JPS62122186A - Waveguide laser - Google Patents

Waveguide laser

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JPS62122186A
JPS62122186A JP26227085A JP26227085A JPS62122186A JP S62122186 A JPS62122186 A JP S62122186A JP 26227085 A JP26227085 A JP 26227085A JP 26227085 A JP26227085 A JP 26227085A JP S62122186 A JPS62122186 A JP S62122186A
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waveguide
thin film
refractive index
pair
loss
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晃史 本郷
Tsuneo Shioda
塩田 恒夫
Shigeo Nishida
茂穂 西田
Mitsunobu Miyagi
光信 宮城
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Abstract

PURPOSE:To permit a highly efficient oscillation as well as to improve the cooling effect by forming a thin film having a small absorption loss at an oscillation wavelength on the surfaces of a pair of the opposing metal electrodes. CONSTITUTION:Zinc selenide (ZnSe), for example, is used as the material of thin films 3 and the thin films can be easily formed by sputtering and vacuum evaporation. When germanium (Ge) is used, the films 3 can be easily formed by plating as well. A waveguide path 4 to be used as the laser discharge path is encircled with metal electrodes 1 coated with the thin films 3 and a dielectric 2 and its section is formed into a configuration close to a square configuration for making the output strength distribution approach a circular distribution. Mixed gas of He, CO2 and N2 gasses and so on having a gas pressure of about 100-200torr, for example, is encapsulated in the waveguide path 4. A flat or concave totally reflecting mirror and a partially transmitting mirror are attached on both ends of the waveguide path 4 and the laser beam is outputted through the partially transmitting mirror. Thus, as the waveguide loss is small, a high- output oscillation is possible and furthermore, as the waveguide path wall is constituted of a metal having a high-heat conductivity, the cooling effect can be increased.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、溶接、切断などを行うレーザ加工分野や、コ
ヒーレント光通信、大気汚染物質の検出なとの分野に有
用なレーザ、特に小型高効率の導波路型気体レーザに関
するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Fields] The present invention relates to a laser that is useful in the field of laser processing for welding, cutting, etc., coherent optical communication, and detection of atmospheric pollutants, particularly in the field of small and high-speed laser processing. This invention relates to efficient waveguide gas lasers.

[従来の技術] 横方向に高周波放電を励起するための対向する一対の金
属電極と、ガラス、アルミナなどの対向する一対の誘電
体とで囲まれた矩形の中空導波路からなる導波路ヤレー
ザが神々提案されている(米国特許第4,169,25
1 号明細書、米国特許第4,152.188号明″”
ms>。
[Prior Art] A waveguide laser consists of a rectangular hollow waveguide surrounded by a pair of opposing metal electrodes for exciting high-frequency discharge in the lateral direction and a pair of opposing dielectric materials such as glass or alumina. Gods Suggested (U.S. Pat. No. 4,169,25
1 Specification, U.S. Patent No. 4,152.188''
ms>.

このような横方向RF放電励起導波路型レーザは、縦方
向□ C放電励起導波路型レーザと比較して次のような
特徴をもつ。
Such a horizontal RF discharge pumped waveguide laser has the following features compared to a vertical □C discharge pumped waveguide laser.

■ 小型である。■ It is small.

■ 発振波長同調範囲が広い。■Wide oscillation wavelength tuning range.

■ 高効率である(正抵抗放電で安定抵抗を必要としな
い)。
■ High efficiency (positive resistance discharge, no stabilizing resistance required).

■ 高電圧を必要としない。■ Does not require high voltage.

■ 封止長寿命化が期待される。■ Expected to extend the life of the seal.

一方、金属電極が導波路壁の一部を構成する金属−誘電
体複合導波路構造の導波路型レーザとは別に、全てをア
ルミナやガラスなとの誘電体で導波路を構成し、金属電
極と封入カスとを非接触にしてRF放電を行う方式も検
討されている(C,P。
On the other hand, apart from waveguide lasers with a metal-dielectric composite waveguide structure in which the metal electrode forms part of the waveguide wall, the waveguide is constructed entirely of dielectric material such as alumina or glass, and the metal electrode A method is also being considered in which RF discharge is performed without contact with the encapsulated scum (C, P).

Christenser、F、X、Powell、an
d N、Djeu、IEEE 、1.Quantum 
 EIectronf、11E−16,949(198
0)  )  。
Christenser, F. X., Powell, an.
dN, Djeu, IEEE, 1. Quantum
EIectronf, 11E-16,949 (198
0) ).

