KR100620539B1 - A gas laser device using a microwave - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저렴한 복수의 마그네트론을 이용하여 기체를 여기시킴으로서 레이저를 발생시키는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 마이크로파를 생성하는 복수의 마그네트론(70); 일단이 각 마그네트론(70)에 연결되어 마이크로파를 전송하고, 타단에 슬롯(77)이 형성된 복수의 마그네트론 라운처(73); 일단이 석영유리(76)로 밀봉되어 복수의 슬롯(77)과 맞춤되고, 내부에 매질인 가스(50)가 밀봉되며, 일단에 전반사 거울(60)이 부착되고, 타단에 반투과거울(33)이 부착된 실린더형 방전관(55) 및 반투과거울(33)의 배면에 설치된 집속렌즈(35) 및 광섬유(30)가 제공된다.The present invention relates to a gas laser apparatus using microwaves that generate a laser by exciting a gas using a plurality of inexpensive magnetrons. To this end, a plurality of magnetrons 70 for generating microwaves; A plurality of magnetron loungers 73 having one end connected to each magnetron 70 to transmit microwaves and a slot 77 formed at the other end; One end is sealed with a quartz glass 76 to be fitted with a plurality of slots 77, the gas 50, which is a medium therein, is sealed, and a total reflection mirror 60 is attached to one end and a semi-transparent mirror 33 at the other end. ), A focusing lens 35 and an optical fiber 30 provided on the rear surface of the cylindrical discharge tube 55 and the transflective mirror 33 are attached.

레이저, 기체, 여기, 라운처, 마그네트론, 마이크로파, 반사파, 슬롯, 석영Laser, gas, excitation, lounger, magnetron, microwave, echo, slot, quartz

Description

마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치{A gas laser device using a microwave}A gas laser device using a microwave}

도 1은 종래의 전형적인 마이크로파 응용기기의 구성도,1 is a block diagram of a typical typical microwave application device,

도 2는 본 발명에 사용되는 라운처(Launcher)(73)의 사시도,2 is a perspective view of a lounger 73 used in the present invention;

도 3은 본 발명에 따라 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치의 단면도,3 is a cross-sectional view of a gas laser device using a microwave according to the present invention,

도 4는 봉입된 레이저 매질인 기체가 주입된 마이크로파에 의하여 여기되어 고준위 상태에서 중준위로 천이되는 과정을 나타내는 설명도이다.4 is an explanatory diagram showing a process of transitioning from a high level state to a medium level by being excited by a injected microwave gas, which is a sealed laser medium.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 마그네트론, 12 : 도파관 정합기,10: magnetron, 12: waveguide matcher,

14 : 방향성 결합기, 16 : 서큘레이터,14: directional coupler, 16: circulator,

18 : 어플리케이터(플라즈마 장치 또는 유도가열장치)18: applicator (plasma device or induction heating device)

20 : 파워 모니터, 30 : 광섬유,20: power monitor, 30: optical fiber,

31 : 접속구, 33 : 반투과거울,31: connection port, 33: transflective mirror,

35 : 집속렌즈, 40 : 수냉 자캣,35: focusing lens, 40: water-cooled jacat,

41 : 냉각수 주입구, 43 : 냉각수,41: cooling water inlet, 43: cooling water,

45 : 냉각수 출구, 50 : 기체(CO2),45: cooling water outlet, 50: gas (CO 2 ),

53 : 유전체, 55 : 실린더형 방전관,53: dielectric, 55: cylindrical discharge tube,

60 : 전반사 거울, 61 : 거울고정축,60: total reflection mirror, 61: mirror fixing axis,

63 : 틸트 조정나사, 65 : 격막,63: tilt adjusting screw, 65: diaphragm,

73 : 마그네트론 라운처, 75 : 단73: magnetron lounger, 75: stage

76 : 석영유리, 77 : 슬롯.76: quartz glass, 77: slot.

본 발명은 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 마그네트론을 이용하여 기체를 여기시킴으로서 레이저를 발생시키는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas laser apparatus using microwaves, and more particularly, to a gas laser apparatus using microwaves to generate a laser by exciting a gas using a plurality of magnetrons.

일반적으로 레이저의 매질은 밀도 반전 기능을 갖는 기체, 액체, 고체, 반도체로 구분되며, 여기 방식에 따라 방전여기, 전자빛살여기, 광여기, 화학반응여기, 전류여기 등으로 구분된다.Generally, a medium of a laser is classified into a gas, a liquid, a solid, and a semiconductor having a density reversal function, and is classified into discharge excitation, electron light excitation, photo excitation, chemical reaction excitation, and current excitation according to the excitation method.

