JPS63184299A - Plasma apparatus - Google Patents

Plasma apparatus

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JPS63184299A
JPS63184299A JP62015690A JP1569087A JPS63184299A JP S63184299 A JPS63184299 A JP S63184299A JP 62015690 A JP62015690 A JP 62015690A JP 1569087 A JP1569087 A JP 1569087A JP S63184299 A JPS63184299 A JP S63184299A
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microwave
laser
discharge
pulsed
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憲治 吉沢
順一 西前
正和 滝
植田 至宏
正 柳
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はマイクロ波放電を利用してプラズマを発生さ
せ、レーザ励起を行なったり、プラズマ処理に利用した
りするプラズマ装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a plasma device that generates plasma using microwave discharge and is used for laser excitation or plasma processing.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、マイクロ波放電を利用したプラズマ装置としては
レーザ装置、光源装置、プラズマ処理装置、イオン源等
種々のものがある。
Conventionally, there are various types of plasma devices that utilize microwave discharge, such as laser devices, light source devices, plasma processing devices, and ion sources.

第8図は例えばJournal of Applied
 PhysicsVol、 49. Aγ、 July
 19γg、 P、3γ53 に現われたプラズマ装置
としての従来の気体レーザ装置を示す断面図、第9図は
第8図におけるB −B i面図である。図において(
3)はマイクロ波を伝送する導波管、I3υはこの導波
管の一部に設けられた導波管テーパ、((3はこの導波
管テーパ部の空間に設置されたパイレックスガラス製の
レーザ放電管、(至)はとのレーザ放電管の端部に設け
られたレーザガス導入口、cMJは同じくレーザガス排
出口、(至)は上記レーザ放電管(33を包むように配
設された冷却ガス送気管、(至)はこの冷却ガス送気管
の端部に設けられた冷却ガス導入口、 C171は同じ
く冷却ガス排出口、(至)は上記レーザ放電管3zの両
端に設けられたブリュースター窓、 01はDC放電用
の原種9冊は同じく陽極である。
Figure 8 shows, for example, Journal of Applied
Physics Vol, 49. Aγ, July
19γg, P, 3γ53 A sectional view showing a conventional gas laser device as a plasma device, and FIG. 9 is a B-B i plane view in FIG. In the figure (
3) is a waveguide that transmits microwaves, I3υ is a waveguide taper provided in a part of this waveguide, The laser discharge tube (to) is a laser gas inlet provided at the end of the laser discharge tube, cMJ is also a laser gas outlet, and (to) is a cooling gas arranged to surround the laser discharge tube (33). Air supply pipe, (to) is a cooling gas inlet provided at the end of this cooling gas air supply pipe, C171 is also a cooling gas outlet, (to) is a Brewster window provided at both ends of the laser discharge tube 3z. , 01 is an anode for the original nine books for DC discharge.

上記のような従来の気体レーザ装置において。In a conventional gas laser device as described above.

レーザ放IIyco中にはレーザガス導入口(至)より
例えばco2レーザガスのようなレーザ気体が導入され
、一方、導波管+31中にはTEjQモードのマイクロ
波が励振されている。この導波管(31は内部に導波管
テーパGυを有し、レーザ放電管ωの設置された位置で
導波管(3)の内径が最小となっているため。
A laser gas such as CO2 laser gas is introduced into the laser emission IIyco from a laser gas inlet (toward), while a TEjQ mode microwave is excited in the waveguide +31. This waveguide (31) has a waveguide taper Gυ inside, and the inner diameter of the waveguide (3) is minimum at the position where the laser discharge tube ω is installed.

