JPS6016114B2 - 気体導波管レ−ザ発生器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、誘電体材料から造られて貫通毛細管が形成さ
れているモノリシツクな棒と、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ポンピング手段とを有
する毛細管を備えた気体導波督しーザ発生器に関する。

発明の背景このようなし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に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
常に大きな利点を提供する。

また、例えば３０ＭＨｚおよび船Ｈｚ間の範囲内の周波
数好ましくは１００Ｍ比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、それ自体で或る
種の利点が得られる。

例えば、励起電圧は低く、例えば１００Ｖ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。

また、共振空洞は、発生するェ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
交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。

２つの誘電体榛またはブロックにより分離された他の２
つの金属榛またはブロックによって構成され、合計４つ
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、２つの金属棒が電極としての働きをなす
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を横切るようにし、それ
によりレーザ・ガスによる金属榛の酸化を回避するのが
有利であるとされている。

さらにまた、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有し、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字部の壁に設けた構造の導波管レーザ発生器も知
られている。これら２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、或る種の欠点を免がれない
。

即ち、実質的に正方形断面の導波管に制限される。

この幾何学的形態が原因でレーザ・ビームの断面におけ
るェネルギ分布が異なった様相となり、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、サンドイッチ型の構造であれ、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４つまたは２
つのブロックで謂ゆる組立てられたシステムとなってい
るために、組立上の欠点を免がれない。

例えば、光学的見地からこのようなしーザは歪みを発生
し、したがってまた光学的損失を伴なつｏ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必要とし、これらが完全であること
はほとんど有り得ない。

さらに英国特許顔第２０７１９０４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
シックな棒と、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−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を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、妨電中これら電極の電子攻撃（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。

発明の梗概 上の目的で、本発明は、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榛と、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
ス内のブ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督しーザ発
生器において、上記棒が上記毛細管と同面関係の薄肉の
中間部分を有し、上記榛の該薄肉部分の全長に亘つて上
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好ましい実施例においては、ポ
ンピング手段はしーザ・ガスと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等である。

発明の好ましい実施例の詳細な説明 本発明は添付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、
例えば技○、山２０３等の譲露体材料から形成され、貫
通毛細導管２を有するモノリシックな棒状部１（単に棒
と称する）と、両端が２つのミラー４および５によって
閉ざされている外被もし〈‘まェンベロープ３とを有す
る。

該ェンベロープ３内には、上記２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綾１が
配置されておって、作用ガスが収容されている。モノリ
シックな綾１の外部形態は概略的に鯛線９を有する円筒
形状である。このモノリシック榛１は２つの円筒形端部
分７および８ならびに該棒の鞠線９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８に結合されている
２つの平行な平面１０および１１により確定される薄肉
の中間部分１２を有する。単なる例としてではあるが、
このようにして製作された棒は、長さが２３０肋で、直
径２仇肋で、中央部における厚さが３．５肌あって、鶴
方向の長さが３肌の端部分７および８が設けられている
。図示の実施例においては、毛細管２は鞠線９を有する
円形断面を有している。

なお毛細管２は直径２．５側として形成した。毛細管２
は棒１の一端から池端に延在しており、その両端部で空
洞６に閉口している。棒１は、２つの環状リング１３お
よび１４によりェンベロープ３の内壁に対して当接関係
で該ヱンベロープ３内に保持されている。

該環状リング内にはそれぞれ棒１の端部分７および８が
配置されておって、該樺を保持すると共に心出しする働
きをする。リング１３および１４には、榛の外部から内
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１５が穿孔されている。

第１図には２つの扇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他のミラーの使用を排斥する
ものではない。

なお、２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。８０なし、し１００トル
（Ｔｏｍ）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１０．６ム仇の波
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５ム肌の波長の
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
の気体嬢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ポンピン
グを用いるものであって、したがって電源（図示せず）
と、気体毛細管に放電を惹起するように配置されている
２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でポンピングさ
れる。

このポンピングにより先に述べたような利点が得られる
。励起もし〈は励振は、高い値の交流横方向電界（ＴＥ
）、即ち藤線９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、鞠線９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、或
る程度の横方向励振も誘起されるであるつｏ交流電源の
２つの端子にそれぞれ接続されている電極は、棒１の中
間部分の２つの扇平な面１０および１１上に配置されて
いる。

第１の電極１６は、細線形状にあって、ほぼ部分１２の
全長に亘つて延在し、そして例えば無線周波数の励起電
位を印加される。

接地されている他の基準電極１７は、部分１２のほぼ全
長に亘つて延在するが相当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
が粛らされる。

ガス管はモノリシック構造を有しており、組立てられた
構造の慣用の管の全べての欠点が除去される。導波毛細
管が形成されている榛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・ガスが循環し得るェンベロ
ープが容積が増大される。

したがって毛細管内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電極は、励起もしく
は励振される毛細管領域に亘つて作用し、均質なしーザ
・プラズマを得ることを可能にする。

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を中心としたガウス・ェネル
ギ分布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。

上に述べたように心出し部分７および８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。ドリルによる繋孔によって蟻内に鞠方
向の通し孔を形成して毛細管２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、毛細管は鞠方向である必要はない。次い
で、上記棒を機械加工して２つの平面１０および１１に
沿う中央部分を薄くし、毛細管２と実質的に同面もし〈
は平行な面となるようにし、そして２つの端に２つの円
筒形部分７，８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１２における棒１の壁の厚さが実
質的に０．６側を越えないような構造が得られる。勿論
、該棒はまた扇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、機械加工された領
域の２つの平面１０および１１上に２つの電極１６およ
び１７を付着する。

以上説明を単純にするために円筒状の榛と関連して説明
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、正方形または長方形のよ
うな任意の断面形状の毛細管を作ることができると言う
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、謂ゆる多重通路技術を有利に実
現することができ、付加的な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・ビーム路を得ることができる。

例えば導波管の２つの端近傍にそれぞれ配置された２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０一ローこ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警部分の一側
から見た平面図、そして第４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。 １・・・・・・棒、２…・・・貫通毛細導波管、３・…
・・ェンベロープ、４，５……ミフー、６……共振空洞
、７，８・・・・・・心出し部、９…・・・軸線、１３
，１４・・・・・・環状リング、１５・・・・・、オリ
フィス、１６・・・・・・電極、１７・・・・・・基準
電極。 １図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 誘電体材料から造られて貫通毛細管が形成されてい
   るモノリシツクな棒と、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つ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１つが細線形状にあり、他方の電極がストリ
   ツプ形態にあ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。 ３ 棒が、空洞を確定するエンベロープ内に該棒を心出
   しかつ維持するための２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。 ４ レーザ・ガスが二酸化炭素ガスを含む特許請求の範
   囲第１項記載の気体導波管レーザ発生器。 ５ ポ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。 ６ 毛細管が円形の断面であ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。