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JPH06152029A - Exciting method for laser gas by use of microwave discharge - Google Patents

Exciting method for laser gas by use of microwave discharge

Info

Publication number
JPH06152029A
JPH06152029A JP29419492A JP29419492A JPH06152029A JP H06152029 A JPH06152029 A JP H06152029A JP 29419492 A JP29419492 A JP 29419492A JP 29419492 A JP29419492 A JP 29419492A JP H06152029 A JPH06152029 A JP H06152029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
discharge tube
discharge
microwave
laser
electric field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP29419492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Ikeda
哲哉 池田
Minoru Danno
実 団野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP29419492A priority Critical patent/JPH06152029A/en
Publication of JPH06152029A publication Critical patent/JPH06152029A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the laser output and oscillation efficiency, by connecting a plurality of cavity resonators in coaxial with a discharge tube with a connecting plate and forming a nu/2 mode out of coupling modes generating a uniform microwave electric field in an axial direction of the discharge tube and forming the uniform electric field. CONSTITUTION:A laser gas is introduced into a discharge tube 1 through an inflow pipeline 10 and the laser gas heated by a discharge is ejected from the discharge tube 1 through an outflow pipeline 11 of the center and further is again circulated to the discharge tube 1 through the inflow pipeline 10 by a gas circulator 12. By propagating a microwave with a frequency of 2.45GHz from a microwave oscillator 2 to cylindrical cavity resonators 4 of the center through a waveguide 3 and an iris 13, the laser gas in the discharge tube 1 is discharged and excited. In this case, an electric field of pi/2 mode of a TM 010 is generated in the connected cylindrical cavity resonators 4, and a uniform discharge is generated in the two cavity resonators 4 of both ends out of the three cavity resonators 4.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波領域の電磁
波によって放電励起させる方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of exciting a discharge by an electromagnetic wave in a microwave range.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2にマイクロ波領域の電磁波によって
放電励起される従来のレーザ装置を示す。同図に示すよ
うに、円筒型空洞共振器4は導波管3、アイリス13を
介してマイクロ波発振器2と接続すると共に円筒型空洞
共振器4の両端にはそれぞれ端板9が取り付けられてい
る。円筒型空洞共振器4には、端板9を貫通して放電管
1が挿入されており、放電管1の両端にはそれぞれ光共
振器を構成する全反射ミラー5、出力ミラー6が配置さ
れている。
2. Description of the Related Art FIG. 2 shows a conventional laser device which is discharge-excited by electromagnetic waves in the microwave region. As shown in the figure, the cylindrical cavity resonator 4 is connected to the microwave oscillator 2 via the waveguide 3 and the iris 13, and end plates 9 are attached to both ends of the cylindrical cavity resonator 4, respectively. There is. The discharge tube 1 is inserted into the cylindrical cavity resonator 4 through the end plate 9, and a total reflection mirror 5 and an output mirror 6 which form an optical resonator are arranged at both ends of the discharge tube 1. ing.

【0003】従って、マイクロ波発振器2からマイクロ
波を出力すると、出力されたマイクロ波は、導波管3、
アイリス13を経て円筒型空洞共振器4に伝搬し、放電
管1内のレーザーガスがマイクロ波の電界により放電励
起される。これにより、レーザーガス媒質からの誘導放
出光を得て、全反射ミラー5と出力ミラー6との間で往
復反射によって増幅し、出力ミラー6からレーザー光7
となって出力する。
Therefore, when a microwave is output from the microwave oscillator 2, the output microwave is
It propagates to the cylindrical cavity resonator 4 through the iris 13, and the laser gas in the discharge tube 1 is discharge-excited by the electric field of the microwave. As a result, stimulated emission light from the laser gas medium is obtained, amplified by reciprocal reflection between the total reflection mirror 5 and the output mirror 6, and the laser light 7 is emitted from the output mirror 6.
And output.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】マイクロ波によるレー
ザーガスの放電励起法は既に公知であるが(Handy andB
randlelik,j.Appl.Phys.,49,3753-3756(1978))、しか
し、マイクロ波を封入した従来の空洞共振器を用いてレ
ーザ発振させる場合、レーザ出力を上げるために空洞共
振器長を長くすると、図3に示すように、空洞共振器内
のマイクロ波電界モードの共振周波数f、共振器長L及
び内径Dの関係により、空洞共振器内で形成する電界モ
ードの共振周波数が、放電に使用するマイクロ波の発振
周波数に接近する。
A method of exciting a discharge of a laser gas by a microwave is already known (Handy and B).
randlelik, j.Appl.Phys., 49,3753-3756 (1978)), however, when oscillating a laser using a conventional cavity containing a microwave, the cavity length must be increased in order to increase the laser output. If the length is made longer, as shown in FIG. 3, the resonance frequency f of the electric field mode formed in the cavity resonator is changed by the discharge frequency due to the relationship between the resonance frequency f of the microwave electric field mode in the cavity resonator, the resonator length L and the inner diameter D. Approach the oscillation frequency of the microwave used for.