[発明が解決しようとする問題点コ 金属電極が導波路の一部を構成する導波路型レーザては
、導波路幅が小さい程、あるいは導波路長が長い程、導
波損失が無視てきなくなり、高効率のレーザ出力か得ら
れない。導波損失を小さくすへく、対向する電極間隔を
離して偏平の矩形導波路を構成し、電極は導波特性に寄
与しない構造とする試みもなされているが、長辺方向に
多モート発振したり、土羽ビームが楕円になるという問
題が生しる。
[Problems to be solved by the invention] In a waveguide laser in which a metal electrode forms part of the waveguide, the smaller the waveguide width or the longer the waveguide length, the more the waveguide loss becomes negligible. , high efficiency laser output cannot be obtained. In order to minimize waveguide loss, attempts have been made to construct a flat rectangular waveguide by separating the spacing between opposing electrodes, so that the electrodes do not contribute to the waveguide characteristics. Problems arise such as oscillation and the Doba beam becoming elliptical.

導波路の全てを誘電体で構成した導波路型レー→tては
、放電がより安定に行われ、スパッタリングや酸化によ
る金属電極の劣化がないという特徴をイ1するが、冷却
効果という点ては有利でない。
Waveguide type lasers, in which all of the waveguides are made of dielectric material, are characterized by more stable discharge and no deterioration of the metal electrodes due to sputtering or oxidation, but the cooling effect is is not advantageous.

アルミナは比較的熱伝導が良好な誘電体であるが、アル
ミニウムや銅などの金属ではさらに熱伝導率が大きく、
金属電極が導波路の一部を構成する構造の方がより大き
な冷却効果が期待てきる。ガラス、アルミナ、アルミニ
ウム、銅の熱伝導率はそれぞれ3 、2 X 10−3
cal/cm sec”c、0.0G cal/cm 
sec’C10、487cal/cm sec℃、0 
、923 cal / crn Scc℃である。)\
リリアは熱伝導率が0 、5cal /cm Sec℃
と高く、アルミーノやガラスのかわりに導波路を構成す
るζこは船良の材料であるが、有毒物質であることから
、レーザ製作上問題があり、導波路型レーザの材料とし
ては敬遠されている。
Alumina is a dielectric material with relatively good thermal conductivity, but metals such as aluminum and copper have even higher thermal conductivity.
A structure in which the metal electrode forms part of the waveguide is expected to have a greater cooling effect. The thermal conductivities of glass, alumina, aluminum, and copper are 3 and 2 x 10-3, respectively.
cal/cm sec”c, 0.0G cal/cm
sec'C10, 487cal/cm sec℃, 0
, 923 cal/crn Scc°C. )\
Lilia has a thermal conductivity of 0.5cal/cm Sec℃
ζ is a Funara material that constitutes the waveguide instead of alumino or glass, but it is a toxic substance and poses problems in laser production, so it is avoided as a material for waveguide lasers. There is.

本発明は以七述へた従来技術の問題点を解決すべく創案
されたもので、効率の高い発振が可能−Cあり、しかも
冷却効果に優れた導波路型レーザの提供を[1的とする
もの−Cある。
The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described below, and aims to provide a waveguide laser that is capable of highly efficient oscillation and has an excellent cooling effect. There is something to do-C.

[問題点を解決するための手段] 本発明では、対向する一対の金属電極および対向する一
対の誘電体とで中空導波路を形成する導波路型レーザに
おいて、対向する一対の金属電極の表面に発振波長での
吸収損失が小さな薄膜を形成し、導波路幅が小さくとも
、導波損失を小さくてき、高効率発振を実現できるよう
にした。
[Means for Solving the Problems] In the present invention, in a waveguide laser in which a hollow waveguide is formed by a pair of opposing metal electrodes and a pair of opposing dielectrics, the surface of the pair of opposing metal electrodes is By forming a thin film with low absorption loss at the oscillation wavelength, we have been able to reduce waveguide loss and achieve highly efficient oscillation even if the waveguide width is small.

金属電極に使用される材料としては、複素屈折率の絶対
値が誘電体のそれよりも七分大きいか、叉は腹素屈1斤
率の虚数部が実数部よりも十分太きい材料であり、例え
ばCIJ、Ag、Au、A Iなどがあげられる。
The material used for the metal electrode must be one in which the absolute value of the complex refractive index is seven times larger than that of the dielectric, or the imaginary part of the abdominal refractive index is sufficiently larger than the real part. Examples include CIJ, Ag, Au, AI, etc.

波長10.6μmにおけるこれらの各材料の複素屈折率
は、Cu : 14.1−、i64.5、Ag:1 :
3.5−j 75.2、Au :17.2−j56゜0
、A I : 20.5−.158.6である。これら
の材料は熱伝導率も高く、大きな冷却効果をあげること
ができる。
The complex refractive index of each of these materials at a wavelength of 10.6 μm is Cu: 14.1-, i64.5, Ag: 1:
3.5-j 75.2, Au: 17.2-j56゜0
, AI: 20.5-. It is 158.6. These materials also have high thermal conductivity and can provide a large cooling effect.

