氣體激光裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種氣體激光裝置，其通過(guò)使激光通過(guò)被放電激發(fā)的激光氣體，來(lái)進(jìn)行光放大，其具有第1放電電極對(duì)(11、12)及第2放電電極對(duì)(13、14)、至少2個(gè)反射鏡(43、44、45、46)和遮蔽部件(51)，其中，所述第1放電電極對(duì)及所述第2放電電極對(duì)沿著激光的光軸排列配置，所述至少2個(gè)反射鏡隔著由所述第1放電電極對(duì)(11、12)規(guī)定的第1放電區(qū)域(21)及由所述第2放電電極對(duì)(13、14)規(guī)定的第2放電區(qū)域(22)相向配置，對(duì)由于激光氣體而放大的激光進(jìn)行反射，所述遮蔽部件設(shè)置于所述第1放電電極對(duì)(11、12)和所述第2放電電極對(duì)(13、14)之間，從放電電極的電極面向激光的光軸突出。采用這種結(jié)構(gòu)，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)有效抑制寄生振蕩。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
氣體激光裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種利用激光氣體對(duì)激光進(jìn)行放大的氣體激光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中的氣體激光裝置(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2)中，前放大器和主放大器之間設(shè) 有可飽和吸收體(SA、Saturable Absorber)，通過(guò)阻止光強(qiáng)不滿規(guī)定閾值的激光，來(lái)吸收回 歸反射光、寄生振蕩光、自激振蕩光。
[0003] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2010-103104號(hào)（圖1、圖2)
[0004] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2010-186990號(hào)（[0051]段，圖11)
[0005] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2011-159932號(hào)
[0006] 專(zhuān)利文獻(xiàn)4:國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)第2012/176253號(hào) [0007] 專(zhuān)利文獻(xiàn)5:國(guó)際專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)第2013/084608號(hào) 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 采用使用這種可飽和吸收體的結(jié)構(gòu)，會(huì)使裝置大型且復(fù)雜化，因而裝置價(jià)格必然 尚。
[0009] 本實(shí)用新型的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能夠有效抑制寄生振蕩的氣體激光 裝置。
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型涉及一種氣體激光裝置，其通過(guò)使激光通過(guò)被放 電激發(fā)的激光氣體，來(lái)對(duì)其進(jìn)行光放大，其具有:第1放電電極對(duì)及第2放電電極對(duì)，所述第 1放電電極對(duì)及所述第2放電電極對(duì)沿著激光的光軸排列配置;至少2個(gè)反射鏡，所述至少2 個(gè)反射鏡隔著第1放電區(qū)域及第2放電區(qū)域相向配置，對(duì)由激光氣體放大的激光進(jìn)行反射， 所述第1放電區(qū)域由所述第1放電電極對(duì)規(guī)定，所述第2放電區(qū)域由所述第2放電電極對(duì)規(guī) 定;遮蔽部件，所述遮蔽部件設(shè)置于所述第1放電電極對(duì)和所述第2放電電極對(duì)之間，從放電 電極的電極面朝激光的光軸突出。
