JPH0537057A - Gas laser - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To regulate a discharging state, to reduce restriction items in manufacture, and further to visually observe the state and an interior through a space of a microwave circuit. CONSTITUTION:A microwave passed through a waveguide 9 is condensed near two parallel wires of cylindrical rods 5 formed of conductors to generate a very strong microwave electric field. A mode of the field imparts a uniform discharge to a gas laser medium of a discharging space 13 to be suitable to excite a laser. Here, the discharge can be saved by altering a relative position of the two wires used as a microwave circuit and other microwave circuit. The discharging state and the interior can be observed from a transparent plate 7 of a side plate of a laser head 1 through a space between the two wires. A restriction in manufacture of a laser is reduced, and the interior state can be visually observed, and hence the discharging state can be easily grasped.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【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ガスレーザ装置に関し、特にマイ
クロ波回路に平行二線を用いたガスレーザ装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas laser device for exciting a laser by utilizing a microwave discharge, and more particularly to a gas laser device using two parallel lines in a microwave circuit.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ガスレーザ装置において、レーザ発振を
得るためにガスレーザ媒質を放電により励起させる方法
がある。ここで、空間に不均一な放電を起こし、レーザ
媒質の一部だけが励起に適当な状態となると、期待した
レーザ出力を得られなかったり、レーザ出力が変動した
りする。2. Description of the Related Art In a gas laser device, there is a method of exciting a gas laser medium by electric discharge in order to obtain laser oscillation. If a non-uniform discharge is generated in the space and only a part of the laser medium is in a state suitable for excitation, the expected laser output cannot be obtained or the laser output fluctuates.

【０００３】このことによりレーザ媒質全体を励起に適
当な状態にするために、空間的に均一な放電とすること
が必要である。As a result, in order to bring the entire laser medium into a state suitable for excitation, it is necessary to have a spatially uniform discharge.

