(57)【要約】従来設けられたものよりもいっそうコンパクトな構造体になるようにして電極と少なくとも１つの側壁とによって形成することのできるレーザ導波管。電極における突出部によって、いっそう容易なレーザ始動が可能になり、また、分割型の側壁によって、側壁のいっそう容易な組立が可能になり、製造コストが削減される。
2006525756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面を有している上部電極と、第２面を有している下部電極とを備え、
前記第１面と前記第２面とは、少なくとも１つの側壁によって隔てられ、前記第１面と前記第２面とは、互いに対向し、それらの部分が前記少なくとも１つの側壁で完全には覆われておらず、前記第１面、前記第２面、および前記少なくとも１つの側壁は、レーザ導波管を形成している、導波管レーザに使用するためのレーザ導波管。
【請求項２】
前記少なくとも１つの側壁は、２つ以上の側壁である請求項１に記載のレーザ導波管。
【請求項３】
前記２つ以上の側壁は、分割型側壁である請求項２に記載のレーザ導波管。
【請求項４】
前記分割型側壁は、分割用隙間によって隔てられている請求項３に記載のレーザ導波管。
【請求項５】
前記少なくとも１つの側壁は、セラミックから作られている請求項１に記載のレーザ導波管。
【請求項６】
前記少なくとも１つの側壁は、ＢｅＯから作られている請求項１に記載のレーザ導波管。
【請求項７】
前記少なくとも１つの側壁は、ＡｌＮから作られている請求項１に記載のレーザ導波管。
【請求項８】
前記電極は、金属から作られている請求項１に記載のレーザ導波管。
【請求項９】
前記分割型側壁は、長さが２００．０ｍｍ未満である請求項３に記載のレーザ導波管。
【請求項１０】
前記上部電極は、前記下部電極との間の距離を減少させる第１突出部を形成するように形づくられている請求項１に記載のレーザ導波管。
【請求項１１】
前記下部電極は、前記上部電極との間の距離を減少させる第１突出部を形成するように形づくられている請求項１に記載のレーザ導波管。
【請求項１２】
前記下部電極は、前記上部電極との間の距離を減少させる第２突出部を形成するように形づくられている請求項１０に記載のレーザ導波管。
【請求項１３】
レーザ導波管と、発振用電磁界と、前記導波管の中に配置されたレーザ発振材料とを備え、
前記レーザ導波管は、電極と少なくとも１つの側壁とによって、前記導波管の境界を形成する前記電極のどの面も前記少なくとも１つの側壁で完全には覆われないように形成され、
前記電磁界は、その電磁界が前記レーザ導波管の中で作られるように、前記電極へ供給された発振用電流によって作られ、
前記電磁界は、前記レーザ発振材料から電磁放射線の誘導放出を生じさせる導波管レーザ。
【請求項１４】
ＲＦ電源と、マイクロプロセッサとをさらに備え、
前記ＲＦ電源は、前記発振用電磁界に電力を供給し、
前記マイクロプロセッサは、前記発振用電磁界の周波数よりも高い周波数で作動するとともに前記ＲＦ電源の作動を制御する請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの側壁は、２つ以上の側壁である請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項１６】
前記２つ以上の側壁は、分割型側壁である請求項１５に記載の導波管レーザ。
【請求項１７】
前記分割型側壁は、分割用隙間によって隔てられている請求項１６に記載の導波管レーザ。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの側壁は、セラミックから作られている請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの側壁は、ＢｅＯから作られている請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの側壁は、ＡｌＮから作られている請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項２１】
前記電極は、金属から作られている請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項２２】
前記分割型側壁は、長さが２００．０ｍｍ未満である請求項１７に記載の導波管レーザ。
【請求項２３】
前記上部電極は、前記下部電極との間の距離を減少させる第１突出部を形成するように形づくられている請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項２４】
前記下部電極は、前記上部電極との間の距離を減少させる第１突出部を形成するように形づくられている請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項２５】
前記下部電極は、前記上部電極との間の距離を減少させる第２突出部を形成するように形づくられている請求項２３に記載の導波管レーザ。
【請求項２６】
前記レーザ発振材料は、ＣＯ2である請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項２７】