【0005】この為、放電管内のレーザーガスの均一放
電を誘起するための軸方向均一磁界を形成するTM010
モード(Transverse Magnetic Mode;"010"は第1種の
ベッセル関数で表される添字)以外の種々のモードが共
存することになる。このように空洞共振器内に種々のモ
ードが混在すると、放電が不均一となり、放電管内のレ
ーザガス全体を放電励起できなくなり、逆にレーザー出
力が低下するという欠点がある。
Therefore, TM 010 forms an axially uniform magnetic field for inducing a uniform discharge of the laser gas in the discharge tube.
Various modes other than the mode (Transverse Magnetic Mode; "010" is a subscript represented by the Bessel function of the first kind) coexist. When various modes coexist in the cavity resonator as described above, the discharge becomes non-uniform, and it becomes impossible to excite the entire laser gas in the discharge tube, and the laser output decreases.

【0006】また、レーザー出力を上げるためにマイク
ロ波パワーを上げると、放電管の温度が上昇することか
ら、レーザ出力の増大に限界があった。本発明は、上記
従来技術に鑑みて成されたものであり、円筒型空洞共振
器の内部にTM010モードを優先的に形成させることに
よて、円筒型空洞共振器内のレーザーガス全体を均一に
放電させ、レーザー出力及び発振効率を向上させること
ができる方法を提供することを目的とする。
Further, when the microwave power is increased to increase the laser output, the temperature of the discharge tube rises, so there is a limit to the increase in laser output. The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and by preferentially forming the TM 010 mode inside the cylindrical cavity resonator, the entire laser gas in the cylindrical cavity resonator is formed. It is an object of the present invention to provide a method capable of uniformly discharging and improving laser output and oscillation efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はマイクロ波発振器から出力されたマイクロ
波を円筒型空洞共振器中に導入し、その電界によって放
電を発生させる放電管と、全反射ミラー及び出力ミラー
からなる光共振器とによって構成されるレーザー発振器
において、前記空洞共振器を前記放電管と同軸上に連結
板で複数個連結することにより、放電管軸方向に均一な
マイクロ波電界となるTM010による連成モードのうち
π/2モードを形成させることによって、均一電界を形
成することを特徴とする。
The structure of the present invention which achieves such an object is a discharge tube which introduces microwaves output from a microwave oscillator into a cylindrical cavity resonator and generates a discharge by its electric field. In the laser oscillator including an optical resonator including a total reflection mirror and an output mirror, a plurality of the cavity resonators are connected coaxially with the discharge tube by a connecting plate so that the cavity resonators are uniform in the discharge tube axial direction. It is characterized in that a uniform electric field is formed by forming a π / 2 mode among the coupled modes by TM 010 which becomes a microwave electric field.

