JPH02246178A - 気体レーザ装置 - Google Patents

気体レーザ装置

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JPH02246178A
JPH02246178A JP6587489A JP6587489A JPH02246178A JP H02246178 A JPH02246178 A JP H02246178A JP 6587489 A JP6587489 A JP 6587489A JP 6587489 A JP6587489 A JP 6587489A JP H02246178 A JPH02246178 A JP H02246178A
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waveguide
microwaves
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electric field
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Kenji Yoshizawa
憲治 吉沢
Junichi Nishimae
順一 西前
Masakazu Taki
正和 滝
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

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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図は従来の気体レーザ装置を示す斜視図、第7図は
気体レーザ装置の断面図、第8図は第6図の■−■線断
面図である。図において、(1)はマイクロ波発振器で
あるマグネトロン、(2)はマイクロ波伝送路である導
波管、(3)は導波管(2)の巾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
の部分反射ミラー(6)はマイクロ波回路であるレーザ
気体中)[、(7)はレーザ発振用の全反射ミラーであ
る。このレーザヘララド部(8)はマイクロ波回路の一
部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2図において、(B1)はマイクロ波結合窓(4)
に続く空胴壁、(62)および(B3)はこの空胴体壁
の断面の中央部に形成されたりッジ、(84)はこの一
方のりッジ(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
(B4)の壁面が使用される。(6B)はこの導電体壁
(85)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(8B)が上記溝(
64)を蓋うことにより上記導電体壁(B5)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(67)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(B8)はりッジ(82)およ
び(B3)に形成された冷却水路である。
上記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)を通ってホーン導波管(3)で拡げられ、マイク
ロ波結合窓(4)でインビダンスマッチングをとること
により効率よくしレーザヘララド部(8)に結合される
。レーザヘララド部(6)は第2図に示されるようにリ
ッジ空胴状になっており、マイクロ波はりッジ(62)
 、 (63)の間に集中する。この集中したマイクロ
波の強い電磁界により放電空間(87)に封入されたレ
ーザ気体が放電破壊し、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発振
条件が得られ、部分反射ミラー(5)および全反射ミラ
ー(7)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。この時、気体レーザ装置にお
いてはマイクロ波回路の一部を構成する導電体壁(85
)と、この導電体壁(65)に対向して設けられ、マイ
クロ波の入射窓となる誘電体(6B)との間に形成され
る放電空間(87)においてマイクロ波放電を行なわせ
るため、マイクロ波の入射はプラズマの一面からのみ行
なわれることになり、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は起こらず、
所期のマイクロ波モードによる放電を行なわせることが
できる。また第2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(6B)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(6B)と導電体壁(65)は対向して設置さ
れているので導電体壁(B5)にも垂直電界成分を有す
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
の終端電流この導電体壁(65)を流れ、導電体壁(6
5)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、マイクロ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−様な放電
