JPH07235713A - ガスレ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明はレ−ザ管内におけるレ−ザ光の励起
効率を高めることができるようにしたガスレ−ザ装置を
提供することにある。 【構成】 ガスレ−ザ媒質を放電励起してレ−ザ光を発
生させるガスレ−ザ装置において、上記ガスレ−ザ媒質
が封入されたレ−ザ管１１と、このレ−ザ管内の一端部
に設けられた陰極１５および他端部に設けられた陽極１
６と、上記レ−ザ管の一端側に設けられた高反射ミラ−
１９および他端側に設けられた出力ミラ−２１とで形成
された光共振器２０と、上記レ−ザ管の中途部に形成さ
れその内部が上記一対の電極間に点弧される放電によっ
て上記ガスレ−ザ媒質を励起する放電空間１７となる放
電細管部１３とを具備し、上記放電細管部の放電空間
は、その内径寸法が上記光共振器によって形成されるこ
の光共振器内のレ−ザ光のビ−ム径の変化に対応して上
記出力ミラ−側あるいは高反射ミラ−側のいずれか一端
側が他端側よりも大きく形成されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレ−ザ管内に封入され
たガスレ−ザ媒質を放電励起してレ−ザ光を発生させる
ガスレ−ザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のガスレ−ザ装置は、上
記レ−ザ管の中途部に内部が放電空間となる放電細管部
が形成され、その両端側に陽極と陰極とが設けられてい
る。上記陰極と陽極とに高電圧を印加することで、上記
放電空間に放電が点弧され、それによって、レ−ザ管内
のガスレ−ザ媒質が励起されてレ−ザ光が発生する。

【０００３】上記レ−ザ管の一端側には高反射ミラ−が
配設され、他端側には出力ミラ−が配設されていて、こ
れらミラ−によって光共振器を形成している。上記放電
空間で発生したレ−ザ光は上記光共振器の一対のミラ−
で反射して往復を繰り返すことで増幅され、その一部が
上記出力ミラ−から発振出力されるようになっている。

【０００４】たとえば、ガスレ−ザ媒質としてアルゴン
ガスを用いた場合、図５に示すように光共振器１を形成
する高反射ミラ−２には凹面ミラ−が用いられ、出力ミ
ラ−３には平面ミラ−が用いられる場合がある。そのよ
うな場合、光共振器１内におけるレ−ザ光Ｌは、そのビ
−ム径が高反射ミラ−２から出力ミラ−３に向かって漸
次小径となるテ−パ状に変化する。

【０００５】一方、図５に示すように上記レ−ザ管の放
電細管部に形成される放電空間４は、通常、その内径寸
法が全長にわたって同径に形成されている。そのため、
放電空間４と、この放電空間４で発生して光共振器１内
を往復するレ−ザ光Ｌとの、光軸方向に沿う断面形状と
が一致せず、上記放電空間４にはレ−ザ光Ｌの励起に寄
与しない部分４ａが生じる。

【０００６】つまり、放電空間４は、その空間全体が放
電状態にあるにも係わらず、レ−ザ光Ｌが通過しない部
分４ａが無駄な空間となるから、放電空間４全体がレ−
ザ光Ｌを増幅励起するための空間として有効に利用され
ない。そのため、放電空間４を励起するために陰極と陽
極に入力される電力に対して十分な出力が得られず、発
振効率が低いということがあった。

【０００７】出力１００ｍＷ、波長４８８nmのレ−ザ光
Ｌを得るために、図５に示す高反射ミラ−２と出力ミラ
−３との間隔を400 mm、放電空間４の内径を1.2 mm、そ
の長さを150 mm、出力ミラ−３と放電空間４との間隔を
120 mmとして設計し、上記放電空間４の一端Ｗｒと他端
Ｗｐとにおけるレ−ザ光Ｌのビ−ム径を計算したとこ
ろ、Ｗｒ＝0.629963mm、Ｗｐ＝0.568029mmであり、また
高反射ミラ−２の反射面におけるレ−ザ光Ｌのビ−ム径
ＷＲは、ＷＲ＝0.712266mm、出力ミラ−３の反射面にお
けるビ−ム径ＷＰは、ＷＰ＝0.551719mmであった。これ
らの計算結果から、レ−ザ光Ｌは、高反射ミラ−２から
出力ミラ−３に向かって漸次小径となるテ−パ状に変化
していることが確認された。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来はレ
−ザ光と、レ−ザ管に形成される放電空間との光軸方向
に沿う断面形状が相違しているため、上記放電空間にレ
−ザ光の励起に寄与しない部分が生じ、レ−ザ光の励起
効率が入力に比べて低いということがあった。

