JPH07142791A

JPH07142791A - スラブ型レーザ発振器

Info

Publication number: JPH07142791A
Application number: JP28817993A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kumamoto; 健二熊本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-11-17
Filing date: 1993-11-17
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【目的】スラブ型レーザ発振器から得られるレーザ出
力光の品質向上と、装置のコスト低減を目的とする。【構成】薄い長柱構造の対称型放電管を用い、その両
面から冷却板を均一に、またその歪が伝わらないように
接触させて冷却する発振器構造とする。また、熱変形を
受けないベース面を基準に共振器と放電管を支持する構
成とする。更に、発振器出口にて、アパーチャを設け
る。【効果】この発明に於けるスラブ型レーザ発振器は、
安価で高精度な共振器構造がとれる効果がある。また、
発振器から取り出されるモードは、シングルモード並の
焦点深度が確保できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、放電を用いてレーザ
励起を行い、その時発生するガス温度上昇をガス拡散冷
却によって冷却するスラブ型レーザ発振器に関するもの
であり、特にレーザ出力光の安定化を図り、かつ安価に
構成する為の共振器の構成と、より高品質なレーザモー
ドを得る為の発振器構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスラブ型レーザ発振器の構成とし
てマイクロ波励起スラブ型レーザ発振器の構成を図１２
に、そのＡ−Ａ’断面を図１３に示す。また、図１４に
は放電管の断面形状を、図１５にはこのスラブ型レーザ
発振器から得られるレーザモードを示す。図において、
１はマイクロ波を発生するマグネトロン、２２はそのマ
グネトロンを冷却する為の冷却ファン、２はマイクロ波
を放電管まで伝送する導波管、３は導波管から放電管に
均一にマイクロ波エネルギーを伝送するスリット、４は
放電を起こす放電管、１６はその放電空間、５は冷却す
る為の冷却水路、９は片面より放電管を冷却する冷却
板、６は両サイドのミラーを固定するミラーホルダー、
７、８はそのミラーホルダーを支持する支持棒と端板で
ある。また、１７がこの発振器から取り出されるレーザ
光である。システムとしては、２０はマグネトロンを駆
動する為の電源、２１は放電管内部のレーザガスを冷却
する冷却装置である。

【０００３】次に動作について説明する。マグネトロン
１は、直流の高電圧を印加されることにより駆動し、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。この直流の高
電圧を発生するのが、電源２０である。直流の高電圧を
印加されたマグネトロン１は、その電圧に応じて、マイ
クロ波を発生する。発生したマイクロ波は、導波管２内
に導かれる。導波管２は、２．４５ＨＧｚに対しＴＥＭ
０１が立つような遮断周波数を有する、縦・横の空間寸
法を有している。また、長さ方向に対しても同様に、固
有周波数に対し共振するように、波長の整数倍になる長
さである。この導波管２の上部に、スリット３が配置さ
れている。このスリットは、導波管２からマイクロ波エ
ネルギーを均一にかつ効率よく伝送する為の物である。
スリット３を通して、マイクロ波エネルギーが放電管４
に導かれ、導波路に対し垂直な方向から放電を行うこと
になる。

【０００４】放電管４の形状を図１４に示す。放電管４
の放電空間１６にはレーザガスが封入されており、２ｍ
ｍの薄い矩径空間のギャップを有している。この放電空
間１６内にマイクロ波の電界が集中しマイクロ波放電が
発生し、空間内のレーザガスは高温になる。この、放電
により高温となったレーザガスを冷却できるように放電
管４の片面側に冷却水路５が設けられている。その為、
放電管４の構造としてはギャップに対して非対称構造
で、かつその厚みは冷却水路５を確保するよう厚くなっ
ている。また、逆側の面は冷却水路を持った冷却板９を
あてて冷却する構造となっている。尚、これらの冷却水
路５には冷却装置２１より一定温度の水が流されてい
る。放電管４内に放電が起こると、放電管４内のレーザ
ガス温度及び放電管４の壁面温度は上昇し、放電管４内
部の様々な内部応力に応じて放電管４は曲がりを発生す
ることとなる。

