JPH02237182A - 気体レーザ装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、マイクロ波放電を利用してレーザ励起を行
う気体レーザ装置に関するものである。

［従来の技術］ 第１３図は本願出願人が昭和８２年９月１０に出願した
従来の気体レーザ装置（特願昭８２−　２２５２２４号
）を示す斜視図、第１４図は第』３図のＸｒＶ−ＸＩＶ
線断面図、第１５図は第１３図のｘｖ−ｘｖ線断面図で
ある。

図において、２はマイクロ波放電によってレーザ気体に
プラズマを発生させ、レーザ励起を行うためのマイクロ
波回路の一種である、リッジ導波管型のマイクロ波空胴
構造をもつレーザヘッド部、３はマイクロ波発振器とし
てのマグネトロン、４はマグネトロン３の出力するマイ
クロ波をレーザヘッド部２へ導く導波管、６はこの導波
管４を前記レーザヘッド部２へ結合するマイクロ波結合
窓、５はレーザヘッド部２に取り付けられたレーザ発振
用の全反射鏡、７はレーザヘッド部２に取り付けられた
レーザ発振用の部分反射鏡である。また、２０は前記レ
ーザヘッド部２におけるマイクロ波結合窓６に続く空胴
壁、２ｌ及び２２はこの空胴壁２０の中央部に設けられ
、それぞれがマイクロ波回路の一部を構成しているリッ
ジ、２３は一方のリッジ２１に形成された導電体壁であ
り、この従来例では前記リッジ２１の上面に設けられた
溝２８の底壁面が使用されている。２４はこの導電体壁
２３に対向して設けられてマイクロ波の入射窓として作
用する、例えばアルミナ等による誘電体、２５はこの誘
電体２４が前記リッジ２１上面の溝２８を覆うことによ
って、前記導電体壁２３と誘電体２４との間に形成され
、炭酸ガスレーザ気体等のレーザ気体が封入される放電
空間である。

次に動作について説明する。マグネトロン３で発生した
マイクロ波は、導波管４を伝搬してマイクロ波結合窓６
でインピーダンスを整合させることにより、効率よくレ
ーザヘッド部２に結合される。このレーザヘッド部２は
図示の如くリツジ空胴状になっており、マイクロ波はそ
のリツジ２１．２２付近に集中して非常に強いマイクロ
波電磁界を発生させる。この強いマイクロ波電磁界によ
り放電空間２５に封入されたレーザ気体が放電破壊し、
プラズマが発生してレーザ媒質が励起される。ここで、
冷却水路２７に冷却水を流して放電プラズマを冷却する
とともに、レーザ気体の圧力等の放電条件を適切に選択
することによって、レーザ発振条件が得られ、ｍｌ５図
に示す部分反射鏡７とそれに対向した全反射鏡５とでレ
ーザ共振器を形成することにより、レーザ允振光が得ら
れる。

この時、マイクロ波回路の一部を構成しているリッジ２
１に形成された導電体壁２３と、この導電体壁２３に対
向して配置され、マイクロ波の入射窓となる誘電体２４
との間に形成される放電空間においてマイクロ波放電が
行われ、マイクロ波の入射はプラズマの一方の面からの
み行われることになるため、プラズマを内導体とする同
軸モードのマイクロ波モードが支配的となる現象が発生
するようなことはなく、所期のマイクロ波モードによる
放電を行わせることができる。また、図示のレーザヘッ
ド部２のリッジ空胴のように、マイクロ波回路が前記誘
導体２４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する場合、誘電体２４と導電体
壁２３とは対向しているため、導電体壁２３に対しても
垂直な電界成分を有することとなりプラズマを貫く電界
ができる。そのため、導電性を有するプラズマが発生し
ても、そのブラズマより数桁導電率の高い導電体壁２３
がマイクロ波入射窓としての誘電体２４に対向して配置
されているので、入射マイクロ波の終端電流はこの導電
体壁２３を流れ、導電体壁２３近傍の電界は強制的にこ
の導電体壁２３の表面に対して垂直にされ、発生した前
記プラズマを貫通する電界が維持される。

