JPH07105535B2 - 気体レーザ装置 - Google Patents

気体レーザ装置

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JPH07105535B2
JPH07105535B2 JP22522287A JP22522287A JPH07105535B2 JP H07105535 B2 JPH07105535 B2 JP H07105535B2 JP 22522287 A JP22522287 A JP 22522287A JP 22522287 A JP22522287 A JP 22522287A JP H07105535 B2 JPH07105535 B2 JP H07105535B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波放電を利用してレーザ励起を行
う気体レーザ装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図及び第5図は例えば1978年7月に発行されたジャ
ーナル オブ アプライドフイジックス(Journal of A
pplied Physics)vol.49 No.7のP3753〜P3756に示され
た従来の気体レーザ装置を示す縦断正面図、及びそのA
−A線断面図であり、図において、1はマイクロ波を伝
送する導波管、10はこの導波管1の一部に設けられた導
波管テーパ部、11はこの導波管テーパ部10の空間に設置
されたパイレックスガラス製のレーザ放電管、12aはこ
のレーザ放電管11の端部に設けられたレーザ気体導入
口、12bは同じくレーザ気体排出口、13は前記レーザ放
電管11を包むように配置された冷却ガス送気管、14aは
この冷却ガス送気管13の端部に設けられた冷却ガス導入
口、14bは同じく冷却ガス排出口、15は前記レーザ放電
管11の両端に設けられたブリュースタ窓、16aは直流放
電用の陰極、16bは同じく陽極である。
次に動作について説明する。レーザ放電管11中にはレー
ザ気体導入口12aより炭酸ガスレーザ気体が導入され、
一方、導入管1中にはTE10モードのマイクロ波が励起さ
れている。この導波管1は内部に導波管テーパ部10を備
えており、レーザ放電管11が設置された位置でその内径
が最小となっているため、その位置でマイクロ波の電界
が最大となっている。レーザ放電管11内のレーザ気体は
この強いマイクロ波電界によって放電破壊してプラズマ
を発生させ、レーザ媒質が励起される。この時、冷却ガ
ス送気管13中に、例えば低温の窒素ガス等を高速で流
し、レーザ放電管11を外部から冷却するとともに、レー
ザ気体の圧力等の放電条件を適切に選択することによっ
てレーザ発振条件が得られ、ブリュースタ窓15の外部
に、図示を省略したレーザ発振用のミラーを設けること
によってレーザ発振が行われる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の気体レーザ装置は以上のように構成されているの
で、閉じたレーザ放電管11内に導電性をもつプラズマが
発生すると、当該プラズマを内導体とする同軸モードの
マイクロ波モードが支配的となって、プラズマ中のマイ
クロ波電界は、レーザ放電管11の管壁に平行な成分を主
成分とする電界となり、発生するプラズマはレーザ放電
管11の管壁付近に集中した著しく不均一なものとなるた
め、レーザ放電管11全体をレーザ励起に適当な状態とす
ることが困難であるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、発生するマイクロ波放電プラズマを安定で空
間的に一様なものとし、高効率、大出力のレーザ動作を
可能となる気体レーザ装置を得るとを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る気体レーザ装置は、マイクロ波回路の一
部に形成された導電体壁に溝を形成し、この溝の開口を
誘電体でふさいで放電空間を設けて、そこにレーザ気体
を封入し、前記誘電体をマイクロ波入射窓として、マイ
クロ波回路より誘電体とレーザ気体中に発生したプラズ
マとの境界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モード
を入射するとともに、前記誘電体上の、前記放電空間を
形成する溝の開口エッジ部相当部位付近に、メタライズ
層を設けたものである。
〔作用〕
この発明における気体レーザ装置は、マイクロ波入射窓
である誘電体に対向してプラズマよりも導電率の高い誘
電体壁があるため、入射マイクロ波の終端電流はこの導
電体壁を流れ、プラズマ中には前記誘電体と導電体壁の
間を貫通する電流が流れることとなるため、レーザ気体
中には一様なプラズマが発生し、しかも電界集中部たる
溝の開口エッジ部に対応して設けた誘電体上のメタライ
ズ層は、マイクロ波の電界をシールドして、その開口エ
ッジ部における前記電界の集中を防止し、空間的に一様
なプラズマを安定的に発生するように作用する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図はこの発明の一実施例による気体レーザ装置を示す縦
断正面図、第2図はその外観図である。図において、2
はマイクロ波放電によってレーザ気体にプラズマを発生
させ、レーザ励起を行うためのマイクロ波回路の一種で
ある、リッジ導波管型のマイクロ波空胴構造をもつレー
ザヘッド部、3はマイクロ波発振器としてのマグネトロ
ン、4はマグネトロン3の出力するマイクロ波をレーザ
ヘッド部2へ導く導波管、5はこの導波管4の幅を拡げ
るホーン導波管、6はこのホーン導波管5を前記レーザ
ヘッド部2へ結合するマイクロ波結合窓、7はレーザヘ
ッド部2に取り付けられたレーザ発振用の反射鏡であ
る。また、20は前記レーザヘッド部2におけるマイクロ
波結合窓6に続く空胴壁、21及び22はこの空胴壁20の中
央部に設けられ、それぞれがマイクロ波回路の一部を構
成しているリッジ、23は一方のリッジ21に形成された導
電体壁であり、この実施例では前記リッジ21の上面に設
けられた溝29の底壁面が使用されている。24はこの導電
体壁23に対向して設けられてマイクロ波の入射窓として
