レーザ発振装置

【解決手段】マイクロ波によってレーザガスを励起させてレーザ光Ｌを発振させるようにしたレーザ発振装置１は、内部にレーザガスを収容する筒状の放電管３と、フロントミラーとリヤミラーとから構成された共振器を有するレーザ発振器３１Ａ、３１Ｂと、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、このマイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波を上記放電管に導波する導波管１７とを備えている。上記導波管１７は、放電管３の外周面に螺旋状に配置してあり、この導波管に複数のスリットを設けてある。
【効果】上記放電管３の外周面の略全体から放電管３の半径方向内方に向かってマイクロ波を放射して放電管３内に収容されるレーザガスを励起させることができるので、該レーザガスを効率的に励起することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ発振装置に関し、より詳しくは、マイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波により放電管内のレーザガスを励起させてレーザ光を発振させるようにしたレーザ発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ発振装置として、内部にレーザガスを収容する筒状の放電管と、フロントミラーとリヤミラーとから構成された共振器を有するレーザ発振器と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、このマイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波を導波するとともに、上記放電管内に放射する導波管とを備え、上記マイクロ波によって放電管内のレーザガスを励起させて、上記レーザ発振器によりレーザ光を発振させるようにしたものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記レーザ発振装置の導波管は、放電管の一側にこれと平行に配置されているので、放電管内のレーザガスは上記一側のみから励起されるようになり、効率的な励起を行うことができなかった。
本発明はそのような事情に鑑み、放電管の周囲に導波管を螺旋状に配置することにより、放電管内のレーザガスを放電管の外周面の略全域から効率的に励起することができるようにしたレーザ発振装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明は、内部にレーザガスを収容する筒状の放電管と、フロントミラーとリヤミラーとから構成された共振器を有するレーザ発振器と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、このマイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波を導波するとともに、上記放電管内に放射する導波管とを備え、上記マイクロ波によって放電管内のレーザガスを励起させて、上記レーザ発振器によりレーザ光を発振させるようにしたレーザ発振装置において、
上記導波管を放電管の外周面に螺旋状に配置するとともに、この導波管に複数のスリットを設けて該スリットからマイクロ波を放電管内に放射してレーザガスを励起させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、上記マイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波を上記螺旋状の導波管によって放電管の外周面に沿って導波することができるとともに、該導波管に設けられたスリットを介して放電管の外周面から放電管内部に向かってマイクロ波を放射してレーザガスを励起させることができるので、該レーザガスを効率的に励起することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例を示す水平断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。
【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。
