JPH05136488A - 横放電励起ガスレーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】横放電励起ガスレーザのビーム形状に対する均
一性を改良することである。 【構成】放電容器（１８）と、この放電容器内に収容さ
れた放電ガスと、前記放電容器内に互いに対面するよう
に配設され、長手方向に延出し、放電領域により分離さ
れ、この放電領域でレーザガスは放電により刺激されて
放電領域に活性レーザ媒体を形成する、１対の細長い放
電電極（２０）と、所定方向（１６）に放電領域を通っ
て導かれるレーザ放射のためのビーム路とを有する。前
記電極（２０）の長手方向が、ビーム路の方向（１６）
に対してゼロから反れるような角度をなし、この角度
が、改善された均一性のエネルギー分布を出力ビームが
持つように前記活性レーザ媒体に再びレーザ放射を生じ
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスレーザ、特に、ビ
ーム特性ビームクロスセクションと、ゲインと、出力エ
ネルギーが同時に最適にされる、軸からずれた（オフー
軸）ビーム路を有する電気的に横放電励起されるガスレ
ーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】放電励起エキシマレーザは、紫外線スペ
クトル領域用の最も重要な高パワーレーザである。従来
の放電励起エキシマレーザは、適当な混合ガス（レーザ
ガス）が充填されると共に、２つの細長い電極を収容し
た放電容器（レーザチヤンバ）を有するレーザヘッドを
具備する。これら電極は２０ないし３０〜１００ｃｍの
長さを有し、互いに２〜３ｃｍ離間するように対面して
平行に延びている。駆動時には、これら電極には、電極
間に可能な限り均一な放電が生じるように、２０〜３０
ｋＶの電圧が代表的には１０〜１００ｎｓの立上がり時
間でパルス状に印加される。これを果たすために、電極
間の放電空間に、例えば、小スパークギャップの列によ
り、短波長の紫外線光を同時に照射して、放電路を適当
に事前に電離させておくことが必要である。さもない
と、均一な放電の代わりに、一連の個々のスパークが発
生してしまう。適当な形状の電極を使用することによ
り、発生される放電は２〜３ｍｍから数ｃｍの幅を得る
ことができる。軸からずれたビーム路と、ガスレーザの
放電領域もしくは他の活性レーザ媒体を通る複合レーザ
ビーム路とを有する放電励起ガスレーザは知られている
（ＯＰＴＩＣＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，１
５，Ｎｏ．１，Ｓｅｐｔ．１９７５，２０−２５；ＪＰ
２−１６７８３ Ａ２）。この目的は、複合路の配設
の角度分離並びに／もしくはレーザ媒体の体積のより良
い利用を達成することであり、かくして、オフー軸角
（ビーム軸と活性レーザ媒体の長軸との間の角度）は小
さくもしくは／並びにレーザビームの続く路はレーザ媒
体の異なる領域を通るように指向されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】短パルスのレーザ増幅
のエネルギーの抽出に対する制限は、増幅器のクロスセ
クションにより設定される。最大エネルギー密度は、ゲ
インの飽和と非飽和の吸収との共同の影響によりＥ_sat
×ｇ_o ／α＊に制限される（ここで、Ｅ_sat は飽和エ
ネルギー密度、そしてｇ_o 並びにα＊はゲイン並びに吸
収係数である）。これは、レーザ増幅器の出力エネルギ
ーの理論的限界を設定している。この限界まで、出力エ
ネルギーの増加は、従来の増幅設定に従って、飽和を増
すことによりのみ可能である。しかし、エネルギ密度
が、ｇ_o ／α＊比に依存した値をすでに越えている場合
には、エネルギー密度の増加は、抽出効率と小信号ゲイ
ンに対する実際のゲインの比の著しい低下とを伴っての
み達成され得る。これは、一般に使用可能なＵＶ−事前
イオン化レーザ増幅器により得られ値エネルギーが１０
ｍＪ以下（代表的には単一路並びに複合路の増幅設定を
夫々使用した４ｍＪ並びに８ｍＪ）に制限されているか
らである。複合路の増幅設定においては、ＡＳＥ（ａｍ
ｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓ
ｉｏｎ；増幅自然放射）バックグラウンドは顕著に増
し、空間フイルタ作用がビーム路間のＡＳＥカップリン
グを減じるために必要となる。既知の増幅設定の使用に
おいて、ビームの形状はクロスセクション分布と、放電
の均一性とにより決定され、通常は電界に直交する方向
で均一性が悪くなりかつビームサイズが小さくなる。均
一な励起の広開口増幅器は比較的均一で高出力を達成す
ることができる。しかし、このようなレーザは、通常の
狭開口放電レーザと比較すると構成並びに動作が複雑で
あり、かつ高価となる。一方、放電励起、特にＫｒｆレ
ーザは、電気的励起が早い場合にはより有効であるであ
るが、小放電ループ、かくして小放電クロスセクション
が必要となる。光学的に見ると、実際の増幅器は大きな
クロスセクションで、かつゲインを低くして、飽和の影
響を防止し、かつ最適のエネルギー密度で動作するよう
にしている。しかし、これら要求は、効率の良い放電励
起ゲインモジュールでかろうじて達成でき、通常は鉛筆
のような大きさの活性容積を有する。