従って、マイクロ波がプラズマ中に浸透してプラズマを
貫く電流が流れ、この電流の連続性から空間的に一杼な
放電プラズマが発生する。このように、空間的に均一な
放電が得られるので、放電全体をレーザの励起に適当な
状態にすることが容品となる。また、マイクロ波回路で
あるレーザヘッド部２とマイクロ波伝送路である導波管
４とがレーザ光軸に沿う方向に並列配置され、このレー
ザヘッド部２の長手力向に設けた長尺のマイクロ波結合
窓６を通じてマイクロ波を供給し、レーザヘッド部２の
リッジ２１，　２２の全体に強いマイクロ波電磁界を均
一に発生せしめることができる。このため、装置全体を
大型化することなく、レーザ光軸方向に長く、均一な放
電が得られ、放電全体とレーザの励起に最適な状態にす
ることができる。

［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、マイクロ波回
路であるレーザヘッド部２とマイクロ波伝送路である導
波管４とがレーザ光軸に沿う方向に並列配置され、この
レーザヘッド部２の長手力向に設けた長尺のマイクロ波
結合窓６を通じてマイクロ波を供給し、レーザヘッド部
２のリッジ２１．２２の全体に強いマイクロ波電磁界を
均一に発生せしめ、レーザ光軸方向に長く、均一な放電
を可能にし、放電空間においてより安定かつ均一なプラ
ズマを発生できるようにしているが、マイクロ波結合窓
６は誘電体２４と相対する位置に設けられているから、
マイクロ波結合窓６から誘電体２４へのマイクロ波の結
合強度が強く、そのため、放電空間２５内の一部で放電
を始めると、その部分へのマイクロ波のエネルギー流入
が多くなり、他の部分へのエネルギー流入が少なくなる
。

従って、長手方向の放電分布が不均一となって、放電空
間２５においてプラズマが均一に発生しないおそれがあ
るという問題点があった。

また、マイクロ波結合窓６は導波管４の軸に平行に設け
られているから、導波管４からレーザヘッド部２へのマ
イクロ波エネルギーの結合度は長さ方向にわたって一定
であるが、マイクロ波エネルギーはマイクロ波発生装置
であるマグネトロン３側より供給され、徐々にレーザヘ
ッド部２へ結合吸収されるため、導電管４中のマイクロ
波エネルギーはマイクロ波発生源であるマグネトロン３
より遠ざかるに従い次第に小くなる。従って、レ−ｆヘ
ッド部２へ結合されるエネルギーも少なくなり、第１５
図に示すように放電の各節の長さがマグネトロン３より
遠ざかるに従い次第に短くなってこの点からも放電空間
２５においてプラズマが均一に発生しないおそれがある
という問題点かあっノこ。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、発生するマイクロ波放電ブラズ″７を安定で
空間的に一様なものとし、高効率、大出力のレーザ動作
を可能とする気体１ノ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、マイクロ波伝送路と
マイクロ波回路とをレーザ光軸に沿って並列設置し、マ
イクロ波伝送路とマイクロ波回路とを結合スリットを介
して結合し、結合スリットを誘電体と相対する位置から
ずらせて設けた構成としている。また、結合スリットの
結合強度がマイクロ波発振器に近づくに従い次第に弱く
なるように構成している。更に、結合スリットの結合強
度を、マイクロ波発振器に近づくに従い弱くするために
、結合スリットの巾をマイクロ波発振器に近づくに従い
小さくするか、結合スリットをマイクロ波発振器に近づ
くに従い誘電体と相対する位置から遠ざかるようにマイ
クロ波伝送路の軸に対して傾斜させて設けるようにして
もよい。更にまた、結合スリットを構成するスリット壁
の厚みをマイクロ波発振器に近づくに従い厚くなるよう
に構成している。

［作　用］ この発明における気体レーザ装置は、マイクロ波伝送路
とマイクロ波回路とをレーザ光軸に沿って並列設置し、
誘電体と相対する位置からずらせて設けられた結合スリ
ットを介してマイクロ波伝送路とマイクロ波回路とを結
合させているから、結合スリットを通過したマイクロ波
は直接誘電体に到達せず、結合スリットから誘電体への
マイクロ波の結合が弱まり、マイクロ波エネルギーが放
電空間内の一部だけに多く流入する現象が弱まり、放電
空間における長手方向全体にわたって、マイクロ波エネ
ルギーによる放電分布が均一になる。