この位置でマイクロ波の電界が最大となる。この強いマ
イクロ波電界によりレーザ放電管■中のレーザ気体が放
電破壊し、プラズマを発生し、レーザ媒質が励起される
。この時、冷却ガス送気管(至)中に例えば低温のN2
ガスなどを高速で流し、 レーザ放電管(至)を外部か
ら冷却するとともに、レーザ気体の圧力などの放電条件
を適切に選ぶことによってレーザ発振条件が得られ、ブ
リュースター窓(至)の外部に図示のないレーザ発振用
のミラーを設けることによりレーザ発振が行なわれる。
At this position, the microwave electric field is at its maximum. This strong microwave electric field destroys the laser gas in the laser discharge tube (2), generates plasma, and excites the laser medium. At this time, for example, low-temperature N2 is
Laser oscillation conditions can be obtained by flowing gas at high speed, cooling the laser discharge tube from the outside, and appropriately selecting discharge conditions such as laser gas pressure. Laser oscillation is performed by providing a mirror for laser oscillation (not shown).

〔発明が解決しようとする間勉点〕[Study points that invention attempts to solve]

上記のような従来の気体レーザ装置では、閉じたレーザ
放電管32を使用しているために、導電性を持つプラズ
マが発生するとレーザ放電管圓中のプラズマを内導体と
する同軸モードのマイクロ波モードが支配的となり、プ
ラズマ中のマイクロ波電界はレーザ放電管G3の管壁に
平行な成分を主成分とする電界となり、プラズマ中へ侵
入するマイクロ波は災買的にレーザ放電管C33の管壁
つまりプラズマ境界に対して垂直に入射するモードとな
る。
In the conventional gas laser device as described above, since a closed laser discharge tube 32 is used, when conductive plasma is generated, a coaxial mode microwave is generated using the plasma in the laser discharge tube as an inner conductor. mode becomes dominant, and the microwave electric field in the plasma becomes an electric field whose main component is a component parallel to the tube wall of the laser discharge tube G3, and the microwaves penetrating into the plasma are absorbed into the tube of the laser discharge tube C33. The mode is incident perpendicularly to the wall, that is, the plasma boundary.

このようにプラズマ境界に対して垂直に入射するマイク
ロ波によって発生する放電においてはマイクロ波電界は
放電管壁から内部に向けて減少するが、放電プラズマが
定電圧的な特性を持つために俤かな電界の差異によって
電流密度が大きく変化し、結果として放電管壁付近に集
中した著しく不均一なプラズマが発生することになる。
In this way, in a discharge generated by microwaves incident perpendicularly to the plasma boundary, the microwave electric field decreases from the discharge tube wall toward the inside, but because the discharge plasma has constant voltage characteristics, the microwave electric field decreases. The difference in electric field causes a large change in current density, resulting in the generation of a significantly non-uniform plasma concentrated near the wall of the discharge tube.

この様子を第10図の断面図に示す。図においてC31
1は導波9テーパ、  C13はレーザ放電管、  (
69)はマイクロ波電界の電気力線+  (70)はプ
ラズマである。従来のマイクロ波放電を利用した気体レ
ーザ装置においては第10図に示されるような不均一な
プラズマが発生するために放電全体なレーザ励起に適当
な状態とすることが困難となり、またレーザ共振器モー
ドとプラズマがオーバラップせすレーザ出力や効率が低
いという問題点があった。事実第8図の装置ではマイク
ロ波として2.45G)fzで、  132Hzノハル
スマイクロ波を用い、パルス巾1μsでピーク電力2.
6 KWで動作させた時に平均出力として15mWの出
力しか得られていない。これは上官Cで説明した放電の
不均一性のため、パルス巾1μ5132Hzすなわち約
1万分の1という非常に低いパルスデューティでしか動
作させることができなかったからと考えられる。
This situation is shown in the sectional view of FIG. C31 in the figure
1 is a waveguide 9 taper, C13 is a laser discharge tube, (
69) is the electric field line of the microwave electric field + (70) is the plasma. In conventional gas laser devices that utilize microwave discharge, non-uniform plasma as shown in Figure 10 is generated, making it difficult to create an appropriate state for laser excitation throughout the discharge, and the laser resonator There was a problem that the laser output and efficiency were low because the mode and plasma overlapped. In fact, the device shown in Figure 8 uses a 132Hz Nohalus microwave with a frequency of 2.45G) fz and a pulse width of 1μs with a peak power of 2.
When operated at 6 kW, an average output of only 15 mW was obtained. This is thought to be because due to the non-uniformity of the discharge explained by Superior C, it was possible to operate only with a very low pulse duty of 1 μ5,132 Hz in pulse width, that is, about 1/10,000.