특히 기체 레이저인 경우, 매질인 기체를 공명장치에 주입하고 전기방전에 의하여 적절히 여기시키면 대부분의 원자 또는 분자들이 높은 에너지 준위를 갖게 된다. 들뜬 분자 또는 원자들이 특정조건하에서 일시에 저준위로 되돌아오면서 그 에너지 차이에 해당하는 빛을 방출하게 된다. 이때 방출되는 빛은 단일파장의 위상이 고른 고유파장을 갖게 된다. 예를 들어, 이산화탄소를 매질로 하는 경우 파장은 9㎛ ~ 11㎛이다. 그 밖에 CO, HF, I2, He-Ne, He-Cd, Cu증기, Au증기, Ar이온, Kr이온, N2, F2, XeF, XeCl, KrF, KrCl, ArF, Xe2, Kr2, Ar2 등의 기체가 사용된다. Especially in the case of gas lasers, most atoms or molecules have a high energy level when a gas, which is a medium, is injected into the resonator and properly excited by electric discharge. Excited molecules or atoms return to low levels at a time under certain conditions, emitting light corresponding to their energy difference. At this time, the emitted light has a unique wavelength having a uniform phase of a single wavelength. For example, when carbon dioxide is used as a medium, the wavelength is 9 µm to 11 µm. CO, HF, I 2 , He-Ne, He-Cd, Cu steam, Au steam, Ar ion, Kr ion, N 2 , F 2 , XeF, XeCl, KrF, KrCl, ArF, Xe 2 , Kr 2 And gases such as Ar 2 are used.

이와 같은 기체 레이저인 경우, 방전전극 양단에 직류 고전압을 인가하는 직류방전방식, 레이저 매질 가스가 봉입된 유전체 외부에 설치한 코일에 고주파 전류를 인가하는 유도성 결합 방식, 및 용량성 방전극 사이에 레이저 매질 가스를 봉입하는 용량성 결합 방식이 있다. In the case of such a gas laser, a direct current discharge method for applying a direct current high voltage to both ends of the discharge electrode, an inductive coupling method for applying a high frequency current to a coil installed outside the dielectric filled with the laser medium gas, and a laser between the capacitive discharge electrodes There is a capacitive coupling method of encapsulating medium gas.

레이저 발생량은 여기전력에 비례하나 기체의 유전율은 전리가 시작되면 급격히 변화하기 때문에 방전전류를 안정시키는 일이 매우 중요하며 따라서 레이저 발생장치에서 전원부의 가격비중은 매우 크다.Since the amount of laser generation is proportional to the excitation power, the dielectric constant of the gas changes rapidly when ionization starts, so it is very important to stabilize the discharge current. Therefore, the price portion of the power supply in the laser generator is very large.

한편, 마이크로파 발진소자로는 마그네트론, 클라이스트론, 진행파관 등이 있으나 가전기기에 이용하는 2.45GHz 대역의 마그네트론이 구하기 쉽고 가격이 저렴하다. 마이크로파의 전송은 자유공간을 통한 전방향 방사이기 때문에 특정구간까지의 전송은 주로 도파관이 사용되며, 일정 체적의 캐비티에 공진된다. 전송 임피던스와 파장의 길이는 도파관의 개구면에 의하여 결정되며, 선로간의 임피던스 정합은 마이크로파를 전송하는데 매우 중요한 요소이다. 선로간의 임피던스가 맞지 않거나 어플리케이터에 공진되지 않을 때 반사파가 발생하며 이러한 반사파는 효율저하의 원인이 되며, 발생장치로 되돌아가 수명을 단축시키거나 고장의 원인이 된다. Microwave oscillation elements include magnetrons, klystrons, traveling waveguides, etc., but magnetrons in the 2.45 GHz band used in home appliances are easy to obtain and inexpensive. Since the transmission of microwaves is omnidirectional radiation through free space, the waveguide is mainly used for transmission to a specific section and is resonated in a volume of cavity. The transmission impedance and the length of the wavelength are determined by the opening surface of the waveguide, and the impedance matching between the lines is a very important factor for transmitting microwaves. Reflected waves are generated when the impedances between the lines do not match or do not resonate with the applicator. These reflected waves cause a decrease in efficiency, and return to the generator to shorten the life or cause a failure.

도 1은 종래의 전형적인 마이크로파 응용기기의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 마그네트론(10)에서 방사된 마이크로파 에너지는 도파관 정합기(12)를 거쳐 파워 모니터(20)에 연결된 방향성 결합기(14)와 서큘레이터(16)를 지나 어플리케이터(18)로 인가된다. 1 is a block diagram of a typical typical microwave application. As shown in FIG. 1, the microwave energy radiated from the magnetron 10 is passed through a directional coupler 14 and a circulator 16 connected to a power monitor 20 via a waveguide matcher 12 and an applicator 18. Is applied.

