JPH06152029A - レーザーガスのマイクロ波放電励起法 - Google Patents
レーザーガスのマイクロ波放電励起法Info
- Publication number
- JPH06152029A JPH06152029A JP29419492A JP29419492A JPH06152029A JP H06152029 A JPH06152029 A JP H06152029A JP 29419492 A JP29419492 A JP 29419492A JP 29419492 A JP29419492 A JP 29419492A JP H06152029 A JPH06152029 A JP H06152029A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ波発振器から出力されたマイクロ波
を円筒型空洞共振器中に導入し、その電界によって放電
を発生させる放電管と、全反射ミラー及び出力ミラーか
らなる光共振器とによって構成されるレーザー発振器に
おいて、円筒型空洞共振器内のレーザーガス全体を均一
に放電させ、レーザー出力及び発振効率を向上させるこ
とができる方法を提供することにある。 【構成】 空洞共振器を放電管と同軸上に連結板で複数
個連結することにより、電界ベクトルに対して連結板が
垂直となるため、放電管軸方向に均一なマイクロ波電界
となるＴＭ010による連成モードのうちπ／２モードを
形成させることによって、均一電界を形成されることに
なる。
を円筒型空洞共振器中に導入し、その電界によって放電
を発生させる放電管と、全反射ミラー及び出力ミラーか
らなる光共振器とによって構成されるレーザー発振器に
おいて、円筒型空洞共振器内のレーザーガス全体を均一
に放電させ、レーザー出力及び発振効率を向上させるこ
とができる方法を提供することにある。 【構成】 空洞共振器を放電管と同軸上に連結板で複数
個連結することにより、電界ベクトルに対して連結板が
垂直となるため、放電管軸方向に均一なマイクロ波電界
となるＴＭ010による連成モードのうちπ／２モードを
形成させることによって、均一電界を形成されることに
なる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波領域の電磁
波によって放電励起させる方法に関する。
波によって放電励起させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２にマイクロ波領域の電磁波によって
放電励起される従来のレーザ装置を示す。同図に示すよ
うに、円筒型空洞共振器４は導波管３、アイリス１３を
介してマイクロ波発振器２と接続すると共に円筒型空洞
共振器４の両端にはそれぞれ端板９が取り付けられてい
る。円筒型空洞共振器４には、端板９を貫通して放電管
１が挿入されており、放電管１の両端にはそれぞれ光共
振器を構成する全反射ミラー５、出力ミラー６が配置さ
れている。
放電励起される従来のレーザ装置を示す。同図に示すよ
うに、円筒型空洞共振器４は導波管３、アイリス１３を
介してマイクロ波発振器２と接続すると共に円筒型空洞
共振器４の両端にはそれぞれ端板９が取り付けられてい
る。円筒型空洞共振器４には、端板９を貫通して放電管
１が挿入されており、放電管１の両端にはそれぞれ光共
振器を構成する全反射ミラー５、出力ミラー６が配置さ
れている。
【０００３】従って、マイクロ波発振器２からマイクロ
波を出力すると、出力されたマイクロ波は、導波管３、
アイリス１３を経て円筒型空洞共振器４に伝搬し、放電
管１内のレーザーガスがマイクロ波の電界により放電励
起される。これにより、レーザーガス媒質からの誘導放
出光を得て、全反射ミラー５と出力ミラー６との間で往
復反射によって増幅し、出力ミラー６からレーザー光７
となって出力する。
波を出力すると、出力されたマイクロ波は、導波管３、
アイリス１３を経て円筒型空洞共振器４に伝搬し、放電
管１内のレーザーガスがマイクロ波の電界により放電励
起される。これにより、レーザーガス媒質からの誘導放
出光を得て、全反射ミラー５と出力ミラー６との間で往
復反射によって増幅し、出力ミラー６からレーザー光７
