JPS5915506B2 - レ−ザ発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガス状活性媒質、たとえば窒素の中で、電気
放電に続いて誘導放射が得られる放電励起式ガスレーザ
に関するものである。

活性ガスの入つた水平空胴を有し、この空胴内の誘導光
放射の伝搬速度に等しい速度で空胴の一端から他端へ活
性媒質中を伝搬する電流進行波によつて電気放電が得ら
れる進行波励起式のガスレーザは公知である。

このようなガスレーザは、絶縁板を異なつた電位にされ
た第１金属板と第２金属板との間に挿入して構成した平
板伝送線路と、この線路中に放電波を発生させる励起装
置とを有している。

ガス状活性媒質は、平板伝送線路の一方の金属板の中の
放電波の進路上に形成された水平スロツトの中に入れら
れる。

都合のよいことに、金属板の端縁は、軸線がスロツトの
軸線とゼロより大きな角度αを成したパラボラ（放物線
）の形をしているのである。

さらに、電流進行波はパラボラの焦点の位置において前
記金属板の間に絶縁破壊の放電を生じさせる回路によつ
て発生される。それでも、このようなレーザにおいては
、電流進行波は前記活性媒質内を不規則に伝搬し、この
ため空胴における誘導放射に乱れを生じることが認めら
れる。

ある期間動作した後に現われるこのような欠点は、パラ
ボラの軸線の両側に位置する金属板の間の電気的特性の
変化に特に起因するものと思われる。

本発明は、このような欠点を克服することができ、かつ
高出力のコヒーレント光の放出を可能とする一方、極め
て安定な動作をするガスレーザ発生器の新規な構造に関
するものである。

したがつて本発明の目的は、ガス状活性媒質と、互いに
平行な第１金属板および第２金属板の間に絶縁板を挿置
して形成され前記第１金属板はこれを別々の２つの部分
に分離する少なくとも１つのスロツトを有している少な
くとも１つの電気的励起の伝送線路と、前記スロツトを
閉じるよう前記第１金属板の２つの部分に固定された水
平絶縁ブレードを有して前記スロツトの中にガス状活性
媒質を維持する装置と、前記金属板の間に絶縁破壊の放
電を生じさせて前記伝送線路中に電流進行波を発生させ
る放電発生回路とを備えたレーザ発生器であつて、少な
くとも前記金属板はそれぞれ少なくとも１つの半形パラ
ボラの形に切断され、これら半形パラボラの擬焦点およ
び擬頂点は金属板の平面に直角な同一直線上にそれぞれ
配置され、前記スロツトは前記半形パラボラの軸線に直
角な線とゼロより大きな角度αで形成され、前記放電発
生回路は前記電流進行波を前記半形パラボラの擬焦点の
位置において発生させることを特徴とするレーザ発生装
置を提供するにある。

以下添付図面に例示した本発明の好適な実施例について
説明する。

第１図は、絶縁板１を第１の金属板２と第２の金属板３
との間に挿入し、両金属板には異なつた電位、この場合
にはそれぞれＶおよびＯを印加することによつて構成し
たパラボラ形の平板伝送線路を有するレーザ発生器の第
１の実施例を示す。

これらの金属板は、勿論、パラボラ分岐２５と全形パラ
ボラの軸線４とによつて限定された半形パラボラの形に
切断されている。全形パラボラの足りない部分は線Ｐに
よつて示してある。全形パラボラと考えた場合のパラボ
ラの焦点および頂点は、金属板２および３の平面に直角
な直線（図示しない）上にそれぞれ位置されている。し
たがつて、この図面は金属板２および３の擬焦点および
擬頂点をそれぞれＦ，Ｆ′，Ｓ，Ｓ′として示している
。

金属板２はそれを２つの別個の部分に分離するスロツト
６を有し、このスロツトの中にガス状活性レーザ媒質が
入れられる。

大気圧の空気の場合にはガス空胴を閉じる必要はない。

そうでない場合には、ガス状活性媒質は、スロツト６に
面して配置されたとえば接合剤によつてそのスロツトの
両端縁に固着された絶縁ブレード９により収容すること
ができる。ガス空胴の両端は公知の方法で２つのボート
により閉止されている（図示しない）。角度αは、ＣＯ
ｓαが、軸線４により定められる方向に平板伝送線路を
伝わる放電波の伝搬速度とスロツト６の方向の光放射の
伝搬速度との比に等しくなるように選ばれる。