【0008】[0008]

【作用】円筒型空洞共振器の内部に、電界ベクトルに対
して垂直となるように、金属製の連結板を設置して、図
4に示すように、TM010のπ/2モードだけを共振さ
せる空洞共振器を複数個同軸上に連結すると、連結した
空洞共振器内の放電管内のレーザガス全体は均一に放電
することになる。
A metal connecting plate is installed inside the cylindrical cavity resonator so as to be perpendicular to the electric field vector, and as shown in FIG. 4, only the TM 010 π / 2 mode resonates. When a plurality of cavity resonators are coaxially connected, the entire laser gas in the discharge tube in the connected cavity resonators is uniformly discharged.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明について図面に示す実施例を参
照して詳細に説明する。図1に本発明のレーザーガスの
マイクロ波放電励起法に係る一実施例を示す。本実施例
では、空洞共振器として円筒型空洞共振器を使用するも
のである。同図に示すように本実施例のレーザー発振器
は、炭酸ガスレーザー用のレーザーガス(組成CO2
2,He,圧力40Torr)を対象として、3個の円筒型
空洞共振器4(内径8.3cm、長さ10cm)を2枚の銅製の
環状連結板8(内径4.0cm、厚さ0.5cm)により連結し
て、両端には端板9を取り付けたものである。この結
果、連結された3個の円筒型空洞共振器4の全長は、3
1cmとなった。ここで中央の円筒型空洞共振器4に
は、導波管3、アイリス13(口径45mm)を介して
マイクロ波発振器3が接続されている(アイリス13の
口径は、インピーダンスマッチングをとるために、放電
が発生した時に、反対マイクロ波がゼロになるように設
定した(定在波比1.1))。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 shows one embodiment of the microwave discharge excitation method of laser gas of the present invention. In this embodiment, a cylindrical cavity resonator is used as the cavity resonator. As shown in the figure, the laser oscillator of the present embodiment has a laser gas (composition CO 2
N 2, the He, as a target pressure 40 Torr), 3 pieces of cylindrical cavity resonator 4 (inner diameter 8.3 cm, length 10 cm) with two copper annular coupling plate 8 (inner diameter 4.0 cm, thickness 0.5 cm) And the end plates 9 are attached to both ends. As a result, the total length of the three connected cylindrical cavity resonators 4 is 3
It became 1 cm. Here, the microwave oscillator 3 is connected to the central cylindrical cavity resonator 4 through the waveguide 3 and the iris 13 (diameter 45 mm) (the diameter of the iris 13 is impedance matching, It was set so that the opposite microwave was zero when discharge occurred (standing wave ratio 1.1).

【0010】これら3個の円筒型空洞共振器4内には、
端板9を貫通して放電管1が挿入されており、放電管1
の両端にはそれぞれ光共振器を構成する全反射ミラー
5、出力ミラー6が配置されている。放電管1からレー
ザガスを排出するための排出用管路11が中央の円筒型
空洞共振器4に挿入され、放電管1の中央に連通してい
る。また、放電管1の両端には流入用管路10が連通し
ており、これら流入用管路11、流入用管路10は熱交
換器等のガス循環器12を介して接続している。
In these three cylindrical cavity resonators 4,
The discharge tube 1 is inserted through the end plate 9,
A total reflection mirror 5 and an output mirror 6, which form an optical resonator, are arranged at both ends of each. A discharge conduit 11 for discharging the laser gas from the discharge tube 1 is inserted into the central cylindrical cavity resonator 4 and communicates with the center of the discharge tube 1. Further, inflow pipes 10 communicate with both ends of the discharge tube 1, and these inflow pipes 11 and 10 are connected via a gas circulator 12 such as a heat exchanger.