となって出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ波によるレー
ザーガスの放電励起法は既に公知であるが（Handy andB
randlelik,j.Appl.Phys.,49,3753-3756(1978)）、しか
し、マイクロ波を封入した従来の空洞共振器を用いてレ
ーザ発振させる場合、レーザ出力を上げるために空洞共
振器長を長くすると、図３に示すように、空洞共振器内
のマイクロ波電界モードの共振周波数ｆ、共振器長Ｌ及
び内径Ｄの関係により、空洞共振器内で形成する電界モ
ードの共振周波数が、放電に使用するマイクロ波の発振
周波数に接近する。
ザーガスの放電励起法は既に公知であるが（Handy andB
randlelik,j.Appl.Phys.,49,3753-3756(1978)）、しか
し、マイクロ波を封入した従来の空洞共振器を用いてレ
ーザ発振させる場合、レーザ出力を上げるために空洞共
振器長を長くすると、図３に示すように、空洞共振器内
のマイクロ波電界モードの共振周波数ｆ、共振器長Ｌ及
び内径Ｄの関係により、空洞共振器内で形成する電界モ
ードの共振周波数が、放電に使用するマイクロ波の発振
周波数に接近する。
【０００５】この為、放電管内のレーザーガスの均一放
電を誘起するための軸方向均一磁界を形成するＴＭ010
モード（Transverse Magnetic Mode；"010"は第１種の
ベッセル関数で表される添字）以外の種々のモードが共
存することになる。このように空洞共振器内に種々のモ
ードが混在すると、放電が不均一となり、放電管内のレ
ーザガス全体を放電励起できなくなり、逆にレーザー出
力が低下するという欠点がある。
電を誘起するための軸方向均一磁界を形成するＴＭ010
モード（Transverse Magnetic Mode；"010"は第１種の
ベッセル関数で表される添字）以外の種々のモードが共
存することになる。このように空洞共振器内に種々のモ
ードが混在すると、放電が不均一となり、放電管内のレ
ーザガス全体を放電励起できなくなり、逆にレーザー出
力が低下するという欠点がある。
【０００６】また、レーザー出力を上げるためにマイク
ロ波パワーを上げると、放電管の温度が上昇することか
ら、レーザ出力の増大に限界があった。本発明は、上記
従来技術に鑑みて成されたものであり、円筒型空洞共振
器の内部にＴＭ010モードを優先的に形成させることに
よて、円筒型空洞共振器内のレーザーガス全体を均一に
放電させ、レーザー出力及び発振効率を向上させること
ができる方法を提供することを目的とする。
ロ波パワーを上げると、放電管の温度が上昇することか
ら、レーザ出力の増大に限界があった。本発明は、上記
従来技術に鑑みて成されたものであり、円筒型空洞共振
器の内部にＴＭ010モードを優先的に形成させることに
よて、円筒型空洞共振器内のレーザーガス全体を均一に
放電させ、レーザー出力及び発振効率を向上させること
ができる方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はマイクロ波発振器から出力されたマイクロ
波を円筒型空洞共振器中に導入し、その電界によって放
電を発生させる放電管と、全反射ミラー及び出力ミラー
からなる光共振器とによって構成されるレーザー発振器
において、前記空洞共振器を前記放電管と同軸上に連結
板で複数個連結することにより、放電管軸方向に均一な
マイクロ波電界となるＴＭ010による連成モードのうち
π／２モードを形成させることによって、均一電界を形
成することを特徴とする。
発明の構成はマイクロ波発振器から出力されたマイクロ
波を円筒型空洞共振器中に導入し、その電界によって放
電を発生させる放電管と、全反射ミラー及び出力ミラー
からなる光共振器とによって構成されるレーザー発振器
において、前記空洞共振器を前記放電管と同軸上に連結
板で複数個連結することにより、放電管軸方向に均一な
マイクロ波電界となるＴＭ010による連成モードのうち
π／２モードを形成させることによって、均一電界を形
成することを特徴とする。
【０００８】
【作用】円筒型空洞共振器の内部に、電界ベクトルに対
して垂直となるように、金属製の連結板を設置して、図