誘電体に使用される材料としては、表面が滑らかなガラ
ス、熱伝導率が比較的良好なアルミナ等のセラミック、
ガスの封じ込めに適したふっ素樹脂等の高分子樹脂など
が用いられる。
Materials used for dielectrics include glass with a smooth surface, ceramics such as alumina with relatively good thermal conductivity,
Polymer resins such as fluororesins are used, which are suitable for gas containment.

金属電極の表面に形成する薄膜は発振波長帯において複
素屈折率の虚数部が実数部に比較して十分無視できる吸
収の小さな材料であり、例えば波長10.6μmにおい
てはZnSe、Ge、NaCI   、  KCI  
 、  KRS−5、CdTe、   S   i  
 、Z n S 、P b F 2などの他、カルコゲ
ナイドガラスなとがあげられる。光波帯では電磁波の重
要な伝送媒体となりつるこのような物質は全て誘電体と
してふるまうが、金属表面に形成してもRF放電である
ため安定に放電がなされる。
The thin film formed on the surface of the metal electrode is a material with low absorption in which the imaginary part of the complex refractive index is sufficiently negligible compared to the real part in the oscillation wavelength band. For example, at a wavelength of 10.6 μm, ZnSe, Ge, NaCI, KCI, etc.
, KRS-5, CdTe, Si
, Z n S , P b F 2 and chalcogenide glass. All of these materials, which are important transmission media for electromagnetic waves in the light wave band, behave as dielectrics, but even if they are formed on a metal surface, they are RF discharges, so the discharge is stable.

このように、金属電極が吸収の小さい薄膜Cコーティン
グされることにより、単に電極の役目たけでなく、低損
失な導波路壁が構成され、さらに高い冷却効果を保ちな
がら電極表面の劣化を防市し、より小型で高効率の導波
路型レーザが得られる。
In this way, by coating the metal electrode with a thin film of C that has low absorption, it not only functions as an electrode, but also forms a waveguide wall with low loss, and also prevents deterioration of the electrode surface while maintaining a high cooling effect. However, a smaller and more efficient waveguide laser can be obtained.

[実施例] 第1図は本発明の一実施例の説明図であり、導波路型レ
ーザの導波路断面の概略を示したものである。
[Embodiment] FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the present invention, and shows an outline of a waveguide cross section of a waveguide type laser.

1は金属電極、2は誘電体、3は金属電極lの表面にコ
ーティングにより形成された薄膜、4は中空導波路であ
る。
1 is a metal electrode, 2 is a dielectric, 3 is a thin film formed by coating on the surface of the metal electrode l, and 4 is a hollow waveguide.

金属電極lは整合回路を介してRF定電源接続され横方
向にRF放電を行う。金属電極1は例えば熱伝導率が良
好な銅が用いられる。
The metal electrode 1 is connected to a constant RF power source through a matching circuit to perform RF discharge in the lateral direction. The metal electrode 1 is made of copper, which has good thermal conductivity, for example.

誘電体2は例えば表面が滑らかなガラスが用いられる。As the dielectric 2, for example, glass with a smooth surface is used.

薄膜3は例えばセレン化亜鉛(Z n S e)が用い
られ、スパッタリングや真空蒸着により容易に形成でき
る。ゲルマニウム(G e)を用いる場合にはめっきに
よっても容易に形成できる。
The thin film 3 is made of, for example, zinc selenide (ZnSe), and can be easily formed by sputtering or vacuum deposition. When germanium (Ge) is used, it can also be easily formed by plating.

レーザ放電路としての導波路4は、薄膜:3がコーティ
ングされた金属′電極lと誘′を体2とで囲まれ、出力
強度分布を円形分布に近づけるため断面が正方形状に近
い(2ax2b)形状になっている。導波路4内には例
えはカス圧約100〜200tor+のl(e、 CO
、N  なとの混合カスが月人される。導波路40両端
には平板あるいは凹面状の全反射鏡と部分透過鏡がとり
つけられ、レーザ光は部分透過鏡を通して出力される。
The waveguide 4 as a laser discharge path has a metal electrode 1 coated with a thin film 3 and a dielectric body 2 surrounded by a body 2, and has a nearly square cross section (2ax2b) in order to make the output intensity distribution close to a circular distribution. It has a shape. In the waveguide 4, for example, there is a gas pressure of about 100 to 200 torr+ l(e, CO
, N The mixed dregs are made into Tsukijin. A flat or concave total reflection mirror and a partial transmission mirror are attached to both ends of the waveguide 40, and the laser beam is outputted through the partial transmission mirror.