【０００４】かくして、本発明の目的は、横放電励起ガ
スレーザのビーム形状に対する均一性を改良することで
ある。

【０００５】本発明の他の目的は、横放電励起ガスレー
ザのビームの質、ビームのクロスセクション、ゲイン並
びに出力エネルギーを同時に最適にすることである。

【０００６】本発明に係わる優れた増幅思想は、上述し
た相反する要求を満たすこと我で切る。この思想によ
り、ビームクロスセクションと均一性の著しい増加は、
電界に垂直な平面内で、増幅器の通常の光軸に対して、
特別のオフセット角度だけ入力ビームを傾斜させるこ
と、並びにレーザビームがレーザ活性放電領域の実質的
に同じ体積を一度以上通過する場合、続く路のゴームク
ロスセクションをテイラーリングする小信号増幅範囲で
増幅を維持するような他の手段、例えばレーザビームを
僅かに発散させることにより達成される。この結果、狭
い放電領域を有する増幅器は短パルス増幅として有効に
使用され得る。本発明の実施例によれば、最高の可能な
抽出効率と、コントラストと、ビーム均一性が達成され
る。この技術により、同じコントラストで達成され得る
エネルギー範囲は、単一の従来のエキシマ増幅器を使用
する既知の増幅技術思想よりも高いオーダとなる。

【０００７】

【実施例】本発明の基本的概念は、レーザビーム路、即
ち、光学軸ｚが、図１（ａ）に示す放電領域Ｄの長手方
向に平行に、即ち、放電電極の長手方向に平行に、図１
（ａ）に示すような通常の方法のようには延びていない
で、図１（ｂ）に示すように、ゼロとは異なった特定の
角度αで延びていることである。レーザ増幅器において
は、増幅されるレーザビームのビーム路の方向ｚ´が放
電、即ち、放電により発生する増幅媒体、即ち、刺激さ
れたガスレーザの長手方向ｚ、即ち、電極の長手方向に
対して角度αをなして延びている。

【０００８】このオフー軸増幅設定を図１（ｂ），図７
ないし図９を参照して説明する。

【０００９】図１（ｂ）に示すように、所定の活性体積
Ｖの短パルス増幅器は２つの数量により主に幾何学的に
特徴付けられる。即ち、クロスセクションＡ´に比例す
るビームにより見られる有効幅Ｗ´と、増幅器の長さＬ
´とによってである。標準の一軸配列においては、増幅
器のクロスセクションと長さとは放電領域と同じ（Ｌ並
びにＷ）である。一方、オフー軸の配列においては、Ｌ
´はＬの三角関数変換で得られる。