４に示すように、ＴＭ010のπ／２モードだけを共振さ
せる空洞共振器を複数個同軸上に連結すると、連結した
空洞共振器内の放電管内のレーザガス全体は均一に放電
することになる。
して垂直となるように、金属製の連結板を設置して、図
４に示すように、ＴＭ010のπ／２モードだけを共振さ
せる空洞共振器を複数個同軸上に連結すると、連結した
空洞共振器内の放電管内のレーザガス全体は均一に放電
することになる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明について図面に示す実施例を参
照して詳細に説明する。図１に本発明のレーザーガスの
マイクロ波放電励起法に係る一実施例を示す。本実施例
では、空洞共振器として円筒型空洞共振器を使用するも
のである。同図に示すように本実施例のレーザー発振器
は、炭酸ガスレーザー用のレーザーガス（組成ＣＯ2 ，
Ｎ2，Ｈe，圧力４０Torr）を対象として、３個の円筒型
空洞共振器４（内径8.3cm、長さ10cm）を２枚の銅製の
環状連結板８（内径4.0cm、厚さ0.5cm）により連結し
て、両端には端板９を取り付けたものである。この結
果、連結された３個の円筒型空洞共振器４の全長は、３
１ｃｍとなった。ここで中央の円筒型空洞共振器４に
は、導波管３、アイリス１３（口径４５ｍｍ）を介して
マイクロ波発振器３が接続されている（アイリス１３の
口径は、インピーダンスマッチングをとるために、放電
が発生した時に、反対マイクロ波がゼロになるように設
定した（定在波比１．１））。
照して詳細に説明する。図１に本発明のレーザーガスの
マイクロ波放電励起法に係る一実施例を示す。本実施例
では、空洞共振器として円筒型空洞共振器を使用するも
のである。同図に示すように本実施例のレーザー発振器
は、炭酸ガスレーザー用のレーザーガス（組成ＣＯ2 ，
Ｎ2，Ｈe，圧力４０Torr）を対象として、３個の円筒型
空洞共振器４（内径8.3cm、長さ10cm）を２枚の銅製の
環状連結板８（内径4.0cm、厚さ0.5cm）により連結し
て、両端には端板９を取り付けたものである。この結
果、連結された３個の円筒型空洞共振器４の全長は、３
１ｃｍとなった。ここで中央の円筒型空洞共振器４に
は、導波管３、アイリス１３（口径４５ｍｍ）を介して
マイクロ波発振器３が接続されている（アイリス１３の
口径は、インピーダンスマッチングをとるために、放電
が発生した時に、反対マイクロ波がゼロになるように設
定した（定在波比１．１））。
【００１０】これら３個の円筒型空洞共振器４内には、
端板９を貫通して放電管１が挿入されており、放電管１
の両端にはそれぞれ光共振器を構成する全反射ミラー
５、出力ミラー６が配置されている。放電管１からレー
ザガスを排出するための排出用管路１１が中央の円筒型
空洞共振器４に挿入され、放電管１の中央に連通してい
る。また、放電管１の両端には流入用管路１０が連通し
ており、これら流入用管路１１、流入用管路１０は熱交
換器等のガス循環器１２を介して接続している。
端板９を貫通して放電管１が挿入されており、放電管１
の両端にはそれぞれ光共振器を構成する全反射ミラー
５、出力ミラー６が配置されている。放電管１からレー
ザガスを排出するための排出用管路１１が中央の円筒型
空洞共振器４に挿入され、放電管１の中央に連通してい
る。また、放電管１の両端には流入用管路１０が連通し
ており、これら流入用管路１１、流入用管路１０は熱交
換器等のガス循環器１２を介して接続している。
【００１１】従って、レーザーガスは流入用管路１０を
経て放電管１に導かれ、放電により加熱されたレーザー
ガスは、放電管１から中央の排出用管路１１を通じて排
出され、更に、ガス循環器１２により流入用管路１０を
通って放電管１に再び循環されることになる。ここで、
マイクロ波発振器２から周波数２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を導波管３、アイリス１３を経て中央の円筒型空洞
共振器４へ伝搬させることにより、マイクロ波の電界に
より放電管１内のレーザガスが放電励起する。この時、
図４に示すように連結した円筒型空洞共振器４にはＴＭ
