JPH02237181A

JPH02237181A - 気体レーザ装置

Info

Publication number: JPH02237181A
Application number: JP5638889A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishimae; 順一西前; Kenji Yoshizawa; 憲治吉沢; Masakazu Taki; 正和滝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-19

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］この発明はマイクロ波放電を利用してレーザ励起を行な
う気体レーザ装置に関するものである。

［従来の技術］第６図は例えば特開昭６３−１８８４８３号公報に記載
された従来の気体レーザ装置を示す外観図である。

図において、（１）はマイクロ波を発生するマグネトロ
ン、（２）はマイクロ波を伝送する導波管、（３）はこ
の導波管の幅を広げるホーン導波管、（４）はマイクロ
波結合窓、（５）はレーザ発振用のミラー　（６）はレ
ーザヘッド部であって、第７図がレーザヘッド部（６）
の詳細を示す第６図Ａ−Ａ線での断面図である。第７図
に示されるようにレーザヘッド部（６）はマイクロ波回
路の一種であるリッジ導波管型のマイクロ波空胴の構造
を持つ。

第７図において、（６１）はマイクロ波結合窓（４）に
続く空胴壁、（６２）および（６３）はこの空胴壁の断
面の中央部に形成されたリッジ、（６４）はこの一方の
リッジ（６２）に形成された溝であり、（６５）はマイ
クロ波回路の一部を構成する導電体壁であって、溝（６
４）の壁面が使用される。（６Ｂ）はの導電体壁（６５
）に対向して設けられた例えばアルミナなどの誘電体で
あり、（６７）はこの誘電体（６６）が上記溝（６４）
を覆うことにより導電体壁（６５）と誘電体（６Ｂ）と
の間に形成される放電空間であって、この放電空間（Ｂ
７）に例えばＣＯ２レーザガスなどのレーザ気体が封入
される。また（６８）はりッジ（６２）および（６３）
に形成された冷却水路である。

以上のように構成された従来の気体レーザ装置において
、マグネトロン（１）で発生されたマイクロ波は導波管
（２）を通ってマイクロ波結合窓（４）でインピーダン
スマッチングをとることにより効率よくレー＝ザヘッド
部（６）に結合される。レーザヘッド部（６）は断面図
第７図に示されるようにリッジ空胴状になっており、マ
イクロ波はりツジ（６２），（６３）の間に集中する。

この集中したマイクロ波の強い電界により放電空間（６
７）に封入されたレーザ気体が放電破壊してプラズマを
発生し、レーザ媒質が励起される。ここで、冷却水路（
６８）に冷却水を流し、放電プラズマを冷却するととも
に、レーザ気体の圧力などの放電条件を適切に選ぶこと
によってレーザ条件が得られ、第６図中のミラー（５）
および図示のないもう一枚のミラーによりレーザ共振器
を形成することでレーザ発振光を得ることができる。ま
た第７図に示されるリッジ空胴のようにマイクロ波回路
が上記誘電体（６６）とプラズマの境界に垂直な電界成
分を有するマイクロ波モードを形成する場合、誘電体（
８６）と導電体壁（６５）は対向して設置されているの
で誘電体壁（６５）にも垂直な電界成分を有することに
なり、プラズマを貫く電界ができる。この時、導電性を
持つプラズマが発生しても、マイクロ波入射窓である誘
電体（６６）に対向してプラズマよりも数桁導電性の高
い導電体壁（６５）があるために入射マイクロ波の終端
電流はこの導電体壁（８５）を流れ、導電体壁（６５）
近傍の電界は強制的に導電体壁（６５）の表面に垂直に
され、上記のプラズマを貫く電界が維持される。このた
めｐイク口波がプラズマ中に浸透し、プラズマを貫く電
流が流れ、電流の連続性から空間的に一様な放電プラズ
マが得られ、効率の良い発振が行われる。

［発明が解決しようとする課題］上記のような従来の気体レーザ装置では、均一なプラズ
マを得易いが、プラズマが直接導電体壁に触れ、導電体
がスバッタされるため、レーザ気体が劣化し、また導電
体壁が損傷を受け装置の寿命が短くなる恐れがあった。

