JPH0210783A - インダクタンス分布ｒｆ励起型導波管ガスレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （＋）産業上の利用分野 本発明は、導波管ガスレーザに関し、特に、非常にコン
パクトな構成にしたインダクタンス分布ＲＦ励起型導波
管ガスレーザに関する。

（２）従来技術及びその問題点の説明 レーザガスが、導波管レーザ空洞内に収容されており、
レーザ空洞のホット電極とアース電極との間を横方向に
無線周波数（ＲＦ）の範囲で発振する電磁波を印加する
ことにより励起される導波管ガスレーザは、良く知られ
ている。

この型のレーザとしては、Ｋ、Ｄ、Ｌａａｋｍａｎｎの
１９７９年９月２５日に発行された米国特許筒４．１６
９．２５１号にてｒ高周波横放電励起を持っ導波管ガス
レーザ」の名称として開示されている。

しかしながら、レーザの空洞が十分な利得を得るために
交番励起電界の波長のおよそ４分のｌよりら長くする時
、位相整合回路網を含む多数の給電線を介して励起電流
をホット電極の幾つかの縦方向に離隔した領域に供給し
なければならなくなるという大きな問題がある。更に、
リアクタンスの終端を装置の端部に設けなければならな
いのも問題がある。

これらの問題点があるため、上記米国特許の示すガスレ
ーザ装置は、構成が複雑で、製作が厄介で、最大利得を
得る為の制御が困難で、それに伴い、製作及び操作上経
費のかかるものとなる。

ＲＦ励起型導波管レーザ装置の他の例として、Ｐ、Ｐ、
Ｃｈｅｎａｕｓｋｙその他の１９８２年１２月７日発行
の米国特許第４．３６３．１２６号に「同調回路ＲＦ励
起型レーザ」の名称で開示されている。

このレーザ装置の励起回路は、放電抵抗と放電キャパシ
タと並列に配置されており、且つ、放電空洞の複素数イ
ンピーダンスの実数部分が駆動発振器の出力インピーダ
ンスと整合している同調回路を形成している集中インダ
クタンスを有している。このレーザ装置は、」二記米国
特許第４、Ｉ６９．２５１号に示す装置以上の性能を上
げられるが、依然として励起波長の４分の１を超えない
ようにレーザ空洞の長さに制限がある。

この制限を無くするため、Ｃｈｅｎａｕｓｋｙその他に
よる１９８４年４月１７日に発行の米国特許第４．４４
３．８７７号に「−様励起されたＲＦ導波管レーザ」と
いう名称で開示されたガスレーザ装置が提案仕れている
。このレーザ装置では、上記ホット電極とアース電極の
間のレーザ空洞に沿って適当に違った固定点に各々の個
別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）インダクタを配置している。従
って、上記の最初に示した米国特許に提案している高価
な移相回路網を使用しない場合、空洞長が励起電界の波
長の４分の１を超える時に上記第２に示した米国特許に
示した装置に固有の空洞に沿った不均一な放電励起を無
くしている。

実際の装置では、複数の個別コイルサブアセンブリを上
記固定点一箇所につき１つというふうに利用することを
提案している。このようなコイルサブアセンブリは、各
々、複数の部品から構成されアース電極から離隔してい
るが同電位に維持されたレーザハウジングからホット電
極を分離させるスペーサに有る穴に貫通している。多く
の点でこのレーザ装置のレーザアセンブリは、長所があ
るが、非常に多くの部品を別々に製作し互いを組み立て
しなければならないことは非常に時間がかかることであ
りその分経費がかさむこととなる。

そこで、本発明の目的は、上記従来のレーザ装置の持つ
欠点を解消し、Ｌ記問題点を有していない、励起波長の
４分の１を相当に超える長さを有する導波管レーザ空洞
に対してほぼ均一に放電励起させるレーザ装置を提供す
ることにある。