【０００５】放電管４内の放電により励起されたレーザ
ガスより、レーザ光１７を取り出すために、放電管４の
長手方向の両サイドにはハイブリッド共振器用のミラー
ホルダー６が組まれている。ハイブリッド共振器は、放
電管４の薄い空間方向には導波路型共振器、もう片側の
厚い空間方向に不安定型共振器を組んだものである。レ
ーザ光１７を外に取り出すミラーホルダー６には、取り
出し鏡、ウィンドウが組み込まれて、逆サイドのミラー
ホルダー６には全反射鏡が組み込まれている。一般的に
この様な発振器は、各ミラーホルダー６内の鏡どおしの
相対位置関係で共振器から取り出されるレーザ光１７の
安定性が決定される。そこで、環境温度によりミラーホ
ルダー６の角度ズレ変化ができるだけ少ないように、低
膨張材でできた支持棒７で固定された端面８に取り付け
られ、さらに放電管４自身の温度による変位の影響も受
けないようにベローズを介して取り付けられている。ま
た、共振器自身も、ベースに図示されていないが転がり
軸受けを介して取り付けられる構造となっている。

【０００６】取り出し鏡側から取り出されたレーザ光１
７の光強度分布は、図１５に示す様なサイドロブを含む
形となっている。レーザ発振器から取り出されたレーザ
光１７は、図示には無い各種の全反射鏡もしくはファイ
バー等で伝送され、加工対称物に照射されることとな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のスラブ型レーザ
発振器は上記の様に、放電管構成及び冷却構造がギャッ
プ方向に対して非対称である為、放電管に放電が入力さ
れると同時に放電管の温度が上昇して様々な曲がりを発
生した。その結果、両端に整対して設けられていたミラ
ーと放電管の相対位置角度が変化することで、得られる
出力に変動をもたらす問題があった。

【０００８】上記の問題の要因の一つとして、放電管片
面の接触方法が不均一なことによる放電管温度の不均一
さがある。また逆に、接触している冷却板が変位するこ
とで放電管を歪ませることもある。さらに、放電管が温
度により角度変化するのを抑制する手段が無い点も要因
の一つとなっていた。また当然、放電管自身の温度によ
る変形する絶対量が大きな点も要因の一つとなってい
た。更に、放電管を固定しているベースが熱変形するこ
とが放電管を変形させる要因の一つとなっていた。

【０００９】また、従来の構成では、共振器と放電部及
び冷却部をそれぞれ独立に組むため、装置が大型でかつ
高価になる問題があった。

【００１０】また、この発振器から取り出されたレーザ
モードを集光して切断加工を行うと、深い焦点深度が得
られず切断幅が大きくなる問題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係るスラブ型
レーザ発振器は、矩形断面状のギャップでレーザの導波
路を構成するとともに放電空間を形成する放電管と、こ
の放電管の導波路の短辺方向には導波路型共振器を、他
方の長辺方向には不安定型共振器を有するハイブリッド
型共振器を備え、導波路に対して垂直方向から放電を行
うスラブ型レーザ発振器において、前記放電管は、対称
構造に一体型に構成されており、前記放電管の両面に放
熱構造を有する冷却部を接触させて放電管を冷却するも
のである。

【００１２】また、前記放電管の短辺方向の厚みが放電
ギャップの寸法の０．７倍から３倍の間であるものであ
る。矩形断面状のギャップでレーザの導波路を構成する
とともに放電空間を形成する放電管と、この放電管の導
波路の短辺方向には導波路共振器を、他方の長辺方向に
は不安定型共振器を有するハイブリッド型共振器を備
え、導波路に対して垂直方向から放電を行うスラブ型レ
ーザ発振器において、前記放電管は、対称構造に一体型
に構成されており放電管の短辺方向の厚みが放電ギャッ
プの寸法の０．７倍から３倍の間であり、前記放電管の
両面に放熱構造を有する冷却部を接触させて放電管を冷
却するものである。

