JPH05507181A - 気体放電パルスレーザシステム - 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】 気体放電パルスレーザシステム 本発明は、気体放電パルスレーザシステム、特にパルス駆動のエキシマ・レーザ システムに関しており、そのレーザシステムは、共振器と気体放電が励起される レーザガスにより充たされているガス体、少なくとも部分的に気体放電を維持す るためのそのガス体を取囲んだマイクロ波放電構造体、マイクロ波パルスを発生 するためのマイクロ波発生源、および、マイクロ波発生源からマイクロ波放電構 造体へ導くマイクロ波伝送線を備えている。

例えば米国特許４，８０２．１８３号により知られている、このような気体放電 パルスレーデシステムにおいては、到達可能なレーザパルスのパワーはマイクロ 波ボンピングのパワーに比例する。このため、マイクロ波によりボンピングされ る気体放電パルスレーザシステムはこれまで高いパワーに到達することができな かった。

そこで、本発明が基礎とした目的は、マイクロ波ボンピングによる気体放電パル スレーザシステムであって、レーザパルスのパワーがポンピングのパワーの比例 以上のものとなるように動作するシステムを提供することである。

この目的は、冒頭に述べた種類の気体放電パルスレーザシステムに関する本発明 により達成され、そのために、共振性のマイクロ波蓄積構造体が結合部材により マイクロ波伝送路に結合され、マイクロ波蓄積構造体はガス体に導かれ、かつ、 少なくともその一部分がマイクロ波放電構造体とマイクロ波伝送路との間に延在 しており、そして、マイクロ波蓄積構造体は、それがマイクロ波発生源から放出 されるマイクロ波パルスからのエネルギーを、気体放電の点弧まで蓄え、そして 、気体放電が点弧された後は、蓄えられたエネルギーにより気体放電を維持する ように、設計されており、かつ、そのような態様で結合部材によりマイクロ波伝 送路に結合される。

本発明の解決手段の利点は、マイクロ波パルスがいわば「圧縮されて」おり、そ して、それによりパワーがマイクロ波発生源のマイクロ波パルスのパワーを約１ ０から約１０００のファクターで超えるような気体放電の維持のために有効なも のとなるという事実にみることができる。それ故、ＴＥＡボンブト・レーザに匹 敵するレーザパルスパワーを通常のマイクロ波発生源により実現することができ ることとなる。

マイクロ波発生源を保護するためには、マイクロ波蓄積構造体が、気体放電の点 弧後に、マイクロ波伝送路中に最大でマイクロ波パルスのマイクロ波パワーの２ 倍のマイクロ波パワーを帰還結合するように、設計され、かつ、結合部材により マイクロ波伝送路に結合されることが特に有効であることが証明されている。こ のことは、本発明の解決手段においては、気体放電が点弧されていない時に、可 能な限り多くのパワーがマイクロ波蓄積構造体中に蓄積されるような最大限のＢ 様で、マイクロ波蓄積構造体が結合部材によりマイクロ波伝送路に結合するとい うことが問題ではなく、気体放電が点弧されている時に、マイクロ波伝送路中に 帰還結合されるマイクロ波パワーがマイクロ波発生源を破壊しないような１！様 で、結合部材によりマイクロ波蓄積構造体を設計し、かつ、結合することが問題 であることを意味している。

マイクロ波蓄積構造体が、気体放電の点弧後に、最大でマイクロ波パルスのマイ クロ波パワーの１．５倍のマイクロ波パワーをマイクロ波伝送路中に結合するこ とは、更により有効であり、そして、帰還結合されるマイクロ波パワーが最大で マイクロ波パルスのマイクロ波パワーに一致することが特に有効である。

気体放電の維持のためのマイクロ波放電構造体中の最大限の結合を達成するため に、マイクロ波放電構造体中のマイクロ波の電界ベクトルが共振器の光軸に垂直 に向くように設定することが有効である。この方法によれば、特に気体放電への マイクロ波の結合を最大限のものとすることができる。

更に、気体放電の維持のためのマイクロ波の有効な結合を達成するためには、マ イクロ波放電構造体内の電界によって透過されるガス体の区域が、共振器の光軸 の方向にマイクロ波放電構造体のカントオフ波長の少なくとも１．５倍の長さを 有することが有効であり、それは、この寸法が本発明による気体放電パルスレー ザにおいて畜骨なものとするために、マイクロ波蓄積構造体がレーザパルスの期 間中にマイクロ波が波及する行路の約半分の長さを有するようにすることが、更 に有効であり、それにより、レーザパルスを発生するためにマイクロ波蓄積構造 体中に蓄えられた全マイクロ波エネルギーを利用することが可能となる。

可能な限り損失を少なくするために、マイクロ波蓄積構造体を非誘電性に設計す ることが特に有効である０例えば、非ｇｔ性のマイクロ波蓄積構造体は、導波管 構造であり、すなわち、マイクロ波蓄積構造体全体が導波管部材により製作され る。

更に、マイクロ波放電構造体は、それがマイクロ波蓄積構造体と簡単に適合しう ろことから、導波管構造であることが有効である。

有効な実施例の一つとして、マイクロ波蓄積構造体が蓄積伝送路とマイクロ波放 電構造体とを備える、すなわち、マイクロ波放電構造体が、蓄積伝送路とともに 、マイクロ波エネルギーを蓄えることができる共振構造を形成するようにされる 。

このケースにおいて、蓄積伝送路およびマイクロ波放電構造体はともに、導波管 部材により製作されることが有効である。

本発明による解決手段においては、マイクロ波蓄積構造体を異なる方法により製 作することもできる。それによれば、マイクロ波蓄積構造体が細長い共振構造と することが一つの有効な代替手段として実施され、特に、この細長い共振構造に は折曲部が含まれ、そして、短絡プレートにより有効に終端される。