前記レーザ発振材料は、ＣＯ2の混合体である請求項１３に記載の導波管レーザ。
【請求項２８】
レーザ導波管と、ハウジングと、発振用電磁界と、前記導波管の中に配置されたレーザ発振材料とを備え、
前記レーザ導波管は、電極と少なくとも１つの側壁とによって、前記導波管の境界を形成する前記電極のどの面も前記少なくとも１つの側壁で完全には覆われないように形成され、前記側壁は、前記レーザ導波管の一部を形成する第１面および第２面を有し、前記一部は、前記第１面から前記第２面までの距離が前記導波管の長さに沿って変化し、
前記ハウジングは、前記レーザ導波管を取り囲むとともに準大気圧に与圧され、
前記電磁界は、その電磁界が前記レーザ導波管の中で作られるように、前記電極へ供給された発振用電流によって作られ、
前記電磁界は、前記レーザ発振材料から電磁放射線の誘導放出を生じさせる導波管レーザ。
【請求項２９】
ＲＦ電源と、マイクロプロセッサとをさらに備え、
前記ＲＦ電源は、前記発振用電磁界に電力を供給し、
前記マイクロプロセッサは、前記発振用電磁界の周波数よりも高い周波数で作動するとともに前記ＲＦ電源の作動を制御する請求項２８に記載の導波管レーザ。
【請求項３０】
前記ハウジングは、前記少なくとも１つの側壁から形成されている請求項２８の導波管レーザ。
【請求項３１】
前記ハウジングは、少なくとも１つの電極から形成されている請求項２８の導波管レーザ。
【請求項３２】
前記電極の断面の中心線どうしの間の距離は、前記導波管の長さに沿って変化する請求項２８の導波管レーザ。
【請求項３３】
前記第１面と前記第２面との間の距離は、前記導波管の長さに沿って変化する請求項２８の導波管レーザ。
【請求項３４】
突出部とともに第１面を有している上部電極を配置するステップと、
前記第１面の上に、少なくとも１つの側壁をその少なくとも１つの側壁が前記第１面を完全には覆わないように位置決めするステップと、
前記少なくとも１つの側壁の上に、第２面を有している下部電極を位置決めするステップとを備え、前記少なくとも１つの側壁は、前記第２面を完全には覆うことがなく、前記上部電極の配置によって、前記下部電極と前記少なくとも１つの側壁とが位置決めされ、コンパクトな構造を有するレーザ導波管が形成される
レーザ導波管の形成方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの側壁を形成するステップをさらに備え、この形成ステップは、少なくとも１つのセラミック片を所望の形状にプレス加工するステップと、前記少なくとも１つのセラミック片を第１公差まで研削するステップとからなる請求項３４の方法。
【請求項３６】
前記下部電極を形成するステップをさらに備え、この形成ステップは、前記下部電極を第２公差まで機械加工するステップからなる請求項３４の方法。
【請求項３７】
前記上部電極を形成するステップをさらに備え、この形成ステップは、前記上部電極を第３公差まで機械加工するステップからなる請求項３４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は、２００３年５月２日に出願された米国仮特許出願第６０／４６７，５４２号の利益を主張する。
【０００２】
この発明は、一般に導波管レーザに関するものであり、さらに詳しくはＲＦ励起型導波管レーザに関するものであるが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００３】
導波管レーザは典型的には、２つの鏡であってこれらの鏡どうしの間に光路を画定する導波管とともに連結された光学的共振器を画定する凹面あるいは平面がある２つの鏡から構成されている。
【０００４】
この導波管は典型的には、セラミックブロック（例えば酸化アルミニウム，Ａｌ2Ｏ3）の中に研削によって設けられた通路であり、これには、導波管の断面を完全なものにするために加えられたアルミニウムあるいは銅からなる下部電極が備わっている。この代わりに、この導波管は、連続状の閉鎖長穴であってこの長穴に対して平行な上部電極および下部電極の備わった閉鎖長穴を作り出すために、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のような一片のセラミックに超音波で穴を開けることができる。典型的には、発振用電磁界（例えば高周波−ＲＦ）電源の正極アームが導波管の上部電極の中に連結されるとともに、ＲＦ電源の接地平面が下部電極に連結される。共振は、ＲＦ電圧を電極の長さに沿って一様に分布させるために、上部電極の長さの間にそれに沿って加えられる。最後に、鏡と導波管構造体とは、励起されるガスを保有する真空容器（レーザハウジング）の中に一線配置されかつ収容される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導波管レーザは、必要な長さについて、許容できるレーザ性能を得るのに充分な精度で妥当な費用により導波管を組み立てることが困難である、という不利を免れない。概ね３０〜４０ｃｍの長さで１．５〜３．０ｍｍのくり穴である典型的な導波管構造体を費用に対して効果的に組み立てることはきわめて困難である。くり穴断面が不正確であると、レーザの横モード特性は許容できないものになり、また、出力が減少する。寸法によって、導波管を製造するために使用される現在のセラミック厚板は、注入成形によって構成されるかあるいは押し出される。注入成形あるいは押出成形の公差は大きいため、所望の精度を獲得するためには、部品が形成された後に費用のかかる機械加工（研削）が必要である。
