明されている。光の漏洩路が隣接し
た密接した間隔の導波体ボアの間に設けられる時、前記
レーザ出力はあたかも１装置が働いているかのように振
る舞う。この特質が結合された導波体レーザがコンパク
トなパッケージで高出力レーザレーダ源となることを可
能にする。

【０００３】ユナイテッドテクノロジーリサーチセンタ
ー（ＵＴＲＣ）の調査では５つのボアを持つ導波体レー
ザに帰着した。それは線形の導波体レーザに３つの中央
ボアおよび２つの外側ボアを設けたものである。不幸に
もこの５つのボアの導波体レーザは位相ロックできない
。ＵＴＲＣの研究者はこの失敗を冷却壁に隣接した２つ
の外側のボアが３つの中央のボアに比べて異なる利得分
布によるものとした。同時にコンパクトな寸法を維持し
高出力の線形位相結合された導波体配列を構成するのは
困難であるという結論に達した。これは線形位相結合さ
れた導波体を５つの導波体ボアにしてそれらを一緒に位
相ロックできなかったためである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、コンパクトで高出力で長距離のレーザレーダ源と
して使用するのに適した改良された位相結合された導波
体炭酸ガスレーザを供給することである。本発明のもう
１つの目的は対称な配置の位相結合された導波体レーザ
を得ることである。本発明のさらに別の目的は全てのボ
アに対する物理的な状態を確実に同じにする位相結合さ
れた導波体レーザを提供することである。本発明のもう
１つの目的は容易に拡大できるように設計された位相結
合された導波体レーザを提供することである。本発明の
さらに別の目的は位相結合された導波体炭酸ガスレーザ
をコンパクトなものに改良することである

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的や
特徴に従って、複数の細長い環状に配置されたレーザボ
アを持つ位相結合された改良された導波体炭酸ガスレー
ザが提供される。レーザボアはセラミックのような誘電
体材料でできている細長いシリンダの機械加工された縦
の放射状の溝によって形成されている。２番目のシリン
ダは複数のボアの外壁を形成するために溝のついたシリ
ンダの上に嵌められている。隣接したボア間の壁の一部
分は光の漏洩路を形成するために互い違いのパタンの中
で切り取られまたは扇形にされる。二酸化炭素のような
レーザガスは複数の細長いレーザボアの中に配置される
。反射鏡を含んだ光学的な組立体がレーザの各端部に設
けられており、それらの反射鏡はレーザガスの放電から
の光のエネルギを細長いレーザボアに反射し、光のエネ
ルギは縦方向の細長いレーザボアの長さ通る。横断方向
にレーザガスを励起するためにレーザの壁に電極が形成
される。エネルギー発生器は電極間で周波数３０−２０
０ＭＨｚの交番極性の電圧を発生し、レーザガスの中で
レーザガス放電を確立する。

【０００６】電極は誘電体で分離された２つの同軸の銅
箔を含む。これは細長いレーザボアに横断方向の電界を
形成する。ＲＦ電力がパイレックスコロナ放電シールド
を有するＲＦ貫通体を通して外側の銅電極へ形成され、
レーザ導波体ボアを通して放電される。内部のシリンダ
ーは水で冷却するのに使用され、ＲＦ放電のための接地
電極として使用される。この環状の配置は対称的な組立
体を形成し、その中で全ての環状のレーザボアは実質上
同じ熱的環境に置かれる。

【０００７】なぜならこの環状の設計によりコンパクト
で、効果的に冷却し、全ての導波体ボアの物理的状態に
調和するようになり、高パワーに拡大するのが容易にな
り、それによってコンパクトで高パワーで長距離の炭酸
ガスレーザレーダ源が形成できる。

【０００８】

【実施例】図１を参照すると、本発明の原理にしたがっ
て構成された環状の位相結合された導波体レーザ１０の
横断面図が示されている。図１に示されたレーザ１０は
外側の容器（図示せず）の内側に配置されており、０．
１−０．２気圧で動作される。環状の位相結合された導
波体レーザ１０は細長い中心線のまわりに同心的に構成
されている。最も内部の部分は内部冷却管１２で、たと
えば細長い中空のステンレス製管で外径０．３４０イン
チで壁の厚さ０．００５インチで、たとえば水のような
冷却体の出口管として動作する。この実施例の内部冷却
管１２は長さはほぼ３０ｃｍあり直径は約０．９ｃｍで
ある。内部冷却管１２の入口端は図１の左側にあり、出
口は右側にある。内部冷却管１２は出口端から片持はり
で支持され、１つ以上のスパイダ（図示せず）がその長
手方向に同軸的に間隔を隔てて同心を保持している。