また金属面から電子放出があるため、特にレーザ気体の
圧力が高い場合放電が不安定になり易く放電の電力密度
を上げ難いという問題点があった。

この発明は上記のような間届点を解決するためになされ
たもので、導電体がスバッタされず、放電も不安定にな
り難い、長寿命で大出力化が容易な気体レーザ装置を得
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係る気体レーザ装置は、マイクロ波回路の一
部を構成する導電体壁と、この導電体壁に対向して設け
られた第１の誘電体との間に形成される空間に、プラズ
マを発生するレーザ気体を封入するとともに、マイクロ
波回路は、第１の誘電体側よりマイクロ波が入射するよ
うに構成されており、第１の誘電体とプラズマとの境界
に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成し、
さらにプラズマが接触する導電体壁面に第２の誘電体を
配設したものである。

［作用］この発明においては、プラズマが接触する面の導電体壁
面に第２の誘電体が配設されているから、導電体壁のス
バッタが防止される。さらに、放電不安定の原因となる
電子放出も防止される。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例による気体１ノーザ装置を
示すもので第７図に相当する断面図、第２図は同じ実施
例における放電の様子を説明する説明図である。

第１図及び第２図において第６図及び第７図と同一符号
の部分は同一部分を示し、（７１）は第２の誘電体で、
放電プラズマが導電体壁（６５）に接触しないように、
導電体壁（Ｂ５）の表面を−・様におおって配設されて
いる。この第２の誘電体（７１）で導電体壁（６５）の
表面を一様におおうことは、セラミック層をコーティン
グすることによって行なうことができる。セラミックと
しては、アルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミな
どが適当である。

また、石英ガラスやテフロンの薄板を接着してもよい。

次に、動作について説明する。

この実施例によれば、マイクロ波放電によって発生する
プラズマが導電体壁（６５）に直接接触することがなく
、発生したプラズマは、スバツタされにくく化学的にも
不活性な第２の誘電体（７１）及び第１の誘電体（６６
）で包まれることになる。従って、スバッタや化学反応
によるレーザ気体の劣化はほとんど起らず、また、放電
空間（６７）の導電体による壁面がスバッタされて損傷
を受けるようなことはなく、電子放出も防止され、放電
が安定となる。

従って、高能率、長寿命のマイクロ波励起方式の気体レ
ーザ装置が実現できる。

この時、空間的に一様な放電を安定に得るためには、前
述の如くマイクロ波をプラズマの一方の面からのみ人射
させることが必要である。従って、第２の誘電体（７１
）の厚さは第１の誘電体（６Ｂ）の厚さに対して充分薄
いことが望ましい。セラミック層の場合、その厚さを第
１の誘電体（６Ｂ）であるアルミナの厚さの１／１０以
下としたとき、プラズマの第１の誘電体（６６）の側か
らマイクロ波エネルギーの大部分が注入されることが確
認された。

ここで、第２の誘電体（７１）があっても、第２図に示
すようにプラズマ（７０）を貫く電界が維持される条件
を考える。貫く電界が維持されるためには、入射マイク
ロ波の終端インピーダンス、すなわち、第２の誘電体（
７１）のキャパシタンスとしてのインピーダンスが、プ
ラズマ（７０）の抵抗より小となる必要がある。この条
件は、第２の誘電体（７１）の厚さｄを第２の誘電体の
比誘電率ε　で割った値が、ｒプラズマの抵抗率ρを真空の波動インピーダンスＺｏで
割った値より小さいことで満足される。すなわち、 ε『Ｚ０となれば、第２の誘電体（７ｌ）を配設してもブラズマ
（７０）を貫く電界は維持され、空間的に均一な放電が
得られる点は従来装置と同様になる。

プラズマの抵抗率ρは封入ガスの条件やマイクロ波電力
密度により変化するため、（１）式の条件をあらかじめ
満足させるように決めるのは難しい。

実際には放電の安定性や均一性を調べなからｄやε　の
最適値を実験的に求める必要がある。

『第３図はレーザヘッド部（６）の構造が異なる他の実施
例を示す断面図である。第３図において、（６５１）は
リッジ状導電体壁である。このレーザヘッド部（６）は
リツジ（６３）の幅Ｗを狭くして、リツジ（６３〉とリ
ッジ状導電体壁（６５１）の間に、一層電界を集中させ
て、ここの部分だけで放電を起こさせるようにしたもの
である。しかし、第４図（ａ）に示すように、放電がフ
ィラメント状に集中したもの（６７１）となりやすく、
放電が不安定となりやすい。これは導電体壁面からの電
子放出が一因と思われる。

