JPS63184259A - マイクロ波放電光源装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明はマイクロ波放電を利用した光源装賃に関する
ものである。

〔従来の技術〕

第８図は特願昭６１−４６１７号で出願されて提案され
ている従来のマイクロ波放電光源装置を利用したレーザ
発ＳＩ７Ｉｃｍを示す概観断面図であり９図において、
（２）は内部（３）にキセノンガス等の放電励起媒質を
封入した無電極ランプで、透光性の誘電体で同軸円筒状
に形成した外管のおよび内管■の両端部のを封じ切って
形成されている。（４）は円筒状く形成され、内８＠に
同軸状に設けられた金属メツシュ板（９とによってマイ
クロ波共振空胴卿を構成する外導体で、外導体（４）の
内面は光反射面に仕上げられている。無電極ランプ（２
）はマイクロ波共振空胴ｉ４ｗ内に同軸状に配設されて
いる。（６）は−端がマイクロ波共振空胴Ｉに接続され
た導波管。

（７）は導波管（６）内に形成されたマイクロ波整合窓
。

１８１は導波管（６）の他端に設けられたマイクロ波発
振器であるマグネトロン、（９）はマグネトロン＋８１
から導波管（６）内に突出したマグネトロンアンテナ、
αυは導波管（６）と共振空胴卿との接続部に設けられ
た給電口で、導波管（６］、マイクロ波整合窓（７）、
マグネトロン（８１および給電口ａ１によりマイクロ波
給電手段Ｉを構成する。（１）は円筒状のマイクロ波共
振空胴Ａυの中心に同軸状に配設されたレーザロッド。

＋ｉｌ＋、　（１２は夫々レーザロッド（１）の両端に
対向して設けられたレーザ発振用全反射鏡およびレーザ
発振用部分透過鏡である。

次に、上記装置の動作について説明する。マグネトロン
（８）により発生されたマイクロ波はマグネトロンアン
テナ（９）から導波管（６）に放射され、給電口（ＩＣ
１を介してマイクロ波共振空胴■に励振される。

励振されたマイクロ波によって無電極ランプ（２）の内
部（３）が放電２発光する。この無電極ランプ（２１は
第９図にも示すように環状に形成されている。又。

マイクロ波共振空胴Ｑυは外導体（４）と内導体の役目
をする金属メツシュ＠（５）とにより同軸空胴に形成さ
れている。無電極ランプ１２）から放射された光は直接
あるいは外導体４の内面で反射されてレーザロッド（り
に照射され、レーザロッド＋１１内の励起媒質が励起さ
れ、全反射鏡（Ｉｌｌと部分透過鏡ａ２により構成され
たレーザ共振器によってレーザ発振が行われる。発振し
たレーザ光は部分透過鏡α２側よりレーザ光出力として
取り出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来のマイクロ波放電光源装置では１円筒
形の無電極ランプ（２）が円筒状の外導体（４）と円筒
状の金属メツシュ板（５吃によって構成されるマイクロ
波共振空胴ｌ内に設置されているために導電性を待つプ
ラズマが発生すると無電極ランプ（２：中のプラズマを
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
なり、プラズマ中のマイクロ波電界は無電極ランプ（２
）の管壁に平行な成分を主成分とする電界となり、プラ
ズマ中へ侵入するマイクロ波は実質的に無電極ランプ【
２）の管壁つまりプラズマ境界に対して垂直に入射する
モードとなる。このようにプラズマ境界に対して垂直に
入射するマイクロ波によって発生する放電においてはマ
イクロ波電界は無電極ランプ（２１の外管１２１Ｆから
内部に向けて減少するが、放電プラズマが定電圧的な特
性を持つために僅かな電界の差異によって１流密度が大
きく変化し、結果として無電極ランプ（２）の外管ＣＬ
ｌ付近に集中した著しく不均一なプラズマが発生するこ
とになる。この様子を第１０図の断面図に示す。図にお
いて（Ｌ！９はマイクロ波電界の電気力腺、αｅはプラ
ズマである。従来のマイクロ波放電を利用した光源装置
においては第１０図に示されるような不均一なプラズマ
が発生するために無電極ランプ（２）の外管Ｑ１１が異
常に加熱され。

