JPS62502088A - 高周波励起を利用した連続波中間赤外線ガスレ−ザ− - 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】 高周波励起を利用した連続波中間赤外線ガスレーザー関連特許出願の参考 「トランスバースガスフローを用いた高周波励起赤外線レーザー」と称する特許 出願（米国特許出願番号４７０．４０９　）は、ジョン　Ｈ，Ｓ、ワンプ等によ って１９８３年２月２８日に出願され、ヒユーズ　エアクラフト　カンパニー　 に譲受された。

この出願には本願が改良をするレーザーが記述され、クレームされている。

従来技術 １、技術分野 本発明は、トランスバースガスフロー高周波（ｒａｄｉ。

ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　）励起導波管レーザーに係り、特に、連続波中間赤外線レ ーザーに関する。

２、関連技術の説明 トランスバースガスフロー高周波励起放電導波管レーザー技術開発においては、 赤外線Ｃ０２ガスレーザーのための連続波やパルス励起、およびパルス励起中間 赤外線化学的レーザーが含まれている。

特に、このようなレーザーの開発は、１０．６μの波長の遠赤外線を用いて連続 波モードで稼動される高周波導波管Ｃｏ２ガスレーザーから始まった。その後、 この高周波導波管レーザーは、ｉｏ、ｅμの波長の遠赤外線を用いてパルスモー ドで稼動されるＣ０２ガスレーザーとして利用された。ついで、中間赤外線を用 いてパルスモードで稼動される高周波導波管レーザーはＨＦ（弗化水素）および ＤＦ（弗化重水素）を用いて実施された。そして、最終的に、トランスバースガ スフロー高周波導波管レーザーが開発された。これは、種々の実施態様、たとえ ば、ＣＯ２ガスレーザーのための１０．６μの波長の遠赤外線を用いたパルスお よび連続波モード、ＨＦやＤＦガスレーザーのための２．７μや３．８μの波長 の遠赤外線を用いたパルスモード、中間赤外線ガスレーザーのための／＜ルスモ ードで稼動させることができる。

発明の概要 本発明の目的は、連続波モード中間赤外線ガスレーザーとして稼動させることが できるトランスバースガスフロー高周波放電導波管レーザーを提供することにあ る。

本発明の他の目的は、妨害ガスの増加する補充比と同様にレーザー媒体および電 極の冷却を効果的に高めるために比較的速いガス流速でレーザーを駆動し、これ により単位長さ当木発明のさらに他の目的は、ガスレーザーとしての弗化水素ま たは弗化重水素レーザーを提供することにある。

図面の簡単な説明 図面は本発明の一実施例を示すもので、第１ａ図、第１ｂ図および第１Ｃ図は、 トランスバースガスフロー中間赤外線連続波高周波励起ガスレーザーシステムを 概略的に示す図、 第２図は、第１ａ図、第１ｂ図および第１Ｃ図に示されるレーザーシステムにお ける総流速に対する化学的なレーザー出力を説明する図、 第３図はコンパクト再循環ガスＤＦレーザーパッケージを示す図である。

好適実施例の説明 第１ａ図、第１ｂ図、第１ｃ図、第２図および第３図には、この発明の目的を達 成するためのレーザーシステムが図示されている。

従来の特許出願（米国出願番号４７０，４０９　”）においては、第１ａ図およ び第１ｂ図に図示するように、トランスバースガスフローレーザーシステムが詳 細に記述されている。このレーザーシステムは固体の金属性本体１を有している 。この本体１はガス再循環ポンプ６に連結された２個のガス循環用出入り口３， ５を有している。金属性の網目フィルタ７は、放電領域１３でガスが一様に流れ るように、高周波励起電極９゜１１から離間して配置されている。上側の電極９ は絶縁部材１２内に設けられ、これにより電極９は金属性の本体１から絶縁され る。下側の電極１１は、接地されるようにレーザ一本体１５に取付けられている 。光学系は、全反射部材すなわちミラー２１および部分的反射部材２３からなる 。電極の表面は回折および散乱による損失が最小になるように滑らかに磨き上げ られている。光学系はそのボアから離間して配置されている。これにより、その 結合が最小になり、反射部材２１．２３への放電が防止される。

第１ｃ図には電気回路が図示されている。この電気回路は、連続波モードで稼動 させる５θΩ高周波電源１３０を有している。ここで使用されるオフザシエルフ 連続波電源はアンプリフイア−リサーチ（ＡｍｐＨｆ’ｉｅｒ　Ｒｅ５ｅａｒｃ ｈ　）によって１００　ＬＭ９というモデル番号で製造され、高周波増１幅器と 呼ばれている。それは、使用可能な周波数が１〜２００　Ｍ　ｚ　。