정합기(stub tuner)(12)는 도파관의 선로 임피던스를 조정하여 어플리케이터와 최적상태가 되도록 조정하는 구성을 갖는다.The stub tuner 12 is configured to adjust the line impedance of the waveguide so as to be optimal with the applicator.

방향성 결합기(14)는 도파관 내에서 전송되는 마이크로파중 일정방향에 대해서만 정해진 비율로 추출하는 장치로서, 모니터링 장치의 일종이다.The directional coupler 14 is a device that extracts only a predetermined ratio of microwaves transmitted in the waveguide at a predetermined rate, and is a kind of monitoring device.

서큘레이터(Circulator)(16)는 마그네트론으로부터 송출된 전자파를 어플리케이터 쪽으로 전달하며 반사되는 전력은 다른 포트쪽으로 보내고, 통상 더미로드에서 이를 열로 변환처리 하도록 하는 구성을 갖는다.The circulator 16 delivers electromagnetic waves transmitted from the magnetron to the applicator and transmits the reflected power to the other port, and is usually configured to convert it into heat in a dummy load.

어플리케이터(18)는 프라즈마 장치 또는 유도 가열장치 등을 포함하는 총칭이다.The applicator 18 is a generic term including a plasma device, an induction heating device, or the like.

통상적으로 약 20%의 효율을 갖는 CO2 레이저의 경우 1KW의 지속파 전력을 가하면 50 mJ/sec 의 에너지를 얻게 된다. 그리고 이를 듀티비 500:1의 펄스모드로 사용할 경우 25 J/펄스의 에너지를 얻게 된다. 만약 보다 큰 출력을 얻고자 할 경우 고출력의 마그네트론을 사용할 수 있으나 가격이 매우 고가이기 때문에 경제적인 부담이 커지게 된다.Typically, for a CO 2 laser with an efficiency of about 20%, applying 1 KW of continuous wave power yields an energy of 50 mJ / sec. When used in a pulse mode with a duty ratio of 500: 1, an energy of 25 J / pulse is obtained. If you want to get more power, you can use a high power magnetron, but the price is very expensive, which increases the economic burden.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 감안하여 안출된 것으로 써, 본 발명의 제 1목적은 저렴한 마그네트론을 복수개 사용하여 기체 레이저를 여기시킬 수 있는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and a first object of the present invention is to provide a gas laser apparatus using microwaves which can excite a gas laser using a plurality of inexpensive magnetrons.

본 발명의 제 2 목적은 다수개의 마그네트론 각각에 라운처를 겸한 TE011 모드의 공진기를 부가함으로서 임피던스 변화에 대한 완충장치로 동작하게 하고 레이저 발생관으로 진입하는 과정에 슬롯에 의한 임피던스 변환과정과 횡파모드를 원편파로 변환하는 과정을 통하여 반사파를 최소화할 수 있는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치를 제공하는 것이다.The second object of the present invention is to add a resonator of TE011 mode, which also serves as a lounger, to each of the magnetrons to operate as a shock absorber for impedance change, and to perform the impedance conversion process by the slot and the shear wave mode in the process of entering the laser generating tube. It is to provide a gas laser device using a microwave that can minimize the reflected wave through the process of converting the into a circular polarization.

본 발명의 제 3 목적은 방전관 봉입물의 구조, 공진기의 구조, 냉각 방법 등을 제시하고, 다수의 마그네트론에 인가되는 전원을 개별 제어함으로서 결과적으로 레이저의 출력을 제어할 수 있는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치를 제공하는 것이다. The third object of the present invention is to present a structure of a discharge tube encapsulation, a structure of a resonator, a cooling method, and the like, and by controlling the power applied to a plurality of magnetrons individually, a gas laser device using microwaves that can control the output of the laser To provide.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 마이크로파를 생성하는 복수의 마그네트론(70);An object of the present invention as described above, the plurality of magnetrons 70 for generating a microwave;

일단이 각 마그네트론(70)에 연결되어 마이크로파를 전송하고, 타단에 슬롯(77)이 형성된 복수의 마그네트론 라운처(73);A plurality of magnetron loungers 73 having one end connected to each magnetron 70 to transmit microwaves and a slot 77 formed at the other end;

일단이 석영유리(76)로 밀봉되어 복수의 슬롯(77)과 맞춤되고, 내부에 매질인 가스(50)가 밀봉되며, 일단에 전반사 거울(60)이 부착되고, 타단에 반투과거울(33)이 부착된 실린더형 방전관(55); 및One end is sealed with a quartz glass 76 to be fitted with a plurality of slots 77, the gas 50, which is a medium therein, is sealed, and a total reflection mirror 60 is attached to one end and a semi-transparent mirror 33 at the other end. Cylinder discharge tube 55 is attached; And

