JPH02129976A

JPH02129976A - マイクロ波レーザ装置

Info

Publication number: JPH02129976A
Application number: JP28245588A
Authority: JP
Inventors: Hideomi Takahashi; 秀臣高橋; Kiyohisa Terai; 清寿寺井; Naoto Sano; 直人佐野; Toru Tamagawa; 徹玉川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1990-05-18

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、マイクロ波放電励起を行うマイクロ波レーザ
装置に関するものである。

（従来の技術）一般に、レーザ発振を得るためには、レーザ媒質中で空
間的に均一な放電の生成を必要とするが、特にマイクロ
波を放電励起に用いる場合、このことは非常に重要とな
る。即ち、マイクロ波を通常のレーザ発振で用いられる
圧力（２０〜２００Ｔｏｒｒ）で用いると、放電維持電
圧、即ち、定常運転電圧に比べ、放電開始電圧が遥かに
高いため、放電を発生させるに充分な強度のマイクロ波
が放電部に入射すると、入口付近に放電が集中的に生じ
る。そのため、この部分に高密度のプラズマが形成され
、インピーダンスが極端に低下する。その結果、入射マ
イクロ波は放電部に入った途端にほとんど１００％が反
射されてしまい、放電空間に有効に電気入力が供給され
ないことになる。

この様な問題点を解決するために、Ａｐｐｌｉ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、３７　（８）、ｐ６’ａ（１９
８０）に、第４図に示した様なマイクロ波レーザ装置が
提案されている。即ち、第４図において、レーザガス３
１は放電部の上部人口３２より高圧で供給され、誘電体
から構成されたノズル３３を通過すると共に高速となり
、ガス圧力が低下する。一方、放電励起に用いられるマ
イクロ波３４は、図中左方より導波管３５によって供給
され、マイクロ波を透過する圧力隔壁３６を通してレー
ザ放電部４１に供給される。

ここで、レーザ放電部４１の空間の内、ノズル３３の前
方の空間３７は高圧力でおるため、空間３７においては
放電は発生しない。一方、ノズル３３の後方の空間３８
においてはガス圧力が低下するので、この部分にマイク
ロ波放電が発生する。

この部分での放電は低ガス圧中での放電であるため一様
となり、レーザ放電部４１の下流側に配設された光共娠
器３９により、マイクロ波で励起されたレーザガス中を
通るレーザ光が増幅発振される。また、排出ガス４０は
真空ポンプによって、図中在方へ排出されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記の様な構成を有する従来のマイクロ
波レーザ装置においては、以下に述べる様な解決すべき
課題があった。

即ち、高圧で供給されたレーザガス３１を、ノズル３３
を通して断熱膨圧させ、そのガス圧力を低下させるため
、レーザガスの全量を排気するための真空ポンプが必要
となる。また、真空ポンプの排気動力が多大となり、装
置の大型化を招き、全体としてのレーザ発撮効率が極端
に低下してしまうという欠点があった。

また、レーザガスの流れと光軸とが直交しているため、
励起されたレーザガスの光共振器内における滞留時間が
短く、レーザ励起効率が低下するといった欠点があった
。この様な欠点は、光路長が長く、複数回折返すことに
よって放電部に複数本の光路を取れる大形レーザにおい
ては余り問題とならないが、放電部における光路が１本
で、且つ、ビームの小さい小形レーザにおいては大きな
問題となっていた。

ざらに、前記欠点を解消する目的で、光共振器内の滞留
時間を大きくすると、レーザガスの流速が低下し、ガス
温度が上昇してしまい、レーザ励起効率が低下するだけ
でなく、アーク限界が低下して、レーザ出力が低下する
という欠点もあった。

本発明は以上の欠点を解消するために提案されたもので
、その目的は、通常のガス圧力（２０−２００Ｔｏｒｒ
、）で−様なグロー放電が得られ、また、レーザ媒質ガ
スの光共振器内における滞留時間を高めることにより、
効果的なレーザ励起を行うことのできるマイクロ波レー
ザ装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、真空容器内にレーザ媒質ガスを低ガス圧で封
入し、このガスを放電部に循環させ、前記放電部の外部
に配設したマイクロ波電源よりマイクロ波を供給して放
電させ、レーザ媒質ガスを励起するマイクロ波レーザ装
置において、前記放電部に、マイクロ波シールド管をそ
の軸がレーザ光軸と同一となるように接続し、前記マイ
クロ波シールド管を介してレーザガスを排出するように
構成したことを特徴とするものである。

（作用）本発明のマイクロ波レーザ装置によれば、放電部内で励
起されたレーザガスは、マイクロ波シールド管を通って
外部に排出されるので、レーザガスの光共振器内におけ
る滞留時間が長くなり、Ｎ２分子からＣＯ２分子への励
起エネルギーの移行が効果的に行える。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて具体的に説
明する。

