JPH11220189A

JPH11220189A - ガスレーザ装置

Info

Publication number: JPH11220189A
Application number: JP10018594A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Yajima; 浩義矢島; Koichi Saito; 幸一斉藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】被励起ガス媒質の電界内への効率的な供給・
排出を行い、被励起ガス媒質の放電を安定化し、高効率
な励起を行うことにより、レーザ発振の高出力化と出力
の長時間安定性、更には高い発振効率を実現できるガス
レーザ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、被励起ガス媒質５が、電極１
ａ、１ｂ間の電界３方向と直交しないように供給及び／
又は排出されることで、被励起ガス媒質５が電界３内を
通過する際に受ける電界強度の変化を小さくすることが
でき、放電の偏りや不安定を低減することができるよう
にしたガスレーザ装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスレーザ装置に
関し、特に、電極が形成する電界内で被励起ガス媒質を
高エネルギー状態に励起してレーザ発振する際の被励起
ガス媒質の電界内への供給・排出の構成に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスレーザ装置において被励起ガ
ス媒質の電界内への供給・排出手段としては、特開平５
−２９１６６２号公報に開示されたものが知られてお
り、このような被励起ガス媒質の供給・排出の構成を、
一般に三軸直交型と呼んでいる。

【０００３】図７は、このような従来にガスレーザ装置
の概略構成を示す断面図である。図７において、一対の
対向した電極１０１ａ及び１０１ｂに不図示の高電圧電
源により高電圧を印加することにより電界１０３を生じ
させ、電界領域１０３ａを生成する。この生成された電
界領域１０３ａにより、被励起ガス媒質１０５が放電励
起され、紙面に垂直な方向に対応した光軸１１０におい
て対向する一方が部分反射鏡である不図示の一対の反射
鏡鏡によってレーザ発振が行われる。

【０００４】そして、被励起ガス媒質１０５は送風機１
１３により循環されており、被励起ガス媒質１０５は、
その流れを示す図示矢印の如く、電界の方向と紙面に垂
直な方向とで形成される面と平行な面から電界方向に実
質直交するように供給されて、その反対側の面に実質直
交するように排出され、熱交換器１１４と通過した後再
び、送風機１１３に戻る。

【０００５】なお、これらの構成要素はレーザ管１１５
中に配置されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では以下の課題が発生していた。

【０００７】図８は、一対の電極１０１ａ及び１０１ｂ
が形成する電界の状態を説明する図であるが、これらの
電極に縁があることで、電束線１２０は、電極中心がも
っとも密で、電極の端に行くに従って疎になり、電界強
度としては、中心が強く、端が弱いような分布が形成さ
れている。

【０００８】一方、被励起ガス媒質は、電界により放電
励起されてレーザ発振すると、温度上昇を生じ、これに
より、被励起ガス媒質に流れがあると、流れ方向に温度
分布を形成することになるが、一般に、放電は、電界内
にガス温度分布があると、ガス温度が高い個所で点弧し
やすい傾向がある。

【０００９】このため、従来の三軸直交型の構成では、
このような被励起ガス媒質の流れ方向と電極間の電界分
布の存在する方向とが図７の左右方向で実質同軸である
こともあいまって、放電が、電界分布内で被励起ガス媒
質の温度分布の高温側に偏る現象や、パルス放電におい
て、放電位置が電界分布内、すなわち被励起ガス媒質の
流れ方向に不安定になる現象が見られる場合が生じる。

【００１０】そして、被励起ガス媒質の電界内への供給
・排出が、電界方向と直交していると、ガス媒質がもっ
とも大きい電界強度の変化を受けることになるから、放
電の偏りや不安定は顕著となってしまう。

【００１１】このような現象が起こると、レーザ発振の
効率低下を引き起こし、更に、レーザ発振の出力低下を
も引き起こし、電極のスパッタリングによる光学部品の
汚染や、被励起ガス媒質の劣化にもつながってしまう。

【００１２】すなわち、被励起ガス媒質が、不要な大き
な電界強度の変化を受けることが、放電の安定性に対す
る克服すべき課題であるといえる。

【００１３】本発明は、被励起ガス媒質の電界内への効
率的な供給・排出を行い、被励起ガス媒質の放電を安定
化し、高効率な励起を行うことにより、レーザ発振の高
出力化と出力の長時間安定性、更に、高い発振効率を実
現できるガスレーザ装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のガスレーザ装置
においては、被励起ガス媒質が、前記電極間の電界方向
と直交しないように供給及び／又は排出することで、被
励起ガス媒質が電界内を通過する際に受ける電界強度の
変化を小さくすることができ、放電の偏りや不安定を低
減することができるようにしたものである。