【００１３】また、前記放電管を熱伝導率の良好な媒体
を介して前記冷却部に接合させるものである。

【００１４】また、前記冷却部自体の熱分布による変形
により接触している放電管が変形しないように冷却部を
当て面を有するベースに固定する構造にしたものであ
る。

【００１５】また、前記冷却部自体の熱分布による変形
により接触している放電管が変形しないように冷却部を
均一な応力で押しつけ冷却部の変形を抑制する構造にし
たものである。

【００１６】また、前記放電管の長手方向の片端もしく
は両端のみで、放電管を保持しているベース上に固定し
たものである。

【００１７】また、前記放電管が、熱膨張係数の小さい
材料からなり、放電管を保持するベースの温度変化によ
る膨張収縮変位量が、放電管の放電の温度変化による膨
張収縮変位量と比較し同等もしくはそれ以下とするもの
である。

【００１８】また、前記ハイブリッド型共振器を構成す
るミラーを組み込んだミラーホルダーを放電管を保持す
るベース上に固定し、温度変位による放電管の角度変位
を相対的に抑制するものである。

【００１９】また、矩形断面状のギャップでレーザの導
波路を構成するとともに放電空間を形成する放電管と、
この放電管の導波路の短辺方向には導波路型共振器を、
他方の長辺方向には不安定型共振器を有するハイブリッ
ド型共振器を備え、導波路に対して垂直方向から放電を
行うスラブ型レーザ発振器において、ハイブリッド型共
振器から取り出したレーザモードを光強度分布が０Ｗに
なる点でカットするように共振器出口からのレーザの伝
播距離に応じた０クロス直径と同じアパーチャ径でカッ
トするものである。

【００２０】

【作用】この発明におけるスラブ型レーザ発振器は、放
電管を対称構造に一体型で構成し、放電管の肉厚を薄く
したので、放電による放電管の温度分布と、その時発生
する内部熱応力をギャップ方向に対して対称化すると同
時に、その熱応力を最小限に抑えることができる。

【００２１】また、放電管と冷却部との間に熱伝導率の
大きい媒体を構成したので冷却部による放電管の冷却効
率を向上し、かつ放電管の温度分布を均一にする。

【００２２】また、冷却部の熱変形により接触している
放電管が変形しないような冷却構造にしたので冷却部自
身の温度による変位を放電管に伝えることなく冷却す
る。

【００２３】さらに、放電管の片端もしくは両端をベー
スに固定することで放電管自身の角度変位を低減する。

【００２４】また、放電管を熱膨張係数の小さい材料で
構成することにより、放電時に上昇する温度による放電
管自身の変位量を低減する。さらに、放電管を固定する
ベースを放電管と同等かそれ以上に熱膨張係数の小さい
材料で構成することにより、ベースの温度変位を低減す
ることでき、より安定した状態で放電管を支持する。

【００２５】また、共振器を構成するミラーホルダーを
ベース上に固定することで、簡単にミラーの角度ズレを
低減できる。

【００２６】また、レーザ発振器の共振器の出口からの
レーザの伝播距離に応じた０クロス直径と同じアパーチ
ャ径でカットするようにしたのでハイブリッド共振器か
ら取り出されたビームの内、サイドロブだけが発振器か
ら外に取り出される時にカットされる。