반투과거울(33)의 배면에 설치된 집속렌즈(35) 및 광섬유(30)를 포함하여 이루어지며;
상기 방전관(55)의 내경에는 유전율이 공기보다 높은 유전체(53)가 중공형상으로 더 형성되고, 상기 가스(50)는 중공형상 내부에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치에 의하여 달성될 수 있다.
It comprises a focusing lens 35 and the optical fiber 30 installed on the back of the transflective mirror 33;
In the inner diameter of the discharge tube 55, a dielectric material 53 having a higher dielectric constant than air is further formed in a hollow shape, and the gas 50 may be achieved by a gas laser apparatus using microwaves. Can be.

아울러, 마그네트론(70)과 마그네트론 라운처(73)는 2개 ~ 4개가 방사상으로 배치되는 것이 더욱 바람직하다.In addition, it is more preferable that two to four magnetrons 70 and magnetron loungers 73 are disposed radially.

또한, 실린더형 방전관(55)의 둘레에는 냉각수단이 더 구비되어 있을 수 있고, 냉각수단은, 실린더형 방전관(55)의 둘레을 감싸는 원통형 수냉자켓(40);In addition, a circumference of the cylindrical discharge tube 55 may be further provided with cooling means, the cooling means comprising: a cylindrical water cooling jacket 40 surrounding the circumference of the cylindrical discharge tube 55;

수냉자켓(40)의 하부에 형성된 냉각수 주입구(41); Cooling water inlet 41 formed in the lower portion of the water cooling jacket 40;

수냉자켓(40)의 상부에 형성된 냉각수 출구(45); 및Cooling water outlet 45 formed on the top of the water cooling jacket 40; And

방전관(55)의 하부에 형성된 냉각팬(80);으로 이루어질 수 있다.Cooling fan 80 formed in the lower portion of the discharge tube 55;

한편, 마그네트론 라운처(73)의 길이는 2.5GHz의 마이크로파에 대한 1 파장의 길이와 동일하며, On the other hand, the length of the magnetron lounger 73 is equal to the length of one wavelength for the microwave of 2.5GHz,

반사파를 상쇄시키기 위하여 길이방향으로 1/2 파장 길이 영역에 단(75)이 더 형성되어 있는 것이 가장 바람직하다.In order to cancel the reflected wave, it is most preferable that the stage 75 is further formed in the 1/2 wavelength length region in the longitudinal direction.

그리고, 마그네트론 라운처(73)는 TE012, TE013 또는 TE014 모드로 1차 공진될 수 있으며, 슬롯(77)은 길이가 도파관 폭의 3/4, 폭이 6mm ~ 10mm 범위인 것이 가장 바람직하다.In addition, the magnetron lounger 73 may be primarily resonated in the TE012, TE013, or TE014 mode, and the slot 77 may have a length of 3/4 of the waveguide width and a width of 6 mm to 10 mm.

본 발명에 따른 기체 레이저의 기체는 CO2, CO, HF, I2, He-Ne, He-Cd, Cu증기, Au증기, Ar이온, Kr이온, N2, F2, XeF, XeCl, KrF, KrCl, ArF, Xe2, Kr2, Ar2 들 중 어느 하나 또는 복수개의 혼합물 또는 화합물일 수 있다.Gases of the gas laser according to the present invention is CO 2 , CO, HF, I 2 , He-Ne, He-Cd, Cu steam, Au steam, Ar ions, Kr ions, N 2 , F 2 , XeF, XeCl, KrF , KrCl, ArF, Xe 2 , Kr 2 , Ar 2 or a plurality of mixtures or compounds.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치의 구성에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a configuration of a gas laser apparatus using a microwave according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 사용되는 라운처(73)의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 마그네트론 라운처(73)의 길이는 2.5GHz의 마이크로파에 대한 1 파장의 길이와 동일하며, 반사파를 상쇄시키기 위하여 길이방향으로 1/2 파장 길이 영역에 단(75)이 형성되어 있다. 이로 인해, 슬롯(77) 영역에서 발생하는 반사파와 단(75) 영역에서 발생하는 반사파의 위상은 상호 180°의 차이가 나서 상쇄된다. 이는 반사파로부터 마그네트론(70)을 보호하기 위함이다.2 is a perspective view of the lounger 73 used in the present invention. As shown in FIG. 2, the length of the magnetron lounger 73 is equal to the length of one wavelength for the microwave of 2.5 GHz, and the stage 75 in the half wavelength length region in the longitudinal direction to cancel the reflected wave. Is formed. For this reason, the phases of the reflected waves generated in the slot 77 region and the reflected waves generated in the stage 75 region are offset by 180 degrees. This is to protect the magnetron 70 from the reflected wave.