【００１５】このような構成によれば、被励起ガス媒質
の電界内への効率的な供給・排出を行い、被励起ガス媒
質の放電を安定化し、高効率な励起を行うことにより、
レーザ発振の高出力化と出力の長時間安定性、更に、高
い発振効率を実現できるガスレーザ装置を提供すること
ができるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】請求項１記載の本発明は、電極の
間に電界を形成し前記電極の間にある被励起ガス媒質を
高エネルギー状態に励起させてレーザ発振を行うガスレ
ーザ装置であって、前記被励起ガス媒質は、前記電極の
間の電界の方向と直交しないように供給及び／又は排出
されるガスレーザ装置である。

【００１７】これにより、被励起ガス媒質が電界内を通
過する際に受ける電界強度の変化を小さくし、放電の偏
りや不安定の発生を低減することができ、放電を安定化
し、高効率な励起が実現され、レーザ発振の高出力化と
出力の長時間安定性、更には、高い発振効率が得られる
という作用を有する。

【００１８】具体的には、請求項２記載のように、被励
起ガス媒質の供給及び／排出が、前記電極と前記被励起
ガス媒質を覆う壁部材との間の開口部を通じて行われる
構成であることがその作用の確実性及び構成の簡便性故
に好適である。

【００１９】また、請求項３記載の本発明は、電極の間
に電界を形成し前記電極の間にある被励起ガス媒質を高
エネルギー状態に励起させてレーザ発振を行うガスレー
ザ装置であって、前記被励起ガス媒質の供給及び／又は
排出が、前記電極を通じて行われるガスレーザ装置であ
る。

【００２０】これによっても、被励起ガス媒質が電界内
を通過する際に受ける電界強度の変化を小さくし、放電
の偏りや不安定の発生を低減することができ、放電を安
定化し、高効率な励起が実現され、レーザ発振の高出力
化と出力の長時間安定性、更には、高い発振効率が得ら
れるという作用を有する。

【００２１】具体的には、請求項４記載のように、電極
の高エネルギー状態に励起された被励起ガス側の表面と
裏面との間に形成された開口部を通じて、前記電極の間
の電界の方向と直交しないように前記被励起ガス媒質の
供給及び／又は排出が行われる構成であることが好適で
ある。

【００２２】このように、特に、被励起ガス媒質を電極
の表面と裏面の間を貫流することとすれば、被励起ガス
媒質を電界内へ最短の距離で供給・排出することがで
き、電界方向に沿った被励起ガス媒質の流れを実現し、
より効率的な被励起ガス媒質の供給・排出を実現し、レ
ーザ発振の高出力化と、放電が安定化することで、高い
発振効率と出力の長時間安定性が得られるという作用を
有する。

【００２３】ここで、請求項５記載のように、被励起ガ
ス媒質が貫流するために電極の表面と裏面を貫く開口部
が少なくとも一つ以上あればよい。

【００２４】特に、複数の開口を設ければ、被励起ガス
媒質の流れを増量し、更に電界内に均一な被励起ガス媒
質の流れを形成し、または、電界分布の強弱に対応した
被励起ガス媒質の流れを形成することで、レーザ発振の
高出力化が得られるという作用を有する。

【００２５】また、以上において、請求項６記載のよう
に、電界を形成する電極の少なくとも一方が誘電体を含
んで構成されていてもよく、誘電体によるいわゆるバラ
スト効果が生まれ、放電の均一な拡大が可能になり、レ
ーザ発振出力の高出力化と発振効率の向上が得られると
いう作用を有し、特に双方の電極に誘電体を設ければバ
ラスト効果は増大する。

【００２６】また、以上において、請求項７記載のよう
に、電界を形成する電極の形状が互いに異なる構成であ
ってもよく、電極の形状が異なることで、被励起ガス媒
質の供給・排出による電界内の被励起ガス媒質流れの状
態と、電極形状により形成される電界分布とを最適化
し、放電をより安定で均一化し、レーザ発振の高効率化
と高出力化が得られるという作用を有する。