【０００６】
さらに、導波管レーザは、固有の内部ＲＦ回路におけるその損失と熱除去効率とのバランスがとられる。理想的には、ＲＦ損失を最小限にするためには、天部電極と底部電極と（ＲＦ+電極とＲＦ-電極あるいは接地電極と）の間のキャパシタンスは高いものでなければならないが、これは言い換えると、天部電極と底部電極との間にできるだけセラミックを使用しないことである。Ａｌ2Ｏ3については、熱効率要件により大きいセラミック区域の使用が要求されるが、これによって、より高い損失のＲＦ回路および／または高い製造コストが生じる。理想的には、ＢｅＯおよびＡｌＮのような良好な熱特性の備わった材料は、使用するのに好ましいセラミックであるが、従来技術の導波管設計とともに法外に値段の高いものである。
【０００７】
さらに、導波管レーザの共振器空洞は、格納鏡の不整合と格納の低い反射率特性とによってエネルギー損失を免れない。例えば、共振器空洞のいずれか一方の端部で平面鏡を使用すると、完全に整合していないときには、限られた数の反射だけが可能である。
【０００８】
従来技術では、くり穴断面は研削あるいは超音波穿孔の結果であるので、たいていのくり穴は長方形かあるいは円形かのいずれかである。これによって、装置の光学的性質のためよりも製造方法のために最適化されたくり穴がもたらされる。例えば、湾曲状の格納鏡を使用すると、共振器空洞を貫通する可変ビーム半径がもたらされ、従って、従来技術の導波管通路では、共振器通路における可変ビーム半径に関して導波管の最適化をすることができない。
【０００９】
従来技術では、電極の位置決め、従って共振電界発生は、部分的に電極間隔の関数であり、また、導波管構造体の寸法（すなわち、電極どうしの距離）によってしばしば決定される。電極どうしのさまざまな間隔によって出力レベルが変化するため、電極間隔と光学素子とを充分に最適化することができず、その代わりに、従来方法は製造の容易さに焦点が置かれる。
【００１０】
従来のガスレーザには、例えばレーザの始動に付加的な問題が存在している。伝統的なＣＯ2レーザは、７０〜８０トールで与圧されるが、ＲＦシステムのいくつかの手動操作によることなく始動するのが困難である。
【００１１】
従来技術のシステムは、ラークマン（Ｌａａｋｍａｎ）特許（米国特許第４，１６９，２５１号）に記載されている。ラークマン特許は、他の従来システムと同じような多くの問題（例えば、注入成形によって形成しなければならない高価で長いセラミック部材、従来の始動特性……）を免れない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の代表的実施形態によれば、ガスレーザ構成方法が提供される。
【００１３】
この発明の代表的実施形態によれば、レーザ導波管の形成においてセラミック部分を使用する方法および装置が提供される。
【００１４】
この発明の代表的実施形態によれば、レーザ導波管の形成において突出部（例えば電極の隅の丸み部）を使用する方法および装置が提供される。
【００１５】
この発明の代表的実施形態によれば、レーザ導波管構造体の形成において突出部とセラミック部の使用とを組み合わせる方法および装置が提供される。
【００１６】
この発明の代表的実施形態によれば、電極間隔を最適化することで、レーザの出力および／または効率が増大する。
【００１７】
この発明のある代表的実施形態によれば、密封容器の中に収容された導波管の両端において第１および第２の反射手段によって画定されたレーザ共振器空洞の中に配置された導波管を有している導波管レーザが提供される。導波管構造体は、互いに接合されたときに導波管壁を形成する複数の部材から作り上げられている。これらの導波管壁は、これらの壁をいっそう正確に整合させることのできる個々の部材から作り上げることができる。個々の部材は、互いに突き合わせることができ、または、レーザの出力あるいはモードの悪化がほとんどない隙間によって隔てることができる。
【００１８】
この発明における実施形態の用途のさらに別の範囲は、これ以降に提供される詳細な説明から明らかになる。詳細な説明および特定の例は、この発明の代表的実施形態を表わすものであるが、例示だけの目的を意図しており、発明の範囲を制限することを意図してない、ということを理解すべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施形態は、図面とともに与えられた次の詳細な説明から明らかになる。
【００２０】
代表的実施形態の次の説明は、本質的には単に例示的なものであって、この発明、その用途あるいは使用法を制限することを決して意図していない。
【００２１】