又、本発明の他の目的は、従来の問題点に鑑み、非常に
少数の個別部品で構成され構成がコンパクトであり製作
費用が少なくて済み使用が簡単で動作信頼性の高いレー
ザ装置を提供することにある。

（３）問題点を解決するための手段と作用上記目的を達
成するため、本発明に係るインダクタンス分布ＲＦ励起
導波管ガスレーザ装置は、（ａ）内部空間を画定するハ
ウジングと、（ｂ）前記内部空間に対向位置する面を有
する第１の電極と、（ｃ）前記第１の電極の面と並設し
長手レーザ空洞を包囲する誘電体導波管体と、（ｄ　）
　６Ｎ記レーザ空詞に対し前記第１の電極の面に並設し
前記第１の電極と共に所定キャパシタンスのコンデンサ
を形成する第２の電極と、（ｅ）前記第２の電極に対向
する第１の面と前記第２の電極と逆方向に対向する第２
の面とを有し前記誘導体導波管体に対して前記第２の電
極と並設する誘電体スペーサ体と、（ｆ）前記スペーサ
体の第２の面と並設して前記レーザ空洞の縦方向に分布
し且つ各々が離隔した第１及び第２の端とこの端間で所
定インダクタンスを有する複数の平坦状のインダクタコ
イルを有する分布インダクタンス手段と、（ｇ）前記第
１の電極に第１の電位を前記第２の電極に第２の電位を
供給し前記電位の少なくとも一方が他方に対し所定周波
数で交番する第１手段と、（ｈ）前記インダクタコイル
の各々の第１と第２の端を前記第１と第２の電極にそれ
ぞれ電気的接続しそのため前記キャパシタンスに並列に
前記インダクタコイルにインダクタンスを生じさせる第
２手段とからなることを特徴とする。

上記構成の本発明に係る導波管レーザ装置に於ける特徴
は、特に、インダクタコイルが上記スペーサ体の面に延
設する平坦状の素子から構成されておりそのためレーザ
装置全体の高さ寸法が著しく減少でき、又、インダクタ
コイルを別の平坦状のインダクタ部材の一体部品として
又、スペーサ体に直接形成された片としても形成できそ
のためレーザ装置の部品数も減少できる。

（４）実施例 以下、本発明に係るインダクタンス分布ＲＦ励起導波管
ガスレーザ装置の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る上記導波管レーザ装置の断面図
であり、第２図は、第１図に示す導波管レーザ装置の１
部を切断した透視図である。

第１図の符号ｌＯは、本発明のインダクタンス分布ＲＦ
励起型導波管ガスレーザ装置全体を示すものである。こ
のレーザ装置ｌＯは、その構成部品として金属製ハウジ
ング１１からなる。ここでこのハウジング１１は、好ま
しくは、アルミニウムで出来ており特にアルミニウム押
し出し成型物が良い。

該ハウジング１１は、内部空間１２を画定しており、こ
の内部空間１２は、更に、比較的広い第１の空間部分１
３と比較的狭い第２の空間部分１４とからなる。この第
２の空間部分１４は、又、第１の空間部分１３と開放連
絡している。内部空間１２の第１の空間部分１３は、底
壁１５．２つの側壁１６．１７、及び互いに対向する２
つの頂上壁部分１８．１９で囲まれている。

一方、内部空間１２の第２の空間部分１４は、上記頂上
壁部分１８．１９と各々が一体化している２つの側壁２
０．２１により包囲され、又、頂上壁２２が側壁２０．
２１と一体化し相互接続されている。尚、図面に示すレ
ーザ装置の配置方向に関係して凡ての参照対象の方向と
相対位置は、単に説明の目的で意図されたもので使用時
の配列方向は、考慮していない。

又、ハウジング１１の色々な壁部分と壁１５〜２２は、
ハウジング１１が金属製であり、内部空間１２を、完全
に、又、空密に囲み内部空間Ｉ２の上記部分１３．１４
が互いに側壁２０．２１間の領域で互いに連結している
。

