WO2015008405A1 - ガスレーザ装置 - Google Patents

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laser
gas
discharge
laser device
mirror
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陽一 谷野
西前　順一
山本　達也
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas laser device for amplifying laser light using a laser gas.
  • SA saturable absorber
  • JP 2010-103104 A (FIGS. 1 and 2) JP 2010-186990 A ([0051], FIG. 11) JP 2011-159932 A International Publication No. 2012/176253 International Publication No. 2013/084608
  • An object of the present invention is to provide a gas laser device that can efficiently suppress parasitic oscillation with a simple configuration.
  • the present invention is a gas laser device that performs optical amplification by passing laser light through discharge-excited laser gas, A first discharge electrode pair and a second discharge electrode pair arranged in a column along the optical axis of the laser beam; At least two reflecting the laser light amplified by the laser gas, arranged opposite to each other so as to sandwich the first discharge region defined by the first discharge electrode pair and the second discharge region defined by the second discharge electrode pair Mirror, A shielding member is provided between the first discharge electrode pair and the second discharge electrode pair and protrudes from the electrode surface of the discharge electrode toward the optical axis of the laser beam.
  • the protruding height of the shielding member is preferably set to a height that does not interfere with the laser beam.
  • the gas laser device further includes an electrode support structure for supporting the first and second discharge electrode pairs,
  • the shielding member is preferably formed integrally with the electrode support structure.
  • the protruding shape of the shielding member preferably has a shape selected from the group consisting of a sawtooth wave, a triangular wave and a sine wave.
  • a plurality of the shielding members are arranged so as to sandwich the optical axis of the laser beam.
  • the shielding member is formed of aluminum whose surface is anodized.
  • the surface of the shielding member preferably has a surface roughness rougher than the wavelength of the laser beam.
  • an aperture having an aperture through which laser light is transmitted is provided in front of the mirror.
  • the laser gas is supplied in a direction perpendicular to both the optical axis of the laser beam and the discharge direction,
  • the laser gas supply direction to the first discharge electrode pair is preferably opposite to the laser gas supply direction to the second discharge electrode pair.
  • the shielding member has an inclined surface that faces the first and second discharge regions and is inclined with respect to the optical axis of the laser beam.
  • the width in the optical axis direction of the surface facing the protruding height direction is a
  • the wavelength of the laser light is ⁇
  • the diameter of the opening is ⁇
  • the discharge gap between the discharge electrodes is D
  • the light beam of the laser beam is provided by installing a shielding member protruding from the electrode surface of the discharge electrode toward the optical axis of the laser beam between the first discharge electrode pair and the second discharge electrode pair.
  • Parasitic oscillation that proceeds off the axis can be efficiently suppressed with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a gas laser device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the electrode support structure.
  • FIG. 3 is a partial perspective view showing a structure in which the electrode support structure and the shielding plate are integrated.
  • the gas laser device constitutes a so-called three-axis orthogonal gas laser device, and includes electrode substrates 1, 2, 3, and 4, electrodes 11, 12, 13, and 14, mirror support portions 31 and 32, and windows 41 and 42. And mirrors 43, 44, 45, 46, a shielding plate 51, and the like.
  • the direction substantially parallel to the optical axis of the laser beam is defined as the X direction
  • the direction parallel to the laser gas supply direction is defined as the Y direction
  • the direction parallel to the discharge direction is defined as the Z direction.
  • the electrode substrates 1, 2, 3, and 4 are made of a dielectric material such as alumina, and metal electrodes 11, 12, 13, and 14 are bonded to the surface thereof by metallization, paste, or the like. By adopting a structure in which the electrode is supported by the electrode substrate, the mechanical strength of the entire discharge mechanism can be improved.
  • the pair of electrode substrates 1 and 2 are supported by electrode support structures 61 and 62, and are disposed so as to face each other.
  • a pair of electrodes 11 and 12 are respectively disposed near the Y direction from the center.
  • silent discharge ozonizer discharge
  • the laser gas G is supplied to the discharge region 21 in the ⁇ Y direction.
  • the pair of electrode substrates 3 and 4 are supported by the electrode support structures 61 and 62 and are installed so as to face each other.
  • a pair of electrodes 13, 14 are respectively arranged near the ⁇ Y direction from the center.
  • silent discharge ozonizer discharge
  • a discharge region 22 is formed.
  • the laser gas G is supplied to the discharge region 22 in the Y direction.
  • the pair of electrode substrates 1 and 2 and the pair of electrode substrates 3 and 4 are arranged in tandem along the optical axis of the laser beam.
  • the discharge electrodes 11, 12, 13, and 14 have, for example, a metal portion having a surface of about 5 cm ⁇ 100 cm, and the discharge regions 21 and 22 have a rectangular parallelepiped shape of about 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 100 cm, for example.
  • CO 2 is used as the laser gas G
  • another laser medium such as CO, N 2 , He—Cd, HF, Ar + , ArF, KrF, XeCl, XeF or the like is used.
  • the present invention is also applicable.
  • the gas laser device includes a housing (not shown) for blocking the laser gas G from the outside air, and a heat exchanger, a blower, a duct, and the like are provided inside the housing.
  • the blower circulates the laser gas G sealed in the casing along the wind tunnel in the duct.
  • the laser gas G is supplied toward the discharge regions 21 and 22 along the direction of the arrows.
  • the laser gas G that has passed through the discharge regions 21 and 22 is cooled by the heat exchanger and returns to the blower again.
  • the laser gas G is maintained at a pressure lower than the atmospheric pressure, and the laser gas G moves in the direction of the arrow in FIG. 1 at a spatially uniform velocity distribution, for example, a velocity of about 100 m / s. .
  • the windows 41 and 42 and the mirrors 43, 44, 45, and 46 are arranged so as to face each other with the discharge regions 21 and 22 interposed therebetween.
  • a window 41 and mirrors 43 and 44 are attached to the housing via the mirror support 31.
  • the window 42 and the mirrors 45 and 46 are attached to the housing via the mirror support portion 32.
  • As the windows 41 and 42 for example, a diamond substrate provided with an antireflection coating is used.
  • the windows 41 and 42 have a function of allowing laser light to pass between the inside and outside of the gas laser apparatus and blocking the laser gas G from the outside air.
  • the mirrors 43, 44, 45, 46 for example, concave, flat or convex total reflection mirrors are used to constitute an optical amplification path.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a path of laser light in the gas laser apparatus.
  • the gas laser device has a function of amplifying pulsed laser light.
  • the laser light L enters from the window 41 along the optical axis L 0, is sequentially reflected by the mirror 45, the mirror 44, the mirror 46, and the mirror 43 and is emitted from the window 42.
  • the mirror 44 is not parallel to both the mirrors 45 and 46, and the mirror 43 is also not parallel to both the mirrors 45 and 46.
  • Such non-parallel arrangement can suppress parasitic oscillation between the mirrors facing each other (see Patent Document 3).
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the laser beam L and the optical axis L0.
  • the laser light L propagates with a spread of the beam radius w with respect to the optical axis L0.
  • the beam radius w is defined as a radius of a circle including 86% of energy propagating as laser light.