最大出力が線形高周波において２００Ｗ、最小ゲインが５３ｄｂ。

フラットネスが±１゜５ｄｂである。

エネルギは、°アパーチャー１３２を通り、５０Ωのリード線が取付けられた高 周波循環器１３０に伝達され、そこから連続波透過７反”射パワーメーター１３ ８へ′伝達される。このパワーメーター１３８はレーザーキャビティ１３からマ ツチングネットワーク１４０および高周波スイッチ１４２を通る透過および反射 された波をモニターするのに使用される。整合ネットワーク１４０は、レーザー 媒体中に有効なパワーを結合させるために、キャビティ１３のインダクタンスを 電源１３０に整合させる。ガスに吸収されたパワーは測定することができるけれ ど、以後述べられる効率は全て電源１３０からの高周波出力による。

非常に速いガスの流れはレーザーガスを再循環させることによって達成されると いうことが認められる。このような再循環ガスレーザー装置は第３図に図示され ている。この装置は、第１ａ図に示す電極９，１１、化学的除去／熱交換器３０ 、ガス再循環器３２、ガス供給容器３４、高周波電源装置を有するシャシ−３６ を具備している。ガス補充比が増加すると、レーザー出力が大きく改良される。

発生されたＨＦまたはＤＦ分子を除去する除去器は、ＳＦ６およびＨ２またはＤ ２の補充とともに要求される。

連続波（ＣＷ）の振動は、トランスバースフロー（ＴＦ）ハイブリッド導波管レ ーザー装置を利用することによって、第１ａ図〜第１ｃ図に示す弗化水素（ＨＦ ）レーザーシステムについては波長２．７μで、弗化重水素（ＤＦ）レーザシス テムについては波長３．８μで得られる。この装置は、既に記述したようにパル ス励起された２、７μの波長のＨＦおよび３．８μの波長のＤＦの両方について 効果的なレーザー発生（ｌａｓｉｎｇ）を証明するために使用された。トランス バースフロー装置では連続波稼動に必要なレーザーの高い補充比が得られる。シ ステムの補充比はガス流速とガスが流出領域１３内で進む距離とによって決めら れる。したがって、導波管装置における比較される補充比は、ボアの小さなりロ ス領域と放電領域１３に沿う大きな圧力降下とのために得ることが難しい。この 高い補充比は、化学的反応の間中発生される、レーザー発生領域から除去される べき妨害的なＨＦまたはＤＦを許容するために必要である。例をあげると、ＨＦ システムについては、そのレーザーガスはＳＦ６、ＨｅおよびＨ２からなる。一 方、ＤＦシステムについては、レーザーガスはｓｔ’６、Ｈｅ、およびＤ２から なる。ＤＦシステムについては、高周波放電は、弗化物原子を作るためにＳＦ６ を分離する。この弗化原子は、振動している励磁されたＤＦ分子を作るためにＤ ２と繰返し反応する。励起された分子が基底状態に緩和されると、３．７〜４． ０μの波長の光エネルギを放射する。上記のことは下式で表わされる。

ＳＦ６　＋ｅ　４　ＳＦ５　十Ｆ＋ｅ Ｆ＋Ｄ２　→　ＤＦ　（ｖ）＋Ｄ ＤＦ　（ｖ）　−ＤＦ　（ｖ−１）　＋ｂｖ　（３，７−４，Ｏｕ”）発生され た基底状態の分子は、特にローＪ（ｖ−１−＞０）遷移において、レーザーが振 動するのを防止する。ガス流速を増加し補充比を増加することによって、効率は 増加するが、パル支モード効率に達しない。期待される電気的最大効率は２％で ある。

波長が３．８μのＤＦレーザーは連続波高周波技術を用いることによって実証さ れた。その連続波高周波技術において、最大出力電力０．２５Ｗが達成された。

！ａｌｃ図に示す装置でおよそ４５Ｗが戻される８５Ｗの入力電力はレーザーを 特徴付けるのに使用された。レーザーガス比　Ｈｅ　：　ＳＦ６　：　０２が２ ００　：　１　：　０．５で、レーザー発生のための流れ比が変化された。この レーザー発生において、レーザーは２００ｃｍ発生長さを有し、キャビティ１３ での放電はその長さの至るところで均一である。その出力は、第２図に示すよう に、速度すなわち流れ比の増加とともに増加した。これは、増加する速度すなわ ち増加する補充比による。レーザーガステムの稼動圧力は６０トルと８０トルと の間で、流れ比とともに変化していた。