他の代替手段として、マイクロ波蓄積構造体は閉じられたリング共振構造とされ 、すなわち、マイクロ波蓄積構造体は定在波電界が形成されるリング状共振器の 形態に製作される。

以上の実施例の記載においては、気体放電が点弧される方法については詳細な説 明がなされていない０本発明による最も簡単な実施例においては、ガス体中にお ける気体放電の点弧が自己点弧により生成されるようになされ、すなわち、マイ クロ波蓄積構造体内に存在する定在波の電界強度がガス体内で気体放電の点弧が 励起されるような大きさとなるまで、マイクロ波蓄積構造体中にマイクロ波エネ ルギーが蓄えられるようにされる。ｖｔいて、その蓄えられたマイクロ波エネル ギーの全てが完全にガス体中に結合されることとなる。

これに代わるものとしては、前期ｆｌｆ（ｐｒｅ４ｏｎｉｚａｔｊｏｎ）により 気体放電の点弧が生しるようにされる。前期電離は、マイクロ波パルスの継続期 間中およびその後における特定の時点に設定することができ、かつ、マイクロ波 蓄積構造体内にそれによるマイクロ波エネルギーがある程ｄ蓄えられた後に気体 放電の点弧が始まり、そして、気体放電に対する特定された時点での点弧は、ガ ス体の圧力や温度の変動に依存することなく達成されうるという利点を有してい る。

前期！離による気体放電の点弧のためには、種々の実現手段がある。一つの実現 手段としては、前期電離は電界、特に高周波電界ζこより生成される。

前期電離は、好ましくは、光軸を横切る電界であって、好ましくは、結合された マイクロ波エネルギーの電界に平行となるように整列された電界により生成され る態様で実現される。

また、これに対する代替方法として、前期電離が光軸の方向の電界により生成さ れるようにすることも可能である。

原理的には、電界は一定のものでよい。しかしながら、前期電離が高周波電界に より生成されることが特に有効であり、そして、この高周波電界は、好ましくは 、付加的なマイクロ波放電により生成されることも可能である。

更に、この電界が電磁気放射によって発生されることも、本発明の技術的範囲内 のものであることは明らかである。

前期電離に対する更に他の代替手段として光学的に実現されるものがあり、この ケースにおいては、レーザガスができる限り効果的にそれを電離することのでき る放射線により照射される０例えば、υν放射がここでは利用できるが、他の電 離用放射、例えば、Ｘ線あるいはガンマ放射線もまた有効である。

前期電離をガス体の異なった部分において引起すことができる。

すなわち、一実施例としては、可能な限り一様な気体放電の点弧を実現するため に、マイクロ波放電構造体内に前期電離が生成されるようにされる。このケース において、電界が前期電離のために用いられるならば、その電界は、マイクロ波 放電構造体を経て結合される蓄積されたマイクロ波エネルギーの電界に平行とな るように、整列されることが有効である。

本発明の解決手段の他の有効な実施例においては、前期電離がマイクロ波放電構 造体の外側に生しるようにされる。これは、マイクロ波放電構造体内の状態が、 そしてそれにより蓄積されたマイクロ波エネルギーの結合もまた、乱されること がないという利点を有している。このケースにおいては、マイクロ波放電構造体 の外側に位置するガス体の部分的な区域に前期ｆｔ離が生成されることに利点が ある。

更に他の有効な実施例においては、本発明の技術的範囲内のものとして、マイク ロ波蓄積構造体がマイクロ波伝送路に結合された蓄積導波管を存するようにされ 、それにスイッチ部材を介してマイク°　口波放電構造体が結合される。これは 、このケースにおいては、マイクロ波蓄積構造体とマイクロ波放電構造体とが互 いに完全に分離されており、そして、マイクロ波エヌルギーはまずマイクロ波蓄 積構造体内に蓄えられて、スイッチ部材の作動後にマイクロ波放電構造体中にの み結合されることを意味している。特に、これはマイクロ波放電構造体をマイク ロ波蓄積構造体のため゛に必要な共振条件において考慮に入れる必要がないとい う利点を有しており、また、スイッチ部材によりレーザガスに対する特定された 点弧を達成することができるという更なる利点を有している。

この実施例においては、また、マイクロ波蓄積構造体およびマイクロ波放電構造 体は、結合部材とともに、好ましくは、スイッチ部材がオンにされた時に、マイ クロ波蓄積構造体がマイクロ波伝送路中へ、最大でマイクロ波発生源から到来す るマイクロ波パルスのマイクロ波パワーの２倍、好ましくは１，５倍、あるいは 同じでもよい、に一致するマイクロ波パワーを帰還結合するように、相互に調整 されるようになされる。

スイッチ部材は、好ましくは、Ｈｌ−Ｔ部材、特にスイッチが組合わされたスイ ッチ導波管を含むものを有している。

スイッチは、好ましくは、トリガーされ、あるいは、自己トリガ−される高圧あ るいは低圧の気体放電スイッチであり、すなわち、そのスイッチは、スイッチン グのために内部で気体放電が点弧されるようなガス体を含んでいる。気体放電は 、マイクロ波蓄積構造体内に十分に大きい量のエネルギーが蓄積された時に自動 的に点弧されるか、あるいは、例えば前期電離により上述したようなＭ、様で点 弧される。ただし、これの代替手段として、電子ビームもまたスイッチングとし て可能なものである。

いずれのケースにおいても、スイッチのスイッチング動作は、マイクロ波蓄積構 造体中の定在波電界に導波管波長の１／４はどの変移をもたらし、そして、それ により、Ｈ−Ｔ部材を介してその開口に接続されているマイクロ波数を構造体の 結合をもたらすことになる。

特に、そのような実施例においては、マイクロ波放電構造体は、ガス体中に本質 的に一定な電界を発生するような形状を有するように、構成される。

最も簡単なケースとして、そのようなマイクロ波放電構造体は、それを貫通して いる力′気体の区域において、蓄積導波管からの離隔する距離とともに先細りし ていくような側壁区域を有するように、構成されている。

