JPH04320077A - レーザーガスのマイクロ波放電励起方法 - Google Patents
レーザーガスのマイクロ波放電励起方法Info
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- JPH04320077A JPH04320077A JP8665891A JP8665891A JPH04320077A JP H04320077 A JPH04320077 A JP H04320077A JP 8665891 A JP8665891 A JP 8665891A JP 8665891 A JP8665891 A JP 8665891A JP H04320077 A JPH04320077 A JP H04320077A
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 16
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 11
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 5
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
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- Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波領域のレー
ザー発振器に適用されるレーザーガスのマイクロ波放電
励起方法に関するものである。
ザー発振器に適用されるレーザーガスのマイクロ波放電
励起方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のレーザー装置を図３および図４を
参照して説明する。
参照して説明する。
【０００３】放電管１は、マイクロ波発振器２から導波
管３を経て接続された円筒型空胴共振器４の中に挿入、
設置されており、その両端に全反射ミラー５と出力ミラ
ー６が設置されている。マイクロ波発振器２から出力さ
れたマイクロ波が導波管３の中を伝搬し、円筒型空胴共
振器４に伝送され、放電管１内のレーザーガスがマイク
ロ波の電界により放電励起される。これによってレーザ
ーガス媒質からの誘導放出光を得て、光共振器を構成す
る全反射ミラー５と出力ミラー６の間の往復反射によっ
て増幅し、出力ミラー６を透過したレーザー光７を取り
出す。
管３を経て接続された円筒型空胴共振器４の中に挿入、
設置されており、その両端に全反射ミラー５と出力ミラ
ー６が設置されている。マイクロ波発振器２から出力さ
れたマイクロ波が導波管３の中を伝搬し、円筒型空胴共
振器４に伝送され、放電管１内のレーザーガスがマイク
ロ波の電界により放電励起される。これによってレーザ
ーガス媒質からの誘導放出光を得て、光共振器を構成す
る全反射ミラー５と出力ミラー６の間の往復反射によっ
て増幅し、出力ミラー６を透過したレーザー光７を取り
出す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ波によるレー
ザーガスの放電励起法は Ｈａｎｄｙ ａｎｄ Ｂｒａ
ｎｄｅｌｉｋ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．， ４９，３
７５３−３７５６ （１９７８）．によりすでに公知で
ある。しかし、マイクロ波を封入した空胴内を使った場
合レーザー媒質を放電励起することは可能であるが、通
常の空胴内で形成しうるマイクロ波の定在波としてはＴ
Ｍモード（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＭａｇｎｅｔｉｃ Ｍ
ｏｄｅ ） あるいはＴＥモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓ
ｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｏｄｅ）として知られている
ように多数が混在するため、放電に作用するマイクロ波
の電磁界が複雑多岐な波動となることによりマイクロ波
電界強度は放電管軸方向に一定とならない。したがって
、放電管全体のレーザーガス媒質を放電励起できないこ
とと、放電の電界が放電管内の局所空間に集中するため
、生成する放電プラズマの温度が上昇することにより、
レーザー発振に寄与するエネルギー準位の反転分布が成
立しにくくなるため、レーザー出力および発振効率が低
いなどの欠点があった。
ザーガスの放電励起法は Ｈａｎｄｙ ａｎｄ Ｂｒａ
ｎｄｅｌｉｋ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．， ４９，３
