JPH07105540B2 - 気体レーザ装置 - Google Patents
気体レーザ装置Info
- Publication number
- JPH07105540B2 JPH07105540B2 JP13621589A JP13621589A JPH07105540B2 JP H07105540 B2 JPH07105540 B2 JP H07105540B2 JP 13621589 A JP13621589 A JP 13621589A JP 13621589 A JP13621589 A JP 13621589A JP H07105540 B2 JPH07105540 B2 JP H07105540B2
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- Japan
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- microwave
- discharge space
- laser
- dielectric
- discharge
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Lasers (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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。
気体レーザ装置に関するものである。
［従来の技術］ 第３図は従来の気体レーザ装置を示す斜視図、第４図は
気体レーザ装置の断面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ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）の巾を拡げるホーン導波
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
ザヘッド部、（７）はレーザ発振用の全反射ミラーであ
る。
気体レーザ装置の断面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ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）の巾を拡げるホーン導波
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
ザヘッド部、（７）はレーザ発振用の全反射ミラーであ
る。
このレーザヘッド部（６）は、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の構造を持つ。第
４図において、（61）はマイクロ波結合窓（４）に続く
空胴壁、（62）および（63）はこの空胴壁の断面の中央
部に形成されたリッジ、（64）はこの一方のリッジ（6
2）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（64）の壁面が使
用される。（66）はこの導電体壁（65）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（66）が上記溝（64）を覆うことにより上記導
電体壁（65）と誘電体（66）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（68）はリッジ
（62）および（63）に形成された冷却水路である。
あるリッジ導波管型のマイクロ波空胴の構造を持つ。第
４図において、（61）はマイクロ波結合窓（４）に続く
空胴壁、（62）および（63）はこの空胴壁の断面の中央
部に形成されたリッジ、（64）はこの一方のリッジ（6
2）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（64）の壁面が使
用される。（66）はこの導電体壁（65）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（66）が上記溝（64）を覆うことにより上記導
電体壁（65）と誘電体（66）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（68）はリッジ
（62）および（63）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）でインピ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ッド部（６）に結合され
る。レーザヘッド部（６）は第４図に示されるようにリ
ッジ空胴状になっており、マイクロ波はリッジ（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（67）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（65）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（66）との間に形成される放電空間（67）
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４
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（66）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（66）と導
電体壁（65）は対向して設置されているので導電体壁
（65）にも垂直な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はこの導電体壁
（65）を流れ、導電体壁（65）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
から空間的に一様な放電プラズマが得られる。
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）でインピ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ッド部（６）に結合され
る。レーザヘッド部（６）は第４図に示されるようにリ
ッジ空胴状になっており、マイクロ波はリッジ（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（67）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（65）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（66）との間に形成される放電空間（67）
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４
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（66）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（66）と導
電体壁（65）は対向して設置されているので導電体壁
（65）にも垂直な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はこの導電体壁
（65）を流れ、導電体壁（65）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
から空間的に一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、レーザヘッド
部（６）の一部を構成する導電体壁（65）と、この導電