【００２７】

【実施例】実施例１．この発明の一実施例のマイクロ波
励起スラブ型レーザ発振器の構成を図１に示す。また、
Ａ−Ａ’断面と矢視Ｂを各々図２（ａ），（ｂ）に示
す。図３にはこのスラブ型レーザ発振器に使用する放電
管の形状を、図４にはこのスラブ型レーザ発振器から取
り出されるレーザモードを示す。１はマイクロ波を発生
するマグネトロン、２２はそのマグネトロンを冷却する
為の冷却ファン、２はマイクロ波を放電管まで伝送する
導波管、３は導波管から放電管に均一にマイクロ波エネ
ルギーを伝送するスリット、４は放電を起こす一体型に
長柱構造した放電管、５は冷却する為の冷却水路、９は
放電管を冷却する冷却板、１０は放電管と冷却板の間に
挟む熱伝導媒体である。また、１３は冷却板を放電管に
接触させる為のバネである。１１は放電管を置くベース
で、１４は冷却板の当て面、１２は放電管をベースに固
定するロック台、６はミラーを固定するミラーホルダー
である。そして、１５はアパーチャである。またシステ
ムとしては、２０はマグネトロンを駆動する為の電源、
２１は放電管内部のレーザガスを冷却する冷却装置であ
る。

【００２８】次に動作について説明する。マグネトロン
１は、直流の高電圧を印加されることにより駆動し、
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生する。この直流の高
電圧を発生するのが、電源２０である。直流の高電圧を
印加されたマグネトロン１は、その電圧に応じて、マイ
クロ波を発生する。発生したマイクロ波は、導波管２内
に導かれる。導波管２は、２．４５ＧＨｚに対しＴＥＭ
０１が立つような、遮断周波数を有する縦・横の空間寸
法を有している。また、長さ方向に対しても同様に、固
有周波数に対し共振するように、波長の整数倍になる長
さである。この導波管２の上部に、スリット３が配置さ
れている。スリット３を通して、マイクロ波エネルギー
が、放電管４に導かれ、導波路に対し垂直な方向より放
電が発生する。

【００２９】放電管４の放電空間１６にはレーザガスが
封入されるよう、例えば２ｍｍの薄い矩形空間のギャッ
プを有している。その形状は図３に示す通りであり、そ
の厚みは例えば４ｍｍの寸法で長柱の一体型の密閉構造
をしている。また、放電により高温となったレーザガス
と放電管４自身を冷却できるように冷却装置２１より一
定温度の水を流す冷却水路５が設けられている冷却板９
を接触して冷却する構造になっている。この構造で放電
管４の厚みを厚くすると、放電管４内の温度分布と熱応
力が大きくなり接触冷却の効果が薄れてしまう。この様
なギャップ厚の３倍以下の薄い放電管４を使用すること
で、放電時の放電管４の温度はより均一となり、内部の
熱応力も最小限に抑えられることとなる。また、放電管
４の肉厚は電極機能を有する放電管４の強度を規定する
ため、強度を保証する最低限の肉厚が必要となるため放
電管４の短辺方向の厚みは放電ギャップ寸法の０．７倍
程度は必要である。

【００３０】また、放電管４と冷却板９の間には、熱伝
導媒体１０が挟み込まれている。ここでは、熱伝導媒体
１０としてシリコン系のコンパウンドを使用している。
これにより、放電管４と冷却板９間に小さな隙間が生じ
たとしても、放電管４と冷却板９の間の熱抵抗はあまり
変化せず、常時、より効率の良い均一な冷却が可能とな
る。

【００３１】放電管４を両面より接触冷却する冷却板９
は、片面側がベース１１に固定され、他方の面はバネ１
３により放電管４に抑えられる構造となっている。ま
た、その接触させる力も変化できる。ベース１１に固定
された冷却板９は、ベース１１の当て面１４に沿って取
り付けられる構造となっているため、冷却板９自身の温
度分布により冷却板９が変形しても、放電管４にその変
位は伝わらない。また、他方の冷却板９も、それ自身変
形しない程度の力でほぼ全面均一に放電管４に抑えられ
るため、冷却板９自身が変形しても放電管４を変形させ
ることにはならない。この構造により放電管４に冷却板
９自身の変位量を伝えること無く冷却することができ
る。