本発明の更に他の特徴や利点は、以下の記載および数個の実施例の図面から、明 らかとなる事項である。

図は、それぞれ次のものを示している。

第１図：第１の実施例の透視図、 第２図：第１図の線２−２に沿う断面図、第３図：マイクロ波発生源から到来す るマイクロ波パワー札、マイクロ波発生源に帰還結合されるマイクロ波パワーＭ ＺおよびレーザパルスＬの経時変化を示す特性図、第４図：第２の実施例の部分 的な概略構成図、第５図：第３の実施例の部分的な概略構成図、第６図：第５図 の線６−６に沿う第３の実施例の断面図、第７図：第４の実施例の部分的な概略 構成図、第８図：第５の実施例の部分的な概略構成図、第９図：第６の実施例の 第２図と同様な断面図、第１０図：線図により示されている導波管を備えた第７ の実施例の概略構成図、 第１１図：第８の実施例の透視図、 第１２図：第９の実施例の透視図。

図１に示されている気体放電パルスレーザの第１の実施例は、マイクロ波発生源 １０を有し、そこからマイクロ波伝送路１２が結合部材１４まで案内しており、 その結合部材は、ここでは２重スタブラインとして設計されていて、マイクロ波 伝送路１２と全体を１６で示されているマイクロ波蓄積構造体との間に結合を形 成している。一方、このマイクロ波蓄積構造体１６は、２重スタブラインＩ４と 直結された蓄積伝送路１８とその蓄積伝送路１８に接続されたマイクロ波放電構 造体２０とを備えている。

蓄積伝送路１８は蓄積導波管として示されており、マイクロ波放電構造体２０は 同様に導波管として示され、それは蓄積導波管に接合する９０”折曲部２２を存 しており、そして、９０°折曲部２２は反対側が短絡プレート２６により終端さ れている結合導波管２４に接合している。

マイクロ波放電構造体２０には気体放電管２８が貫通しており、その気体放電管 は、結合導波管２４の管軸３０と平行に延び、好ましくは結合導波管２４と同軸 であり、マイクロ波放電構造体２０から、その一方の端部において９０”折曲部 ２２の区域の開孔３２を通って、かつ、他方の端部において短絡プレート２６の 開孔３４を通って突抜け、そして、開孔３２から突出した第１の端部３６と開孔 ３４から突出した第２の端部３８を有するようにマイクロ波放電構造体２０から 突き出ている。気体放電管２８は第１の端部３６を閉し込めるための第１のブル ースター窓（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ　ｗｉｎｄｏｗ）　４０と第２の端部３８を閉じ 込めるためのブルースター窓４２を有しており、それにより、気体放電管２日は 閉し込められたガス体４４を含むこととなり、その中にはレーザガス、好ましく は、例えばＸｅＣ１のようなエキシマレーザガス、が存在する。

気体放電管２８は全体がレーザ共振器内に配置されており、そのレーザ共振器は 、第１のブルースター窓４０に対向する第１の共振器ミラー４６と、第２のブル ースター窓４２に対向する第２の共振器ミラー４８とにより形成されている。共 振器ミラー４６．４８の一方は送信ミラーを兼ねており、そこからレーザ放射が 放出される。

気体放電管２８の結合導波管２４に対する配室が第２図に拡大して示されており 、そこには、導波管のＸ−およびＹ一方向と、導波管中を伝播するＨｏｔ波の方 向とが示されている。第２図に示すように、共振器の光軸５０は、好ましくは、 放電管の管軸に一致する。光軸５０はまた結合導波管２４の管軸３０にも一致し 、そして、Ｈ４゜波が伝播する方向も同様に管軸３０に平行となる。

そのような導波管中の電界ＥのベクトルはＹ一方向に平行となるので、導波管の 中心において好適に発生される電界Ｅは、結合導波管２４の光軸に垂直に延びる こととなる。それ故、マイクロ波放電構造体内に横たわるガス体４４の全領域は 、光軸５０に直交する電界已により透過される。マイクロ波放電構造体２０内に 横たわるガス体４４中にマイクロ波エネルギーを十分に結合させるようにするた めに、光軸５０の方向に電界Ｅにより透過されるガス体４４の区域Ａは、好まし くは、それがマイクロ波放電構造体２０のカントオフ波長の少なくとも１．５倍 までの大きさとなるように、選定される。

第１図および２図の気体放電パルスレーザシステム中に示されている第１の実施 例が動作する態様が、第３図に概略的に示されている。他方、第３回は、マイク ロ波発生＃ｌＯにより放出され、そして、約５００ｎｓｅｃのパルス幅を有する パルスを表わしているマイクロ波パワー札の過程を示している。第３図には、ま た、マイクロ波放電構造体２０および結合部材１４から帰還結合されるマイクロ 波パワーＭＺが示されている。マイクロ波パルスの初期において、このパワーは マイクロ波パワー札とともに、それと同じように、立上るが、マイクロ波蓄積構 造体１６におけるマイクロ波エネルギーの蓄積が増大するために、殆んど零まで 降下する。それ故、同時に、マイクロ波放電構造体中の電界のサイズがその中に 定在波が形成されるような範囲まで増大し、そこでは、電界Ｅのベクトルの大き さがこの定在波中に蓄えられるエネルギーが増大するにつれて増大する。十分に 高い電界の強さ已に達すると、ガス体４４中に含まれているレーザガスの自己点 弧が発生し、そして、レーザパルスＬがミラー４６および４８を備えた共振器中 に形成される。ガス体４４中のレーザガスが点弧されると、この場合は、マイク ロ波放電構造体２０が結合部材１４と整合しなくなるという不整合が発生し、そ こで、帰還結合マイクロ波パワー北がマイクロ波発生源１０によって生成される マイクロ波パルスのマイクロ波パワー札に一致する値まで同様に増大する。好ま しくは、結合用開孔１４はマイクロ波放電構造体２０に適合するように選定され て、それにより、ガス体４４中のレーザガスの点弧の際に帰還結合されるマイク ロ波パワーＭＺがマイクロ波発生源により生成されるレーザパルスのマイクロ波 パワー札を超えないようにされ、マイクロ波発生源１０が損傷されないようにさ れている。