010のπ／２モードの電界が発生し、３個の空洞共振器
４のうち両端の２個の空洞共振器４は均一に放電するこ
とになる。尚、中央の空洞共振器４においてＴＭ010の
０モード及びπモードが電界を形成すると、放電管１と
排出用管路１１との接続部分においても放電を発生する
虞があるため、本発明では、連結板８を工夫することに
より、図に示すようにＴＭ 010のπ／２モードの電界の
みを発生させて、中央の空洞共振器４では放電しないよ
うにしたものである。
経て放電管１に導かれ、放電により加熱されたレーザー
ガスは、放電管１から中央の排出用管路１１を通じて排
出され、更に、ガス循環器１２により流入用管路１０を
通って放電管１に再び循環されることになる。ここで、
マイクロ波発振器２から周波数２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波を導波管３、アイリス１３を経て中央の円筒型空洞
共振器４へ伝搬させることにより、マイクロ波の電界に
より放電管１内のレーザガスが放電励起する。この時、
図４に示すように連結した円筒型空洞共振器４にはＴＭ
010のπ／２モードの電界が発生し、３個の空洞共振器
４のうち両端の２個の空洞共振器４は均一に放電するこ
とになる。尚、中央の空洞共振器４においてＴＭ010の
０モード及びπモードが電界を形成すると、放電管１と
排出用管路１１との接続部分においても放電を発生する
虞があるため、本発明では、連結板８を工夫することに
より、図に示すようにＴＭ 010のπ／２モードの電界の
みを発生させて、中央の空洞共振器４では放電しないよ
うにしたものである。
【００１２】この実施例で得られるレーザー出力及びレ
ーザー発振効率を表１に示す。
ーザー発振効率を表１に示す。
【表１】 この表１に示すように、連結板により３個の円筒型空洞
共振器４を連結して共振器長を長くすると、従来の１個
の円筒型空洞共振器の場合に比較して、レーザ発振効率
はほとんど変わらないが、レーザー出力はそれに比例し
て増加することが判る。更に、円環状連結板８の厚みと
内径を変えることにより、各共振器毎にマイクロ波パワ
ーの注入量を制御することが可能である。
共振器４を連結して共振器長を長くすると、従来の１個
の円筒型空洞共振器の場合に比較して、レーザ発振効率
はほとんど変わらないが、レーザー出力はそれに比例し
て増加することが判る。更に、円環状連結板８の厚みと
内径を変えることにより、各共振器毎にマイクロ波パワ
ーの注入量を制御することが可能である。
【００１３】一方、本発明のπ／２モードを形成する連
結型の空洞共振器を用いず、従来法に従って、図２に示
すように共振器長３０ｃｍの空洞共振器でレーザーガス
を放電させた場合、レーザーガスの放電温度が上昇する
ため、表１に示すようにレーザー出力、発振出力はあま
り上がらなかった。これらの結果を比較すると、レーザ
ー出力を増大させるためには、本発明によるＴＭ010の
π／２モードを使用すること、更に、レーザガスをマイ
クロ波の導入される中央の円筒型空洞共振器４から導入
し、隣接する円筒型空洞共振器４に分配することが効果
的であることが判る。
結型の空洞共振器を用いず、従来法に従って、図２に示
すように共振器長３０ｃｍの空洞共振器でレーザーガス
を放電させた場合、レーザーガスの放電温度が上昇する
ため、表１に示すようにレーザー出力、発振出力はあま
り上がらなかった。これらの結果を比較すると、レーザ
ー出力を増大させるためには、本発明によるＴＭ010の
π／２モードを使用すること、更に、レーザガスをマイ
クロ波の導入される中央の円筒型空洞共振器４から導入
し、隣接する円筒型空洞共振器４に分配することが効果
的であることが判る。
【００１４】尚、本発明は上記実施例に限るものではな
く、ＴＭ010のπ／２モードの電界を形成していない円
筒型空洞共振器でマイクロ波導入用のアンテナあるいは
アイリスを結合しても良い。例えば、導波管と空洞共振
器との接続にアイリスを用いる代わりに、同軸導波路や
同軸ケーブルを用いる場合には、アンテナカップリング
（内導体を空洞共振器に挿入したものや、内導体と外導
体とを一部短絡させたループ状のもの）させて、アイリ
スを用いた場合と同じインピーダンスが（定在波比）が