  • the optical axis L0 is illustrated over the entire path, but in order to avoid the complexity of the drawing, only a part of the path is illustrated for the laser light L, and between the mirrors 45 and 44, between 44 and 46, The section between 46 and 43 is omitted.
  • the shielding plate 51 is disposed between the pair of electrode substrates 1 and 2 and the pair of electrode substrates 3 and 4 and protrudes from the electrode surface of the discharge electrode toward the optical axis of the laser beam.
  • the shielding plate 51 is preferably formed of an aluminum material whose surface is anodized. Further, the surface of the shielding plate 51 preferably has a surface roughness rougher than the wavelength of the CO 2 laser (that is, arithmetic average roughness Ra> 10.6 ⁇ m).
  • the surface roughness of the shielding plate 51 may be 20 to 40 ⁇ m, for example, and can be manufactured by, for example, sand blasting, knurling, other cutting, rolling, chemical treatment, or the like.
  • the shielding plate 51 has a macroscopic three-dimensional shape different from the above surface roughness, and may be, for example, a periodic wave shape composed of three peaks with a pitch between the peaks of 4 cm. The peak of such a mountain is higher than the electrode surfaces of the electrodes 11 and 13.
  • the shielding plate 51 can be formed integrally with the electrode support structures 61 and 62.
  • the electrode support structures 61 and 62 are also preferably formed of an aluminum material whose surface is anodized. Such an integrated structure can reduce the number of parts and the manufacturing cost.
  • the height of the shielding plate 51 is set to a height that does not interfere with the laser light L.
  • the optical axis height of the laser beam measured from the electrode substrates 1 and 3 at the position of the shield plate 51 and H L0, using a beam radius, the height H 51 of the shield plate 51 is, for example, the following It is set as equation (1).
  • H 51 H L0 -1.5w (1)
  • the shielding plate 51 is provided between the laser gases excited by the two sets of discharge electrodes so as to be convex with respect to the electrode surface, thereby suppressing high parasitic oscillation described below with an inexpensive configuration. There is an effect.
  • Parasitic oscillation hinders amplification of the target pulse laser and lowers the amplification efficiency, and also causes laser light to oscillate in an unintended direction, causing failure inside and outside the gas laser device.
  • parasitic oscillation is suppressed by disposing a saturable absorber between two discharge tubes.
  • the saturable absorber is a system that circulates and cools a mixed gas that absorbs laser light to a cell through which the laser light passes, and is compared with a member such as a shielding plate according to the present embodiment. Extremely complex and expensive.
  • the amplification efficiency is lowered when the pulse laser beam passes through the saturable absorber.
  • a gas laser device that suppresses parasitic oscillation without using a saturable absorber is configured.
  • a technique for suppressing parasitic oscillation between opposing mirrors by arranging the opposing mirrors (mirrors 44 and 46, 43 and 45, etc.) so as not to face each other in parallel.
  • electrode reflection type parasitic oscillation as shown in FIG. 6 occurs. Since reflection at the discharge electrode is included in the path of parasitic oscillation, this is referred to as electrode reflection type parasitic oscillation.
  • Such electrode reflection type parasitic oscillation is not limited to the mirrors 43 to 46, but can also occur in a path including the reflection of the structural members supporting the mirrors 43 to 46 and the windows 41 and 42. Further, it has been found that the discharge electrode is generated even when there are two sets of 11, 12, and 13, 14 and a gap is provided between the two sets of electrodes.
  • a mechanism such as a holder for attaching the window 41 and the mirrors 43 and 44 to the mirror support 31 is complicated. Further, the gain per one way of the amplifier increases in proportion to the number of turns. Therefore, as the number of turns increases, the possibility of causing parasitic oscillation in an unintended path increases. As shown in FIG. 7, the mechanism for attaching the mirror support portions 31 and 32, the mirror, or the window may cause parasitic oscillation by reflecting light to some extent.
  • the shield plate 51 is provided between the discharge region 21 and the discharge region 22 so as to be convex with respect to the electrode surface, thereby suppressing electrode reflection type parasitic oscillation. be able to.
  • the shielding plate 51 does not necessarily absorb the laser beam and may scatter the laser beam. However, the effect of suppressing the parasitic oscillation can be surely obtained by absorbing the laser beam. In the present invention, what absorbs or scatters laser light is called a shielding plate.
  • the shielding plate 51 is provided between the laser gases excited by the two sets of discharge electrodes (two sets of 11, 12 and 13, 14) so as to be convex with respect to the electrode surface. It has the effect of suppressing parasitic oscillation with an inexpensive configuration. In particular, a high parasitic oscillation suppression effect is achieved by suppressing the electrode reflection type parasitic oscillation described above.
  • the shielding plate 51 is too high and interferes with the laser beam L to be amplified, the amplification output is lowered and the beam quality of the amplified laser beam is deteriorated. A higher parasitic oscillation suppression effect is obtained as the height is increased within a range not interfering with the laser beam L to be amplified.
  • the multiple folded laser light passes through a region lower than the height of the shielding plate 51 (close to the electrodes 11 and 13). By doing so, it is possible to effectively use the discharge excitation energy stored in the discharge region, and to obtain the maximum laser beam amplification output.
  • the shielding plate 51 By forming the shielding plate 51 from an alumite-treated aluminum material, the effect of suppressing parasitic oscillation can be obtained with an inexpensive and easily available material. Further, since the aluminum material subjected to the alumite surface treatment is not easily affected by the laser gas, it has an effect of extending the life of the gas laser device.
  • the material of the shielding plate 51 is not limited to an aluminum material, but may be other metals or metal oxides.
  • the surface of the shielding plate 51 is subjected to surface treatment that is rougher than the wavelength of the laser to be amplified, so that the effect of suppressing electrode reflection type parasitic oscillation can be enhanced.
  • the shielding plate 51 By integrating the electrode support structure 61 and the shielding plate 51, when the shielding plate generates heat by absorbing the outer edge portion of the pulse laser to be amplified, the heat radiation from the shielding plate 51 is improved.
  • An inexpensive gas laser device that can be easily assembled can be provided.
  • the surface of the shielding plate 51 has an angle close to perpendicular to the direction of the optical axis, parasitic oscillation is likely to occur. Therefore, the surface of the shielding plate 51 is not clearly perpendicular to the direction of the optical axis (for example, 20 degrees). It is preferable.
  • the angle at which the laser beam from the mirrors 41, 43, 44 or the mirror support part 31 to the shield plate 51 is regularly reflected by the shield plate 51 is not incident on the mirrors 41, 43, 44 or the mirror support part 31 again. In this case, the parasitic oscillation is suppressed.
  • the shielding plate 51 corrugated (in this embodiment, a corrugated structure having three peaks), the maximum parasitic oscillation suppression effect is obtained while keeping the volume of the shielding plate 51 small.
  • the shielding plate is not limited to the three mountain configuration, and may be one mountain, two mountains, or more than three mountains. The corners of the mountain may be round or standing.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing various examples of the corrugated shape of the shielding plate 51.
  • 8A shows the shape of a sawtooth wave as shown in FIG. 1
  • FIG. 8B shows the shape of a triangular wave
  • FIG. 8C shows the shape of a sine wave.