次に、たとえば点Ｆを中心とした円弧の形に金属板２の
一部を切断することにより構成した反射器１０は焦点Ｆ
に関しＳとは反対側に配置される。

その横方向の寸法は実質上点Ｆとスロツト６の一端とを
結んだ直線１１と、軸線４とにより限定される。さらに
、図面には平板伝送線路の中に電流進行波を生ぜしめる
放電発生回路を符号１２で与えている。

このようなレーザ発生器の動作は以下のとおりである。

ある瞬間に、放電発生回路１２は金属板２および３の間
に放電を起こして、半形パラボラの擬焦点ＦおよびＦ′
の位置において放電波を発生する。

このようにして発生されかつ直線１１と軸線４とにより
定められた角度内に含まれる放電波は反射器１０によつ
て反射される。したがつて擬焦点Ｆの位置にて発せられ
たすべての波は半形パラボラの方に向けられ、その周辺
で反射される。

パラボラというのは２つの共役点すなわちその焦点と無
限遠とに関して完全に無非点収差であることは知られて
いる。したがつて擬焦点Ｆから来て半形パラボラで反射
される放電波は軸線４に対して直角な完全平面波であり
、これを符号２１によつて示してある。したがつて、こ
の進行放電波２１は、矢印２２の方向に、活性ガスの原
子または分子に順次到達する。

このため誘導光の放射は、スロツト６の一端から他端へ
矢印２２の方向に、そのスロツト６の方向の進行放電波
２１と同じ速度で行なわれる。この条件は、スロツト６
の出力に、非常に強力なコヒーレントレーザ放射を得る
ことを可能にさせるものである。都合のよいことに、放
電波の立上り時間は、パラボラの擬焦点Ｆと擬頂点Ｓと
の間の平板伝送線路中における放電波の伝搬時間の２倍
より短かいのである（この時間はたとえば１ナノ秒のオ
ーダである）。

第２図は、第２の実施例によるもので、互いに実質上同
じであつて第１図を参照して述べたような２つの半形パ
ラボラＰ１およびＰ２を有するレーザ発生器を示してい
る。

したがつて、これら半形パラボラの各々は、絶縁板３１
を第１の金属板３２と第２の金属波３３との間に配置し
て構成した平板伝送線路を構成している。

それでも、これら２つの半形パラボラＰ１およびＰ２は
互いに分離されているが、各々は１板の絶縁板３１によ
つて共に接合されており、したがつてこの絶縁板３１は
半形パラボラの表面の２倍より幾分大きい表面を持つた
パラボラの形をしている。

換言すれば、半形パラボラの各々の金属板３２および３
３は金属板３２のスペース３４のようなスペースによつ
て互いに分離され電気的に絶縁されている。ただし、下
側の金属板３３のスペースはこの図面には示していない
。さらに、半形パラボラＰ１およびＰ２の焦点はＦｌ，
Ｆ／およびＦ２，Ｆ２′で表わされ、頂点はＳｌ，Ｓ／
およびＳ２，Ｓ２′でそれぞれ表わされており、これら
のＦ１およびＦ／，Ｆ２およびＦ２′，Ｓ１およびＳ／
，Ｓ２およびＳ２′は各半形パラボラの中でそれぞれ金
属板の面に直角な直線上にある。

各半形パラボラの金属板３２は、これを２つの異なつた
部分に分離してそこに活性レーザ媒質を入れるスロツト
３６を有している。第１図の場合と同様、大気圧の空気
の場合には、ガス用スロツトを閉じる必要はない。

そうでない場合には、ガス状活性媒質は、スロツト３６
に面して配置されたとえば接合剤によつてそのスロツト
の２つの端縁に固着された絶縁ブレード３９により収容
することができる。ガス空胴の両端は公知の方法で２つ
の窓（図示されない）により閉止されている。角度αは
同様に、ＣＯＳαが軸線３５により定められた方向にお
ける半形パラボラ中の放電波の伝搬速度とスロツト３６
の方向の光放射の伝搬速度との比に等しくなるように選
ばれている。

半形パラボラのそれぞれは、第１の実施例と同様に、た
とえば擬焦点Ｆ１またはＦ２を中心とする円弧の形で、
前記擬焦点に関し擬頂点とは反対側に位置する金属板３
２の一部を切断することにより構成された反射器４０を
有している。