得られるようにしても良い。
く、ＴＭ010のπ／２モードの電界を形成していない円
筒型空洞共振器でマイクロ波導入用のアンテナあるいは
アイリスを結合しても良い。例えば、導波管と空洞共振
器との接続にアイリスを用いる代わりに、同軸導波路や
同軸ケーブルを用いる場合には、アンテナカップリング
（内導体を空洞共振器に挿入したものや、内導体と外導
体とを一部短絡させたループ状のもの）させて、アイリ
スを用いた場合と同じインピーダンスが（定在波比）が
得られるようにしても良い。
【００１５】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、円筒型空洞共振器内に設置
した放電管内のレーザーガスの放電を均一に維持したま
ま、放電体積を増大させることができるので、レーザー
出力を増大することができる。更に、レーザーガスを有
効に流入及び分配することにより、レーザー出力を一層
増大することができる。
たように、本発明によれば、円筒型空洞共振器内に設置
した放電管内のレーザーガスの放電を均一に維持したま
ま、放電体積を増大させることができるので、レーザー
出力を増大することができる。更に、レーザーガスを有
効に流入及び分配することにより、レーザー出力を一層
増大することができる。
【図１】本発明の一実施例に係るレーザー装置の正面断
面図である。
面図である。
【図２】従来のレーザー装置を示す正面断面図である。
【図３】共振周波数と空洞共振器長との関係を示すグラ
フである。
フである。
【図４】円筒型空洞共振器におけるＴＭ010の連成モー
ドを示す説明図である。
ドを示す説明図である。
１ 放電管 ２ マイクロ波発振器 ３ 導波管 ４ 円筒型空洞共振器 ５ 全反射ミラー ６ 出力ミラー ７ レーザー光 ８ 円環状連結板 ９ 端板 １０ 流入用管路 １１ 排出用管路 １２ ガス循環器 １３ アイリス
Claims (1)
- 【請求項１】 マイクロ波発振器から出力されたマイク
ロ波を円筒型空洞共振器中に導入し、その電界によって
放電を発生させる放電管と、全反射ミラー及び出力ミラ
ーからなる光共振器とによって構成されるレーザー発振
器において、前記空洞共振器を前記放電管と同軸上に連
結板で複数個連結することにより、放電管軸方向に均一
なマイクロ波電界となるＴＭ010による連成モードのう
ちπ／２モードを形成させることによって、均一電界を
形成することを特徴とするレーザーガスのマイクロ波放
電励起法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29419492A JPH06152029A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | レーザーガスのマイクロ波放電励起法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29419492A JPH06152029A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | レーザーガスのマイクロ波放電励起法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06152029A true JPH06152029A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=17804535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29419492A Withdrawn JPH06152029A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | レーザーガスのマイクロ波放電励起法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06152029A (ja) |
-
1992
- 1992-11-02 JP JP29419492A patent/JPH06152029A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |