JPH0278285A

JPH0278285A - マイクロ波レーザ装置

Info

Publication number: JPH0278285A
Application number: JP22840488A
Authority: JP
Inventors: Hideomi Takahashi; 秀臣高橋; Kiyohisa Terai; 清寿寺井; Akira Ishii; 彰石井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-14
Filing date: 1988-09-14
Publication date: 1990-03-19

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】［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。

（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、放電の一様性を１ｑること
か困難であり、また、マイクロ波発（辰部が大型となり
、高価となることが問題となっていた。

また、鉄鋼や自動車等の加工用レーザで要求されるのは
、第６図に示した様な連続または１ＫＨ７程度までの矩
形波パルスで、パルス幅やパルス間隔が可変となるもの
である。

（発明が解決しようとする課題）しかＬ、通常のマイクロ波発振器の心臓部はマグネトロ
ンであるが、マグネトロンを上述した様な要求を満足さ
せる様に動作させることは、これを駆動する電源への要
求か過大となり、実用性の面で問題があった。従って、
現在のところ、−肌産業用としてのマイクロ波レーザ装
置の実用化は実現していない。

そこで、従来のマイクロ波放電技術では不可能であった
放電の一様性及び直流的なレーザ光を得る技術の開発が
切望されていた。

本発明は以上の課題を解決するために提案されたもので
、その目的は、一般産業用に利用できる、高性能、コン
パクト、低部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］（課題を解決するための手段）請求項１の発明は、真空容器内にレーザ媒質ガスを低ガ
ス圧で封入して励起部とＬ、これに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前記レーザ媒質ガ
スを励起するマイクロ波レーザ装置において、少なくと
も２台以上のマイクロ波電源を用い、各マイクロ波電源
の発振位相を順次ずらしたことを特徴とするものでおる
。

また、請求項２の発明は、真空容器内にレーザ媒質ガス
を低ガス圧で封入Ｌ、このガスをレーザ発（股部に循環
させ、外部に配設したマイクロ波電源よりマイクロ波を
供給して前記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、マイクロ波放電励起部と前記レーザ発
］駅部とを別置きとＬ、マイクロ波放電励起部をレーザ
発（股部の上流側に配設Ｌ、レーザガスの循環速度■を
、レーザ発振部の励起ガスの存在する艮ざをＬ、マイク
ロ波電力の周波数をｆとした場合に、ｖ＝２Ｌ・ｆｘ１
／ｎ（ｎ；整数）を満足するように設定したことを特徴
とするものである。

（作用）請求項１の発明によるマイクロ波レーザ装置によれば、
放電管内の複数本の導波管でマイクロ波の位相をずらし
ているので、先具（股部の間では位相のずれたマイクロ
波エネルギーが実質的に積分され、レーザ上位レベルの
ガス分子密度は略一定となる。

また、請求項２の発明によるマイクロ波レーザ装置によ
れば、レーザガスを循環させることにより、光共振器内
におＣプるレーザ上位レベル密度を略一定にすることか
できる。

（実施例〉以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図に基づいて
具体的に説明する。

■第１実施例本実施例においては、第１図に示した様に、石英製レー
ザ放電管１には、内部にレーザガスが数十Ｈｏｒｒの圧
力で封入されている。また、前記放電管１は複数本のマ
イクロ波導波管反応管２に挿入され、入射マイクロ波３
によりその内部にマイクロ波グロー放電４が形成される
ように構成されている。また、前記マイクロ波３は、マ
イクロ波導波管反応管２の一端に設けられたマイクロ波
発振器５により放射され、これらの発振操作は各マイク
ロ波発］股部５に接続された移相器６によって、商用周
波交流電圧を順次、θ（−π／（ｎ＋１）、ｎ：マイク
ロ波発振器の台数）だけずらして行なわれている。ざら
に、マイクロ波導波管反応管２の他端側には終端部７が
配設されており、これは通常反射板で市って、放電管１
を通過したマイクロ波３を放電管１に戻して有効にグロ
ー放電４に利用できるように構成されている。また、前
記放電管１の両端には、ブリュースタ窓８ａ。