[0011] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，所述遮蔽部件的突出高度設(shè)定為，不會(huì)與激光相干涉的高 度。
[0012] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，氣體激光裝置還具有電極支承結(jié)構(gòu)體，所述電極支承結(jié)構(gòu) 體用于支承所述第1放電電極對(duì)及所述第2放電電極對(duì)，所述遮蔽部件與所述電極支承結(jié)構(gòu) 體一體形成。
[0013] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，所述遮蔽部件的突出部分的形狀選自鋸齒波、三角波及正 弦波構(gòu)成的集合。
[0014] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，所述遮蔽部件隔著激光的光軸配置有多個(gè)。
[0015] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，所述遮蔽部件由表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的鋁材形成。
[0016] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，所述遮蔽部件的表面具有大于激光波長(zhǎng)的表面粗糙度。
[0017] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，所述反射鏡的前方設(shè)有光圈，該光圈具有激光能夠透過(guò)的 開(kāi)口。
[0018] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，激光氣體沿著垂直于激光的光軸和放電方向雙方的方向 供給，向所述第1放電電極對(duì)供給激光氣體的激光氣體供給方向與向所述第2放電電極對(duì)供 給激光氣體的激光氣體供給方向相反。
[0019] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，所述遮蔽部件具有面向所述第1放電區(qū)域和所述第2放電 區(qū)域且相對(duì)于激光的光軸傾斜的斜面。
[0020] 本實(shí)用新型中，優(yōu)選為，當(dāng)所述遮蔽部件的朝向突出高度方向突出的頂端面在光 軸方向上的寬度為a，激光波長(zhǎng)為A，所述開(kāi)口的直徑為0,放電電極間的放電間隔為D，所述 遮蔽部件到所述開(kāi)口的距離為z時(shí)，滿足如下代數(shù)式。
[0021][代數(shù)式1]
[0023] 本實(shí)用新型涉及一種氣體激光裝置，通過(guò)使激光透過(guò)被放電激發(fā)的激光氣體來(lái)對(duì) 其進(jìn)行光放大，放電方向、所述激光的光軸和所述激光氣體的氣流方向相互垂直相交，其具 有:第1放電電極對(duì)及第2放電電極對(duì)，所述第1放電電極對(duì)及所述第2放電電極對(duì)沿著激光 的光軸排列配置;至少4個(gè)反射鏡，所述至少4個(gè)反射鏡隔著第1放電區(qū)域及第2放電區(qū)域相 向配置，對(duì)由所述激光氣體放大的激光進(jìn)行反射，所述第1放電區(qū)域由所述第1放電電極對(duì) 規(guī)定，所述第2放電區(qū)域由所述第2放電電極對(duì)規(guī)定;2個(gè)窗口部，所述2個(gè)窗口部使所述氣體 激光與外部空氣隔絕;遮蔽部件，所述遮蔽部件設(shè)置于所述第1放電電極對(duì)及所述第2放電 電極對(duì)中的、相對(duì)于所述激光的光軸而位于同一側(cè)的放電電極之間，且從所述放電電極的 電極面朝所述激光的光軸突出，相對(duì)于所述至少4個(gè)反射鏡而言，所述2個(gè)窗口部靠近設(shè)有 所述遮蔽部件的那一側(cè)的放電電極的電極面?zhèn)扰渲茫谒黾す馔高^(guò)所述2個(gè)窗口部的位 置，所述激光的光軸相對(duì)于所述第1放電電極對(duì)和所述第2放電電極對(duì)傾斜。