導波路型レーザにおいて、レーザの出力Pは、と表され
る。
In a waveguide laser, the laser output P is expressed as:

ここで、T  、T  は導波路両端の鏡における透、
1  2 過率であり、一方の鏡が全反射鏡(T、=0)のときT
  =2Tである。L   L  は導波路両端2  
       cl’  c2 の鏡における結合損失であり、平面鏡を導波路端に十分
近接して置けば、1.c≦1.5%とすることがてきる
。1は導波路長であり、Aはモートの断面積で、導波路
断面が正方形(2a=2b)のとき、 A= (0,49;L) 2π         (4
)で与えられる。g は小信号利得て、圧力拡がりのと
きの相似則によれば、g は導波路幅に依存しない。I
sは飽和強度で、圧力pの2乗に比例し、導波路幅の2
乗に反比例する。Lwは導波損失である。第1図に示す
ような導波路型レーザては、このL−を従来のものより
小さくすることができるので小型高効率のレーザを得る
ことができる。矩形導波路における導波損失Lwは、2
次元中空スラブ導波路におけるTEモードとTMモート
との導波損失の和によってX+価される。
Here, T and T are the transmission in the mirrors at both ends of the waveguide,
1 2 is the pass rate, and when one mirror is a total reflection mirror (T, = 0), T
=2T. L L is both ends of the waveguide 2
cl' c2 is the coupling loss in the mirror, and if the plane mirror is placed sufficiently close to the end of the waveguide, 1. c≦1.5%. 1 is the waveguide length, A is the cross-sectional area of the moat, and when the waveguide cross-section is square (2a=2b), A= (0,49;L) 2π (4
) is given by g is the small signal gain, and according to the law of similarity in the case of pressure spread, g does not depend on the waveguide width. I
s is the saturation strength, which is proportional to the square of the pressure p and 2 of the waveguide width.
is inversely proportional to the power. Lw is waveguide loss. In the waveguide type laser shown in FIG. 1, this L- can be made smaller than in the conventional type, so a small and highly efficient laser can be obtained. The waveguide loss Lw in the rectangular waveguide is 2
The sum of the waveguide losses of the TE mode and the TM mote in the dimensional hollow slab waveguide gives an X+ value.

第2図に銅、ガラス、そしてセレン化亜鉛(Zn S 
e )をコーティングした銅によって構成した各種中空
スラブ導波路の′I″Mo七−ト(A、(:。
Figure 2 shows copper, glass, and zinc selenide (ZnS).
e) of various hollow slab waveguides constructed of copper coated with 'I'' Mo7-t (A, (:.

E)とTEoモーF’ ()J、 r)、 F)の伝送
損失の計算値を示す。このように金属の表面に適当なI
CI厚をもつ吸収の小さい/iI膜がコーティングされ
た金属中空導波路([ミ、F)では、′rEモートと′
1′Mモートとの伝送損失が逆転したり、あるいはとも
に誘電体中空導波路(C,D)の′rE、TMモートよ
りも低損失になることが示される(M、Miya)<+
、A、l1onHo、and  S、Kawakam+
、1EEE  J、Quantum  ト、1(?ct
ronf 、旺」1.136(1983))。
E) and TEoMoF'()J, r), shows the calculated values of transmission loss for F). In this way, the appropriate I
In a metal hollow waveguide ([mi, F) coated with a small absorption /iI film with a CI thickness, the ′rE moat and ′
It is shown that the transmission loss is reversed with that of the 1'M moat, or that both of the dielectric hollow waveguides (C, D) have a lower loss than the 'rE and TM motes (M, Miya)<+
,A,l1onHo,and S,Kawakam+
, 1EEE J, Quantum, 1(?ct
1.136 (1983)).

まず、従来の導波路型レーザ(第1図において4膜3が
存在しない場合)の導波損失について検討する。
First, the waveguide loss of a conventional waveguide laser (in the case where the four films 3 are not present in FIG. 1) will be considered.

電界が金属電極1に対し平行な最低次モートをα(Ex
) と表される。ここで、入は波長て入=10.6//mと
している。n  −jK  は金属電極1の決fTl1
Tl 屈折率で銅を選ひn  −JK =14.1−j6m 
        m 4.5としている。n   J K dは金属電極lを
絶縁する誘電体2の複素屈折率で、ガラスを選びn  
−,1Kd=2.1−、i 1.15としている。
α(Ex
). Here, the input is the wavelength and the input is 10.6//m. n −jK is the determination of metal electrode 1 fTl1
Select copper based on Tl refractive index n - JK = 14.1 - j6m
m 4.5. n J K d is the complex refractive index of the dielectric material 2 that insulates the metal electrode l, and when glass is selected, n
-, 1Kd=2.1-, i 1.15.

