JPS5923582A - 気体導波管レ−ザ発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、銹電体材料から造られて貫通毛細管が形成さ
れているモノリシックな棒と、該毛細管を含みレーザ・
ガスが充填された共振空洞と、毛細管のガス内でレーザ
放電を惹起するための高周波電気ボンピング手段みを有
する毛細管を備えた気体導波管レーザ発生器に関する。

発明の背匙 このようなレーザ発生器の応用分野は多様であり、例え
ば医療および軍事用ｌこ用いることができる。

導波毛細管レーザは、慣用のレーザよりも容積の点で非
當（こ大きな利点を提供する。

また、例えば３０ＭＨ２およびＪ［Ｈｚの間の範囲内の
周波数好ましくは／θＯＭＨｚで交流電界を発生してガ
ス中放電を誘起する高周波励起方法の点でも、それ自体
で成る種の利点が得られる。

例えば、励起電圧は低く、例えば１０θ■であり、絶縁
に関しての懸念が最早や不必要である。

電源もしくはポンピング手段を小型化することができる
。

放電を行なうための陽極および陰極が存在せず、したが
ってレーザ・ガスの分解による陰極電位降下が無いため
に、使用寿命は著しく増大する。

才だ、共振空洞は、発生するエネルギのための導波管と
しての働きをなす。

ここで、横方向励起、即ち毛細管の縦軸線に対し垂直な
又流電界の発生もしくは印加の方が、縦方向励起より好
ましいことを指摘しておく。

一つの誘電体棒またはブロックにより分離された他のλ
つの金属棒またはブロックによって構成され、合計りっ
の棒もしくはブロックが組立後矩形断面の室もしくは導
波部を形成し、ａつの金属棒が電極としての働きをなず
導波管レーザ発生器は既に知られている。

絶縁フィルムもしくは被膜を金属棒の各々の内壁に塗布
して、励起電界がこのフィルムラ４ｊＩ′ｉ切るように
し、それによりレーザ・ガスによる金属棒の酸化を回避
するのが有利である七されている。

さらに才だ、カバー板によって閉鎖されたＵ字部により
構成されて矩形断面を治し、該Ｕ字部およびカバー板を
アルミナで造り、そして薄い金属層の電極をカバー板お
よびＵ字部の壁に設りた構造の導波管レーザ発生器も知
られている０ これらΩつの型の導波管レーザは追って述べるような利
点を呈するが、成る種の欠点を免がれない。

即ち、実Ｊｊ的に正方形断面の導波管に制限される。

この幾伺学的形態が原因でレーザ・ビームの断面におけ
るエネルギ分布が具なった様相となり、即ち点状分布と
なり、その結果、幾つかのＴＥモードが生ずる可能性が
ある。

さらに、ザンドイツチ型の構造であれ、或いはカバー板
型の構造であれこれらレーザの構造自体がりつまたはユ
つのブロックで謂ゆる組立てられたシステムＬなってい
るために、組立上の欠点を免かれない。

例えば、光学的見地からこのようなレーザは歪みを発生
し、したがってまた光学的損失を伴なう。

産業上の製造と言う見地から見ると、これら公知のレー
ザは調節、ろう付けまたは接着を套装とし、これらが完
全であることはほとんど有り得ない。

さらに英国特許願第、２０’）／９０４１−号明細書に
は、誘電体材料から造られて貫通毛細管が形成されてい
るモノリシックな棒し１該毛細管を含みレーザ・ガスが
充填された共振空間と、毛細管の一１ｊ　ス内でレーザ
放電を惹起するための高周波電気ボンピング手段とを有
する毛細管を備えた気体導波管レーザ発生器が開示され
ている。

この導波管のモノリシック特性に由り、公知の組立によ
って製作されるガス管と関連する全べての欠点は除去さ
れる。

しかしながら、上記英国特許願に開示されている発生器
は毛細管内に侵入した電極を有しており、したがってこ
れら電極は、分解するレーザ・ガスによって酸化され、
そのためにレーザの使用寿命が短かくなる。この現象は
また、動電中これら電極のｍ子攻′Ｊ＄（スパッタリン
グ）によっても惹起される。

本発明の目的は、直ぐ上に述べたような欠点を除去する
ことにある。

ｌｌＬ］」冴。

上の１ｊ的で、本発明は、誘電体拐料がら造られて貫通
毛細管が形成されているモノリシックな棒と、該毛細管
を含みレーザ・ガスが充填された共振空洞Ｌ、毛細管の
ガス内ブレーザ放電を惹起するための高周波電気ボンピ
ング手段とを有する毛細管を備えた気体導波管レーザ発
生器において、上記棒が上記毛細管と四面関係の側内の
中間部分を治し、上記棒の該薄肉部分の全長に亘って上
記毛゛細管の両側に電極が設けられていることを特徴と
する気体導管レーザ発生器に関する。