また、もう一つの発明における気体レーザ装置は、マイ
クロ波伝送路とマイクロ波伝送路とをレーザ光軸に沿っ
て並列設置し、マイクロ波伝送路とマイクロ波回路とを
結合スリットを介して結合し、結合スリットの長手方向
における各部位の結合強度を結合スリットの巾を変える
か、結合スリットをマイクロ波伝送路の軸に対して傾斜
させるか、結合スリットを構成するスリット壁の厚みを
変えるかしてマイクロ波発振器に近づくに従い弱くなる
ようにしたから、マイクロ波伝送路中のマイクロ波エネ
ルギーが強いマイクロ波発生源側では、結合スリットの
結合強度が弱く、マイクロ波エネルギーは弱められてマ
イクロ波回路に導入され、またマイクロ波伝送路中のマ
イクロ波エネルギーが弱いマイクロ波発生源から遠い位
置では、結合スリットの結合強度が強く、マイクロ波エ
ネルギーが弱められる程度が少なくなってマイクロ波回
路に導入される。従ってマイクロ波回路であルＬ，−ｆ
ヘッド部に導入されるマイクロ波エネルギーは均一とな
り、放電空間における長手力向全体にわたってマイクロ
波エネルギーによる放電分布が均一になる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例による気体Ｉ／−ザ装置を
示す斜視図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図
は第１図の■−■線断面図である。

図において、従来例と同一の構成は従来例と同一符号を
付して重複した構成の説明を省略する。

６０は導波管５をレーザヘッド部２へ結合する結合スリ
ット６１を有するスリット壁である。この結合スリット
６１は誘電体２４と相対する位置からずらせて設けられ
ている。

上記のように構成された気体レーザ装置においては、マ
イクロ波伝送路である導波管４とマイクロ波回路である
レーザヘッド部２とがレーザ光軸に沿う方向に並列配置
され、導波管４とレーザヘソド部２とが誘電体２４と相
対する位置からずらせて設けられた結合スリット６１を
介して結合されているから、マイクロ波発振器であるマ
グネトロン３からのマイクロ波が導波管４を通してレー
ザヘッド部２に伝送されるときに結合スリット６１を通
過したマイクロ波は直接に誘電体２４に到達せず、結合
スリットＩ３１から誘電体２４へのマイクロ波の結合が
弱められる。従って、マイクロ波エネルギーが放電空間
２５の一部にだけ多く流入する現象が弱まり、第３図に
示すように放電空間における長手刀向全体にわたってマ
イクロ波エネルギーによる放電分布が均一となるため、
放電の各節の長さが均等になり、放電空間において安定
かつ均一のブラズマが発生してレーザ出力を高効率、大
出力レーザにて得ることができる。

第４図はこの発明の他の実施例を示す斜視図、第５図は
第４図のｖ−ｖ線断面図、第６図は第４図のＶｌ−Ｖｌ
線断面図である。この実施例では結合スリット６１１の
構成が前記実施例と異なる。即ち、この実施例の結合ス
リット６１１はその巾がマグネトロン３に近づくに従い
次第に小さくなるように形成されている。

従って、結合スリット６１１の結合強度がマグネトロン
３に近づくに従い次第に弱くなっている。

そのため、導波管４中のマイクロ波エネルギー・が強い
マグネトロン３側の位置では結合スリット６１１の結合
強度が弱く、マイクロ波エネルギーは結合スリット６１
１によって弱められてレーザヘッド部２に導入され、他
方、導波管４中のマイクロ波エネルギーが弱くなるマグ
ネトロン３側より遠ざかる位置では結合スリット８１１
の結合強度が強く、マイクロ波エネルギーが弱められる
程度がマグネトロン３側に比べて少なくなってレーザヘ
ッド部２に導入される。それ故、長手力向に伸びるレー
ザヘッド部２の各部位に導入されるマイクロ波エネルギ
ーは均一となり、放電空間における長手力向全体にわた
ってマイクロ波エネルギーによる放電分布が均一になり
、放電空間において安定し、かつ均一なプラズマが発生
する。