  • the corrugated shape of the shielding plate 51 may be selected from these shapes, or may be a single mountain configuration, a two mountain configuration, or a three or more mountain configuration.
  • the laser gas G is supplied in a direction perpendicular to both the optical axis of the laser beam and the discharge direction, and the supply direction of the laser gas to the discharge region 21 is opposite to the supply direction of the laser gas to the discharge region 22.
  • the laser gas flow is not obstructed by the shielding plate, and a necessary laser gas flow rate is obtained while minimizing energy loss.
  • Due to the configuration in which the laser gas flow is perpendicular to the optical axis of the laser light a temperature distribution of the laser gas is generated in the laser gas flow direction, and the path of the laser light is bent. Similarly, the path of a parasitic laser beam is also bent.
  • the direction of the laser gas supplied to the discharge region 21 is reversed from the direction of the laser gas supplied to the discharge region 22, thereby canceling the bending of the path of the laser beam that oscillates in a parasitic manner.
  • the effect which suppresses also is acquired.
  • FIG. 15 is a partial perspective view showing another example of the shielding plate 51.
  • the shielding plate 51 has a shape protruding from the electrode surface of the discharge electrode toward the optical axis of the laser beam, and the upper surface facing the optical axis is a flat surface without being corrugated or chevron, It faces the discharge regions 21 and 22 and has an inclined surface inclined with respect to the optical axis of the laser beam.
  • the laser beam from the mirror support portion 31 having the window 41 and the mirrors 43 and 44 to the shield plate 51 is regularly reflected by the shield plate 51, and again returns to the mirror support portion 31 having the window 41 and the mirrors 43 and 44.
  • the angle can be set so that it does not enter. Therefore, this configuration also has the effect of suppressing parasitic oscillation.
  • FIG. FIG. 9 is a perspective view showing a gas laser device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • This gas laser apparatus has the same configuration as that of the first embodiment, but differs in that apertures 71, 72, 73, 74, 75, and 76 are provided.
  • Apertures 71 and 72 are provided inside the windows 41 and 42, respectively.
  • the apertures 73, 74, 75, and 76 are provided inside the mirrors 43, 44, 45, and 46, respectively.
  • the apertures 71 to 76 are copper members having a circular opening, and the inside of the opening transmits laser light and the outside of the opening does not transmit laser light. These 71 to 76 are respectively fixed to the mirror support portions 31 and 32 or the housing of the apparatus.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a method of determining the height of the shielding plate.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a method of determining the height of the shielding plate.
  • two apertures 71 and 75 of the six apertures are shown, but the same method can be applied to the other apertures 72 to 74 and 76.
  • an imaginary straight line V connecting the lower ends of the apertures 71 and 75 is shown as an auxiliary, and this straight line V is a guideline for the lower limit of the laser light traveling from the aperture 71 to the aperture 75.
  • the range in which the laser beam exists can be defined by the aperture, and the height of the shielding plate can be determined within a range that does not interfere with the amplified laser beam L.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing the third embodiment of the present invention, and shows various settings of the optical axis of the laser beam.
  • FIG. 11A shows an optical path in the first embodiment, which is the same as that shown in FIG.
  • the pulse laser beam (optical axis L0) enters from the window 41 shown in FIG. 1, is sequentially reflected by the mirror 45, the mirror 44, the mirror 46, and the mirror 43, and is emitted from the window 42 shown in FIG.
  • the pulsed laser light travels in the order of window 41, mirror 46, mirror 43, mirror 45, mirror 44, and window 42.
  • An additional shielding plate 52 is installed on the side opposite to the shielding plate 51.
  • the pulsed laser light travels in the order of window 41, mirror 45, mirror 43, mirror 46, mirror 44, and window 42.
  • the pulsed laser light travels in the order of window 41, mirror 46, mirror 43, mirror 45, mirror 44, and window 42.
  • the window 42 is installed near the electrode substrate 3.
  • the pulsed laser light travels in the order of window 41, mirror 46, mirror 44, mirror 45, mirror 43, and window 42.
  • the window 42 is installed near the electrode substrate 3.
  • An additional shielding plate 52 is installed on the side opposite to the shielding plate 51.
  • the pulsed laser light travels in the order of window 41, mirror 46, mirror 44, mirror 45, mirror 43, and window 42.
  • the window 42 is installed between the mirror 45 and the mirror 46.
  • the pulsed laser light travels in the order of window 41, mirror 46, mirror 43, mirror 45, mirror 44, and window 42.
  • the window 42 is installed between the mirror 45 and the mirror 46.
  • An additional shielding plate 52 is installed on the side opposite to the shielding plate 51.
  • the pulsed laser light travels in the order of window 41, mirror 45, mirror 44, mirror 46, mirror 43, and window 42.
  • the window 41 is installed between the mirror 43 and the mirror 44.
  • the window 42 is installed between the mirror 45 and the mirror 46.
  • the height of the shielding plate 52 can be determined using the above formula (1) or formula (2).
  • the shielding plate 52 can be formed integrally with the electrode support structures 61 and 62 similarly to the shielding plate 51.
  • FIGS. 11A to 11H are turned upside down. Further, the same effect can be obtained even if the arrangement of the window 41 and the mirrors 43 and 44 is reversed left and right. The same effect can be obtained even if the arrangement of the window 42 and the mirrors 45 and 46 is reversed left and right.
  • FIG. FIG. 12 is a partial perspective view showing Embodiment 4 of the present invention.
  • This gas laser device has the same configuration as that of the first embodiment, but a more specific structure for the shielding plate is presented.
  • the shielding plates 51a and 51b are formed integrally with the electrode support structures 61a and 61b, respectively.
  • the shielding plates 51a and 51b face the discharge areas 21 and 22 and have an inclined surface inclined with respect to the optical axis of the laser beam.
  • the shielding plates 51a and 51b have a single triangular triangular wave.
  • the convexity of one triangular wave is directed toward the discharge region 21, and with respect to the shielding plate 51b, the convexity of one triangular wave is directed toward the discharge region 22. Since the shielding plates 51a and 51b are thus convex when viewed from the discharge regions 21 and 22, the light rays generated in the discharge regions 21 and 22 and hit the shielding plates 51a and 51b are directed toward the outside of the discharge region. As a result, the risk of parasitic oscillation can be minimized.
  • the shape of the shielding plate according to the present embodiment can be used in combination with the first to third embodiments described above.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing the relationship between the width in the optical axis direction of the surface of the shielding plate 51 facing the protruding height direction (referred to herein as the upper surface) and the laser beam path.
  • the width of the upper surface in the optical axis direction is a
  • the wavelength of the laser light is ⁇
  • the diameter of the opening is ⁇
  • the discharge gap between the discharge electrodes is D
  • the distance from the shielding plate to the opening is z.
  • the distance z is sufficiently larger than the gap D.
  • z is 1 m and D is 5 cm.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing the relationship between the width in the optical axis direction of the surface of the shielding plate 51 facing the protruding height direction (referred to herein as the upper surface) and the laser beam path.