【００１０】 Ｌ／ｃｏｓα α＜ａｒｃ ｔａｎＬ／Ｗの場合 Ｌ´＝ ……（１） Ｗ／ｓｉｎα 上記以外の場合 かくして、増幅器の有用な幅は以下のように規定され
る。

【００１１】 Ｗ´＝ＬＷ／Ｌ´ ……（２） 図２は、この変換は活性容積を無視しており、かくし
て、増幅器の蓄積エネルギーは変化しない。

【００１２】図７にて、増幅される短パルスにより見ら
れるクロスセクションとゲインー長さ結果ＧＬは、特定
の増幅器に対して、オフー軸角度αの関数として示され
ている。計算は、Ｌ＝４５ｃｍ，Ｗ＝０．６ｃｍ並びに
ｇ_o ＝０．１９ｃｍ^-1として、既知のレーザ増幅器に対
して式（１）並びに（２）に従ってなされる（ＥＭＧ１
５０ ＫｒＦ ｅｘｃｉｍｅｒ ｌａｓｅｒ，Ｌａｍｄ
ａ Ｐｈｙｓｉｋ，Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎ，Ｇｅｒｍａｎ
ｙ）。図７に示すように、クロスセクションはゲインー
長さ結果の減少に従って増加する。

【００１３】図１（ｂ）から、増幅が少しでも生じる領
域の幅が次式で表されることが分かる。

【００１４】 Ｍ＝Ｌｓｉｎα＋Ｗｃｏｓα ……（３） 大きいオフー軸角度に対して、入力信号は均一で上が平
坦なゲイン分布となる。これは、放電の横ゲイン分布に
は依存しないが、主に縦ゲイン分布により決定される。
図１（ｂ）において、この領域は、破線により示された
境界光線により囲まれている。この領域の幅は次式で表
される。

【００１５】 Ｗｃｏｓα−Ｌｓｉｎα α＜ａｒｃ ｔａｎＬ／Ｗの場合 Ｈ＝ ……（４） Ｌｓｉｎα−Ｗｃｏｓα その他の場合 実験的観察と一致するように、縦ゲイン分布は均一であ
ると仮定と、これは放電における異なる横ゲイン分布に
対してでも、ａｒｃ ｔａｎＬ／Ｗよりも大きいオフー
軸角度のに入力ビームに対して良く特徴付けられたゲイ
ン分布を果たす。

【００１６】ビームサイズの連続した変更を見るため
に、計算が非飽和吸収を含む変形されたフランツーノー
デビック式を使用して行われる。エネルギー増幅を示す
微分式が以下のように表される。

【００１７】 ｄε／ｄＺ＝ｇ_o （１−ｅ^−ε−αε／ｇ_o ） …（５） ここで、εは飽和エネルギー密度Ｅ_sat に規格化された
レーザエネルギー密度である。

【００１８】部分的抽出効率は次式で規定される。

【００１９】 η^（ε）＝１／ｇ_o ・ｄε／ｄＺ …（６） また、部分的抽出効率は、もし、増幅器でのエネルギー
密度が約Ｅｓａｔ×ｌｎ（ｇ_o ／α）にいじされるなら
ば、以下のようになる。

【００２０】 η_max ＝１−α／ｇ_o （１＋ｌｎｇ_o ／α） …（７） 全効率は、所定の増幅器長に対して、部分抽出効率を積
分することに以下のように得られる。

【００２１】

【数１】 増幅器の実施は、有効ゲインと小信号ゲインとの比であ
るゲインコントラストにより特徴付けられ得る。

【００２２】 Ｃ＝Ｇ／Ｇｏ …（９） このパラメータから、ゲインコントラスト係数と称して
いる部分品質を規定することができる。

【００２３】 Ｃ＝ｇ_eff ／ｇ_o −α …（１０） ここで、ｇ_eff は有効ゲイン係数（これは、小信号ゲイ
ン係数と同じようにして規定されるが、飽和と吸収の影
響を含んでいる）。