以上は従来のプラズマ装着として気体レーザ装置を例に
あげて説明したが、他のプラズマ装置でも放電の不均一
により、様々な問題が生じていた。
The above explanation has been given using a gas laser device as an example of conventional plasma mounting, but various problems have also occurred in other plasma devices due to non-uniform discharge.

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、空間的に一様なマイクロ波放電プラズマを発
生するプラズマ装置を得ることを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and its object is to obtain a plasma device that generates spatially uniform microwave discharge plasma.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明に係る気体レーザ装置は1例えば導波管などの
マイクロ数回路の一部を栴成する導電体壁と、この導電
体壁に対向して設けられた導電体との間に形成される空
間にレーザ気体を封入すると共に、パルスマイクロ波で
マイクロ波放電によるプラズマを発生するようにしたも
のである。
A gas laser device according to the present invention is formed between a conductor wall forming a part of a micro circuit such as a waveguide and a conductor provided opposite to the conductor wall. The space is filled with laser gas and plasma is generated by microwave discharge using pulsed microwaves.

〔作用〕[Effect]

この発明に係るプラズマ装置においては、マイクロ波入
射窓である誘電体に対向して、プラズマよりも導霜柱の
高い導電体壁があるために、入射マイクロ波の終端を流
はこの4電体壁を流れ、プラズマ中には上記uN体と導
電体壁の間を貫通する’QLk、が流れることになり、
空間的に一様なプラズマが発生すると共に、パルスマイ
クロ波により。
In the plasma device according to the present invention, since there is a conductor wall with frost guide columns higher than the plasma, which faces the dielectric body which is the microwave incidence window, the terminal end of the incident microwave is not directed to the four electric conductor walls. 'QLk, which penetrates between the uN body and the conductor wall, flows in the plasma,
With pulsed microwaves, a spatially uniform plasma is generated.

より一層空間的にプラズマが一様になる。Plasma becomes more uniform spatially.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例による気体レーザ装置を示
す概観図であり、(1)はマイクロ波発揚器であるマグ
ネトロン、(2)は導波管、(3:は導波管(2;の巾
な拡げるホーンm仮管、(4)はマイクロ波結合窓* 
(51はレーザ発振用のミラー、(6)はレーザヘッド
部であって、第2図がレーザヘッド部(6)の詳細を示
す第1図A−Aでの断面図である。第2図に示されるよ
うにレーザヘッド部(6)はマイクロ波回路の一層であ
るリッジ導波管型のマイクロ波空胴の構造を待つ。第2
図において*  (61)はマイクロ仮結合窓(4)に
続く空−74)al壁、  (62)および(66)は
この空胴壁の断面の中央部に形成されたリッジ、  (
64)はこの一方のりツジ(62)に形成された冑であ
り。
FIG. 1 is an overview diagram showing a gas laser device according to an embodiment of the present invention, in which (1) is a magnetron which is a microwave launcher, (2) is a waveguide, and (3 is a waveguide (2). Expanding horn m tracheid with a width of ; (4) is a microwave coupling window *
(51 is a mirror for laser oscillation, (6) is a laser head section, and FIG. 2 is a sectional view taken along FIG. 1 A-A showing details of the laser head section (6). As shown in Figure 2, the laser head part (6) has a structure of a ridge waveguide type microwave cavity, which is a layer of the microwave circuit.
In the figure, * (61) is the cavity-74) al wall following the micro temporary bonding window (4), (62) and (66) are the ridges formed at the center of the cross section of this cavity wall, (
64) is a helmet formed on one of these (62).