2aおよび2bはそれぞれ誘電体2,2間、金属電極1
,1間の導波路幅である。また、Reは複素数の実数部
を表している。式(5)の第1項は銅スラブ導波路のT
Eoモートの導波損失、第2項はガラススラブ導波路の
TMoモートの導波損失に相当する。
2a and 2b are between the dielectrics 2 and 2, and the metal electrode 1
, 1. Further, Re represents the real part of a complex number. The first term in equation (5) is T of the copper slab waveguide.
The second term of the Eo moat waveguide loss corresponds to the TMo mote waveguide loss of the glass slab waveguide.

Y             V 一方、Ellモートの伝送損失α(E 、、)は、α(
1巳11) と表される。式(6)の第1項は銅スラブ導波路の1’
 M oモートの導波損失、第2項はガラススラブ導波
路の’「Eoモートの導波損失に相当する。
Y V On the other hand, the transmission loss α(E , ,) of Ell mote is α(
It is expressed as 1巳11). The first term of equation (6) is 1' of the copper slab waveguide.
The second term of the Mo mote waveguide loss corresponds to the Eo mote waveguide loss of the glass slab waveguide.

以り上り2 HL=21′)の従来の導波路型レーザで
は、より低損失なE11モードが伝搬モードとなりその
損失は誘電体スラブ導波路の7Mモードの損失で主に評
価される。
In a conventional waveguide laser with a transmission rate of 2 HL = 21', the E11 mode, which has a lower loss, becomes the propagation mode, and its loss is mainly evaluated by the loss of the 7M mode of the dielectric slab waveguide.

次に第1図に示すように薄膜3をコーティングした導波
路型レーザの導波損失を検討する。吸収の小さな薄膜を
コーティングした金属スラブ導波路のi”E、TMモー
トの伝送t@失は、第2図に示しであるように/If駁
の膜厚によって周期的に変化する。油膜の厚ざLが、 (q= I 、2.ニー3 ・ ・ ・)X     
              X 、を満足するとき、
E モートの伝送tfi失α(+・:、、。
Next, the waveguide loss of a waveguide type laser coated with a thin film 3 as shown in FIG. 1 will be considered. As shown in Fig. 2, the transmission t@loss of the metal slab waveguide coated with a thin film with low absorption changes periodically depending on the film thickness of the oil film. The L is (q=I, 2. knee 3 ・ ・ ・)X
When satisfying X,
E Mote's transmission TFI loss α(+・:,,.

は、 α(1’:、、) と表される。ここて、nfは金属電極lにコーティング
する薄膜3の屈折率てあり、セレン化11」鉛を選U’
 n t ” 2.4としている。式(8)の第1項は
セレン化亜鉛内装銅スラブ導波路のTEoモートの導波
損失、第2項はガラススラブ導波路の′I゛Moモート
の導波IH失に相当する。ただし、第2図よりわかると
おり、第11αはセレン化1114鉛のlIり1匁に対
し敏感に変動する。
is expressed as α(1':,,). Here, nf is the refractive index of the thin film 3 coating the metal electrode l, and selenide 11'' lead is selected U'
n t ” 2.4. The first term in equation (8) is the waveguide loss of the TEo moat of the zinc selenide-included copper slab waveguide, and the second term is the waveguide loss of the ′I゛Mo moat of the glass slab waveguide. However, as can be seen from Fig. 2, the 11α changes sensitively to 1 momme of lI of 1114 lead selenide.

一方、EVモートの伝送損失α(F、Y) <ま、II
                  I+α(E 、
、) と表される。式(9)の第1項はセレン化亜鉛内装銅ス
ラブ導波路のTMoモートの導波損失、第2項はガラス
スラブ導″波路のTEoモートの導波損失に相当する。
On the other hand, the transmission loss α(F, Y) of the EV mote <Ma, II
I+α(E,
, ). The first term in equation (9) corresponds to the waveguide loss of the TMo moat of the zinc selenide-included copper slab waveguide, and the second term corresponds to the waveguide loss of the TEo mote of the glass slab waveguide.

以上より、2aユ2bの薄膜コーチインク導波路型レー
ザては、より低損失なEl、モードが伝搬モートとなり
、その損失は誘電体スラブ導波路のTEモードの損失で
主に評価される。薄膜コーティング導波路型レーザにお
いて、薄膜3の膜厚に対する導波損失は極小1【11付
近て変化がゆるやかなので、膜厚が式(7)から多少ず
れたとしても同様のことが言える。
From the above, in the thin film coach ink waveguide type lasers of 2a and 2b, the lower loss El mode becomes the propagation mode, and the loss is mainly evaluated by the loss of the TE mode of the dielectric slab waveguide. In a thin film coated waveguide type laser, the waveguide loss with respect to the film thickness of the thin film 3 is around a minimum of 1 [11] and changes slowly, so the same holds true even if the film thickness deviates somewhat from equation (7).