７５３−３７５６ （１９７８）．によりすでに公知で
ある。しかし、マイクロ波を封入した空胴内を使った場
合レーザー媒質を放電励起することは可能であるが、通
常の空胴内で形成しうるマイクロ波の定在波としてはＴ
Ｍモード（ＴｒａｎｓｖｅｒｓｅＭａｇｎｅｔｉｃ Ｍ
ｏｄｅ ） あるいはＴＥモード（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓ
ｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｏｄｅ）として知られている
ように多数が混在するため、放電に作用するマイクロ波
の電磁界が複雑多岐な波動となることによりマイクロ波
電界強度は放電管軸方向に一定とならない。したがって
、放電管全体のレーザーガス媒質を放電励起できないこ
とと、放電の電界が放電管内の局所空間に集中するため
、生成する放電プラズマの温度が上昇することにより、
レーザー発振に寄与するエネルギー準位の反転分布が成
立しにくくなるため、レーザー出力および発振効率が低
いなどの欠点があった。
【０００５】円筒型空胴共振器を用いる場合、放電管１
の軸方向とマイクロ波の電界方向を同一とするとき、マ
イクロ波の電磁界モードはＴＭモードとなるが、マイク
ロ波発振器２と円筒型空胴共振器４の内径寸法により多
様のモードが発生する。図５はその１例である。この電
界ベクトルから推測されるように、この装置において、
放電の分布はマイクロ波の高次モードによる不均一放電
の様相を示している。このため、放電管内の空間を全て
レーザーガス媒質の放電励起に利用できないという欠点
があった。
の軸方向とマイクロ波の電界方向を同一とするとき、マ
イクロ波の電磁界モードはＴＭモードとなるが、マイク
ロ波発振器２と円筒型空胴共振器４の内径寸法により多
様のモードが発生する。図５はその１例である。この電
界ベクトルから推測されるように、この装置において、
放電の分布はマイクロ波の高次モードによる不均一放電
の様相を示している。このため、放電管内の空間を全て
レーザーガス媒質の放電励起に利用できないという欠点
があった。
【０００６】マイクロ波の電磁界モードにおいて、円筒
型空胴共振器の内径をＴＭモードの遮断波長に合わせる
ことによって、放電管軸方向の電界分布が均一となるＴ
Ｍ０１０ モードを形成する方法があるが、レーザーガ
スの放電励起の場合については放電管の挿入及び放電プ
ラズマの発生により、誘電率が変化することからＴＭ０
１０ モードの共振周波数がマイクロ波発振器の発振周
波数からはずれるため、円筒型空胴共振器の内径をＴＭ
モードの遮断波長に合わせるだけでは均一な放電を得ら
れないという欠点があった。
型空胴共振器の内径をＴＭモードの遮断波長に合わせる
ことによって、放電管軸方向の電界分布が均一となるＴ
Ｍ０１０ モードを形成する方法があるが、レーザーガ
スの放電励起の場合については放電管の挿入及び放電プ
ラズマの発生により、誘電率が変化することからＴＭ０
１０ モードの共振周波数がマイクロ波発振器の発振周
波数からはずれるため、円筒型空胴共振器の内径をＴＭ
モードの遮断波長に合わせるだけでは均一な放電を得ら
れないという欠点があった。
【０００７】また、従来のレーザー発振装置は上記のよ
うに構成されているので、高出力のレーザー光を得るた
めにはレーザーガスの体積を増やす必要から必然的に長
い放電管を用いることになり、すなわち円筒型空胴共振
器長を長くとることを必要とする。この場合、ＴＭ０１
０ モードの共振周波数は変化しないが、円筒型空胴共
振器を長くするほど、短波長のマイクロ波の電磁界モー
ドが内部に共存可能となる。すなわち、高次のモードの
共振周波数が当該ＴＭ０１０ モードのそれに接近する
ため、電界分布が軸方向に不均一となり、それによって
発生する放電にむらが生じるという欠点があった。
うに構成されているので、高出力のレーザー光を得るた
めにはレーザーガスの体積を増やす必要から必然的に長
い放電管を用いることになり、すなわち円筒型空胴共振
器長を長くとることを必要とする。この場合、ＴＭ０１
０ モードの共振周波数は変化しないが、円筒型空胴共
振器を長くするほど、短波長のマイクロ波の電磁界モー
ドが内部に共存可能となる。すなわち、高次のモードの
共振周波数が当該ＴＭ０１０ モードのそれに接近する
ため、電界分布が軸方向に不均一となり、それによって
発生する放電にむらが生じるという欠点があった。
【０００８】さらに、放電が放電管軸方向に不均一な状
態でレーザー発振させた場合、同じ放電領域を直流放電
の放電励起で得たプラズマよりも温度が高くなり、レー
ザー出力及び発振効率は低くなるという欠点があった。
態でレーザー発振させた場合、同じ放電領域を直流放電
の放電励起で得たプラズマよりも温度が高くなり、レー