【００２４】 ｇ_eff （ｘ）＝ｌｉｎ １／ｘ×ｌｎ（Ｅｘ＋Δｘ）／Ｅｘ …（１１） Δｘ→０ このパラメータの重要性はＵＶ増幅器に得に好ましい。
ここで、飽和され得る吸収体は利用できず、ＡＳＥレベ
ルを低く保つ唯一の方法は、ｃがほぼ１である所定の状
態で増幅器を作動させることである。

【００２５】部分的抽出効率並びにゲインコントラスト
効率は、ｇ／α＝１０と仮定した場合のＫｒＦに対して
は図８にプロットするようになる。この部分的抽出効率
は極大を有し、ゲインコントラストは単調に減じる。

【００２６】極大効率並びにゲインコントラストは異な
るエネルギー密度に属するということは既に示した。こ
れら図から、両要求は同時には満足できないことがわか
る。即ち、一方のみが、増幅器を飽和エネルギー密度近
くで動作させたときに、トレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏ
ｆｆ）を有する。この最適化された動作は、最適値近く
で曲線が急傾斜となるため、小さいゲイン長さブロダク
トを有する増幅器により最も近ずくことができる。ま
た、所望の増幅長に対して、入力並びに出力エネルギー
密度が、もし“最適化”された動作が必要であれば、決
定される。

【００２７】前置増幅器において、最適な抽出効率と高
ゲインコントラストがほぼ同じように重要であるので、
このような増幅器に対する最適動作状態は、効率ーゲイ
ンコントラスト係数プロダクト（η・ｃ＝ｍａｘ）の最
大値に属するエネルギー密度にあるとみなせる。この状
態は、エネルギー密度εがほぼ１．１・Ｅ_sat である場
合、図８にＸで記されている。

【００２８】パワー増幅器においては、抽出効率はゲイ
ンコントラストよりも重要な役割を果たす。ここで、任
意に選んだウエイトファクターη¹⁰・ｃ＝ｍａｘで最適
値を設定している。このウエイトファクターによって、
実験的に見付けた最適値と一致する動作状態となる。こ
の状態は、図８でＹにより示されたε_y がほぼ２，２・
Ｅ_sat であるエネルギー密度で満足される。

【００２９】これら最適値が規定されていると、オンー
軸並びにオフー軸案は、オンー軸増幅器と、最適に選定
されたオフー軸前置増幅器並びにパワー増幅器の動作を
比較することにより、最良に比較され得る。この比較ゲ
インのために、上述したＥＭＧ１５０増幅器のデータ
は、Ｌ＝４５ｃｍ，Ｗ＝０．６ｃｍ，ｇ_o ＝０．１９ｃ
ｍ^-1とした。オンー軸モード（実線）、最適に選ばれた
オフー軸前置増幅器（点線）、並びに最終の増幅器モー
ド（破線）で動作されたときに、図９で、全効率ηが、
また図９で、ゲインコントラストＣが入力エネルギーの
関数として、この増幅器に対して示されされている。最
後の２つの動作状態は、図８のＸ並びにＹに夫々相当す
いる。

【００３０】上記両図の場合、所望の入力ビームが増幅
器のクロスセクションを均一に満たすと仮定されてい
る。この増幅器は、オフー軸モードで、オフー軸角の適
当な選定により先に規定した最適値に選ばれている。図
９から、オンー軸並びにオフー軸前置増幅器モードは比
較され得る効率を有し、一方オフー軸前置増幅器は幾分
低い効率を示すことがわかる。最大効率は、オンー軸モ
ードで、低入力エネルギー（Ｅ_inがほぼ２ｍＪ）とな
る。一方、効率曲線は、研究した入力エネルギー範囲
（Ｅ_in≦１０ｍＪ）に対してオフー軸増幅器では単調に
増加する。

【００３１】オンー軸並びにオフー軸増幅器の動作中で
の大きな変化は、図１０に示すゲインコントラスト曲線
で見られる。このコントラストは、ｍＪ範囲での入力エ
ネルギーに対して、オンー軸モードで数パーセント低下
する。しかし、オフー軸前置増幅器の場合、同じような
入力エネルギーに対して約６０ないし７０％である。主
に効率のために最適化されたオフー軸バワー増幅器の場
合でさえも、ｍＪの範囲の入力パルスの増幅が必要とさ
れるときには、コントラストは２０ないし４０％の範囲
である。