【図７】図１の筒状部１８のみを示す断面図。
【図８】図１の筒状部１８を展開して示す展開図。
【図９】放電管３に組み込まれたレーザ発振器３１Ａを示す斜視図。
【図１０】放電管３に組み込まれたレーザ発振器３１Ｂを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１において、レーザ発振装置１は、横長の断面楕円形状（図２参照）のケーシング２と、このケーシング２の中心位置に配置したガラス製の円筒状の放電管３と、さらに上記ケーシング２内において放電管３内にレーザガスを循環供給するガス循環通路４とを備えている。
本実施例では上記放電管３は軸方向に一列に配設した２本の放電管３ａ、３ｂから構成してあり、それら２本の放電管３ａ、３ｂの各端部はそれぞれケーシング２に固定した支持部材５によって支持してある。
【０００９】
上記ガス循環通路４は、上記２本の放電管３ａ、３ｂの間に形成した出口通路４ａを備えており、各放電管３ａ、３ｂ内を流通してきたレーザガスは各放電管の出口から出口通路４ａに流動し、この出口通路４ａによって左右（図１の上下方向）に分流するようになっている。
上記出口通路４ａで左右に分流したレーザガスは、上記２本の放電管３ａ、３ｂの左右に近接して形成した合計４つの連通路４ｂを介してケーシング２の両端部側に流通し、さらにケーシング２の両端部に形成した入口通路４ｃを介して各放電管３ａ、３ｂの入口に流入され、各放電管３ａ、３ｂ内部にレーザガスが収容されるようになっている。
したがって上記ガス循環通路４は、本実施例では出口通路４ａ、連通路４ｂ、入口通路４ｃおよび各放電管３ａ、３ｂの内部から構成してあり、このガス循環通路４によってレーザガスを循環させることができるようにしてある。
また各放電管３ａ、３ｂの入口には、図１、図５に示すように、旋回流を形成するためのガイドフィン６を設けてあり、レーザガスがこのガイドフィン６を流通する際に旋回流を付与して、各放電管３ａ、３ｂ内を旋回しながら流通するようにしてある。
【００１０】
上記出口通路４ａには、２本の放電管３ａ、３ｂよりも外側となる両側の位置にそれぞれ熱交換器８を設けてあり、各熱交換器８によってレーザガスを冷却することができるようにしてある。
また各連通路４ｂには、それぞれクロスフローファン（横断流送風機）９とこれを回転駆動する真空モータ１０とを設けてあり、各真空モータ１０によってクロスフローファン９を回転させることによりレーザガスを上記出口通路４ａから入口通路４ｃへ向けて連通路４ｂ内を流動させることができるようにしてある。
【００１１】
上記各連通路４ｂは、図２〜図５に示すように、その上下方向の幅はクロスフローファン９の直径よりも僅かに大きい程度に設定してあるが、左右方向の幅はクロスフローファン９の直径よりも大きくなるように断面楕円形状に形成してあり、それによって各連通路４ｂ内にクロスフローファン９を斜めに配置することができるようにしてある。
各クロスフローファン９は、それぞれの入口通路４ｃ側の端部が放電管３の入口よりも軸方向に突出するように配置してあり、かつ放電管３の入口側で放電管３から離隔し、放電管３の出口側で該放電管３に近接するように斜めに配置してある。それによって、各連通路４ｂ内のクロスフローファン９の上流側すなわち出口通路４ａ側に、該クロスフローファン９によって区画された水平断面が三角形状の流入部４ｂ−ｉを形成してある。
他方、各連通路４ｂ内のクロスフローファン９の下流側すなわち入口通路４ｃ側に、該クロスフローファン９によって区画された水平断面が三角形状の流出部４ｂ−ｏを形成してあり、それによってレーザガスを、流入部４ｂ−ｉから流入部４ｂ−ｏに向けて、クロスフローファン９の一側から他側に向けて軸方向に斜めに流通させることができるようにしてある。
【００１２】
上述したように、本実施例においては連通路４ｂを放電管３と直交する方向ではなく、出口通路４ａを介して近接するように平行な方向に形成すると同時に、この連通路４ｂ内にクロスフローファン９を斜めに配置した構成としてあるので、レーザ発振装置１を小型に製造することができる。
またクロスフローファン９はレーザガスの圧力を高めることがないので、その圧縮によりレーザガスを昇温させることが無く、したがってクロスフローファン９の出口側に補助の熱交換器を設ける必要がない。他方、クロスフローファン９は各連通路４ｂ内の長手方向に沿ってその軸方向長さを長くすることが可能なので、レーザガスの充分な送風量を確保することができる。