[0024] 采用本實(shí)用新型，通過(guò)在一對(duì)第放電電極與第2放電電極對(duì)之間，設(shè)置由放電電極 的電極面朝激光的光軸突出的遮蔽部件，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，來(lái)有效抑制激光脫離光軸行 進(jìn)的寄生振蕩。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本實(shí)用新型的第1實(shí)施方式所涉及的氣體激光裝置的立體圖。
[0026] 圖2是表示電極支承結(jié)構(gòu)體的剖視圖。
[0027] 圖3是表示使電極支承結(jié)構(gòu)與遮蔽板一體化的結(jié)構(gòu)的局部立體圖。
[0028]圖4是表示氣體激光裝置中激光路徑的說(shuō)明圖。
[0029]圖5是表示激光與光軸之間的關(guān)系的說(shuō)明圖。
[0030]圖6是表示寄生振蕩的一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
[0031]圖7是表示寄生振蕩的另一個(gè)例子的說(shuō)明圖。
[0032] 圖8是表示遮蔽板的波形形狀的各種例子的說(shuō)明圖。
[0033] 圖9是本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式所涉及的激光振蕩裝置的立體圖。
[0034] 圖10是表示確定遮蔽板的高度的方法的說(shuō)明圖。
[0035] 圖11是本實(shí)用新型的第3實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0036] 圖12是本實(shí)用新型的第4實(shí)施方式的局部立體圖。
[0037] 圖13是表示遮蔽板的上表面的寬度與激光路徑之間的關(guān)系的說(shuō)明圖。
[0038] 圖14是表示遮蔽板的截面形狀的例子的說(shuō)明圖。
[0039] 圖15是表示遮蔽板的其他例子的局部立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 圖1是本實(shí)用新型的第1實(shí)施所涉及的氣體激光裝置的立體圖。圖2是表示電極支 承結(jié)構(gòu)體的剖視圖。圖3是使電極支承結(jié)構(gòu)體與遮蔽板一體化的結(jié)構(gòu)的局部立體圖。
[0041] 氣體激光裝置為3軸直交型的氣體激光裝置，具有：電極基板1、2、3、4;電極11、12、 13、14;鏡支承部31、32;窗口部41、42;反射鏡42、44、45、46;遮蔽板51等。以下，為了易于理 解，以與激光的光軸大致平行的方向?yàn)閄方向，以與激光氣體的供給方向平行的方向?yàn)閅方 向，以與放電方向平行的方向?yàn)閆方向。
[0042] 電極基板1、2、3、4由氧化鋁等電介質(zhì)形成，各電極基板的表面上通過(guò)噴鍍金屬、粘 貼等方式，分別設(shè)有金屬制的電極11、12、13、14。通過(guò)采用由電極基板支承電極的結(jié)構(gòu)，能 夠提高放電機(jī)構(gòu)整體的機(jī)械強(qiáng)度。