流速はレーザーシステムにおける圧力に直接比例するということが認められる。

レーザー発生は高い効率のために低温で持続されなければならないことは自明で ある。温度が上がると、ｖ２振動モードにおける密度は増加し、レーザー効率は 減少する。改良されたレーザーガスの冷却はそのガスが流れることによって行わ れる。効率の多少の減少はより高い効率を考慮するためのレーザー発生による混 合物をできるだけ能率的に利用することによって回復することができる。

上記されたようなシステムは中間赤外線波長において比較的小型でコンパクトな 連続波レーザーとして利用することができるということが認められる。

なお、この発明は上記実施例に限定されることはなく、種々変形実施可能なこと は勿論である。

国際調査報告 竹表昭６２−５０２０８８　（５）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．中間赤外線高周波トランスバースガスフロー放電導波管を有するレーザーシ ステムであって、相互間に放電領域を規定するために互いに対向する一対の電極 手段と、 レーザー発生媒体として稼動させるために上記電極手段相互間のレーザー放電領 域で少なくとも部分的に閉じ込められるレーザーガス手段と、 放電領域において上記レーザーガス手段で電気的放出を為遂げるために上記電極 手段に連続波高周波エネルギを結合するための手段と、 互いに対向し、かつ、放電領域の長手方向を相互間に規定するための上記電極手 段の両側に配置された一対の光学手段と、 放電領域に上記レーザーガス手段を補充するように上記電極手段の放電領域の上 記長手方向を横切る方向に上記レーザーガス手段を流すための流通手段と、 を具備したことを特徴とするレーザーシステム。
2. ２．上記レーザーガス手段は、一様に流れる弗化水素の混合ガスからなることを 特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザーシステム。
3. ３．上記レーザーガス手段は、一様に流れる弗化重水素の混合ガスからなること を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザーシステム。
4. ４．上記流通手段は、化学的除去器を通して上記レーザーガス手段を再循環させ ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のレーザーシステム。
5. ５．互いに対向し、相互間に放電領域を規定する一対の電極と、 上記２個の電極間のレーザー放電領域で少なくとも部分的に閉じ込められるレー ザーガス媒体と、放電領域の上記レーザーガス媒体で電気的放出を為遂げるため に上記２個の電極に連続波高周波エネルギを結合させるための手段と、 互いに対向し、かつ上記２個の電極の両側に配置され、しかも相互間に上記放電 領域の長手方向を規定する一対の先学部材と、 放電領域にレーザーガス媒体を補充するように放電領域の長手方向を横切る方向 に上記レーザーガス媒体を流す流通手段と、 を具備したことを特徴とする中間赤外線高周波トランスバースガスフロー放電導 波管装置。
6. ６．上記レーザーガス媒体は、一様に流れるＤ２、ＳＦ６およびＨ２の混合ガス からなることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のレーザー装置。
7. ７．上記レーザーガス媒体は、一様に流れるＤ２、ＳＦ６およびＨｅの混合ガス からなることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のレーザー装置。
8. ８．上記流通手段は化学的除去器を通して上記レーザーガスを再循環させること を特徴とする特許請求の範囲第５項記載のレーザー装置。
9. ９．中間赤外線領域で機能するように稼動させる高周波トラシスバースガスフロ ー放電導波管を有する連続波レーザー装置であって、 互いに対向し、かつ相互間に放電領域を規定する一対の伝導性の電極と、 上記２個の電極間にレーザー放電領域に少なくとも部分的に閉込められる弗化水 素レーザーガス媒体と、放電領域において上記弗化水素レーザーガス媒体で電気 的放出を為遂げるための上記２個の電極に連続波高周波エネルギを結合させるた めの手段と、 互いに対向し、かつ、上記２個の電極の両側に配置され、しかも相互間に放電領 域の長手方向を規定する一対の光学部材と、 放電領域で上記弗化水素レーザーガス媒体を補充するように放電領域の長手方向 を横切る方向に上記弗化水素レーザーガス媒体を流す流通手段と、 を具備したことを特徴とする連続波レーザー装置。
10. １０．中間赤外線領域で連続波モードで機能するように稼動させる高周波トラン スバースガスフロー放電導波管であって、 互いに対向し、相互間に放電領域を規定する一対の電極と、これら２個の電極間 のレーザー放電領域で少なくとも部分的に閉込められる弗化重水素レーザーガス 媒体と、放電領域の上記弗化重水素レーザーガス媒体で電気的放出を為遂げるた めの上記２個の電極に連続波高周波エネルギを結合させるための手段と、 互いに対向し、かつ上記２個の電極の両側に配置され、しかも相互間に放電領域 の長手方向を規定する一対の光学部材と、 放電領域に上記弗化重水素を補充するように放電領域の長手方向を横切る方向に 弗化重水素レーザーガス媒体を流すための流通手段と、 を具備したことを特徴とする高周波トランスバースガスフロー放電導波管。