【００１３】
さらに上記クロスフローファン９の入口通路４ｃ側の端部を、上述したように放電管３の入口よりも軸方向に突出させて配置し、かつ出口通路４ａ側が放電管３に近接するように、入口通路４ｃ側が放電管３から離隔するように斜めに配置してあるので、上記水平断面が三角形状の流出部４ｂ−ｏをそのまま入口通路４ｃに連通させることができ、レーザ発振装置１を小型に製造することができる。
つまりクロスフローファン９を上述とは逆の斜めに配置した場合には、その流出部４ｂ−ｏは入口通路４ｃとを直接連通させることができないので、クロスフローファン９の端部を越えた位置に流出部４ｂ−ｏと入口通路４ｃとを連通させるためのスペースが必要となり、望ましくない。
【００１４】
次に、上記放電管３内を流通するレーザガスを励起する励起手段１４（図６）について述べる。
上記励起手段１４は、図６に示すように、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器１５と、それの高圧電源１６と、上記マイクロ波発生器１５に接続した導波管１７とを備えており、これらは各放電管３ａ、３ｂ毎に上記ケーシング２内に２組設けられている。
上記各導波管１７は銅やアルミによって製造されており、上記２本の放電管３ａ、３ｂの外周にそれぞれ嵌装した円筒状の筒状部１８と、各筒状部１８の外周にそれぞれ同一方向となるように螺旋状に巻回した断面コ字形の螺旋部１９と、さらに各螺旋部１９と各マイクロ波発生器１５とを接続する断面矩形の接続部２０とを備えている（図１参照）。
そして上記筒状部１８には、螺旋部１９の内側となる位置に、その螺旋部１９の螺旋方向に沿って所要の間隙で多数のスリット２１を形成してあり（図７参照）、上記マイクロ波発生器１５によって発生されたマイクロ波を、導波管１７を介して各スリット２１から放電管３内に放射することができるようにしてある。
【００１５】
さらに、上記各筒状部１８の外周には、磁界発生手段としての多数の永久磁石２４を設けてあり、これら永久磁石２４は、各螺旋部１９の中間位置でその螺旋方向に沿って配列してある。
図８は各筒状部１８の展開図を示したもので、同図から理解されるように螺旋の１条目を構成する複数の永久磁石２４は、それぞれのＮ極が筒状部１８の半径方向内方に、Ｓ極が半径方向外方となるように配置してある。
また上記螺旋の２条目を構成する複数の永久磁石２４は、１条目の永久磁石２４とは１つの永久磁石２４分のスペース２５をあけて、該１条目とは逆に、それぞれのＳ極が筒状部１８の半径方向内方に、Ｎ極が半径方向外方となるように配置してある。
このように、各条ごとにＳ極とＮ極との極性を逆に配列してあり、それによって各筒状部１８内に位置する放電管３の軸方向に沿って、隣接する永久磁石２４の極性が交互に逆となるように配置してあるため（図１参照）、各放電管３ａ、３ｂの内部にそれぞれ軸方向に沿った磁界が生じ、それによって放電管３ａ、３ｂ内に電子サイクロトロン共鳴を発生させることができるようにしてある。
【００１６】
次に、上記放電管３に組み込まれるレーザ発振器について説明する。このレーザ発振器としては従来既に公知の種々の構成のものを用いることができる。
図９に示すレーザ発振器は、従来公知のＭＯＰＡ型レーザ発振器３１Ａであって、フロントミラーとリヤミラーとの間でレーザ光Ｌを共振して発振させる共振器３２と、この共振器３２から放射されたレーザ光Ｌを増幅する増幅器３３とを備えたものである。
【００１７】
上記共振器３２は、上記放電管３の中心軸上に設けられたフロントミラー３５およびリヤミラー３６と、フロントミラー３５とリヤミラー３６との間に設けられたＱスイッチ３７と、上記フロントミラー３５から発振されたレーザ光Ｌを上記増幅部３３に導光する第１ベンドミラー３８とを備え、上記ＭＯＰＡ型レーザ発振器３１ＡにおけるＭＯ部（発振部）を構成している。
上記フロントミラー３５およびリヤミラー３６は上記放電管３の内部に形成される励起領域を挟むように配置されており、フロントミラー３５は所定の出力を超えたレーザ光Ｌだけを透過させ、リヤミラー３６はレーザ光Ｌを全反射させるようになっている。
上記第１ベンドミラー３８は放電管３におけるフロントミラー３５側の端部に設けられるとともに放電管３の中心軸上に設けられており、フロントミラー３５を透過したレーザ光Ｌを放電管３の外周側に向けて反射させるようになっている。