  • the width of the upper surface in the optical axis direction is a
  • the wavelength of the laser light is
  • the beam L toward the mirror 46 is expressed as an example.
  • the narrowest position of the laser beam is smaller, and the spread angle of the beam diameter is larger. Therefore, the smaller the width a is, the larger the beam diameter at the mirror 46 of the beam reflected from the upper surface is. If the width a is sufficiently small, the beam diameter becomes larger than the aperture diameter in the aperture 76 provided immediately before the mirror 46, and the beam is also scattered by the aperture, and the electrode reflection including the upper surface of the shielding plate, the mirror, and the electrode in the path. The risk of mold parasitic oscillation is significantly reduced.
  • the radius w 0 of the beam towards the direct mirror reflected from the shielding plate upper surface is given by Equation (4).
  • the incident angle is set to the maximum D / z.
  • the beam spread is the smallest when propagating a sufficiently long distance z compared to a.
  • the beam radius at the aperture position is given by equations (5) and (6).
  • Equation (5) When z is sufficiently larger than a, Equation (5) can be approximated to Equation (7).
  • Equation (7) The beam radius at the aperture position can be obtained from Equation (7) and Equation (6). If the beam radius at the aperture position is larger than the aperture radius, the risk of parasitic oscillation is significantly reduced. Expression (8) represents this condition.
  • FIG. 14 is an explanatory view showing an example of the cross-sectional shape of the shielding plate.
  • chamfering (corner) processing is performed to cut the corner portion of the shielding plate 51 into a flat surface or a round surface. By performing such processing, it is possible to secure the cross-sectional area of the shielding plate 51 to be strong against heat, and to reduce the risk of parasitic oscillation.
  • a shape in which a is made as close to zero as possible by sharpening the upper surface is more desirable.
  • the optical path in the housing is configured to be folded in five has been described, but the same parasitic oscillation suppressing effect can be obtained even in a multiple folded configuration in which the optical path is folded in six or more.
  • the present invention is extremely useful industrially in that parasitic oscillation can be efficiently suppressed with a simple configuration.
  • Electrode substrates 11 to 14 electrodes, 21 and 22 discharge regions, 31, 32 mirror support, 41, 42 window, 43 to 46 mirror, 51, 51a, 51b, 52 shielding plate, 61, 62, 61a, 61b electrode support structure, 71-76 aperture, G laser gas, L laser light, L0 optical axis, V virtual straight line, w Beam radius.

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Abstract

　放電励起されたレーザガスをレーザ光が通過することによって光増幅を行うガスレーザ装置であって、レーザ光の光軸に沿って縦列配置された第１放電電極対１１，１２および第２放電電極対１３，１４と、第１放電電極対１１，１２によって規定される第１放電領域２１および第２放電電極対１３，１４によって規定される第２放電領域２２を挟むように対向配置され、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射する少なくとも２つのミラー４３，４４，４５，４６と、第１放電電極対１１，１２と第２放電電極対１３，１４との間に設置され、放電電極の電極面からレーザ光の光軸に向けて突出した遮蔽部材５１とを備える。こうした構成により、簡素な構成で、寄生発振を効率的に抑制できる。

Description

ガスレーザ装置
　本発明は、レーザガスを用いてレーザ光を増幅するためのガスレーザ装置に関する。
　従来のガスレーザ装置（例えば、特許文献１，２）は、前増幅器と主増幅器の間に可飽和吸収体（ＳＡ）を設置し、所定の閾値未満の光強度を有するレーザ光を阻止することによって、戻り光、寄生発振光、自励発振光を吸収している。
