JPH02133974A - 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
- JPH02133974A JPH02133974A JP28676288A JP28676288A JPH02133974A JP H02133974 A JPH02133974 A JP H02133974A JP 28676288 A JP28676288 A JP 28676288A JP 28676288 A JP28676288 A JP 28676288A JP H02133974 A JPH02133974 A JP H02133974A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microwave
- laser
- discharge
- gas
- waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- 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大出力のコンパク
トなマイクロ波レーザ装置に関するものである。
トな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為には、レーザ媒質中で空間的
に均一な放電の発生を必要とするが、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、マイクロ波が放電部に
入射する入口付近に放電が集中的に生じる。従って、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
がこの部分で極端に低下する。その結果、入射マイクロ
波は放電部に入った途端に、殆ど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。
に均一な放電の発生を必要とするが、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、マイクロ波が放電部に
入射する入口付近に放電が集中的に生じる。従って、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
がこの部分で極端に低下する。その結果、入射マイクロ
波は放電部に入った途端に、殆ど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。
この対策として例えば文献（Ａｐｐｌｉ、Ｐｈｙｓ、Ｌ
ｅｔｔ、 。
ｅｔｔ、 。
３７（８） 、ｐ６７３（１９８０））によれば、第３
図に示した様なものが有る。第５図に於いてレーザガス
３１は上部入口３２より高圧で供給され、誘電体で構成
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。
図に示した様なものが有る。第５図に於いてレーザガス
３１は上部入口３２より高圧で供給され、誘電体で構成
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、マイクロ波３４は図で左方より導波管３５によっ
て供給されマイクロ波を透過する圧カ隔壁３６を通して
レーザ放電部４１に供給される。レーザ放電部４１の空
間３７は高圧力であるから、ここでは放電は発生しない
、レーザガスは既に述べた様に誘電体ノズル３３に於い
て加速され、ガス圧力が低下するので、ノズル３３の下
流にマイクロ波放電３８が発生する。ここでの放電は低
ガス圧中での放電であるから−様となり、下流側に構成
した光共振器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。排出ガス４
０は真空ポンプにより図の右方に排出されている。
て供給されマイクロ波を透過する圧カ隔壁３６を通して
レーザ放電部４１に供給される。レーザ放電部４１の空
間３７は高圧力であるから、ここでは放電は発生しない
、レーザガスは既に述べた様に誘電体ノズル３３に於い
て加速され、ガス圧力が低下するので、ノズル３３の下
流にマイクロ波放電３８が発生する。ここでの放電は低
ガス圧中での放電であるから−様となり、下流側に構成
した光共振器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。排出ガス４
０は真空ポンプにより図の右方に排出されている。
（発明が解決しようとする課題）
ところで、この方式の最大の欠点はノズルを通して断熱
膨張させる為に、レーザガスの全量を排気する真空ポン