(65)はマイクロ波回路の一部を構成する導電体壁で
あって、この実施例では溝(64)の壁面が使用される
。(66)はこの導電体壁(65)に対向して設けられ
た例えばアルミナなどの誘電体であり、  (67)は
この誘電体(66)が上記k(64)を蓋うことにより
上記導電体壁(65)と誘電体(66)との間に形成さ
れる放電空間であって、この放電空間(67)に例えば
co2レーザガスなどのレーザ気体が封入される。
(65) is a conductor wall forming a part of the microwave circuit, and in this embodiment, the wall surface of the groove (64) is used. (66) is a dielectric material such as alumina provided opposite to this conductive wall (65), and (67) is a dielectric material such as alumina that is provided to face the conductive wall (65), and (67) is a dielectric material such as alumina that is provided to face the conductive wall (65). A discharge space is formed between the body wall (65) and the dielectric (66), and a laser gas such as CO2 laser gas is sealed in this discharge space (67).

また(68)はリッジ(62)および(63)に形成さ
れた冷却水路である。
Further, (68) is a cooling water channel formed in the ridges (62) and (63).

一方、マグネトロン(1)を駆動する電源は第3図のよ
うに構成されている。第3図において、商用周波数交流
電源Eは整流平滑回路fil)で直流に変換され、この
直流はDC−ACインバータ回路0zで例えば20KH
zのような高周波の交流に変換される。
On the other hand, the power source for driving the magnetron (1) is constructed as shown in FIG. In Fig. 3, a commercial frequency AC power source E is converted into DC by a rectifier and smoothing circuit fil), and this DC is converted to, for example, 20KH by a DC-AC inverter circuit 0z.
It is converted into high frequency alternating current like z.

この高周波の交流はトランス+13で昇圧され、コンデ
ンサC,ダイオードD1.D2で構成される半波倍電圧
整流回路Iにより高圧の脈流に変換され。
This high-frequency alternating current is boosted by transformer +13, and capacitor C, diode D1. It is converted into a high-voltage pulsating current by the half-wave voltage doubler rectifier circuit I composed of D2.

マグネトロン(1)に印加される。a9はマグネトロン
(1)のフィラメント電源である。
Applied to the magnetron (1). a9 is a filament power source for the magnetron (1).

第1図ないし第3図のように構成されたこの発明による
気体レーザ装置において、マグネトロンillで発生さ
れたマイクロ波は導波管(2)を通ってホーン導波管(
3)で拡げられ、マイクロ波結合窓(4)でインビダン
スマッチングをとることにより効率よくレーザヘッド部
(6)に結合される。レーザヘッド部(6)は断面図第
2図に示されるようにリッジ空胴状になっており、マイ
クロ波はリッジ(62)、 (63)の間に集中する。
In the gas laser device according to the present invention configured as shown in FIGS. 1 to 3, microwaves generated by a magnetron ill pass through a waveguide (2) and a horn waveguide (
3), and is efficiently coupled to the laser head section (6) by performing impedance matching at the microwave coupling window (4). As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the laser head section (6) has a ridge cavity shape, and the microwaves are concentrated between the ridges (62) and (63).

