JPH065951A - パワーレーザー - Google Patents
パワーレーザーInfo
- Publication number
- JPH065951A JPH065951A JP5036640A JP3664093A JPH065951A JP H065951 A JPH065951 A JP H065951A JP 5036640 A JP5036640 A JP 5036640A JP 3664093 A JP3664093 A JP 3664093A JP H065951 A JPH065951 A JP H065951A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- window
- power laser
- diamond
- laser
- flakes
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/034—Optical devices within, or forming part of, the tube, e.g. windows, mirrors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 特に小型のパワーレーザー（ＣＯ2 レーザ
ー）に適し、寿命が長く簡単で丈夫な構造のパワーレー
ザー窓の提供。 【構成】 光学的空所（２）の部分透過性の窓（３）
が、被覆されない平らな平行表面を有し、規制された厚
さの少なくとも一枚のダイヤモンド薄片（５）によって
構成され、良好な熱伝導体製で冷却手段（１１）と組合
された管状支持体（９）に取付けられている。特にＣＯ
2 レーザーに利用
ー）に適し、寿命が長く簡単で丈夫な構造のパワーレー
ザー窓の提供。 【構成】 光学的空所（２）の部分透過性の窓（３）
が、被覆されない平らな平行表面を有し、規制された厚
さの少なくとも一枚のダイヤモンド薄片（５）によって
構成され、良好な熱伝導体製で冷却手段（１１）と組合
された管状支持体（９）に取付けられている。特にＣＯ
2 レーザーに利用
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、対向する両端部を、部
分透過性の第１の窓及び反射性の第２の窓によって限定
された光学的空所を有するパワーレーザーに関する。
分透過性の第１の窓及び反射性の第２の窓によって限定
された光学的空所を有するパワーレーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】窓（鏡とも呼ばれる）は、パワーレーザ
ーの弱点の一つを構成している。したがって窓に粒子が
堆積するとすぐに、それが放射を吸収し、伝導によって
窓に再伝達する。それがもたらす局部加熱は一般に窓の
破壊を引き起こす。したがって、特に注意深い清潔条件
下で、２０〜３０ｋＷ／ｃｍ2 が実際の窓に許容される
放射流の限界値を構成すると考えられる。
ーの弱点の一つを構成している。したがって窓に粒子が
堆積するとすぐに、それが放射を吸収し、伝導によって
窓に再伝達する。それがもたらす局部加熱は一般に窓の
破壊を引き起こす。したがって、特に注意深い清潔条件
下で、２０〜３０ｋＷ／ｃｍ2 が実際の窓に許容される
放射流の限界値を構成すると考えられる。
【０００３】部分透過性の窓の反射係数が一般に５０〜
９０％であるＣＯ2 レーザーの場合には、透過性の窓
は、高い透過係数を保証する多層被覆をもった一般には
ＺｎＳｅ、もし所望ならばＡｓＧａのサブストレートに
よって構成され、反射性の窓は、処理ずみゲルマニウム
のサブストレート又は保護処理をした金属（特に銅）の
鏡によって一般に構成される。
９０％であるＣＯ2 レーザーの場合には、透過性の窓
は、高い透過係数を保証する多層被覆をもった一般には
ＺｎＳｅ、もし所望ならばＡｓＧａのサブストレートに
よって構成され、反射性の窓は、処理ずみゲルマニウム
のサブストレート又は保護処理をした金属（特に銅）の
鏡によって一般に構成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、パワーレー
ザー特にＣＯ2 レーザーの窓用に、著しく長くされた寿
命を提供し、反射係数及び／又は透過係数の非常にゆる
やかな決定を可能とし、かつ光学系に高いパワー密度を
有する導波路型レーザー特に“ささやき回廊（Whisperi
ng gallery）型”レーザーのような非常に小型のパワー
レーザー・ビームに特に適合した、簡単で丈夫な構造の
窓を提供することを目的としている。
ザー特にＣＯ2 レーザーの窓用に、著しく長くされた寿