体壁（65）に対向して設けられた誘電体（66）との間に
形成される放電空間（67）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（６）を誘電体（66）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
て空間的に一様なマイクロ波放電プラズマを発生できる
ようにしているが、放電空間（67）を気密を保って仕切
り、放電空間（67）を誘電体（66）を通して冷却する必
要から誘電体（66）が金属で形成されるリッジ（62）と
の金属接合性が良好で、熱伝導度の良いアルミナ、窒化
アルミ等の比較的誘電率の大きな材料で形成されている
ため、誘電率が大きいことによるマイクロ波の波長短縮
効果が大きくなり、放電空間（67）における軸方向の放
電の節Ｓの長さが短かく、多くの放電の節Ｓができ、マ
イクロ波をプラズマに均一に結合するのが難しく、放電
空間においてプラズマが均一に発生しないという問題点
があった。
部（６）の一部を構成する導電体壁（65）と、この導電
体壁（65）に対向して設けられた誘電体（66）との間に
形成される放電空間（67）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（６）を誘電体（66）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
て空間的に一様なマイクロ波放電プラズマを発生できる
ようにしているが、放電空間（67）を気密を保って仕切
り、放電空間（67）を誘電体（66）を通して冷却する必
要から誘電体（66）が金属で形成されるリッジ（62）と
の金属接合性が良好で、熱伝導度の良いアルミナ、窒化
アルミ等の比較的誘電率の大きな材料で形成されている
ため、誘電率が大きいことによるマイクロ波の波長短縮
効果が大きくなり、放電空間（67）における軸方向の放
電の節Ｓの長さが短かく、多くの放電の節Ｓができ、マ
イクロ波をプラズマに均一に結合するのが難しく、放電
空間においてプラズマが均一に発生しないという問題点
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
を軸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。
たもので、放電空間に発生するマイクロ波放電プラズマ
を軸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
うマイクロ波回路の誘電体は放電空間側に位置する金属
接合性が良好な第１セラミックス系材料層と放電空間の
反対側に位置する誘電率が低い第２セラミックス系材料
層とから形成されるようにしたものである。
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
うマイクロ波回路の誘電体は放電空間側に位置する金属
接合性が良好な第１セラミックス系材料層と放電空間の
反対側に位置する誘電率が低い第２セラミックス系材料
層とから形成されるようにしたものである。
［作用］ この発明においては、マイクロ波回路の誘電体は放電空
間側に位置する金属接合性が良好な第１セラミックス系
材料層と放電空間の反対側に位置する誘電率が低い第２
セラミックス材料層から形成されているから、誘電体全
体の平均的な誘電率が小さくなり、マイクロ波の波長短
縮効果を小さくでき、放電空間における軸方向の放電の
節の長さが長くなってマイクロ波をプラズマに均一に結
合するのが容易になると共に放電体積も大きくなって、
放電空間においてプラズマが均一に発生する。
間側に位置する金属接合性が良好な第１セラミックス系
材料層と放電空間の反対側に位置する誘電率が低い第２
セラミックス材料層から形成されているから、誘電体全
体の平均的な誘電率が小さくなり、マイクロ波の波長短
縮効果を小さくでき、放電空間における軸方向の放電の
節の長さが長くなってマイクロ波をプラズマに均一に結
合するのが容易になると共に放電体積も大きくなって、
放電空間において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を示す断面図、第２図はマ
イクロ波回路の断面図である。図において、従来例と同
一の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略
する。（661）はマイクロ波の入射窓となる誘電体（6
6）の一部を構成するアルミナからなる厚さが薄い第１
セラミックス系材料層で、放電空間（67）側に位置して
おり、金属のリッジ（62）と例えば接着剤で接合されて
いる。（662）は誘電体（66）の一部を構成するボロン
ナイトライドからなる厚さが厚い第２セラミックス系材
料層で、放電空間（67）の反対側に位置している。
イクロ波回路の断面図である。図において、従来例と同
一の構成は同一符号を付して重複した構成の説明を省略
する。（661）はマイクロ波の入射窓となる誘電体（6
6）の一部を構成するアルミナからなる厚さが薄い第１
セラミックス系材料層で、放電空間（67）側に位置して
おり、金属のリッジ（62）と例えば接着剤で接合されて
いる。（662）は誘電体（66）の一部を構成するボロン
ナイトライドからなる厚さが厚い第２セラミックス系材
料層で、放電空間（67）の反対側に位置している。
上記のように構成された気体レーザ装置においては、マ
イクロ波回路であるレーザヘッド部（６）の誘電体（6
6）は放電空間（67）側に位置するアルミナからなる第
１セラミックス系材料層（661）と放電空間（67）の反
対側に位置するボロンナイトライドからなる第２セラミ
ックス系材料層（662）とから形成されており、第１セ
ラミックス系材料層（661）のアルミナは金属接合性が
良好で比誘電率が約10で、第２セラミックス材料層（66
2）のボロンナイトライドは金属接合性は劣るが、比誘
電率が約3.5であるから、誘電体（66）全体の平均的な
誘電率はアルミナ単体の誘電体（６）のものより小さく
なり、マイクロ波の波長短縮効果を小さくする。従っ
て、第２図に示すように、放電空間（67）における軸方
向の放電の節Ｓの長さが長くなり、マイクロ波をプラズ
マに均一に接合するのが容易になると共に放電体積も大
きくなって放電空間（67）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。
イクロ波回路であるレーザヘッド部（６）の誘電体（6
6）は放電空間（67）側に位置するアルミナからなる第
１セラミックス系材料層（661）と放電空間（67）の反
対側に位置するボロンナイトライドからなる第２セラミ
ックス系材料層（662）とから形成されており、第１セ
ラミックス系材料層（661）のアルミナは金属接合性が
良好で比誘電率が約10で、第２セラミックス材料層（66
2）のボロンナイトライドは金属接合性は劣るが、比誘
電率が約3.5であるから、誘電体（66）全体の平均的な
誘電率はアルミナ単体の誘電体（６）のものより小さく
なり、マイクロ波の波長短縮効果を小さくする。従っ
て、第２図に示すように、放電空間（67）における軸方
向の放電の節Ｓの長さが長くなり、マイクロ波をプラズ
マに均一に接合するのが容易になると共に放電体積も大
きくなって放電空間（67）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、アルミナの第１セラミックス系材料層（661）の
厚さを薄く、ボロンナイトライドの第２セラミックス系
材料層（662）の厚さを厚くしているのは、これら二つ
のセラミックス系材料層（661），（662）からなる誘電
体（66）全体の平均的な誘電率をできるだけ小さな値と
するようにしたためである。更に、第１セラミックス系