この集中したマイクロ波の強い%磁界により放電空間(
67)に封入されたレーザ気体が放電破墓し、プラズマ
を発生し、レーザ媒質が励起される。ここで、冷却水路
(68)に冷却水を流し、放電プラズマを冷却するとと
もに、レーザ気体の圧力などの放電条件を適切に選ぶこ
とによってレーザ発振条件が得られ、第1図中のミラー
(51および図示のないもう一枚のミラーによりレーザ
共振器を形成することでレーザ発振光を得ることができ
る。この時1本発明による気体レーザ装置においてはマ
イクロ波回路の一部を構成する導電体壁(65)と、こ
の導電体壁(65)に対向して設けられ、マイクロ波の
入射窓となる=ih体(66)との間に形成される放電
空間(67)においてマイクロ波放電を行なわせるため
、マイクロ波の入射はプラズマの一面からのみ行なわれ
ることになり、・プラズマを内導体とする同和」モード
のマイクロ波モードが支配的となる現象は起こらず、所
期のマイクロ吸モードによる放電を行なわせることがで
きる。
The strong % magnetic field of this concentrated microwave causes the discharge space (
The laser gas sealed in 67) is discharged to generate plasma, and the laser medium is excited. Here, the laser oscillation conditions are obtained by flowing cooling water into the cooling channel (68) to cool the discharge plasma and appropriately selecting the discharge conditions such as the pressure of the laser gas. Laser oscillation light can be obtained by forming a laser resonator with another mirror (not shown).At this time, in the gas laser device according to the present invention, a conductive wall forming a part of the microwave circuit is used. Microwave discharge is performed in the discharge space (67) formed between the electric conductor wall (65) and the IH body (66), which is provided opposite to this conductor wall (65) and serves as a microwave incidence window. Therefore, the microwave is incident only from one side of the plasma, and the phenomenon in which the microwave mode of the "dowa" mode with the plasma as the inner conductor becomes dominant does not occur, and the microwave is injected from the desired micro-absorption mode. It is possible to cause discharge to occur.

また第2図に示されるリッジ空胴のようにマイクロ波回
路が上記肪を体(66)とプラズマの境界に垂直な電界
成分を有するマイクロ肢モードを形成する場合、誘電体
(66)と導電体壁(65)は対向して設置されている
ので導電体壁(65)にも垂直な電界成分を有すること
になり、プラズマを頁く電界ができる。この時、24亀
性を待つプラズマが発生しても、マイクロ波入射窓であ
る誘電体(66)に対向してプラズマよりも数桁導電性
の高い導電体壁(65)があるために入射マイクロ波の
終端を流はこの導電体壁(65)を流れ、導電体壁(6
5)近傍の電界は強制約に導電体壁(65)の表面に垂
直にされ、上記のプラズマを貫く電界が維持される。こ
のためマイクロ波がプラズマ中に浸透し、プラズマを貫
く電流が流れ、電流の連続性から空間的に一様な放電プ
ラズマが得られる。この様子を第4図の拡大断面図に示
す。図において(69)はマイクロ波電界の霜気力i、
  (70)は放電プラズマである。本発明による気体
レーザ装置によれば、第4図に示されるような均一な放
電が得られる。しかし、第4図の紙面に垂直、すなわち
放電の長さ方向にはマイクロ波のモードに応じて放電の
節が生じる。
Furthermore, when the microwave circuit forms a micro-limb mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the body (66) and the plasma, as in the ridge cavity shown in FIG. Since the body walls (65) are placed facing each other, the conductor walls (65) also have an electric field component perpendicular to them, creating an electric field that circulates the plasma. At this time, even if plasma is generated that waits for 24 hours, it will not enter the microwave because there is a conductive wall (65) that is several orders of magnitude higher in conductivity than the plasma, facing the dielectric (66) that is the microwave incidence window. The current at the end of the microwave flows through this conductor wall (65), and the flow passes through the conductor wall (65).
5) The nearby electric field is forced approximately perpendicular to the surface of the conductor wall (65) to maintain the electric field through the plasma. Therefore, the microwave penetrates into the plasma, a current flows through the plasma, and the continuity of the current results in a spatially uniform discharge plasma. This situation is shown in the enlarged sectional view of FIG. In the figure, (69) is the frost energy i of the microwave electric field,
(70) is discharge plasma. According to the gas laser device according to the present invention, uniform discharge as shown in FIG. 4 can be obtained. However, nodes of the discharge occur in the direction perpendicular to the paper plane of FIG. 4, that is, in the length direction of the discharge, depending on the mode of the microwave.