ザー出力及び発振効率は低くなるという欠点があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。
するため次の手段を講ずる。
【００１０】すなわち、レーザーガスのマイクロ波励起
方法として、 （１） マイクロ波発振器と、同マイクロ波発振器
から出力されたマイクロ波を導入する円筒型空胴共振器
と、同空胴共振器に設けられ、電界によって放電を発生
させる放電管と、全反射ミラーおよび出力ミラーを持つ
光共振器とを備えるレーザー発振器において、上記空胴
共振器内で軸方向に均一放電を発生させる電磁界のＴＭ
０１０ モードの共振周波数のみを上記マイクロ波発振
器の周波数に一致させ、単一の共振モードにより上記放
電管内のレーザーガス全体を放電させることを特徴とす
るレーザーガスのマイクロ波放電励起方法。
方法として、 （１） マイクロ波発振器と、同マイクロ波発振器
から出力されたマイクロ波を導入する円筒型空胴共振器
と、同空胴共振器に設けられ、電界によって放電を発生
させる放電管と、全反射ミラーおよび出力ミラーを持つ
光共振器とを備えるレーザー発振器において、上記空胴
共振器内で軸方向に均一放電を発生させる電磁界のＴＭ
０１０ モードの共振周波数のみを上記マイクロ波発振
器の周波数に一致させ、単一の共振モードにより上記放
電管内のレーザーガス全体を放電させることを特徴とす
るレーザーガスのマイクロ波放電励起方法。
【００１１】（２） 請求項１記載の円筒型空胴共
振器において、同空胴共振器の内径Ｄを放電管の挿入お
よび放電プラズマの発生による誘電率の変化に起因する
マイクロ波電磁界のＴＭ０１０ モードの周波数変化を
見積り、マイクロ波発振周波数ｆ０ に対する共振周波
数のずれΔｆを用いて、Ｄ＝ ５．２７４×１０２０／
（ｆ０（１＋Δｆ／ｆ０ ））とすることを特徴とする
レーザーガスのマイクロ波放電励起方法。
振器において、同空胴共振器の内径Ｄを放電管の挿入お
よび放電プラズマの発生による誘電率の変化に起因する
マイクロ波電磁界のＴＭ０１０ モードの周波数変化を
見積り、マイクロ波発振周波数ｆ０ に対する共振周波
数のずれΔｆを用いて、Ｄ＝ ５．２７４×１０２０／
（ｆ０（１＋Δｆ／ｆ０ ））とすることを特徴とする
レーザーガスのマイクロ波放電励起方法。
【００１２】（３） 請求項１記載の円筒型空胴共
振器において、同空胴共振器の長さを所定値に設定し、
マイクロ波電磁界のＴＭ０１０ モード以外のマイクロ
波電磁界モードの共振周波数をマイクロ波発振器の発振
周波数に対して、発振スペクトルの半値幅以上離すこと
を特徴とするレーザーガスのマイクロ波放電励起方法。
振器において、同空胴共振器の長さを所定値に設定し、
マイクロ波電磁界のＴＭ０１０ モード以外のマイクロ
波電磁界モードの共振周波数をマイクロ波発振器の発振
周波数に対して、発振スペクトルの半値幅以上離すこと
を特徴とするレーザーガスのマイクロ波放電励起方法。
【００１３】
【作用】上記手段により空胴共振器内に、レーザー発振
に適するＴＭ０１０モードだけが形成され、放電管内の
レーザーガス媒質が均一に放電励起され、レーザー出力
及び発振効率が向上する。
に適するＴＭ０１０モードだけが形成され、放電管内の
レーザーガス媒質が均一に放電励起され、レーザー出力
及び発振効率が向上する。
【００１４】
【実施例】本発明の一実施例を図１，図２，図３により
説明する。
説明する。
【００１５】なお、従来例で説明した部分は、同一の番
号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体に
説明する。
号をつけ説明を省略し、この発明に関する部分を主体に
説明する。
【００１６】図１にて、円筒型空胴共振器４内で形成さ
れる電磁界モードの共振周波数ｆと空胴共振器の内径Ｄ
および長さＬとの関係は図３で与えられるから、ＴＭ０
１０ モードのみが形成されるようにその共振周波数を
マイクロ波発振器２の周波数に一致させる。すると図２
に示すように軸方向に均一な電界を持つＴＭ０１０ モ
ードのみが形成されるので、放電管１内のガスが均一に
励起放電される。従って効率のよいレーザー発振がえら
れる。
れる電磁界モードの共振周波数ｆと空胴共振器の内径Ｄ
および長さＬとの関係は図３で与えられるから、ＴＭ０
１０ モードのみが形成されるようにその共振周波数を
マイクロ波発振器２の周波数に一致させる。すると図２
に示すように軸方向に均一な電界を持つＴＭ０１０ モ
ードのみが形成されるので、放電管１内のガスが均一に
励起放電される。従って効率のよいレーザー発振がえら
れる。
【００１７】放電管１を持つ空胴共振器４内でＴＭ０１
０ モードのみを形成するため、その内径Ｄを次のよう
に決める。
０ モードのみを形成するため、その内径Ｄを次のよう
に決める。
【００１８】すなわち、空胴共振器内への誘電体である