図１には、この発明の代表的実施形態に係る厚板導波管レーザ１であって、天部あるいは上部の電極２と底部あるいは下部の電極４とが備わっている厚板導波管レーザ１が示されている。上部電極２および下部電極４はそれぞれ、変形可能な形状（例えば、平坦なもの、厚さ可変のもの、湾曲したもの……）を備えていてもよい。側壁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが、上部電極２と下部電極４との間に挟まれ、かつ、小さい隙間５によって離されている。側壁の幅および厚さは陰影を付けて示されている。側壁の長さには陰影を付けていない。
【００２２】
側壁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、上部電極２および下部電極４は導波管６を形成することができる。側壁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄどうしの間には、隙間があってもよく、隙間がなくてもよい。この発明の代表的実施形態では、任意の数の隙間があってよい。この発明の追加の代表的実施形態では、側壁は所定圧力で導波管６を密閉することができる。導波管６は、レーザ発振媒体あるいは所望の操作条件に左右されるさまざまな圧力で密閉することができる。例えば、導波管は、電極２と隙間のない側壁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとを備えていてもよい。この代表的実施形態では、側壁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、延出して電極２，４を取り囲み、レーザ自体のハウジングを形成している。同じように、電極２，４はレーザのハウジングを形成することができる（例えば図６Ｃ）。
【００２３】
側壁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ（など）は、たとえ側壁の部分どうしの間にあるいは側壁の部分と電極２，４との間に隙間があるとしても、感知できるほどのビーム劣化あるいは出力損失がほとんどないかあるいはまったくない限度までビームを導くように作用する。隙間５はビームに影響を及ぼさない可変寸法（例えば１〜３ｍｍあるいはそれ以上、……）のものであってもよい。図２は、図１の導波管レーザ１の横断面における端面図を示している。上部電極２および下部電極４は、丸隅部（突出部）のある導波管６を形成するように具体化されて示されている。電極２，４の形状は、ビームが容易に当たるようにかつビームのモード制御が良好になるように、簡単に変更される。導波管型レーザおよび他の型のレーザでは、ビーム強度への典型的なガウス形状を作り出す円対称部分がビームの中に存在することが好ましい。電極は、導波管の中に真円対称部が存在するように、すなわち導波管の断面が真円であるように（例えば、図６Ａの導波管６に示されたように）、ここで示されたものよりもさらに丸みを帯びていてもよい。この発明の代表的実施形態によれば、電極の断面の可変形状は従来の方法によって（例えば、ＣＮＣフライス削り、……によって）形づくることができる。
【００２４】
図３はこの発明の代表的実施形態に係る、図４におけるＩＶ−ＩＶ断面の縦断面図を示している。レーザ１は、ハウジング１１の内部に配置することができ、２つの端部１ａ，１ｂの間に構成された空洞を備えている。端部１ａには反射面が備わっており、端部１ｂには出力カプラーを形成する部分反射面が備わっている。ＲＦフィードスルー１２は絶縁用セラミックケーシング１３の中に取り囲まれている。セラミックケーシング１３はさまざまな材料（例えば、ＢｅＯ、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、他の適切な絶縁用および／または誘電用の材料）から構成されていてもよい。この明細書における考察はさまざまな構成要素についてなされたが、そのような構成要素およびそのような構成要素の存在はこの発明の範囲について制限的なものであると解釈すべきでない。例えば、この発明の代表的な実施形態によれば、反射要素を含んでいる密閉型の導波管構造体では、分離されたハウジングは必要ではなく、側壁あるいは電極がハウジングをさらに形成する。
【００２５】
レーザ１は、電極用の天部あるいは上部の板２と底部あるいは下部の板４とを備えてハウジング１１の中に収容されていてもよい。天部あるいは上部の電極２は、ここでは連続状のものとして示されているが、電極の天側と底側との温度差による反りの軽減を支援するために、１つ以上の部分を備えたものでもよい。導波管６は全反射体１４と部分反射面１５との間のものでもよい。全反射体１４と部分反射面１５とは導波管６の端部に配置することができる。部分反射面１５はビームのための出力カプラーを形成することができる。ビームは、出力カプラーで存在する前に、導波管６を通る１つ以上の通路を作ることができる。この発明の代表的実施形態は、全反射体１４と部分反射面１５との間に配置された導波管の数に関して制限されるものであると解釈すべきでない。この発明の代表的実施形態は複数の導波管を有するものであってもよく、これらの導波管は接続されていてもよく、分離されていてもよい。