本発明の実施例ではさらに、マイクロ波を発生するマイ
クロ波発掘器であるマグネトロンの電源として、第3図
のものを用いる。この電源で駆動されたマグネトロンに
より発生されるマイクロ波は第5図のような波形になる
。すなわち、高崗波で断続されたパルスマイクロ波が発
生される。このパルスマイクロ波のパルスデューティは
例えば0.1〜0.4のように従来のパルスマイクロ波
ト比較し、非常に大きい値にできる。又、パルス崗波数
も数10KI(zのように非常に高くできる。 このよ
うにパルスマイクロ波により第1〜2図の装置を動作さ
せた場合、放電が長さ方向のマイクロ波電磁界の節で切
れる長さが短かくなり、長さ方向にも、より均一になる
ことが確認された。又、パルスの周波数が500Hz程
度以上であれば、 プラズマパラメータの時間的な変調
が抑えられ9時間的にも均一なプラズマが発生する。
In the embodiment of the present invention, the power source shown in FIG. 3 is used as a power source for a magnetron, which is a microwave excavator that generates microwaves. The microwave generated by the magnetron driven by this power source has a waveform as shown in FIG. That is, pulsed microwaves interrupted by high-frequency waves are generated. The pulse duty of this pulsed microwave can be set to a very large value, for example 0.1 to 0.4, compared to that of a conventional pulsed microwave. In addition, the pulse wave number can be very high, such as several tens of Ki (z). When the apparatus shown in Figs. It was confirmed that the length of the cut becomes shorter and the length becomes more uniform in the length direction.Also, if the pulse frequency is about 500Hz or higher, temporal modulation of plasma parameters is suppressed and the cut length becomes more uniform in the length direction. A uniform plasma is generated.

以上のように均一な放電が得られることにより放電全体
をレーザ励起に最適な状態とすることが容易となり、ま
たレーザ共振器モードとプラズマのオーバラップが良好
となり、従来のマイクロ波放電を利用した気体レーザ装
置K比べ桁違いに高効率、大出力のレーザ発掘を得るこ
とができる。
By obtaining a uniform discharge as described above, it is easy to bring the entire discharge into the optimal state for laser excitation, and the overlap between the laser resonator mode and the plasma is good, making it possible to achieve a uniform discharge using conventional microwave discharge. It is possible to obtain laser excavation with an order of magnitude higher efficiency and higher output than the gas laser device K.

ここで本発明者らによる実験例を示す第6図は第1図な
いし第3図に示される構成で放電長300m111の装
置をCO21/−ザに適用した場合の実験結果のグラフ
であり、横軸はマイクロ波入力、縦軸はco2レーザ出
力および効率である。ここで、マグネトロンとして2M
120(日立製)を用い、約2.45GHzのマイクロ
波を発生させた。パルス周波数は20KHz、パルスデ
ューティは0.4である。第6図に示されるように最大
出力24W、最大効率10.5%が得られ、第 図に示
される従来例において報告されたco2レーザ出力出力
15洗Wして3桁以上犬ぎな出力が得られ、また従来例
ではパルス発掘しか得られないのに対し9本発明による
装置ではマイクロ波はパルスであるがレーザはy発根が
できろことが確認された。
FIG. 6, which shows an experimental example by the present inventors, is a graph of the experimental results when the device with the configuration shown in FIGS. 1 to 3 and a discharge length of 300 m111 is applied to a CO21/- ther. The axis is the microwave input, and the vertical axis is the co2 laser output and efficiency. Here, 2M as a magnetron
120 (manufactured by Hitachi) to generate microwaves of approximately 2.45 GHz. The pulse frequency is 20 KHz and the pulse duty is 0.4. As shown in Figure 6, a maximum output of 24 W and a maximum efficiency of 10.5% were obtained, and an output that was three orders of magnitude higher than the CO2 laser output of 15 W reported in the conventional example shown in Figure 6. In addition, it was confirmed that in the conventional example, only pulsed rooting could be obtained, whereas in the apparatus according to the present invention, although the microwave is pulsed, the laser can perform Y rooting.