プラズマが得られる。
[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、マイクロ波回
路(B)の一部を構成する導電体壁(B5)と、この導
電体壁(65)に対向して設けられた誘電体(6B)と
の間に形成される放電空間(B7)にマイクロ波放電に
よるプラズマを発生するレーザ気体を封入すると共にマ
イクロ波回路(B)を誘電体(aS)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
るようにして空間的に−様なマイクロ波放電プラズマを
発生させるようにしているが、マグネトロン(1)から
発振されたマイクロ波が導波管(3)によって伝送され
、マイクロ波結合窓(4)を介して誘電体(6B)に伝
送される場合の、レーザヘッド部(6)におけるマイク
ロ波の電磁界分布は、第8図に示すようにレーザヘララ
ド部(6)の設計上からどうしても電界強度の強いとこ
ろと弱いところが生ずるため、放電空間(B7)の長手
方向において強い放電部分と弱い放電部分が部分的に生
じ、長手方向の放電分布が不均一となって放電空間(B
7)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。
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、放電空間に発生するマイクロ波放電プラズマ
を長手方向において均一に安定したものとし、高効率、
大出力のレーザ動作を可能とする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
マイクロ波回路にマイクロ波を伝送するマイクロ波伝送
路中にマイクロ波を反射する反射部材を少なくとも一つ
配設するように構成したものである。
[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
中にマイクロ波を反射する反射部材を少なくとも一つ配
設しているから、マイクロ波発振器で発振されたマイク
ロ波がマイクロ波伝送路によって、マイクロ波回路に伝
送される途中でマイクロ波の一部が反射部材によって反
射され、マイクロ波回路中に電界が弱かった部分を強(
、強かった部分を弱くするようにマイクロ波伝送路中の
マイクロ波電磁界分布を変更する作用があり、マイクロ
波回路におけるマイクロ波の電界分布は均一化され、放
電空間の長手方向における強い放電部分と弱い放電部分
が生じることが少なくなって、放電空間において長手方
向にプラズマが均一に発生する。
[実施例] 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■−■線断面図である。
図において、従来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。(30)はマイク
ロ波伝送路の一つであるホーン導波管(3)の上部壁の
レーザヘッド部(6)寄り位置に適宜間隔をもって形成
された三つのネジ穴、($1)は各ネジ穴(30)に進
退自在に螺合され、ホーン導波管(3)中に配設され−
たマイクロ波を反射する反射部材であるネジ状の導波管
ポストで、導体で形成されているが、誘電体であっても
よい。
上記のように構成された気体レーザ装置においては、マ
イクロ波伝送路の一つであるホーン導波管(3)中にマ
イクロ波を反射する三つの導波管ポスト(31)が配設
されているから、マイクロ波発振器であるマグネトロン
(1)から発振されたマイクロ波が導波管(2)及びホ
ーン導波管(3)を伝搬してマイクロ波結合窓(4)で
インピーダンスを整合させてレーザヘッド部(6)に伝
送されるとき、マイクロ波がホーン導波管(3)内を伝
播してレーザヘッド部(8)に伝送される途中でマイク
ロ波の一部が導波管ポスト(31)によって反射され、
ホーン導波管(3)中のマイクロ波電磁界分布が変更さ
れる。この時、レーザヘッド部(8)の電界の弱い部分
が強く、強い部分が弱くなるよう三つの導波管ポスト(
31)の挿入度合いを調整することにより、レーザヘッ
ド部(6)におけるマイクロ波の電界分布は均一化され
る。従って、放電空間(87)の長手方向における放電
部分の強いところと弱いところが少なくなって放電分布
が均一となり、第3図に示すように放電空間(B7)に
おいて安定且つ均一なプラズマが発生してレーザ出力を
高効率、大出力にて得ることができる。
また、この実施例では、マイクロ波の反射部材として導
波管ポスト(31)を三つ使用しているが、これに限る
ものではなく、導波管ポスト(31)の数を適宜に増減
させてマイクロ波の電磁界分布を調整することも可能で
ある。
第4図はこの発明の他の実施例を示す斜視図である、図
において、(1)はマイクロ波発振器であるマグネトロ
ン、(2)はマイクロ波伝送路である導波管、(41)
はマイクロ波結合窓、(5)はレーザ発振用のミラー 
(6)はマイクロ波回路であるレーザヘッド部である。
この実施例では導波管(2)とレーザヘッド部(6)と
はレーザ光軸に沿う方向に並列配置されている。(31
1)は導波管(2)中に進退自在に配設されたマイクロ
波を反射する反射部材であるネジ状の四つの導波管ポス
トである。
この実施例では、レーザヘッド部(6)と並列配置の導