命を提供し、反射係数及び／又は透過係数の非常にゆる
やかな決定を可能とし、かつ光学系に高いパワー密度を
有する導波路型レーザー特に“ささやき回廊（Whisperi
ng gallery）型”レーザーのような非常に小型のパワー
レーザー・ビームに特に適合した、簡単で丈夫な構造の
窓を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため本発明の一特徴
によれば、第１の窓は、厚さ変動が０．２ミクロンを超
えない規制された厚さを有する、被覆されない平らな平
行表面をもった少なくとも１枚のダイヤモンド薄片によ
って構成されている。
によれば、第１の窓は、厚さ変動が０．２ミクロンを超
えない規制された厚さを有する、被覆されない平らな平
行表面をもった少なくとも１枚のダイヤモンド薄片によ
って構成されている。
【０００６】本発明のさらに特定の特徴によれば、ダイ
ヤモンド薄片は、良好な熱伝導体製で、好ましくは冷却
手段と組合された環状支持体に取付けられている。
ヤモンド薄片は、良好な熱伝導体製で、好ましくは冷却
手段と組合された環状支持体に取付けられている。
【０００７】本発明の他の一特徴によれば、窓は典型的
にはλ／４ｎの奇数倍である、較正された距離によって
隔てられた、２枚の平行なダイヤモンド薄片を有する
（λはレーザーの波長、ｎは２枚の薄片間の媒体の屈折
率）。本発明の他の特徴及び利点は、限定しない例とし
て与えられた実施態様について、添付の図面を参照しな
がら以下になされる記載から明らかになるであろう。
にはλ／４ｎの奇数倍である、較正された距離によって
隔てられた、２枚の平行なダイヤモンド薄片を有する
（λはレーザーの波長、ｎは２枚の薄片間の媒体の屈折
率）。本発明の他の特徴及び利点は、限定しない例とし
て与えられた実施態様について、添付の図面を参照しな
がら以下になされる記載から明らかになるであろう。
【０００８】
【実施例】以下の記載及び図面では、同一又は類似の構
成要素は、同じ参照番号、場合によっては添字を付した
同じ参照番号をつけている。図１には、対向する両端部
を、部分透過性の第１の窓３及び反射性の第２の窓４に
よって限定された光学的空所２を有するＣＯ2 パワーレ
ーザー１が見られる。 第１の窓３及び第２の窓４は、
それぞれＣ−II−Ａダイヤモンドでつくられた、平らな
平行表面をもったダイヤモンド薄片５，６によって構成
され、ダイヤモンドの１０．６ミクロン（ＣＯ2 レーザ
ーの波長）での吸収は非常に低く、その熱伝導率は、銅
の熱伝導率（３８０Ｗ／ｍ／Ｋ）及びＺｅＳｅの熱伝導
率（１８Ｗ／ｍ／Ｋ）と比べて大きい（２０００Ｗ／ｍ
／Ｋ）。このような支持体は、塵の存在下に局部加熱を
避けることができる（２００ｋＷ／ｃｍ2 の熱を受ける
１０ミクロンの粒子は、もっとも熱い点でも５℃の温度
上昇しかもたらさないであろう）。薄片５，６の厚さ
は、１５０ミクロンよりは大きく、１ｍｍよりは小さ
い。 本発明の一態様によれば、多層堆積することがな
いように、第１の窓３の薄片５は、注意深く規制された
厚さを有し、厚さの変動は、ファブリーペロー(Fabry-P
erot) の干渉計の原理による干渉効果の利点を得るよう
に、０．２ミクロンを超えない。したがってλ＝１０．
６ミクロンをもった一つの面での反射はほぼ１７％であ
り、二つの面での反射はほぼ３４％である。
成要素は、同じ参照番号、場合によっては添字を付した
同じ参照番号をつけている。図１には、対向する両端部
を、部分透過性の第１の窓３及び反射性の第２の窓４に
よって限定された光学的空所２を有するＣＯ2 パワーレ
ーザー１が見られる。 第１の窓３及び第２の窓４は、
それぞれＣ−II−Ａダイヤモンドでつくられた、平らな
平行表面をもったダイヤモンド薄片５，６によって構成
され、ダイヤモンドの１０．６ミクロン（ＣＯ2 レーザ
ーの波長）での吸収は非常に低く、その熱伝導率は、銅
の熱伝導率（３８０Ｗ／ｍ／Ｋ）及びＺｅＳｅの熱伝導
率（１８Ｗ／ｍ／Ｋ）と比べて大きい（２０００Ｗ／ｍ
／Ｋ）。このような支持体は、塵の存在下に局部加熱を
避けることができる（２００ｋＷ／ｃｍ2 の熱を受ける
１０ミクロンの粒子は、もっとも熱い点でも５℃の温度
上昇しかもたらさないであろう）。薄片５，６の厚さ
は、１５０ミクロンよりは大きく、１ｍｍよりは小さ
い。 本発明の一態様によれば、多層堆積することがな
いように、第１の窓３の薄片５は、注意深く規制された
厚さを有し、厚さの変動は、ファブリーペロー(Fabry-P
erot) の干渉計の原理による干渉効果の利点を得るよう
に、０．２ミクロンを超えない。したがってλ＝１０．
