JPH10190102A - 気体レーザーの放電励起方法及び気体レーザー装置 - Google Patents

気体レーザーの放電励起方法及び気体レーザー装置

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JPH10190102A
JPH10190102A JP34078696A JP34078696A JPH10190102A JP H10190102 A JPH10190102 A JP H10190102A JP 34078696 A JP34078696 A JP 34078696A JP 34078696 A JP34078696 A JP 34078696A JP H10190102 A JPH10190102 A JP H10190102A
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JP
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gas
laser
discharge
downstream
discharge tube
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JP34078696A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Ikeda
哲哉 池田
Minoru Danno
実 団野
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー発振出力及びレーザー発振効率を
向上させる。 【解決手段】 レーザーガス8が流通される放電管1a
は、空胴共振器4aに挿入される状態で配置されてお
り、マイクロ波発振器2から出力されたマイクロ波は導
波管3により空胴共振器4aに導かれる。このため、マ
イクロ波によりレーザーガスが放電励起されて発生した
誘導放出光は、ミラー5,6間で反射増幅され、ミラー
6からレーザー光として出力される。空胴共振器4a
は、放電管1aのうち、ガスの流れ方向に関して、上流
側に配置されている。このため空胴共振器1aの上流側
にて放電励起をし、下流側放電管長Lの部分にてガスミ
キシングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体レーザーの放
電励起方法及び気体レーザー装置に関し、高周波領域の
電磁波によってレーザーガス(レーザー媒質)を高周波
放電励起させるレーザー発振器に適用して有効なもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の気体レーザー装置を図4を参照し
て説明する。同図に示すように従来の気体レーザー装置
では、内部にレーザーガス8が循環供給される放電管1
は、円筒型空胴共振器4の軸方向に挿入される状態で設
置されている。円筒型空胴共振器4には、導波管3を介
してマイクロ波発振器2が接続されている。前記放電管
1の両端には、光共振器を構成する全反射ミラー5と出
力ミラー6が対向設置されている。
【0003】上記構成の気体レーザー装置では、マイク
ロ波発振器2から出力されたマイクロ波が、導波管3の
中を伝搬して円筒型空胴共振器4に伝送されると、円筒
型空胴共振器4内の空間ひいては放電管1内の空間にマ
イクロ波が封入される。このため、放電管1内のレーザ
ーガス8がマイクロ波の電界により放電励起される。こ
れによってレーザーガス8から誘導放出光が発生し、光
共振器を構成する全反射ミラー5と出力ミラー6の間の
往復反射によって誘導放出光が増幅され、出力ミラー6
を透過したレーザー光7を取り出すことができる。
【0004】なお、図4に示すようなタイプの気体レー
ザー装置は、レーザーガス8のガス流の流れ方向と光軸
とが平行となっているので、一般に、「軸流方式」のレ
ーザー装置と称されている。
【0005】マイクロ波によるレーザーガスの放電励起
法はHandy and Brandelik, J. Appl. Phys. Vol. 49, P
3753-3756 (1978)によりすでに公知である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、マイクロ波を
封入した空胴共振器4を使った場合、レーザー媒質(レ
ーザーガス8)を放電励起することは可能であるが、従
来技術ではレーザー出力を上げるために、できるだけ放
電管1内のレーザーガス8を光軸上に対して滞在できる
ように放電空間が構成されている。
【0007】したがって、レーザーガス8全体を放電さ
せるには大きな電力を必要とするという欠点や、放電空
間内の電界を上げて分子を励起しようと企図して高周波
パワーを上げても、電界強度はそれほど効果的に上げら
れないという欠点がある。
【0008】また、電界によって発生した放電プラズマ
はマイクロ波エネルギーを吸収しやすい。このため、放
電管1内を流れるレーザーガス8によるプラズマに着目
すると、マイクロ波エネルギーは、放電管8の上流側に
比べて放電管8の下流側において、より多く吸収され
る。この結果、分子の励起を狙った投入パワーの増加に
もかかわらず、出力パワーの増加はそれほど得られず、
投入増加パワーの殆どがパワー損失となり、レーザーガ
ス8の温度上昇が避けられない欠点がある。
【0009】本発明は、上記従来技術の不具合点を解消
するためになされたもので、レーザーガスを構成する分
子の高周波電界による放電及びレーザー発振に適した励
起を行わせることによって、レーザー出力を増大させる
と共に、発振効率を向上させることができる気体レーザ