放電管（体積Ｖ）の挿入及び放電プラズマの発生による
内部の誘電率εのずれに起因する共振周波数のずれΔｆ
を次の式 （１） から求め、その内径Ｄを式 （２）
から求める。
放電管（体積Ｖ）の挿入及び放電プラズマの発生による
内部の誘電率εのずれに起因する共振周波数のずれΔｆ
を次の式 （１） から求め、その内径Ｄを式 （２）
から求める。
【００１９】
Δｆ／ｆ０ ＝３．７４×１０−４ε
Ｖ …………………………… （１）
Ｄ＝ ５．２７４×１０２０／（ｆ０（１＋Δ
ｆ／ｆ０ ） ） ………… （２） 本実施例では
マイクロ波発振器２の発振周波数に合せた２，４５０Ｍ
ＨＺ （半値幅２０ＭＨＺ ）のＴＭ０１０ モードを
形成させるため上式より、Ｄ＝８．６ｃｍとし、近接す
るＴＭ０１１ モードの共振周波数２，５７０ＭＨＺ
（半値幅２０ＭＨＺ ） と発振器の周波数が十分離れ
るようにＬ＝２０ｃｍとした。この場合のレーザー出力
および発振効率をＤ＝９．６ｃｍ（補正しない場合）の
場合とともに表１に示す。
Ｖ …………………………… （１）
Ｄ＝ ５．２７４×１０２０／（ｆ０（１＋Δ
ｆ／ｆ０ ） ） ………… （２） 本実施例では
マイクロ波発振器２の発振周波数に合せた２，４５０Ｍ
ＨＺ （半値幅２０ＭＨＺ ）のＴＭ０１０ モードを
形成させるため上式より、Ｄ＝８．６ｃｍとし、近接す
るＴＭ０１１ モードの共振周波数２，５７０ＭＨＺ
（半値幅２０ＭＨＺ ） と発振器の周波数が十分離れ
るようにＬ＝２０ｃｍとした。この場合のレーザー出力
および発振効率をＤ＝９．６ｃｍ（補正しない場合）の
場合とともに表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１より電界が一様となり発振効率が向上
していることが分る。一方、円筒型空胴共振器４の内径
を円筒導波管内のマイクロ波のＴＭモードの遮断周波数
から設定した場合、（Ｄ＝９．４ｃｍ）、円筒型空胴共
振器内への放電管及び放電プラズマ等の挿入による誘電
率の変動に起因する共振周波数のずれが発生し、マイク
ロ波の周波数とＴＭ０１０ モードの共振周波数が一致
しなくなり、マイクロ波の周波数に近い共振周波数を有
する電磁界モードで放電管内のレーザーガスの放電が誘
起される。この場合、電磁界はＴＭあるいはＴＥについ
ての高次モードであるため、放電の分布は不均一となり
、レーザーガス全体は放電励起されず、レーザー出力及
び発振効率は低い。
していることが分る。一方、円筒型空胴共振器４の内径
を円筒導波管内のマイクロ波のＴＭモードの遮断周波数
から設定した場合、（Ｄ＝９．４ｃｍ）、円筒型空胴共
振器内への放電管及び放電プラズマ等の挿入による誘電
率の変動に起因する共振周波数のずれが発生し、マイク
ロ波の周波数とＴＭ０１０ モードの共振周波数が一致
しなくなり、マイクロ波の周波数に近い共振周波数を有
する電磁界モードで放電管内のレーザーガスの放電が誘
起される。この場合、電磁界はＴＭあるいはＴＥについ
ての高次モードであるため、放電の分布は不均一となり
、レーザーガス全体は放電励起されず、レーザー出力及
び発振効率は低い。
【００２２】さらに、円筒型空胴共振器の内径のみを上
式から設定し、円筒長さをＬ＝５０ｃｍとした場合、Ｔ
Ｍ０１０ モードの共振周波数に近接する電磁界モード
による放電あるいはＴＭ０１０ モードとの混在した放
電となり、それぞれ、放電管内のレーザーガスが不均一
な放電となり、表１に示すように、レーザー出力及び発
振効率は低下する。
式から設定し、円筒長さをＬ＝５０ｃｍとした場合、Ｔ
Ｍ０１０ モードの共振周波数に近接する電磁界モード
による放電あるいはＴＭ０１０ モードとの混在した放
電となり、それぞれ、放電管内のレーザーガスが不均一
な放電となり、表１に示すように、レーザー出力及び発
振効率は低下する。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば
、放電管を持つレーザー装置において、その放電管軸方
向にレーザーガスの均一な放電を発生させることができ
、円筒型空胴共振器内に設置した放電管内のレーザーガ
スの放電励起を有効に行うことができる。
、放電管を持つレーザー装置において、その放電管軸方
向にレーザーガスの均一な放電を発生させることができ
、円筒型空胴共振器内に設置した放電管内のレーザーガ
スの放電励起を有効に行うことができる。
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】同実施例の作用説明図である。
【図３】同実施例の作用説明図である。
【図４】従来例の構成図である。
【図５】同従来例の作用説明図である。
１ 放電管
２ マイクロ波発振器
３ 導波管
４ 円筒型空胴共振器
５ 全反射ミラー
６ 出力ミラー
７ レーザー光
８ 電界ベクトル
Claims (3)
