JPH05505701A - ガスレーザ - 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】 ガスレーザ 本発明は、２つの電極と、２つの共振器ミラーとを備え、２つの電極の間隔はそ の縦方向長さおよび横方向長さよりも著しく小さく、２つのｔｉはその電極間に 放電室を含み、２つの電極の放電室へ向く面は反射面に形成され、そして２つの 共振器ミラーは放電室の両端に配置されているガスレーザに関する。

この種の公知のガスレーザ（ヨーローツバ特許出願公開第０３０５８９３号公報 参照）においては、放電室の高さは輻または長さよりも著しく僅かである。それ によって、熱が大面積の電極から取られてそこから適当な冷却液体等によって排 出され得るという利点が奏される。その場合にはもはやレーザガスを放電室を通 る特殊な冷却２４環路を用いて汲み出すことは必要ではなくなる。レーザはその 場合板面に垂直で両弁振器ミラーを通る平面において安定共振器として動作する 。

この平面においては鏡面仕上げされた境界面（電極）を有する比較的価かな高さ の放電室は光導波路の特性を有する０幅方向すなわちこの方向に対して垂直な方 向には放電室はしかしながら光導波路の特性を有していない、というのは、放電 室は側方が適当な壁によって制限されておらず、導波路特性のためにはあまりに も大き過ぎる幅を有するからである。この平面においては共振器は不安定共振器 として動作し、その場合光は元の所には反射されず、連続的に行われる数回の反 射で幅方向へ移動して一方の共振器ミラーの縁部に到達し、そして共振器から出 る。このような安定・不安定共振器は１頭で述べたヨーロッパ特許出願公開公報 によって公知であるばかりでなく、次の刊行物「オプチクス・コミュニケーンヨ ンノ　（第３１巻、第２号、第１９３頁〜第１９６頁）に掲載されたオー・エル ・ブーネおよびピー・イー・ダイヤ−著「希ガス・ハロゲン化物レーザのビーム コントロール用の新規な安定・不安定共振器」にも同様に記載されている。

冒頭で述べた種類のレーザは確かに全体的に利点を有している。しかしながら、 その欠点は、先ず、このレーザは大出力を得るために容易に大きくし得ない点に ある。というのは、その場合に必要な大きさの面を必要な精度で加工することが できないからである。さらに、このような大きな面は形状的に充分に安定してお らず、そのために導波路特性が失われる。高周波励起の際には確かに一方の電極 を接地することができる。しかしながら、他方の大面積の電極を確実に遮蔽し、 それによって高周波を不所望に外部へ漏洩させ得ないようにすることは困難であ る。最後に、大きな板は非常に多くのスペースを必要とするという欠点も存する 。

本発明の＃Ｊ１題は、大きな構造コストを有することなく著しく高いレーザ出力 を得ることができる冒頭で述べた種類のガスレーザを提供することにある。

この課題は、本発明によれば、２つのｔ８ｉは同心の円筒体であり、ｔ８ｉと同 心である円筒体面との一方の共振器ミラーの交線、及び／又は円筒体面との他方 の共振器ミラーの交線は全般的に円周方向に対して斜めに延び、電極の軸線方向 面との共振器ミラーの交線は軸線に対してほぼ垂直に延び、他方の共振器ミラー は放電室の周囲の一部分だけに延在することによって解決される。

本発明によれば平坦状電極を備えた平坦状放電室は省略される。同心の電極は、 先ず、大きな寸法の際でも平面より形状的に安定しているという利点を有する。

良好な４波路のために必要な精度の加工を行うことは円筒状電極の場合にはより Ｉｌ！ＪｊＩＬである。外側１ｉ極が接地され、高周波が内側電極に印加される 場合、外側電極は遮蔽体として役立つ、遮蔽の問題はそれゆえ簡単になる。最後 に本発明の装置はコンパクトな構成である点でも優れている。

電極と同心である円筒体面との一方の共振器ミラーの交線、及び／又は円筒体面 との他方の共振器ミラーの交線が例えば螺旋の一部分として円周方向に対して斜 めに延びることによって、レーザ光線は不安定モードの際には反射のたび毎に円 周方向へずらされて、他方の共振器ミラーの縁部のところで出射する。他方、ｉ ｉｉの軸線方向面との共振器ミラーの交線は軸線に対してほぼ垂直に延びるので 、この平面においては安定モードが生じる。

