JPH07183599A - ガスレーザ発振装置 - Google Patents

ガスレーザ発振装置

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JPH07183599A
JPH07183599A JP32826293A JP32826293A JPH07183599A JP H07183599 A JPH07183599 A JP H07183599A JP 32826293 A JP32826293 A JP 32826293A JP 32826293 A JP32826293 A JP 32826293A JP H07183599 A JPH07183599 A JP H07183599A
Authority
JP
Japan
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discharge
discharge tube
laser
tube
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP32826293A
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English (en)
Inventor
Shigeki Yamane
茂樹 山根
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 放電管の外周に誘電体等を設け、放電管に印
加する電界強度を均一化し、均一に放電させ、発振効率
の高い、大出力のガスレーザ装置の提供を目的とする。 【構成】 送風機によりレーザガスを流し、光軸と同軸
に配置した放電管の外周に穴のあいた誘電体等を設け電
界を均一化して放電を発生させ、発振効率の高い、大出
力のレーザ発振機を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は放電管の軸方向と光軸方
向が一致したガスレーザ発振装置に関するガスレーザ発
振装置で、特にマイクロ波放電励起を行う大出力のガス
レーザ発振装置に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロ波を用いたガスレーザ装置の例
としては文献(APPLIED PHYSICS LE
TTER,37(8),P673(1980))等が知
られているが、現在のところ、一般産業用としてマイク
ロ波励起のガスレーザ発振装置は実用化されていない。
【0003】上記論文を参考に、本発明者らが検討した
マイクロ波励起の炭酸ガスレーザ発振装置の構成外略図
を図14に示す。
【0004】12はガラス等の誘電体で形成される放電
管、13はマイクロ波を出力するマイクロ波電源、14
は前記マイクロ波電源13の出力を伝送、供給する導波
管である。放電管12は前記導波管14を貫通してい
る。放電管12内で導波管14を貫通する空間が放電空
間15である。放電管12の端面には全反射鏡16が、
他端には部分反射鏡17が配置され光共振器を形成して
いる。部分反射鏡17よりはレーザビーム18が出射さ
れる。放電管12の両端には送気管19が接続され、さ
らに放電管12の中央部にも吸気管が接続され放電空間
15にて放電および送風機により温度上昇したレーザガ
スの温度を下げるための熱交換器21、22とレーザガ
スを循環させるための送風機23が接続されている。矢
印24はレーザガスの流れる方向を示しており、図14
に示すガスレーザ発振装置の中をレーザガスが循環して
いる。
【0005】以上のように構成された炭酸ガスレーザ発
振装置の動作について説明する。まず、放電管12内の
両放電空間15にマイクロ波電源13からマイクロ波を
導波管14を通じてマイクロ波電力を注入し、放電空間
15にグロー放電を発生させる。放電空間15を通過す
るレーザガスは、この放電エネルギーを得て励起され、
その励起されたレーザガスは全反射鏡16と部分反射鏡
17により形成された光共振器間で共振状態となり、部
分反射鏡17を透過してレーザビーム18が出射され
る。
【0006】図15に本構成から得られた放電部へのマ
イクロ波注入電力vsレーザ出力、発振効率図を示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らが検討した
構成では図15に示すように、レーザ出力はマイクロ波
注入電力が600wを越すと急激に低下した。またレー
ザ発振効率は13%と著しく低い結果であった。
【0008】上記理由を考察するため、上記電源装置を
マイクロ波励起方式でなく高周波電界印加方式に変更し
実験を行った。具体的には装置の基本構成を同一にし、
13.56MHzの高周波電源に置き換えてレーザ出力
の特性を測定した。図16に示す、発振効率17%でレ
ーザ出力は直線的に増加し入力900wで出力140w
が得られた。
【0009】ガスレーザ発振ではガス温度が約200℃
(175deg)を越すと発振効率が著しく低下するこ
とが良く知られており、マイクロ波、13.56MHz
励起での放電管断面方向のレーザガス温度測定を実施し
た。結果を図17(A),(B)に示すように、13.