【００３２】放電管４は、放電管４内に均一に放電が起
きた時の放電管４の歪を、最大限低減する構造になって
いる。しかし、放電管４内の放電分布が不均一になると
やはり変形の要因となる。そこで、放電管４が変形した
場合に最もレーザ光１７に与える影響の大きな部分の変
化は抑制する必要がある。この放電管４の変位の内、得
られるレーザ出力に最も大きな影響を与える関係を計算
したところ、放電管４端面とミラーホルダー６にある鏡
の相対位置関係の変化があることがわかった。つまり、
放電管４自身が角度変化しても、ミラーとの相対位置関
係に変化がなければ出力の変位は小さい。そこで、放電
管４をベース１１に固定する位置を放電管４の両端だけ
にする為に、図２（ｂ）のようにロック台１２で両端の
みをベース１１に固定する構造とした。また、このロッ
ク台１２が放電管４の変位を抑制する方向は、主に放電
管４の短辺方向の変位である。また、ロック台１２で片
端のみでベース１１に放電管４を固定しても相応の効果
がある。

【００３３】また、放電により温度が上昇した時の放電
管４自身の変位をできるだけ低減するためには、その材
質の線膨張係数を小さくする事は当然である。ここで
は、低膨張材として例えばアルミナ等のセラミックを用
いている。

【００３４】また、放電管４を固定するベース１１が温
度的に変化し放電管４に歪を与えることが無いように、
ベース１１の線膨張係数は放電管４の線膨張係数と同
等、もしくはより小さい値の材質となっている。更に、
図２には示されていないが、冷却装置２１の水が通水で
きる水路がベース１１には設けられており、温度的にも
安定な状態を保つことができる構造になっている。

【００３５】放電管４内で、放電により励起されたレー
ザガスより、レーザ光１７を取り出すために、放電管４
の両サイドにはハイブリッド共振器が組まれている。ハ
イブリッド共振器は、放電管４の薄い空間方向には導波
路型共振器、もう片側の厚い空間方向に不安定型共振器
を組んだものである。レーザ光１７を外に取り出すミラ
ーホルダー６には、取り出し鏡、ウィンドウが組み込ま
れて、逆サイドのミラーホルダー６には全反射鏡が組み
込まれている。ハイブリッド共振器の場合、導波路型共
振器側では各ミラーホルダー６内の鏡と放電管４端面の
相対位置関係が、そして不安定型共振器側は各ミラーホ
ルダー６内の鏡どおしの相対位置関係で共振器の安定性
が決定される。そこで、環境温度によりミラーホルダー
６の角度ズレ変化ができるだけ変化しないように、熱膨
張係数の小さい材料、例えばセラミック、Ｎｉ系合金等
の材料よりなるベース１１上にミラーホルダー６が固定
されている。また、放電管４の角度変位の影響を受けな
いようにミラーホルダー６と放電管４はベローズを介し
て取り付ける構造となっている。これにより従来多数必
要だった部品点数の低減が可能となった。

【００３６】次に得られるレーザモードについて説明す
る。レーザ光のビーム品質を向上させるための手段とし
てアパーチャーを使用することは、一般的な方法であ
る。例えば、共振器内部に使用する場合は回折現象を起
こしモード次数を制限したり、逆に共振器から取り出し
たモードに対して使用する場合は、モードの裾野をカッ
トするのに用いられたりしている。しかし、特に共振器
外部において用いる場合、その用い方は定性的であり効
果のほどは明確ではない。ここでは、ハイブリッド共振
器から取り出したモードから従来のシングルモード並の
焦点深度を得る為のアパーチャの使用手段を提案する。

【００３７】図１５に従来のハイブリッド共振器から得
られるレーザのモードを示している。このモードには、
０Ｗとクロスするａ点が存在する。一般的にはこのａ点
より外側の光分布はサイドロブと呼ばれている。このサ
イドロブをカットしたモードを図４に示している。ある
同一出力での、図１５の従来の光強度分布を持つモード
と図４のモードを集光した場合の等高光強度の比較図を
図５に示す。実線が図１５の従来モードの集光特性であ
り、点線が図４のように処理したモードの集光特性であ
る。この比較図５からわかるように、集光点での光強度
分布の傾向は光強度が小さくなる程、各モードの集光特
性の傾向は大きく異なってくる。図１５のようなハイブ
リッドのモードにおいては、焦点近傍の数ｍｍ部分のみ
しか集光された領域がないことがわかる。この様なモー
ドで厚い材質の板等を切断すると、切断幅が広くなった
り、テーパーが大きくなったり、熱影響部の領域が広く
なったり等、悪い影響を及ぼしてしまう。その結果、良
好な切断結果が得られないことは明確である。