マイクロ波蓄積構造体１６は、この実施例においては、蓄積導波管１８とマイク ロ波数を構造体２０とを備えており、その長さは、好ましくは、それがレーザパ ルスの継続時間の間にマイクロ波が進行する行路の約半分となるように選定され る。

上述の実施例においては、マイクロ波蓄積構造体１６中の高い共振器品質とそれ による大きい蓄積可能なマイクロ波エネルギーを得るために、全ての導波部材は 高導電率の材質により構成されるのがよい。他の可能な構成としては、電導性の 内部コーティングを有する導波管があり１．また、超電導コーティングを有する 導波管あるいは超電導体からなる導波管もこの発明の解決手段の変形として用い ることができる。

とくに、導波管により製作されたマイクロ波蓄積構造体１６は、レーザガスのガ ス体を除き、誘電性の部材を含まない。そして、特に好ましい実施例においては 、それは、電界強度を増大し、それにより、蓄積可能なエネルギーを更に増大す るために、真空にされるか、あるいは、ある圧力に絶縁ガスを充たすかされる。

上述した第１の実施例においては、ガス体４４中のレーザガスは、十分に大きな 量のエネルギーが蓄積された時に、電界ベクトルＥのサイズにより自動的に点火 するのであり、そして、そのレーザガスの点弧をガス体４４中においてそのガス の圧力および温度の下で生しさせることのできるエネルギーを設定することが可 能である。

このような自己点弧するレーザガスを含む構造体は、本発明の解決手段の最も簡 単な形式を代表するものであるが、レーザガスがガス体４４中で点弧する時点は 精密には固定化することができない。

このため、第４図に示されている第２の実施例においては、ガス体中に存在する レーザガスが自動的に点弧するのではなく、全体が６０により示されている予め 電離された放射源によって照射され、それによって前期電；ｉｌ［（ｐｒｅｉｏ ｎｉｚｅｄ）される。そこで、マイクロ波蓄積構造体１６中に蓄えられたエネル ギーの電界がガス体４４中で気体放電の自己点弧が生じる電界以下であっても、 レーザガスの気体放電が始まることとなる。

この予めｔＥ、ｌＡされた放射源６０は、好ましくは、２つの共振ミラー６２お よび６４とそれらの間に配Ｉされ、好ましくは、レーザ活物質として同じように ボンピングされたガスを含んでいるガスレーザ管によって同様に形成されたレー ザ活物質６６とを有するレーザである。

これによりレーザビーム６８が生成され、それはレンズ７０により集束されて第 ２の共振ミラー４８を通り、好ましくは、光軸５０に平行にガス体４４に入射し 、そこで、光軸５０に沿うガス体４４中のレーザガスの前期電Ｍ　（ｐｒｅｉｏ ｎｉｚａｔｉｏｎ）が行われることとなる。レーザビーム６０の波長は、本発明 によれば、紫外（ＵＶ）域となる。

第２の実施例におけるマイクロ波蓄積構造体１６は、第１の実施例におけるもの と全く同じ設計であり、このマイクロ波蓄積構造体１６の設計および概念につい ては第１の実施例において述べたことを参照することができる。

同様に、結合部材１４、マイクロ波伝送路１２およびマイクロ波発生源１０も同 じ設計であり、この点についても第１の実施例において述べたことを参照するこ とができる。

第５および６図に示されている本発明による気体放電パルスレーザシステムの第 ３の実施例においては、マイクロ波蓄積構造体１６は第１の実施例のものと同し 設計である。

更に、結合部材１４、マイクロ波伝送路１２およびマイクロ波発生源１０もまた 第１の実施例のものと同じ設計である。それ故、これら全の部材について第１の 実施例において述べたことが参照される。

第１の実施例と対照的に、第３の実施例においてもガス体中のレーザガスの前期 電離が行われるが、それは第２の実施例における予め電離された放射Ｓ６Ｏに対 するものではなく、前期電離放電（ｐｒｅｉｏ−ｎｉｚａｔｉｏｎ　ｄｉｓｃｈ ａｒｇｅ）である。

このために、特に第６図に示すように、２つの電極７２および７４が気体放電管 ２８の対向する側面に配置され、高周波ｔＪｓｏにリード線７６および７８に接 続される。これらの電極は、好ましくは、マイクロ波放電構造体２０内に延在す る気体放電管２８の放電区域を覆うように延びている。

ガス体４４中にこの２つの電極７２および７４により生成される電界ＥＶは、マ イクロ波蓄積構造体１６中に蓄積されるマイクロ波エネルギーによって決定され る電界Ｅ゛のベクトルと平行に派生されるので、電界強度Ｅと電界強度ＥＶとは 互いに重畳することとなる。

電極７２および７４に電圧を印加することにより、゛電界ＥＶがマイクロ波蓄積 構造体１６中に蓄えられるマイクロ波エネルギーが派生される電界已に加えられ 、その結果、マイクロ波蓄積構造体１６中に蓄えられるマイクロ波エネルギーか ら派生される電界Ｅが気体放電の自己点弧が生じる電界以下であっても、ガス体 ４４中において気体放電が点弧されることとなる。このようにして、もしマイク ロ波蓄積構造体１６中に一十分なマイクロ波エネルギーが蓄積されておれば、マ イクロ波パワー札のマイクロ波発生源１０から到来するマイ久口波ノマルスの経 時変化に関係する限定された時点において、電極７２および７４に電圧を印加す ることによりレーザパルスＬを励起することが可能となる。