56MHzでは入力を増大しても温度分布は均一である
のに対し、マイクロ波放電では入力と共に中央部の温度
が高くなり、全体としての平均温度は低いにもかかわら
ず入力600w時で200℃を越す局部的な加熱が発生
し、全体の出力低下を発生させていることが判明した。
【0010】局部加熱が発生している原因は(1)放電
管管断面方向の電界強度の不均一度と(2)励起周波数
に依存する放電集中性の2点がある。
【0011】標準的な導波管内の電界強度は図18であ
り、放電管断面に対して電界を均一に印加すべくピーク
付近を印加しているが電界強度値として±20%程度の
不均一である。一般に電界強度を均一化するには図19
のように、金属リッジ25を挿入する方法が用いられる
かリッジ形状のみで電界を±5%以下にすることは不可
能であった。
【0012】また、マイクロ波放電は、例えば図20に
示すが、安定放電状態に放電管外部(側面)から放電管
管を加熱すれば放電は加熱した方向に変化した。この現
象が示すようにマイクロ波放電は電界の高い方のみでな
く、ガス温度の高い方へ集中する傾向が確認された。
【0013】すなわち、レーザ発振器にマイクロ波放電
を用いれば、発振効率が低く、かつ入力を増大してもレ
ーザ出力は増加しないという問題点があった。
【0014】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたもので、発振効率の高い、大出力のマイクロ波
放電のガスレーザ発振装置を提供することを目的とする
ものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために放電管外周に穴を開けた誘電体、金属メッ
シュ等の手段を用いて印加し、電界強度を均一化して均
一な放電をすることとしたガスレーザ発振装置である。
【0016】
【作用】本発明における放電管の外周に穴の開いた誘電
体、金属メッシュ等を設け放電管に印加する電界強度を
均一化して供給することにより発振効率を向上し、大出
力のレーザ出力を得ることが可能となる。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。同一の箇所には同一の記号を付け説明
は省略する。
【0018】図1は本発明の実施例による高速軸流形炭
酸ガスレーザ発振装置の構成外略図である。1は放電管
部で、図2に放電管部1の詳細図で第1の実施例を示
す。放電管12の外周に穴を開けた誘電体2を設けてい
る。誘電体を設ければ電界強度は変化することは公知で
あるが、金属リッジを用いた場合に比べ電界強度分布の
制御が非常に容易であった。また単に誘電体を設ける、
及び厚みを変え電界を制御するより穴を開けて制御する
ことが良い効果をもたらした。この場合、図3に示すよ
う電界強度を実測したところ、放電管断面方向の電界分
布としては±5%以下の均一性を実現でき、出力特性と
して発振効率16%、注入電力1000wを達成でき
た。
【0019】図4は放電管部1の詳細図で本発明の第2
の実施例の詳細図である。放電管12の外周に金属メッ
シュ3を設けてある。金属メッシュは金属部はリッジと
同一の電界を発生させるが素通りする穴があり電界は強
弱入り乱れた状態となる。電界強度を実測したところ、
図3に示すように±5%以下の均一性を実現でき、出力
特性として発振効率16%、注入電力1000wを達成
できた。
【0020】図5は放電管部1の詳細図で本発明の第3
の実施例である。放電管12の外周に回転する穴を開け
た誘電体、叉は金属メッシュ4を設けている。回転する
事で電界強度がより入り乱れ、実測した放電管断面方向
の電界強度としては±3%が実現できた。図6に示すよ
うに、出力特性として発振効率18%、注入電力150
0wが達成できた。
【0021】図7は放電管部1の詳細図で本発明の第4
の実施例である。放電管12のガス導入部外周にマイク
ロ波吸収体5を設けている。前述したマイクロ波放電は
温度の高い箇所へ移動、集中するという性質を利用する
もので、マイクロ波吸収体5はマイクロ波を吸収し、発
熱し、放電管12を加熱する。放電部で中央に集中しよ
うとする放電が放電管周辺の温度が高いため放電が左右
に広がる方向に挙動した。その結果出力特性は図8に示
すように発振効率15%、注入電力1200wが達成で
きた。
【0022】図9は放電部1の詳細図で本発明の第5の
実施例である。放電管12の放電部側面中央部にマイク
ロ波吸収体6を設けている。前述同様、マイクロ波放電
の温度の高い箇所へ移動、集中するという性質を利用し
たものである。結果として、出力特性は図8に示すよう
に発振効率15%、注入電力1200wが達成できた。
【0023】図10は放電管部1の詳細図で本発明の第
6の実施例である。放電管12の外周に電界の大きさに
より穴径が変化する誘電体7を設けている。
【0024】今回、tanδ>5の誘電体を用い、マイ
クロ波のエネルギを吸収し、温度変化により材料が伸長
することによる穴径変化を利用した。入力により電界分
布が変化するため、注入電力が大幅に向上した。出力特
性として図11に示すように発振効率15%、注入電力
2500wが得られた。
【0025】図12は放電管部1の詳細図で本発明の第
7の実施例である。放電管12の外部に電界の大きさに
より誘電率が変化する誘電体8を設けている。今回この
ような誘電体としてチタン酸バリウム系の物質を用い
た。注入電力が大きくなると誘電体の誘電率が低下する
ため放電集中が発生せず、放電が均一に広がるのが確認
できた。出力特性とし図13に示すように発振効率20
%、注入電力3000wが得られた。
【0026】上記のように、本実施例によれば、マイク
ロ波電界を均一化する放電管外周に穴を開けた誘電体等
を用いれば発振効率を高め、かつマイクロ波注入電力の
増大に伴いレーザ出力の増大を図ることができる。
【0027】なお、本実施例では軸流形のガスレーザ発