【０００４】このような要求に応えるものとして、マイ
クロ波によって放電を行う技術が提案されている。図２
及び図３は特開昭６４−６９０６７号公報や特開昭６４
−６９０８３号公報に示されたマイクロ波炭酸ガスレー
ザ装置の一例を示す断面図及び概略斜視構成図である。
図において、１はマイクロ波放電によって炭酸ガスレー
ザ媒質を励起するための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構造をもつレーザヘッド
部、１６は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１６の出力するマイクロ波をレーザヘッド
部１へ導く導波管、８は導波管９を前記レーザヘッド部
１へ結合するマイクロ波結合窓、２はマイクロ波が図示
の状態で上部に抜けるのを防ぐ天板、１５はレーザ発振
用の反射鏡を納めたミラーホルダであり、１７のウィン
ドウよりレーザビームが出射する。また３及び１４はリ
ッジ、１１は一方のリッジ３に形成された溝、１０はマ
イクロ波回路の一部を構成する導電体壁であり、この実
施例では前記溝１１の底壁が使用されている。１２はこ
の導電体壁１０に対向して設けられてマイクロ波の入射
窓として作用する、例えばアルミナ等による誘電体であ
る。１３はこの誘電体１２が前記溝１１を覆うことによ
って前記導電体壁１０と誘電体１２との間に形成され、
炭酸ガスレーザ媒質が封入される放電空間、４はマイク
ロ波回路の一部を構成する導電体壁１０を有するリッジ
３及びそれに対向するリッジ１４に形成された冷却水路
である。なお、図２は図３のＡ−Ａ線による断面図であ
る。In order to meet such a demand, a technique of discharging by microwave has been proposed. Figure 2
3 and FIG. 3 show Japanese Patent Laid-Open No. 64-69067 and Japanese Patent Laid-Open No. 64-69067.
FIG. 3 is a cross-sectional view and a schematic perspective configuration diagram showing an example of a microwave carbon dioxide gas laser device disclosed in Japanese Patent Publication No. 69083.
In the figure, 1 is a laser head portion having a microwave cavity structure of a ridge waveguide type which is a kind of microwave circuit for exciting a carbon dioxide laser medium by microwave discharge, 16 is a magnetron which is a microwave oscillator, Reference numeral 9 is a waveguide for guiding the microwave output from the magnetron 16 to the laser head portion 1, 8 is a microwave coupling window for coupling the waveguide 9 to the laser head portion 1, and 2 is an upper portion in the state where the microwave is shown. A reference numeral 15 is a mirror holder which houses a reflecting mirror for laser oscillation, and a laser beam is emitted from a window of 17. Further, 3 and 14 are ridges, 11 is a groove formed in one ridge 3, and 10 is a conductor wall forming a part of a microwave circuit. In this embodiment, the bottom wall of the groove 11 is used. There is. Reference numeral 12 is a dielectric material such as alumina, which is provided so as to face the conductor wall 10 and acts as a microwave entrance window. 13 is formed between the conductor wall 10 and the dielectric 12 by the dielectric 12 covering the groove 11.
The discharge space 4 in which the carbon dioxide gas laser medium is enclosed is a cooling water channel formed in the ridge 3 having the conductor wall 10 forming a part of the microwave circuit and the ridge 14 facing the ridge 3. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【０００５】次に、動作について説明する。マグネトロ
ン１６で発生したマイクロ波は、導波管９を伝搬してマ
イクロ波結合窓８でインピーダンスを整合させることで
効率よくレーザヘッド部１に結合される。このレーザヘ
ッド部１は図２のようにリッジ導波管型の空胴構造とな
っており、マイクロ波はそのリッジ３，１４付近に集中
して非常に強いマイクロ波電界を発生させる。この強い
マイクロ波電磁界により放電空間１５に封入された炭酸
ガスレーザ媒質が放電して励起される。ここで、冷却水
路４に冷却水を流して放電プラズマを冷却するととも
に、炭酸ガスレーザ気体の圧力等の放電条件を適切に選
択することによりレーザ発振条件が得られる。そして図
３に示すミラーホルダ１５内の反射鏡とそれに対向した
図面には現れない反射鏡とでレーザ共振器を形成するこ
とによりレーザ発振光が得られウィンドウ１７より出射
される。Next, the operation will be described. The microwave generated by the magnetron 16 propagates through the waveguide 9 and the impedance is matched in the microwave coupling window 8 to be efficiently coupled to the laser head unit 1. The laser head unit 1 has a ridge waveguide type cavity structure as shown in FIG. 2, and microwaves are concentrated near the ridges 3 and 14 to generate a very strong microwave electric field. The strong microwave electromagnetic field discharges and excites the carbon dioxide laser medium enclosed in the discharge space 15. Here, the laser oscillation condition can be obtained by flowing the cooling water into the cooling water passage 4 to cool the discharge plasma and appropriately selecting the discharge condition such as the pressure of the carbon dioxide gas laser gas. Then, a laser resonator is formed by a reflecting mirror in the mirror holder 15 shown in FIG. 3 and a reflecting mirror facing it, which does not appear in the drawing, and laser oscillation light is obtained and emitted from the window 17.