이러한 마그네트론 라운처(73)의 일단에는 마그네트론(70)이 연결되고, 타단에는 슬롯(77)이 형성되어 있으며, 슬롯(77)은 추후 설명되는 방전관(55) 하부의 석영유리(76)에 대응되도록 고정된다. 슬롯(77)은 길이가 도파관 폭의 3/4, 폭이 6mm ~ 10mm 범위인 것이 적합하고, 특히 8mm 가 적당하다.A magnetron 70 is connected to one end of the magnetron lounger 73, and a slot 77 is formed at the other end, and the slot 77 corresponds to the quartz glass 76 below the discharge tube 55 described later. Is fixed as possible. The slot 77 is suitably in length ranging from 3/4 of the waveguide width and 6 mm to 10 mm in width, particularly 8 mm.

도 3은 본 발명에 따라 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더형의 방전관(55) 둘레에는 수냉자캣(40)이 구비되어 있고, 상단에는 반투과거울(33), 접속구(31) 및 광섬유(30)가 구비되어 있 으며, 하단에는 석영유리(76), 전반사거울(60) 등이 구비되어 있다. 또한, 방전관(55)의 아래쪽에는 복수의 마그네트론 라운처(73)와 각각의 마그네트론(70) 및 냉각팬(80)이 구비되어 있다.3 is a cross-sectional view of a gas laser device using microwaves in accordance with the present invention. As shown in FIG. 3, a water cooler cat 40 is provided around the cylindrical discharge tube 55, and a semi-transparent mirror 33, a connection port 31, and an optical fiber 30 are provided at an upper end thereof. At the bottom, quartz glass 76, total reflection mirror 60, and the like are provided. In addition, a plurality of magnetron loungers 73, respective magnetrons 70, and cooling fans 80 are provided below the discharge tube 55.

실린더형 방전관(55)은 원통형상이며, 내부에 유전체(53)가 끼워져 있다. 이러한 유전체(53)는 유전율이 공기의 유전율 1.00004 보다 높은 물질(예를 들어, 쿼츠, 알루미나, 붕화질소 등)로 이루어지며, 유전율이 공기보다 높기 때문에 공진에 필요한 방전관(55)의 직경을 줄이는 효과가 있다. 이러한 유전체(53)는 중공형상이며, 내부에는 축선방향으로 기체(본 실시예에서는 이산화탄소)가 밀봉되어 있다. 이러한 방전관(55)의 체적은 유전체(53)가 삽입된 상태에서 TM012, TM013, TM014, TM015 모드로 공진할 수 있는 조건을 갖추도록 결정된다. The cylindrical discharge tube 55 is cylindrical in shape, and a dielectric 53 is sandwiched therein. The dielectric 53 is made of a material having a dielectric constant higher than 1.00004 of air (for example, quartz, alumina, nitrogen boride, etc.), and the dielectric constant is higher than air, thereby reducing the diameter of the discharge tube 55 necessary for resonance. It works. This dielectric 53 is hollow, and inside the gas (carbon dioxide in this embodiment) is sealed in the axial direction. The volume of the discharge tube 55 is determined so as to have a condition capable of resonating in the TM012, TM013, TM014, and TM015 modes in the state where the dielectric 53 is inserted.

반투과거울(33)은 방전관(55)의 상단 중앙을 밀봉하고, 여기된 빛의 일부를 반사시키고, 나머지 일부를 투과시키는 기능을 한다. 빛의 진행 방향을 따라 반투과거울(33)의 배면에는 집속렌즈(35)가 구비되어 있으며, 집속렌즈(35)의 배면에는 광섬유(30)가 구비되어 있다. 이러한 반투과거울(33), 집속렌즈(35) 및 광섬유(30) 등은 접속구(31)에 의하여 단단히 고정된다.The semi-transmissive mirror 33 functions to seal the upper center of the discharge tube 55, reflect a part of the excited light, and transmit the remaining part. A focusing lens 35 is provided on the rear surface of the transflective mirror 33 along the traveling direction of light, and an optical fiber 30 is provided on the rear surface of the focusing lens 35. The semi-transparent mirror 33, the focusing lens 35 and the optical fiber 30, etc. are firmly fixed by the connection port 31.