【０００９】外部冷却管１４は内部冷却管１２の外側に
同心的に配置される。この実施例の外部冷却管１４は直
径約０．５００インチで例えば銅のような導電性の材料
からなる。外部冷却管１４は内部冷却管１２の入口端を
越えて伸びている。外部冷却管１４は環状の位相結合さ
れた導波体レーザ１０の内側接地電極として働き、また
それを冷却するために設けられる。例えば水のような冷
却体は環状の位相結合された導波体レーザ１０に図１の
右端にある部品１６によって入る。冷却体は２つの同心
の管１２と１４の間の空間を左へ流れ、その左端で冷却
体は中心軸へ流れ、内部冷却管１２の端にある入口には
いる。冷却体は内部冷却管１２の中を左から右へ流れ、
他の備品（図示せず）を通って環状の位相結合された導
波体レーザ１０を出る。

【００１０】セラミックや酸化アルミニウムのような絶
縁体または誘電体材料でできた溝の設けられた管１８が
外側冷却管１４の回りに配列されている。溝の付けられ
た管１８は２４の加工された縦溝が周囲に設けられてい
る。各溝は薄い壁または金属板で分離されている。溝の
設けられた管１８は０．０００５インチ程度のスリップ
フィットでデポラライザ（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ）管
２０の内側に嵌められている。溝の設けられた管１８の
溝は内側のデポラライザ管２０の円筒の壁または表面で
境界づけられており、２４の環状の導波体レーザボア２
２を定めている。 このように外側の円筒またはデポラライザ管２０は溝の
設けられた管１８とレーザボア２２の覆いとして働く。 デポラライザ管２０も例えば酸化アルミニウムの様なセ
ラミック材料でできている。

【００１１】ボア２２は溝の設けられた管１８に対称的
に環状の配置で配列されていてガトリックガン（機関砲
）のような形状である。図１には２４の縦の環状のボア
２２のうちの唯２つだけが示されており、１つは上部に
１つは下部にある。ボア２２の断面は円というよりＵ状
である。 つまりボア２２は壁に囲まれた穴ではない。ボア２２は
中心軸に一番近い部分で丸くされており、デポラライザ
管２０の内側の壁へ放射状に伸びている。溝の設けられ
た管１８は外側の冷却管１４に付いており、管１４と１
８の一番右端の２つの部分の接合点は水密シールがされ
ており、図１で矢印２３で示されている。溝の設けられ
た管１８は冷却管１４内に流れている冷却体で冷却され
る。位相結合された導波体レーザ１０の環状の配列は対
称的な組み立てを形成し、その中で全ての導波体レーザ
ボア２２は実質上同じ熱環境にさらされる。

【００１２】光の漏洩路は隣接して間隔を保たせられた
導波体ボア２２の間に形成される。２４の縦の壁または
薄い金属板の各々の部分は調節によって互い違いのパタ
ンで壁の高さの半分再移動される。各々の壁の長さのお
よそ５０％は全高さのままであり、長さのおよそ５０％
は調節される。１つの壁は各中央部分で調節されるか扇
形にされ、それと隣接する２つの壁は端部の方向で調節
されるか扇形にされ中央部は全高さのままである。

【００１３】外側の電極２４は例えば銅のような金属の
導電性の円筒からなり、デポラライザ管２０の外周に配
置され、ほとんどその全長さ伸びている。ガラスの円筒
２６は外側電極２４の外周に配置されており、コロナ放
電のシールドとして働く。図１に示すように冷却体プラ
グまたはエンドキャップ２８は溝の設けられた管１８の
左端に配置される。エンドキャップ２８は真空および防
水シールプラグとして働き、溝の設けられたセラミック
管１８に接着している環状のリッジまたは肩を形成され
る。エンドキャップ２８は環状の溝を形成され、その底
部は丸くされていて冷却体を外側の冷却管１４から内側
の冷却管１２に偏向させる。すなわちエンドキャップ２
８の溝は、冷却体が流れの方向に１８０度反転するのを
助ける。

【００１４】例えばアルミニウムのような材料でできた
第一の傾斜金属板３０は溝の設けられた管１８の右の端
に配列され、全反射鏡３８の支持台として働く。第一の
傾斜金属板３０は形が環状で中央に開口がありそれを通
り外側冷却管１４が延在している。第一の傾斜金属板３
０は真空シールリング３２の容器としても働き、その真
空シールリング３２は超トル（Ｔｏｒｒ）型の真空シ−
ルで外側の冷却管１４のまわりに配置されている。シー
ルの止め金３４は傾斜金属板３０と冷却管１４に対しシ
ールリング３２を挟むように形成される。この目的のた
めにねじ３６が設けられに第１の傾斜金属板３０の開け
られた穴にねじで結合されている。第１の傾斜金属板３
０は環状の肩部を形成され、シールリング３２はそれに
対して圧縮される。シールリング３２はＯリングと似て
おり真空シ−ルを形成する。