【０００６】この時、図２のレーザヘッド部１のリッジ
導波管型の空胴構造のようにマイクロ波回路が前記誘電
体１２と炭酸ガスレーザ媒質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場合、誘電体１２
と導電体壁１０とは対向しているので、導電体壁１０に
対しても垂直な電界成分を有することとなり、炭酸ガス
レーザ媒質を貫く電界ができる。つまり、電気力線は炭
酸ガスレーザ媒質の影響を受けず垂直に導電体壁１０に
向かうので、空間的に均一な放電が得られる。しかし、
この放電の状況は一般には見ることができない。また、
均一な放電を得るためにリッジ３，１４，天板２，マイ
クロ波結合窓８の位置、形状について加工精度などの制
約事項が多くなる。At this time, as in the ridge waveguide type cavity structure of the laser head portion 1 of FIG. 2, the microwave circuit has a microwave having an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric 12 and the carbon dioxide gas laser medium. When forming a mode, the dielectric 12
Since the conductor wall 10 and the conductor wall 10 face each other, an electric field component perpendicular to the conductor wall 10 is also generated, and an electric field penetrating the carbon dioxide laser medium can be generated. In other words, the lines of electric force are not influenced by the carbon dioxide gas laser medium and go vertically to the conductor wall 10, so that a spatially uniform discharge can be obtained. But,
The situation of this discharge is generally not visible. Also,
In order to obtain a uniform discharge, there are many restrictions on the positions and shapes of the ridges 3, 14, the top plate 2, and the microwave coupling window 8 such as processing accuracy.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来の炭酸ガスレーザ
装置は以上のように構成されているので、均一な放電を
得るためにリッジ３，１４，天板２，マイクロ波結合窓
８の位置、形状について加工精度などの制約事項が多く
なる。また、放電を目視することができないので、レー
ザ装置の調整時などに測定装置を要するという問題点が
あった。Since the conventional carbon dioxide gas laser device is constructed as described above, the positions and shapes of the ridges 3, 14, the top plate 2, and the microwave coupling window 8 are obtained in order to obtain a uniform discharge. There are many restrictions such as processing accuracy. Further, since the discharge cannot be visually observed, there is a problem that a measuring device is required when adjusting the laser device.

【０００８】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、誘電体１２と炭酸ガスレーザ媒
質との境界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モード
を形成するマイクロ波回路の構造を変えることにより、
製造・調整上の制約条件を少なくするとともに、放電状
態を目視で観測できるガスレーザ装置を得ることを目的
とする。The present invention has been made to solve the above problems, and has a structure of a microwave circuit for forming a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric 12 and the carbon dioxide gas laser medium. By changing
It is an object of the present invention to obtain a gas laser device capable of visually observing a discharge state while reducing constraints on manufacturing and adjustment.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明に係るガスレー
ザ装置は、マイクロ波放電によりガスレーザ媒質を放電
させてレーザ励起を行なうためのマイクロ波電界を発生
するマイクロ波回路を有し、こ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
れたマイクロ波の入射窓となる誘電体との間に形成され
る空間に、前記ガスレーザ媒質を封入するとともに、マ
イクロ波回路によって誘電体とガスレーザ媒質との境界
に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードが形成され
るものにおいて、マイクロ波回路に平行二線を使用した
ものである。A gas laser apparatus according to the present invention has a microwave circuit for generating a microwave electric field for discharging a gas laser medium by microwave discharge to perform laser excitation. The gas laser medium is enclosed in a space formed between a conductor wall that forms a part of the conductor and a dielectric that is provided facing the conductor wall and serves as a microwave entrance window. In a microwave circuit in which a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary between a dielectric and a gas laser medium is formed by the wave circuit, two parallel lines are used in the microwave circuit.

【００１０】この発明の別の発明に係るガスレーザ装置
は、上記発明において、マイクロ波回路に放電状態及び
内部状態を観測できる観測用窓を設けたものである。A gas laser device according to another invention of the present invention is the above-mentioned invention, wherein the microwave circuit is provided with an observation window for observing the discharge state and the internal state.

【００１１】[0011]

【作用】この発明においては、ガスレーザ媒質を均一に
放電するマイクロ波回路の構造を平行二線に変えること
により、放電状態が調節できるようになり、製造上の制
約事項が少なくなる。In the present invention, by changing the structure of the microwave circuit that uniformly discharges the gas laser medium to parallel two lines, the discharge state can be adjusted and the manufacturing restrictions are reduced.

【００１２】この発明の別の発明においては、観測用窓
から平行二線間の空間を通して放電状態及び内部状態を
目視で観測できる。In another invention of the present invention, the discharge state and the internal state can be visually observed through the space between the parallel two lines from the observation window.