수냉자캣(40)은 방전관(55)의 둘레를 에워싸며, 하단에 냉각수 주입구(41)가 설치되어 있고, 상단에 냉각수(출구(45)가 설치되어 있다. 따라서, 냉각수(43)는 주입구(41)를 통해 들어온 후 열교환을 하면서 상승하여 냉각수 출구(45)로 빠져 나가게 된다. 또한, 마그네트론 라운처(73)의 하부에 냉각팬(80)이 구비됨으로서, 회전에 의해 수냉자캣(40)의 냉각을 촉진할 수 있다.The water cooler cat 40 surrounds the circumference of the discharge tube 55, and is provided with a coolant inlet 41 at the lower end and a coolant (outlet 45) at the upper end. After entering through 41, the heat exchanger rises and exits to the coolant outlet 45. In addition, since the cooling fan 80 is provided at the lower portion of the magnetron lounger 73, the water cooler cat 40 is rotated. Cooling can be promoted.

전반사거울(60)은 방전관(55)의 하단 중앙에 위치하고, 그 배면에는 전반사거울(60)을 미세하게 조정할 수 있는 거울고정축(61)이 돌출 형성되어 있다. 따라서 전반사거울(60)은 거울고정축(61)의 움직임에 따라 함께 움직이게 된다.The total reflection mirror 60 is located at the lower center of the discharge tube 55, and the rear surface of the mirror fixing shaft 61 that can finely adjust the total reflection mirror 60 is formed. Therefore, the total reflection mirror 60 moves together according to the movement of the mirror fixing shaft 61.

격막(65)은 거울고정축(61)의 축상 어느 한 지점에 형성되며, 거울고정축(61)의 미세한 움직임을 수용하면서, 기체의 밀봉 작용을 동시에 수행하게 된다.The diaphragm 65 is formed at any point on the axis of the mirror fixing shaft 61, and accommodates the minute movement of the mirror fixing shaft 61, while simultaneously performing the sealing action of the gas.

틸트 조정나사(63)는 좌우 회전에 따라 축선방향으로 미세하게 이송되고, 이러한 움직임을 이용하여 거울고정축(61)을 기울이도록 구성된다. 이를 위해 틸트 조정나사(63)는 거울고정축(61)의 둘레에 3 ~ 4개가 구비되며, 아암(번호 미부여)에 의해 거울고정축(61)에 기울임을 전달하도록 구성된다. 이와 같은 틸트 조정나사(63)를 이용하여 반투과거울(33)과 전반사거울(60)이 동일축선상에서 완벽하게 평행하도록 위치 고정할 수 있다.The tilt adjustment screw 63 is finely conveyed in the axial direction according to the left and right rotation, and is configured to tilt the mirror fixing shaft 61 by using this movement. To this end, the tilt adjustment screw 63 is provided with three to four around the mirror fixing shaft 61, it is configured to transmit the tilt to the mirror fixing shaft 61 by the arm (not numbered). Using such a tilt adjustment screw 63, the semi-transmissive mirror 33 and the total reflection mirror 60 can be fixed in position to be completely parallel on the same axis.

석영유리(76)는 방전관(55) 하단의 원주상에 균일하게 배치된다. 이는 아래에서 설명하는 슬롯(77)과 일대일로 대응하는 것이므로 갯수는 슬롯(77)과 같아야 한다. 본 실시예에서 석영유리(76)는 3개를 설치하였다.The quartz glass 76 is uniformly arranged on the circumference of the lower end of the discharge tube 55. Since this corresponds to one-to-one correspondence with the slot 77 described below, the number should be the same as the slot 77. In this embodiment, three quartz glass 76 are provided.

마그네트론 라운처(73)는 방전관(55)의 둘레에 방사방향으로 3개 ~ 4개가 등각도로 배치된다. 본 실시예에서는 3개를 배치하였다. 이 때, 라운처(73)의 슬롯(77)은 방전관(55) 하단의 석영유리(55)와 일치하도록 위치고정된다.3 to 4 magnetron loungers 73 are disposed at equal angles in the radial direction around the discharge tube 55. In this example, three were arranged. At this time, the slot 77 of the lounger 73 is positioned to coincide with the quartz glass 55 at the lower end of the discharge tube 55.

라운처(73)의 일단 하면에는 마이크로파를 발생하는 마그네트론(70)이 고정되며, 마그네트론(70)의 일측에는 냉각팬(80)이 회전 가능하게 설치되어 있다.The magnetron 70 generating microwaves is fixed to one end of the lounger 73, and a cooling fan 80 is rotatably installed at one side of the magnetron 70.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치의 동작에 관하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation of the gas laser device using the microwave having the configuration as described above will be described in detail.

우선 2.45GHz의 마이크로파를 방출하는 마그네트론(70)에 전력을 공급하여 마이크로파를 방출시킨다. 방출된 마이크로파는 라운처(73)를 지나면서 TE012, TE013, TE014모드로 1차 공진됨과 동시에 반사파가 제거된 후 슬롯(77)을 통해 석영유리(76)로 전송된다.First, power is supplied to the magnetron 70 that emits microwaves at 2.45 GHz to emit microwaves. The emitted microwave is first resonated in the TE012, TE013, and TE014 modes while passing through the lounger 73, and the reflected wave is removed and then transmitted to the quartz glass 76 through the slot 77.