特開２０１０－１０３１０４号公報（図１，図２） 特開２０１０－１８６９９０号公報（［００５１］，図１１） 特開２０１１－１５９９３２号公報 国際公開第２０１２／１７６２５３号 国際公開第２０１３／０８４６０８号
　こうした可飽和吸収体を使用した構成は、大型で複雑になるため、必然的に高価な機構になる。
　本発明の目的は、簡素な構成で、寄生発振を効率的に抑制できるガスレーザ装置を提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明は、放電励起されたレーザガスをレーザ光が通過することによって光増幅を行うガスレーザ装置であって、
　レーザ光の光軸に沿って縦列配置された第１放電電極対および第２放電電極対と、
　前記第１放電電極対によって規定される第１放電領域および前記第２放電電極対によって規定される第２放電領域を挟むように対向配置され、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射する少なくとも２つのミラーと、
　前記第１放電電極対と前記第２放電電極対との間に設置され、放電電極の電極面からレーザ光の光軸に向けて突出した遮蔽部材とを備えることを特徴とする。
　本発明において、前記遮蔽部材の突出高さは、レーザ光と干渉しない高さに設定されることが好ましい。
　本発明において、ガスレーザ装置は、第１および第２放電電極対を支持するための電極支持構造をさらに備え、
　前記遮蔽部材は、該電極支持構造と一体的に形成されていることが好ましい。
　本発明において、前記遮蔽部材の突出形状は、のこぎり波、三角波および正弦波からなるグループから選択された形状を有することが好ましい。
　本発明において、前記遮蔽部材は、レーザ光の光軸を挟むように複数配置されることが好ましい。
　本発明において、前記遮蔽部材は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムで形成されていることが好ましい。
　本発明において、前記遮蔽部材の表面は、レーザ光の波長よりも粗い表面粗さを有することが好ましい。
　本発明において、前記ミラーの前方には、レーザ光が透過する開口を有するアパーチャが設けられることが好ましい。
　本発明において、レーザガスは、レーザ光の光軸および放電方向の両方に対して垂直な方向に供給され、
　前記第１放電電極対へのレーザガスの供給方向は、前記第２放電電極対へのレーザガスの供給方向とは反対であることが好ましい。
　本発明において、前記遮蔽部材は、第１および第２放電領域に面し、レーザ光の光軸に対して傾斜した傾斜面を有することが好ましい。
　本発明において、前記遮蔽部材において、突出高さ方向を向いた面の光軸方向の幅をａ、レーザ光の波長をλ、前記開口の直径をφ、放電電極間の放電ギャップをＤ、前記遮蔽部材から前記開口までの距離をｚとしたとき、下記の式を満たすこと好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本発明によれば、第１放電電極対と第２放電電極対との間に、放電電極の電極面からレーザ光の光軸に向けて突出した遮蔽部材を設置することによって、レーザ光の光軸から外れて進行する寄生発振を簡素な構成で効率的に抑制することができる。
本発明の実施の形態１によるガスレーザ装置を示す斜視図である。 電極支持構造を示す断面図である。 電極支持構造と遮蔽板とを一体化した構造を示す部分斜視図である。 ガスレーザ装置におけるレーザ光の経路を示す説明図である。 レーザ光と光軸との関係を示す説明図である。 寄生発振の一例を示す説明図である。 寄生発振の他の例を示す説明図である。 遮蔽板の波型形状の各種例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２によるガスレーザ装置を示す斜視図である。 遮蔽板の高さを決定する方法を示す説明図である。 本発明の実施の形態３を示す構成図である。 本発明の実施の形態４を示す部分斜視図である。 遮蔽板の上面の幅とレーザ光の経路との関係を示す説明図である。 遮蔽板の断面形状の例を示す説明図である。 遮蔽板の他の例を示す部分斜視図である。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１によるガスレーザ装置を示す斜視図である。図２は、電極支持構造を示す断面図である。図３は、電極支持構造と遮蔽板とを一体化した構造を示す部分斜視図である。
　ガスレーザ装置は、いわゆる３軸直交型ガスレーザ装置を構成しており、電極基板１，２，３，４と、電極１１，１２，１３，１４と、ミラー支持部３１，３２と、ウインドウ４１，４２と、ミラー４３，４４，４５，４６と、遮蔽板５１などで構成される。以下、理解容易のため、レーザ光の光軸と略平行な方向をＸ方向とし、レーザガスの供給方向と平行な方向をＹ方向とし、放電方向と平行な方向をＺ方向とする。
　電極基板１，２，３，４は、アルミナなどの誘電体で形成されており、その表面上に金属製の電極１１，１２，１３，１４がメタライズ、ペースト等によりそれぞれ接着されている。電極を電極基板で支持する構造を採用することによって、放電機構全体の機械的強度を向上させることができる。
　図２Ａに示すように、一対の電極基板１，２は、電極支持構造６１，６２によって支持され、互いに対向するように設置される。電極基板１，２の内面には、中心からＹ方向寄りに一対の電極１１，１２がそれぞれ設置される。電極１１，１２に高周波電源（不図示）からの交流電圧が印加されると、無声放電（オゾナイザ放電）が発生し、放電領域２１が形成される。この放電領域２１には、図１に示すように、レーザガスＧが－Ｙ方向に向けて供給される。
　また図２Ｂに示すように、一対の電極基板３，４は、電極支持構造６１，６２によって支持され、互いに対向するように設置される。電極基板３，４の内面には、中心から－Ｙ方向寄りに一対の電極１３，１４がそれぞれ設置される。電極１３，１４に高周波電源（不図示）からの交流電圧が印加されると、無声放電（オゾナイザ放電）が発生し、放電領域２２が形成される。この放電領域２２には、図１に示すように、レーザガスＧがＹ方向に向けて供給される。
　一対の電極基板１，２および一対の電極基板３，４は、レーザ光の光軸に沿って縦列配置される。放電電極１１，１２，１３，１４は、例えば、金属部分が５ｃｍ×１００ｃｍ程度の表面を有し、放電領域２１，２２は、例えば、５ｃｍ×５ｃｍ×１００ｃｍ程度の直方体形状である。
　無声放電によってレーザガスＧ中の分子または原子がレーザ上準位に励起されると、光の増幅作用を示すようになる。例えば、レーザガスＧとして、ＣＯ２分子を含む混合ガスを使用した場合、ＣＯ２分子の振動準位間の遷移により波長１０．６μｍの光増幅が可能となる。ウインドウ４１，４２の透過膜およびミラー４３，４４，４５，４６の反射膜の設計によっては、波長９．３μｍ，９．６μｍ，１０．２μｍなど他の波長での増幅も可能である。
　ここでは、レーザガスＧとしてＣＯ２を使用した場合を例示するが、他のレーザ媒質、例えば、ＣＯ，Ｎ２，Ｈｅ－Ｃｄ，ＨＦ，Ａｒ＋，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦなどを使用した場合も本発明は適用可能である。
　ガスレーザ装置は、レーザガスＧを外気と遮断するための筐体（不図示）を備え、筐体内部には、熱交換器、ブロワ、ダクトなどが設けられる。ブロワは、筐体内に封入されたレーザガスＧをダクト内の風洞に沿って循環させる。これにより放電領域２１，２２に向けてレーザガスＧが矢印方向に沿ってそれぞれ供給される。放電領域２１，２２を通過したレーザガスＧは、熱交換器で冷却され、再びブロワに戻る。放電領域２１，２２ではレーザガスＧは大気圧より低い圧力に維持されており、レーザガスＧは、図１の矢印の方向に空間的に均一な速度分布、例えば、１００ｍ／ｓ程度の速度で移動する。
　このとき放電領域２１へのレーザガスの供給方向と放電領域２２へのレーザガスの供給方向とが互いに反対になるように構成することによって、各放電領域２１，２２の利得分布を重ね合わせた全体利得分布は対称になり、その結果、出力されるレーザビームの対称性を向上させることができる。