作用する、例えばアルミナ等による誘電体、25はこの誘
電体24が前記リッジ21上面の溝29を覆うことによって、
前記導電体壁23と誘電体24との間に形成され、炭酸ガス
レーザ気体等のレーザ気体が封入される放電空間、26は
第3図に示すごとく、放電空間の開口エッジ部27を被う
ように、誘電体24上の一部に一体に設けたメタライズ層
で、例えばアルミ蒸着層などからなる。このメタライズ
層26はマイクロ波の電界をシールドするように作用し、
開口エッジ部27への上記電界の集中を防止する。28はリ
ッジ21,22のそれぞれに形成された冷却水路である。
次に動作について説明する。マグネトロン3で発生した
マイクロ波は、導波管4を伝搬してホーン導波管5で拡
げられ、マイクロ波結合窓6でインピーダンスを整合さ
せることにより、効率よく、レーザヘッド部2に結合さ
れる。このレーザヘッド部2は図示の如くリッジ空胴状
になっており、マイクロ波はそのリッジ21,22付近に集
中して非常に強いマイクロ波電磁界を発生させる。この
強いマイクロ波電磁界により放電空間25に封入されたレ
ーザ気体が放電破壊し、プラズマが発生してレーザ媒質
が励起される。ここで、冷却水路27に冷却水を流して放
電プラズマを冷却するとともに、レーザ気体の圧力等の
放電条件を適切に選択することによって、レーザ発振条
件が得られ、第2図に示す反射鏡7とそれに対向した図
面には現れない反射鏡とでレーザ共振器を形成すること
により、レーザ発振光が得られる。
この時、マイクロ波回路の一部を構成しているリッジ21
に形成された導電体壁23と、この導電体壁23に対向して
配置され、マイクロ波の入射窓となる誘電体24との間に
形成される放電空間25においてマイクロ波放電が行わ
れ、マイクロ波の入射はプラズマの一方の面からのみ行
われることになるため、プラズマを内導体とする同軸モ
ードのマイクロ波モードが支配的となる現象が発生する
ようなことはなく、所期のマイクロ波モードによる放電
を行わせることができる。また、図示のレーザヘッド部
2のリッジ空胴にように、マイクロ波回路が前記誘電体
24とプラズマとの境界に垂直な電界成分を有するマイク
ロ波モードを形成する場合、誘電体24と導電体壁23とは
対向しているため、導電体壁23に対しても垂直な電界成
分を有することとなりプラズマを貫く電界ができる。そ
のため、導電性を有するプラズマが発生しても、そのプ
ラズマより数桁導電率の高い導電体壁23がマイクロ波入
射窓としての誘電体24に対向して配置されているので、
入射マイクロ波の終端電流はこの導電体壁23を流れ、導
電体壁23近傍の電界は強制的にこの導電体壁23の表面に
対して垂直にされ、発生した前記プラズマを貫通する電
界が維持される。従って、マイクロ波がプラズマ中に浸
透してプラズマを貫く電流が流れ、この電流の連続性か
ら空間的に一様な放電プラズマが発生する。このよう
に、空間的に均一な放電が得られるので、放電全体をレ
ーザの励起に適当な状態にすることが容易となる。
また、放電空間25を形成する溝29の開口エッジ部27を被
うように、誘電体24の一部にメタライズ層26を設けたの
で、このメタライズ層26がない場合に、開口エッジ部27
に集中するマイクロ波の電解をシールドすることがで
き、従って、電界の集中に伴うプラズマの不均一化を防
止できる。このため、放電空間25における均一なマイク
ロ波放電プラズマ30の発生を促進し、放電全体をレーザ
励起に好適な状態となし、レーザ共振モードとプラズマ
のオーバラップを良好にして、高効率かつ大出力のレー
ザ出力動作を可能にする。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によればマイクロ波回路の一部
に形成された導電体壁に溝を形成し、この溝の開口を誘
電体でふさいで形成される空間に、マイクロ波放電によ
ってプラズマを発生するレーザ気体を封入し、前記誘電
体の一部に、前記放電空間を構成する溝の開口エッジ部
を被うメタライズ層を設けるよう構成したので、プラズ
マ中には前記誘電体と導電体壁との間を貫通する電流
が、一部に集中することなく均一に流れ、これによって
前記放電空間中に一様なプラズマを発生させることがで
き、結果的に高効率、大出力のレーザ出力動作を実現で
きるものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による気体レーザ装置を示
す縦断正面図、第2図は同じく外観図、第3図はメタラ
イズ層付近を拡大して示す縦断正面図、第4図は従来の
気体レーザ装置を示す縦断面図、第5図は第4図のA−
A線断面図である。 2はマイクロ波回路(レーザヘッド部)、21はマイクロ
波回路の一部(リッジ)、23は導電体壁、24は誘電体、
25は放電空間、26はメタライズ層、27は開口エッジ部、
29は溝。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳 正 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 植田 至宏 兵庫県尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マイクロ波回路中のマイクロ波放電により
    レーザ気体にプラズマを発生させてレーザ励起を行うマ
    イクロ波励起方式の気体レーザ装置において、前記マイ
    クロ波回路の一部に形成された導電体壁に溝を形成し、
    この溝の開口をマイクロ波の入射窓となる誘電体でふさ
    いで形成される放電空間に前記レーザ気体を封入し、前
    記マイクロ波回路によって前記誘電体と前記レーザ気体
    中に発生したプラズマとの境界に垂直な電界成分を有す
    るマイクロ波モードを形成するとともに、前記誘電体の
    一部に、前記放電空間を形成する溝の開口エッジ部を被
    うメタライズ層を設けたことを特徴とする気体レーザ装
    置。
  2. 【請求項2】メタライズ層をアルミ蒸着層としたことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の気体レーザ装
    置。
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