第７図に示されている本発明による気体放電パルスレーザシステムの第４の実施 例においては、マイクロ波蓄積構造体１６は第１の実施例におけるものと同じ設 計である。

しかしながら、第２および第３の実施例とは対照的に、前期電離がマイクロ波放 電構造体２０内に存在するガス体４４の区域におし）で生成されず、代わりに、 第２の端部３８の区域において生成される。このために、第２の端部３８には、 短絡プレート２６からある間隔をおいて、リード線８４を介して電圧源８６の一 方の出力に接続されたリング電極８２が配設される。そして、電圧ａ８６の他方 の出力は、リード線８８を介して開孔３４によって同様なリング電極ということ ができる短絡プレート２６に接続されており、そこで、マイクロ波放電構造体２ ０に近接した箇所において、気体放電管２８が互いに間隔を置いて配列された２ つのリング電極により囲まれることとなる。を圧源８６からの電圧印加は、第２ の端部の区域において、光軸５０に平行な電界のために、気体放電管２８中のそ の部分に存在するガス体の部分の前期電離を引き起すこととなり、そして、この 前期を離は、レーザガスの自己点弧が生しる電界強度以下の電界強度において、 全ガス体中、特にマイクロ波放電構造体２０内に存在するガス体４４中に気体放 電を点弧するに十分なものである。

こうして、上述した実施例におけると同様ｃｆして、まず、マイクロ波エネルギ ーがマイクロ波蓄積構造体１６中に蓄積され、次いで、所望の時点において、レ ーザガスの前期電離によるリング電極２８と短絡プレート２６との間の前期電離 放電を経て、マイクロ波放電構造体２０内の全ガス体中において気体放電が点弧 される。

マイクロ波放電構造体２０の外側におけるレーザガスの前期電離を行う他の手段 が、本発明による気体放電パルスレーザシステムの第５の実施例に関連して、第 ８図に示されている。

第５の実施例においては、マイクロ波蓄積構造体１６は、上述の第１の実施例お よび他の全ての実施例のものと同し設計である。また、マイクロ波発生源１０、 マイクロ波伝送路１２および結合部材１４も第１の実施例のものと同し設計であ る。・それ故、これらの部材に関連して第１の実施例において述べられたことが 全て参照される。

第２の端部３８の区域におけるレーザガスの前期電離が、その第２の端部が、部 分的に、マイクロ波伝送路９２および追加のマイクロ波発生源９４を介して供給 される結合導波管部分９ｏ内に存在するという方法によって、達成される。この 結合導波管部分９ｏは光軸５ｏと平行して延在し、短絡プレート２６に載置され た同様な短絡プレート９６を有しており、他方、それは折曲部９８を介してマイ クロ波伝送路９２につながっている。第２の端部３８は、その折曲部区域におい て、結合導波管部分９０から突出しており、そこで、第２のブルースター窓４２ は結合導波管部分９０の外部に位置し、それにより、結合導波管部分９０が共振 ミラー４７および４８によって形成される共振器内の全放射行路を乱すことはな い。

こうして、マイクロ波発生［９４により発生されるマイクロ波パルする部分にお ける気体放電を点弧するに十分な前期電離を結合導波管部分９０中に生成するこ とが可能となり、そこで、それぞれ所望の時点において、第４の実施例における 電圧パルス、特に好ましくは高周波の電圧パルスによるものと同様にして、マイ クロ波発生源９４からのマイクロ波パルスにより全ガス体４４中に気体放電が点 弧されることとなる。

第９図に部分的に示されている第６の実施例においては、気体放電管２８が、結 合導波管２４に関して、光軸５ｏが結合導波管２４′の管軸３０に直交するよう に延びるが、結合導波管２４′のＹ一方向に平行に形成される電界のベクトルに も直交するような態様で、配置されている。この実施例においては、それ故、光 軸５ｏが結合導波管２４′のＸ一方向に平行に延び、そして、同様に、結合導波 管２４′中においてそれを横断するように設けた気体放電管２８を通って走行す るＩ”１１０波の伝播方向に直交することとなる。

その他の点については、第６の実施例は第１の実施例と全く同し態様で構成され ており、そこで、この点−関する第１の実施例について述べたことおよびそれぞ れの部分についての記述が参照される。

第１の実施例と対照的な点としては、マイクロ波蓄積構造体１６とともに結合部 材１４が、ガス体４４中のレーザガスが点弧された時にマイクロ波伝送路１２中 に帰還結合されるパワーがマイクロ波発生源１ｏがら到来するマイクロ波パルス のパワー札を超えないような態様で、調整されなければならないことのみがある 。

第１０図に示されている第７の実施例においては、第１の実施例と同様な態様で 設けられたマイクロ波発生源１０がマイクロ波蓄積構造体１６′に、マイクロ波 伝送路１２および結合部材１４を経て、マイクロ波パルスを供給している。第１ の実施例と対照的な点としては、これた線状構造に設計されておらず、マイクロ 波放電構造体２０として気体放電管１日がその２つの端部３６および３８を突出 している２つの９０”折曲部１１２および１１４を両端に有する結合導波管１１ ０を備えたリング状構造となっていることである。結合部材１４としてのパワー 結合器あるいはパワー合成器を付加的に備えているＵ−形状に設計された蓄積導 波管１１６が、これら２つの９０°折曲部１１２および１１４を接合している。

また、蓄積導波管１１６中にＥ／Ｈ調整部材１１８が配設されており、その調整 部材は、結合部材１４とともに、蓄積導波管１１６とマイクロ波放電構造体２０ ′　とからなる全リング構造内における調整を可能とし、それにより、マイクロ 波エネルギーの共振蓄積（ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｓｔｏｒａｇｅ）がマイクロ波蓄 積構造体１６′全体にわたって生成されることとなる。