　ウインドウ４１，４２と、ミラー４３，４４，４５，４６は、放電領域２１，２２を挟んで互いに対向するように配置される。ウインドウ４１、ミラー４３，４４がミラー支持部３１を介して筐体に取り付けられる。ウインドウ４２、ミラー４５，４６がミラー支持部３２を介して筐体に取り付けられる。ウインドウ４１，４２として、例えばダイヤモンド基板に無反射コーティングを施したものが用いられる。ウインドウ４１，４２は、ガスレーザ装置内と外との間でレーザ光の透過を許容し、レーザガスＧを外気から遮断する機能を有する。ミラー４３，４４，４５，４６として、例えば、凹面、平面または凸面の全反射鏡が用いられ、光増幅の経路を構成している。
　図４は、ガスレーザ装置におけるレーザ光の経路を示す説明図である。ガスレーザ装置は、パルスレーザ光を増幅する機能を有する。レーザ光Ｌは、光軸Ｌ０に沿ってウインドウ４１から入射し、ミラー４５、ミラー４４、ミラー４６、ミラー４３によって順次反射され、ウインドウ４２から出射される。
　この経路構成においては、ミラー４４はミラー４５，４６のどちらとも非平行となり、かつミラー４３もミラー４５，４６のどちらとも非平行となる。こうした非平行配置により、対向するミラー同士での寄生発振を抑制することができる（特許文献３を参照）。
　図５は、レーザ光Ｌと光軸Ｌ０との関係を示す説明図である。レーザ光Ｌは光軸Ｌ０に対してビーム半径ｗの広がりを持って伝搬する。ビーム半径ｗの定義にはさまざまな方法があり、例えば、レーザ光として伝搬するエネルギーのうち８６％が含まれる円の半径として定義される。図４では、経路全体に渡って光軸Ｌ０を図示したが、レーザ光Ｌについては図の煩雑さを避けるために経路の一部のみを図示し、ミラー４５，４４間、４４，４６間、４６，４３間の区間では省略している。
　図１に戻って、遮蔽板５１は、一対の電極基板１，２と一対の電極基板３，４との間に設置され、放電電極の電極面からレーザ光の光軸に向けて突出した形状を有する。遮蔽板５１は、好ましくは、表面がアルマイト処理されたアルミニウム材で形成される。また、遮蔽板５１の表面は、好ましくは、ＣＯ２レーザの波長よりも粗い表面粗さを有する（即ち、算術平均粗さＲａ＞１０．６μｍ）。遮蔽板５１の表面粗さは、例えば、２０～４０μｍとしてもよく、例えば、サンドブラスト加工、ローレット加工、その他の切削加工、転造加工、化学処理等により製造できる。
　遮蔽板５１は、上記の表面粗さとは別のマクロな立体形状を有し、例えば、山と山のピッチを４ｃｍとした３つの山からなる周期的な波型にしてもよい。こうした山の頂点は、電極１１，電極１３の電極面よりも高い位置になる。
　図３に示すように、遮蔽板５１は、電極支持構造６１，６２と一体的に形成することも可能である。この場合、電極支持構造６１，６２も好ましくは、表面がアルマイト処理されたアルミニウム材で形成される。こうした一体化構造により部品点数の削減、製造コストの低減が図られる。
　遮蔽板５１の高さは、レーザ光Ｌと干渉しない高さに設定される。本実施形態において、遮蔽板５１の位置で電極基板１，３から測ったレーザ光の光軸高さをＨＬ０とし、ビーム半径を用いて、遮蔽板５１の高さＨ５１は、例えば、下記式（１）のように設定される。
　　　　Ｈ５１＝ＨＬ０－１．５ｗ　　　　…（１）
　このように遮蔽板５１を２組の放電電極でそれぞれ励起されたレーザガスの間に、電極面に対して凸部となるように設けたことにより、安価な構成で以下に説明する高い寄生発振抑制効果を奏する。
　寄生発振は、目的とするパルスレーザの増幅を妨げて増幅効率を低下させるとともに、意図しない方向にレーザ光を発振し、ガスレーザ装置内外の装置を故障させる原因となる。従来のガスレーザ装置においては、特許文献２に記載のとおり、可飽和吸収体を２つの放電管の間に配置することで寄生発振を抑制している。可飽和吸収体は、特許文献１に記載のとおり、レーザ光を吸収する混合ガスをレーザ光が通過するセルに循環・冷却するシステムであり、本実施形態に係る遮蔽板のような部材と比べて極めて複雑かつ高価である。また、パルスレーザ光の一部を吸収するため、パルスレーザ光が可飽和吸収体を透過することにより増幅効率が低下してしまう。
　そこで、本実施形態では、可飽和吸収体を用いずに寄生発振を抑制するガスレーザ装置を構成した。図１において遮蔽板５１がない場合、対向するミラー（ミラー４４と４６、４３と４５など）が平行に向かい合わないように配置することで対向するミラーどうしでの寄生発振を抑制する技術を用いてもなお、図６に示すような電極反射型の寄生発振が起こることが判明した。寄生発振の経路に放電電極での反射が含まれているので、ここでは電極反射型の寄生発振と呼んでいる。
　こうした電極反射型の寄生発振は、ミラー４３～４６に限らず、ミラー４３～４６およびウインドウ４１，４２を支持する構造部材の反射を含む経路でも起こりうる。また、放電電極を１１，１２および１３，１４の２組とし、２組の電極の間に間隙を設けても発生してしまうことが判明した。
　レーザ光を多数回折り返す増幅光路（本実施の形態では５つ折り光路）においては、ミラー支持部３１にウインドウ４１、ミラー４３，４４を取り付けるためのホルダ等の機構も複雑になる。また、折り返し数に比例して増幅器片道あたりの利得が高くなる。したがって、折り返し数が増えるほど、意図しない経路での寄生発振を起こす可能性が高まる。図７に示すように、ミラー支持部３１，３２、ミラーまたはウインドウ等を取り付けるための機構が、光をある程度反射することで寄生発振を起こすことがある。
　実際、図１で遮蔽板５１のない構成において、寄生発振の経路に電極反射を含む電極反射型の寄生発振が起こることを確認した。そこで本実施形態に示すように、遮蔽板５１を、放電領域２１と放電領域２２との間に電極面に対して凸部となるように設けたことにより、電極反射型の寄生発振を抑制することができる。なお、遮蔽板５１は必ずしもレーザ光を吸収するものでなくてもよく、レーザ光を散乱するものであってもよいが、レーザ光を吸収するほうが寄生発振を抑制する効果が確実に得られる。本発明ではレーザ光を吸収または散乱するものを遮蔽板と呼んでいる。
　本発明においては、遮蔽板５１を２組の放電電極（１１，１２および１３，１４の２組）でそれぞれ励起されたレーザガスの間に、電極面に対して凸部となるように設けることで、安価な構成で寄生発振を抑制する効果を奏する。特に、上記で説明した電極反射型の寄生発振を抑制することで高い寄生発振抑制効果を奏する。
　寄生発振抑制効果を高めたことにより、寄生発振によるゲインの低下を抑制し、高効率なパルスの増幅を可能とする。また、ガスレーザ装置を寄生発振による焼損から保護する効果を奏する。
　遮蔽板５１が高すぎて、増幅するレーザ光Ｌと干渉させてしまうと、増幅出力を低下させ、増幅されるレーザ光のビーム品質を悪化させる。増幅するレーザ光Ｌと干渉しない範囲で高く作るほど大きな寄生発振抑制効果を奏する。
　多重折り返し（本実施形態では５回折り返し）でレーザ光を増幅するレーザ装置では、レーザ光が何度も放電領域を通過するため高倍率の増幅が可能となる一方で、寄生発振も起こりやすい。本実施形態においては多重折り返しのレーザ光が、遮蔽板５１の高さよりも低い（電極１１，１３に近い）領域を通過している。そうすることで、放電領域に蓄えられている放電励起エネルギーを有効に利用し、最大限のレーザ光増幅出力を得る効果を奏する。
　遮蔽板５１を、アルマイト表面処理したアルミニウム材で形成することにより、安価で入手容易な資材で寄生発振抑制の効果を得る。また、アルマイト表面処理したアルミニウム材は、レーザガスに侵されにくいため、ガスレーザ装置の寿命を長くする効果を奏する。なお、遮蔽板５１の材料は、アルミニウム材に限らず、他の金属または金属酸化物でもよい。