金属電極の複素屈折率n  −jK  の絶対値がm 
        m 大きい程、あるいは複素屈折率の実数部n が戊数部K
 に対して十分小さい程、式(9)の第1工(1は小さ
くなる。その意味では銅よりも銀(Ag)を用いた方が
有利である。しかし、銀を用いて電極全体を構成するこ
とは経済的でない。従って、銀を用いる場合には銅電極
1と薄膜3との間に銀薄膜を介在させることが経済的で
ある。また、介在させる金属薄膜材料には銀の他、化学
的に安定な金(Au)の使用も有効である。
The absolute value of the complex refractive index n −jK of the metal electrode is m
The larger m is, or the real part n of the complex refractive index is
The smaller the value is, the smaller the first step (1) in equation (9) becomes.In that sense, it is more advantageous to use silver (Ag) than copper.However, if the entire electrode is made of silver, Therefore, when silver is used, it is economical to interpose a silver thin film between the copper electrode 1 and the thin film 3.In addition to silver, the metal thin film material to be interposed may include silver. The use of chemically stable gold (Au) is also effective.

また、金属電極1の表面上に、異なる屈折率をもった2
種類以上の吸収損失が小さい薄膜を交互に積層させるこ
とによって、ざらに導波損失を小さくすることができる
。この場合、各薄膜の厚さt は一層のときと同様、 を満足するように選んだとき晶も効果的に導波路の損失
を低減することができる。ここで011は薄膜の屈折率
である。
Moreover, on the surface of the metal electrode 1, two
By alternately stacking thin films with smaller absorption losses than those of different types, waveguide loss can be roughly reduced. In this case, when the thickness t of each thin film is selected to satisfy the following, as in the case of a single layer, the crystal can effectively reduce waveguide loss. Here, 011 is the refractive index of the thin film.

一方、誘電体の複素屈折率n  −jKdの絶対征iが
大きい程、あるいは複素屈折率の実数部n が1」 虚数部K 、に比して十分小さい程、式(9)の第2項
は小さくなる。1記実施例では表面が滑らかという理由
でガラスを材料として選んだが、表面が滑らかなその他
の誘電体、あるいは比較的熱伝導が良好な誘電体の表面
にこれら誘電体よりも複素屈折率の絶対11αか大きい
か、あるいは複素屈折率の実数部が虚数部に比して十分
小さい薄膜を誘゛亀体2の表面にコーティングしてもよ
い。
On the other hand, the larger the absolute value of the complex refractive index n-jKd of the dielectric, or the smaller the real part n of the complex refractive index is sufficiently smaller than the imaginary part K, the second term in equation (9) increases. becomes smaller. In Example 1, glass was selected as the material because of its smooth surface, but other dielectrics with smooth surfaces or dielectrics with relatively good thermal conductivity may have an absolute complex refractive index higher than that of these dielectrics. The surface of the dielectric body 2 may be coated with a thin film in which 11α is larger or the real part of the complex refractive index is sufficiently smaller than the imaginary part.

入=10.6μmにおいて、従来の導波路型レーザては
式(5)の第2項を小さくすへく、アルミナやベリリア
の使用も検討されているが、本発明の薄膜コーティング
導波路型レーザてはn  +に、rの小さな材料を選ぶ
必要はなく、電極間を絶縁する誘電体材料の選択の自由
度が大きいのでガラスやふっ素樹脂なとも使用すること
が可能となる。
At a wavelength of 10.6 μm, the use of alumina or beryllia has been considered in order to reduce the second term in equation (5) in conventional waveguide lasers, but the thin film coated waveguide laser of the present invention In this case, there is no need to choose a material with a small r for n + , and there is a high degree of freedom in selecting the dielectric material for insulating between the electrodes, so glass or fluororesin can also be used.

第;3図に出力鏡の透過率Tに対する出力パワーP(7
J計算1+ff ヲ示す。L−L−C52a:2b:1
.5mm、  l  =40cm、  )?   :1
1. 00ficm  、  I S =20 kw/
cTrI′としている(R,1,、Abrams an
d W、1.lrldges、   IEE ト:  
J、  (Juantum  Eft・cLronf、
(lF、’−9,9/10  (1!373))。この
とき式(5)より(f来の導波路I(9レーザては1.
讐ユ3%、式(13)より本発明の薄11タニI −テ
ィング導波″#I型レーザではLw=0.5%となる。
Figure 3 shows the output power P (7
Show J calculation 1+ff. L-L-C52a:2b:1
.. 5mm, l=40cm, )? :1
1. 00ficm, I S =20 kw/
cTrI' (R,1,, Abrams an
d W, 1. lrldges, IEE:
J, (Juantum Eft・cLronf,
(lF,'-9,9/10 (1!373)). At this time, from equation (5), the waveguide I (9 lasers is 1.
According to equation (13), Lw=0.5% in the thin 11-tangle I-ring waveguide #I type laser of the present invention.