結合部材１４は、マイクロ波蓄積構造体１６′とともに、気体放電管２８に気体 放電が起きた時に、マイクロ波伝送路１２に帰還結合されるマイクロ波パワーが マイクロ波発生源により発生されるマイクロ波パルスのパワーＭＬを超えないよ うな態様に、調整されなければならない。

その他の点については、第７の実施例は、原理に関する限り、第１の実施例と全 く同じ態様で、すなわち、マイクロ波パルスがマイクロ波発生源１０からマイク ロ波伝送路１２および結合部材１４を経てマイクロ波蓄積構造体１６中に結合さ れるように、動作し、更に詳しくは、パルスが結合されている期間において、気 体放電管２８のガス体４４中に含まれているレーザガスが点弧するまでマイクロ 波蓄積構造体１６内にマイクロ波エネルギーの蓄積が生成され、そして、共振ミ ラー４７および４８を有する共振器内の気体放電に依ってレーザ放射パルスＬが 作成されるような態様で動作する。

ガス体４４中のレーザガスの点弧は、第１の実施例におけるような自己点弧によ るか、あるいは、第２乃至第５の実施例において述べた全ての種類の前期電離に よって、生成され、そこで、この点に関して対応する実施例について述べたこと が同様に参照される。

第１１図に示されている本発明による気体放電パルスレーザシステムの第８の実 施例においては、レーザパルスがマイクロ波発生源ＩＯからマイクロ波伝送路１ ２を経てマイクロ波蓄積構造体１２０中へ同様に導入され、更に詳しくは、ここ では結合用開孔１２４をもったスクリーンにより構成されている結合部材１２２ によって同様に導入される。

マイクロ波蓄積構造体１２０は、結合部材１２２に近接して延在し、かつ、Ｈ− Ｔ部材１２８に連接されている蓄積導波管１２６を有しており、そのＨ−７部材 に続いて、短絡プレート１３２により終端されているスイッチ導波管部分１３０ が配設されている。

Ｈ−７部材は、その部分として、導波管部分１３４を有しており、それは蓄積導 波管１２６と同し寸法であり、かつ、それと同軸であり、同時に、マイクロ波蓄 積構造体１２０の管軸１３８に平行であるその導波管部分１３４の狭い側１４０ に接合している折曲部１３６とも同軸となっている。結合導波管１４２がその折 曲部１３６に連続して配設されており、それは折曲部１３６から遠くなるに従っ てＹ一方向の寸法が減少している。結合導波管１４２と折曲部１３６は、それを 貫通する気体放電管２８を備え、全体を１４４により示されているマイクロ波放 電構造体１４４を形成している。気体放電管は、一方において折曲部１３６の開 孔１４６から突出し、他方において結合導波管１４２の折曲部１３６に対向する 側に配設された短絡プレート１５０の開孔１４８から突出している。

第１の端部３６および第２の端部３８の双方は、第１の実施例におけるように、 それぞれ第１のブルースター窓４０および第２のブルースター窓４２により終端 されている。更に、第１の共振ミラー４６および第２の共振ミラー４８が、気体 放電管２８と同軸に延びる共振器軸５０の延長上に配設されている。

この第８の実施例においては、マイクロ波放電構造体１４４は、マイクロ波蓄積 構造体１２０の一部となってはいない。

マイクロ波伝送路１２からマイクロ波蓄積構造体１２０中に結合されるマイクロ 波パルスにより、マイクロ波エネルギーが結合部材１２２から短絡プレート１３ ２までの間に延在するマイクロ波蓄積構造体１２０中に共振状態で蓄えられる。

ここで、マイクロ波エネルギーがマイクロ波結合構造体１４４の折曲部１３６中 に過結合されることはない。

そのような過結合を実現するために、トリガーされ、あるいは、自己トリガーさ れる高圧あるいは低圧の気体放電スイッチであるスイッチ１５２が、スイッチ導 波管１３０内に配設されている。このスイッチ１５２は、ガス体１５６を包含す る管１５４として設計されている。

この管は、スイッチ導波管１３０のＹ一方向に平行であり、したがって、その内 部の電界Ｅと平行である管軸１５８を有して延在している。

スイッチ１５２は、短絡プレート１３２から１／４の導波管波長はど間隔をおい て配設されている。

スイッチ１５２は、管１５４内のガス体中に気体放電が生じていない時に開放、 すなわち、スイッチオフされ、そこで、管１５４中のガス体はスイッチ導波管１ ３０を透過する定在波電界に影響を与えない。

しかし、管１５４内のガス体中に気体放電が点弧されると、これがスイッチ導波 管１３０中を伝播する定在波電界に影響を及ぼすこととなり、スイッチ１５２が 短絡プレート１３２から１／４導波管波長はど離隔しておれば、１／４導波管波 長はどそれを変移させることとなる。

ガス体１５６中の気体放電の点弧が、その気体放電の自己点弧が生じるようなサ イズである蓄積マイクロ波エネルギーの電界によるか、あるいは、そのガス体１ ５６中に生じる前期ｔＭによるかのいずれかによって、発生され、そして、この 電離は、第２乃至第５の実施例において説明したものと全く同じ態様で実現され る。

更に、Ｈ−Ｔ部材１２８は、スイッチ１５２がオフ、すなわち、開孔１６０から マイクロ波蓄積構造体１２０中に蓄えられるマイクロ波エネルギーの過結合がな い時に、その出口３としても示されているその開孔１６０が折曲部１３６の方向 に減結合されるような態様に、配設されている。スイッチ１５２がオン、すなわ ち、気体放電が管１５４のガス体１５６中に生じている時には、これは１／４導 波管波長はど変移したマイクロ波蓄積構造体１２０中の定在波電界を有するマイ クロ波蓄積構造体１２０の離調を引起こすこととなり、そこで、蓄積されたマイ クロ波エネルギーが開孔１６０を経て折曲部１３６中、したがって、マイクロ波 結合構造体１４４中に結合されて、その中でそのマイクロ波エネルギーがガス体 ４４中の気体放電を維持させるように作用することとなる。