【００２７】また、以上において、請求項８記載のよう
に、被励起ガス媒質が、高エネルギー状態に励起された
領域の周辺で循環する構成であっても、冷却された後励
起され得るためレーザ発振に寄与し得る。

【００２８】また、以上において、請求項９記載のよう
に、被励起ガス媒質が、排出された後再び電界内に供給
される構成であれば、被励起ガス媒質を循環させること
で、被励起ガス媒質の繰り返し利用が可能となり、ガス
レーザ装置の消費ガス量が少なくてすみ、経済的な装置
が構成されるという作用を有する。

【００２９】ここで、請求項１０記載のように、被励起
ガス媒質の排出と、前記排出後再び電界内への供給を強
制的に行う手段を有することも、電界内の被励起ガス媒
質の循環量が増大でき、被励起ガス媒質の流れ状態をよ
り制御することが可能になり、レーザ発振の高出力化
と、放電の安定化によるレーザ発振の高効率化が得られ
るという作用を有して好ましい。

【００３０】更に、請求項１１記載のように、被励起ガ
ス媒質の排出と、前記排出後再び電界内への供給を行う
経路に前記被励起ガス媒質を冷却する手段を有すること
も、電界内に再び供給される被励起ガス媒質の温度をよ
り低くすることが可能となり、レーザ発振の高出力化が
得られるという作用を有して好ましい。

【００３１】更に、請求項１２記載のように、被励起ガ
ス媒質を予備電離する手段を有することも、予備電離を
行うことで電極間の被励起ガス媒質内に放電の種となる
電離気体を放電開始前に存在させることができ、これに
より、励起状態の被励起ガス媒質の分布が均一化され、
高効率なレーザ発振と出力の長時間安定性が得られると
いう作用を有して好ましい。

【００３２】ここで、請求項１３記載のように、予備電
離する手段が電界方向と同軸上に設けられた構成であれ
ば、電界内の被励起ガス媒質に対して最短の距離で予備
電離が可能となり、かつ、電界を形成する電極の被励起
ガス媒質側の表面上が高電子密度になり、これにより、
励起状態の被励起ガス媒質の分布がより均一化され、高
効率なレーザ発振と出力の長時間安定性が得られるとい
う作用を有して好ましい。

【００３３】以上において、請求項１４記載のように、
電極間に形成される電界は、高周波電界であることが、
時間的に電界方向が振動することで、アーク放電の発生
が押さえられて、レーザ発振出力の高出力化と発振効率
の向上が得られるという作用を有するため好ましい。

【００３４】ここで、請求項１５記載のように、高周波
電界の周波数がマイクロ波であることが、電界の振動は
より高速になり、アーク放電の発生が更に低減され、レ
ーザ発振の高出力化と出力の長時間安定性、更には、高
い発振効率を実現できるという作用を有して好ましい。

【００３５】更に、請求項１６記載のように、マイクロ
波を定在波とするための定在波形成手段を有し、被励起
ガス媒質を前記定在波の腹位置で励起する構成であるこ
とも、このようにマイクロ波を定在波とし、定在波の腹
位置で被励起ガス媒質を励起することで、被励起ガス媒
質をもっとも電界強度が高い位置で励起すること、ま
た、もっとも強い励起を行うことができ、レーザ発振の
高出力化と高効率化が得られるという作用を有するため
好ましい。

【００３６】ここで、請求項１７記載のように、マイク
ロ波の周波数が２．４５ＧＨｚ±０．０５ＧＨｚである
ことが、安価であるマグネトロンが使用でき、装置の低
コスト化が可能になるという作用を有して好ましい。

【００３７】以下、本発明の各実施の形態について、図
１から図６を用いて説明する。 (実施の形態１）以下、本発明の実施の形態１につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３８】図１は、本実施の形態のガスレーザ装置の
概略図である。図１において、１ａは第１の電極、１ｂ
は第２の電極、２ａは第１の誘電体電極、２ｂは第２の
誘電体電極、３は電界、３ａはその電界領域または放電
領域、４は絶縁体隔壁、５は被励起ガス媒質、６はガス
媒質供給口、７はガス媒質排出口、８は内部レーザ管、
１０は光軸、及び１５はレーザ管であり、ガスレーザ装
置を構成する。