【００３２】オンー軸の見積の理論的に決定された高抽
出効率（図９中実線）は以下の２つの理由のために実験
的に得ることは困難である。第１の理由は、この場合、
出力エネルギー密度が、窓部材での非線形影響が重要で
ある場合のピコセカンド以下（ＧＷ／ｃｍ² ）に対する
高い強度に対応する比較的高い（３ないし５倍の
Ｅ_{sa t} ）からである。第１の理由は、図１０に実線で示
すように、この見積の低ゲインコントラストに関連する
からである。この低ゲインコントラストは、ＡＳＥによ
りゲイン損失にしばしばなる小ー信号ゲインの極めて高
い値に関連する。この結果、増幅器の蓄積エネルギー、
かくして出力エネルギーが減少する。

【００３３】上述した見積は、以下の好ましいが実施例
が示されていない種々の方法により果たされ得る。

【００３４】図２は、可能な限り完全な反射をするミラ
ー１２と半透明ミラー１４とに規定された光学共振器を
有するレーザ発信器を概略的に示す。この発信器の光学
軸は１点鎖線の直線１６で示されている。これらミラー
１２，１４間には、概略的に示した通常の放電容器１８
（レーザチヤンバ）が配置されている。この容器内には
２つの細長い電極２０が、互いに２〜３ｃｍの間隔を有
して、対向するように位置されている。これら電極の長
手方向は１点鎖線の直線２２により示されている。この
放電容器１８には、例えば、ネオンとクリプトンとフッ
素との混合ガスのような適当なガスが充填されている。
さらに、パルス電圧源と同様に、電極の横方向にレーザ
ガスを予めイオン化するための手段が設けられている。
動作においては、パルス電圧源より電極に、例えば２０
〜３０ｋＶのピーク電圧で、代表的には１０ないし１０
０ｎｓの立上がり時間で５０〜１００ｎｓのオーダーの
大きさの継続時間の電気パルスが印加される。これら手
段は、通常の形式なので詳述する必要もなく、図示して
いない。

【００３５】本発明に係われば、電極２０の長手方向２
２は光学レーザの光学軸１６に、即ち発信されるレーザ
ビームに対して１度ないし５度の角度をなして延びてい
る。図２にハッチングにより示す電極間の放電はレーザ
ビームに比較的大きいクロスセクションを与えること
が、直接明らかであろう。確かに、放電領域を通る、か
くして増幅部を通るレーザビームの進行路は比較的小さ
い。しかし、放電領域を通るレーザビームの路が傾斜し
ていることにより、ビームは放電領域のエッジ部で不均
一部分全体に渡って一体化され、この結果、図１（ａ）
に示す公知の装置と比較して、実質的により大きいレー
ザビームの均一な分布が、さらに拡大されたビームのク
ロスセクション全体に渡って達成される。

【００３６】図２と同じ部材は同じ参照符号を付した図
４は、本発明に係わるレーザ発信装置の他の実施例を示
す。図２に示す１対の電極２０の代わりに、この場合に
は放電容器１８内に２対の電極２０ａ，２０ｂが，これ
らの長手方向をレーザビームの方向に上述したように傾
斜するようにして互いに平行に並ぶように配設されてい
る。もちろん、互いに隣接する電極対が互いに所定角度
をなして傾斜するように３対以上の電極が設けられ得
る。非常に長い電極に代えて、複数の対をなす短い電極
を使用することにより、放電を減少させ、かつレーザ射
出の好ましくないバックグラウンドを形成する増幅され
た自然放射が、長い電極を使用した従来の装置に比較し
て実質的に減じることができる効果が有る。電極の長手
方向と共振器の軸、即ち、ビーム方向との間の角度によ
って、電極を２対以上に分割すると、拡大したクロスセ
クションの実質的に改良された均一なビーム状態が得ら
れる。両装置とも増幅器として使用することがてきる。