- 【請求項１】 マイクロ波発振器と、同マイクロ波発
振器から出力されたマイクロ波を導入する円筒型空胴共
振器と、同空胴共振器に設けられ、電界によって放電を
発生させる放電管と、全反射ミラーおよび出力ミラーを
持つ光共振器とを備えるレーザー発振器において、上記
空胴共振器内で軸方向に均一放電を発生させる電磁界の
ＴＭ０１０ モードの共振周波数のみを上記マイクロ波
発振器の周波数に一致させ、単一の共振モードにより上
記放電管内のレーザーガス全体を放電させることを特徴
とするレーザーガスのマイクロ波放電励起方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の円筒型空胴共振器にお
いて、同空胴共振器の内径Ｄを放電管の挿入および放電
プラズマの発生による誘電率の変化に起因するマイクロ
波電磁界のＴＭ０１０ モードの周波数変化を見積り、
マイクロ波発振周波数ｆ０ に対する共振周波数のずれ
Δｆを用いて、Ｄ＝ ５．２７４×１０２０／（ｆ０（
１＋Δｆ／ｆ０ ））とすることを特徴とするレーザー
ガスのマイクロ波放電励起方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の円筒型空胴共振器にお
いて、同空胴共振器の長さを所定値に設定し、マイクロ
波電磁界のＴＭ０１０ モード以外のマイクロ波電磁界
モードの共振周波数をマイクロ波発振器の発振周波数に
対して、発振スペクトルの半値幅以上離すことを特徴と
するレーザーガスのマイクロ波放電励起方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8665891A JP2989296B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | レーザーガスのマイクロ波放電励起方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8665891A JP2989296B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | レーザーガスのマイクロ波放電励起方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320077A true JPH04320077A (ja) | 1992-11-10 |
| JP2989296B2 JP2989296B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=13893138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8665891A Expired - Fee Related JP2989296B2 (ja) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | レーザーガスのマイクロ波放電励起方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2989296B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112986705A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-18 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种复合型束团电荷量测量探头及其制作方法 |
-
1991
- 1991-04-18 JP JP8665891A patent/JP2989296B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112986705A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-18 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种复合型束团电荷量测量探头及其制作方法 |
| CN112986705B (zh) * | 2021-02-07 | 2023-09-08 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种复合型束团电荷量测量探头及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2989296B2 (ja) | 1999-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990914 |
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