【００３９】ここで、本実施の形態で示した被励起ガス
媒質５は、ガス媒質の種類を変えれば数種の波長を発振
することが可能である。

【００４０】例えば、ＣＯ₂ガスレーザ、ＣＯガスレー
ザ、Ｎ₂ガスレーザ、金属蒸気ガスレーザ、希ガスガス
レーザ、Ｈｅ−Ｎｅガスレーザ、イオンレーザ等にも適
用可能である。

【００４１】以上の構成に、光軸１０の方向に対向しガ
ス媒質の発振波長に対して反射可能な反射鏡、つまり、
一方は反射率が限りなく高い反射鏡で、他方は一部は透
過するが、残りのほとんどは反射する部分反射鏡を配置
することでレーザ発振が可能になるが、この構成及び動
作についてより詳細に説明していく。

【００４２】まず、レーザ管１５内に被励起ガス媒質５
が封入される。そして、電極１の各々は、不図示の電源
に接続されており、その電源は例えば高周波電源であ
り、また、電極１の被励起ガス媒質側には、誘電体電極
２が配置されており、電極１とレーザ管１５間の絶縁
は、絶縁体隔壁４により得られる。

【００４３】続いて、電源から高電圧が電極１ａと電極
１ａに与えられ、誘電体電極２を介して電界領域３ａに
紙面と平行に電界３を形成する。

【００４４】そして、この高電圧が印加される電界領域
３ａ内の被励起ガス媒質５は、絶縁破壊して放電を開始
し、被励起ガス媒質５は励起されて高エネルギー状態と
なり、光軸１０上に対向した２枚の反射鏡の部分反射鏡
側からレーザ光が発振される。

【００４５】このときに、被励起ガス媒質５は、電界領
域３ａに対してガス媒質供給口６を通過して供給され、
放電励起されてレーザ発振に寄与した後高温となり、ガ
ス媒質排出口７を通過して電界領域３ａ外に排出され
る。

【００４６】続いて、ガス媒質排出口７から排出された
被励起ガス媒質５は、矢印で示すようにレーザ管１５内
を自然冷却されながらガス媒質供給口６へ至り、再び放
電励起されてレーザ発振に寄与する。

【００４７】なお、被励起ガス媒質５は、ガス媒質排出
口７からのみならず、矢印で示すように内部レーザ管８
内をも循環し、内部レーザ管８内で自然冷却され、ガス
媒質供給口６からの被励起ガス媒質５とともにり、再び
放電励起されてレーザ発振に寄与する成分もある。

【００４８】ここで、レーザ管１５と内部レーザ管８
を、水等で強制的に冷却することが効果的であること
は、もちろんである。

【００４９】以上の過程において、被励起ガス媒質５の
電界領域３ａへの供給・排出についてより詳細に説明す
る。

【００５０】本実施の形態では、被励起ガス媒質５の電
界領域３ａへの供給・排出は、紙面に平行な方向の電界
３の電界方向と平行か、直交ではないある角度で循環す
ることになる。

【００５１】というのは、電界３内の電界方向にある電
束線には連続性があり、このため、この方向には電界強
度分布が、ほとんどないことを考慮したためである。

【００５２】つまり、電界方向と直交する電界分布内の
被励起ガス媒質５の流れ成分は低減され、よって、放電
の偏りや不安定の発生が押さえられ、均一化と安定化が
なされることになる。

【００５３】ここで、電極１に接続される電源が高周波
電源であることで、電極１間に紙面に平行な電界方向が
形成されるが、この電界が高周波電源の周波数で振動す
ることで、より安定な放電が実現できる。

【００５４】また、誘電体電極２が電極１の被励起ガス
媒質５側に配置されることで、誘電体のバラスト効果に
より放電が均一化され、更に安定な放電が実現できる。

【００５５】また、電極１ａ、１ｂの形状が異なってい
れば、より効果的な電界分布制御が可能となり、放電の
均一化や安定化が得られる。

【００５６】また、電極１は、具体的には、材質は導電
体であればよく、望ましくは熱伝導度が高いものが好ま
しく、その形状は円柱状、方形状、台形状、半球状、楕
円体状、放物面状、中心にくびれのある形状、３次元形
状等でも効果が得られ、更には、例えば絶縁油やイオン
交換水による冷却も効果的である。

