JPH02129979A - マイクロ波レーザ装置 - Google Patents
マイクロ波レーザ装置Info
- Publication number
- JPH02129979A JPH02129979A JP63281186A JP28118688A JPH02129979A JP H02129979 A JPH02129979 A JP H02129979A JP 63281186 A JP63281186 A JP 63281186A JP 28118688 A JP28118688 A JP 28118688A JP H02129979 A JPH02129979 A JP H02129979A
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- Japan
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- discharge
- microwave
- discharge section
- laser
- gas
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
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- Electromagnetism (AREA)
- Lasers (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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。
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。
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。
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、Ａｐｐｚ。
Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、３７ （８）、ｐ６ｙ３（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。
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は高圧力であるため、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。
方の空間３７は高圧力であるため、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振
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、図中右方へ排出されている。
となり、レーザ放電部４１の下流側に配設された光共振
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、図中右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。
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
を通して断熱膨張させ、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掘効率が極端
に低下してしまうという欠点がおった。
を通して断熱膨張させ、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掘効率が極端
に低下してしまうという欠点がおった。
また、ノズル３３から下流に向かっての圧力勾配は、ノ
ズル出口が最低でその後次第に高くなり、また、マイク
ロ波電界強度も絶縁ノズルの作用でその出口付近で最大
となるため、ノズルの出口付近に放電が集中してしまう
といった欠点もあった。
ズル出口が最低でその後次第に高くなり、また、マイク
ロ波電界強度も絶縁ノズルの作用でその出口付近で最大
となるため、ノズルの出口付近に放電が集中してしまう
といった欠点もあった。
この様に放電が部分的に集中すると、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。
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る、効率的なマイクロ波
レーザ装置を提供することにある。
、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る、効率的なマイクロ波
レーザ装置を提供することにある。
［発明の構成コ
（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、前記放電部の断面積を縮小して構成したこ
とを特徴とするものでおる。
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、前記放電部の断面積を縮小して構成したこ
とを特徴とするものでおる。
（作用）
本発明のマイクロ波レーザ装置によれば、放電部の断面
積を縮小して構成したことにより、放電部内におけるマ
イクロ波電界の強度を高めることができるので、−様な
グロー放電を得ることができる。
積を縮小して構成したことにより、放電部内におけるマ
イクロ波電界の強度を高めることができるので、−様な
グロー放電を得ることができる。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。
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Ｓ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。
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Ｓ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。