破損したり、放電へのエネルギー変換効率が低下すると
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決するためになされ
たもので、空間的に一様なマイクロ波放電プラズマを発
生し、マイクロ波エネルギーが無電極ランプ（２：の放
電へ変換される効率が高く、無電極ランプ（２）の外管
のが異常加熱により破損される恐れのないマイクロ波放
電光源装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るマイクロ波放電光源装置は９例えば導波
管などのマイクロ波回路の一部を構成する導電体壁と、
この導電体壁に対向して設けられた誘電体との間に形成
される空間にプラズマ生成媒体を封入し、マイクロ波放
電によるプラズマを発生させるとともに、上記マイクロ
波回路は上記誘電体とプラズマの境界に垂直な電界成分
を持つマイクロ波モードを形成するようにしたものであ
る。

〔作用〕

この発明に係るマイクロ波放電光源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と。

この導電体壁に対向して設けられ、マイクロ波の入射窓
となる＝１体との間に形成される空間においてマイクロ
波放電を行なわせるため、マイクロ波入射窓であるｅｊ
導電体対向してプラズマよりも導電性の高い導１体壁が
あるために入射マイクロ波の終端電流はこの導電体壁を
流れ、プラズマ中には上記誘電体と導電体壁の間を貫通
する電流が流れることになり、空間的に一様なプラズマ
が発生する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は本発明をレーザ励起光源として応用した例の概観図
であり、第２図は第１図の人−人での断面図である。図
において、（２）は内部（３）に希ガスや水銀などの金
属のプラズマ生成媒体を封入した無電極ランプで９例え
ば石英などの透光体の＝１体で同軸円筒状に形成した外
管Ｑ１１および内管■の両端部のを制じ切って形成され
ている。αηは無電極ランプ（２１の内管■の外用側に
同軸状に設けられた内導体としての金属メツシュ膜であ
り、外ｖｃ！ｌｌとの間に放１空間Ｃ３）１を形成して
いる。（４）は円筒状に形成され内導体としての金属メ
ツシュ膜αηとによってマイクロ波回路の一種である同
軸線路の偽造を持つマイクロ波共振空カ同Ｉを構成する
外導体で、外導体（４）の内面は光反射面に仕上げられ
ている。無電極ランプ（２）はマイクロ波共振空胴卿内
に同軸状に配設されている。【６）は一端がマイクロ汲
共撮空胴Ｉに接続された導波管、（７）は導波管（５１
内に形成されたマイクロ波整合窓、（８１は導波管（６
）の他端に設けられたマイクロ波発援器であるマグネト
ロン、（９Ｉはマグネトロンｆ８＋から導波管（６）内
に突出したマグネトロンアンテナ、α１は導波管（６）
と共振空胴ｉ４Ｄとの接続部に設けられた給電口で。

導波管（６１，マイクロｔ＆、ｎ合窓（７）、マグネト
ロン（８）および給電口αＣによりマイクロ波給り′手
段α４を構成する。（１）は円筒状のマイクロ波共搗空
胴圓の中心に同軸状に配設されたレーザロッド、α１１
．　＋１２は夫々レーザロッド＋１＋の両端に対向して
収けられたレーザ発振用全反射鏡およびレーザ発振用部
分透過鏡である。

次に、上記装首の動作について説明する。マグネトロン
（８１により発生されたマイクロ波はマグネトロンアン
テナ（９）から導＆管（６）に放射され、給電口αａを
介してマイクロ波共振空胴卿に励振される。