【００１３】[0013]

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例による炭酸ガスレーザ
装置を示す断面図である。図において、５は導体で作ら
れた円筒状の棒、即ち円筒状導体である。７は導体で作
られたメッシュ、６はメッシュ７を貼った透明板で、例
えば強化ガラスなどで作られる。その他は図３に同一符
号を付したものと同等のものである。なお、図１は図２
に相当する断面を示している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a carbon dioxide laser device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 5 is a cylindrical rod made of a conductor, that is, a cylindrical conductor. Reference numeral 7 is a mesh made of a conductor, 6 is a transparent plate to which the mesh 7 is attached, and is made of, for example, tempered glass. Others are equivalent to those denoted by the same reference numerals in FIG. 1 is shown in FIG.
The cross section corresponding to is shown.

【００１４】次に、動作について説明する。マグネトロ
ン１６で発生したマイクロ波は、導波管９を伝搬してマ
イクロ波結合窓８でインピーダンスを整合させることで
効率よくレーザヘッド部１に結合される。このレーザヘ
ッド部１は図１のように導体で作られた円筒状の棒５が
平行に配置された平行二線型の空胴構造となっており、
マイクロ波はその円筒状の棒５で作られた平行二線付近
に集中して非常に強いマイクロ波電界を発生させる。こ
の時に発生するマイクロ波電界モードは、誘電体１２と
炭酸ガスレーザ媒質との境界に垂直に電界成分を有する
ものとなる。それ故、誘電体１２と導電体壁１０とは対
向しているため、導電体壁１０に対しても垂直な電界成
分を持つこととなり、炭酸ガスレーザ媒質を貫く電界が
できる。つまり電気力線は炭酸ガスレーザ媒質の影響を
受けず垂直に導電体壁に向かうので、空間的に均一な放
電が得られ、炭酸ガスレーザ媒質全体をレーザの励起に
適当な状態にすることができる。Next, the operation will be described. The microwave generated by the magnetron 16 propagates through the waveguide 9 and the impedance is matched in the microwave coupling window 8 to be efficiently coupled to the laser head unit 1. The laser head portion 1 has a parallel two-wire type cavity structure in which cylindrical rods 5 made of a conductor are arranged in parallel as shown in FIG.
The microwave is concentrated near the two parallel lines formed by the cylindrical rod 5 to generate a very strong microwave electric field. The microwave electric field mode generated at this time has an electric field component perpendicular to the boundary between the dielectric 12 and the carbon dioxide gas laser medium. Therefore, since the dielectric 12 and the conductor wall 10 are opposed to each other, an electric field component perpendicular to the conductor wall 10 is also provided, and an electric field penetrating the carbon dioxide gas laser medium can be formed. That is, the lines of electric force are not influenced by the carbon dioxide gas laser medium and go vertically to the conductor wall, so that a spatially uniform discharge can be obtained, and the whole carbon dioxide gas laser medium can be brought into a state suitable for laser excitation.

【００１５】ここで、この発明においては、マイクロ波
回路に平行二線型の空胴構造を使用しているので、この
平行二線及びその他のマイクロ波回路との相対位置を変
えることで放電を調節することができる。つまり、例え
ば平行二線間の幅、平行二線と誘電体１２との距離など
を変えることで、放電を均一化にしたまま、放電の幅や
放電空間１３内の電界強度を変化させることができる。
このことから、製造上の制約を少なくすることがきる。Here, in the present invention, since the parallel two-wire type cavity structure is used for the microwave circuit, the discharge is adjusted by changing the relative positions of the parallel two wires and other microwave circuits. can do. That is, for example, by changing the width between the two parallel lines and the distance between the two parallel lines and the dielectric 12, it is possible to change the width of the discharge and the electric field strength in the discharge space 13 while uniformizing the discharge. it can.
From this, it is possible to reduce manufacturing restrictions.

【００１６】また、平行二線型の空胴構造を使用したた
めに、二線間に空間ができる。よって、図１のように導
体で作られたメッシュ７を貼った透明板６を側板として
使用すると、アルミナセラミックス等の薄い板で作られ
た誘電体を透かして、目視で放電状態を観測できる。つ
まり、透明板６とメッシュ７とにより観測用窓が構成さ
れ、レーザ装置の調整時、特に放電を容易に把握でき
る。その上、内部状態も観察できる。ここで、メツシュ
７はマイクロ波が漏れるのを防ぐ働きをする。Since a parallel two-wire type cavity structure is used, a space is created between the two wires. Therefore, when the transparent plate 6 to which the mesh 7 made of a conductor is attached as shown in FIG. 1 is used as a side plate, the discharge state can be visually observed through a dielectric made of a thin plate such as alumina ceramics. That is, the transparent plate 6 and the mesh 7 constitute an observation window, and it is possible to easily grasp the discharge particularly when adjusting the laser device. Moreover, the internal state can be observed. Here, the mesh 7 functions to prevent the microwave from leaking.