【００３８】上記の様に、サイドロブの有無は集光特性
に大きな影響を及ぼす。そこでサイドロブをカットする
為にアパーチャを挿入する必要がある。このハイブリッ
ド共振器から得られるモードの特徴は、他の回折光を伴
うモードと異なり、図１５でａ点と示した光強度が０Ｗ
の位置が、図６に示したように伝播距離に比例した位置
に現れる点にある。そこで、図１に示すように発振器出
口でちょうど光強度が０Ｗになる径に適応したアパーチ
ャ１５を設けることによりサイドロブのみカットするこ
とが可能となった。

【００３９】実施例２．実施例１では、冷却板９の固定
を片側が固定で片側がバネ抑え方式としたが、図７に示
すように両面ともベース１１に当て面を設けて固定でき
る構造にしても同じ効果が得られる。

【００４０】実施例３．実施例１では、冷却板９の固定
を片側が固定で片側がバネ抑え方式としたが、図８に示
すように両面ともバネ抑え構造にしても同じ効果が得ら
れる。また、バネは冷却板９を放電管４に押さえる力を
かえる物で有れば異なる構造であても良い。

【００４１】実施例４．実施例１では、冷却板９の固定
を片側が固定で片側がバネ抑え方式としたが、冷却板９
自身が温度による変形を受けないように、冷却板９の線
膨張係数を低く抑えても同じ効果が得られる。

【００４２】実施例５．実施例１では、冷却板９の固定
を片側が固定で片側がバネ抑え方式としたが、冷却板９
の剛性を放電管の剛性より低く押さえて、冷却板９が変
形しようとしても放電管４の反力により変形が押さえら
れる構造にしても同じ効果が得られる。

【００４３】実施例６．実施例１では、冷却板９の冷却
に水を用いて行っているが、水の代わりに図９に示すよ
うに、ヒートパイプ２３を用い冷却風２４で冷却する構
造にしても同じ効果が得られる。

【００４４】実施例７．実施例１では、冷却板９の冷却
に水を用いて行っているが、水の代わりに図１０に示す
ように、冷却板９を冷却フィン２５構造とし、冷却風２
４を吹き付けるような空冷の構造でも良い。

【００４５】実施例８．実施例１では、冷却板９の冷却
に水を用いて行っているが、水の代わりにペルチェ効果
を有する素子を間接、もしくは直接接触させても同じ効
果が得られる。

【００４６】実施例９．実施例１では、発振器出口にサ
イドロブをカットするアパーチャ１５を設けているが、
発振器から加工対象物もしくは加工レンズ間のどの位置
であっても、共振器出口からの伝搬距離に応じた０クロ
ス直径と同じアパーチャ径でカットすれば同じ効果が得
られる。

【００４７】実施例１０．実施例１では、放電管４と冷
却板９の間に熱伝導媒体１０として熱伝導性の良いコン
パウンド等を用いているが、熱伝導性の良いグリースや
シートを用いても同じ効果が得られる。

【００４８】実施例１１．実施例１では、マイクロ波励
起のスラブ型レーザ発振器について示したが放電形態に
よる共振器構成の違いは無く、他の高周波放電を用いた
スラブ型レーザ発振器についても同じ効果が得られる。

【００４９】実施例１２．実施例１では、放電管４の冷
却の為に水路を設けた冷却板９を接触させて用いている
が、図１１に示す様に、冷却媒体として水を用い、直接
に放電管の両端に流水したとしても同じ効果が得られ
る。