ーの放電励起方法及び気体レーザー装置を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、高周波発振器から出力された電磁波を同軸
ケーブルや導波管により、内部に放電管が設置された対
向型平行平板電極または誘導カップリングコイルまたは
空胴共振器に導き、前記放電管内の空間に封入されてい
るレーザー媒質ガスを、前記電磁波による電界によって
放電励起させてレーザー出力を得る軸流方式の気体レー
ザーの放電励起法において、放電励起をガス流れ上流側
に集中させて放電管断面全体にプラズマを生成させた
後、ガス流れ下流部にてミキシングさせながらレーザー
光軸上にガス流れを保持することを特徴とする。
【0011】また本発明の気体レーザーの放電励起方法
は、前記電磁波による放電励起後、直ちに、放電前のレ
ーザーガスの一部を放電部下流のガス流れに供給し、ガ
スミキシングによってガス流れの冷却を強化することを
特徴とする。
【0012】また本発明の気体レーザーの放電励起方法
は、ガス流れ上流側に空胴共振器を設置し、この空胴共
振器を、下流側空胴と、電磁波が導かれる上流側空胴と
に2分割することによって、放電発生とガス分子の励起
をさせることを特徴とする。
【0013】また本発明の構成は、高周波発振器から出
力された電磁波を同軸ケーブルや導波管により、内部に
放電管が設置された対向型平行平板電極または誘導カッ
プリングコイルまたは空胴共振器に導き、前記放電管内
の空間に封入されているレーザー媒質ガスを、前記電磁
波による電界によって励起させてレーザー出力を得る軸
流方式の気体レーザー装置において、レーザーガスを流
動させる放電管に対して、放電部がレーザー発振軸上に
対して上流に設置され、その放電部下流にミキシング部
を確保することを特徴とする。
【0014】本発明では、CO2 分子等を放電及び励起
させる放電部とガス冷却を強化するミキシング部の2つ
の機能を分離している。このため、本発明によれば高周
波電界をガス流れ上流のせまい空間に集中させることで
少ないパワーで高電界をレーザーガスに作用させ放電下
流部には電界を作用させず、ガスのミキシングを十分に
行うことで光軸上でガスを冷却することにより、光軸方
向に高いレーザ発振利得を得ることができる。そして、
本発明では、放電部に適用する高周波は1MHzのRF
領域から数10MHzのマイクロ波領域でも使用でき
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づき詳細に説明する。
【0016】図1は本発明の第1実施例にかかる気体
(炭酸ガス)レーザー装置を示す。同図に示すように、
内部にレーザーガス8が循環供給される放電管1aは、
円筒型(矩型)の空胴共振器4aの軸方向に挿入される
状態で設置されている。しかも、空胴共振器4aは、レ
ーザーガス8の流れ方向に関して、放電管1aの上流側
に配置されている。また、放電管1aは、空胴共振器4
aが設置された位置よりも下流側において、ガスミキシ
ングが十分とれるように、放電管長を長くとっている。
【0017】空胴共振器4aの側端には導波管3の一端
が接続されており、導波管4の他端はマイクロ波発振器
2に接続されている。また前記放電管1の光軸上の両端
には、光共振器を構成する全反射ミラー5と出力ミラー
6が対向設置されている。
【0018】ここで第1実施例の各部の、より具体的な
特性を説明する。マイクロ波発振器2は、2.45GH
zのマイクロ波を発振しており、1500Wのマイクロ
波を空胴共振器4aに入射する。前記レーザーガス8の
ガス組成は、CO2 ,N2 ,Heの混合ガスであり、そ
の圧力は50Torrである。空胴共振器4aの内径φは8
3mm、軸方向長さは100mmである。放電管1aの
内径φは25mmである。また、放電管1aのうち、空
胴共振器4aが設置された位置よりも下流側の下流側放
電管長Lは、200mm(または500mmまたは70
0mm)とした。
【0019】上記構成の気体レーザー装置では、マイク
ロ波発振器2から出力されたマイクロ波が、導波管3の
中を伝搬して空胴共振器4aに伝送されると、空胴共振
器4a内の空間ひいては放電管1a内の空間にマイクロ
波が封入される。このため、放電管1a内のレーザーガ
ス8がマイクロ波の電界により放電励起される。これに
よってレーザーガス8から誘導放出光が発生し、光共振
器を構成する全反射ミラー5と出力ミラー6の間の往復
反射によって誘導放出光が増幅され、出力ミラー6を透
過したレーザー光7を取り出すことができる。しかも、
下流側放電管長Lを長くしているため、この下流側放電
管長Lの部分でガスミキシングが十分行われ、レーザー
光7の出力が増大し、また、発振効率が向上する。
【0020】次の表1は、各下流側放電管長Lに応じ
た、夫々のレーザー出力と発振効率を示している。
【0021】
【表1】
【0022】なお、図4に示す従来の気体レーザー装置
では、放電管1の中央部の殆どが空胴共振器4に覆われ
ており、放電管1の中央部の殆どの部分がレーザー発振
に使われており、下流側放電管長が殆ど無いため、十分
なミキシングが行われず、レーザー出力は小さく、ま
た、発振効率は悪かった。
【0023】次に、本発明の第2実施例を、図2を参照
して説明する。この第2実施例では、空胴共振器4aの
内径はφ83mm、その軸方向長さは100mmであ
る。放電管1aの内径は25mm、その下流側放電管長
Lは500mmとしている。さらに、放電管1aの管内
空間のうち、空胴共振器4aが配置されている部分の直
ぐ下流側に、フレッシュなレーザーガス8を供給するた
めの後混合ガス供給部9を取付けている。なお、他の部
分の構成は、第1実施例と同様である。
【0024】第2実施例では、後混合ガス供給部9によ