本発明のレーザ発生器の奸才しい実施例においては、ボ
ンピング手段はレーザ・ガスを無線周波数で励起する。

この場合、プラズマのインピーダンスは正であり、した
がってプラズマは均質である。

発明の好ましい実施例の詳細な説明 本発明は添伺図面を参照しての以下の説明から一層明確
に理解されるであろう。

図面を参照するに、図示の気体導波管レーザ発生器は、
例えばＢｅＯ、Ａ４２０３等の誘電体材料から形成され
、１１通毛細導管−を有するモノリシックな棒状部／（
単に棒き称する）と、両端が４つのミラーｙおよび左に
よって閉ざされている外被もしくはエンベロープ３Ｌを
有する０該エンベロープ３内には、上記二つのミラーに
よって共振空洞６が形成されており、該共振空洞内に上
記棒／が配置されておって、作用ガスが収容されている
。

モノリシックな棒／の外部形態は概略的に軸線？を有す
る円筒形状である。このモノリシック棒ｌは一つの円筒
形端部分７およびｇならび１こ該搾の軸線ワから等間隔
で離間しておって上記２つの端部分７およびｇに結合さ
れている一つの平行な平面１０および／／により確定さ
れる薄肉の中間部分７．２を有する。単なる例よしてで
はあるが、このようにして製作された棹は、長さが、２
３０間で、直径、２０間で、中央部におけるノリ、さが
約Ｊ、Ｊ、、あって、軸方向の長さが３間の端部分りお
よびｇが設けられている。

図示の実施例においては、毛細管コは軸線りを有する円
形断面を有している。なお毛細管ユは直径−、！；ｍｍ
として形成した。毛細管ａは棒ｌの一端から他端に延在
しており、その両端部で空洞乙に開口している。

棒／は、一つの現状リング１３および／４１によりエン
ベロープ３の内壁に対して尚接関係で該エンベロープ３
内に保持されている。該環状リング内にはそれぞ、れ棒
／の端部分７およびｇが配置されておって、該棒を保持
すると共に心出しする働きをする。

リング／３および／グには、棒の外部から内部またはそ
の逆にレーザ・ガスを循環するためのオリフィス／りが
穿孔されている。

第１図にはユつの扁平ミラーが示されているが、本発明
は例えば球面ミラーのような他のミラーの使用を排斥す
るものではない。なお、λつのミラーのうちの一方は、
レーザビームを取出すために半透明の板である。

ｇｏないし１００トル（Ｔｏｒｒ）台の圧力で用いられ
ている気相媒質は、図示の例では、二酸化炭素ガス、窒
素およびヘリウムの混合物から構成されており、励起に
より約７０゜４μｍの波長の赤外線放出を発生する。

しかしながら、本発明は、例えばやはり！；／１ｍの波
長の赤外線放出を行なう一酸化炭素を含む混合物のよう
な他の気体媒質の使用を排斥するものではない。

ここで述べている導波管レーザ発生器は電気的ボンピン
グを用いるものであって、したがって電源（図示せず）
と、気体毛糸ＩＩＩ管に放電を惹起するように配置され
ているλつの電極とを有している。

レーザは高周波数、特に無線周波数ＲＦでボンピングさ
れる。このボンピングにより先ｌこ述べたような利点が
得られる。励起もしくは励振は、高い値の交流横方向電
界（ＴＥ）、即ち軸線？に対して垂直な方向の交流電界
を発生することにより横方向励起とするのが好ましい。

しかしながら、本発明は、軸線７に沿う縦方向ＲＦ励起
としても良いことを述べておく。しかしながらこの場合
には、成る程度の横方向励振も誘起されるであろう。

交流７Ｍ、　ＴＡＸの一つの端子にそれぞれ接続されて
いる電極は、棒／の中間部分の２つの扁平な面１０およ
び／／上に配置されている。

第１の電極１６は、細線形状にあって、はぼ部分／２の
全長に亘って延在し、そして例えば無線周波数の励起電
位・を印加される０接地されている他の基準電極／７は
、部分／コのほぼ全長に亘って延在するが和尚に大きな
幅を有しておって、ラジェータとしての役割をも果すよ
うにされている。

上に述べた本発明の実施例によれば、無線周波数での励
起による公知のガス導波管レーザの利点の他に著しい利
点が齋らされる０ガス管はモノリシックオフ’１′造を
有しており、組立てられた構造の供用の管の全べての欠
点が除去される。