６ミクロンをもった一つの面での反射はほぼ１７％であ
り、二つの面での反射はほぼ３４％である。
【０００９】二つの面が完全に平らで平行（厚さ変動は
０．１ミクロンを超えない）ならば、薄片の有効透過係
数は、その厚さがλ／２ｎi の倍数ならば１００％か
ら、厚さがλ／４ｎi の奇数倍ならば４８．８％に変化
するであろう。ここでλはレーザーの波長であり、ｎi
は薄片ダイヤモンドの屈折率、ここでは２．３７であ
る。 高い反射係数の場合、これらの反射係数は薄片の
厚さにそれほど敏感ではなくて、最高反射係数４８．８
％では、０．１ミクロンの薄片厚の増加は反射係数を４
８．４％に低下させ、一方０．２ミクロンの薄片厚の変
化は反射係数を４７％に低下させることを経験は示し
た。
０．１ミクロンを超えない）ならば、薄片の有効透過係
数は、その厚さがλ／２ｎi の倍数ならば１００％か
ら、厚さがλ／４ｎi の奇数倍ならば４８．８％に変化
するであろう。ここでλはレーザーの波長であり、ｎi
は薄片ダイヤモンドの屈折率、ここでは２．３７であ
る。 高い反射係数の場合、これらの反射係数は薄片の
厚さにそれほど敏感ではなくて、最高反射係数４８．８
％では、０．１ミクロンの薄片厚の増加は反射係数を４
８．４％に低下させ、一方０．２ミクロンの薄片厚の変
化は反射係数を４７％に低下させることを経験は示し
た。
【００１０】一方では、２５０ミクロン厚の薄片の場合
には、１％（相対値）の反射係数の変化を起こさせるに
は、１００℃の温度上昇をしなければならなかったこと
を経験は示している。本発明の一態様によれば、ダイヤ
モンドの膨張係数はそれ自体何らかの影響を与えるには
あまりにも小さい。第２の窓４の薄片６は、本出願人に
よって１９９２年３月２日に、「被覆ダイヤモンド窓を
もったパワーレーザー」の名称で出願されたフランス国
特許出願に記載されたような、金の薄層被覆６０を有す
る。
には、１％（相対値）の反射係数の変化を起こさせるに
は、１００℃の温度上昇をしなければならなかったこと
を経験は示している。本発明の一態様によれば、ダイヤ
モンドの膨張係数はそれ自体何らかの影響を与えるには
あまりにも小さい。第２の窓４の薄片６は、本出願人に
よって１９９２年３月２日に、「被覆ダイヤモンド窓を
もったパワーレーザー」の名称で出願されたフランス国
特許出願に記載されたような、金の薄層被覆６０を有す
る。
【００１１】ダイヤモンドの例外的熱伝導率の利点を得
るために、薄片５及び６は、例えば軸方向の係止リング
７，８又は薄片の周縁にあらかじめ堆積させた金属層と
のろう接によって、環状支持体９，１０にそれぞれ取付
けられ、環状支持体は、それぞれ例えば銅のような良好
な熱伝導体材料製であり、それぞれ例えば水又はガスの
環状流路１１，１２のような冷却手段を有する。考えら
れている利用のためには、薄片５，６の直径は７ｍｍを
超えない。
るために、薄片５及び６は、例えば軸方向の係止リング
７，８又は薄片の周縁にあらかじめ堆積させた金属層と
のろう接によって、環状支持体９，１０にそれぞれ取付
けられ、環状支持体は、それぞれ例えば銅のような良好
な熱伝導体材料製であり、それぞれ例えば水又はガスの
環状流路１１，１２のような冷却手段を有する。考えら
れている利用のためには、薄片５，６の直径は７ｍｍを
超えない。
【００１２】ダイヤモンドの高い耐摩耗性は、空所２内
にガス流により少なくとも一方の窓の掃気を引き起こす
装置１３を設けることができ、ガス流は、掃気ガス中に
場合によっては浮遊している粒子によって前記窓が傷つ
けられるという特別な危険なしに窓に粒子が堆積するの
を防止する。この利点は、そのときレーザー発生ガス流
を使用できるような速い流れのレーザーの場合に、特に
有用である。
にガス流により少なくとも一方の窓の掃気を引き起こす
装置１３を設けることができ、ガス流は、掃気ガス中に
場合によっては浮遊している粒子によって前記窓が傷つ
けられるという特別な危険なしに窓に粒子が堆積するの
を防止する。この利点は、そのときレーザー発生ガス流
を使用できるような速い流れのレーザーの場合に、特に
有用である。
【００１３】図１の実施態様では、第１の窓３に単一薄
片５を使用すると４９％の反射係数を超えることはでき
ない。図２の実施態様では、第１の窓３は較正された２
枚のダイヤモンド薄片５A ，５B を有し、２枚のダイヤ
モンド薄片はそれぞれ約４８％の反射係数を有し、両薄
片の間に、λ／４ｎi の奇数倍の厚さを有する例えば空
気又はガスの中間層１５を設けている。例えば較正され
た金属リング１４又は規制された厚さの環状金属堆積に
よって互に隔てられている（ｎi は中間媒体１５の屈折
率）。