방전관(55)내의 마이크로파는 유전체(53)에 의하여 공진되면서 기체(50)를 여기시킨다. 도 4는 봉입된 레이저 매질인 기체가 주입된 마이크로파에 의하여 여기되어 고준위 상태에서 중준위로 천이되는 과정을 나타내는 설명도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로파의 에너지에 의해 고준위 상태로 여기된 기체는 상준위 상태로 머물게 되며, 특정조건에서 중준위 상태로 천이되며, 이과정에서 고유 파장을 갖는 빛을 방출하게 된다. 이를 계기로 다른 중준위 상태에 있는 여기된 기체들도 빛을 유도방출한 후 기저상태로 천이된다.The microwaves in the discharge tube 55 excite the gas 50 while being resonated by the dielectric 53. 4 is an explanatory diagram showing a process of transitioning from a high level state to a medium level by being excited by a injected microwave gas, which is a sealed laser medium. As shown in FIG. 4, the gas excited to a high level by the energy of the microwave stays in a high level state, transitions to a medium level state under certain conditions, and emits light having a specific wavelength in this process. As a result, excited gases in other mid-levels also transition to the ground state after inducing and emitting light.

이러한 과정에서 발생된 빛은 전반사거울(60)과 반투과거울(33) 사이를 왕복하게 되고, 특정 임계값을 넘게 되면, 반투과거울(33)을 통해 레이저로서 방출되게 된다. 방출된 레이저는 집속렌즈(35)에 의해 모아져서 광섬유(30)를 따라 이송하게 된다.The light generated in this process is reciprocated between the total reflection mirror 60 and the transflective mirror 33, and when exceeded a certain threshold, is emitted as a laser through the transflective mirror 33. The emitted laser is collected by the focusing lens 35 and transported along the optical fiber 30.

본 발명에서는 복수의 마그네트론(70)을 사용함으로, 일부의 마그네트론(70)에만 전원을 인가할 경우 레이저의 출력을 비례적으로 감소시킬 있다. 또한, 인가되는 고전압을 간헐적으로 단속할 경우, 펄스파 레이저를 구현할 수 있다. In the present invention, by using a plurality of magnetrons 70, when the power is applied only to some of the magnetrons 70, the output of the laser can be proportionally reduced. In addition, when intermittently interrupting the applied high voltage, a pulse wave laser may be implemented.

본 발명에 따른 기체 레이저의 기체는 CO2 뿐만 아니라 CO, HF, I2, He-Ne, He-Cd, Cu증기, Au증기, Ar이온, Kr이온, N2, F2, XeF, XeCl, KrF, KrCl, ArF, Xe2 , Kr2, Ar2 들중 어느 하나 또는 복수개의 혼합물 또는 화합물 등 거의 모든 기체 레이저에 사용할 수 있다.The gas of the gas laser according to the present invention is not only CO 2 but also CO, HF, I 2 , He-Ne, He-Cd, Cu vapor, Au vapor, Ar ions, Kr ions, N 2 , F 2 , XeF, XeCl, It can be used for almost any gas laser, such as any one or a plurality of mixtures or compounds of KrF, KrCl, ArF, Xe 2 , Kr 2 , Ar 2 .

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치에 의하면, 수많은 트랜지스터 및 FET 없이 극히 저렴한 마그네트론을 복수개 사용하여 기체 레이저를 여기시킬 수 있기 때문에 경제적이고, 쉽게 구현 가능하다는 편리성이 있다.As described above, according to the gas laser device using the microwave according to the present invention, since it is possible to excite the gas laser using a plurality of extremely low-cost magnetrons without numerous transistors and FETs, it is economical and easy to implement.

그리고, 다수개의 마그네트론 각각에 라운처를 겸한 TE011 모드의 공진기를 부가함으로서 임피던스 변화에 대한 완충장치로 동작하게 하고 레이저 발생관으로 진입하는 과정에 슬롯에 의한 임피던스 변환과정과 횡파모드를 원편파로 변환하는 과정을 통하여 반사파를 최소화할 수 있음으로 고품질의 레이저를 얻을 수 있다And, by adding a resonator of TE011 mode, which also serves as a lounger, to each magnetron, it acts as a shock absorber for impedance change, and the impedance conversion process by slot and transverse wave mode is converted into circular polarization in the process of entering the laser generator tube. By minimizing the reflected wave through the process, high quality laser can be obtained.