【００１５】全反射鏡３８は環状形をしており、傾斜金
属板３０の凹部に鏡支持装置４０によりクランプされて
いる。 鏡３８は高導電性の無酸素銅等でつくられており、よく
研磨されている。鏡支持装置４０は環状で中央に開口を
持っており、それはレーザボア２２からのエネルギーが
鏡３８からボア２２へと全体的に反射されるように直径
が十分に大きく形成されている。鏡３８は第１の傾斜金
属板３０の孔にねじ４２によってとめられており、ねじ
４２は第１の傾斜金属板３０の穴にねじ込まれている。 鏡３８は改造されていて第１の傾斜金属板３０の動きに
よって傾斜するように構成されており、レーザボア２２
に対し完全な内部反射を行うようにしている。

【００１６】溝の設けられた管１８の反対側の端には第
２の傾斜板４４が形成されている。第２の傾斜金属板４
４は部分的に透明な鏡４６により形成されており平円盤
状である。この鏡４６はセレン化亜鉛のようなものでで
きており、反射率は７０〜９０％である。それは環状の
位相結合された導波体レーザ１０の出力光学窓として動
作する。 部分的に透明な鏡４６は鏡支持装置４８で支えられ、ね
じ５０は第２の傾斜金属板４４にねじ込まれている。部
分的に透明な鏡４６も第２の傾斜金属板４４を動かすこ
とによって傾斜させることができる。部分的に反射する
鏡４６はレーザボア２２からのエネルギ−の９０％まで
をボア２２に反射するような位置におかれている。

【００１７】気体シール５２は溝の設けられた管１８の
左端を囲んでおり、シールリング５４を設けられていて
シールリング５４は環状の止め金５６で挟まれている。 シールリング５４は超トル型またはＯリングのような水
密または真空シールでもある。環状の位相結合された導
波体レーザ１０は入力ポート５８を設けられ、レーザ混
合ガスをレーザボア２２に供給する。出力ポート６０も
レーザガスを流すために設けられる。レーザガスの混合
物は二酸化炭素、窒素、キセノン、ヘリウムからなる。

【００１８】接地クランプ６２は外側冷却管１４の外周
に固定されている。接地クランプ６２と外側の冷却管１
４は環状の位相結合された導波体レーザ１０の内側の電
極として動作する。外側の電極２４ははんだづけされた
多数の電極ピン６４を設けられている。電極ピン６４の
いくつかはＲＦエネルギを環状の位相結合された導波体
レーザ１０に結合させるために使用される。残りの電極
ピン６４は同調または整合コイル（図１に示さず）を環
状の位相結合された導波体レーザ１０に結合させるため
に使用され、ＲＦ電圧がレーザ１０に供給された時電圧
がその長さにそって降下する傾向にある。同調または整
合コイルは複数の電極ピン６４、たとえば４、５本の電
極ピン６４にレーザ１０の長さにそって最大限の水準の
電圧を再生するために接続されている。給電線貫通部６
６は細長い雌型伸長機６８によって形成され、それは電
極ピン６４のうちの１本の外側の端に結合されている。

【００１９】図２は図１の線２−２に沿った断面図であ
る。図２においてはレーザボア２２は溝の設けられた管
１８のまわりを環状に加工されている。溝の設けられた
管１８は外側冷却管１４に密着しており、溝の設けられ
た管１８の環状のレーザボア全てに対し温度を一定に保
つ。外側冷却管１４の内側に同心的に内側冷却管１２が
位置されており、冷却体をレーザ１０から出口へ導く。 図２にはっきりと示されるようにデポラライザ管２０は
溝の設けられた管１８の覆いとして使用されておりレー
ザボア２２を塞ぎ外側の壁を形成している。

【００２０】外側冷却管１４は内側の電気的な電極を形
成し、一方外側電極２４はデポラライザ管２０の周囲に
設けられている。外側電極２４に結合している電極ピン
６４の１つが図２に示されている。雌型伸長機６８は電
極ピン６４に結合されている。ガラスの円筒２６はコロ
ナ放電のシールドとして動作し外側の電極２４のまわり
に付いている。ガラスの円筒２７は雌型伸長機６８のコ
ロナ放電のシールドとして動作する。

【００２１】図３においては、距離をおいて近接したレ
ーザボア２２間に光の漏洩路を確立する結合配置の概略
が示されている。図３はレーザボア２２間の隣接した壁
を調節する互い違いのパタンを示している。図３は第２
の壁７２に重ねられた第１の壁７０を示している。第１
の壁７０の半分の高さが中央部７４において切取られま
たは除去されている。第１の壁７０の長さのおよそ５０
％が元の高さのまま残り、長さのおよそ５０％が切り取
られる。第２の壁７２は２つの区域７６、７８で端部の
近くで切取られまたは扇形にされ、中央は最大の高さの
ままである。第２の壁７２の約半分の高さは２つの区域
７６、７８で切取られる。この結果第２の壁７２の約半
分の長さは最大の高さのままであり、約半分の長さは切
取られる。したがって図に示されるように隣接した壁７
０、７２は互い違いのパタンで切取られ隣接したレーザ
ボア２２間の光の結合を形成する。