【００５７】また、誘電体電極２は、具体的には、誘電
体として石英やセラミック材料、更に高分子材料等が利
用でき、また、実効的に誘電体の作用を有する構成、例
えば誘電体内に真空部を持つ構造や、被励起ガス媒質５
よりも十分に高圧力なガスを充填した誘電体やなどでも
よく、望ましくは熱伝導度が高いものや、熱膨張率が低
いものの方がより好適である。

【００５８】更に、その形状は、円柱状、方形状、台形
状、半球状、楕円体状、放物面状、中心にくびれのある
形状、３次元形状等でも効果が得られ、また、その配置
は一方側のみでも効果があり、両側であれば好適であ
り、対向する形状は異なっていても効果がある。

【００５９】また、ガス媒質供給口６とガス媒質排出口
７の開口は、一つ以上であれば好適であり、その開口の
形状は、円や、スリットやメッシュ状であってもよい。

【００６０】以上のように、本実施の形態によれば、レ
ーザ発振の高出力化と出力の長時間安定性、更には、高
い発振効率が得られる。

【００６１】なお、光軸１０は、レーザ発振できるもの
であれば、紙面に垂直でなくてもよい。

【００６２】また、絶縁体隔壁４は、具体的には、望ま
しくは熱伝導度が高いものや、熱膨張率が低いものの方
が好適であり、更には、例えば絶縁油による冷却も効果
的である。

【００６３】(実施の形態２）以下、本発明の実施の形
態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００６４】図２は、本実施の形態のガスレーザ装置の
概略図である。図２において、２１ａは第１の開口付き
電極、２１ｂは第２の開口付き電極、２２ａは第１の開
口付き誘電体電極、及び２２ｂは第２の開口付き誘電体
であり、実施の形態１のガス媒質供給口６とガス媒質排
出口７の機能を、開口を設けた開口付き電極２１と開口
付き誘電体電極２２で構成した以外は、実施の形態１と
同様な構成である。

【００６５】以下、実施の形態１と動作が異なる部分に
ついて特に注目して説明していく。まず、被励起ガス媒
質５は、開口付き電極２１の形成する電界領域３ａに対
して、第１の開口付き電極２１ｂの電界領域３ａ側であ
る裏面側から表面側に向かって、そして更に、第１の開
口付き誘電体電極２２ｂの電界領域３ａ側である裏面側
から表面側に流れて、電界領域３ａに直接供給される。

【００６６】続いて、被励起ガス媒質５は、開口付き電
極１１の形成する電界領域３ａに対して、第２の開口付
き誘電体電極２２aの電界領域３ａ側である表面側から
裏面側に、そして更に、第２の開口付き電極２１ａの電
界領域３ａ側である表面側から裏面側に流れ、電界領域
３ａから直接排出される。

【００６７】つまり、この構成では、被励起ガス媒質５
の供給・排出は、電界領域３ａに対して直接行われるこ
とになり、高効率な循環が可能となる。

【００６８】よって、電界方向と直交する電界強度分布
方向の被励起ガス媒質５の流れ成分は最小になり、放電
の均一化と安定化が得られるとともに、電界領域３ａへ
の高注入電力化も可能になる。

【００６９】以上のように、本実施の形態によれば、レ
ーザ発振の高出力化と出力の長時間安定性、高いレーザ
発振効率がより効果的に得られる。

【００７０】ここで、貫流させるための開口は、具体的
には、複数であれば好適であり、その開口の形状は、円
や、スリットやメッシュ状であってもよく、更に、形状
と開口の向きを制御することで流れの制御が可能にな
る。

【００７１】(実施の形態３）以下、本発明の実施の形
態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００７２】図３は、本実施の形態を示すガスレーザ装
置の概略図である。図３において、３１は送風機及び３
２は熱交換器であり、それ以外は、実施の形態２と同様
な構成である。

【００７３】以下、実施の形態２との相違点に注目しな
がら説明する。本実施の形態では、励起を行った後の被
励起ガス媒質５が、電界領域３ａから第２の開口付き誘
電体電極２２ｂと第２の開口付き電極２１ｂとを通過し
て排出された後、レーザ管１５の内部を経て、まず、熱
交換器３２を通過する。