第７図はこの発明のさらに他の実施例を示す斜視図、第
８図は第７図の■一■線断面図、第９図は第７図のＩＸ
−ＩＸ線断面図である。この実施例も第６図に示す実施
例と同様に結合スリット６１２の結合強度がマグネトロ
ン３に近づくに従い次第に弱くなるように形成されてい
るもので、その構成がｔＡ６図のものと異なる。即ち、
この実施例の結合スリット８１２はマグネトロン３に近
づくに従い誘電体２４と相対する位置から次第に遠ざか
るように導波管４の軸に対して傾斜させて形成されてい
る。従って、結合スリット６１２のマグネトロン３側の
位置では誘電体２４から離れているために結合強度が弱
く、結合スリット６１２のマグネトロン３側より遠ざか
った位置では誘電体２４に近づいているために結合強度
が強い。それ故、長手力向に延びるレーザヘッド部２の
各部位に導入されるマイクロ波エネルギーは第４図に示
す実施例のものと同様に均一となる。

第１０図はこの発明のさらに別の他の実施例を示す斜視
図、第１１図は第１０図のＸＩ一ＸＩ線断面図、第１２
図は第ｌＯ図のＸ■〜Ｘ■線断面図である。この実施例
も第６図に示す実施例と同様に結合スリット６１３の結
合強度がマグネトロン３に近づくに従い次第に弱くなる
ように形成されているもので、その構成が第６図のもの
と異なる。即ち、この実施例では結合スリット８１３を
構成するスリット壁６ｆ）Ｉの厚みをマグネトロン３に
近づくに従い次第に厚くなるように形成されている。ま
た、結合スリット６１３は誘電体２４と相対する位置に
設けられている。このようにスリット壁６０ｌ厚みの違
いによって結合スリット６１３の結合強度が異なるのは
スリット壁６０ｌを介してもマイクロ波が伝送されてお
り、スリット壁Ｅｉ０１が厚くなるとそれを通過するマ
イクロ波エネルギーの減衰量が多くなり、その分結合ス
リット８１３の結合強度が弱まると考えられるからであ
る。

従って、結合スリット８１３のマグネトロン３側ではス
リット壁６０１を厚くして結合強度を弱くし、結合スリ
ット６１３のマグネトロン３側より遠ざかった位置では
スリット壁６０３を薄くして結合強度を強くして、長手
方向に延びるレーザヘッド部２の各部位に導入されるマ
イクロ波エネルギーを均一にしている。

上記第４図乃至第ｌＯ図に示す実施例ではいずれも結合
スリット８１１〜６１３の結合強度をその長手力向にお
いて連続的に変化させるようにしているが、段階的に変
化させるようにしてもよいことは勿論である。また、結
合スリット６ｌの構成は第４図乃至第１０図に示す実施
例を任意に組み合わせたものであってもよいことは勿論
である。

上記実施例では導電体壁２３がプラズマに接するものに
ついて説明したが、導電体表面に誘電体コーティング層
のようにマイクロ波の波長に比し薄い誘電体層を設けて
も、この誘電体層はマイクロ波に対し低いインピーダン
スとしてしが動かず、マイクロ波の電界分布に大きな影
響を与えることはないから、上記効果が損なわれないの
は言うまでもない。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、マイクロ波伝送路とマ
イクロ波回路とをレーザ光軸に沿って並列設置し、マイ
クロ波伝送路とマイクロ波回路とを誘電体と相対する位
置がらずらせて設けられた結合スリットを介して結合し
、結合スリットを通過したマイクロ波を直接誘電体に到
達しないようにして、結合スリットから誘電体へのマイ
クロ波の結合を弱めたので、マイクロ波エネルギーが放
電空間内の一部だけに多く流入する現象が弱まり、放電
空間における長手方向全体にわたってマイクロ波エネル
ギーによる放電分布が均一になり、放電空間において安
定かつ均一のプラズマが発生してレーザ出力を高効率、
大出カにて得ることができるという効果を有する。

また、もう一つの発明はマイクロ波伝送路とマイク口波
回路とをレーザ光軸に沿って並列設置し、マイクロ波伝
送路とマイクロ波回路とを結合スリットを介して結合し
、結合スリットの長手力向における各部位の結合強度を
、結合スリットの巾を変えるか、結合スリットをマイク
ロ波伝送路の軸に対して傾斜させるか、結合スリットを
構成するスリット壁の厚みを変えるかしてマイクロ波発
生器に近づくに従い弱くなるようにしたので、マイクロ
波伝送路中のマイクロ波エネルギーが強いマイクロ波発
生源側の位置では結合スリットの結合強度が弱く、マイ
クロ波エネルギーは弱められてマイクロ波回路に導入さ
れ、またマイクロ波伝送路中のマイクロ波エネルギーが
弱いマイクロ波発生源側から遠い位置では、結合スリッ
トの結合強度が強く、マイクロ波エネルギーが弱められ
る程度が少なくなってマイクロ波回路に導入されること
となり、マイクロ波回路に導入されるマイクロ波エネル
ギーは長手方向に均一となることによって放電空間にお
ける長手方向全体にわたってマイクロ波エネルギーによ
る放電分布が均一になり、放電空間において安定かつ均
一のプラズマが発生してレーザ出力を高効率、大出力（
ごで得ることができるという効果を有する。