内部空間１２の第１の空間部分Ｉ３には、導波管レーザ
部２３が収容されている。この導波管レーザ部２３は、
誘電体導波管部材又は導波管本体２４を有し、この導波
管部材２４には、導波管レーザチャンネル、又は、空洞
２５、導波管部材２４用の誘電体カバー２６、ホット、
即ち、活性電極２７、誘電体スペーサスラブ２８、及び
分布インダクタ部材２９を備える。尚、ハウジング１１
は、アース電位にあり、そのため、ハウジング１１の底
壁１５の段差部分３０は、アース電極を構成する。この
段差部分３０を使用することにより、これまでの通常の
別個のアース電極を無くすることが可能であり、その結
果レーザ装置の寸法特に高さがこれまで通常使用された
構成に比較して著しく減小する。

上記レーザ装置１０は、図示のような凹型へラドネジに
より、又は、同様なネジ穴固定具３２によりハウジング
１１に接続されたプレス（ｐｒｅｓｓｉｎｇ）部材、又
は、ブレストップ（ｐｒｅｓｓｉｎｇ　　ｔｏｐ）３１
を有する。このプレス部材３１は、ハウジング１１の壁
２０〜２２を空隙を持って収容する凹部３３を有する。

このプレス部材３１と壁２０〜２２との間の空隙即ちギ
ャップ（遊び）は、ネジ穴のある固定具３２が最大に締
め付けしてもプレス部材３１が壁２０〜２２と依然接触
しない程度のものである。

一方、プレス部材３１がハウジング１１に組み付けされ
た時、プレス部材３１は、壁部分Ｉ８、Ｉ９と係合し、
又、壁部分１８．１９は、比較的薄く片持ちぼり（ｃａ
ｎｔ　ｉ　１ｅｖｅｒ）のようにハウジング１１の側壁
部分１６．１７に接続されているので、ネジ穴固定具３
２を締着すると壁部分１８．１９が押圧され、幾分下側
方向に変形する。

この変形の結果、壁部分１８．１９は、分布インダクタ
部材２９に押圧され導波管レーザユニット２３の構成部
品２４．２６〜２９は、互いに押圧され、更に、ハウジ
ング１１の底壁１５の突設部分３０に対しても押圧され
る。この結果、ノ＼ウジング１１と導波管レーザユニッ
ト２３とのギャップが無くなり更に個々の直接重ね合わ
せた部品２４．２６〜２９間のギャップが無くなり、又
、導波管レーザユニット２３とその構成部品２４．２６
〜２９との位置を強固に維持する。

更に、ネジ穴付きの固定具３２の締着とそれに伴うハウ
ジング１１の壁部分１８．１９の変形も壁部分１８、＋
９と各々の分布インダクタンス部材２９の余裕部分３４
．３５の間の良好な電気的接触を起こし、そのため、こ
の分布インダクタンス部材２９は、ハウジング！ｌの壁
部分１８．１９と誘電体スラブ２８との間でクランプさ
れる。

壁部分１８．１９は、ハウジング１１の他の部分と同じ
ようにアース電位にあり分布インダクタンス部材２９の
余裕部分３４．３５も、アース電位になっている。

第１図に示すように、プレス部材３１は、所望ならば、
熱交換通路３６．３７．３８を有し熱交換ｍ液体のよう
な熱交換媒体が循環しておりプレス部材３■の温度を制
御し、又、ハウジング１１の上部領域にも熱伝導によっ
て制御している。

方、少なくともハウジング１１の底壁も通常ヒートシン
クと当接している。その為、ハウジング１１の底部分か
ら熱が除去される。プレス部材３１の熱交換通路３６．
３７．３８を備え、又、これら通路３６．３７．３８の
熱交換通路３６．３７．３８の熱交換媒体の循環により
、ハウジング１１の頂上部分に対する直接の熱移送がな
されハウジング１１の頂上部分をハウジング１１の底部
分と同じ温度に保持しレーザ共振器の光学的配置不揃い
（ｍｉｓａｌ　ｉｇｎｍｅｎｔ）となるレーザ装置ＩＯ
の熱誘起による曲がりを除去する。しかしながら、熱交
換通路はある種の設計には必要としない。