波管(2)中に四つの導波管ポスト(Ill)が配設さ
れているから、マイクロ波結合窓(4)は導波管(2)
軸に平行となっており、導波管(2)におけるマグネト
ロン(1)からのマイクロ波エネルギーはマグネトロン
(1)より遠ざかる位置にいくに従い次第に小さくなり
、レーザヘッド部(8)に結合されるマイクロ波のエネ
ルギーもマグネトロン(1)より遠い位置では少なくな
って、放電空間(87)の長手方向にわたって放電が不
均一になるのを、マイクロ波が導波管(2)内を伝播し
てレーザヘッド部(6)に伝送される途中でマイクロ波
の一部が導波管ポスト(all)によって反射され、マ
イクロ波伝送路中のマイクロ波電磁界分布が変更される
。この時、四つの導波管ポスト(311)の挿入度合い
を調整してマイクロ波伝送路中のマイクロ波電磁界分布
をレーザヘッド部(8)における電界分布が均一になる
ようにする。従って、放電空間(67)の長手方向にお
いて放電部分の強いところと弱いところが少なくなって
放電分布が均一になる。
第5図は、この発明のさらに他の実施例を示す斜視図で
ある。この実施例の気体レーザ装置は第4図に示す実施
例と同様に導波管(2)とレーザ部(6)とがレーザ光
軸に沿う方向に並列配置されているもので、マイクロ波
を反射する反射部材の構成が第4図に示す実施例と異な
るものである。
この実施例では、反射部材としていわゆる導波管の窓、
すなわち容量性窓(812)や誘導性窓((13)が設
けられている。この場合も、窓(312)や(313)
は第4図の導波管ポスト(311)と同様の働きをする
。すなわち挿入する窓の種類と位置や大きさを適宜選ぶ
ことで、マイクロ波伝送路である導波管(2)中の電磁
界分布を変更させ、レーザヘッド部(B)における電磁
界分布を均一にすることができ、放電分布を均一にでき
る。
なお゛、上記実施例ではマ”イクロ波伝送路中の反射部
材として導波管ポストや窓を用いたものについて説明し
たが、反射部材として例えば伝送路中に誘電体板を置い
てもよく、伝送中に伝送路のインピーダンスを変化させ
る部材を設ければ上記実施例と同様の効果がある。
また、反射部材は第1図や第4図の実施例のように可動
にして調整できるようにしてもよいが、放電空間の長手
方向の放電の分布が均一になる条件をみいだせば、この
条件で固定して用い得る。
したがって、例えば量産装置のようにすべて同一条件で
用いるものにあっては、反射部材は必ずしも可動である
必要はなく、固定したものであってもよい。
[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、マイクロ波伝送中にマ
イクロ波を反射する反射部材を少なくとも一つ配設し、
マイクロ波発振器で発振されたマイクロ波がマイクロ波
伝送路によって伝送される途中でマイクロ波の一部を反
射部材によって反射させ、マイクロ波回路中の電磁界分
布を変更させてマイクロ波回路に結合されるようにした
ので、マイクロ波回路におけるマイクロ波の電界分布は
均一化され、放電空間の長手方向における放電部分も強
弱が少なくなって、放電空間において長手方向にプラズ
マが均一に発生してレーザ出力を高効率、大出力にて得
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図はこの発明のさらに他の実施例
を示す斜視図、第6図は従来の気体レーザ装置を示す斜
視図、第7図は気体レーザ装置の断面図、第8図は第6
図の■−■線断面図である。 3・・・ホーン導波管(マイクロ波伝送路) 、all
・・・導波管ポスト(反射部材)。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、
    前記マイクロ波伝送路中にマイクロ波を反射する反射部
    材を少なくとも一つ配設したことを特徴とする気体レー
    ザ装置。
JP6587489A 1989-03-20 1989-03-20 気体レーザ装置 Expired - Lifetime JPH07105539B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08264868A (ja) * 1995-03-20 1996-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd マイクロ波励起ガスレーザ装置
US11195699B2 (en) 2015-10-29 2021-12-07 Applied Materials, Inc. Generalized cylindrical cavity system for microwave rotation and impedance shifting by irises in a power-supplying waveguide

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US12288675B2 (en) 2015-10-29 2025-04-29 Applied Materials, Inc. Cylindrical cavity with impedance shifting by irises in a power-supplying waveguide

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