振装置を用いたが、他の形式のガスレーザ発振装置であ
っても同様な効果が期待できる。
【0028】
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように
本発明によれば、放電管の外周に穴を開けた誘電体、金
属メッシュ等を設けることにより、マイクロ波放電にお
いて発振効率を向上でき、かつマイクロ波注入電力の増
大に伴いレーザ出力の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるマイクロ波励起ガスレ
ーザ装置の概要構成図
【図2】本発明の第1の実施例の詳細図
【図3】同第1の実施例によるマイクロ波注入電力vs
レーザ出力、発振効率図
【図4】本発明の第2の実施例の詳細図
【図5】本発明の第3の実施例の詳細図
【図6】同第3の実施例によるマイクロ波注入電力vs
レーザ出力、発振効率図
【図7】本発明の第4の実施例の詳細図
【図8】同第4の実施例によるマイクロ波注入電力vs
レーザ出力、発振効率図
【図9】本発明の第5の実施例の詳細図
【図10】本発明の第6の実施例の詳細図
【図11】同第6の実施例によるマイクロ波注入電力v
sレーザ出力、発振効率図
【図12】本発明の第7の実施例の詳細図
【図13】同第7の実施例によるマイクロ波注入電力v
sレーザ出力、発振効率図
【図14】従来のマイクロ波励起ガスレーザ装置の構成
概略図
【図15】同ガスレーザ装置のマイクロ波注入電力vs
レーザ出力、発振効率図
【図16】同ガスレーザ装置の13.56MHz時での
レーザ出力、発振効率図
【図17】同ガスレーザ装置の放電部の温度分布図
【図18】(A)一般的なガスレーザ装置の放電管部の
構成図 (B)同電界強度分布図
【図19】(A)同金属リッジ挿入時の放電管部の構成
図 (B)同電界強度分布図
【図20】同外部からガス加熱時の放電変化挙動図
【符号の説明】
1 放電管部 2 誘電体 3 金属メッシュ 4 誘電体または金属メッシュ 5 マイクロ波吸収体 6 マイクロ波吸収体 7 メッシュ 8 誘電体 13 マイクロ波電源 15 放電空間

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光軸と同軸に配置し、内部にレーザガス
    を流す放電管と、前記放電管の外部よりマイクロ波を印
    加し、前記放電管内に放電を発生させるマイクロ波発生
    装置と、前記放電管内で励起されたレーザガスを共振さ
    せてレーザビームを発生させる光共振器とを備え、前記
    放電管の外周に穴を開けた誘電体を設けたガスレーザ発
    振装置。
  2. 【請求項2】 光軸と同軸に配置し、内部にレーザガス
    を流す放電管と、前記放電管の外部よりマイクロ波を印
    加し、前記放電管内に放電を発生させるマイクロ波発生
    装置と、前記放電管内で励起されたレーザガスを共振さ
    せてレーザビームを発生させる光共振器とを備え、前記
    放電管の外周に金属メッシュを設けたガスレーザ発振装
    置。
  3. 【請求項3】 光軸と同軸に配置し、内部にレーザガス
    を流す放電管と、前記放電管の外部よりマイクロ波を印
    加し、前記放電管内に放電を発生させるマイクロ波発生
    装置と、前記放電管内で励起されたレーザガスを共振さ
    せてレーザビームを発生させる光共振器とを備え、前記
    放電管の外周に穴を開けた誘電体、叉は金属メッシュを
    設け、前記誘電体、金属メッシュを回転させることを特
    徴とするガスレーザ発振装置。
  4. 【請求項4】 光軸と同軸に配置し、内部にレーザガス
    を流す放電管と、前記放電管の外部よりマイクロ波を印
    加し、前記放電管内に放電を発生させるマイクロ波発生
    装置と、前記放電管内で励起されたレーザガスを共振さ
    せてレーザビームを発生させる光共振器とを備え、前記
    放電管のレーザガス導入部外周にマイクロ波吸収体を設
    けたガスレーザ発振装置。
  5. 【請求項5】 光軸と同軸に配置し、内部にレーザガス
    を流す放電管と、前記放電管の外部よりマイクロ波を印
    加し、前記放電管内に放電を発生させるマイクロ波発生
    装置と、前記放電管内で励起されたレーザガスを共振さ
    せてレーザビームを発生させる光共振器とを備え、前記
    放電管の側面中央部にマイクロ波吸収体を設けたガスレ
    ーザ発振装置。
  6. 【請求項6】 光軸と同軸に配置し、内部にレーザガス
    を流す放電管と、前記放電管の外部よりマイクロ波を印
    加し、前記放電管内に放電を発生させるマイクロ波発生
    装置と、前記放電管内で励起されたレーザガスを共振さ
    せてレーザビームを発生させる光共振器とを備え、前記
    放電管の外周に電界の強度により穴径が変化するメッシ
    ュを設けたガスレーザ発振装置。
  7. 【請求項7】 光軸と同軸に配置し、内部にレーザガス
    を流す放電管と、前記放電管の外部よりマイクロ波を印
    加し、前記放電管内に放電を発生させるマイクロ波発生
    装置と、前記放電管内で励起されたレーザガスを共振さ
    せてレーザビームを発生させる光共振器とを備え、前記
    放電管の外周に電界の強度により誘電率が変化する誘電
    体を設けたガスレーザ発振装置。
  8. 【請求項8】 前記放電管に印加する周波数を2.45
    GHzとする請求項1、2、3、4、5、6、7のいず
    れかに記載のガスレーザ発振装置。
JP32826293A 1993-12-24 1993-12-24 ガスレーザ発振装置 Pending JPH07183599A (ja)

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