励振されたマイクロ波によって無電極ランプ（２）の放
電空間ＣＤが放電２発光する。この無電極ランプ（２）
は第３図にも示すように環状に形成されている。

又、マイクロ波共振共胴圓は外導体＋４）と内導体の役
目をする金爬メツシュ膜ａηとにより同軸空胴に形成さ
れている。無電極ランプ（２）から放射された光は直接
あるいは外導体（４）の内面で反射されてレーザロッド
ｆｌ）に照射され、レーザロッドｆｌｌ内の励起＆−負
が励起され、全反射鏡α１１と部分湧過境α２により構
成されたレーザ共振器によってレーザ発振が行われる。

発振したレーザ光は部分透過鏡α２倶ｊよりレーザ光出
力として取り出される。この時。

本発明によるマイクロ波放電光源！１２ｔ１ｔにおいて
はマイクロ波回路の一部を構成する内導体としての金属
メツシュ膜＋１７１と、この金属メツシュ膜αηに対向
して設けられ、マイクロ波の入射窓となる防電体である
外管Ｑυとの間に形成される放電空間６υにおいてマイ
クロ敦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−ｒ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２図に示される
同軸線路のようにマイクロ波回路が上記誘電体である外
管飢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、誘電体である外管−と内導
体とじて−の金属メツシュ膜Ｑ７＋は対向して設置され
ているので金属メツシュ膜αＤ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
である外管Ｑυに対向してプラズマよりも数桁導電性の
高い金属メツシュ膜ｔ１ｎがあるために入射マイクロ波
の終端電流はこの金属メツシュ膜ａηを流れ、金属メツ
シュ膜αＤ近傍の電界は強制的に金属メツシュ膜（１７
１の表面に垂直にされ、上記のプラズマな買（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、を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。この様子を第４図の拡
大断面図に示す。図においてｒ１！９はマイクロ波電界
の電気力線、αｅは放電プラズマである。本発明による
マイクロ波放電光源装置によれば、第４図に示されるよ
うな均一な放電が得られるので、マイクロ波エネルギー
が無電極ランプ（２）の放電へ変換される効率が高く、
無電極ランプ（２）の外管（２１１が異常加熱により破
損される恐れがない。また、マイクロ波がプラズマ中に
浸透し。

空間的に一様な放電プラズマが得られるので無電極ラン
プ（２）からの直接レーザロッドｉｌｌに照射される光
の割合が増加し、レーザロッド（１１内の励起物音が励
起される効率も向上し、装置全体の効率も向上するとい
う利点もある。

以上、レーザ発振装置として利用した一実施例について
説明したが、マイクロ波回路の種類および放電空間Ｉ３
Ｄの構成方法によって様々な装置構成をとることができ
レーザ発振装置としてだけでなり９種々の光源として利
用することができる。第５図はマイクロ波回路として同
軸巌路を用いた別の実施例の断面図でおり２図において
、　　（５１）は同＠線路の内導体、□□□は透光性の
例えば石英などのａｔ体、　Ｇｌｌは内導体（５１）と
誘電体＠に囲まれた放電空間、卿はａｔ体（財）の外周
側に設けられた同軸状の金属メツシュ膜であり、内導体
（５１）とともにマイクロ波共振空胴な形成する。放電
空間Ｇ１１で放電発光した光はマイクロ波は透過させな
いが光は透過させる金属メツシュ膜（４）１）を通して
全周方向に放射される。また、金属メツシュ膜（４）１
）の一部をメツシュではなく光もマイクロも透過させな
い金属光反射膜にすることにより、所望の方向に光を集
めることもできる。第６図はマイクロ波回路としてマイ
クロ波空胴または導波管を用いた場合における放電空間
ａｌｌの構成方法の例を示す断面図であり９図において
、　　（６１）はマイクロ波回路の一部を構成する導電
体壁であり、その一部は元を取り出せるように金属メツ
シュ叡（６２）となっており、（至）は透光性の石英な
どの誘電体、　０１１は放電空間である。第６図（ａ）
は空胴壁に形成した溝を放電空間ｒ３ｕとしたものであ
って、任意の大きさの放電空間Ｃ３υを形成できる利点
がある。第６図ｆｌ）ｌは第６図ｆａｌのものにリッジ
（６３）を加えたものであって。