【００３７】達成され得る増幅器のクロスセクションサ
イズ並びに均一性の改良の例として、常用のエキシマレ
ーザ（ｍｏｄｅｌ ５０１，Ｌａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉ
ｋ，Ｇｏｔｔｉｎｇｅｎ）にＫｒＦ用の通常の混合ガス
を充填し、２４８ｎｍの波長で４５０ｆｓの持続時間の
超短波のための増幅器として使用した。増幅されるビー
ムが放電の軸に沿う既知の構成では、２５×５ｍｍ² の
ビームクロイセクションが比較的不均一な強度分布で得
られた。しかし、ビームが、放電の長軸に対して１．８
度ないし２．４度の角度で放電領域を通過するようにす
ると、強度分布は、より均一となり、かつビームクロス
セクションは、２５×２２ｍｍ² 並びに２５×２５ｍｍ
² に増加する。この入射角での動作を可能にするため
に、マウントを有する窓部を通常のレーザより単に除去
し、対応するマウントを有する９０×５０×７ｍｍ³ の
大きいＭｇＦ₂ 窓部に取替えた。従来の装置に比較して
本発明では、傾斜ビーム路によって、ビームクロスセク
ションは５倍にまで大きくなるので、入力ビームの対応
する強度において、５倍にまで増幅ビームの出力パワー
を増加させることができる。このパワーは、既知のよう
に、使用される短パルス長さで、増幅クロスセクション
に比例する。

【００３８】図３に示すように、レーザビームの傾斜路
による放電領域の路長の減少は、放電領域中の二重の路
からなるＸ形状の路が使用されるとき、容易に補償され
得る。本発明の要部が図３に示されているレーザ増幅器
は、ＭｇＦ₂窓部３１８ａ．３１８ｂが両端側に設けら
れた放電容器３１８を具備する。この放電容器３１８の
内部には、レーザガス、例えば、ネオンと、クリプトン
とフッ素との混合ガスが充填され、またハッチングで示
す放電領域３２０ａを囲むように互いに対向した細長の
帯状の電極が設けられている。放電容器３１８の一端に
は２つのビーム反射ミラー３２４，３２６が配設されて
いる。これらミラーは、放電領域３２０ａ中を角度βで
通過する入力レーザビーム３２８を増幅し、再び放電領
域３２０を通るように入力ビーム３２８に対して横方向
に対象で反対方向に反射する。この結果、出力ビーム３
３０は放電領域３２０を２度傾斜して通過する。かくし
て、 クロスセクションの増大とは離れて、特別に広が
った集合が放電領域の端側で均一な状態で達成される。

【００３９】既知の複合路の思想とは異なり、レーザビ
ームの各路は活性レーザ媒体の体積の異なる部分に指向
される場合、本発明は、可能な限り大きくなるであろう
活性レーザ媒体の同体積を、レーザビームの続く路の各
々によりカバーするように努める。

【００４０】本発明の別の実施例として、図５は、放電
領域を通る３つのビーム路を有するエキシマレーザ増幅
器を示す。図５に示すレーザ増幅器にて、図３に示すも
のと同一部材は同一符号を付す。

【００４１】第１の路にて、エキシマレーザは通常の方
法で前置増幅器として使用され、小さいビームクロスセ
クションで高増幅度を得ている。入力ビーム３２７は、
図５に示すように、事前に適当な発散が無い場合には、
好ましくは広げられ、そしてこれの長軸に平行な放電領
域３２０に導かれる。増幅されたビームは、１対の反射
ミラー３２５ａ，３２５ｂにより、反射ビーム３２８が
傾斜して放電領域３２０を第２の路で通るように、反射
される。そして、ビームは反射ミラー３２４，３２６に
より再び反射されて反対方向に放電領域３２０を通る。
この結果、最終的に、出力ビーム３３０は、対応して高
出力パワーと、大クロスセクションと高均一性とを有す
るようになる。