【００２６】
図３の代表的実施形態には、セラミックの側壁３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅが隙間を残すことなく互いに突き合わされている事例が図示されている。この発明のこの実施形態では、４つのセラミック円筒１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが使用されて、レーザハウジングと電極アセンブリーとの間にレーザを互いに保持する型締力がもたらされている。円筒１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄはさまざまな材料（例えば、ＢｅＯ、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、他の適切なセラミック、……）から作ることができる。それらはここでは、レーザの長さに沿った電位差が最小化されることを保証するインダクター１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄがそれぞれに設けられて示されている。代表的な実施形態では、少なくとも１つの電源をコネクター１２により接続することができる。
【００２７】
ねじ式調節器１８ａ，１８ｂは光学素子を調節するために使用することができる。他の調節器は他の平面における光学素子を調節するために使用することができる。この発明の実施形態は光学的調節器の型によって制限されるものではなく、当業者に広く知られた他の方法を使用することができる。この発明は光学的調節器を有しているものに制限されるものでもない。
【００２８】
図４は、この発明の代表的実施形態に係るレーザの端面図を示している。くり穴６に対して平行にされているビームの光軸に対してともに垂直である２つの平面における光学素子の調節を促進するために、２つの光学的調節手段１８を互いに直交状に配置することができる。図示されていない他の調節手段を、ビームに対して平行な方向における光学素子の調節のために使用することができる。
【００２９】
図５は、この発明の代表的実施形態に係る図２の電極および導波管の拡大図を示しており、電極２および導波管４をいっそうはっきりと示している。電極２および導波管４は、ある形状の導波管６を提供するように輪郭が作られている。電極２および導波管４は、出力およびビームの特性を最適化するために、任意の所望形状で形成することができる。電極の輪郭部分は、この明細書の中において突出部としても言及されている。
【００３０】
図６Ａ〜６Ｅは、この発明の代表的実施形態に係る導波管６のさまざまな断面部分を示している。図６Ａ〜６Ｄでは、導波管６は電極２，４および側壁片９Ａ，９Ｂによって取り囲まれている。電極２，４および側壁は、隙間を開けてかつ互いに接触しないように構成されていてもよい。図６Ｃは、この発明の代表的実施形態に係るレーザ導波管のハウジングの大部分を形成するために、電極２を使用することを示している。電極２は、セラミック側壁９Ａ，９Ｂの突出部であってよい絶縁性スペーサ１０によって電極４から隔てられている。この発明のさらに別の代表的実施形態では、側壁がハウジングを形成することができる。
【００３１】
図６Ｅに示されたこの発明の代表的実施形態では、複数の導波管（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）が示されている。図６Ａ〜６Ｅに示されたように、この発明の代表的実施形態には、複数形状の導波管６、複数の形状および個数の電極２，４（例えば、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）、複数個数の導波管（例えば、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）、および複数個数の側壁（例えば、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ）が備わっていてもよい。さらに、導波管はそれらの長さに沿った位置で接続することができる。同じように、この発明の代表的実施形態には、電極を互いに絶縁するために絶縁体１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが備わっていてもよい。この発明のある代表的実施形態では、図６Ｅに示された複数の導波管の１つには、活性化された電極は備わっておらず、また、チャンバーはレーザ発振ガスのための冷却チャンバーとして作用する。冷却チャンバーがある場合には、導波管の１つは、導波管の長さに沿ったどこかで第２導波管に接続されている。第２導波管が活性電極を有している場合には、レーザ発振が生じる。
【００３２】
図７には、この発明の代表的実施形態に係るレーザ導波管の二次元縦断面図が示されている。導波管６には、縦方向に、光学的効率を最大限にするために具体的に設計された可変断面部がある。可変断面部は、導波管６における光学モードに左右される種々の形状のものであってよい。図７には、縦方向における対称的な可変形状断面部が図示されているが、その形状は非対称のものであってもよい。