【0011】従って、レーザーガスは流入用管路10を
経て放電管1に導かれ、放電により加熱されたレーザー
ガスは、放電管1から中央の排出用管路11を通じて排
出され、更に、ガス循環器12により流入用管路10を
通って放電管1に再び循環されることになる。ここで、
マイクロ波発振器2から周波数2.45GHzのマイク
ロ波を導波管3、アイリス13を経て中央の円筒型空洞
共振器4へ伝搬させることにより、マイクロ波の電界に
より放電管1内のレーザガスが放電励起する。この時、
図4に示すように連結した円筒型空洞共振器4にはTM
010のπ/2モードの電界が発生し、3個の空洞共振器
4のうち両端の2個の空洞共振器4は均一に放電するこ
とになる。尚、中央の空洞共振器4においてTM010
0モード及びπモードが電界を形成すると、放電管1と
排出用管路11との接続部分においても放電を発生する
虞があるため、本発明では、連結板8を工夫することに
より、図に示すようにTM 010のπ/2モードの電界の
みを発生させて、中央の空洞共振器4では放電しないよ
うにしたものである。
Therefore, the laser gas flows through the inflow line 10.
Laser which is guided to the discharge tube 1 and heated by the discharge
The gas is discharged from the discharge tube 1 through the central discharge line 11.
Is discharged, and the inflow conduit 10 is further supplied by the gas circulator 12.
It will be circulated through the discharge tube 1 again. here,
Microphone with frequency of 2.45 GHz from microwave oscillator 2
B wave through the waveguide 3 and iris 13
By propagating to the resonator 4, an electric field of microwave is generated.
As a result, the laser gas in the discharge tube 1 is discharge-excited. At this time,
The cylindrical cavity resonator 4 connected as shown in FIG.
010Π / 2 mode electric field is generated and three cavity resonators
The two cavity resonators 4 at the two ends of 4 can be uniformly discharged.
Becomes In the central cavity resonator 4, TM010of
When the 0 mode and the π mode form an electric field, the discharge tube 1 and
Electric discharge is generated also in the connection portion with the discharge pipe line 11.
Therefore, in the present invention, the connecting plate 8 is devised in the present invention.
More, as shown in the figure TM 010Of the π / 2 mode electric field
Only the center cavity resonator 4 does not discharge.
It is a scam.

【0012】この実施例で得られるレーザー出力及びレ
ーザー発振効率を表1に示す。
Table 1 shows the laser output and laser oscillation efficiency obtained in this example.

【表1】 この表1に示すように、連結板により3個の円筒型空洞
共振器4を連結して共振器長を長くすると、従来の1個
の円筒型空洞共振器の場合に比較して、レーザ発振効率
はほとんど変わらないが、レーザー出力はそれに比例し
て増加することが判る。更に、円環状連結板8の厚みと
内径を変えることにより、各共振器毎にマイクロ波パワ
ーの注入量を制御することが可能である。
[Table 1] As shown in Table 1, when three cylindrical cavity resonators 4 are connected by a connecting plate to increase the resonator length, the laser oscillation is increased as compared with the conventional single cylindrical cavity resonator. It can be seen that the efficiency is almost unchanged, but the laser power increases proportionally. Further, by changing the thickness and the inner diameter of the annular connecting plate 8, it is possible to control the injection amount of microwave power for each resonator.

【0013】一方、本発明のπ/2モードを形成する連
結型の空洞共振器を用いず、従来法に従って、図2に示
すように共振器長30cmの空洞共振器でレーザーガス
を放電させた場合、レーザーガスの放電温度が上昇する
ため、表1に示すようにレーザー出力、発振出力はあま
り上がらなかった。これらの結果を比較すると、レーザ
ー出力を増大させるためには、本発明によるTM010
π/2モードを使用すること、更に、レーザガスをマイ
クロ波の導入される中央の円筒型空洞共振器4から導入
し、隣接する円筒型空洞共振器4に分配することが効果
的であることが判る。
On the other hand, according to the conventional method, the laser gas was discharged in the cavity resonator having the cavity length of 30 cm as shown in FIG. 2 without using the coupled cavity resonator forming the π / 2 mode of the present invention. In this case, since the discharge temperature of the laser gas increased, the laser output and the oscillation output did not rise so much as shown in Table 1. Comparing these results, in order to increase the laser power, the π / 2 mode of TM 010 according to the present invention is used, and the laser gas is fed from the central cylindrical cavity 4 into which microwave is introduced. It can be seen that it is effective to introduce and distribute to adjacent cylindrical cavity resonators 4.