【００２２】動作において環状の位相結合された導波体
レーザ１０はレーザ混合ガスで満たされており、全反射
鏡３８と部分的に透明な鏡４６は調節される。冷却体は
外側冷却管１４にポンプで供給されて、内側冷却管１２
を経て排出され、ＲＦエネルギは外側の電極２４へ供給
される。ＲＦエネルギは導波体ボア２２を経て外側冷却
管１４の接地電極と放電する。これはレーザ１０のエネ
ルギーポンプとして動作する。混合ガスはレーザ動作を
してレーザ光線は部分的に透明な鏡４６から放射される
。設けられている結合部分のために２４個のレーザボア
２２全てが一緒に位相がロックされる。

【００２３】以上コンパクトで高出力で長い距離範囲の
レーザレーダ源に適した新規な改良された位相結合され
た導波体炭酸ガスレーザについて述べてきた。この新規
な位相結合された導波体レーザは対称的な配置をしてお
り全てのボアに対し同じ物理的な状態を保証する。この
新規な位相結合された導波体レーザは、容易に計測され
コンパクトな設計でもある。

【００２４】上記実施例は単に本発明の原理を適用した
多くの特別な実施例のうちのいくつかの実例にすぎない
。明らかに本発明の技術的範囲を逸脱することなく本発
明の技術により多数の他の配置が考えられる。たとえば
レーザボアの数や直径を異ならせたり、配置を分割した
り、光の漏洩路の配置を一部変更して適用することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位相結合された導波体レーザの横断面
図。

【図２】図１の線２−２　での断面図。

【図３】隣接したレーザボアの間に光の漏洩路を確立す
る結合配置の概略図。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の同軸的に配置された円筒状電極
   と、電極間に配置されたボアを有し、複数の対称的に配
   置された細長い空洞をその外周に有している誘電体材料
   からなる環状体と、複数の空洞中のレーザガス媒体と、
   空洞の反対側の端部を閉じている反射鏡および部分的に
   透明な反射鏡と、電極に結合された無線周波数のレーザ
   エネルギを供給する手段と、環状物体の内部のボアに結
   合された空洞を冷却する冷却手段とを具備することを特
   徴とする位相結合された導波体レーザ。
2. 【請求項２】　　前記環状体は内側シェルと外側シェル
   を持ち、多数の溝が１つのシェルの表面に形成されてい
   て、前記溝は隣接する他のシェルの表面によって閉じら
   れている請求項１記載のレーザ。
3. 【請求項３】　　さらに外側の電極の１つを囲んでい誘
   電体ハウジングと、各々が外側の電極の１つの外の表面
   に適合する表面を持ちそれに接触している複数の接続ピ
   ンを含んでいる接続手段と、誘電体ハウジングを通って
   外面に伸びているピンとを具備している請求項１記載の
   レーザ。
4. 【請求項４】　　前記冷却手段は前記電極の内側の１つ
   のボアを含み、さらに内側電極内に同軸に配置され、そ
   れから間隔を隔てている円筒状導管を備え、前記内側の
   電極と導管が同軸的に配置されて環状円筒の流体通路を
   限定しており、その反対の端部は前記出力と冷却流体源
   への帰路に接続されている請求項１記載のレーザ。
5. 【請求項５】　　さらに複数の流体導管が環状円筒流体
   通路にそれぞれ連結され連通している請求項４記載のレ
   ーザ。
6. 【請求項６】　　冷却流体が環状円筒流体通路を通って
   それぞれ反対の方向に流れる請求項５記載のレーザ。
7. 【請求項７】　　複数の接続ピンが、電極の長手方向に
   沿って間隔をおいて直径的に反対に置かれた１対のうち
   の外側の電極に接続され同一平面上に実質上位置してい
   る請求項６記載のレーザ。
8. 【請求項８】　　誘電体材料はセラミックを含む請求項
   ４記載のレーザ。
9. 【請求項９】　　対称的アレイの中に２４の空洞が形成
   されている請求項１記載のレーザ。
10. 【請求項１０】　　さらに空洞の開いた端部と連通して
    いるレーザガス媒体光子空洞を備え、光結合空洞の１つ
    が開口窓を有する１つの側壁をもち、光結合空洞の他方
    の側壁が互い違いのパタンで閉じられた壁を有する請求
    項９記載のレーザ。