ミラーの形状および配置に関しては、放電室およびミラーを１つの平面に展開し て考えることによってミラーの形状および配置を最善に説明することができる。

この場合には公知の平坦状レーザと多少類似する。しかしながら、本発明はこの 公知の平坦状レーザを実際上円筒状に“巻いた“のでは決してないことを言明し ておく、つまり、このような平坦状レーザを“巻く”と、２つの互いに全く関係 しない方向（１つの導波路が生じる平面の方向と、この平面に垂直な幅方向）を 有する平坦状の導波路の幾何学的形状が無くなってしまう、公知の放電室は有限 の厚みを有するので、°巻く”と変形してしまう、つまり板表面に対して垂直で 以前には平行であった線はその延長線が同心配置の軸線と一致してしまう、従っ て、安定モードと不安定モードとの独立性は２つの互いに垂直な方向においては もはや生じない、このことが問題であるか否かは理論的にはまだ全く説明するこ とができない、何れにしても、本発明によるレーザによれば原理上同じ大きさの 出力密度を達成することができ、その場合レーザの出力は平坦状放電室の場合よ りも大きくすることができるという虚越した成果が得られる。何故ならば、上述 したように同心の電極は著しく大きな寸法でも良好かつ精密に製作することがで きるからである。

円筒体面との（円周方向に中断していない）一方の共振器ミラーの交線が円周方 向に対して斜めに延びる場合、この交線は段部を有する。

電極と同心である円筒体面とのミラーの交線はこの円筒体面に放電室へ向く曲線 （凹面ミラー）またはこの放電室とは反対側へ向く曲線（凸面ミラー）を有する ことができる。しかしながら、このような曲線を省略することも可能であり、そ の場合には交線は螺旋形状つまり円筒状外被面を展開した場合にはＷＬｗＡとな る。

他の可能性は平坦状放電室の際に不安定モードについて知られている他の方法に 相当する（刊行物「アプライド・オプチクスｊ　（１９７４年発行、第１３巻、 第２号、第３５３頁〜第３６７頁）に掲載されたニー・イー・シーブマン著「不 安定光共振器」参暉）。

軸線方向面においてはこの交線は直線であるか、または曲線が放電室へ向く　（ 凹面ミラー）ように湾曲している。このことは安定モードの存在しない曲線もし くは集束する曲線に相当する。

寸法が大きいと導波路特性が失われるので、放電室の厚みは１ｃｍ以下の大きさ が好ましい、外側電極の内径は少なくとも３ｃｍの大きさであることが好ましい 、を極の長さは少なくとも１０ｃｍの大きさであるのが有利である。

電極は良好な導波路特性を有さねばならない、このことは電極の金属製表面を研 磨することによって達成される。好ましい実施態様においては、電極は放電室へ 向く面に反射性誘電体被覆が設けられる。好ましい誘電体は例えばＡ１．Ｏ。

または他の公知の材料である。誘電体からなる電極を製造し、金属被膜だけを設 けることもできる。

電極に冷却媒体用通路を設けることは好ましいことである。それにより内側電極 は例えば７留水によって貫流され得る。

光線はレーザから出射する際２つの互いに垂直な方向へ異なった発散を有するの で、発散が２つの互いに垂直な方向へ整合して光線が非常に良好に集束され得る ようにするために、レーザ光線の出射部にほぼ円柱状の光学素子を設けることは 好ましいことである。

励起されるレーザガスとしては例えば希ガス−ハロゲン化物ガスまたはＨｅとＮ ２とが一般的な混合比にて混合されるＣＯ，Ｃｏｔを使用することができる。

なお、その混合においてはさらに微小量のＸｅを含むこともできる。ガスの励起 は数ＭＨｚから数ＧＨｚの範囲、特に４０〜５００ＭＨｚの範囲の高周波の印加 によって行うことができる。ガスは大気圧よりも低い圧力、好ましくは５０ｍｂ ａｒ〜５００ｍｂａｒを有するのが好ましい、但し、その圧力範囲と異なっても 良い。

次に本発明の原理を概略的に示す有利な実施例に基づいて本発明を説明する。

図１は本発明によるレーザの軸線方向の断面図を示す。

図２は図３のＩ　＋−１１線に沿った放電室の軸線方向の断面図を示す。

図３は放電室の展開図を示す。

図４は出射したレーザ光線の斜視図を示す。

図１に示すように、容器１内には２つの円筒状電極２．３が互いに同心に配置さ れている。内側電極２は管４上に設けられており、この管４は矢印５方向に冷却 媒体特に蒸留水が貢流しそれゆえ非常に良好に冷却されている。外側電極３は容 器１に固定され、この外側電極３と容器１との間に空間６を含んでいる。この空 間には導入および導出管７を通って矢印８方向に同様に冷却媒体例えば水が貫流 する。外側電極３は容器１を介して接地され、一方向側電極２は導線９および図 示されていない整合回路素子を介して高周波発生器１０に接続されている。金ｗ ｗａｉｔ極２．３の互いに向き合う表面は非常に精密に仕上げ加工され、研磨さ れている。ｉ＋を極２．３はそれらの間に放電室１１を含んでおり、この放電室 １１は通常は数請の厚みを有している。この放電室の軸線方向の両端には共振器 ミラー１２．１３が設けられているが、これについては図２および図３に関連し て詳細に説明する。