[0043]如圖2中A所示，一對(duì)電極基板1、2由電極支承結(jié)構(gòu)體61、6 2支承，且相向設(shè)置。電極 基板1、2的內(nèi)表面上分別設(shè)有電極11、12,且設(shè)置在電極基板1、2的內(nèi)表面上的由中心偏靠 "+Y"（沿著Y方向）方向的位置。當(dāng)電極11、12被施加來(lái)自高頻電源(未圖示）的交流電壓時(shí)， 會(huì)發(fā)生無(wú)聲放電(臭氧發(fā)生器放電），形成放電區(qū)域21。在該放電區(qū)域21中，如圖1所示，向 Y"方向(Y方向的反向）供給激光氣體G。
[0044] 如圖2中B所示，一對(duì)電極基板3、4由電極支承結(jié)構(gòu)體61、62支承，且相向設(shè)置。電極 基板3、4的內(nèi)表面上分別設(shè)有相對(duì)于中心偏靠"-Y"方向的電極13、14。當(dāng)電極13、14被施加 來(lái)自高頻電源(未圖示）的交流電壓時(shí)，會(huì)發(fā)生無(wú)聲放電（臭氧發(fā)生器放電），形成放電區(qū)域 22。在該放電區(qū)域22中，如圖1所示，向"+Y"方向供給激光氣體G。
[0045] -對(duì)電極基板1、2與一對(duì)電極基板3、4沿著激光的光軸排列配置。放電電極11、12、 13、14的金屬部分例如具有"5cmX 100cm"程度的表面，放電區(qū)域21、22例如為"5cmX 5cmX 100 cm"程度的長(zhǎng)方體形狀。
[0046] 無(wú)聲放電致使激光氣體G中的分子或原子被激發(fā)到高能級(jí)，于是，起到光放大作 用。例如，以含有C02分子的混合氣體作為激光氣體G時(shí)，通過(guò)C0 2分子在振動(dòng)能級(jí)間的轉(zhuǎn)移， 能夠?qū)ΣㄩL(zhǎng)1〇.6mi的光進(jìn)行放大。通過(guò)對(duì)窗口部41、42的透射膜以及反射鏡43、44、45、46的 反射膜進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠?qū)ΣㄩL(zhǎng)9.3mi、9.6M1、10.2wii等其他波長(zhǎng)的光進(jìn)行放大。
[0047] 在此，以使用C02作為激光氣體G的情況為例，其實(shí)本實(shí)用新型中也可以使用其他 激光媒介，例如 CO、N2、He-Cd、HF、Ar+、ArF、krF、XeC 1、XeF 等。
[0048] 氣體激光裝置具有用于使激光氣體G與外部氣體隔絕的箱體(未圖示），該箱體內(nèi) 部設(shè)有換熱器、風(fēng)機(jī)、通氣管等。風(fēng)機(jī)使封閉在箱體內(nèi)的激光氣體G沿著通氣管內(nèi)的風(fēng)洞循 環(huán)。由此，激光氣體G分別沿著箭頭方向被供給放電區(qū)域21、22。通過(guò)放電區(qū)域21、22后的激 光氣體G由換熱器冷卻，再次回到風(fēng)機(jī)。在放電區(qū)域21、22中，激光氣體的壓力維持在低于大 氣壓的壓力，激光氣體G沿著圖1中的箭頭方向，在空間上以均等的速度分布、例如100m/ S左 右的速度移動(dòng)。
[0049]此時(shí)，通過(guò)使放電區(qū)域21的激光氣體供給方向與放電區(qū)域22的激光氣體供給方向 相反，使由各放電區(qū)域21、22的增益分布疊加得到的整體增益分布呈對(duì)稱分布，從而能夠提 高輸出的激光束的對(duì)稱性。
[0050] 窗口部41與窗口部42隔著放電區(qū)域21、22相向配置，反射鏡43、44與反射鏡45、46 隔著放電區(qū)域21、22相向配置。窗口部41、反射鏡43、44借助于鏡支承部31安裝在箱體上。窗 口部42、反射鏡45、46借助于鏡支承部32安裝在箱體上。窗口部41、42例如為在金剛石基板 上施涂無(wú)反射涂層而成。窗口部41、42起到容許激光裝置內(nèi)部與外部之間透射激光、使激光 氣體G與外部空氣隔絕的作用。反射鏡43、44、45、46例如為凹面、平面或凸面的全反射鏡，這 些反射鏡構(gòu)成光放大路徑。
[0051]圖4是表示氣體激光裝置中激光路徑的說(shuō)明圖。氣體激光裝置具有放大脈沖激光 的功能。激光L沿著光軸L0從窗口部41入射，依次被反射鏡45、反射鏡44、反射鏡46、反射鏡 43反射，之后從窗口部42射出。