プが必要となることで、真空ポンプの排気動力が多大と
なり、全体としてのレーザ発振効率が極端に低下してし
まうことである。
膨張させる為に、レーザガスの全量を排気する真空ポン
プが必要となることで、真空ポンプの排気動力が多大と
なり、全体としてのレーザ発振効率が極端に低下してし
まうことである。
又、下流側のガス圧力、即ち、放電部のガス圧力が低い
ので電力密度を大きく採ることができず、装置が大形と
なり、又、レーザ出力も大きくは採れないという不具合
が有った。
ので電力密度を大きく採ることができず、装置が大形と
なり、又、レーザ出力も大きくは採れないという不具合
が有った。
従って、このようなガス圧力を大きく変化させることは
好ましくなく、通常のレーザと同じ運転条件で作動し得
るマイクロ波励起レーザの開発が望まれていた。
好ましくなく、通常のレーザと同じ運転条件で作動し得
るマイクロ波励起レーザの開発が望まれていた。
本発明は、通常のガス圧力（２０〜２００Ｔｏｒｒ）で
−様なグロー放電が可能である総合効率の良い、コンパ
クトなマイクロ波レーザ装置を提供することを目的とす
るものである。
−様なグロー放電が可能である総合効率の良い、コンパ
クトなマイクロ波レーザ装置を提供することを目的とす
るものである。
（課題を解決するための手段）
本発明のマイクロ波レーザ装置は、マイクロ波放電させ
るものであり、さらには放電部に磁界を作用させること
により安定なマイクロ波放電を生じさせ、−様なマイク
ロ波放電を行わせるものである。
るものであり、さらには放電部に磁界を作用させること
により安定なマイクロ波放電を生じさせ、−様なマイク
ロ波放電を行わせるものである。
又、マイクロ波電界の伝搬方向に磁界を作用させること
によりマイクロ波放電を高電子密度で安定に、また−様
に放電させることを可能とするものである。
によりマイクロ波放電を高電子密度で安定に、また−様
に放電させることを可能とするものである。
（作用）
主放電電源たるマイクロ波電源が作動して、マイクロ波
が放電部に供給されると、前記のように放電部は導波管
内を低圧力のレーザガスで満たした補遺であるから、マ
イクロ波の作用により、直ちに−様な電離が進行して空
間抵抗値が低下し、入射空間のインピーダンスとマツチ
ング出来る様に成っているのでマイクロ波エネルギがこ
こで有効に消費される。又、電界方向の磁界の作用によ
り安定、且つ−様なグロー放電が放電部に形成されレー
ザガスの最適励起が可能と成る。
が放電部に供給されると、前記のように放電部は導波管
内を低圧力のレーザガスで満たした補遺であるから、マ
イクロ波の作用により、直ちに−様な電離が進行して空
間抵抗値が低下し、入射空間のインピーダンスとマツチ
ング出来る様に成っているのでマイクロ波エネルギがこ
こで有効に消費される。又、電界方向の磁界の作用によ
り安定、且つ−様なグロー放電が放電部に形成されレー
ザガスの最適励起が可能と成る。
さらにはマイクロ波の伝搬方向の磁界が有る場合には、
マイクロ波の、いわゆるカットオフ周波数が低周波数側
に移行する。従って、マイクロ波は高電子密度のプラズ
マ中を透過出来ることに成るので安定な一様放電が可能
と成る。
マイクロ波の、いわゆるカットオフ周波数が低周波数側
に移行する。従って、マイクロ波は高電子密度のプラズ
マ中を透過出来ることに成るので安定な一様放電が可能
と成る。
（実施例）
第１図に本発明の実施例を示す、第１図に於いて１は真
空容器であり、真空排気ポンプ２によってバルブ３を介
して真空に排気される。真空に排気された後、バルブ３
は閉じられバルブ４が開けられて、レーザガスボンベ５
よりレーザガスがこの真空容器内に一定圧力（例えば５
０Ｔｏｒｒ）まで注入された後バルブ４が閉じられる。
空容器であり、真空排気ポンプ２によってバルブ３を介
して真空に排気される。真空に排気された後、バルブ３
は閉じられバルブ４が開けられて、レーザガスボンベ５
よりレーザガスがこの真空容器内に一定圧力（例えば５
０Ｔｏｒｒ）まで注入された後バルブ４が閉じられる。
このガス供給は第１図で破線で示した様に通常はレーザ
ガス制御器６によって、バルブ３，４が制御されており
注入と排気が交互又は連続的に行われて、レーザガスが
常時少量ずつ入替えられている。導波管放電部１の外部
には、マイクロ波レーザ放電を安定化させる為の永久磁
石ｌＯが配設されている。
ガス制御器６によって、バルブ３，４が制御されており
注入と排気が交互又は連続的に行われて、レーザガスが
常時少量ずつ入替えられている。導波管放電部１の外部
には、マイクロ波レーザ放電を安定化させる為の永久磁
石ｌＯが配設されている。
１１はマイクロ波発振器であり、マイクロ波１２を導波