第２図に於いては、内部の構成を図示するためプレス部
材３ＩのハウジングＩ　Ｉ　ｒ’Ｂ分と導波管レーザユ
ニット２３部分とを取り除いている。］ユ記内部空間１
２が、更に、周囲雰囲気から各々の端壁により空密的に
分離されガスレーザの分野では通常のことである方法で
ハウジングＩｔに装着されているので図面から取り除い
ている。このような端壁には、レーザ空洞２５を縦方向
に制限させたりレーザビームをレーザ装置ＩＯから矢印
３９の方向に出射させる鏡、出口窓、及び／又は、他の
光学素子を有する。導波管部材２４のチャンネル２５が
Ｚ字型コースに沿って延設しているように示されている
が、導波管部材２４が他の例えば並行コースのようなコ
ースに沿って延設したチャンネルを設けても良く、又、
隣接したチャンネル２５が互いに少なくともその長さ及
び高さ部分に渡り互いに連結しておりこのようなチャン
ネル２５に伝搬するレーザビーム間を位相ロックさせる
。

又、第２図に示すように、分布インダクタ部材２９の余
裕部分３４．３５がレーザ装置１０の縦方向に延設する
電流伝導レールとして構成している。分布インダクタ部
材２９は、更に、複数の平坦なインダクタンスコイル４
０を有し、それらは、余裕部分３４．３５に交互に接続
され互いに反対方向に巻いているコイルは、自由端４１
を有し電子ビーム溶接によりそれぞれ電気伝導性のビン
４２に接続され、翻って、このビン４２は、電子ビーム
溶接によりホット電極２７に接続されている。

第１図と第２図との比較として誘電体スラブ２８には各
々のビン４２の通路として複数の穴４３がある。

電極２７には、電界で活性電極として公知なように、又
、第２図で電源４４と電源供給線４５とで模式的に示す
ように、無線周波数範囲スペクトラムに有る周波数を有
する交番電流が供給される。

そのため、電極２７とハウジング１１の底壁Ｉ５、又は
、その突設部分（段差部分）３０とは、キャパシタンス
を形成し、レーザ励起は、上記導波管板（部材）２４の
チャンネル２５で起きる。ハウジング１１の底壁１５は
、アース電位に有り上記のように電流伝導レール、即ち
、分布インダクタンス部材２９の余裕部分３４．３５が
アース電位であり、一方、コイル４０の自由端部分４１
での電圧がそれぞれの端部分４１が電極２７と接続して
いるために、ホット電極２７の周波数と同じ周波数で発
振することから、インダクタンスコイル４０は、電気的
に互いに並列に配置され父上記キャパシタンスに並列に
接続されることとなる。このように、インダクタンスコ
イル４０のインダクタンスは、レーザ装置ｌＯ即ちレー
ザアセンブリ２３の効率的な動作に必要なように、導波
管レーザユニットの長さに渡り効果的に分布されている
ものである。インダクタンスコイル４０のインダクタン
スは、インダクタコイル４０が電極２７に供給する電流
が発振する周波数で上記キャパシタンスと共に共振する
近傍にある値となる。

ピン４２は、電極２８と分布インダクタンス部材２９と
機械的に接続し、誘電スラブ又はスペーサ２８が無い場
合でも自己支持するほぼ剛直な構造を形成するように十
分に強靭である。このピンの強靭な構造の特徴は、第２
図に示すように少なくとも電流伝導レール３４．３５が
装置ＩＯの縦方向端部分と符号４６で示す相互接続部分
により相互接続されている時には更に改良される。