８ｂが設けられ、その外側には全反射ミラー９ａ及び出
力ミラー９ｂが設けられ、一対の先具（股部が構成され
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、放電管１内に発生するマイクロ波放電４は
、順次、位相がθだけずれたものとなり、一対の５ｉ９
ａ、９ｂで構成された光共振器内のレーザ媒質のレーザ
上位レベル密度は、全体として一定となるので、得られ
るレーザ出力も均一なものとなる。また、通常の交流電
源により励起されたマイクロ波を、鉄鋼や自動車等の一
般産業用として最適なレーザ光に変換することができる
。ざらに、マイクロ波発振器は特殊なものでおる必要は
なく、市販の電子レンジ用のもので充分でおるため、小
型で低順なマイクロ波レーザ装置を得ることができる。

■第２実施例本実施例においては、第２図に示した様に、レーザ発振
管１１には放電励起部１２が接続され、この放電励起部
１２は放電管１２ａと導波管反応部１２ｂとから構成さ
れている。また、内部に封入されたレーザガスは熱交換
器１３で冷却され、送風機１４により、第２図に示した
矢印の方向に循環駆動されている。また、前記導波管反
応部１２ｂには、導波管１７を介してマイクロ波発振器
１６よりマイクロ波エネルギーが供給されている。

このとき、レーザガスの循環速度Ｖは、レーザ発］辰管
１１の励起ガスの存在する長さをＬ、マイクロ波電力の
周波数をｆとした場合に、ｖ＝２Ｌ・ｆｘ１／ｎ　（ｎ
　；整数）を満足する様に設定されている。また、放電
励起部１２とレーザ発振管１１との距！＋　−も充分小
ざく設定されている。

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、放電励起部１２において放電励起されたレ
ーザガスは、放電部よりレーザガスの流れによって輸送
されてレーザ発振管１１内に入る。そして、レーザ上位
レベル密度は、第３図に示した様に、例えば正弦波状に
分布Ｌ、流れに乗ってレーザ発振管１１内を移動する。

従って、レーザ発振管１１内に半波長の整数倍が入るよ
うにすると、ここでのレーザ上位レベル分子の総倦は常
に一定となるので、一定のレーザ出力が得られる。

また、本実施例においては、放電励起部１２とレーザ発
１辰菅１１とが別置きとなっているので、レーザガスが
放電励起部１２からレーザ発振管１１に輸送される過程
で攪拌混合される。従って、放電励起部１２において放
電励起が均一でなくても、励起されたレーザガスがシー
１１発振管１１内に入った段階で、半径方向に均一なも
のとなる。

この様に、本実施例によれば、レーザ発振管内部のレー
ザ上位レベル分子の総置を常に一定にすることができる
ので、シングルモードの理想的な、直流状のレーザ出力
を得ることができる。また、この場合も、通常の交流電
源により励起されたマイクロ波を、鉄鋼や自動車等の一
般産業用として最適なレーザ光に変換することができる
。

■第３実施例本実施例においては、第４図に示した様に、レーザ放電
管１の一端には出力平面鏡２１が配設され、他端側には
全反射凹面鏡２２及び凸面鏡２３が配設されて、先具（
股部が構成されている。また、全反射凹面鏡２２と凸面
鏡２３の間には、機械的チョッパ２４が配設され、駆動
モータ２５により商用周波交流電圧と同期して回転駆動
するように構成されている。なお、前記機械的チョッパ
２４は、第５図に示した様に、光を′ＪＪｇ蔽する円盤
２６に切欠き２７を形成したもので必る。