管１３内に放射している。放射されたマイクロ波１３は
圧力隔壁１４を通って放電部７に送られる。
管１３内に放射している。放射されたマイクロ波１３は
圧力隔壁１４を通って放電部７に送られる。
レーザガスは、ルーツブロワ８によって矢印の様に循環
されており、導波管放電部７を出たガスはマイクロ波放
電による加熱効果により高温と成るので熱交換器９によ
り冷却される。
されており、導波管放電部７を出たガスはマイクロ波放
電による加熱効果により高温と成るので熱交換器９によ
り冷却される。
導波管放電部７の外部には永久磁石１０が配設されてお
り、これによりマイクロ波電界と直交する磁界が形成さ
れているので、第２図に示した様にマイクロ波放電開始
電圧が低下するので安定なグロー放電の維持が可能とな
る。
り、これによりマイクロ波電界と直交する磁界が形成さ
れているので、第２図に示した様にマイクロ波放電開始
電圧が低下するので安定なグロー放電の維持が可能とな
る。
又、進行方向磁界の存在する場合には、さらに望ましい
効果が得られる。即ち、プラズマ物理学の入門教科書（
例えば、内田訳「プラズマ物理入門」など）によると、
電子質量ｍ、電荷ｅ、電子密度ｎとしてプラズマ周波数
ωｐが ωｐ＝（４πｎｅ／ｍ） で与えられている。プラズマ周波数ωｐより低い周波数
のマイクロ波はプラズマ中を伝搬出来ないことが分って
いる。
効果が得られる。即ち、プラズマ物理学の入門教科書（
例えば、内田訳「プラズマ物理入門」など）によると、
電子質量ｍ、電荷ｅ、電子密度ｎとしてプラズマ周波数
ωｐが ωｐ＝（４πｎｅ／ｍ） で与えられている。プラズマ周波数ωｐより低い周波数
のマイクロ波はプラズマ中を伝搬出来ないことが分って
いる。
ここに磁界Ｂが存在すると次式で定義されたサイクロト
ロン周波数ωＣ ωＣ＝ｅ−Ｂ／ｍ を用いて、共鳴周波数ωｈ、二つのカットオフ周波数ω
Ｒ５ωＬが次式で与えられる。
ロン周波数ωＣ ωＣ＝ｅ−Ｂ／ｍ を用いて、共鳴周波数ωｈ、二つのカットオフ周波数ω
Ｒ５ωＬが次式で与えられる。
ωｈ＝ｖωＰ＋ωＣ
ωＲ＝［ωＣ＋（ωＣ＋４ωＰ） １／２ωＬ＝［−ω
Ｃ十（ωＣ＋４ωＰ’） ｌ／２マイクロ波周波数ωに
対する位相速度Ｖφを前記の入門書に従って描くと第３
図と成る。
Ｃ十（ωＣ＋４ωＰ’） ｌ／２マイクロ波周波数ωに
対する位相速度Ｖφを前記の入門書に従って描くと第３
図と成る。
ここで、第１図の導波管放電部７の外部には一対のミラ
ーで構成された光共振器１５が放電部７の外に配置され
ているので、マイクロ波によって励起されたレーザガス
がこの光共振器１５の有る部分を通るとき、レーザ光を
増幅発振させる。この様にして効果的なレーザ発振が行
われることが分る。
ーで構成された光共振器１５が放電部７の外に配置され
ているので、マイクロ波によって励起されたレーザガス
がこの光共振器１５の有る部分を通るとき、レーザ光を
増幅発振させる。この様にして効果的なレーザ発振が行
われることが分る。
磁界を発生させるには、第４図（ａ）に示した様に導波
管の外部にコイル１７を置き、外部よりこれに電流を流
してマイクロ波の伝搬方向の磁界を発生させる。このマ
イクロ波伝搬方向の磁界は永久磁石の組合わせでも可能
となることはもちろんである。
管の外部にコイル１７を置き、外部よりこれに電流を流
してマイクロ波の伝搬方向の磁界を発生させる。このマ
イクロ波伝搬方向の磁界は永久磁石の組合わせでも可能
となることはもちろんである。
この様に本実施例によればマイクロ波のエネルギが効果
的に導波管放電部７に注入されるので。
的に導波管放電部７に注入されるので。
−様なグロー放電と成り、効果的なレーザ光の増幅発振
が行われることが分る。
が行われることが分る。
さらにはマイクロ波伝搬方向の磁界が作用すると、マイ
クロ波はプラズマ中にさらに深く浸透し、効果的な励起
によるエネルギ効率の良いマイクロ波レーザ発振器とな
ることが分る。
クロ波はプラズマ中にさらに深く浸透し、効果的な励起
によるエネルギ効率の良いマイクロ波レーザ発振器とな
ることが分る。
第４図（ｂ）に示したのは本発明の第２の実施例である
。第４図（ｂ）ではマイクロ波進行方向の磁界を永久磁
石で発生させるもので、永久磁石１８と強磁性体１９の
作用で第４図（ｂ）に示した様に、有効な伝搬方向磁界
が発生する。従ってマイクロ波プラズマ中に浸透し、し
かも均一な、高密度のマイクロ波プラズマが生成するの
で、総合的なエネルギ効率が良好となる。
。第４図（ｂ）ではマイクロ波進行方向の磁界を永久磁
石で発生させるもので、永久磁石１８と強磁性体１９の
作用で第４図（ｂ）に示した様に、有効な伝搬方向磁界