【０００９】この発明は上記事情に基づきなされたもの
で、その目的とするところは、レ−ザ管の放電空間にレ
−ザ光の励起に寄与しない、無駄な空間が生じるのをで
きるだけ少なくすることで、発振効率の向上が計れるよ
うにしたガスレ−ザ装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明は、ガスレ−ザ媒質を放電励起してレ−ザ光
を発生させるガスレ−ザ装置において、上記ガスレ−ザ
媒質が封入されたレ−ザ管と、このレ−ザ管内の一端部
に設けられた第１の電極および他端部に設けられた第２
の電極と、上記レ−ザ管の一端側に設けられた高反射ミ
ラ−および他端側に設けられた出力ミラ−とで形成され
た光共振器と、上記レ−ザ管の中途部に形成されその内
部が上記一対の電極間に点弧される放電によって上記ガ
スレ−ザ媒質を励起する放電空間となる放電細管部とを
具備し、上記放電細管部の放電空間は、その内径寸法が
上記光共振器によって形成されるこの光共振器内のレ−
ザ光のビ−ム径の変化に対応して上記出力ミラ−側ある
いは高反射ミラ−側のいずれか一端側が他端側よりも大
きく形成されていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、放電細管部に形成される放
電空間がレ−ザ光のビ−ム径の変化に対応していること
で、上記放電空間において、レ−ザ光の励起に寄与しな
い部分が少なくなり、発振効率を向上させることができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図１乃至図２を参
照して説明する。図１と図２はこの発明の一実施例を示
し、図１に示すガスレ−ザ装置は、たとえば石英などの
磁器質の材料によって形成され、その内部にはガスレ−
ザ媒質としてアルゴンガスが封入されたレ−ザ管１１を
備えている。このレ−ザ管１１は、両端面にそれぞれブ
リュ−スタ窓１２ａ、１２ｂが形成されているととも
に、中途部に放電細管部１３が形成されている。この放
電細管部１３の一端側と一方のブリュ−スタ窓１２ａと
の間には第１の大径部１４ａが形成され、他端側と他方
のブリュ−スタ窓１２ｂとの間には第２の大径部１４ｂ
が形成されている。

【００１３】上記第１の大径部１４ａにはコイル状の陰
極１５が設けられ、他端側には筒状の陽極１６が設けら
れている。これら電極１５、１６は上記放電細管部１３
で後述するごとく発生するレ−ザ光Ｌの通過を妨げない
よう、それぞれの中心軸線をレ−ザ管１１の軸線に一致
させて配置されている。

【００１４】上記放電細管部１３は、その中心部に後述
する形状の放電空間１７が形成され、この放電空間１７
の径方向外方には複数のガスリタ−ン孔１８が周方向に
所定間隔で形成されている。上記ガスリタ−ン孔１８は
一端を上記第１の大径部１４ａに連通させ、他端を第２
の大径部１４ｂに連通させていて、陽極１６側から陰極
１５側へガスレ−ザ媒質を戻すようになっている。

【００１５】上記一方のブリュ−スタ窓１２ａの外面側
には凹面ミラ−からなる高反射ミラ−１９が所定の間隔
で対向して配置され、他方のブリュ−スタ窓１２ｂの外
面側には上記高反射ミラ−１９とで光共振器２０を構成
する平面ミラ−からなる出力ミラ−２１が所定の間隔で
対向して配設される。上記放電空間１７は図２に示すよ
うに高反射ミラ−１９側から出力ミラ−２１側に向かっ
て内径寸法が徐々に小さくなるテ−パ孔２２に形成され
ている。

【００１６】上記陰極１５と陽極１６は図示しない高圧
電源に接続されている。これら陰極１５と陽極１６とに
上記高圧電源から高電圧が印加されると、これら電極間
に放電が点弧され、上記放電空間１７が放電状態とな
る。それによって、ガスレ−ザ媒質が励起されてレ−ザ
光Ｌが発生する。

【００１７】このようにして発生したレ−ザ光Ｌは光共
振器２０の高反射ミラ−１９と出力ミラ−２１とで反射
を繰り返して増幅され、その一部が出力ミラ−２１から
発振出力されることになる。

【００１８】上記高反射ミラ−１９が凹面ミラ−で、出
力ミラ−２１が平面ミラ−であると、光共振器２０内を
往復するレ−ザ光Ｌは、そのビ−ム径が高反射ミラ−１
９側から出力ミラ−２１側に向かって小さくなるテ−パ
状となる。つまり、上記放電空間１７のテ−パ孔２２の
形状は、上記光共振器２０内を往復するレ−ザ光Ｌのテ
−パ形状に対応したテ−パ形状に形成されている。

【００１９】出力１００ｍＷ、波長４８８nmのレ−ザ光
Ｌを得るために、この発明のガスレ−ザ装置の放電空間
１７を除く各部の寸法を、図５に示す従来の装置と同じ
にし、また高反射ミラ−１９側の内径寸法を1.2mm とし
た場合、上記放電空間１７のテ−パ形状の、出力ミラ−
２１側の内径寸法ｘは、 1.2:ｘ＝0.63（Ｗｒ）：0.57（Ｗｐ） …（１）式 で求めることができ、ｘ＝1.1mm となる。

【００２０】つまり、放電空間１７の高反射ミラ−２側
の径を1.2mm 出力ミラ−２１側の径を1.1mm とすれば、
上述した条件下において、上記放電空間１７を、光共振
器２０内を往復するレ−ザ光Ｌのテ−パ形状に対応した
テ−パ孔２２とすることができる。