【００３３】
さらに、導波管６を形成する側壁どうしは、２つの別個の側面がある１つの側壁を基本的に形成している細長片によって接続することができる。１つの側壁が形成されているときには、２つの別個の側面を結合している細長片は、導波管６の長さに沿った位置で１つの電極の表面を覆うことができる。図８には、２つの主要部分３Ａ，３Ｂがある１つの側壁を有している、この発明の代表的実施形態に係るレーザ導波管６の分解図が図示されている。主要部分３Ａ，３Ｂは、単一の側壁を形成している細長片１７によって接続することができる。細長片１７は、電極２，４を配置するためにもまた使用することができ、また、そのような細長片は、さまざまな形状および寸法の多くのものであってもよい。導波管６は、主要部分３Ａ，３Ｂの２つの表面と２つの電極２，４の表面とで形成されている。この明細書における考察は、この発明の範囲を細長片接続部のある側壁にあるいは１つの側壁に制限するように解釈すべきではない。この発明の代表的実施形態には接続された複数の側壁が備わっていてもよい。
【００３４】
突出部はレーザの始動特性を促進する。図９Ａ〜９Ｃは、この発明のいくつかの代表的実施形態を示しており、ここで電極２，４には突出部２１が含まれている。電極２，４の突出部２１は、局在化領域における電界を増大させることによってレーザの始動特性を促進する。例えば、この発明の代表的実施形態に係るＣＯ2導波管レーザは、突出部を備えており、７０トールとは対照的に２００トールの圧力で始動することができる。例示として与えられた始動圧力は、この発明の制限的なものであると解釈すべきではない。この発明の代表的実施形態に係るレーザはさまざまな圧力で始動することができる。
【００３５】
先に説明したこの発明の代表的実施形態では、側壁（例えば、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，９Ａ，９Ｂ）は、要望された絶縁性に左右されるさまざまな材料から構成することができる。例えば、側壁は、従来技術の導波管レーザにしばしば使用される酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）に対して熱的特性および他の特性がきわめて優れているセラミック材料（例えば、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、……）から構成することができる。ＢｅＯおよびＡｌＮは、Ａｌ2Ｏ3よりも熱効率が著しく高く、かつ、反射性が著しく高い。例えば、ＢｅＯは熱効率がおよそ１０倍である。この発明の代表的実施形態では、上記材料を使用することができるような側壁の効果的使用が可能である。この発明の代表的実施形態ではＡｌ2Ｏ3を使用することもできる。
【００３６】
この発明の代表的実施形態では、上部電極（例えばＲＦ正極）は、ＲＦエネルギーの分布を促進するために連続状のものでもよく、あるいは分割状のものでもよい。側壁および下部電極（例えば接地電極）は連続状のものでもよく、かつ／または、個々の部分に製造されて組み立てられるものでもよい。個々の部分によれば、高品質の導波管構造体を作るために２つ作製されて一線配置される低コストの標準的反復台を設けることによって全体コストを削減することが促進される。分割状構造体によれば、現在使用されている導波管構造体に比べてコストが削減される結果になるであろう。この明細書における考察は、この発明を特定寸法の分割片に制限するように解釈すべきではない。この発明の代表的実施形態によれば、分割片の長さについては、３インチに加えて（例えば、８０．０ｍｍ以上の、８０．０ｍｍ未満の）さまざまな寸法を使用することができる。例えば１８インチのレーザでは、３つの分割片はおよそ６インチの長さがあってよく、６インチのレーザでは、（３つの分割片があれば）それぞれの分割片は２インチの長さがあってよい。この明細書における考察は、分割片の寸法を制限するように解釈すべきではない。この発明の代表的実施形態にはさまざまな分割片がさらに含まれており、これらの分割片は等しい長さおよび／または幅および／または厚さではない。
【００３７】
この発明の代表的実施形態におけるレーザ導波管は、従来技術の導波管よりも短い側壁が備わっていてもよい。その側壁が３インチよりも短いような分割片から形成されているときには、好適な熱特性の備わったセラミック（例えば、ＢｅＯ、ＡｌＮ、……）を効率的にかつ低コストで使用することができる。好適な熱反射特性の備わったセラミックによれば、ＲＦ回路損失を最小限にするとともに高い熱伝導率を維持することができる。
【００３８】
分割片は、プレス加工、焼結あるいは注入成形によって形成することができる。プレス加工によれば、必要な公差を得るための機械加工を少なくする（少ない機械加工）ことができ、従って機械加工のコストがほとんどなくなる。セラミックの機械加工はしばしば研削と称される。焼結および注入成形は比較的安価である。例えば、ＢｅＯは、Ａｌ2Ｏ3の価格のおよそ２倍であるが、Ａｌ2Ｏ3よりもおよそ１０倍、熱的な伝導率が大きい。ＡｌＮはおよそ５倍、熱的な伝導率が大きい。伝導率が大きいので、材料が少なくてすみ、その結果、コストが削減される。コスト節減に加えて、これらの材料から得ることのできる優れた反射率によって、いっそう高い効率がもたらされる。