が発生する。従ってマイクロ波プラズマ中に浸透し、し
かも均一な、高密度のマイクロ波プラズマが生成するの
で、総合的なエネルギ効率が良好となる。
この様に本発明によれば、マイクロ波のエネルギが効果
的に放電部に注入され、−様なグロー放電が形成される
ので、効果的なレーザ光の増幅発振が行われ、総合効率
の良好なマイクロ波レーザ発振となる。
的に放電部に注入され、−様なグロー放電が形成される
ので、効果的なレーザ光の増幅発振が行われ、総合効率
の良好なマイクロ波レーザ発振となる。
さらにはマイクロ波の特徴として、空間電荷は放電空間
にトラップされるので、直流又は交流の通常のレーザと
違って、電子を供給する為の陰極降下部が不要となり、
放電によるレーザ光励起の効率が高くなる。
にトラップされるので、直流又は交流の通常のレーザと
違って、電子を供給する為の陰極降下部が不要となり、
放電によるレーザ光励起の効率が高くなる。
第１図は本発明のマイクロ波レーザ装置の断面図、第２
図、第３図は本発明の効果を示す特性図、第４図（ａ）
、 （ｂ）は夫々磁界発生装置を示す斜視図、第５図は
従来のレーザ装置の主要部を示す断面図である。 １・・・真空容器、 ２・・・真空排気ポンプ
５・・・レーザガスボンベ ７・・・放電部８・・・ル
ーツブロワ ９・・・熱交換器１０・・・永久磁石
１１・・・マイクロ波電源１２・・・マイク
ロ波 １３・・導波管１４・・・圧力隔壁
１５・・・光共振器１６・・・導波管
１７・・・磁界発生用コイル１８・・・縦磁界発生用永
久磁石 １９・・・強磁性体 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健 第 図 ３００（θ−３） 径界Ｈ 第 図 第 図
図、第３図は本発明の効果を示す特性図、第４図（ａ）
、 （ｂ）は夫々磁界発生装置を示す斜視図、第５図は
従来のレーザ装置の主要部を示す断面図である。 １・・・真空容器、 ２・・・真空排気ポンプ
５・・・レーザガスボンベ ７・・・放電部８・・・ル
ーツブロワ ９・・・熱交換器１０・・・永久磁石
１１・・・マイクロ波電源１２・・・マイク
ロ波 １３・・導波管１４・・・圧力隔壁
１５・・・光共振器１６・・・導波管
１７・・・磁界発生用コイル１８・・・縦磁界発生用永
久磁石 １９・・・強磁性体 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健 第 図 ３００（θ−３） 径界Ｈ 第 図 第 図
Claims (1)
- 真空容器内にＣＯ＿２等を含むレーザ媒質ガスを低ガ
ス圧で封入し、このガスを送風機で導波管放電部に熱交
換器を通して循環させ、前記放電部へ外部のマイクロ波
電源よりマイクロ波を供給して、導波管内で直接にグロ
ー放電させて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、レーザ励起を行わせる導波管放電部に
外部より磁界を作用させるようにしたことを特徴とする
マイクロ波レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28676288A JPH02133974A (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | マイクロ波レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28676288A JPH02133974A (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | マイクロ波レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02133974A true JPH02133974A (ja) | 1990-05-23 |
Family
ID=17708719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28676288A Pending JPH02133974A (ja) | 1988-11-15 | 1988-11-15 | マイクロ波レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02133974A (ja) |
-
1988
- 1988-11-15 JP JP28676288A patent/JPH02133974A/ja active Pending
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