り、フレッシュなレーザーガス8を供給して、ガスミキ
シングにより温度上昇を抑制することができる。このた
め、レーザー出力は220W程度となり、レーザー出力
が向上する。
【0025】次に、本発明の第3実施例を、図3を参照
して説明する。この第3実施例では、上流空胴10と励
起用下流空胴11を備えた空胴共振器4bを、放電管1
aの上流側に配置している。導波管3の一端は、空胴共
振器4bのうち上流空胴10の部分に接続されている。
【0026】第3実施例では、空胴共振器4bの内径φ
は83mm、その上流空胴10の軸方向長さは50mm
であり、その励起用下流空胴11の軸方向長さは100
mmである。放電管1aの内径φは25mm、その下流
側放電管長Lを500mmとした。
【0027】第3実施例では、上流空胴10の軸方向長
さを短くし、軸方向長さの長い励起用下流側空胴11
を、上流空胴10の下流に設けている。このため、上流
側の上流空胴10にて高い圧力で放電を可能とする強い
電界が得られ、励起用下流空胴11ではCO2 分子の励
起を発振に適するように制御できる。このように、上流
空胴10と励起用下流空胴11を有する空胴共振器4a
を導入することにより、レーザーガス8の圧力を70To
rrとしても、レーザー出力は250W程度と大きくな
る。つまり、空胴共振器4bの2つの空胴10,11の
効果のために出力が向上するのである。
【0028】上記各実施例では、高周波放電の例として
マイクロ波放電による励起及びレーザー発振を示した
が、周波数領域が13.56MHz等の高周波放電でも
同様の効果が得られる。
【0029】なお上記実施例では、空胴共振器に放電管
を配置したレーザー装置を示したが、放電用の対向型平
行平板電極に放電管を配置したレーザー装置や、誘導カ
ップリングコイルに放電管を配置したレーザー装置に
も、本発明を適用することができることは当然である。
さらに、導波管の代わりに同軸ケーブルを用いても良
い。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、気体レーザー装置にお
いてその光軸方向にレーザーガス分子に対して適正な電
界で放電を発生させることができ、さらに放電部下流で
ガスを十分にミキシングさせることによってレーザーガ
スを発振に適した励起状態を有効に形成できる。また、
従来方式では適正な電界が形成されず、ガスを加熱する
だけであったエネルギーを有効利用できるため、レーザ
ー発振効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかる気体レーザー装置
を示す正面断面図。
【図2】本発明の第2実施例にかかる気体レーザー装置
を示す正面断面図。
【図3】本発明の第3実施例にかかる気体レーザー装置
を示す正面断面図。
【図4】従来の気体レーザー装置を示す正面断面図。
【符号の説明】
1,1a 放電管 2 マイクロ波発振器 3 導波管 4,4a,4b 空胴共振器 5 全反射鏡 6 出力鏡 7 レーザー光 8 レーザーガス 9 後混合ガス供給部 10 上流空胴 11 励起用下流空胴 L 下流側放電管長

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波発振器から出力された電磁波を同
    軸ケーブルや導波管により、内部に放電管が設置された
    対向型平行平板電極または誘導カップリングコイルまた
    は空胴共振器に導き、前記放電管内の空間に封入されて
    いるレーザー媒質ガスを、前記電磁波による電界によっ
    て放電励起させてレーザー出力を得る軸流方式の気体レ
    ーザーの放電励起法において、 放電励起をガス流れ上流側に集中させて放電管断面全体
    にプラズマを生成させた後、ガス流れ下流部にてミキシ
    ングさせながらレーザー光軸上にガス流れを保持するこ
    とを特徴とする気体レーザーの放電励起方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の気体レーザーの放電励起
    方法において、前記電磁波による放電励起後、直ちに、
    放電前のレーザーガスの一部を放電部下流のガス流れに
    供給し、ガスミキシングによってガス流れの冷却を強化
    することを特徴とする気体レーザーの放電励起方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の気体レーザーの放電励起
    方法において、ガス流れ上流側に空胴共振器を設置し、
    この空胴共振器を、下流側空胴と、電磁波が導かれる上
    流側空胴とに2分割することによって、放電発生とガス
    分子の励起をさせることを特徴とする気体レーザーの放
    電励起方法。
  4. 【請求項4】 高周波発振器から出力された電磁波を同
    軸ケーブルや導波管により、内部に放電管が設置された
    対向型平行平板電極または誘導カップリングコイルまた
    は空胴共振器に導き、前記放電管内の空間に封入されて
    いるレーザー媒質ガスを、前記電磁波による電界によっ
    て励起させてレーザー出力を得る軸流方式の気体レーザ
    ー装置において、 レーザーガスを流動させる放電管に対して、放電部がレ
    ーザー発振軸上に対して上流に設置され、その放電部下
    流にミキシング部を確保することを特徴とする気体レー
    ザー装置。
JP34078696A 1996-12-20 1996-12-20 気体レーザーの放電励起方法及び気体レーザー装置 Withdrawn JPH10190102A (ja)

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