【００７４】この熱交換器３２は、内部が金属のフィン
状になっており、高温な状態の被励起ガス媒質５との衝
突確率が高くなるように構成され、更には、金属内部に
冷却水や液体窒素等で効率的な被励起ガス媒質５の冷却
が行えるように構成されていてもよい。

【００７５】そして、熱交換器３２を通過した後、再び
常温になった被励起ガス媒質５は、送風機３１を経て、
再びレーザ発振に寄与するように循環する。

【００７６】このとき、被励起ガス媒質５の循環は、送
風機３１により強制的に行われる。この送風機３１は、
具体的には、メカニカルブースターポンプ、ターボブロ
ア、同軸ファン、斜流ファン、シロッコファンなどが利
用できる。

【００７７】以上のように、本実施の形態によれば、電
界領域３ａに多くの被励起ガス媒質５を供給すること
で、レーザ発振の高出力化が得られ、また、速やかに電
界領域３ａから励起後の被励起ガス媒質５を排出するこ
とが可能となり、放電の安定化が更に得られ、出力の長
時間安定性と高い発振効率のレーザ発振が得られる。

【００７８】(実施の形態４）以下、本発明の実施の形
態４について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００７９】図４は、本実施の形態のガスレーザ装置の
概略図である。図４において、４１ａは第１の予備電離
電極、４２ｂは第２の予備電離電極であり、それ以外は
実施の形態３と同様な構成である。

【００８０】以下、実施の形態３との相違点に注目しな
がら説明する。本実施の形態では、第１の開口付き電極
２１ｂの下部には、予備電離電極４１ａと４１ｂが設置
されており、開口付き電極２１の電界により、電界領域
３ａ内で放電が点弧する直前に、予備電離電極４１が放
電する構成になっている。

【００８１】そして、この放電により発生した紫外線
が、第１の開口付き電極２１ｂの開口と第１の誘電体電
極２２ｂの開口とを通過し、電界領域３ａ内に電離気体
を発生させる。

【００８２】この電離気体は、放電点弧の種となり、放
電点弧の発生が困難である高ガス圧力時の点弧を容易な
ものにし、また、パルス放電時の放電位置や、放電形態
の安定化が得られることとなる。

【００８３】以上のように、本実施の形態によれば、高
ガス圧力時の点弧を容易にし、被励起ガス媒質分子数の
増大によるレーザ発振の高出力化が得られ、かつ放電の
安定化により、出力の長時間安定性と高い発振効率のレ
ーザ発振が得られる。

【００８４】なお、予備電離には、具体的にコロナ放電
や紫外光照射や電子線照射が利用でき、位置を上記の位
置以外に電界方向と直交させて行なってもよく、更に
は、開口付き誘電体電極内に設けることや、被励起ガス
媒質５の排出側で行うことや、複数個の予備電離電極を
２次元的若しくは３次元的に配置することも効果的であ
る。

【００８５】(実施の形態５）以下、本発明の実施の形
態５について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００８６】図５は、本実施の形態のガスレーザ装置の
概略図である。図５において、５１は導波路開口、５２
は導波路、５３は誘電体窓、５４はマイクロ波発振器、
５５は整合器、５６はプランジャ、及び５７は冷却水路
であり、これらを設けた以外は実施の形態２と同様であ
る。

【００８７】以下、実施の形態２との相違点に注目しな
がら説明する。本実施の形態のように、高周波電界の周
波数がマイクロ波であると、マイクロ波は、導波路によ
り導波路の形状により決まるモードで導波路内を電波と
して伝播し導波路内に電界を形成するため、高周波電界
がＧＨｚ以下の場合とはいくつかの相違点を有する。

【００８８】具体的には、図２における開口付き電極２
１ａ、２１ｂは、導体からなる導波路の一部となり、絶
縁体隔壁４は不要となる。

【００８９】つまり、図２の開口付き電極２１ａ、２１
ｂは、導波路開口５１ａ、５１ｂとなり、被励起ガス媒
質５は、誘電体窓５３の右側の導波路５３とレーザ管１
５内に封入される。