【００５０】実施例１３．実施例１では、線膨張係数の
小さな放電管を用いて変位を低減しているが、放電時に
できる温度分布による変位が小さくなるような傾斜材料
を用いても同じ効果が得られる。また、４面とも同じ材
質の長柱構造の放電管を使用しているが、同じ形状で有
れば材質は異なっても良い。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、この発明に於けるスラブ
型レーザ発振器は、放電管は一体型対称構造で肉厚が薄
く、冷却部の熱変形による放電管の変形を抑制する構造
になっているので放電管と両端の取り付けられているミ
ラーとの角度変化が無く、得られるレーザ光のモード・
出力・ポインティングに高い安定性が確保できる。

【００５２】また、放電管と冷却部の間に熱伝導率の大
きい媒体を使用し、放電管及びベースに熱膨張係数の小
さい材料を使用することにより熱的影響を最小限にし、
放電管の角度変位をさらに抑制し、安定したレーザを得
ることができる。

【００５３】また、この発明では、共振器を構成するミ
ラーホルダーの支持をベース上で行う為、従来に比べ部
品点数の削減ができ安価な発振器が提供できる。

【００５４】また、ハイブリッド共振器から得られるレ
ーザ光の光強度分布の０Ｗ位置で出力をカットする機構
を発振器内に内蔵するため、得られるモードに高い集光
特性を確保する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に一実施例によるマイクロ波励起スラ
ブ型レーザ発振器を示す構成図である。

【図２】図１のマイクロ波励起スラブ型レーザ発振器の
縦断面と矢視図である。

【図３】図１のマイクロ波励起スラブ型レーザ発振器の
放電管を示す形状図である。

【図４】この発明の一実施例によるマイクロ波励起スラ
ブ型レーザ発振器から得られるモード断面図である。

【図５】従来のスラブ型レーザ発振器から得られるモー
ドとこの発明によるスラブ型レーザ発振器の集光等光強
度線の比較図である。

【図６】従来のスラブ型レーザ発振器から得られるモー
ドの０Ｗ光強度位置の伝搬特性を示す図である。

【図７】この発明の他の実施例による、放電管を冷却す
る板を両面とも固定構造とした構成図である。

【図８】この発明の他の実施例による、放電管の冷却す
る板を両面ともバネ抑え構造とした構成図である。

【図９】この発明の他の実施例による、冷却板の冷却を
ヒートパイプで行う構成とした構成図である。

【図１０】この発明の他の実施例による、冷却板の冷却
を冷却ファンで行う構成とした構成図である。

【図１１】この発明の他の実施例による、放電管の両面
に直接に水を流す構成とした構成図である。

【図１２】従来のマイクロ波励起スラブ型レーザ発振器
を示す構成図である。

【図１３】図１２のマイクロ波励起スラブ型レーザ発振
器の縦断面図である。

【図１４】図１２のマイクロ波励起スラブ型レーザ発振
器の放電管を示す形状図である。

【図１５】従来のマイクロ波励起スラブ型レーザ発振器
から得られるモード断面図である。

【符号の説明】

１マグネトロン２導波管３スリット４放電管５冷却水路６ミラーホルダー７支持棒８端板９冷却板１０熱伝導媒体１１ベース１２ロック台１３バネ１４当て面１５アパーチャ１６放電空間１７レーザ光２０電源２１冷却装置２２冷却ファン２３ヒートパイプ２４冷却風２５冷却フィン