第3図では、結合ti失Lcが0%と1.5%を仮定し
、Lw + 1−、(: :0 、5.2.3.4.5
%のときの(lαをボした。
In Fig. 3, assuming that the coupling ti loss Lc is 0% and 1.5%, Lw + 1-, (: :0, 5.2.3.4.5
% (lα was omitted.

式(1)において、′3P1つT=、Oすなわぢ、T 
= C「−(”L、−=−手二TアE−)−一(1w 
+Lc)  (It)のとき出力パワーPは最適出力P
  となり、pt P’=IsA[Fj−−丁−Fヌエw+Lcr]2op
t        。
In formula (1), '3P1 T=, O is T
= C"-("L,-=-hand 2TAE-)-1(1w
+Lc) When (It), the output power P is the optimal output P
Then, pt P'=IsA[Fj--Ding-Fnuew+Lcr]2op
t.

と表される。It is expressed as

出力鏡の透過率Tを式(II)を満足するようζこした
ときの導波路半幅a(2a=2bとする)に月する最適
出力を第4図および第5図に示す。第、1図は1.r 
 =O%、第5図はlt  =1.Fi%のどきである
。また、飽和強度ISは圧力拡がりにおける相似則によ
りIs = 11.25/a2kw/cyn’とした。
FIGS. 4 and 5 show the optimum output that is equal to the waveguide half width a (assuming 2a=2b) when the transmittance T of the output mirror is multiplied by ζ so as to satisfy equation (II). Figure 1 is 1. r
=O%, FIG. 5 shows lt =1. It is Fi%. Further, the saturation strength IS was set to Is = 11.25/a2kw/cyn' according to the law of similarity in pressure spread.

第4図、第5図において破線は従来の導波路型レーザの
最適出力、実線は本発明による薄膜コーティング導波路
型レーザの最適出力である。
In FIGS. 4 and 5, the broken line indicates the optimum output of the conventional waveguide laser, and the solid line indicates the optimum output of the thin film coated waveguide laser according to the present invention.

本発明の効果は、導波路幅が狭い程、また導波路長が長
い程顕著に現れる。
The effects of the present invention become more pronounced as the waveguide width becomes narrower and the waveguide length becomes longer.

[発明の効果] 以上説明してきたように本発明によれば、従来の導波路
型レーザと比較して次のような顕著なイ′1用効果が発
揮される。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the following remarkable effects are exhibited as compared to conventional waveguide lasers.

■ 導波損失が小さいので、高出力発振が可能である。■ High output oscillation is possible because the waveguide loss is small.

■ 熱伝導率の高い金属で導波路壁を構成するため、冷
却効果を大きくてきる。
■ The waveguide walls are made of metal with high thermal conductivity, which increases the cooling effect.

■ スパッタや酸化による金属電極の劣化を抑制できる
■ Deterioration of metal electrodes due to sputtering and oxidation can be suppressed.

■ 電極間を絶縁する誘電体材料の選択の自由度が大き
い。
■ Great flexibility in selecting the dielectric material that insulates between electrodes.

また、金属電極に対し電界が垂直成分をもつモードで発
振することも本発明の導波路型レーザの特徴の−っであ
る。
Another feature of the waveguide laser of the present invention is that it oscillates in a mode in which the electric field has a component perpendicular to the metal electrode.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の横断面説明図、第2図は各
種中空スラブ導波路のTMoモート、TEoモードの導
波損失の計算値を表すグラフ、第3図は出力鏡の透過率
に対する出力パワーの計算値を表すグラフ、第4図はL
c=O%としたときの導波路幅に対する最適出力パワー
の計算値を表すグラフ、第5図はL(:=1.5%とし
たときの導波路幅に対する最適出力パワーの計算値を表
すグラフである。 l:金属電極、    2:誘電体、 3:ff膜、      4:中空導波路。 代理人  弁理士  佐 藤 不二雄 )<F −72+]v (A)       (C)       (E)才 
 3 図 生  4   +”D
Fig. 1 is a cross-sectional explanatory diagram of one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a graph showing calculated values of waveguide loss of TMo mode and TEo mode of various hollow slab waveguides, and Fig. 3 is transmission of output mirror. A graph showing the calculated value of output power versus rate, Figure 4 is L
A graph showing the calculated value of the optimum output power for the waveguide width when c=O%, and Figure 5 shows the calculated value for the optimum output power for the waveguide width when L(:=1.5%). This is a graph. 1: Metal electrode, 2: Dielectric, 3: FF film, 4: Hollow waveguide. Agent: Patent attorney Fujio Sato) <F -72+]v (A) (C) (E)
3 Illustration 4 +”D