上記実施例ではマグネトロンの電源としてインバータを
用いたものを示したが、高圧の直流電源から、スイッチ
ング素子を通してマグネトロンに印加するチョッパ式の
電源を用いてパルスマイクロ数を発生させてもよい。又
、上記実施例ではプラズマ装置としてレーザ装置を示し
たが、イオン源や電源プラズマ処理装置に本発明を適用
しても。
In the above embodiment, an inverter is used as the magnetron's power source, but the pulse micronumber may be generated using a chopper-type power source that is applied to the magnetron from a high-voltage DC power source through a switching element. Furthermore, although a laser device is shown as the plasma device in the above embodiment, the present invention may also be applied to an ion source or a power plasma processing device.

放電を空間的9時間的に均一にできる効果は同様である
The effect of making the discharge uniform spatially and over 9 hours is similar.

又、上記実施例では、マイクロ波回路としてリッジ全綱
を用い、リッジに溝を形成し、この溝を誘電体で覆って
放電空間を形成したものについて説明したが、マイクロ
波回路として断面が第7図に示されるような口興1勝路
を用いてもよい。第7図において(67)が放電空間、
(61)および(65)はそれぞれ同軸線路を構成する
外導体および内導体。
In addition, in the above embodiment, the microwave circuit uses a full ridge wire, a groove is formed in the ridge, and the groove is covered with a dielectric material to form a discharge space. It is also possible to use a kou-xing 1-sho route as shown in Figure 7. In Fig. 7, (67) is the discharge space,
(61) and (65) are an outer conductor and an inner conductor, respectively, constituting a coaxial line.

(66)は石英ガラス管のような誘電体である。このよ
うな構成で、パルスマイクロ波により放電空間にプラズ
マを発生させても第2図のものと同様。
(66) is a dielectric material such as a quartz glass tube. With such a configuration, even if plasma is generated in the discharge space by pulsed microwaves, it is the same as that shown in FIG. 2.

放電、が均一になる。この他、マイクロ波回路の一部を
構成する導電体壁と、この2j!電体壁に対向して設け
られた誘電体との間に放電空間を形成し。
The discharge becomes uniform. In addition, there is a conductive wall that forms part of the microwave circuit, and this 2j! A discharge space is formed between the electrical wall and the dielectric material provided opposite to the electrical wall.

誘電体と放電空間すなわちプラズマとの境界に垂直な電
界成分を有するマイクロ波モードを励振するようにした
ものであれば、どのような構成のものでも、パルスマイ
クロ波とあわせて第2図や第7図のものと同様に放電が
より均一になる効果が得られる。
As long as it excites a microwave mode that has an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric material and the discharge space, that is, the plasma, any configuration can be used in conjunction with pulsed microwaves as shown in Figure 2 and Figure 2. Similar to the case shown in FIG. 7, the effect of making the discharge more uniform can be obtained.

さらに、上記実施例では導電体とプラズマが接するもの
について説明したが、導電体表面に誘電体コーティング
層のように薄い誘電体層を設けても、この誘電体層はマ
イクロ波の電界分布に大きな影響を与えることはないか
ら、上記効果が損なわれないのは言うまでもない。
Furthermore, in the above embodiment, the conductor and plasma are in contact with each other, but even if a thin dielectric layer such as a dielectric coating layer is provided on the surface of the conductor, this dielectric layer will have a large effect on the electric field distribution of microwaves. Needless to say, the above effect is not impaired since there is no influence.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によればプラズマ装置において
マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁と、この24
電体壁に対向して設けられた誘電体との間に形成される
空間に、プラズマ生成媒体を封入すると共に、マイクロ
波回路が、誘電体との境界に垂直な成分を有するマイク
口数モードを形成し、マイクロ仮回路内にパルスマイク
ロ波を励捗するようにしたので、空間的に均一なプラズ
マが得られる効果がある。
As described above, according to the present invention, in a plasma device, the conductor wall that constitutes a part of the microwave circuit and the
A plasma generation medium is sealed in a space formed between a dielectric material provided opposite to an electric wall, and a microwave circuit generates a microphone mode having a component perpendicular to the boundary with the dielectric material. Since pulsed microwaves are excited within the temporary micro circuit, a spatially uniform plasma can be obtained.