　また、遮蔽板５１の表面に、増幅するレーザの波長よりも粗い表面処理を施すことで、電極反射型の寄生発振を抑制する効果が高められる。
　電極支持構造６１と遮蔽板５１とを一体化することにより、増幅されるパルスレーザの外縁部を吸収して遮蔽板が発熱した場合において、遮蔽板５１からの放熱を向上させる効果を奏するとともに、安価で組立容易なガスレーザ装置を提供できる。
　なお、遮蔽板５１の表面が光軸の向きと垂直に近い角度を有すると寄生発振を起こしやすいため、遮蔽板５１の表面は光軸の向きとはっきりと垂直でない角度（例えば２０度）とすることが好ましい。ミラー４１，４３，４４ないしミラー支持部３１から遮蔽板５１に至るレーザビームが遮蔽板５１で正反射したものが再びミラー４１，４３，４４ないしミラー支持部３１に入射することのない角度とすれば寄生発振抑制効果を奏する。そこで、遮蔽板５１の表面を波型（本実施形態では３山構成の波型）とすることで、遮蔽板５１の体積を小さく抑えながら最大の寄生発振抑制効果を得る。なお、遮蔽板は３山構成に限られず、１山でも２山でもよいし、３山より多くてもよい。山の角は丸くてもよいし角が立っていてもよい。
　図８は、遮蔽板５１の波型形状の各種例を示す説明図である。図８Ａは図１に示したようなのこぎり波の形状を示し、図８Ｂは三角波の形状を示し、図８Ｃは正弦波の形状を示す。遮蔽板５１の波型形状は、これらの形状から選択してもよく、あるいは１山構成、２山構成または３山以上の構成でも構わない。
　レーザガスＧは、レーザ光の光軸および放電方向の両方に対して垂直な方向に供給され、放電領域２１へのレーザガスの供給方向は、放電領域２２へのレーザガスの供給方向とは反対である。電極支持構造６１と遮蔽板５１とを一体化した構造に上記のレーザガス供給方向を採用することで、レーザガス流が遮蔽板に妨げられず、エネルギーロスを最小限に抑えながら必要なレーザガス流速を得る。レーザガス流がレーザ光の光軸と垂直である構成により、レーザガス流方向にレーザガスの温度分布が生じてレーザ光の進路を曲げる性質を持つ。同様に寄生発振するレーザビームも進路が曲がる。本実施形態においては放電領域２１へのレーザガスの供給方向を、放電領域２２へのレーザガスの供給方向と反対にすることで寄生発振するレーザビームの進路の曲がりをキャンセルし、設計意図にない寄生発振をも抑制する効果を得る。
　図１５は、遮蔽板５１の他の例を示す部分斜視図である。図１５において、遮蔽板５１は、放電電極の電極面からレーザ光の光軸に向けて突出した形状を有するとともに、光軸に面する上表面を波型や山形にせず平面としており、さらに、放電領域２１，２２に面し、レーザ光の光軸に対して傾斜した傾斜面を有する。この構成でも、ウインドウ４１，ミラー４３，４４を有するミラー支持部３１から遮蔽板５１に至るレーザビームが、遮蔽板５１で正反射し、再びウインドウ４１，ミラー４３，４４を有するミラー支持部３１に入射することのない角度配置に設定できる。従って、この構成でも寄生発振抑制効果を奏する。
実施の形態２．
　図９は、本発明の実施の形態２によるガスレーザ装置を示す斜視図である。このガスレーザ装置は、実施の形態１のものと同様な構成を有するが、アパーチャ７１，７２，７３，７４，７５，７６を設置している点で相違する。
　アパーチャ７１，７２は、ウインドウ４１，４２の内側にそれぞれ設けられる。アパーチャ７３，７４，７５，７６は、ミラー４３，４４，４５，４６の内側にそれぞれ設けられる。アパーチャ７１～７６は、円形状の開口を有する銅製の部材であり、開口の内側はレーザ光を透過し、開口の外側はレーザ光を透過させない。こうした７１～７６は、ミラー支持部３１，３２または装置の筐体にそれぞれ固定される。
　図１０は、遮蔽板の高さを決定する方法を示す説明図である。なお、図の煩雑さを避けるために６つのアパーチャのうち２つのアパーチャ７１，７５のみを図示しているが、他のアパーチャ７２～７４，７６についても同様な手法が適用できる。また、アパーチャ７１，７５の下端同士を結んだ仮想の直線Ｖを補助的に図示しており、この直線Ｖはアパーチャ７１からアパーチャ７５へ進むレーザ光の下限の目安となる。
　本実施形態において、遮蔽板５１の位置で電極基板１，３から測った直線Ｖの高さをＨＶとして、遮蔽板５１の高さＨ５１は、例えば、下記式（２）のように設定される。なお、δは組立誤差等に対する裕度であり、本実施形態ではδ＝１ｍｍとしている。
　　　　Ｈ５１＝ＨＶ－δ　　　　…（２）
　この構成によれば、レーザ光が存在する範囲をアパーチャで規定することが可能になり、増幅されるレーザ光Ｌと干渉しない範囲で遮蔽板の高さを決めることができる。その結果、レーザ光のビーム品質低下を可能な限り抑制しつつ、寄生発振を効率的に抑制することができる。
実施の形態３．
　図１１は、本発明の実施の形態３を示す構成図であり、レーザ光の光軸の各種設定を示している。図１１Ａは、実施の形態１における光路を示すもので、図４に示したものと同等である。パルスレーザ光（光軸Ｌ０）は、図１に示したウインドウ４１から入射して、ミラー４５、ミラー４４、ミラー４６、ミラー４３で順次反射され、図１に示したウインドウ４２から出射される。
　図１１Ｂにおいて、パルスレーザ光は、ウインドウ４１、ミラー４６、ミラー４３、ミラー４５、ミラー４４、ウインドウ４２の順で進行する。遮蔽板５１とは反対側に、追加の遮蔽板５２が設置される。
　図１１Ｃにおいて、パルスレーザ光は、ウインドウ４１、ミラー４５、ミラー４３、ミラー４６、ミラー４４、ウインドウ４２の順で進行する。
　図１１Ｄにおいて、パルスレーザ光は、ウインドウ４１、ミラー４６、ミラー４３、ミラー４５、ミラー４４、ウインドウ４２の順で進行する。ウインドウ４２は、電極基板３寄りに設置される。
　図１１Ｅにおいて、パルスレーザ光は、ウインドウ４１、ミラー４６、ミラー４４、ミラー４５、ミラー４３、ウインドウ４２の順で進行する。ウインドウ４２は、電極基板３寄りに設置される。遮蔽板５１とは反対側に、追加の遮蔽板５２が設置される。
　図１１Ｆにおいて、パルスレーザ光は、ウインドウ４１、ミラー４６、ミラー４４、ミラー４５、ミラー４３、ウインドウ４２の順で進行する。ウインドウ４２は、ミラー４５とミラー４６との間に設置される。
　図１１Ｇにおいて、パルスレーザ光は、ウインドウ４１、ミラー４６、ミラー４３、ミラー４５、ミラー４４、ウインドウ４２の順で進行する。ウインドウ４２は、ミラー４５とミラー４６との間に設置される。遮蔽板５１とは反対側に、追加の遮蔽板５２が設置される。
　図１１Ｈにおいて、パルスレーザ光は、ウインドウ４１、ミラー４５、ミラー４４、ミラー４６、ミラー４３、ウインドウ４２の順で進行する。ウインドウ４１は、ミラー４３とミラー４４との間に設置される。ウインドウ４２は、ミラー４５とミラー４６との間に設置される。
　遮蔽板５２の高さは、遮蔽板５１と同様に、上記の式（１）または式（２）を用いて決定できる。また遮蔽板５２は、遮蔽板５１と同様に電極支持構造６１，６２と一体的に形成することも可能である。このように２つの遮蔽板５１，５２を上下に設けることによって、電極反射型の寄生発振をより効率的に抑制することができる。
　図１１Ａ～図１１Ｈにおいて、遮蔽板の高さを決定して配置すると、遮蔽板５１，５２の高さの合計は、下記式（３）のような関係が成立する。
　　（Ａ）≒（Ｃ）≒（Ｄ）≒（Ｆ）≒（Ｈ）＜（Ｅ）≒（Ｇ）＜（Ｂ）　…（３）
　従って、図１１Ａ～図１１Ｈのいずれの構成においても、実施の形態１と同等またはそれよりも著しい寄生発振抑制効果が得られる。
　なお、図１１Ａ～図１１Ｈの構成を上下を反転した構成も採用できる。また、ウインドウ４１、ミラー４３，４４の配置を左右反転しても同様の効果が得られる。また、ウインドウ４２、ミラー４５，４６の配置を左右反転しても同様の効果が得られる。
実施の形態４．
　図１２は、本発明の実施の形態４を示す部分斜視図である。このガスレーザ装置は実施の形態１のものと同様な構成を有するが、遮蔽板についてさらに具体的な構造を提示する。遮蔽板５１ａ，５１ｂは、電極支持構造６１ａ，６１ｂにそれぞれ一体的に形成されている。