この様な構成を有する本実施例のマイクロ波し−リ”装
置においては、マイクロ波３が放電管１内に入射すると
グロー放電４が形成され、レーザガスが励起される。こ
の時発生する光２８は凸面鏡２３によって集束され１、
第４図中、点Ｐで示した付近に焦点を結んだ後、企及銅
鏡２２で反射されて元の経路を逆に辿り、出力鏡である
出力平面鏡２１で一部が透過してレーザ出力２９となる
。また、残りは反射されて元に戻り、光エネルギーが蓄
積されてレーザ発振に至る。このレーザ発振の有無を制
御するために、全反射凹面鏡２・２と凸面鏡２３の間に
、機械的チョッパ２４を配設Ｌ、切欠き２７が点Ｐ付近
に来た時点でレーザ発振する様に構成されている。従っ
て、駆動モータ２５の回転を制御することにより、点Ｐ
部分における光・　路間閉位相を制御することができ、
負荷の要求に応じた任意の出力レーザ光波形を得ること
ができる。

なお、本実施例は、第２図に示した様な、レーザ媒質ガ
スを循環させるタイプのマイクロ波レーザ装置に適用す
ることもできる。

この様に、本実施例によれば、簡単な機械的チョッパを
用いることにより、直流状動作からパルス動作まで、任
意の波形の出力レーザ光を１ｑることがてきるので、一
般産業用としての幅広い利用が可能となる。

［発明の効果］以上述べた様に、本発明によれば、少なくとも２台以上
のマイクロ波電源を用い、各マイクロ波電源の発振位相
を順次ずらすか、あるいは、マイクロ波放電励起部とレ
ーザ発１辰部とを別置きとＬ、レーザガスを循環ざぜる
ように構成するという簡単な手段によって、一般産業用
に利用できる、高性能、コンバク（へ、低順なマイクロ
波レーザ装置を提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波レーザ装置の第１実施例を
示す構成図、第２図は本発明の第２実施例を示す構成図
、第３図は第２実施例のレーザ光（股部内におけるレー
ザ上位レベルの密度分布を示す図、第４図は本発明の第
３実施例を示す構成図、第５図は第３実施例に用いられ
る機械的チョッパの円盤部の構造を示す正面図、第６図
は一般産業用として要求されるレーザ光の波形例でおる
。１・・・レーザ放電管、２・・・マイクロ波導波管反応
管、３・・・マイクロ波、４・・・マイクロ波放電、５
・・・マイクロ波発振器、６・・・移相器、Ｂａ、Ｂｂ
・・・ブリュースタ窓、９ａ・・・全反射ミラー、９ｂ
・・・出力ミラー、１０・・・レーザ光、１１・・・レ
ーザ光（肢管、１２・・・放電励起部、１３・・・熱交
換器、１４・・・送風機、１６・・・マイクロ波光（股
部、１７・・・導波管、２１・・・出力平面鏡、２２・
・・全反射凹面鏡、２３・・・凸面鏡、２４・・・機械
的チョッパ、２５・・・駆動モータ、２６・・・円盤、
２７・・・切欠き。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空容器内にレーザ媒質ガスを低ガス圧で封入し
て励起部とし、これに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前記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、少なくとも２台以上の
マイクロ波電源を用い、各マイクロ波電源の発振位相を
順次ずらしたことを特徴とするマイクロ波レーザ装置。
（２）真空容器内にレーザ媒質ガスを低ガス圧で封入し
、このガスをレーザ発振部に循環させ、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前記レーザ媒
質ガスを励起するマイクロ波レーザ装置において、マイ
クロ波放電励起部と前記レーザ発振部とを別置きとし、
マイクロ波放電励起部をレーザ発振部の上流側に配設し
、レーザガスの循環速度Ｖを、レーザ発振部の励起ガス
の存在する長さをＬ、マイクロ波電力の周波数をｆとし
た場合に、Ｖ＝２Ｌ・ｆｘ１／ｎ（ｎ；整数）を満足す
るように設定したことを特徴とするマイクロ波レーザ装
置。