【００２１】従来の放電空間４を有するガスレ−ザ装置
と、この発明の放電空間１７を有するガスレ−ザ装置と
を放電電流１０Ａで作動させたときの、各放電空間４、
１７の両端側の電流密度を測定したところ、下記表１の
ようになった。

【００２２】

【表１】

【００２３】この結果から分かるように、同じ放電電流
で動作させた場合、この発明の装置は、従来の装置に比
べて出力ミラ−側において放電電流密度を約２０％増加
させることができるから、それに応じて発振効率の向上
が計れる。

【００２４】図３（ａ）と図３（ｂ）はそれぞれこの発
明の放電空間の変形例を示す。図３（ａ）に示す変形例
は、放電空間１７ａの高反射ミラ−１９の半分が大径部
３１に形成され、出力ミラ−２１側の半分は上記大径部
３１に比べて小径な小径部３２に形成されている。それ
によって、放電空間１７ａに生じる、レ−ザ光Ｌの増幅
に寄与しない空間を小さくすることができるようにして
いる。

【００２５】このように、２つの異径孔によって放電空
間１７ａを形成すれば、テ−パ孔２２からなる放電空間
１７に比べて製作が容易となる。図３（ｂ）に示す変形
例は、放電空間１７ｂを複数の異径孔を連設して形成し
た。つまり、放電空間１７ｂの高反射ミラ−１９側の半
分は最も大径な第１の孔３３ａに形成され、この第１の
孔３３ａの出力ミラ−２１側の一端に、出力ミラ−２１
に向かって順次小径となる複数、この実施例では第２乃
至第５の４つの孔３３ｂ〜３３ｅを連設してなる。

【００２６】このような構成によれば、テ−パ孔２２か
らなる放電空間１７に比べて製作が容易となるばかり
か、図３（ａ）に示す放電空間１７ａに比べて無駄な空
間を少なくすることができる。

【００２７】なお、上記一実施例では、高反射ミラ−と
出力ミラ−とがレ−ザ管と別体な外部ミラ−形について
説明したが、上記各ミラ−がレ−ザ管の両端に取着され
た内部ミラ−形にもこの発明を適用することができる。

【００２８】また、光共振器を形成する高反射ミラ−を
凹面ミラ−とし、出力ミラ−を平面ミラ−としたが、図
４に示すように出力ミラ−２１ａを凹面ミラ−とし、高
反射ミラ−１９ａを平面ミラ−としてもよい。その場
合、光共振器２０内におけるレ−ザ光Ｌのビ−ム径は、
出力ミラ−２１ａ側に向かって大径なテ−パ状となるか
ら、その場合の放電空間１７ｃはレ−ザ光Ｌのテ−パ形
状に対応した形状である、出力ミラ−２１ａ側に向かっ
て大径となるテ−パ孔２２ａに形成すればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明は、ガスレ−
ザ管に形成される放電細管部の放電空間を、光共振器内
を往復反射するレ−ザ光のビ−ム径の変化に対応するよ
う、その一端側と他端側との内径寸法を変化させるよう
にした。

【００３０】そのため、上記放電空間に、レ−ザ光の増
幅に寄与することのない無駄な空間が生じづらくなるか
ら、レ−ザ光が効率よく増幅され、その発振効率を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す全体構成図。

【図２】同じく放電空間とレ−ザ光の形状を示す説明
図。

【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の放電空間
とレ−ザ光の形状の変形例を示す説明図。

【図４】この発明の光共振器と放電空間の変形例を示す
説明図。

【図５】従来の放電空間とレ−ザ光の形状を示す説明
図。

【符号の説明】

１１…レ−ザ管、１３…放電細管部、１５…陰極、１６
…陽極、１７…放電空間、１９…高反射ミラ−、２０…
光共振器、２１…出力ミラ−。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスレ−ザ媒質を放電励起してレ−ザ光
   を発生させるガスレ−ザ装置において、 上記ガスレ−ザ媒質が封入されたレ−ザ管と、このレ−
   ザ管内の一端部に設けられた第１の電極および他端部に
   設けられた第２の電極と、上記レ−ザ管の一端側に設け
   られた高反射ミラ−および他端側に設けられた出力ミラ
   −とで形成された光共振器と、上記レ−ザ管の中途部に
   形成されその内部が上記一対の電極間に点弧される放電
   によって上記ガスレ−ザ媒質を励起する放電空間となる
   放電細管部とを具備し、 上記放電細管部の放電空間は、その内径寸法が上記光共
   振器によって形成されるこの光共振器内のレ−ザ光のビ
   −ム径の変化に対応して上記出力ミラ−側あるいは高反
   射ミラ−側のいずれか一端側が他端側よりも大径に形成
   されていることを特徴とするガスレ−ザ装置。
2. 【請求項２】 上記放電細管部の放電空間は、その内径
   寸法が一端側から他端側に向かって漸次大きくなるテ−
   パ孔であることを特徴とする請求項１記載のガスレ−ザ
   装置。
3. 【請求項３】 上記放電細管部の放電空間は、順次大径
   となる複数の異径孔が一端側から他端側に向かって連設
   されてなることを特徴とする請求項１記載のガスレ−ザ
   装置。