【００４２】図６は図５の最も好ましい変形例を示す。
この図６に示す例は、図５に示す装置と多くの点で類似
しているので、同様の部材は同符号にａを付加して示
す。

【００４３】図６のレーザ増幅器を実施するために、Ｅ
ＭＧ１５０レーザのＫｒＦ増幅チューブを次のように改
良した。もとの窓部マウントを、８×３ｃｍ² の自由領
域の矩形ＭｇＦ₂ 窓部に使用されるマウントに交換し
た。レーザヘッドの他の部品は交換しなかった。２つの
窓部を通常の光学軸に対して５度傾斜させて望ましくな
い発信を防止した。増幅チューブには、６ミリバールの
分圧のＦ₂ と、１５０ミリバールの分圧のＫｒと、バッ
ファーガスとしてＨｅとを総圧が２．６バールとなるよ
うに充填した。図６に示すレーザ増幅器への入力ビーム
３２７ａフエムト秒のダイレーザシステムにより発生さ
れ、またｆ＝−３３３ｍｍの球面レンズにより、（０．
２度の半分の角度で）発散された。発散角と、路相互の
間の遅延とを適当に選ぶことにより、ビームのエネルギ
ー密度を、全ての路に対して最適近くに保てた。図５の
装置と比較した場合の本思想の唯一の相違は、第１の路
に関してで有る。図６では第１の増幅路は予めオフー軸
モードとなっている。第１の路のための入力エネルギー
は１２μＪであり、ビーム３２７ａの径は活性体積の入
口の所で２〜３ミリメータである。設定されたオフー軸
角度は１．４度である。また、エネルギーは０．６ｍＪ
まで高めらる。円形出力ビームは、１０ｍｍの径を有す
る。これは０．６ｍＪ／ｃｍ² の出力エネルギー密度に
相当する。１４０ｃｍの長い遅延路を通った後、このビ
ームは第２の路のための入力ビーム３２８ａとして機能
する。この第２の路には、既にこれに対して２．４度の
オフー軸角度により規定された増幅器の１４×２２ｍｍ
² のクロスセクションを満たしている。この比較的長い
遅延は、僅かに発散したビームのビームサイズを２つの
増幅路の異なるクロスセクションに一致させるために必
要である。第２の路を通過した後に出力エネルギーは、
５．９ｍＪに増加し、これは約２ｍＪ／ｃｍ² のエネル
ギー密度に相当する。７０ｃｍの長い遅延の後、ビーム
は再び第３の路のために２．６度の角度でゲイン体積に
入る。第２の路と第３の路との間の遅延は、第１の路と
第３の路とのビームの分離のために必要な、最小に選ば
れる。第３の増幅路の後のビーム３３０ａの出力エネル
ギーは、２０ｍｍの幅と２２ｍｍの高さのほぼ正方形の
ビームで２０ｍＪである。出力ビーム３３０ａの強度分
布は上部がほぼ平坦となる。

【００４４】エネルギーコントラスト比は、１：１０⁶
であり、これは１：１０¹⁰よりも良い強度コントラスト
に相当する。

【００４５】増幅器の飽和が例え弱くても、オフー軸の
思想のための達成され得る最高の出力エネルギーは、従
来の２重路オンー軸増幅の思想のほぼ３倍の高さとな
り、強い飽和をな有する。ＡＳＥコントラスト比は、こ
の場合、オフー軸思想のために良いほぼ３のオーダの大
きさとなる。オフー軸思想で達成され得るゲインは、Ａ
ＳＥコンストラクト比が必要であれば、オンー軸思想に
比較して１のオーダよりも高い大きさとなる。

【００４６】オフー軸モードのゲインが低い値なので、
例え、複合路配置を使用しても、ＡＳＥによりゲイン消
失を避けるために特別な測定手段（例えば空間フイルタ
ー）を必要としない。