[0052]在該路徑結(jié)構(gòu)中，反射鏡44既不平行于反射鏡45也不平行于反射鏡46,并且，反射 鏡43同樣既不平行于反射鏡45也不平行于反射鏡46。通過(guò)這種不平行配置，能夠抑制相向 的反射鏡之間發(fā)生寄生振蕩(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。
[0053]圖5是表示激光L與光軸L0之間的關(guān)系的說(shuō)明圖。激光L以光軸L0為中心以光束半 徑w分散傳播。光束半徑w的定義有各種方法，例如，將其定義為，包含激光傳播的能量中的 86%的圓的半徑。圖4中在整個(gè)路徑中雖然均示出了光軸L0,但是，為了避免對(duì)于激光L的 過(guò)于繁雜的圖示，僅在部分路徑中完全示出了激光L，而在反射鏡45、44之間、反射鏡44、46 之間、反射鏡46、43之間的路徑中未示出激光L的位于光軸周?chē)牟糠帧?br>[0054] 返回圖1，遮蔽板51設(shè)置于一對(duì)電極基板1、2與一對(duì)電極基板3、4之間，其形狀為， 在放電方向上由放電電極的電極面向激光的光軸突出。遮蔽板51優(yōu)選為，由表面經(jīng)陽(yáng)極氧 化處理的鋁材形成。另外，遮蔽板51的表面優(yōu)選為，表面粗糙度的值大于C0 2激光的波長(zhǎng) (即，輪廓算數(shù)平均偏差Ra>10.6wn)。遮蔽板51的表面粗糙度例如可以為20~40mi，例如可 以通過(guò)噴砂加工、滾花加工、其他削切加工、滾壓加工、化學(xué)處理等來(lái)制造。
[0055] 遮蔽板51除具有上述表面粗糙度之外，還可以具有宏觀上的立體形狀，例如，具有 3個(gè)波峰且波峰間距4cm的周期性波形。該波峰的頂點(diǎn)位于高于電極1、電極13的電極面的位 置。
[0056] 如圖3所示，遮蔽板51可與電極支承結(jié)構(gòu)體61、62-體形成。這種情況下，優(yōu)選電極 支承結(jié)構(gòu)體61、62也由表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的鋁材形成。通過(guò)這種一體化結(jié)構(gòu)，能夠減少零 部件數(shù)量，降低制造成本。
[0057] 遮蔽板51的高度設(shè)定為，不會(huì)干涉激光L的高度。本實(shí)施方式中，利用光束半徑，根 據(jù)如下公式(1)來(lái)設(shè)定遮蔽板51的高度，其中，Hlo為，在遮蔽板51的位置測(cè)量出的、由電極基 板1、3到激光光軸的高度(距離）。
[0058] H51 = Hl〇-1.5w---(1)
[0059] 如此，遮蔽板51設(shè)在分別被2組放電電極激發(fā)后的激光氣體之間，構(gòu)成相對(duì)于電極 面凸出的凸部，從而能夠以低成本的結(jié)構(gòu)得到下面說(shuō)明的較好的抑制寄生振蕩的效果。
[0060] 寄生振蕩會(huì)妨礙目的所在的脈沖激光放大，以致放大效率降低，并且，寄生振蕩會(huì) 使激光向不希望的方向振蕩，使氣體激光裝置內(nèi)外的裝置出現(xiàn)故障。在現(xiàn)有技術(shù)中的激光 裝置中，如專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載那樣，將可飽和吸收體配置于2個(gè)放電管之間，以抑制寄生振 蕩。如專(zhuān)利文獻(xiàn)1所記載那樣，可飽和吸收體是使吸收激光的混合氣體在激光通過(guò)的單元中 循環(huán)并冷卻的系統(tǒng)，與本實(shí)施方式所涉及的如遮蔽板那樣的部件相比，該可飽和吸收體的 結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜且價(jià)格高。另外，可飽和吸收體會(huì)吸收一部分脈沖激光，因而，會(huì)由于脈沖激 光透過(guò)該可飽和吸收體而致使激光放大效率降低。