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)高周波放電を励起するための対向する一対の金属
電極および対向する一対の誘電体とで囲まれて中空導波
路が形成され、前記対向する一対の金属電極の表面には
発振波長での吸収損失が小さな薄膜が設けられ、該薄膜
の厚さtは、 t≒λq/4√(n^2_f−1) を満足するように設定されていることを特徴とする導波
路型レーザ。 ただし、λは発振波長、qは正の奇数(1、3、5・・
・)、n_fは薄膜の屈折率である。
(1) A hollow waveguide is formed surrounded by a pair of opposing metal electrodes for exciting high-frequency discharge and a pair of opposing dielectrics, and the surface of the pair of opposing metal electrodes has a waveguide at the oscillation wavelength. A waveguide laser characterized in that a thin film with small absorption loss is provided, and the thickness t of the thin film is set to satisfy t≈λq/4√(n^2_f-1). However, λ is the oscillation wavelength, and q is a positive odd number (1, 3, 5...
), n_f is the refractive index of the thin film.
(2)前記金属電極間幅と前記誘電体間幅とはほぼ等し
く設定されている特許請求の範囲第1項記載の導波路型
レーザ。
(2) The waveguide laser according to claim 1, wherein the width between the metal electrodes and the width between the dielectric materials are set to be substantially equal.
(3)前記金属電極はCu、Ag、AuまたはAlのい
ずれかから選ばれた材料からなる特許請求の範囲第1項
記載の導波路型レーザ。
(3) The waveguide laser according to claim 1, wherein the metal electrode is made of a material selected from Cu, Ag, Au, or Al.
(4)前記誘電体はガラス、セラミックまたは高分子樹
脂から選ばれた材料からなる特許請求の範囲第1項記載
の導波路型レーザ。
(4) The waveguide laser according to claim 1, wherein the dielectric is made of a material selected from glass, ceramic, or polymer resin.
(5)前記薄膜はZnSe、Ge、KCl、KRS−5
、NaCl、CdTe、Si、ZnS、PbF_2また
はカルコゲナイドガラスのいずれかから選ばれた材料か
らなる特許請求の範囲第1項記載の導波路型レーザ。
(5) The thin film is ZnSe, Ge, KCl, KRS-5
, NaCl, CdTe, Si, ZnS, PbF_2 or chalcogenide glass.
(6)前記金属電極と前記薄膜との間には、前記金属電
極よりも複素屈折率の絶対値が大きいかあるいは複素屈
折率の実数部が虚数部に比して十分小さい金属薄膜が介
在さている特許請求の範囲第1項記載の導波路型レーザ
(6) A metal thin film is interposed between the metal electrode and the thin film, and the absolute value of the complex refractive index is larger than that of the metal electrode, or the real part of the complex refractive index is sufficiently smaller than the imaginary part. A waveguide laser according to claim 1.
(7)前記誘電体の表面には前記誘電体よりも複素屈折
率の絶対値が大きいかあるいは複素屈折率の実数部が虚
数部に比して十分小さい薄膜が設けられている特許請求
の範囲第1項記載の導波路型レーザ。
(7) A thin film is provided on the surface of the dielectric material, and the absolute value of the complex refractive index is larger than that of the dielectric material, or the real part of the complex refractive index is sufficiently smaller than the imaginary part. The waveguide laser according to item 1.
(8)高周波放電を励起するための対向する一対の金属
電極および対向する一対の誘電体とで囲まれて中空導波
路が形成され、前記対向する一対の金属電極の表面には
それぞれが異なる屈折率である発振波長での吸収損失が
小さな薄膜が多層に設けられ、該各薄膜の厚さt_iは
、 t_i≒λq/[4√(n^2_f_i−1)]を満足
するように設定されていることを特徴とする導波路型レ
ーザ。 ただし、λは発振波長、qは正の奇数(1、3、5・・
・)、n_f_iは各薄膜の屈折率である。
(8) A hollow waveguide is formed surrounded by a pair of opposing metal electrodes and a pair of opposing dielectrics for exciting high-frequency discharge, and the surfaces of the pair of opposing metal electrodes each have a different refraction. A multilayer thin film is provided with a small absorption loss at a certain oscillation wavelength, and the thickness t_i of each thin film is set to satisfy t_i≒λq/[4√(n^2_f_i−1)]. A waveguide type laser characterized by the following characteristics: However, λ is the oscillation wavelength, and q is a positive odd number (1, 3, 5...
), n_f_i is the refractive index of each thin film.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03500710A (en) * 1987-07-22 1991-02-14 シンラッド インコーポレーテッド RF-excited all-metal gas laser

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58216481A (en) * 1982-06-09 1983-12-16 Nippon Sekigaisen Kogyo Kk High frequency discharge sealing type gas laser

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58216481A (en) * 1982-06-09 1983-12-16 Nippon Sekigaisen Kogyo Kk High frequency discharge sealing type gas laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03500710A (en) * 1987-07-22 1991-02-14 シンラッド インコーポレーテッド RF-excited all-metal gas laser

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