【００９０】そして、マイクロ波発生器５４から発振さ
れたマイクロ波は、導波路５２内を導波路５２の形状に
より選択されるモードで伝播する。

【００９１】ここで、マイクロ波発生器５４としては、
例えば２．４５ＧＨｚを発振するマグネトロンが入手の
便がよく安価である。

【００９２】ついで、マイクロ波は、マイクロ波を透過
する誘電体窓５３を透過して、誘電体窓５３の右側に伝
播する。

【００９３】ここで、誘電体窓５３としては、例えば石
英やテフロン等が、マイクロ波の透過と被励起ガス媒質
５の封入に好適である。

【００９４】そして、マイクロ波は、整合器５５と、被
励起ガス媒質５側の導体からなる導波路５２の壁との間
で定在波を形成する。

【００９５】詳細には、光軸１０の位置に定在波の腹を
形成し、ここの電界領域３ａを放電開始電圧以上にする
ことで、被励起ガス媒質５を放電励起し、光軸１０の方
向にレーザ発振を行うことになる。

【００９６】そして、一般に、マイクロ波周波数は高い
ので、電界の振動は非常に高速で交幡し、アーク放電の
発生が押さえられ、高注入電力密度が得られることにな
る。

【００９７】また、放電領域である電界領域３ａには、
導波路開口５１ａ、５２ｂが設置されており、形状と開
口形状は、実施の形態２の開口付き電極２１ａ、２１ｂ
について述べたものと同様であり、導波路開口５１ａ、
５１ｂの導波路内部側には、実施の形態２で述べた開口
付き誘電体２２ａ、２２ｂが設置されている。

【００９８】これらにより、電界領域３ａの電界分布を
制御し、放電の拘束力を上げて、放電の安定化を図って
いる。

【００９９】また、マイクロ波は、導体からなる導波路
５２内を電波として伝播するため、構成の大半を、被励
起ガス媒質５を冷却するのに適した金属で構成でき、導
波路５２とレーザ管１５内に冷却水路１７を設置するこ
とで、効率のよい冷却を行なうことができることにもな
る。

【０１００】また、実施の形態４と同様に、予備電離電
極を導波路開口５１下部や、被励起ガス媒質５が封入さ
れている導波路５２に、マイクロ波が漏洩しない程度の
開口を一つ以上設けて設置するのも好適である。

【０１０１】以上のように、本実施の形態によれば、マ
イクロ波を用いることでより高速に電界を交番させアー
ク放電の発生を押さえ、マイクロ波定在波の腹位置で放
電励起することで放電の拘束力を強くし、被励起ガス媒
質の放電領域への供給・排出により伝播方向の分布によ
る不安定と、温度分布による放電の不安定を押さえ、こ
れによる放電安定化によって、マイクロ波本来の特徴を
生かし、レーザ発振の高出力化とともに、出力の長時間
安定性と高い発振効率のレーザ発振が得られ、更に大半
を冷却に適した金属で構成できるので被励起ガス媒質の
冷却にも好適な構成を実現する。

【０１０２】（実施の形態６）以下、本発明の実施の形
態６について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【０１０３】図６は、本実施の形態のガスレーザ装置の
概略図である。図６において、３１は送風機及び３２は
熱交換器であり、その他は実施の形態５と同様な構成で
ある。

【０１０４】本実施の形態では、被励起ガス媒質５は、
送風機３１により強制的に循環され、更に、放電励起に
よって高温になった被励起ガス媒質５は、冷却水路を内
部に持つ導波路５２とレーザ管１５や、熱交換器３２に
より効率的に冷却されることになる。

【０１０５】以上のように、本実施の形態によれば、実
施の形態５の効果に加え、更に、放電領域に多くの被励
起ガス媒質を供給することで、レーザ発振の高出力化が
得られ、特に連続発振の出力増大に効果的であり、ま
た、速やかに放電領域から励起後の被励起ガス媒質を排
出することが可能となり、放電の安定化が更に得られ、
出力の長時間安定性と高い発振効率のレーザ発振が得ら
れる。

【０１０６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被励起ガ
ス媒質が電界強度分布を持つ電界領域内で放電励起され
る際に、この被励起ガス媒質を電界方向と少なくとも直
交しないように供給・排出することで、この被励起ガス
媒質が電界領域を通過する際に受ける電界強度分布の変
化を最小にし、これにより、放電の安定化がなされると
いう有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すガスレーザ装
置の概略図