しかしながら、本発明から理解されるように、ホット電
極２７と分布インダクタンス部材２９とは、金属ストリ
ップ又は金属層としてのスラブ２８に直接及び一体的に
、例えば、周知の電気メツキ又は、電気蒸着法により装
着でき、誘電体スラブ又はスペーサ２８に埋設されるが
又は収容された電気伝導ピン又は同様なもので互いを接
続するとよい。

第１図に示すように、インダクタコイル４０の上に位置
する内部空間Ｉ２の第２の空間部分Ｉ４は、ハウジング
１１をインダクタコイル４０からの距離を持って保持す
る。特にコイル４０のホット端（自由端）部分４１から
の距離を持ってハウジング１１を電界特にインダクタン
スコイル４０とハウジング１１との間に存在する寄生容
量を最大にするように保持する。

インダクタンスコイル４０は、スタンピング（Ｓｔａｍ
ｐｉｎｇ）、機械加工、又は、他の方法でアルミニウム
のような金属材料の比較的薄い肉厚の材料から得ること
ができる。このインダクタンスコイル４０を別々の材料
２９の個別部分として設けたことによりアース電極を段
差部分３０としてハウジング１１にアース電極を設ける
ことの結果として得たレーザ装置の高さ寸法に対し更に
レーザ装置ＩＯの高さが減少することとなる。

加えて、レーザ装置の高さは、電極２７と分布インダク
タンス部材２９とが電気蒸着又は同様なものにより直接
スラブ２８に備えることにより一段と減少できる。

（５）発明の効果 本発明に係るレーザ装置１０の構成によればレーザ装置
ＩＯの部品数特にレーザ装置１０の組立て時、特に、内
部空間の第１の空間部分１３に軸方向に導入する部品数
は、現在使用されているインダクタ及び装着並びに接続
素子が別個の部品として製作されているレーザ装置の構
成よりも著しく減小される。例えば、スタック又はレー
ザユニット２３に含まれる素子の数はこれまで使用され
た装置構成に於いて４０以上であったが、本発明を実施
する装置構成では４又はそれ以下に減小されている。

以上のように、本発明に係るインダクタンス分布ＲＦ励
起型導波管ガスレーザ装置は、部品数の減少特に別個の
部品数の減少をもたらし、しかも励起波長の４分の１を
超える長さを有する導波管レーザ空洞に−様な放電励起
を得ることができる。

その他、本発明に係るインダクタンス分布ＲＦ励起型導
波管ガスレーザ装置は、幾多の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るインダクタンス分布ＲＦ励起型
導波管レーザ装置の断面図であり、第２図は、第１図に
示すレーザ装置の必須部分の一部断面の透視図である。 （符号の説明）