【００１８】
上記増幅部３３は、上記共振器３２の第１ベンドミラー３８から出射されたレーザ光Ｌを軸方向に反射させて該増幅部３３に受け入れるための第２ベンドミラー３９を備えており、さらに該レーザ光Ｌを反射させる第１〜第６反射ミラー４０Ａ〜４０Ｆと、放電管３の一端に設けられてレーザ光Ｌを外部に透過させる出力ウィンドウ４１とを備え、上記ＭＯＰＡ型レーザ発振器３１ＡにおけるＰＡ部（増幅部）を構成している。
上記第１、第３、第５反射ミラー４０Ａ、４０Ｃ、４０Ｅおよび出力ウィンドウ４１は上記放電管３における上記リヤミラー３６側の端部に、該リヤミラー３６を囲繞するように設けられ、第２、第４、第６反射ミラー４０Ｂ、４０Ｄ、４０Ｆは、上記フロントミラー３５側の端部に、該フロントミラー３５を囲繞するように設けられている。
上記第１反射ミラー４０Ａは、上記共振器３２の第１ベンドミラー３８から第２ベンドミラー３９を介して導光されたレーザ光Ｌをフロントミラー３５側の第２反射ミラー４０Ｂへと反射させ、その後第２〜第６反射ミラー４０Ｂ〜４０Ｆもレーザ光Ｌを放電管３の反対側の端部に向けて反射させ、これによりレーザ光Ｌは第１〜第６反射ミラー４０Ａ〜４０Ｆの順序で反射しながら導光されてこの間に増幅され、最終的に出力ウィンドウ４１を透過するようになっている。
【００１９】
図１０に示すレーザ発振器は、従来公知のマルチパス型レーザ発振器３１Ｂであって、フロントミラーとリヤミラーと複数の反射ミラーとを備え、これら複数の反射ミラーを介して上記フロントミラーとリヤミラーとの間でレーザ光を発振させるようになっている。
すなわち上記レーザ発振器３１Ｂは、上記放電管３の左方の端部にフロントミラー４３とリヤミラー４４と３個の反射鏡４６Ａ〜４６Ｃとを備えている。これら３個の反射鏡４６Ａ〜４６Ｃは、放電管３の内周面に添って円周方向等間隔位置に配置してあり、リヤミラー４４はこれら反射鏡４６Ａ〜４６Ｃの中央位置すなわち、放電管３の軸心に配置してある。
他方、放電管３の右方の端部には、ベンドミラー４７と偏光ミラー４８を設けるとともに、３個の反射鏡４６Ｄ〜４６Ｆを設けている。上記３個の反射鏡４６Ｄ〜４６Ｆは、前述の３個の反射鏡４６Ａ〜４６Ｃおよびフロントミラー４３と対向するように配置させて、放電管３の円周方向等間隔位置に配置している。また上記偏光ミラー４８は放電管３の軸心の延長線上に４５度傾斜させて配置してあり、さらにベンドミラー４７は偏光ミラー４８から半径方向外方にずれた位置に配置している。
【００２０】
このような構成を有するレーザ発振器３１Ｂにおいては、放電管３の内部で励起されたレーザ光線Ｌは、リヤミラー４４によって反射されて、偏光ミラー４８を経由してベンドミラー４７に向けて反射され、次に左側の反射鏡４６Ａに向けて反射されてから、右側の反射鏡４６Ｄに向けて反射される。
この後、レーザ光線Ｌは、左側の反射鏡４６Ｂ、４６Ｃと、それらの略対向位置に設けた右側の反射鏡４６Ｅ、４６Ｆとの間を放電管３の内周面に沿って順次、交互に反射されるようになり、フロントミラー４３まで反射されたレーザ光線Ｌは、それまでの光路とは逆方向に反射されるようになる。
したがって、レーザ光線Ｌは、複数の反射鏡４６Ａ〜４６Ｆ、ベンドミラー４７および偏光ミラー４８を経由して、フロントミラー４３とリヤミラー４４との間で複数回反射されて共振されるようになり、これによって出力が上昇されたレーザ光線Ｌは、フロントミラー４３を透過して放電管３の外部に発振されるようになる。
【００２１】
以上の構成によれば、上記マイクロ波発生器１５によって発生されたマイクロ波は上記導波管１７の接続部２０を介して螺旋部１９内に導波され、筒状部１８に設けた多数の円周方向のスリット２１を介して放電管３の外周面の略全体から放電管３の半径方向内方に向かってマイクロ波を放射して放電管３内部に収容されるレーザガスを励起させることができるので、該レーザガスを効率的に励起することができる。
そして本実施例では、多数の永久磁石２４を各螺旋部１９の中間位置でその螺旋方向に沿って配列してあるので、放電管３内で電子サイクロトロン共鳴を発生させることができ、より効率的にレーザガスを励起することができる。