[0061]因而，在本實(shí)施方式中，氣體激光裝置構(gòu)成為不使用可飽和吸收體便能夠抑制寄 生振蕩的結(jié)構(gòu)。從圖1的結(jié)構(gòu)中去除遮蔽板51時(shí)，即使采用通過(guò)以非平行的方式配置相向的 反射鏡（反射鏡44和反射鏡46、反射鏡43和反射鏡45等），來(lái)抑制相向的反射鏡之間發(fā)生寄 生振蕩的技術(shù)，也會(huì)如圖6所示那樣，發(fā)生電極反射型寄生振蕩，這已經(jīng)被判明。寄生振蕩的 路徑中包含放電電極的反射，因而在此將該寄生振蕩稱為電極反射型寄生振蕩。
[0062]這種電極反射型寄生振蕩不僅可能發(fā)生在反射鏡43~46之間，也可能發(fā)生在包含 對(duì)反射鏡43~46及窗口部41、42進(jìn)行支承的結(jié)構(gòu)部件的反射在內(nèi)的路徑中。另外，已經(jīng)判 明：即使在放電電極11、12以及放電電極13、14這兩組電極之間設(shè)置間隙，也會(huì)發(fā)生電極反 射型振蕩。
[0063] 使激光多次折返的放大光路(本實(shí)施方式中為5段彎折光路）中，用于將窗口部41、 反射鏡43、44安裝在鏡支承部31上的保持架等機(jī)構(gòu)也較為復(fù)雜。另外，放大器的單程增益與 折返次數(shù)成正比地增高。因此，折返次數(shù)越多，在不希望的路徑發(fā)生寄生振蕩的可能性越 高。如圖7所示，有時(shí)，鏡支承部31、32、用于安裝反射鏡或窗口部等的機(jī)構(gòu)會(huì)某種程度地反 射光，這會(huì)引起寄生振蕩。
[0064] 實(shí)際上，從圖1中的結(jié)構(gòu)中去除遮蔽板51時(shí)，會(huì)發(fā)生寄生振蕩的路徑中含有電極反 射的電極反射型寄生振蕩。因而，本實(shí)施方式中，通過(guò)于放電區(qū)域21和放電區(qū)域22之間設(shè)置 遮蔽板51，該遮蔽板51構(gòu)成相對(duì)于電極面凸出的凸部，從而能夠抑制電極反射型寄生振蕩。 另外，遮蔽板51并非一定要是吸收激光的部件，也可以是使激光散射的部件，不過(guò)，采用吸 收激光的部件能夠切實(shí)得到抑制寄生振蕩的效果。本實(shí)用新型中，將吸收激光或使激光散 射的部件稱為遮蔽板。
[0065] 本實(shí)用新型中，遮蔽板51于分別被2組放電電極（電極11、12以及電極13、14這2組） 激發(fā)的激光氣體之間，構(gòu)成相對(duì)于電極面凸出的凸部，從而能夠以低成本的結(jié)構(gòu)得到抑制 寄生振蕩的效果。尤其是，能夠抑制上面說(shuō)明過(guò)的電極反射型寄生振蕩，從而能夠得到較好 的寄生振蕩抑制效果。
[0066] 通過(guò)提尚寄生振湯抑制效果，能夠抑制寄生振湯引起的增:降低，從而能夠尚效 地放大激光脈沖。另外，能夠得到保護(hù)氣體激光裝置不會(huì)由于寄生振蕩而燒損的效果。
[0067] 如果遮蔽板51高度過(guò)高，而與放大后的激光L相干涉的話，會(huì)導(dǎo)致放大后的激光L 輸出功率降低，使放大后的激光L的光束品質(zhì)惡化。因而，在不與放大后的激光L相干涉的范 圍內(nèi)，遮蔽板51的高度越高，得到的寄生振蕩抑制效果越好。
[0068] 通過(guò)使激光多次折返(本實(shí)施方式中為5段彎折光路)來(lái)放大激光的激光裝置中， 由于激光多次通過(guò)放電區(qū)域，因而能夠高倍率地放大激光，但是，也容易引起寄生振蕩。本 實(shí)施方式中，多次折返的激光通過(guò)比遮蔽板5的高度低(靠近電極1、13)的區(qū)域。通過(guò)這樣， 能夠有效利用積蓄于放電區(qū)域的放電激發(fā)能量，得到最大限度的激光放大輸出。
[0069]遮蔽板51由表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的鋁材形成，從而能夠利用低價(jià)格且容易獲得的 材料而得到抑制寄生振蕩的效果。另外，表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的鋁材不容易被激光氣體侵 蝕，因而能夠得到增長(zhǎng)氣體激光裝置壽命的效果。此外，遮蔽板5的材料不限于鋁材，也可以 是其他金屬或金屬氧化物。