【図２】同第２の実施の形態を示すガスレーザ装置の概
略図

【図３】同第３の実施の形態を示すガスレーザ装置の概
略図

【図４】同第４の実施の形態を示すガスレーザ装置の概
略図

【図５】同第５の実施の形態を示すガスレーザ装置の概
略図

【図６】同第６の実施の形態を示すガスレーザ装置の概
略図

【図７】従来のガスレーザ装置の概略図

【図８】同電極間の電束線の概略図

【符号の説明】

１ａ第１の電極１ｂ第２の電極２ａ第１の誘電体電極２ｂ第２の誘電体電極３電界３ａ電界または放電領域４絶縁体隔壁５被励起ガス媒質６ガス媒質供給口７ガス媒質排出口８内部レーザ管１０光軸１５レーザ管２１ａ第１の開口付き電極２１ｂ第２の開口付き電極２２ａ第２の開口付き誘電体電極２２ｂ第２の開口付き誘電体電極３１送風機３２熱交換器４１ａ第２の予備電離電極４１ｂ第２の予備電離電極５１ａ第１の導波路開口５１ｂ第２の導波路開口５７冷却水路５２導波路５３誘電体窓５４マイクロ波発振器５５整合器５６プランジャ１０１ａ第１の電極１０１ｂ第２の電極１０３電界１０３ａ電界または放電領域１０５被励起ガス媒質１１３送風機１１４熱交換器１１５レーザ管１２０電束線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極の間に電界を形成し前記電極の間に
ある被励起ガス媒質を高エネルギー状態に励起させてレ
ーザ発振を行うガスレーザ装置であって、前記被励起ガ
ス媒質は、前記電極の間の電界の方向と直交しないよう
に供給及び／又は排出されるガスレーザ装置。
【請求項２】被励起ガス媒質の供給及び／排出が、前
記電極と前記被励起ガス媒質を覆う壁部材との間の開口
部を通じて行われる請求項１記載のガスレーザ装置。
【請求項３】電極の間に電界を形成し前記電極の間に
ある被励起ガス媒質を高エネルギー状態に励起させてレ
ーザ発振を行うガスレーザ装置であって、前記被励起ガ
ス媒質の供給及び／又は排出が、前記電極を通じて行わ
れるガスレーザ装置。
【請求項４】電極の高エネルギー状態に励起された被
励起ガス側の表面と裏面との間に形成された開口部を通
じて、前記電極の間の電界の方向と直交しないように前
記被励起ガス媒質の供給及び／又は排出が行われる請求
項３記載のガスレーザ装置。
【請求項５】被励起ガス媒質が貫流するために電極の
表面と裏面を貫く開口部が少なくとも一つ以上ある請求
項４記載のガスレーザ装置。
【請求項６】電界を形成する電極の少なくとも一方が
誘電体を含んで構成される請求項１から５のいずれかに
記載のガスレーザ装置。
【請求項７】電界を形成する電極の形状が互いに異な
る請求項１から６のいずれかに記載のガスレーザ装置。
【請求項８】被励起ガス媒質が、高エネルギー状態に
励起された領域の周辺で循環する請求項１から７のいず
れかに記載のガスレーザ装置。
【請求項９】被励起ガス媒質が、排出された後再び電
界内に供給される請求項１から８のいずれかに記載のガ
スレーザ装置。
【請求項１０】被励起ガス媒質の排出と、前記排出後
再び電界内への供給を強制的に行う手段を有する請求項
９記載のガスレーザ装置。
【請求項１１】被励起ガス媒質の排出と、前記排出後
再び電界内への供給を行う経路に前記被励起ガス媒質を
冷却する手段を有する請求項９または１０記載のガスレ
ーザ装置。
【請求項１２】被励起ガス媒質を予備電離する手段を
有する請求項１から１１のいずれかに記載のガスレーザ
装置。
【請求項１３】予備電離する手段が電界方向と同軸上
に設けられた請求項１２記載のガスレーザ装置。
【請求項１４】電極間に形成される電界は、高周波電
界である請求項１から１３のいずれかに記載のガスレー
ザ装置。
【請求項１５】高周波電界の周波数がマイクロ波であ
る請求項１４記載のガスレーザ装置。
【請求項１６】マイクロ波を定在波とするための定在
波形成手段を有し、被励起ガス媒質を前記定在波の腹位
置で励起する請求項１５記載のガスレーザ装置。
【請求項１７】マイクロ波の周波数が２．４５ＧＨｚ
±０．０５ＧＨｚである請求項１６記載のガスレーザ装
置。