【0014】尚、本発明は上記実施例に限るものではな
く、TM010のπ/2モードの電界を形成していない円
筒型空洞共振器でマイクロ波導入用のアンテナあるいは
アイリスを結合しても良い。例えば、導波管と空洞共振
器との接続にアイリスを用いる代わりに、同軸導波路や
同軸ケーブルを用いる場合には、アンテナカップリング
(内導体を空洞共振器に挿入したものや、内導体と外導
体とを一部短絡させたループ状のもの)させて、アイリ
スを用いた場合と同じインピーダンスが(定在波比)が
得られるようにしても良い。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and a cylindrical cavity resonator in which a π / 2 mode electric field of TM 010 is not formed may be combined with an antenna or an iris for introducing microwaves. good. For example, when a coaxial waveguide or a coaxial cable is used instead of using an iris for connecting the waveguide and the cavity resonator, an antenna coupling (an inner conductor inserted in the cavity resonator or an inner conductor and The outer conductor may be partially short-circuited to form a loop) so that the same impedance (standing wave ratio) as when an iris is used can be obtained.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明によれば、円筒型空洞共振器内に設置
した放電管内のレーザーガスの放電を均一に維持したま
ま、放電体積を増大させることができるので、レーザー
出力を増大することができる。更に、レーザーガスを有
効に流入及び分配することにより、レーザー出力を一層
増大することができる。
As described above in detail with reference to the embodiments, according to the present invention, the discharge is performed while maintaining the discharge of the laser gas in the discharge tube installed in the cylindrical cavity resonator uniformly. Since the volume can be increased, the laser output can be increased. In addition, the laser power can be further increased by effectively inflowing and distributing the laser gas.

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

【図1】本発明の一実施例に係るレーザー装置の正面断
面図である。
FIG. 1 is a front sectional view of a laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来のレーザー装置を示す正面断面図である。FIG. 2 is a front sectional view showing a conventional laser device.

【図3】共振周波数と空洞共振器長との関係を示すグラ
フである。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the resonance frequency and the cavity length.

【図4】円筒型空洞共振器におけるTM010の連成モー
ドを示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a coupled mode of TM 010 in a cylindrical cavity resonator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 放電管 2 マイクロ波発振器 3 導波管 4 円筒型空洞共振器 5 全反射ミラー 6 出力ミラー 7 レーザー光 8 円環状連結板 9 端板 10 流入用管路 11 排出用管路 12 ガス循環器 13 アイリス 1 Discharge Tube 2 Microwave Oscillator 3 Waveguide 4 Cylindrical Cavity Resonator 5 Total Reflection Mirror 6 Output Mirror 7 Laser Light 8 Ring Connection Plate 9 End Plate 10 Inlet Pipeline 11 Exhaust Pipeline 12 Gas Circulator 13 Iris

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波発振器から出力されたマイク
ロ波を円筒型空洞共振器中に導入し、その電界によって
放電を発生させる放電管と、全反射ミラー及び出力ミラ
ーからなる光共振器とによって構成されるレーザー発振
器において、前記空洞共振器を前記放電管と同軸上に連
結板で複数個連結することにより、放電管軸方向に均一
なマイクロ波電界となるTM010による連成モードのう
ちπ/2モードを形成させることによって、均一電界を
形成することを特徴とするレーザーガスのマイクロ波放
電励起法。
1. A discharge tube for introducing microwaves output from a microwave oscillator into a cylindrical cavity resonator to generate a discharge by an electric field thereof, and an optical resonator including a total reflection mirror and an output mirror. in the laser oscillator is, by multiple connected by the connecting plate the cavity resonator to the discharge tube coaxially, a uniform microwave electric field in the discharge tube axis TM 010 of coupled mode by [pi / A microwave discharge excitation method for laser gas, which comprises forming a uniform electric field by forming two modes.
JP29419492A 1992-11-02 1992-11-02 Exciting method for laser gas by use of microwave discharge Withdrawn JPH06152029A (en)

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