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

第1図はこの発明の一実施例によるプラズマ装置として
の気体レーザ装置を示す概観図、第2図は第1図A−A
での断面図、第3図はこの発明の一実施例によるマイク
ロ波発振器の電源回路図。 第4図は第2図における放電の様子を説明する要部拡大
断面図、第5図は第3図の電源を用いて発生されるマイ
クロ波の波形を示す図、第6図は第1図ないし第3図で
示す実施例におけるレーザ発振特性を示すグラフ、第7
図はこの発明の他の実施例を示す断面図、第8図は従来
の気体レーザ装置を示す断面図、第9図は第8図B−B
での断面図、第10図は従来の気体レーザ装置における
放電の様子を説明する断面図である。 図において、  (65)はマイクロ波回路の一部を構
成する導電体壁、  (66)は誘電体、  (67)
は放電空間。 (70)は放電プラズマである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is an overview diagram showing a gas laser device as a plasma device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing FIG. 1 A-A.
FIG. 3 is a power supply circuit diagram of a microwave oscillator according to an embodiment of the present invention. Figure 4 is an enlarged cross-sectional view of the main part explaining the state of discharge in Figure 2, Figure 5 is a diagram showing the waveform of the microwave generated using the power supply in Figure 3, and Figure 6 is the diagram shown in Figure 1. Graphs showing laser oscillation characteristics in the embodiments shown in FIGS.
The figure is a sectional view showing another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a sectional view showing a conventional gas laser device, and FIG. 9 is a sectional view taken along the line B-B in FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the state of discharge in a conventional gas laser device. In the figure, (65) is a conductive wall that forms part of the microwave circuit, (66) is a dielectric, (67)
is the discharge space. (70) is discharge plasma. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マイクロ波回路中のマイクロ波放電によりプラズ
マを発生させるプラズマ装置において、上記マイクロ波
回路の一部を構成する導電体壁と、この導電体壁に対向
して設けられた誘電体との間に形成される空間に、上記
プラズマを発生するプラズマ生成媒体を封入すると共に
、上記マイクロ波回路が、上記誘電体とプラズマとの境
界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成し
、上記マイクロ波回路内にパルスマイクロ波を励振する
ことを特徴とするプラズマ装置。
(1) In a plasma device that generates plasma by microwave discharge in a microwave circuit, a conductive wall forming a part of the microwave circuit and a dielectric provided opposite to the conductive wall are used. A plasma generation medium that generates the plasma is enclosed in the space formed between the two, and the microwave circuit forms a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric and the plasma. A plasma device characterized by exciting pulsed microwaves within a microwave circuit.
(2)パルスマイクロ波のパルス周波数は500Hz以
上であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
プラズマ装置。
(2) The plasma device according to claim 1, wherein the pulse frequency of the pulsed microwave is 500 Hz or more.
(3)パルスマイクロ波は、直流をAC−DCインバー
タにより商用周波数より高い周波数の交流に変換し、ト
ランスで昇圧した後、半波倍電圧回路で脈流の高圧を発
生する電源により駆動されるマイクロ波発振器により発
生することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のプ
ラズマ装置。
(3) Pulsed microwaves are driven by a power source that converts direct current into alternating current with a frequency higher than the commercial frequency using an AC-DC inverter, boosts the voltage using a transformer, and then generates a pulsating high voltage using a half-wave voltage doubler circuit. The plasma device according to claim 1, characterized in that the plasma is generated by a microwave oscillator.
(4)パルスマイクロ波は、高圧の直流をスイッチング
素子により断続した高圧パルス電源により駆動されるマ
イクロ波発振器により発生することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のプラズマ装置。
(4) The plasma apparatus according to claim 1, wherein the pulsed microwave is generated by a microwave oscillator driven by a high-voltage pulsed power supply in which high-voltage direct current is intermittent by a switching element.
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