[0070] 另外，通過(guò)在遮蔽板51的表面進(jìn)行表面粗糙處理，使其表面粗糙度的數(shù)值大于放 大的激光波長(zhǎng)，能夠提高抑制電極反射型寄生振蕩的效果。
[0071] 通過(guò)使電極支承結(jié)構(gòu)體61和遮蔽板51-體化，能夠在遮蔽板51吸收放大的脈沖激 光的外緣部分而發(fā)熱時(shí)，使遮蔽板51的散熱效果提高，并且，能夠提供一種低價(jià)格且容易組 裝的氣體激光裝置。
[0072] 另外，若遮蔽板51的表面與光軸方向之間的夾角接近于直角時(shí)，則容易引起寄生 振蕩，因而，優(yōu)選為，遮蔽板51的表面與光軸方向之間的夾角明顯不為直角(例如，20度角）。 若將該角度設(shè)定為，使由窗口部41、反射鏡43、44以及鏡支承部31到達(dá)遮蔽板51的激光束被 遮蔽板51鏡面反射后，不會(huì)再入射至窗口部41、反射鏡43、44以及鏡支承部31的角度，則能 夠得到抑制寄生振蕩的效果。因而，通過(guò)使遮蔽板51的表面呈波形(本實(shí)施方式中為具有3 個(gè)波峰的波形），不但能夠抑制遮蔽板51的體積，而且能夠得到最好的抑制寄生振蕩的效 果。另外，遮蔽板的結(jié)構(gòu)不限于具有3個(gè)波峰的結(jié)構(gòu)，也可以是具有3個(gè)波峰也可以是具有2 個(gè)波峰，還可以是具有3個(gè)以上的波峰。波峰的頂角可以呈圓角，也可以呈尖角。
[0073] 圖8是表示遮蔽板51的波形形狀的各種例子的說(shuō)明圖。圖8中A表示如圖1所示的鋸 齒波形狀，圖8中B表示三角波形狀，圖8中C表示正弦波形狀。遮蔽板51的波形形狀可以從這 些形狀中選擇，或者，也可以采用具有1個(gè)波峰的結(jié)構(gòu)、具有2個(gè)波峰的結(jié)構(gòu)或具有3個(gè)以上 波峰的結(jié)構(gòu)。
[0074] 激光氣體G沿著垂直于激光光軸和放電方向雙方的方向供給，放電區(qū)域21的激光 氣體供給方向與放電區(qū)域22的激光氣體供給方向相反。通過(guò)在電極支承結(jié)構(gòu)體61和遮蔽板 51-體化的結(jié)構(gòu)中采用上述激光氣體供給方向，能夠使激光氣體的氣流不受到遮蔽板的妨 礙，從而能夠在使能量損失最小的同時(shí)，得到所需的激光氣流速度。通過(guò)采用激光氣體流與 激光光軸垂直的結(jié)構(gòu)，在激光氣體流方向上具有激光氣體溫度分布，而使激光的行進(jìn)路徑 發(fā)生彎曲。同樣，寄生振蕩的激光束的行進(jìn)路徑也發(fā)生彎曲。本實(shí)施方式中，通過(guò)使放電區(qū) 域21的激光氣體供給方向與放電區(qū)域22的激光氣體供給方向相反，從而使發(fā)生寄生振蕩 的激光束的前進(jìn)路徑的彎曲相互抵消，能夠得到抑制設(shè)計(jì)上不希望的寄生振蕩發(fā)生的效 果。
[0075] 圖15是表示遮蔽板51的其他例子的局部立體圖。圖15中，遮蔽板51具有從放電電 極的電極面向激光光軸突出的形狀，并且，遮蔽板51的面向光軸的上表面不呈波形或峰形 而呈平面，而且，遮蔽板51具有面向放電區(qū)域21、22且相對(duì)于激光光軸傾斜的斜面。在該結(jié) 構(gòu)中，遮蔽板51的配置角度可以設(shè)定為，使從具有窗口部41、反射鏡43、44的鏡支承部31到 達(dá)遮蔽板51的激光束被遮蔽板51鏡面反射后，不會(huì)再入射至具有窗口部41、反射鏡43、44的 鏡支承部31的角度。因此，采用該結(jié)構(gòu)也能夠得到抑制寄生振蕩的效果。
[0076]第2實(shí)施方式
[0077]圖9是本實(shí)用新型的第2實(shí)施方式所涉及的氣體激光裝置的立體圖。該氣體激光裝 置大致與第1實(shí)施方式中的氣體激光裝置具有相同的結(jié)構(gòu)，不同之處在于，設(shè)有光圈 (aperture)71、72、73、74、75、76〇