本実施例においては、第１図に示した様に、マイクロ波
発振器１から送出されたマイクロ波電力２が導波管３内
に放射されるように構成されている。この導波管３内に
は隔壁４が設けられ、導波管３をマイクロ波発振器側３
ａと、マイクロ波放電管側３ｂとに区画している。また
、前記マイクロ波放電管側の導波管３ｂには、放電部５
が接続されている。この放電部５は導入部５ａ、導波管
放電部５ｂ、端部５Ｃから構成され、前記導波管放電部
５ｂはその断面積が導入部５ａ及び端部５Ｇに比べて小
さくなるように構成されている。ざらに、前記放電部５
の両側には、マイクロ波シールド管７，７′がレーザ光
軸８と同軸に配設され、マイクロ波シールド管７は、内
部に半透過ミラーへ１３ｂを配設した端部９を介して、
レーザガス循環配管１０に接続されている。一方、マイ
クロ波シールド管７−には、その端部に全反射ミラー１
３ａが配設されている。また、前記循環配管１０の途中
には送風機１１が設けられ、レーザガス１２を矢印の方
向に循環駆動するように構成されている。さらに、前記
導波管放電部５ｂ及びマイクロ波シールド管７の周囲に
は複数個の冷却管１５が配設されている。また、前記全
反射ミラー１３ａ及び半透過ミラー１３ｂによって光共
振器が形成されている。

この様な構成を有する本実施例のマイクロ波レーザ装置
においては、以下に述べるようにしてレーザガスを放電
励起する。即ち、マイクロ波発振器１より放射されたマ
イクロ波電力２は、隔壁４を介して通常数１０Ｔｏ　ｒ
　ｒ程度の低圧レーザガスの封入された放電部５に入射
し、ここでグロー放電６を形成し、放電部内部に循環駆
動されているレーザガス１２を放電励起する。この様に
して放電励起されたレーザガスは、マイクロ波シールド
管７を通過する間に、Ｎ２かうＣＯ２への励起エネルギ
ーの移行が行われる。ところで、マイクロ波シールド管
７は、レーザガスが通過するのに時間がかかるように、
マイクロ波の波長に比べて十分少ざい直径で、また、十
分長く形成されている。そのため、レーザガスの光共振
器内における滞留時間が長くなるので、ＣＯ２分子の励
起エネルギーは効果的にレーザ光に移行され、端部に設
けられた半透過ミラー１３ｂを介して、外部にレーザ出
力光１４が放出される。なお、導波管放電部５ｂ及びマ
イクロ波シールド管７の周囲に配設される冷却管１５に
よって、導波管放電部５ｂ及びシールド管７が冷却され
るので、レーザ上位レベルへの励起を効果的に行うこと
ができる。また、放電部５の両側に配設されるマイクロ
波シールド管７，７−は、マイクロ波の波長に比して十
分に小さい直径を有し、また、十分に長く構成されてい
るので、その内部において電波漏れを起こすことはない
。

この様に、本実施例によれば、マイクロ波のエネルギー
が効果的に導波管放電部に注入され、−様なグロー放電
が形成される。また、レーザガスの光共振器内における
滞留時間を長くすることがきるので、マイクロ波シール
ド管内部において放電励起エネルギーの移行をスムーズ
に行うことができ、効率的なレーザ光の増幅発振を行う
ことができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、第２図（示した様に、角形導波管２０の長手方向に
マイクロ波シールド管２１ａ、２１ｂを２本配設しても
良い。この場合、放電部内には２本のレーザ光が通るが
、角形導波管内におけるマイクロ波の電磁界は第３図に
示した様になっているため、２本のレーザ光は電界強度
の強いところを通ることになり、効果的なレーザ励起を
行うことができる。

また、第１図及び第２図に示した実施例においては、放
電部の断面積を小ざく構成しているが、従来の放電部に
マイクロ波シールド管を配設しても、シールド管内部に
おけるレーザガスの滞留時間を長くすることができ、放
電励起エネルギーの移行をスムーズに行うことができる
。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、放電部にマイクロ波
シールド管をその軸がレーザ光軸と同一となるように接
続し、このマイクロ波シールド管を介してレーザガスを
外部に排出するように構成するという簡単な手段によっ
て、レーザ媒質ガスの光共振器内における滞留時間を高
めることにより、効果的なレーザ励起を行うことのでき
るマイクロ波レーザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波レーザ装置の一実施例を示
す構成図、第２図は本発明の他の実施例を示す斜視図、
第３図は一般の角形導波管内における電界分布を示す図
、第４図は従来例の主要部を示す断面図である。１・・・マイクロ波発振器、２・・・マイクロ波電力、
３・・・導波管、４・・・隔壁、５・・・放電部、５ａ
・・・導入部、５ｂ・・・導波管放電部、５Ｃ・・・端
部、６・・・グローｆＩｉ電、７，７−・・・マイクロ
波シールド管、８・・・レーザ光軸、１０・・・レーザ
ガス循環配管、１１・・・送風機、１２・・・レーザガ
ス、１３ａ・・・全反射ミラ、１３ｂ・・・半透過ミラ
ー、２０・・・角形導波管、２’ｌａ、２１ｂ・・・マ
イクロ波シールド管、３１・・・レーザガス、３２・・
・上部入口、３３・・・ノズル、３４・・・マイクロ波
、３５・・・導波管、３６・・・圧力隔壁、３９・・・
光共撮器、４０・・・排出ガス、４１・・・レーザ放電
部。

Claims

【特許請求の範囲】真空容器内にレーザ媒質ガスを低ガス圧で封入し、この
ガスを放電部に循環させ、前記放電部の外部に配設した
マイクロ波電源よりマイクロ波を供給して放電させ、レ
ーザ媒質ガスを励起するマイクロ波レーザ装置において
、前記放電部に、マイクロ波シールド管をその軸がレーザ
光軸と同一となるように接続し、前記マイクロ波シール
ド管を介してレーザガスを排出するように構成したこと
を特徴とするマイクロ波レーザ装置。