なお、前記導波管放電部５ｂの長さＬ及び断面積Ｓは、
それぞれ次式の範囲に設定されている。
それぞれ次式の範囲に設定されている。
即ち、運転ガス条件で決まる放電部の最大電力密度をＷ
ｍ、平均放電部所面積をＳａ、マイクロ波放電入力をＰ
とすると、 １−ｍ＜ｌ−＜４−１−ｍ ただし、Ｌｍは代表放電管長で、Ｌｍ＝Ｐ／（Ｓａ−Ｗ
ｍ）で与えられる。
ｍ、平均放電部所面積をＳａ、マイクロ波放電入力をＰ
とすると、 １−ｍ＜ｌ−＜４−１−ｍ ただし、Ｌｍは代表放電管長で、Ｌｍ＝Ｐ／（Ｓａ−Ｗ
ｍ）で与えられる。
また、導波管放電部５ｂの断面積Ｓは、マイクロ波の放
電部入口よりの距＠Ｘの関数として、次式で与えられる
値に設定されている。
電部入口よりの距＠Ｘの関数として、次式で与えられる
値に設定されている。
Ｓ＝ （Ｐ−Ｗｅ−８ａ −ｘ−α）−に／Ｅ。
Ｘ＝放電部入口よりの距離
Ｗｅ：運転最適電力密度
Ｅｏ：放電部マイクロ波電界
α：電界の傾斜係数
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、その端部
には全反射ミラー９ａ及び半透過ミラー９ｂが対向して
配設されて光共撮器が構成され、半透過ミラー９ｂの外
部にレーザ光１０が放出されるように構成されている。
管７，７′がレーザ光軸８と同軸に配設され、その端部
には全反射ミラー９ａ及び半透過ミラー９ｂが対向して
配設されて光共撮器が構成され、半透過ミラー９ｂの外
部にレーザ光１０が放出されるように構成されている。
また、前記放電部の端部５Ｃにはレーザガス循環配管１
１が接続され、その途中には送風機１２及び熱交換器１
５が設けられ、レーザガスを矢印１３の方向に循環駆動
するように構成されている。ざらに、前記導波管放電部
５ｂの周囲には複数個の冷却管１４が配設されている。
１が接続され、その途中には送風機１２及び熱交換器１
５が設けられ、レーザガスを矢印１３の方向に循環駆動
するように構成されている。ざらに、前記導波管放電部
５ｂの周囲には複数個の冷却管１４が配設されている。
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が放電
励起される。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を放電励起する。このとき、
導波管放電部５ｂの断面積が小さく構成されているので
、−様なグロー放電が点弧される。この様にして放電励
起されたレーザガスによって、レーザ光１０が増幅され
、出力される。
においては、以下に述べるようにしてレーザガスが放電
励起される。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を放電励起する。このとき、
導波管放電部５ｂの断面積が小さく構成されているので
、−様なグロー放電が点弧される。この様にして放電励
起されたレーザガスによって、レーザ光１０が増幅され
、出力される。
ところで、本発明のマイクロ波レーザ装置においては、
その放電部５ｂの長さし及び断面積Ｓが上述したように
設定されている。まず、放電部５ｂの長さＬについては
、Ｌｍ＜ｌ＜４・Ｌｍの範囲に設定されることが望まし
い。これは、第２図に示した様に、放電部５ｂにおける
励起効率ηが、Ｌ／Ｌｍの値が１〜４の範囲で最適であ
ることに起因している。
その放電部５ｂの長さし及び断面積Ｓが上述したように
設定されている。まず、放電部５ｂの長さＬについては
、Ｌｍ＜ｌ＜４・Ｌｍの範囲に設定されることが望まし
い。これは、第２図に示した様に、放電部５ｂにおける
励起効率ηが、Ｌ／Ｌｍの値が１〜４の範囲で最適であ
ることに起因している。
また、断面積Ｓについては、
Ｓ＝ （Ｐ−Ｗｅ−８ａ −ｘ −ｔｘ＞ ・Ｋ／Ｅ。
を満足する値に設定されることが望ましいが、これは、
以下に述べる様にして定式化されたものである。即ち、
断面積Ｓはマイクロ波の放電部入口よりの距離をＸとし
て次式で与えられる値が望ましい。
以下に述べる様にして定式化されたものである。即ち、
断面積Ｓはマイクロ波の放電部入口よりの距離をＸとし
て次式で与えられる値が望ましい。
Ｓ＝Ｓ （ｘ）
＝ （Ｐ−ｆＷｅ−８（ｘ） ・ｄｘ）÷（Ｅｏ−α・
Ｘ） ・・・■ ここで、ｗｅは運転最適電力密度で、レーザガス風速な
どの運転条件で決まる定数であり、Ｅｏは放電部マイク
ロ波電界で、レーザガスの種類や励起条件で決まるもの
である。また、αは電界の傾斜係数で放電部のガスの温
度上昇による放電維持電圧の低減効果を配慮したもので
、 α＝α（Ｗｅ ＞ ・・・■と、運転最適
電力密度Ｗｅの関数となる。
Ｘ） ・・・■ ここで、ｗｅは運転最適電力密度で、レーザガス風速な
どの運転条件で決まる定数であり、Ｅｏは放電部マイク
ロ波電界で、レーザガスの種類や励起条件で決まるもの
である。また、αは電界の傾斜係数で放電部のガスの温
度上昇による放電維持電圧の低減効果を配慮したもので
、 α＝α（Ｗｅ ＞ ・・・■と、運転最適
電力密度Ｗｅの関数となる。
そして、■式を実際の放電部及び運転条件から具体的に
定式化して０式に代入し、積分を天性してＳ＝ （Ｐ−
Ｗｅ −Ｓａ −ｘ −ｃｘ）・Ｋ／Ｅ。
定式化して０式に代入し、積分を天性してＳ＝ （Ｐ−
Ｗｅ −Ｓａ −ｘ −ｃｘ）・Ｋ／Ｅ。
と定式化し、定数に、αを実験データと合うように決め
たものである。
たものである。
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、導波管そのものを放電管としたの
で、堅牢でコンパクトなレーザ装置が得られる。
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、導波管そのものを放電管としたの
で、堅牢でコンパクトなレーザ装置が得られる。
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３図に示した様に、第１図のマイクロ波放電管を
２本直結して構成しても良い。この場合、レーザ出力が
２倍となる。
く、第３図に示した様に、第１図のマイクロ波放電管を
２本直結して構成しても良い。この場合、レーザ出力が
２倍となる。