最も簡単化したケースとしては、第８の実施例においては、マイクロ波の終了直 前、すなわち、結合されたマイクロ波エネルギーの電界がガス体１５６中のレー ザガスが自己点弧するほどのサイズとなった時点に、自己点弧によりガス体中の 気体放電が生しるようにされる。

しかしながら、第２乃至第５の実施例におけると同じ１！様で、ガス体１５６中 の前期ｉｆｆ離により、マイクロ波パルスの終了直前にスイッチ１５２を閉じる ようにすることも可能である。

マイクロ波結合構造体１４４中に結合されたマイクロ波エネルギーにおける電界 強度について可能な限り一様に減少することを実現するために、結合導波管１４ ２は、それが折曲部１３６から短絡プレート１５０へと延びるにつれて、Ｙ一方 向に先細りするように設計されており、それにより、この方向に電界強度を減少 させることが達成される。

第１２図に示されている第９の実施例においては、同様に、マイクロ波パルスが マイクロ波発生Ｓ１Ｏから、マイクロ波伝送路１２および結合用開孔１２４を有 するスクリーンにより同様に形成された結合部材１２２を経て、マイクロ波蓄積 構造体１２０′中に結合される。このマイクロ波蓄積構造体１２０′は、結合部 材１２２に接合する第１の蓄積導波管部分１７０と、その蓄積導波管部分１７０ に接合する折曲部１７２と、中央の蓄積導波管部分１７４、それに続く折曲部１ ７６と、第２の蓄積導波管部分１７８と、それに接合し、短絡プレート１８０に より終端されたスイッチ導波管１８０とを備えている。スイッチ導波管１３０と 同様に、スイッチ導波管１８０においては、スイッチ１５２と同様にスイッチ可 能に設計されているスイッチ１８４が配設されている。

更に、中央の蓄積導波管部分１７４には、マイクロ波結合構造体１４４′をマイ クロ波蓄積構造体１２０′に結合するための数個の結合用スロット１８６が配設 されている。このマイクロ波結合構造体１４４′は、両端部において短絡プレー ト１９０および１９２により終端された直線状の導波管部分１８８により形成さ れており、結合用スロット１８６を経てマイクロ波蓄積構造体１２０′に結合さ れている。

結合用スロット１８６間の間隔は、導波管波長の半分となるように選定されてお り、更に、スイッチ１８４が開放されている時には、マイクロ波蓄積構造体１２ ０′からマイクロ波結合構造体１４４′へマイクロ波エネルギーが結合されない ように配設されている。

スイッチ１８４が閉成されている時のみ、マイクロ波蓄積構造体１２０内の定在 波電界が１／４導波管波長はど変移され、それによって、エネルギーがマイクロ 波蓄積構造体１２０′からマイクロ波結合構造体１４４′中に結合される。

マイクロ波結合構造体１４４′は同様に気体放電管２８によって貫通されており 、短絡プレート１９０および１９２の開孔１９４および１９６を通って突き出し 、第１の端部３６および第２の端部３８がそれぞれマイクロ波結合構造体から飛 び出している。２つの端部３６．３８には、既に詳細に述べた態様で、ブルース ター窓４０および４２が設けられており、また、その共振ミラー４６および４８ がそれぞれ互いに対向するように配設されている。

マイクロ波伝送路１２を経てマイクロ波発生Ｂ１０から結合されるマイクロ波パ ルスについては、第８の実施例と同じ態様によって、このマイクロ波パルスのエ ネルギーがマイクロ波蓄積構造体１２０’に蓄えられる。スイッチ１８４がマイ クロ波パルスの終了直前において閉しられ、そこでマイクロ波蓄積構造体１２０ ′からマイクロ波結合構造体１４４′へのマイクロ波エネルギーの結合が急激に 生し、続いて、気体放電管２８のガス体４４中の気体放電がこのマイクロ波エネ ルギーによりそこに維持されることとなる。

第８の実施例におけると同じ態様で気体放電を点弧するために、前期電離が与え られるか、あるいは、気体放電が自己点弧により開始されるかのいずれかが行わ れる。

更に、第８および第９の実施例においては、マイクロ波蓄積構造体１２０あるい は１２０′における定在波電界の少量の変移によって、マイクロ波結合構造体１ ４４あるいは１４４′中に少量の過結合を実現しうる可能性もあり、それによっ て、マイクロ波結合構造体１４４あるいは１４４′中に存在する範囲のガス体４ ４中に前期電離を起こしうる「漏洩電界（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｌｅａｋａｇｅ　 ｆｉｅｌｄ）　Ｊを得ることができるという可能性がある。そして、スイッチ１ ５２あるいは１８４がオンにされた後、マイクロ波蓄積構造体１２０あるいは１ ２０′に蓄えられる全エネルギーがマイクロ波結合構造体１４４あるいは１４４ ′中へ結合され、そこで、気体放電がその結合されたマイクロ波エネルギーによ り維持されることとなる。

Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、　８ 要約書 気体放電を点弧することのできるレーザガスで充たされた共振器およびガス体と 、そのガス体を包囲し、少なくとも部分的に気体放電を維持するためのマイクロ 波紋ｔＩＩ造体と、マイクロ波パルスを発生するためのマイクロ波発生源と、そ のマイクロ波発生源からマイクロ波数！構造体へ導くマイクロ波伝送路とを有し 、レーザパルスパワーがボンピングパワーに過剰に比例するようになされた気体 放電パルスレーザシステム、特にエキシマパルスレーザシステムを得るために、 共振性のマイクロ波蓄積構造体が結合部材によりマイクロ波伝送路に結合されて おり、かつ、ガス体に導いて、少なくともその一部分がマイクロ波放電構造体お よびマイクロ波伝送路の間に延在しており、および、マイクロ波蓄積構造体が気 体放電の点弧までの間にマイクロ波発生源より放出されたマイクロ波パルスから エネルギーを蓄積し、かつ、気体放電の点弧後には蓄積されたエネルギーにより 気体放電を維持するように、設計され、かつ、結合部材によってマイクロ波伝送 路に結合されることが提案されている。