図２には主として図１の軸線方向の一部分、より厳密に言うならば下側部分が若 干拡大して示されている。この平面においては左側共振器ミラー１２は凹面状に 湾曲し、一方布側共振器ミラー１３は平面状になっている。より詳細に言うと軸 線方向平面とのミラー１２．１３の交線はこのような形状を有している。この平 面においては安定モードを形成することができる。

図２の平面に対して垂直な方向が図３に展開して示されているが、この方向では 放電室は制限されていない、この展開した平面においてはミラー１２は凹面形状 を有し、ミラー１３は凸面形状を有し、その場合曲率中心点はずらして起重され 、それゆえ一方のミラーに当たった光線は元の所には反射されず、ジクザク状に ミラー１３の縁部へ移動する。この不安定モードにおいては光線はその後ミラー １３の縁部のところでレーザから出て、出射窓１４を通って矢印１５の方向へ出 射する。

レーザ光線は図４に示すように互いに垂直な２つの方向（円周方向および半径方 向）に異なった発散を有する。光線はその後軸線方向の光学素子１６を通って一 方向へ広げられ、それにより互いに垂直な方向に等しい発散ををし、その後良好 に集束され得る。

要約書 高いレーザ出力を得るために、電気的に励起されるレーザに対して、本発明によ れば２つの互いに同心に配置された円筒状の１ｔｌｉ（２，３）と２つの共振器 ミラー（１２，１３）とによって形成された放電室（１１）が設けられる。２つ の共振器ミラーは、レーザ光線が不安定モードの際には反射毎に円周方向へずら されて、放電室（１１）の一部分だけに延在している共振器ミラー（１３）の縁 部のところで出射するように形成されている。