［発明の効果］
以上述べた様に、本発明によれば、放電部の断面積を縮
小して構成するという簡単な手段によって、通常のガス
圧力で−様なグロー放電が得られる、効率的なマイクロ
波レーザ装置を提供することができる。
小して構成するという簡単な手段によって、通常のガス
圧力で−様なグロー放電が得られる、効率的なマイクロ
波レーザ装置を提供することができる。
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図は本発明のマイクロ波レーザ装置にお
ける放電部の長さの最適値を示す特性図、第３図は本発
明の他の実施例を示す構成図、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、５Ｇ・・・端
部、６・・・グロー放電、７，７−・・・マイクロ波シ
ールド管、８・・・レーザ光軸、９ａ・・・全反射ミラ
ー、９ｂ・・・半透過ミラー、１０・・・レーザ光、１
１・・・レーザガス循環配管、１２・・・送風機、１４
・・・冷却管、１５・・・熱交換器、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・・・光共振器、４０・・・排出ガス、４１・
・・レーザ放電部。
す構成図、第２図は本発明のマイクロ波レーザ装置にお
ける放電部の長さの最適値を示す特性図、第３図は本発
明の他の実施例を示す構成図、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、５Ｇ・・・端
部、６・・・グロー放電、７，７−・・・マイクロ波シ
ールド管、８・・・レーザ光軸、９ａ・・・全反射ミラ
ー、９ｂ・・・半透過ミラー、１０・・・レーザ光、１
１・・・レーザガス循環配管、１２・・・送風機、１４
・・・冷却管、１５・・・熱交換器、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・・・光共振器、４０・・・排出ガス、４１・
・・レーザ放電部。
Claims (2)
- （１）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、 前記放電部の断面積を縮小して構成したことを特徴とす
るマイクロ波レーザ装置。 - （２）前記放電部の長さＬが、放電入力をＰ、放電部の
平均断面積をＳａとした場合に、 Ｌｍ＜Ｌ＜４・Ｌｍ （ただし、Ｌｍは代表放電管長で、Ｌｍ＝Ｐ／（Ｓａ・
Ｗｍ）で与えられ、Ｗｍは最大電力密度を示す）を満足
するように設定され、 また、放電部の断面積Ｓが、 Ｓ＝（Ｐ−Ｗｅ・Ｓａ・ｘ・α）・Ｋ／Ｅ＿０ｘ：放電
部入口よりの距離 Ｗｅ：運転最適電力密度 Ｅ＿０：放電部マイクロ波電界 α：電界の傾斜係数 を満足する値に設定されていることを特徴とする請求項
１記載のマイクロ波レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63281186A JPH02129979A (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | マイクロ波レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63281186A JPH02129979A (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | マイクロ波レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02129979A true JPH02129979A (ja) | 1990-05-18 |
Family
ID=17635546
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63281186A Pending JPH02129979A (ja) | 1988-11-09 | 1988-11-09 | マイクロ波レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02129979A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06208487A (ja) * | 1992-10-23 | 1994-07-26 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | ディスプレイ方法及びディスプレイシステム |
| JPH06214826A (ja) * | 1992-10-23 | 1994-08-05 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | データ変更注釈許容方法及びシステム |
| JP2007295003A (ja) * | 2007-07-23 | 2007-11-08 | Tadahiro Omi | エキシマレーザ発振装置及び発振方法、露光装置ならびにレーザ管 |
-
1988
- 1988-11-09 JP JP63281186A patent/JPH02129979A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06208487A (ja) * | 1992-10-23 | 1994-07-26 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | ディスプレイ方法及びディスプレイシステム |
| JPH06214826A (ja) * | 1992-10-23 | 1994-08-05 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | データ変更注釈許容方法及びシステム |
| JP2007295003A (ja) * | 2007-07-23 | 2007-11-08 | Tadahiro Omi | エキシマレーザ発振装置及び発振方法、露光装置ならびにレーザ管 |
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