そこで、第４図（ｂ）に示すように、リツジ状導電体壁
（６５１．）の表面に第２の誘電体（７１）を配設する
ことにより、一様に広がった放電（６７２）とすること
ができる。

なお、導電体？　（６５１）が、プラズマによるスバッ
タから保護され、レーザ気体の劣化が防止される点は第
１図の実施例と同様である。

第５図はレーザヘッド部（６）の構造が異なるさらに他
の実施例を示す断面図である。この実施例では、リッジ
（６３）と導電体壁（６５）のりッジ（６３）と対向す
る部分及びその近傍で放電を発生させるものであるが、
図示のようにマイクロ波の入射窓となる部分（８８１）
と導電体壁（６５）をおおう部分（７１１．）と両側の
側面を形成する部分とからなる角筒状の誘電体を設けた
ものである。レーザ気体はこの角筒の中に封入される。

なお、（３１）はインピーダンスマッチングをとるため
のテーバ部である。

この実施例でも、誘電体の（７１１）の部分が無いと放
電が不安定になるが、（７１１）を設けることにより、
改善される。

また、この実施例では、マイクロ波の入射窓となる部分
（６　６　１　）が第１の誘電体に相当し、導電体壁（
６５）をおおう部分（７１１）が第２の誘電体に相当す
る。また、誘電体の（８６１）の部分と（７１１）の部
分の厚さｄ　　，ｄ　　は、必ずしも同じでなくてよｌ
２い。

導電体壁（６５）が、プラズマによるスバッタから保３
され、レーザ気体の劣化が防止される点も、前述の二つ
の実施例と同じである。

さらに、エキシマレーザ装置のように、化学的活性の高
いハロゲンガスを含むレーザ気体を用いるレーザ装置に
あっては、第２の誘電体（７１）としてハロゲン族と反
応しない材料を使用すべきであることはいうまでもない
。

［発明の効果］この発明は以上説明したとおり、マイクロ波回路の一部
に形成された導電体壁と、この導電体壁に対向して設け
られた第１の誘電体との間に形成される空間に、マイク
ロ波放電によってプラズマを発生するレーザ気体を封入
し、レーザ気体が封入される空間の導電体による壁面を
第２の誘電体でおおうとともに、マイクロ波回路によっ
て第１の誘電体とプラズマとの境界に垂直な電界分布を
有するマイクロ波モードを形成するように構成したので
、空間的に一様なプラズマが長時間にわたって安定に維
持され、放電空間の導電体による壁面が保護されるとと
もにレーザ気体の劣化も防止され、高能率で寿命の長い
気体レーザ装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による気体レーザ装置を示
すもので第７図に相当する断面図、第２図は同じ実施例
における放電の様子を説明する説明図、第３図はレーザ
ヘッド部の構造が異なる他の実施例を示す断面図、第４
図（ａ）は第２の誘電体が無い場合の放電の様子を示す
説明図、第４図（ｂ）は第２の誘電体が有る場合の放電
の様子を示す説明図、第５図はレーザヘッド部の構造が
異なるさらに他の実施例を示す断面図、第６図は従来の
気体レーザ装置を示す外観図、第７図は第６図のＡ−Ａ
線での断面図である。図において、（８５）はマイクロ波回路の一部を構成す
る導電体壁、（６６）は第１の誘電体、（６７）は放電
空間、（７０）はプラズマ、（７１）は第２の誘電体で
ある。なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

　マイクロ波回路中のマイクロ波放電によりプラズマを
発生しレーザ励起を行なう気体レーザ装置において、上
記マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁と、この導
電体壁に対向して設けられた第１の誘電体との間に形成
される空間に、上記プラズマを発生するレーザ気体を封
入するとともに、上記マイクロ波回路は、上記第１の誘
電体側よりマイクロ波が入射するように構成されており
、上記第１の誘電体とプラズマとの境界に垂直な電界成
分を有するマイクロ波モードを形成し、上記プラズマが
上記導電体壁に接触しないように上記導電体壁面に、第
２の誘電体を配設したことを特徴とする気体レーザ装置
。