図１ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２つの電極と、２つの共振器ミラーとを備え、２つの電極の間隔はその縦方 向長さおよび横方向長さよりも著しく小さく、２つの電極はその電極間に放電室 を含み、２つの電極の放電室へ向く面は反射面に形成され、２つの共振器ミラー は放電室の両端に配置されているガスレーザにおいて、電極（２、３）は同心の 円筒体であり、電極（２、３）と同心である円筒体面との一方の共振器ミラー（ １２）の交線、及び／又は円筒体面との他方の共振器ミラー（１３）の交線は全 般的に円周方向に対して斜めに延び、電極（２、３）の軸線方向面との共振器ミ ラー（１２、１３）の交線は軸線に対してほぼ垂直に延び、他方の共振器ミラー （１３）は放電室の周囲の一部分だけに延在することを特徴とするガスレーザ。 ２．円筒体面との一方の共振器ミラー（１２）の交線は段部を有し、段部の両側 面は全般的に円周方向に対して斜めに延びていることを特徴とする請求項１記載 のガスレーザ。 ３．円筒体面との一方の共振器ミラー（１２）の交線は段部の両側を円周方向に ずらされた曲率中心点を持って放電室（１１）へ向く曲線にて延びることを特徴 とする請求項１または２記載のガスレーザ。 ４．円筒体面との一方の共振器ミラー（１２）の交線は段部の両側を円周方向に ずらされた曲率中心点を持って放電室（１１）とは反対側へ向く曲線にて延びる ことを特徴とする請求項１または２記載のガスレーザ。 ５．円筒体面との他方の共振器ミラー（１３）の交線は円周方向にずらされた曲 率中心点を持って放電室（１１）とは反対側へ向く曲線を有することを特徴とす る請求項１ないし４の１つに記載のガスレーザ。 ６．円筒体面との他方の共振器ミラー（１３）の交線は円周方向にずらされた曲 率中心点を持って放電室（１１）へ向く曲線を有することを特徴とする請求項１ ないし４の１つに記載のガスレーザ。 ７．共振器ミラー（１２、１３）の少なくとも一方は電極（２、３）の軸線方向 面と、直線でかつ軸線に対して垂直である交線を形成することを特徴とする請求 項１ないし６の１つに記載のガスレーザ。 ８．一方の共振器ミラー（１２）は電極（２、３）の軸線方向面と、互いに対向 する電極（２、３）の間の放電室（１１）の中心に置かれた曲率中心点を持って 放電室（１１）へ向く曲線を有する交線を形成することを特徴とする請求項１な いし７の１つに記載のガスレーザ。 ９．他方の共振器ミラー（１３）は電極（２、３）の軸線方向面と、互いに対向 する電極（２、３）の間の放電室（１１）の中心に置かれた曲率中心点を持って 放電室（１１）へ向く曲線を有する交線を形成することを特徴とする請求項１な いし８の１つに記載のガスレーザ。 １０．放電室（１１）の厚みは１ｃｍ以下の大きさであることを特徴とする請求 項１ないし９の１つに記載のガスレーザ。 １１．外側電極（３）の内径は少なくとも３ｃｍの大きさであることを特徴とす る請求項１ないし１０の１つに記載のガスレーザ。 １２．電極（２、３）の長さは少なくとも１０ｃｍの大きさであることを特徴と する請求項１ないし１１の１つに記載のガスレーザ。 １３．電極（２、３）は放電室（１１）へ向く面に反射性誘電体被覆が設けられ ることを特徴とする請求項１ないし１２の１つに記載のガスレーザ。 １４．電極（２、３）には冷却媒体用通路（４、６）が設けられることを特徴と する請求項１ないし１３の１つに記載のガスレーザ。 １５．レーザ光線（１５）の出射部にはほぼ円柱状の光学素子（１６）が設けら れることを特徴とする請求項１ないし１４の１つに記載のガスレーザ。 １６．ａ）放電室（１１）は同心の中空円筒状電極（２、３）の間に配置され、 ｂ）放電室（１１）はその端部にそれぞれ共振器ミラー（１２、１３）が設けら れ、 ｃ）電極（２、３）に対して同心の円筒体面との共振器ミラー（１２、１３）の 少なくとも１つの交線は円周方向に対して斜めに延び、ｄ）電極（２、３）の軸 線方向面との共振器ミラー（１２、１３）の交線は軸線に対してほぼ垂直に延び 、 ｅ）少なくとも１つの共振器ミラー（１３）は放電室（１１）の周囲の一部分だ けに延在する、 ことを特徴とするガスレーザ。 １７．円筒体面との共振器ミラー（１２）の交線は段部を有し、段部の両側を円 周方向に対して全般的に斜めに延びることを特徴とする請求項１６記載のガスレ ーザ。 １８．円筒体面との共振器ミラーの少なくとも１つ（１２）の交線は段部の両側 を円周方向にずらされた曲率中心点を持って放電室（１１）へ向く曲線にて延び ることを特徴とする請求項１６または１７記載のガスレーザ。 １９．円筒体面との共振器ミラーの少なくとも１つ（１２）の交線は段部の両側 を円周方向にずらされた曲率中心点を持って放電室（１１）とは反対側へ向く曲 線を有することを特徴とする請求項１６または１７記載のガスレーザ。 ２０．円筒体面との他方の共振器ミラー（１３）の交線は円周方向にずらされた 曲率中心点を持って放電室（１１）とは反対側へ向く曲線を有することを特徴と する請求項１６ないし１９の１つに記載のガスレーザ。 ２１．円筒体面との他方の共振器ミラー（１３）の交線は円周方向にずらされた 曲率中心点を持って放電室（１１）へ向く曲線を有することを特徴とする請求項 １６ないし１９の１つに記載のガスレーザ。 ２２．共振器ミラー（１２、１３）の少なくとも一方は電極（２、３）の軸線方 向面と、直線でかつ軸線に対して垂直である交線を形成することを特徴とする請 求項１６ないし１９の１つに記載のガスレーザ。 ２３．一方の共振器ミラー（１２）は電極（２、３）の軸線方向面と、互いに対 向する電極（２、３）の間の放電室（１１）の中心に置かれた曲率中心点を持っ て放電室（１１）へ向く曲線を有する交線を形成することを特徴とする請求項１ ６ないし２２の１つに記載のガスレーザ。 ２４．他方の共振器ミラー（１３）は電極（２、３）の軸線方向面と、互いに対 向する電極（２、３）の間の放電室（１１）の中心に置かれた曲率中心点を持っ て放電室（１１）へ向く曲線を有する交線を形成することを特徴とする請求項１ ６ないし２３の１つに記載のガスレーザ。 ２５．放電室（１１）の厚みは１ｃｍ以下の大きさであることを特徴とする請求 項１６ないし２４の１つに記載のガスレーザ。 ２６．外側電極（３）の内径は少なくとも３ｃｍの大きさであることを特徴とす る請求項１６ないし２５の１つに記載のガスレーザ。 ２７．電極（２、３）の長さは少なくとも１０ｃｍの大きさであることを特徴と する請求項１６ないし２６の１つに記載のガスレーザ。 ２８．電極（２、３）は放電室（１１）へ向く面に反射性誘電体被覆が設けられ ることを特徴とする請求項１６ないし２７の１つに記載のガスレーザ。 ２９．電極（２、３）には冷却媒体用チャネル（４、６）が設けられることを特 徴とする請求項１６ないし２８の１つに記載のガスレーザ。 ３０．レーザ光線（１５）の出射部にはほぼ円柱状の光学素子（１６）が設けら れることを特徴とする請求項１６ないし２９の１つに記載のガスレーザ。