【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
す斜視図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図は
第１図の■−■線断面図、第４図はこの発明の他の実施
例を示す斜視図、第５図は第４図の■−ｖ線断面図、第
６図は第４図の■・一■線断面図、第７図はこの発明の
さらに他の実施例を示す斜視図、第８図は第７図の■一
■線断面図、第９図は第７図のＩＸ−ＩＸ線断面図、第
１０図はこの発明のさらに別の他の実施例を示す斜視図
、第１１図は第１０図のＸ　Ｉ−Ｘ　Ｉ線断面図、第１
２図は第１０図のｘｎ−ｘｍ線断面図、第１３図は従来
の気体レーザ装置を示す斜視図、第１４図は第１３図の
ＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図、第１５図は第１３図＜７）Ｘ
Ｖ−ＸＶ線断面図である。 ２・・・レーザヘッド部（マイクロ波回路）、３・・・
マグネトロンマイクロ波発振器、４・・・導波管（マイ
ク口波伝送路）、８０・・・スリット壁、６１・・・結
合スリット。 なお、図中、同一符号２は同一　または相当部分を示す
。 第 図 代理人　弁理士　佐々木　宗　治 ■ ４：導波管（マイクロ波伝送路） ６１：Ｍ合スリット ３ペ 第 図 第 図 ２ｊ ２Ｙ 第 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、マイ
   クロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、マイクロ波伝送
   路により伝送されたマイクロ波の放電によりレーザ気体
   にプラズマを発生させてレーザ励起を行うマイクロ波回
   路とを備え、前記マイクロ波回路中に設けられ、マイク
   ロ波の入射窓となる誘電体を一面とする放電空間に前記
   レーザ気体を封入し、前記マイクロ波回路によって前記
   誘電体とレーザ気体中に発生した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するよう
   にしたマイクロ波励起方式の気体レーザ装置において、 マイクロ波伝送路とマイクロ波回路とをレーザ光軸に沿
   って並列設置し、マイクロ波伝送路とマイクロ波回路と
   を結合スリットを介して結合し、結合スリットを誘電体
   と相対する位置からずらせて設けたことを特徴とする気
   体レーザ装置。
2. （２）マイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、マイ
   クロ波を伝送するマイクロ波伝送路と、マイクロ波伝送
   路により伝送されたマイクロ波の放電によりレーザ気体
   にプラズマを発生させてレーザ励起を行うマイクロ波回
   路とを備え、前記マイクロ波回路中に設けられ、マイク
   ロ波の入射窓となる誘電体との間に形成される放電空間
   に前記レーザ気体を封入し、前記マイクロ波回路によっ
   て前記誘電体とレーザ気体中に発生したプラズマとの境
   界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成す
   るようにしたマイクロ波励起方式の気体レーザ装置にお
   いて、 マイクロ波伝送路とマイクロ波回路とをレーザ光軸に沿
   って並列設置し、マイクロ波伝送路とマイクロ波回路と
   を結合スリットを介して結合し、結合スリットの長手方
   向における各部位の結合強度がマイクロ波発振器に近づ
   くに従い弱くなるように形成されていることを特徴とす
   る気体レーザ装置。
3. （３）結合スリットはその巾がマイクロ波発振器に近づ
   くに従い小さくなるように形成されていることを特徴と
   する請求項１又は２記載の気体レーザ装置。
4. （４）結合スリットはマイクロ波発振器に近づくに従い
   、誘電体と相対する位置から遠ざかるようにマイクロ波
   伝送路の軸に対して傾斜させて設けられていることを特
   徴とする請求項１又は２記載の気体レーザ装置。
5. （５）結合スリットを構成するスリット壁の厚みをマイ
   クロ波発振器に近づくに従い厚くなるように形成されて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載の気体レーザ
   装置。