【００３９】
この発明の代表的実施形態では、ＣＯ2あるいはその混合体（ＣＯ2、Ｈｅ、Ｎ2、……）のようなガスレーザ発振材料が使用されている。ＣＯ2導波管は、いくつかの関連事項の点で光ファイバー導波管とは異なっている。ＣＯ2導波管は、「漏洩モード」導波管と称されており、導波管に隙間があるものであり、光学的性質に対する有害な変化をほとんどあるいはまったく引き起こさない。従って、セラミックあるいは他の適切な材料（例えば、ＢｅＯ、ＡｌＮ、……）からなる複数の部材は注意深く接合する必要がなく、また、隙間は１つの部材と次の部材との間に残されることがある。隙間は寸法が変化してもよい（例えば１〜３ｍｍかあるいはそれ以上）。さらにまた、天部電極あるいは底部電極は、より良好なビームモード輪郭をもたらす輪郭を形成するために、そのセラミックからかつ互いに独立するように形づくることができる。例えば、導波管における４つの隅部のうちのいくつかあるいはすべては、より高次のモード形成を抑制するために丸みが付けられていてもよく、また、天部電極と底部電極との距離は、同一の全体隙間寸法を維持し、従ってほぼ同一の放電容積（すなわち利得容積）を有しながら、より容易なガス放電開始を可能にするために、セラミックの側壁に沿って減少させることができる。
【００４０】
この発明の代表的実施形態では、さまざまな形状の電極によって、従来技術の装置に比べてより高い最大出力が可能になる。図９Ａ〜９Ｃは、この発明の代表的実施形態に係るさまざまなレーザ導波管の電極突出部を示している。これらの突出部（挟み部とも称される）は、制限された局部的区域においてより強い磁界になり、それによって、レーザの始動が促進される。このような突出部によって、従来のレーザよりも高い圧力での始動が可能になる。増大したレーザ圧力によって利得容積の増大がもたらされ、従ってパルス出力性能は増大するが、レーザから放出された平均出力は減少する。この発明の代表的実施形態では、総パルス出力を維持するために一時的パルス長は増大する。従って、従来技術と比べたときに、総放出出力を維持しながら、より速い始動時間および停止時間を、増大した効率とともに達成することができる。
【００４１】
図１０は、この発明の代表的実施形態に係る少なくとも１つの電源の接続部を示している。電源３０は、電源からハウジング１１を介して電力を供給するコネクター１２に接続されている。この発明の代表的実施形態では、電源は高周波（ＲＦ）電源である。任意のガスレーザのＲＦ電源は、１つ以上のＲＦパワートランジスタと、このトランジスタおよびＲＦ電源とレーザとの間におけるインターフェイスの両方のための制御回路とから構成されている。トランジスタが発生するＲＦ周波数は、すべてのレーザにとって唯一のものであるが、典型的には、４０．６８ＭＨｚ、８１．３６ＭＨｚあるいは１００ＭＨｚである。ＲＦパワートランジスタのための制御回路は、ＲＦ発振とＲＦ電力入切切換とを調整する。従来のＲＦ出力システムでは、４０〜１００ＭＨｚでのＲＦ出力トランジスタの発振によってマイクロプロセッサの回路が破壊されるため、トランジスタ駆動回路に比較的旧い設計手法が使用されている。従って、ＲＦパワートランジスタ回路は現在、パワートランジスタの発振に対して事実上、無感受性である個別の構成要素を組み込むように設計されている。
【００４２】
この発明の代表的実施形態では、ＲＦ電源は、マイクロプロセッサ３２によって制御されるものであってもよい。この実施形態では、マイクロプロセッサ３２は、ＲＦパワートランジスタの４０〜１００ＭＨｚレベルよりも高い周波数で作動する。例えば、１０倍でのプロセッサでは、ＲＦ出力レベルは１００ＭＨｚ×１０＝１．０ＧＨｚであろう。ＧＨｚプロセッサによって「拾い上げられた」任意の信号は、プロセッサの作動が損なわれないように、そのノイズ閾値よりも著しく下にあってもよい。従って、マイクロプロセッサ３２は、ＲＦパワートランジスタを制御する個別の現存構成要素と置き換えることができる。例えば、個別のＴＴＬ論理回路のさまざまな部品は、マイクロプロセッサ３２によって置き換えることができ、例えば、ＲＦパワートランジスタのＶＳＷＲ保護回路の部品であるワンショットの個別ＩＣを省略することができる。加えて、さまざまなオアゲート、オペアンプおよびコンパレータを省略することができる。出力システムの他の部分をマイクロプロセッサ３２によって置き換えることができ、また、この明細書における考察は置き換えられた部分を制限するように解釈すべきでない。
【００４３】
マイクロプロセッサ３２の使用によって、ＲＦ電源ボードをより低いコストで製造することができ、かつ、電源を著しく小さくすることができる。多数の個別構成要素を出力することによって、現在使用されている設計に比べてマイクロプロセッサに基づく電源の信頼性が大きく増大する。この明細書における考察は、ＲＦ電源とともに／において使用することのできるマイクロプロセッサの数および型を制限することを意図していない。
【００４４】