片５を使用すると４９％の反射係数を超えることはでき
ない。図２の実施態様では、第１の窓３は較正された２
枚のダイヤモンド薄片５A ，５B を有し、２枚のダイヤ
モンド薄片はそれぞれ約４８％の反射係数を有し、両薄
片の間に、λ／４ｎi の奇数倍の厚さを有する例えば空
気又はガスの中間層１５を設けている。例えば較正され
た金属リング１４又は規制された厚さの環状金属堆積に
よって互に隔てられている（ｎi は中間媒体１５の屈折
率）。
【００１４】薄片５A ，５B それぞれの反射係数及び／
又は中間層１５の厚さを調整することによって、その反
射係数を０から８８％まですることができる装置が得ら
れるであろう。例えば６０２ミクロンの間隙１５によっ
て隔てられた２５１ミクロン厚の薄片５A と２４０ミク
ロン厚の薄片５B では、８０％の反射係数が得られる。
本発明による窓の興味ある特性は、窓がこうして波長
フィルターの機能を果たせることである。したがってＣ
Ｏ2 レーザーは多くの波長で発することができる。ある
利用、特に大気中の汚染の測定のためには、単一のスペ
クトル線、特にスペクトル線Ｐ（２０）でないスペクト
ル線についてのみレーザー効果を得ることが望まれる。
現在、スペクトル線の選択は、格子及び反射性窓６とし
て部分的透過性の鏡を使用することによって行われる。
又は中間層１５の厚さを調整することによって、その反
射係数を０から８８％まですることができる装置が得ら
れるであろう。例えば６０２ミクロンの間隙１５によっ
て隔てられた２５１ミクロン厚の薄片５A と２４０ミク
ロン厚の薄片５B では、８０％の反射係数が得られる。
本発明による窓の興味ある特性は、窓がこうして波長
フィルターの機能を果たせることである。したがってＣ
Ｏ2 レーザーは多くの波長で発することができる。ある
利用、特に大気中の汚染の測定のためには、単一のスペ
クトル線、特にスペクトル線Ｐ（２０）でないスペクト
ル線についてのみレーザー効果を得ることが望まれる。
現在、スペクトル線の選択は、格子及び反射性窓６とし
て部分的透過性の鏡を使用することによって行われる。
【００１５】本発明の一実施態様によれば、透過性薄片
５の厚さを正しく選ぶことによって、あるスペクトル線
を他方のスペクトル線のために消去できる。例えば透過
性薄片５の厚さがλ1 ／４ｎの奇数倍及びλ2 ／４ｎの
偶数倍になるように厚さを選ぶことによって、スペクト
ル線λ2 をスペクトル線λ1 のために除くことができ
る。したがって波長が１０．５７１６ミクロンであるス
ペクトル線Ｐ（１８）を、波長が１０．５９１５ミクロ
ンであるスペクトル線Ｐ（２０）を犠牲にして残そうと
望むならば、５９５．５ミクロン厚をもった薄片を用い
ることができ、その反射係数は、スペクトル線Ｐ（１
８）については４８．６％、スペクトル線Ｐ（２０）に
ついては０．０２％であろう。
５の厚さを正しく選ぶことによって、あるスペクトル線
を他方のスペクトル線のために消去できる。例えば透過
性薄片５の厚さがλ1 ／４ｎの奇数倍及びλ2 ／４ｎの
偶数倍になるように厚さを選ぶことによって、スペクト
ル線λ2 をスペクトル線λ1 のために除くことができ
る。したがって波長が１０．５７１６ミクロンであるス
ペクトル線Ｐ（１８）を、波長が１０．５９１５ミクロ
ンであるスペクトル線Ｐ（２０）を犠牲にして残そうと
望むならば、５９５．５ミクロン厚をもった薄片を用い
ることができ、その反射係数は、スペクトル線Ｐ（１
８）については４８．６％、スペクトル線Ｐ（２０）に
ついては０．０２％であろう。
【００１６】本発明は特定の実施態様に関連して述べら
れたがそれに限定されるものではなく、むしろ当業者に
よって明らかである修正及び変形が可能である。
れたがそれに限定されるものではなく、むしろ当業者に
よって明らかである修正及び変形が可能である。
【図１】本発明によるＣＯ2 パワーレーザーの長手方向
断面略図。
断面略図。
【図２】本発明による部分的透過性窓の変形の断面図。
１ ＣＯ2 パワーレーザー ２ 光学的空所 ３ 第１の窓（部分透過性） ４ 第２の窓（反射性） ５，５A ，５B ，６ ダイヤモンド薄片 ７，８ 係止リング ９，１０ 環状支持体 １１，１２ 水又はガスの循環流路 １３ 掃気装置 １４ 金属リング １５ 中間層 ６０ 金の被覆
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲラン・ダニエル フランス国．77500・シエレ．リユ・アレ キサンドル・ビツカル．バテイマン・33. レシダンス・デユ・ヴアル・フルーリイ (72)発明者 ラケ・クリスチヤン フランス国．78280・ギユアンクール．リ ユ・ベノワ・フラシヨン．55