【００４７】オフー軸増幅思想において、クロスセクシ
ョンにおける制限を避けることができるので、動作状態
は、各増幅路（図８）に対して効率とゲインコントラス
トとの両方が最適になるように選定することができる。

【００４８】本発明はエキシマレーザに限定されるもの
ではなく、これは一例として述べたものであり、例え
は、窒素ガスレーザのような、全ての類似の放電ポンピ
ングガスレーザに対応する方法で適用され得る。放電方
向に対して少なくとも横方向の長い放電領域を通る傾斜
路に入る前にビームを広げて、放電領域の全長をビーム
で照明することが好ましい。

【００４９】続く増幅路で異なる（増加した）ビームク
ロスセクションは、増幅路相互間での平行ビーム並びに
適当な（球形もしくは円筒形）の顕微鏡により認識でき
る。ビームの発散は、約１ミリラド（ｍｒａｄ）よりも
通常は小さい自然ビームの発散よりも実質的に大きくな
る。好ましくは約１度以上、通常は１ないし３度で、５
ミリラド以上のビーム発散が、図７に示すように満足す
る結果を与える。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（ａ）は従来のガスレーザの基本構成を
示し、（ｂ）は本発明の基本概念を説明するための、図
（ａ）と対応した基本構成を示す図である。

【図２】本発明の一実施例に係わるレーザ発信器を概略
的に示す図である。

【図３】本発明の好ましい実施例のレーザ増幅器を示す
図である。

【図４】本発明に係わるガスレーザの他の実施例を概略
的に示す図である。

【図５】本発明に係わるガスレーザ増幅器のさらに好ま
しい実施例を概略的に示す図である。

【図６】本発明に係わるガスレーザ増幅器の最も好まし
い他の実施例を概略的に示す図である。

【図７】本発明の基本思想を理解するための、ゲインー
長さ結果ＧＬ並びにクロスセクションＡと、オフー軸角
度αとの関係を示す線図である。

【図８】本発明の基本思想を理解するための、抽出効率
η並びにゲインコントラスト係数ｃと、エネルギー密度
εとの関係を示す線図である。

【図９】本発明の基本思想を理解するための、抽出効率
ηと入力エネルギーＥｉｎとの関係を示す線図である。

【図１０】本発明の基本思想を理解するための、ゲイン
コントラスト係数ｃと入力エネルギーＥｉｎとの関係を
示す線図である。

【符号の説明】

１２，１４…ミラー、１６…光学軸、１８…放電容器、
２０…電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ）放電容器（１８）と、 ｂ）この放電容器内に収容された放電ガスと、 ｃ）前記放電容器内に互いに対面するように配設され、
   長手方向に延出し、放電領域により分離され、この放電
   領域でレーザガスは放電により刺激されて放電領域に活
   性レーザ媒体を形成する、少なくとも１対の細長い放電
   電極（２０）と、 ｄ）所定方向（１６）に放電領域を通って導かれるレー
   ザ放射のためのビーム路と、 ｅ）前記電極（２０）の長手方向が、ビーム路の方向
   （１６）に対してゼロから反れるような角度をなし、こ
   の角度が、改善された均一性のエネルギー分布を出力ビ
   ームが持つように前記活性レーザ媒体に再びレーザ放射
   を生じさせる手段とを具備する横放電励起ガスレーザ。
2. 【請求項２】 ａ）放電容器（１８）と、 ｂ）この放電容器内に収容された放電ガスと、 ｃ）前記放電容器内に互いに対面するように配設され、
   長手方向に延出し、放電領域により分離され、この放電
   領域でレーザガスは放電により刺激されて放電領域に活
   性的で刺激されたレーザ媒体を形成する、少なくとも１
   対の細長い放電電極（２０）と、 ｄ）少なくとも２つの路で放電領域を通るようにレーザ
   放射を指向する手段とを具備し、 少なくとも１つの路のレーザビームの方向が電極の長手
   方向に対してゼロから反れるような角度をなし、またこ
   の角度は改善された均一性のエネルギー分布を出力ビー
   ムが持つように設定されている横放電励起ガスレーザ。