各反射器４０の横方向の寸法は半形パラボラの直線部分
の側部と、擬焦点およびスロツト３６の一方の端を結ん
だ直線４１とにより実質上限定されている。さらに、図
面には、２つの半形パラボラＰ１およびＰ２に電流進行
波を生せしめる放電発生回路を符号４２で与えている。
さらに、半形パラボラＰ１の金属板３２には電位Ｖ１が
与えられ、半形パラボラＰ２の金属板３２には電位Ｖ２
が与えられ、これら半形パラ；ｊくラの下側の金属板３
３にはゼロ電位が与えられている。

このようなレーザ発生器の動作は第１図を参照して述べ
たものと実質上同じである。ある瞬間に、放電発生回路
４２は、２つの半形パラボラＰ１およびＰ２の金属板３
２および３３の間にそれらの擬焦点Ｆ１およびＦ２の位
置において同時に放電を起こさせ、これによりこれら半
形パラボラの中に放電波を発生させる。

このようにして各半形パラボラの中で発生され、直線４
１とスペース３４を限定する直線部分とにより定められ
る角度内の放電波は、反射器４０によつて反射される。

したがつて擬焦点Ｆ１およびＦ２の位置にて発生される
放電波はすべて、対応する半形パラボラの方に向けられ
てその周辺で反射される。

擬焦点Ｆ１およびＦ２から来て半形パラボラにより反射
される放電波は軸線３５に対して直角な完全平面波であ
り、これを符号５１によつて示してある。したがつてこ
の進行放電波５１は、矢印５２の方向に、活性ガスの原
子または分子に順次到達する。このため誘導光の放出は
、スロツト３６の一端から他端へ矢印５２の方向に、そ
のスロツト３６の方向の進行放電波５１と同じ速度で行
なわれる。この条件はスロツト３６の出力に、非常に強
力なコヒーレントレーザ放射を得ることを可能にさせる
ものである。都合のよいことに、放電波の立上り時間は
、各擬焦点と擬頂点との間の半形パラボラにおける放電
波の伝搬時間の２倍より短かい（この時間はたとえば１
ナノ秒のオーダーである）。

第３図は本発明による半形パラボラのレーザ発生器、第
４図は従来の全形パラボラ形のレーザ発生器をそれぞれ
示している。

第３図のレーザ発生器は、半形パラボラＰ３を有し、か
つそのパラボラＰ３の軸線Ｘ１に直角な線Ｎ１と角度α
を成しているレーザスロツトＱ１を有しているものとす
る。

一方、第４図に示した従来のレーザ発生器は、全形パラ
ボラＰ４を有し、かつそのパラボラＰ４の軸線Ｘ２に直
角な線Ｎ２と角度αを成しているレーザスロツトＱ２を
有しているものとする。

第３図および第４図のレーザ発生器のスロツトＱ，およ
びＱ２の長さは同じであり、かつパラボラＰ３とスロツ
トＱ１との間の面積Ｓ１はパラボラＰ４とスロツトＱ２
との間の面積Ｓ２と等しいものとする。