아울러, 방전관 봉입물의 구조, 공진기의 구조, 냉각 방법 등을 제시하고, 다수의 마그네트론에 인가되는 전원을 개별 제어함으로서 결과적으로 레이저의 출력을 세밀하게 제어할 수 있다. 이는 본 레이저의 활용범위를 넓히는데 큰 도움이 될 수 있다.In addition, the structure of the discharge tube encapsulation, the structure of the resonator, the cooling method, and the like are presented, and by individually controlling the power applied to the plurality of magnetrons, it is possible to finely control the output of the laser. This can be a great help to expand the scope of use of this laser.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능 할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.Although the invention has been described in connection with the preferred embodiments mentioned above, other various modifications and variations may be made without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover such modifications and variations as fall within the true scope of the invention.

Claims (8)

마이크로파를 생성하는 복수의 마그네트론(70);A plurality of magnetrons 70 for generating microwaves; 일단이 상기 각 마그네트론(70)에 연결되어 마이크로파를 전송하고, 타단에 슬롯(77)이 형성된 복수의 마그네트론 라운처(73);A plurality of magnetron loungers 73 having one end connected to each of the magnetrons 70 to transmit microwaves and a slot 77 formed at the other end thereof; 일단이 석영유리(76)로 밀봉되어 상기 복수의 슬롯(77)과 맞춤되고, 내부에 매질인 가스(50)가 밀봉되며, 일단에 전반사 거울(60)이 부착되고, 타단에 반투과거울(33)이 부착된 실린더형 방전관(55); 및One end is sealed with a quartz glass 76 to fit with the plurality of slots 77, the gas 50 is a medium therein, a total reflection mirror 60 is attached to one end, and a semi-transparent mirror at the other end ( A cylindrical discharge tube 55 to which 33 is attached; And 상기 반투과거울(33)의 배면에 설치된 집속렌즈(35) 및 광섬유(30)를 포함하여 이루어지며;It comprises a focusing lens 35 and the optical fiber 30 installed on the back of the transflective mirror (33); 상기 방전관(55)의 내경에는 유전율이 공기보다 높은 유전체(53)가 중공형상으로 더 형성되고, 상기 가스(50)는 중공형상 내부에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치.In the inner diameter of the discharge tube (55), a dielectric (53) having a higher dielectric constant than air is further formed in a hollow shape, and the gas (50) is a gas laser device using a microwave, characterized in that the hollow shape. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 마그네트론(70)과 마그네트론 라운처(73)는 2개 ~ 4개가 방사상으로 배치된 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치.[2] The gas laser device of claim 1, wherein two magnetrons and four magnetron loungers are disposed radially. 제 1 항에 있어서, 상기 실린더형 방전관(55)의 둘레에는 냉각수단이 더 구 비되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치.The gas laser device using microwaves according to claim 1, wherein cooling means is further provided around the cylindrical discharge tube (55). 제 4 항에 있어서, 상기 냉각수단은,The method of claim 4, wherein the cooling means, 실린더형 방전관(55)의 둘레을 감싸는 원통형 수냉자켓(40);A cylindrical water cooling jacket 40 surrounding the circumference of the cylindrical discharge tube 55; 상기 수냉자켓(40)의 하부에 형성된 냉각수 주입구(41); Cooling water inlet 41 formed in the lower portion of the water cooling jacket 40; 상기 수냉자켓(40)의 상부에 형성된 냉각수 출구(45); 및Cooling water outlet 45 formed on the water cooling jacket 40; And 상기 방전관(55)의 하부에 형성된 냉각팬(80);으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치.Gas laser device using a microwave, characterized in that consisting of; cooling fan (80) formed in the lower portion of the discharge tube (55). 제 1 항에 있어서, 상기 마그네트론 라운처(73)의 길이는 2.5GHz의 마이크로파에 대한 1 파장의 길이와 동일하며, The length of the magnetron lounger 73 is equal to the length of one wavelength for microwave of 2.5 GHz, 반사파를 상쇄시키기 위하여 길이방향으로 1/2 파장 길이 영역에 단(75)이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치.The gas laser device using a microwave, characterized in that the stage (75) is further formed in the half-wavelength region in the longitudinal direction to cancel the reflected wave. 제 6 항에 있어서, 상기 마그네트론 라운처(73)는 TE012, TE013 또는 TE014 모드로 1차 공진되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치.7. The gas laser device of claim 6, wherein the magnetron lounger (73) is first resonant in TE012, TE013, or TE014 mode. 제 1 항에 있어서, 상기 슬롯(77)은 길이가 도파관 폭의 3/4, 폭이 6mm ~ 10mm 범위인 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 기체 레이저 장치.The gas laser device according to claim 1, wherein the slot (77) has a length of 3/4 of the waveguide width and a width of 6 mm to 10 mm.
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