特に、レーザ発振器としてＭＯＰＡ型レーザ発振器３１Ａやマルチパス型レーザ発振器３１Ｂを用いる場合には、放電管３の直径が大きくなるのでその内部を流通するレーザガスを均等に効率的に励起することが困難となるが、放電管３の外周面の略全体からレーザガスを励起させることができれば、そして更に電子サイクロトロン共鳴を発生させることができれば、そのようなレーザ発振器３１Ａ、３１Ｂにおいてもレーザガスを効率的に励起することができる。
【００２２】
なお、上記実施例では導波管１７の螺旋部分を筒状部１８と断面コ字形の螺旋部１９とから構成しているが、上記筒状部１８を省略して、断面コ字形の螺旋部１９における放電管３側の開口部分を閉鎖した断面方形の螺旋部から構成するようにしても良い。この場合には、その開口部分を閉鎖した部分にスリット２１を形成すればよい。
またこの場合、放電管３は、螺旋部の各条の間で外部に露出してしまい、その露出部分からマイクロ波が外部に漏洩することになるので、この部分を金属板などで被覆することが望ましく、或いは永久磁石２４によってその露出部分を被覆しても良い。
【００２３】
また、放電管３を銅製やアルミ製とした場合には、この放電管３の一部を上記筒状部１８の一部として兼用することができる。この場合には、放電管３の一部を構成する筒状部１８のスリット２１を介して放電管３内のレーザガスが導波管１７内に流出するので、これを防止するためにマイクロ波を通過させるガラスなどの閉鎖部材で該スリット２１を閉鎖すればよい。
【００２４】
さらに、磁界発生手段としては永久磁石２４に限られるものではなく、電磁石であっても良く、また電線を導波管１７の螺旋部１９に沿って螺旋状に放電管３に巻きつけ、該電線に電流を流すことにより放電管３の軸方向に沿った磁界を発生させるようにしたものであっても良い。
また、上記放電管３に組み込むレーザ発振器の他の例としては、フロントミラー、リヤミラーをアキシコンミラーやパラボリックミラーとした共振器によりマルチパス型レーザ発振器を構成したものであっても良い。
【符号の説明】
【００２５】
１レーザ発振装置２ケーシング
３、３ａ、３ｂ放電管４ガス循環通路
４ａ出口通路４ｂ連通路
４ｂ−ｉ流入部４ｂ−ｏ流出部
９クロスフローファン１５マイクロ波発生器
１７導波管１８筒状部
１９螺旋部２０接続部
２１スリット２４永久磁石（磁界発生手段）
３１Ａ、３１Ｂレーザ発振器Ｌレーザ光

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にレーザガスを収容する筒状の放電管と、フロントミラーとリヤミラーとから構成された共振器を有するレーザ発振器と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、このマイクロ波発生器によって発生されたマイクロ波を導波するとともに、上記放電管内に放射する導波管とを備え、上記マイクロ波によって放電管内のレーザガスを励起させて、上記レーザ発振器によりレーザ光を発振させるようにしたレーザ発振装置において、
上記導波管を放電管の外周面に螺旋状に配置するとともに、この導波管に複数のスリットを設けて該スリットからマイクロ波を放電管内に放射してレーザガスを励起させることを特徴とするレーザ発振装置。
【請求項２】
上記放電管の内部に磁界を生じさせる磁界発生手段を設けて、該放電管内に電子サイクロトロン共鳴を発生させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振装置。
【請求項３】
上記磁界発生手段は、螺旋状に配置された上記導波管と並列して螺旋状に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ発振装置。
【請求項４】
上記レーザ発振器は、上記フロントミラーとリヤミラーとから構成された共振器と、この共振器から発振されたレーザ光を導光して上記放電管内を通過させることにより増幅する増幅器とを備えるＭＯＰＡ型レーザ発振器であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ発振装置。
【請求項５】
上記レーザ発振器は、上記フロントミラーとリヤミラーと反射ミラーとを備えており、上記反射ミラーを介して上記フロントミラーとリヤミラーとの間でレーザ光を導光して上記放電管内を複数回通過させて発振させるマルチパス型レーザ発振器であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザ発振装置。

【図１】