そして、これらレーザ発生器の各々において、電気放電
によりレーザパルスを発生させるが、その放電は同じ出
力を有し、かつその発生湯所は半形パラボラＰ，の焦点
Ｆ３に、全形パラボラＰ４の焦点Ｆ４にそれぞれ設定さ
れるものとする。ここで、スロツトＱ１およびＱ２の長
さを約１．５メートルとした場合、第３図のレーザ発生
器のパルス出力は１．８ＭＷ１第４図のレーザ発生器の
パルス出力は１．５ＭＷであつた。このテストの結果、
誘導放射に乱れを生じさせていた原因はパラボラの軸線
の両側に位置する金属板の部分の間、すなわちパラボラ
の軸線上付近における放電波の電気的伝搬特性の乱れで
あり、パラボラ形平板伝送線路は半形パラボラとするこ
とにより、その軸線の延長がガスの励起開始または終了
に相当する位置にあるため、乱れが特性に影響を及し難
い構造となり、このため、レーザ発生器の発生効果およ
びパルス出力の向上を図ることが明確にされた。なお、
第４図の従来のレーザ発生器のように、１．５メートル
を越える幅の金属板は一般に捜し求めることは難かしい
。このことは明らかに従来のレーザ発生器のレーザ出力
が制限されることを意味している。しかし、本発明によ
れば、第２図に示したように、半形パラボラＰ１および
Ｐ２を並べて配置することにより、レーザ出力を容易に
上げることができる。第２図において、半形パラボラＰ
ｌ，Ｐ２の面積差を考慮すれば全体で３ＭＷのレーザ゛
出力を得ることができる。もちろん、スロツトの長さが
１．５メートルに制限された従来の全形バラボラ形のレ
ーザ発生器においてはこのようなレーザ出力を得ること
は不可能である。また、本発明によれば、誘導放射に或
る乱れが生ずることはないが、それでも生ずる場合は、
第２図のような構成では、電位Ｖ１と電位Ｖ２との差を
調節することによつてさらにそのような乱れを除去する
ことができ、この結果、２つの半形パラボラＰｌ，Ｐ２
で電流進行波が全く同じ方法で伝搬するので、高出力で
ありながら完全に均一なコヒーレント光放射を与えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるレーザ発生装置の第１の実施例の
斜視図、第２図は第２実施例の斜視図、第３図は本発明
によるレーザ発生装置の要部平面図、第４図は従来のレ
ーザ発生装置の要部平面図である。 １ ・・・・・・絶縁板、２，３・・・・・・金属板、
６・・・・・・スロツト、９・・・・・・絶縁ブレード
、１０・・・・・・反射器、１２・・・・・・放電発生
回路、３１・・・・・・絶縁板、３２，３３・・・・・
・金属板、３６・・・・・・スロツト、３９・・・・・
・絶縁ブレード、４０・・・・・・反射器、４２・・・
・・・放電発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス状活性媒質と、互いに平行な第１金属板および
   第２金属板の間に絶縁板を挿置して形成され前記第１金
   属板はこれを別々の２つの部分に分離する少なくとも１
   つのスロットを有している少なくとも１つの電気的励起
   の伝送線路と、前記スロットを閉じるよう前記第１金属
   板の２つの部分に固定された水平絶縁ブレードを有して
   前記スロツトの中にガス状活性媒質を維持する装置と、
   前記金属板の間に絶縁破壊の放電を生じさせて前記伝送
   線路中に電流進行波を発生させる放電発生回路とを備え
   たレーザ発生装置において、少なくとも前記金属板はそ
   れぞれ少なくとも１つの半径パラボラの形に切断され、
   これら半形パラボラの擬焦点および擬頂点は金属板の平
   面に直角な同一直線上にそれぞれ配置され、前記スロッ
   トは前記半形パラボラの軸線に直角な線とゼロより大き
   な角度αで形成され、前記放電発生回路は前記電流進行
   波を前記半形パラボラの擬焦点の位置において発生させ
   ることを特徴とする、レーザ発生装置。 ２ 前記金属板および前記絶縁板は１つの半形パラボラ
   の形にそれぞれ切断され、前記第１金属板は前記第２金
   属板と異なる電位にされていることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項記載のレーザ発生装置。 ３ 前記金属板は２つの半形パラボラの形にそれぞれ切
   断され、前記絶縁板は半形パラボラの面の２倍より幾分
   大きな面を持つたパラボラの形にして、半形パラボラの
   各金属板を他方の半形パラボラの隣接する金属板から電
   気的に絶縁し、一方の前記半形パラボラの第１金属板を
   他方の半形パラボラの第１金属板の電位と異なる電位に
   することができ、各半形パラボラの第２金属板をゼロま
   たはほとんどゼロ電位にしたことを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項記載のレーザ発生装置。 ４ 前記金属板の間に絶縁破壊の放電を生じさせる放電
   発生回路は前記電流進行波を各半径パラボラの擬焦点の
   位置において同時に発生させるようにしたことを特徴と
   する、特許請求の範囲第３項記載のレーザ発生装置。 ５ 前記スロット６と前記絶縁ブレード９とによつて定
   められた空胴はその両端を前記ガスの放射発光用の２つ
   の透明隔離窓によつて閉止されていることを特徴とする
   、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に
   記載のレーザ発生装置。 ６ 前記角度αはｃｏｓαが前記パラボラの軸線４に沿
   う前記電流進行波の伝搬速度と前記スロット６の方向の
   前記ガスの前記放射発光の伝搬速度との比に等しくした
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項ないし第５項
   のいずれか１項に記載のレーザ発生装置。 ７ 各半形パラボラにおいて、少なくとも第１金属板２
   は、前記擬焦点Ｆを中心とした円の弧によつて限定され
   た切取り部分で成る波反射器１０を備え、前記半形パラ
   ボラの擬頂点と前記円の弧の頂点とは前記擬焦点をはさ
   んで両側に配置されていることを特徴とする、特許請求
   の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載のレー
   ザ発生装置。