材料層（661）を放電空間（67）側に位置させ、第２セ
ラミックス系材料層（662）を放電空間（67）の反対側
に位置させているのは、第１セラミックス系材料層（66
1）のアルミナは金属接合性が良好で、第２セラミック
ス系材料層（661）のボロンナイトライドは金属接合性
が劣るため、放電空間（67）の気密を保つために、放電
空間（67）の一面となる部分は金属のリッジ（62）と気
密接合ができる金属接合性が良好なもの、即ちアルミナ
の第１セラミックス系材料層（661）が必要とされるか
らである。
厚さを薄く、ボロンナイトライドの第２セラミックス系
材料層（662）の厚さを厚くしているのは、これら二つ
のセラミックス系材料層（661），（662）からなる誘電
体（66）全体の平均的な誘電率をできるだけ小さな値と
するようにしたためである。更に、第１セラミックス系
材料層（661）を放電空間（67）側に位置させ、第２セ
ラミックス系材料層（662）を放電空間（67）の反対側
に位置させているのは、第１セラミックス系材料層（66
1）のアルミナは金属接合性が良好で、第２セラミック
ス系材料層（661）のボロンナイトライドは金属接合性
が劣るため、放電空間（67）の気密を保つために、放電
空間（67）の一面となる部分は金属のリッジ（62）と気
密接合ができる金属接合性が良好なもの、即ちアルミナ
の第１セラミックス系材料層（661）が必要とされるか
らである。
なお、この実施例で、第１セラミックス系材料層（66
1）はアルミナとしているが、窒化アルミナ等金属接合
性が良好なものであればよい。アルミナや窒化アルミは
接着剤で金属と接合できるだけでなく、金属と接触する
部分の表面をメタライズし、金属とハンダ付けあるいは
ロウ付け等のメタル接合を行なうこともできる。また第
２セラミックス材料層（662）はボロンナイトライドと
しているが、ボロンナイトライド複合材料等誘電率が小
さいものであればよい。
1）はアルミナとしているが、窒化アルミナ等金属接合
性が良好なものであればよい。アルミナや窒化アルミは
接着剤で金属と接合できるだけでなく、金属と接触する
部分の表面をメタライズし、金属とハンダ付けあるいは
ロウ付け等のメタル接合を行なうこともできる。また第
２セラミックス材料層（662）はボロンナイトライドと
しているが、ボロンナイトライド複合材料等誘電率が小
さいものであればよい。
更に、この実施例では、導波管（２）及びホーン導波管
（３）とレーザヘッド部（６）とはレーザ光軸と直交す
る方向に配置されている気体レーザ装置について説明し
ているが、導波管とレーザヘッド部とがレーザ光軸に沿
う方向に並列配置された気体レーザ装置について適用で
きることはいうまでもない。
（３）とレーザヘッド部（６）とはレーザ光軸と直交す
る方向に配置されている気体レーザ装置について説明し
ているが、導波管とレーザヘッド部とがレーザ光軸に沿
う方向に並列配置された気体レーザ装置について適用で
きることはいうまでもない。
［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、マイクロ波回路の誘電
体は放電空間側に位置する金属接合性が良好な第１セラ
ミックス系材料層と放電空間の反対側に位置する誘電率
が低い第２セラミックス系材料層とから形成され、誘電
体全体の平均的な誘電率を小さくしてマイクロ波の波長
短縮効果を小さくするようにしているので、放電空間に
おける軸方向の放電の節の長さが長くなってマイクロ波
をプラズマに均一に接合するのが容易になると共に放電
体積も大きくなり、放電空間において長手方向にプラズ
マが安定かつ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。
体は放電空間側に位置する金属接合性が良好な第１セラ
ミックス系材料層と放電空間の反対側に位置する誘電率
が低い第２セラミックス系材料層とから形成され、誘電
体全体の平均的な誘電率を小さくしてマイクロ波の波長
短縮効果を小さくするようにしているので、放電空間に
おける軸方向の放電の節の長さが長くなってマイクロ波
をプラズマに均一に接合するのが容易になると共に放電
体積も大きくなり、放電空間において長手方向にプラズ
マが安定かつ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。
第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はマ
イクロ波回路の断面図、第３図は従来の気体レーザ装置
を示す斜視図、第４図は気体レーザ装置の断面図、第５
図は第３図のＶ−Ｖ線断面図である。 図において、（６）はレーザヘッド部（マイクロ波回
路）、（66）は誘電体、（661）は第１セラミックス系
材料層、（662）は第２セラミックス系材料層である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
イクロ波回路の断面図、第３図は従来の気体レーザ装置
を示す斜視図、第４図は気体レーザ装置の断面図、第５
図は第３図のＶ−Ｖ線断面図である。 図において、（６）はレーザヘッド部（マイクロ波回
路）、（66）は誘電体、（661）は第１セラミックス系
材料層、（662）は第２セラミックス系材料層である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項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、 前記マイクロ波回路の誘電体は放電空間側に位置する金
属接合性が良好な第１セラミックス系材料層と放電空間
の反対側に位置する誘電率が低い第２セラミックス系材
料層とから形成されていることを特徴とする気体レーザ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13621589A JPH07105540B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 気体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13621589A JPH07105540B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 気体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH033381A JPH033381A (ja) | 1991-01-09 |
| JPH07105540B2 true JPH07105540B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=15169995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13621589A Expired - Lifetime JPH07105540B2 (ja) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | 気体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105540B2 (ja) |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP13621589A patent/JPH07105540B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH033381A (ja) | 1991-01-09 |
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