この発明の説明は、事実上、単に例示的なものであり、従って、この発明の要旨から逸脱することのない変形が、この発明の実施形態の範囲内で意図されている。そのような変形はこの発明の精神および範囲からの逸脱とみなすべきではない（例えば、ＣＯ2あるいはＣＯ2混合体に加えて他のガスを使用することができ、セラミック側壁が金属側壁で置き換えられるときには突出部を全金属システムとともに使用することができ、付加的な導波管を冷却液チャンバーとして使用することができる、……）。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、この発明の代表的実施形態に係る厚板導波管レーザの斜視図を示している。
【図２】図２は、この発明の代表的実施形態に係る導波管レーザの断面図を示している。
【図３】図３は、この発明の代表的実施形態に係るレーザの、図４におけるＩＶ−ＩＶ断面の縦断面図を示している。
【図４】図４は、この発明の代表的実施形態に係るレーザの、出力カプラー端からの端面図を示している。
【図５】図５は、この発明の代表的実施形態に係る導波管部分の拡大図を示している。
【図６】図６Ａ〜６Ｅは、この発明の代表的実施形態に係るさまざまなレーザ導波管を示している。
【図７】図７は、この発明の代表的実施形態に係る可変長型導波管の断面を示している。
【図８】図８は、この発明の代表的実施形態に係る導波管構造体の壁を形成する単一部材のセラミック側壁が備わった導波管の分解図を示している。
【図９】図９Ａ〜９Ｃは、この発明の代表的実施形態に係るさまざまなレーザ導波管の電極突出部を示している。
【図１０】図１０は、この発明の代表的実施形態に係る電源接続部を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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2006525756.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月17日(2005.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２電極と、
前記第１および第２電極の間に少なくとも部分的に設けられた第１および第２分割型側壁と、
前記第１および第２電極の間と前記第１および第２側壁の間とに画定された空洞を含んでいるレーザ導波管と、
前記第１および／または第２電極において前記第１および／または第２電極から前記レーザ導波管の前記空洞の中へ延出している少なくとも１つの突出部とを備えているレーザ。
【請求項２】
突出部は、前記第１および第２電極のそれぞれに形成されている請求項１のレーザ。
【請求項３】
前記第１分割型側壁のそれぞれの隣接部分は、互いに接触状態になるように互いに突き合わされている請求項１のレーザ。
【請求項４】
前記第２分割型側壁のそれぞれの隣接部分は、互いに接触状態になるように互いに突き合わされている請求項３のレーザ。
【請求項５】
前記第１分割型側壁のそれぞれの隣接部分は、互いに離れた状態に配置されている請求項１のレーザ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの突出部は、前記空洞の局在化領域における電界を増大させることによって前記レーザの始動特性を促進する請求項１のレーザ。
【請求項７】
前記導波管レーザは、ＣＯ2が含まれているガス状レーザ発振材料を使用するＣＯ2レーザである請求項１のレーザ。
【請求項８】
前記側壁は、セラミックからなる請求項１のレーザ。
【請求項９】
前記側壁は、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3および／またはＡｌＮの１つからなる請求項８のレーザ。
【請求項１０】
前記側壁のそれぞれの部分は、長さが２００ｍｍ未満である請求項１のレーザ。
【請求項１１】
電磁界が、前記導波管の前記空洞の中にその電磁界がもたらされるように、前記電極の少なくとも１つへ供給された発振用電流によって引き起こされる請求項１のレーザ。
【請求項１２】
第１および第２電極と、
少なくとも第１および第２電極の間に画定されたレーザ導波管と、
前記第１および／または第２電極において前記第１および／または第２電極から前記レーザのレーザ導波管の中へ延出している少なくとも１つの突出部とを備えているレーザ。
【請求項１３】
突出部は、前記第１および第２電極のそれぞれに形成され、かつ、前記レーザは、導波管レーザである請求項１２のレーザ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの突出部は、前記空洞の局在化領域における電界を増大させることによって前記レーザの始動特性を促進する請求項１２のレーザ。
【請求項１５】
前記導波管レーザは、ＣＯ2が含まれているガス状レーザ発振材料を使用するＣＯ2レーザである請求項１２のレーザ。
【請求項１６】
電磁界が、前記導波管の空洞の中にその電磁界がもたらされるように、前記電極の少なくとも１つへ供給された発振用電流によって引き起こされる請求項１２のレーザ。
【国際調査報告】
2006525756.tif 000013