ｍ波毛細管が形成されている棒の中央の薄肉の部分によ
り、レーザ・ガスを収容し該レーザ・ガスが循環し得る
エンベロープの容積が増大される。したがって毛細管内
のガスの更新は非常に満足すべき仕方で行なわれる。

構造が非常に単純であるπ１．極は、励起もしくは励振
される毛細管領域に亘って作用し、均質なレーザ・プラ
ズマを得ることを可能にする〇導波管は、光学的な観点
から見て最適な条件である円形断面を有しており、軸線
９を中心上したガウス・エネルギ分イ１５でのモードで
レーザ放出が達成される。

この毛細管形態は実際上、特に、以下に述べるような製
造方法で得られる０ 上に述べたように心出し部分７およびｇと同じ直径を有
する円筒状の棒を製作する。実際上、過度に微細な構造
の棒に毛細管を形成することは不可能である。

ドリルによる環孔によって棒内に軸方向の通し孔を形成
して毛細管Ωを実現する。このような毛細管の製造費用
は非常に小さい点に留意されたい。勿論、毛細管は軸方
向である必要はない０ 次いで、上記棒を機械加工してλつの平面ＩＯおよびｌ
／に沿う中央部分を薄くし、毛細管λと実質的に同面も
しくは平行な面となるようにし、そして一つの端に一つ
の円筒形部分り。

ざを心出しおよび保持のために設けておく。その結果、
中央部分／２における砕／の壁の厚さが実質的に０．１
朋を越えないような構造が得られる。勿論、該棒は・ま
た扁平な表面以外の他の面に沿って薄肉にすることもで
きる。

次に公知の仕方で、磯椋加工された領域のコつの平面１
０および／／上にコつの電極／／）および／７を伺着す
る。

以上説明を単純にするために円筒状の棒き関連して説明
したが、異なった形状の棒を使用し得ることは言うまで
もない。

さらに、毛細管と相補形状にある工具を用いて押出し製
造方法を実施することができる。この場合には、例えば
、円形、正方形才たは長方形のような任意の断面形状の
毛細管を作ることができると官う利点が得られる。しか
しながら組立てによる方法では、実際上円筒状の毛細管
を得ることは不可能である。

矩形断面の毛細管によれば、ｇｌ’Ｊゆる多Ａｉ通路技
術を不利に実現することができ、伺加的な不透明のミラ
ーを導波管および共振空洞の端ミラー間に配置して導波
管内に幅方向に幾つかのレーザ・ビーム路を得るこＬが
できる。例えば導波管の一つの端近傍にそれぞれ配ｆｉ
ｆされたａつの追加のミラーで３つの通路が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるレーザ発生器の軸方向断面図、
第２図は第１図の線ＩＩ　−ＩＩにおける導波管の断面
図、第３図は第１図のレーザ発生器の棒状導波管部分の
一側から見た平面図、そして第グ図は第１図のレーザ発
生器の棒状導波管部分の他側から見た平面図である。 ／・・棒、コ・・貫通毛訓導波管、３・・エンベロープ
、グ、！・・ミラー、乙・・共振空洞、７、ｇ・・心出
し部、？・・軸線、／、３．／’Ｉ・・環状リング、１
５・争オリフィス、／Ａ・・ＴｆＬ極、／７・・基準電
極０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ／）誘電体材料から造られて貫通毛細管が形成されてい
   るモノリシックな棒と、該毛細管を含みレーザ・ガスが
   充填された共振空洞と、毛Ｍ＋１管のガス内でレーザ放
   電を惹起するための高周波電気ポンピング手段とを有す
   る毛細管を備えた気体導波管レーザ発生器において、前
   記棒が前記毛細管と同面関係の薄肉の中間部分を有し、
   前記棒の該薄肉部分の全長に亘って前記毛細管の両側に
   電極が設けられていることを特徴とする気体導波管レー
   ザ発生器。 、２）電極の７つが細線形状にあり、他方の電極がスト
   リップ形態にある特許請求の範囲第７項記載の気体導波
   管１／−ザ発生器。 ３）棒が、空洞を確定するエンベロープ内に該棒を６出
   しかつ維持するためのλつの端部分を有している特許請
   求の範囲第１項記載の気体導波管レーザ発生器。 リ　し〜ザ・ガスが二酸化炭素ガスを含む特許ＭＰ！求
   の＠囲第１項記載の気体導波管レーザ発生器。 、ｔ）　　ホンピング手段が無線周波数でレーザ・ガス
   を励振する特許請求の範囲第１項記載の気体導波管レー
   ザ発生器。 Ａ）毛細管が円形の断面である特Ｆｒ　ｉｔｉ’ｉ求の
   範囲第１項記載の気体導波管レーザ発生器。