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）、（ａ）内部空間を画定するハウジングと、 （ｂ）前記内部空間に対向位置する面を有する第１の電
   極と、 （ｃ）前記第１の電極の面と並設し長手レーザ空洞を包
   囲する誘電体導波管体と、 （ｄ）前記レーザ空洞に対し前記第１の電極の面に並設
   し前記第１の電極と共に所定キャパシタンスのコンデン
   サを形成する第２の電極と、 （ｅ）前記第２の電極に対向する第１の面と前記第２の
   電極と逆方向に対向する第２の面とを有し前記誘導体導
   波管体に対して前記第２の電極と並設する誘電体スペー
   サ体と、 （ｆ）前記スペーサ体の第２の面と並設して前記レーザ
   空洞の縦方向に分布し且つ各々が離隔した第１及び第２
   の端とこの端間で所定インダクタンスを有する複数の平
   坦状のインダクタコイルを有する分布インダクタンス手
   段と、 （ｇ）前記第１の電極に第１の電位を前記第２の電極に
   第２の電位を供給し前記電位の少なくとも一方が他方に
   対し所定周波数で交番する第１手段と、 （ｈ）前記インダクタコイルの各々の第１と第２の端を
   前記第１と第２の電極にそれぞれ電気的接続しそのため
   前記キャパシタンスに並列に前記インダクタコイルにイ
   ンダクタンスを生じさせる第２手段とからなることを特
   徴とする導波管レーザ装置。
2. （２）、前記第１の電位は、アース電位であることを特
   徴とする請求項第１項記載の導波管レーザ装置。
3. （３）、前記第２の電位は、前記アース電位に対し無線
   周波数で交番することを特徴とする請求項第２項記載の
   導波管レーザ装置。
4. （４）、前記ハウジングは、電気伝導性のある材料から
   なり、前記第１の電極は、少なくとも前記ハウジングに
   電気接続していることを特徴とする請求項第１項記載の
   導波管レーザ装置。
5. （５）、前記第１の電極は、前記ハウジングの一体部分
   で構成されていることを特徴とする請求項第４項記載の
   導波管レーザ装置。
6. （６）、前記第２の手段は、前記インダクタコイルの各
   々の第１端と前記第１の電極とを接続する第３手段を有
   しこの第３手段は、前記インダクタコイルのうちの少な
   くとも第１のインダクタコイルの第１端と一体で前記イ
   ンダクタコイルと共に１つの分布インダクタンス部材を
   形成する少なくとも平坦な電流導通レールを有すること
   を特徴とする請求項第４項記載の導波管レーザ装置。
7. （７）、前記電流導通レールは、その横方向領域で前記
   誘電体スペーサ体の縦方向に延設し、又、前記第３の手
   段は、前記インダクタコイルのうちの第２のインダクタ
   コイルの第１の端と一体の別の電流導通レールを有し前
   記第２のインダクタコイルと共に別の分布インダクタン
   ス部材を形成することを特徴とする請求項第６項記載の
   導波管レーザ装置。
8. （８）、前記第１及び第２のインダクタコイルは、互い
   に交互となっていることを特徴とする請求項第７項記載
   の導波管レーザ装置。
9. （９）、前記第１及び第２のインダクタコイルは、互い
   に反対方向に巻くようなコイルであることを特徴とする
   請求項第８項記載の導波管レーザ装置。
10. （１０）、前記第３手段は、更に、少なくとも前記スペ
    ース部材の縦方向端部に配置され前記別の分布インダク
    タンス部材と共に一体的に前記インダクタンス部材に接
    続し１つの構造をなす接続部分を有することを特徴とす
    る請求項第７項記載の導波管レーザ装置。
11. （１１）、前記ハウジングは、前記電流伝導レールと係
    合することを特徴とする請求項第６項記載の導波管レー
    ザ装置。
12. （１２）、前記ハウジングの内部空間には、前記インダ
    クタコイルと並設する部分を有し、この部分が前記ハウ
    ジングから所定距離だけ前記インダクタコイルを分離し
    ていることを特徴とする請求項第４項記載の導波管レー
    ザ装置。
13. （１３）、前記インダクタコイルは、前記スペーサ体の
    第２の面上に形成された金属製片から構成されることを
    特徴とする請求項第１項記載の導波管レーザ装置。
14. （１４）、前記第２の電極は、前記スペーサ体の第１の
    面上に形成された金属製層からなることを特徴とする請
    求項第１項記載の導波管レーザ装置。
15. （１５）、前記スペーサ体には、その第１及び第２の面
    間に複数の縦方向に離隔した開口部が延設され、又、前
    記第２の手段は、前記開口部の１つに各々が嵌合し前記
    インダクタコイルの１つの第２端を前記第２の電極に接
    続する複数のピンを有することを特徴とする請求項第１
    項記載の導波管レーザ装置。
16. （１６）、前記スペーサ体は、前記開口部を通過する分
    離用面で互いに隣接する少なくとも２つのスペーサ体を
    有することを特徴とする請求項第１５項記載の導波管レ
    ーザ装置。