第６図（ａｔのものに比べてより高圧のプラズマ生成媒
体を放電させることができるなどの利点がある。

第１図はマイクロ波回路として表面波線路を用いた場合
の実施例を示す断面図であり１円筒形状で透光性の石英
ガラスフなどの外周に金属メツシュ膜（６３）を形成し
て導電体壁とし、この円筒状の導電体壁を囲む透光性の
石英ガラスなどの誘電体管を誘電体■として放電空間６
υを形成すると同時に表面波籾路を構成するようにした
実施例を示す。

第７図に示されるように９表面波線路を用いると最低限
の樽成賛累でマイクロ波回路と放電空間を同時に構成で
き、装置が簡単になると同時に一般元源としてもまた円
筒形状の石英ガラス■の内部にレーザロッドを設置すれ
ばレーザ励起光源としても利用できるという利点がある
。

なお、上記実施例では導電体とプラズマが接するものに
ついて説明したが、導電体表面に誘電体コーティングの
ように薄いａｔ体層を設けても。

このａｍ体層はマイクロ波の電界分布に大きな影豐を与
えることはないから、上記効果が損なわれることなく装
置の構造が簡単化できるという利点もある。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、マイクロ波回路の一部
を構成する導電体壁と、この導電体壁に対向して設けら
れた誘電体との間に形成される空間にマイクロ波放電に
よるプラズマを発生するプラズマ生成媒体を封入すると
ともに、上記マイクロ波回路を上記誘電体とプラズマと
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
成するようにしたもので、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Ｋなり、マイクロ波エネル
ギーが無電極ランプ（２）の放電へ変換される効率が高
く、無電極ランプ（２）の外管２１＋が異常加熱により
破損される恐れがないのでより出力を高くできるマイク
ロ波放電光源装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるマイクロ波放電光源
装置を示す概観図、第２図は同じく第１図Ａ−Ａでの断
面図、第３図は同じ（第２図Ｂ　−Ｂでの断面図、第４
図は同じ実施例における放電の様子を説明する断面図、
第５図は本発明の他の実施例を示す断面図、第６図は本
発明のまた別の実施例を示す断面図、第７図は本発明の
さらに別の実施例を示す断面図、第８図は従来のマイク
ロ波放電光源装置を示す断面図、第９図は同じく第７図
Ｃ−Ｃでの断面図、第１０図は従来のマイクロ波放電光
源装置における放電の様子を説明する断面図である。 図において（１）はレーザロッド、（２；は無電極ラン
プ、（４）は外導体、（５Ｉは金属メツシュ板、α４）
＆末マイクロ仮給電手段、（ｌηは内導体としての金属
メツシュ膜、ｃｌＤは外管、■は内管、０は端部、Ｃ（
υは放電量間を示す。 尚９図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波回路中のマイクロ波放電によりプラズ
   マを発生し、放電発光させるマイクロ波放電光源装置に
   おいて、上記マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁
   とこの導電体壁に対向して設けられた誘電体との間に形
   成される空間に上記プラズマを発生し、放電発光するプ
   ラズマ生成媒体を封入するとともに上記マイクロ波回路
   は上記誘電体とプラズマの境界に垂直な電界成分を持つ
   マイクロ波モードを形成することを特徴とするマイクロ
   波放電光源装置。
2. （２）上記マイクロ波回路が同軸線路であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波放電光源
   装置。
3. （３）上記マイクロ波回路がマイクロ波空胴または導波
   管であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   マイクロ波放電光源装置。
4. （４）上記マイクロ波回路が表面波線路であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波放電光
   源装置。