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．気体放電を点弧することのできるレーザガスで充たされた共振器およびガス 体と、 上記ガス体を包囲し、少なくとも部分的に気体放電を維持するためのマイクロ波 放電構造体と、 マイクロ波パルスを発生するためのマイクロ波発生源と、上記マイクロ波発生源 から上記マイクロ波放電構造体へ導くマイクロ波伝送路と を備えた特にエキシマパルスレーザシステムである気体放電パルスレーザシステ ムにおいて、 共振性のマイクロ波蓄積構造体（１６，１２０）が、結合部材（１４，１２２） により上記マイクロ波伝送路（１２）に結合されており、かつ、上記ガス体（４ ４）に導き、そして、少なくともその一部分が上記マイクロ波放電構造体（２０ ，１４４）および上記マイクロ波伝送路（１２）の間に延在しており、および、 上記マイクロ波放電構造体（１６，１２０）が、気体放電の点弧までの間に上記 マイクロ波発生源（１０）により放出されたマイクロ波パルスからエネルギーを 蓄積し、かつ、気体放電の点弧後には蓄積されたエネルギーにより気体放電を維 持するように、設計され、かつ、上記結合部材（１４，１２２）によって上記マ イクロ波伝送路（１２）に結合されていることを特徴とするシステム。
2. ２．第１項に記載された気体放電レーザシステムにおいて、マイクロ波蓄積構造 体（１６，１２０）が、気体放電の点弧後は、最大でマイクロ波パルスのマイク ロ波パワーの２倍のマイクロ波パワーをマイクロ波伝送路（１２）中に帰還結合 するように、設計され、かつ、結合部材（１４，１２２）によってマイクロ波伝 送路（１２）に結合されていることを特徴とするシステム。
3. ３．第１項あるいは第２項に記載された気体放電レーザシステムにおいて、 マイクロ波放電構造体（２０，１４４）内のマイクロ波の電界ベクトル（Ｅ）が 共振器の光軸（５０）に垂直に向いていることを特徴とするシステム。
4. ４．第１項乃至第３項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおいて 、 マイクロ波放電構造体（２０，１４４）内における電界（Ｅ）により透過される ガス体（４４）の区域が、共振器の光軸（５０）の方向に該マイクロ波放電構造 体（２０，１４４）のカットオフ波長の少なくとも１．５倍の長さを有している ことを特徴とするシステム。
5. ５．第１項乃至第４項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおいて 、 マイクロ波蓄積構造体（１６，１２０）が、レーザパルスの継続期間中にマイク ロ波が進行する行路の約半分の長さを有していることを特徴とするシステム。
6. ６．第１項乃至第５項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおいて 、 マイクロ波蓄積構造体（１６，１２０）が非誘電性の設計であることを特徴とす るシステム。
7. ７．第１項乃至第６項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおいて 、 マイクロ波蓄積構造体（１６）が、蓄積伝送路（１８）およびマイクロ波放電構 造体（２０）を有することを特徴とするシステム。
8. ８．第１項乃至第７項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおいて 、 マイクロ波蓄積構造体（１６，１２０）が細長い共振構造体であることを特徴と するシステム。
9. ９．第１項乃至第７項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおいて 、 マイクロ波蓄積構造体（１６′）が閉じられたリング形状の共振構造体であるこ とを特徴とするシステム。
10. １０．第１項乃至第９項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおい て、 気体放電がガス体（４４）中に自己点弧により点弧されることを特徴とするシス テム。
11. １１．第１項乃至第９項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムにおい て、 気体放電が前期電離により点弧されることを特徴とするシステム。
12. １２．第１１項に記載された気体放電レーザシステムにおいて、前期電離が電界 （ＥＶ）により生成されることを特徴とするシステム。
13. １３．第１２項に記載された気体放電レーザシステムにおいて、前期電離が電気 的高周波電界により生成されることを特徴とするシステム。
14. １４．第１１項に記載された気体放電レーザシステムにおいて、前期電離が電磁 気放射により生成されることを特徴とするシステム。
15. １５．第１４項に記載された気体放電レーザシステムにおいて、前期電離が光学 的に生成されることを特徴とするシステム。
16. １６．第１項乃至第６項および第８項乃至第１５項のいずれかに記載された気体 放電レーザシステムにおいて、マイクロ波蓄積構造体（１２０）が、マイクロ波 伝送路（１２）に結合され、かつ、マイクロ波放電構造体（１４４）がスイッチ 部材（１２８，１３９）を介して結合されるようになっている蓄積導波管（１２ ６）を有していることを特徴とするシステム。
17. １７．第１６項に記載された気体放電レーザシステムにおいて、蓄積導波管（１ ２６）およびマイクロ波結合構造体が、スイッチ部材（１２８，１３０）がオン にされた時に、該蓄積導波管（１２６）が最大でマイクロ波パルスのマイクロ波 パワーの２倍であるマイクロ波パワーをマイクロ波伝送路（１２）中に帰還結合 するような態様で、相互に調整されていることを特徴とするシステム。
18. １８．第１６項あるいは第１７項に記載された気体放電レーザシステムにおいて 、 スイッチ部材がＨ−Ｔ部材（１２８）を有することを特徴とするシステム。
19. １９．第１６項乃至第１８項のいずれかに記載された気体放電レーザシステムに おいて、 マイクロ波放電構造体（１４４）がガス体（４４）中に本質的に一定の電界（Ｅ ）を発生する形状を有していることを特徴とするシステム。