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【手続補正書】

【提出日】平成６年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】また、前記放電管の短辺方向の厚みが放電
ギャップの寸法の１．４倍から３倍の間であるものであ
る。矩形断面上のギャップでレーザの導波路を構成する
とともに放電空間を形成する放電管と、この放電管の導
波路の短辺方向には導波路共振器を、他方の長辺方向に
は不安定型共振器を有するハイブリット型共振器を備
え、導波路に対して垂直方向から放電を行うスラブ型レ
ーザ発振器において、前記放電管は、対称構造に一体型
に構成されており放電管の短辺方向の厚みが放電ギャッ
プの寸法の１．４倍から３倍の間であり、前記放電管の
両面に放熱構造を有する冷却部を接触させて放電管を冷
却するものである。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】放電管４の放電空間１６にはレーザガスが
封入されるよう、例えば２ｍｍの薄い矩形空間のギャッ
プを有している。その形状は図３に示す通りであり、そ
の厚みは例えば４ｍｍの寸法で長柱の一体型の密閉構造
をしている。また、放電により高温となったレーザガス
と放電管４自身を冷却できるように冷却装置２１より一
定温度の水を流す冷却水路５が設けられている冷却板９
を接触して冷却する構造になっている。この構造で放電
管４の厚みを厚くすると、放電管４内の温度分布と熱応
力が大きくなり接触冷却の効果が薄れてしまう。この様
なギャップ厚の３倍以下の薄い放電管４を使用すること
で、放電時の放電管４の温度はより均一となり、内部の
熱応力も最小限に抑えられることとなる。また、放電管
４の肉厚は電極機能を有する放電管４の強度を規定する
ため、強度を保証する最低限の肉厚が必要となるため放
電管４の短辺方向の厚みは放電ギャップ寸法の１．４倍
程度が必要である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/097 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形断面状のギャップでレーザの導波路
を構成するとともに放電空間を形成する放電管と、この
放電管の導波路の短辺方向には導波路共振器を、他方の
長辺方向には不安定型共振器を有するハイブリッド型共
振器を備え、導波路に対して垂直方向から放電を行うス
ラブ型レーザ発振器において、前記放電管は、対称構造
に一体型に構成されており、前記放電管の両面に放熱構
造を有する冷却部を接触させて放電管を冷却することを
特徴とするスラブ型レーザ発振器。
【請求項２】前記放電管の短辺方向の厚みが放電ギャ
ップの寸法の０．７倍から３倍の間であることを特徴と
する請求項１に記載のスラブ型レーザ発振器。
【請求項３】前記放電管を熱伝導率の良好な媒体を介
して前記冷却部に接合させることを特徴とする請求項１
に記載のスラブ型レーザ発振器。
【請求項４】前記冷却部自体の熱分布による変形によ
り接触している放電管が変形しないように冷却部を当て
面を有するベースに固定する構造にしたことを特徴とす
る請求項１に記載のスラブ型レーザ発振器。
【請求項５】前記冷却部自体の熱分布による変形によ
り接触している放電管が変形しないように冷却部を均一
な応力で押しつけ冷却部の変形を抑制する構造にしたこ
とを特徴とする請求項１に記載のスラブ型レーザ発振
器。
【請求項６】前記放電管の長手方向の片端もしくは両
端のみで、放電管を保持しているベース上に固定したこ
とを特徴とする請求項１に記載のスラブ型レーザ発振
器。
【請求項７】前記放電管が、熱膨張係数の小さい材料
からなり、放電管を保持するベースの温度変化による膨
張収縮変位量が、放電管の放電の温度変化による膨張収
縮変位量と比較し同等もしくはそれ以下であることを特
徴とする請求項１に記載のスラブ型レーザ発振器。
【請求項８】前記ハイブリッド型共振器を構成するミ
ラーを組み込んだミラーホルダーを放電管を保持するベ
ース上に固定し、温度変位による放電管の角度変位を相
対的に抑制することを特徴とする請求項１または請求項
７に記載のスラブ型レーザ発振器。
【請求項９】矩形断面状のギャップでレーザの導波路
を構成するとともに放電空間を形成する放電管と、この
放電管の導波路の短辺方向には導波路型共振器を、他方
の長辺方向には不安定型共振器を有するハイブリッド型
共振器を備え、導波路に対して垂直方向から放電を行う
スラブ型レーザ発振器において、ハイブリッド型共振器
から取り出したレーザモードを光強度分布が０Ｗになる
点でカットするように共振器出口からのレーザの伝播距
離に応じた０クロス直径と同じアパーチャ径でカットす
ることを特徴とするスラブ型レーザ発振器。