Claims (8)
- 【請求項１】 対向する両端部を、部分透過性の第１の
窓（３）及び反射性の第２の窓（４）によって限定され
た空所（２）を有するパワーレーザーにおいて、第１の
窓（３）が、厚さ変動が０．２ミクロンを超えない規制
された厚さを有する、被覆されない平らな平行表面をも
った、少なくとも１枚のダイヤモンド薄片（５）によっ
て構成されていることを特徴とするパワーレーザー。 - 【請求項２】 ダイヤモンド薄片（５，６）が、良好な
熱伝導体製で、冷却手段（１１，１２）と組合された環
状支持体（９，１０）に取付けられている請求項１記載
のパワーレーザー。 - 【請求項３】 第１の窓（３）が、較正された距離（１
４）によって隔てられた２枚の平行なダイヤモンド薄片
（５A ，５B ）を有することを特徴とする請求項１又は
２記載のパワーレーザー。 - 【請求項４】 較正された距離（１４）が、λ／４ｎの
奇数倍（λはレーザーの波長、ｎは薄片間の媒体の屈折
率）であることを特徴とする請求項３記載のパワーレー
ザー。 - 【請求項５】 第２の窓（４）が、反射性の金属被覆
（６０）をもったダイヤモンド薄片（６）によって構成
されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
か１項に記載のパワーレーザー。 - 【請求項６】 少なくとも一方の窓の内面に掃気ガスを
循環する手段を空所（２）内に有することを特徴とする
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のパワーレーザ
ー。 - 【請求項７】 薄片（５，６）のダイヤモンドがＣ−II
−Ａであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
か１項に記載のパワーレーザー。 - 【請求項８】 薄片（５，６）の厚さが０．５ｍｍを超
えないことを特徴とする請求項７記載のパワーレーザ
ー。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9202437A FR2688098B1 (fr) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | Laser de puissance a fenetre diamant non revetue. |
| FR9202437 | 1992-03-02 | ||
| CN93118211A CN1033545C (zh) | 1992-03-02 | 1993-09-28 | 大功率气体混合物激光器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065951A true JPH065951A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=36928325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5036640A Pending JPH065951A (ja) | 1992-03-02 | 1993-02-25 | パワーレーザー |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5335245A (ja) |
| EP (1) | EP0559501B1 (ja) |
| JP (1) | JPH065951A (ja) |
| CN (1) | CN1033545C (ja) |
| CA (1) | CA2090656A1 (ja) |
| DE (1) | DE69301112T2 (ja) |
| ES (1) | ES2081690T3 (ja) |
| FR (1) | FR2688098B1 (ja) |
| IL (1) | IL104729A (ja) |
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Families Citing this family (18)
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| JPH08335735A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-12-17 | Toshiba Electron Eng Corp | 紫外域レーザ装置及びその製造方法 |
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