　遮蔽板５１ａ，５１ｂは、放電領域２１，２２に面し、レーザ光の光軸に対して傾斜した傾斜面を有しており、一例として、１山形状の三角波としている。遮蔽板５１ａについては１山の三角波の凸が放電領域２１側に向いており、遮蔽板５１ｂについては１山の三角波の凸が放電領域２２側に向いている。このように放電領域２１，２２からみて遮蔽板５１ａ，５１ｂが凸形状をしていることで、放電領域２１，２２で発生し遮蔽板５１ａ，５１ｂにあたった光線が放電領域の外に向かって反射されることとなり、寄生発振のリスクを最小限に抑えることができる。
　なお、本実施形態に係る遮蔽板の形状は、上述した実施の形態１～３と組み合わせて使用することも可能である。
　図１３は、遮蔽板５１の突出高さ方向を向いた面（ここでは上面と呼ぶ）の光軸方向の幅と、レーザ光の経路との関係を示す説明図である。上面の光軸方向の幅をａ、レーザ光の波長をλ、開口の直径をφ、放電電極間の放電ギャップをＤ、遮蔽板から開口までの距離をｚとする。通常、距離ｚはギャップＤに比べて十分大きい。本実施形態では、一例としてｚは１ｍ、Ｄは５ｃｍである。寄生発振低減のためには、上面からミラーまで伝搬するレーザビームが存在しえないようにしておくことが重要である。図１３では例としてミラー４６に向かうビームＬを表現している。レーザビームは最も細い位置ビーム径が小さいほど、ビーム径の広がり角が大きい。したがって、幅ａを小さくすればするほど上面で反射されたビームのミラー４６におけるビーム径が大きくなる。幅ａを十分小さくすれば、ミラー４６の直前に設けられたアパーチャ７６においてアパーチャ径よりもビーム径が大きくなり、ビームがアパーチャでも散乱され、遮蔽板上面やミラー、電極を経路に含んだ電極反射型の寄生発振のリスクが著しく低減する。
　ここで、遮蔽板上面から反射して直接ミラーに向かうビームの半径ｗ０は、式（４）で与えられる。このとき、ビームの半径が最も大きくなる最悪のケースで考え、入射角を最大のＤ／ｚとしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　遮蔽板上面で平行光となっている場合、ａに比べて十分長い距離ｚを伝搬したときのビームの広がりが最も小さい。アパーチャ位置でのビーム半径は、式（５），（６）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ａよりもｚが十分大きい場合、式（５）は式（７）に近似できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（７）、式（６）によりアパーチャ位置でのビーム半径が求まる。アパーチャ位置でのビーム半径がアパーチャ半径より大きければ、寄生発振のリスクが著しく低減する。この条件を表すのが式（８）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　この式（８）に式（４）を代入すると、幅ａが十分小さいといえる範囲が式（９）として求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（９）を満たすように、遮蔽板５１の上面の幅ａを小さくしておけば、遮蔽板上面・ミラー・電極を経路に含んだ電極反射型の寄生発振のリスクが著しく低減する。
　図１４は、遮蔽板の断面形状の例を示す説明図である。遮蔽板５１の上面の幅ａを小さくするために、遮蔽板５１の角部を削って平坦面または丸み面に加工する面取り（コーナー）加工を施している。このような加工をすることで、遮蔽板５１の断面積を確保して熱に強くすることができるとともに、寄生発振のリスクを低減することができる。上面を尖らせることでａをゼロに限りなく近づけた形状がより望ましい。
　また、実施の形態１～４において、筐体内の光路を５つ折りの構成とした場合について説明したが、光路が６つ折り以上の多重折り返し構成であっても同様な寄生発振抑制効果を奏する。
　本発明は、簡素な構成で、寄生発振を効率的に抑制できる点で、産業上極めて有用である。
　１～４　電極基板、　１１～１４　電極、　２１，２２　放電領域、
　３１，３２　ミラー支持部、　４１，４２　ウインドウ、
　４３～４６　ミラー、　５１，５１ａ，５１ｂ，５２　遮蔽板、
　６１，６２，６１ａ，６１ｂ　電極支持構造、　７１～７６　アパーチャ、
　Ｇ　レーザガス、　Ｌ　レーザ光、　Ｌ０　光軸、　Ｖ　仮想直線、
　ｗ　ビーム半径。

Claims (11)

  1. 　放電励起されたレーザガスをレーザ光が通過することによって光増幅を行うガスレーザ装置であって、
    　レーザ光の光軸に沿って縦列配置された第１放電電極対および第２放電電極対と、
    　前記第１放電電極対によって規定される第１放電領域および前記第２放電電極対によって規定される第２放電領域を挟むように対向配置され、レーザガスによって増幅されたレーザ光を反射する少なくとも２つのミラーと、
    　前記第１放電電極対と前記第２放電電極対との間に設置され、放電電極の電極面からレーザ光の光軸に向けて突出した遮蔽部材とを備えることを特徴とするガスレーザ装置。
  2. 　前記遮蔽部材の突出高さは、レーザ光と干渉しない高さに設定されることを特徴とする請求項１記載のガスレーザ装置。
  3. 　第１および第２放電電極対を支持するための電極支持構造をさらに備え、
    　前記遮蔽部材は、該電極支持構造と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のガスレーザ装置。
  4. 　前記遮蔽部材の突出形状は、のこぎり波、三角波および正弦波からなるグループから選択された形状を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のガスレーザ装置。
  5. 　前記遮蔽部材は、レーザ光の光軸を挟むように複数配置されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のガスレーザ装置。
  6. 　前記遮蔽部材は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のガスレーザ装置。
  7. 　前記遮蔽部材の表面は、レーザ光の波長よりも粗い表面粗さを有することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のガスレーザ装置。
  8. 　前記ミラーの前方には、レーザ光が透過する開口を有するアパーチャが設けられることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のガスレーザ装置。
  9. 　レーザガスは、レーザ光の光軸および放電方向の両方に対して垂直な方向に供給され、
    　前記第１放電電極対へのレーザガスの供給方向は、前記第２放電電極対へのレーザガスの供給方向とは反対であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載のガスレーザ装置。
  10. 　前記遮蔽部材は、第１および第２放電領域に面し、レーザ光の光軸に対して傾斜した傾斜面を有することを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のガスレーザ装置。
  11. 　前記遮蔽部材において、突出高さ方向を向いた面の光軸方向の幅をａ、レーザ光の波長をλ、前記開口の直径をφ、放電電極間の放電ギャップをＤ、前記遮蔽部材から前記開口までの距離をｚとしたとき、下記の式を満たすことを特徴とする請求項８に記載のガスレーザ装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
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