【００１７】ところで上記実施例では、この発明を炭酸
ガスレーザに利用する場合について述べたが、その他の
マイクロ波で励起できるガスレーザに応用できることは
いうまでもない。また、円筒状導体５を中空にして内部
に冷却水を通せば、冷却効果が向上する。By the way, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to the carbon dioxide gas laser has been described, but it goes without saying that it can be applied to other gas lasers that can be excited by microwaves. If the cylindrical conductor 5 is made hollow and cooling water is passed through the inside, the cooling effect is improved.

【００１８】[0018]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、マイク
ロ波回路を平行二線型の空胴構造としたので、前記放電
空間内部の放電を均一にすることができるとともに、レ
ーザ装置の製造上の制約を少なくすることができる。As described above, according to the present invention, since the microwave circuit has the parallel two-wire type cavity structure, the discharge inside the discharge space can be made uniform, and the laser device can be manufactured. It is possible to reduce the restriction of.

【００１９】以上のようにこの発明の別の発明によれ
ば、マイクロ波回路に透明な観測用窓を設けたので、平
行二線間の空間を通して内部状態を目視で観測できる。
また、放電状態を容易に把握できる。As described above, according to another aspect of the present invention, since the microwave circuit is provided with the transparent observation window, the internal state can be visually observed through the space between the two parallel lines.
Moreover, the discharge state can be easily grasped.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】この発明によるガスレーザ装置の一実施例の断
面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a gas laser device according to the present invention.

【図２】従来の炭酸ガスレーザ装置を示す断面図であ
る。FIG. 2 is a sectional view showing a conventional carbon dioxide laser device.

【図３】従来の炭酸ガスレーザ装置の概略斜視構成図で
ある。FIG. 3 is a schematic perspective configuration diagram of a conventional carbon dioxide gas laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ レーザヘッド部（マイクロ波回路） ５ 円筒状導体（平行二線） ６ 透明板 ７ メッシュ １０ 導電体壁 １２ 誘電体 １３ 放電空間 1 Laser head (microwave circuit) 5 Cylindrical conductor (parallel two wires) 6 transparent plate 7 mesh 10 Conductor wall 12 Dielectric 13 discharge space

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 マイクロ波放電によりガスレーザ媒質を
放電させてレーザ励起を行なうためのマイクロ波電界を
発生するマイクロ波回路を有し、こ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
けられたマイクロ波の入射窓となる誘電体との間に形成
される空間に、前記ガスレーザ媒質を封入するととも
に、前記マイクロ波回路によって、前記誘電体と前記ガ
スレーザ媒質との境界に垂直な電界成分を有するマイク
ロ波モードが形成されるガスレーザ装置において、 前記マイクロ波回路に平行二線を使用したことを特徴と
するガスレーザ装置。1. A microwave circuit for generating a microwave electric field for discharging a gas laser medium by microwave discharge to excite a laser, and a conductor wall forming a part of the microwave circuit; The gas laser medium is enclosed in a space formed between a dielectric body that is provided as an incident window for microwaves provided opposite to the conductor wall, and the dielectric body and the gas laser medium are enclosed by the microwave circuit. A gas laser device in which a microwave mode having an electric field component perpendicular to the boundary with is formed, wherein two parallel lines are used in the microwave circuit. 【請求項２】 マイクロ波回路に放電状態及び内部状態
を観測できる観測用窓を設けたことを特徴とする請求項
１記載のガスレーザ装置。2. The gas laser device according to claim 1, wherein the microwave circuit is provided with an observation window for observing a discharge state and an internal state.