[0078] 光圈71、72設(shè)置于窗口部41、42的內(nèi)側(cè)。光圈73、74、75、76分別設(shè)置于反射鏡43、 44、45、46的內(nèi)側(cè)。光圈71~76是呈圓形且具有開(kāi)口的銅制部件，開(kāi)口的內(nèi)側(cè)能夠透過(guò)激光， 開(kāi)口的外側(cè)不能夠透過(guò)激光。光圈71~76分別固定在鏡支承部31、32上或裝置的箱體上。
[0079] 圖10是表示遮蔽板高度的確定方法的說(shuō)明圖。另外，為了避免使圖過(guò)于繁雜，僅示 出了6個(gè)光圈中的2個(gè)光圈71、75,也可以對(duì)其他光圈72~74、76適用同樣的方法。另外，作為 輔助線，圖中示出了連接光圈71下端和光圈75下端的假想直線V，該假想直線V表示由光圈 71向光圈75行進(jìn)的激光的下限位置。
[0080] 本實(shí)施方式中，Hv是在遮蔽板51的位置測(cè)量出的、直線V到電極基板1、3的高度(距 離），遮蔽板51的高度H51例如使用如下公式(2)設(shè)定。另外，S是設(shè)定的組裝誤差等的公差，本 實(shí)施方式中設(shè)定為S = lmm。
[0081] H5i = Hv-8---(2)
[0082] 采用這種結(jié)構(gòu)，能夠用光圈來(lái)限制激光存在的范圍，能夠在不干涉放大的激光L的 范圍內(nèi)確定遮蔽板的高度。結(jié)果使得，能夠盡可能地抑制激光的光束品質(zhì)降低，并且能夠有 效地抑制寄生振蕩。
[0083] 第3實(shí)施方式
[0084]圖11是本實(shí)用新型的第3實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖，示出了激光光軸的各種設(shè)定方式。圖 11中A表示第1實(shí)施方式中的光路，與圖4表示的光路同等。脈沖激光(光軸L0)由圖1所示的 窗口部41入射，依次被反射鏡45、反射鏡44、反射鏡46、反射鏡43反射，之后從圖1所不的窗 口部42射出。
[0085]圖11中B中，脈沖激光按照窗口部41、反射鏡46、反射鏡43、反射鏡45、反射鏡44、窗 口部42的順序行進(jìn)。在與遮蔽板51相反的一側(cè)，增設(shè)有遮蔽板52。
[0086]圖11中C中，脈沖激光按照窗□部41、反射鏡45、反射鏡43、反射鏡46、反射鏡44、窗 口部42的順序行進(jìn)。
[0087]圖11中D中，脈沖激光按照窗□部41、反射鏡46、反射鏡43、反射鏡45、反射鏡44、窗 口部42的順序行進(jìn)。窗口部42靠電極基板4設(shè)置。
[0088]圖11中E中，脈沖激光按照窗□部41、反射鏡46、反射鏡44、反射鏡45、反射鏡43、窗 口部42的順序行進(jìn)。窗口部42靠電極基板4設(shè)置。在與遮蔽板51相反的一側(cè)，增設(shè)有遮蔽板 52〇
[0089]圖11中F中，脈沖激光按照窗口部41、反射鏡46、反射鏡44、反射鏡45、反射鏡43、窗 口部42的順序行進(jìn)。窗口部42設(shè)在反射鏡45和反射鏡46之間。
[0090]圖11中G中，脈沖激光按照窗口部41、反射鏡46、反射鏡43、反射鏡45、反射鏡44、窗 口部42的順序行進(jìn)。窗口部42設(shè)在反射鏡45和反射鏡46之間。在與遮蔽板51相反的一側(cè)，增 設(shè)有遮蔽板52。
[0091 ]圖11中腫，脈沖激光按照窗口部41、反射鏡45、反射鏡44、反射鏡46、反射鏡43、窗 口部42的順序行進(jìn)。窗口部41設(shè)在反射鏡43和反射鏡44之間。窗口部42設(shè)在反射鏡45和反 射鏡46之間。
[0092]與遮蔽板51同樣，遮蔽板52的高度使用上述公式（1)或公式(2)確定。另外，遮蔽板 52與遮蔽板51同樣，能夠與電極支承結(jié)構(gòu)體61、62-體形成。如此，通過(guò)設(shè)置上下共2個(gè)遮蔽 板51、52,能夠有效地抑制電極反射型寄生振蕩。
[0093] 在圖11中A~H中，確定遮蔽板的高度并配置遮蔽板時(shí)，遮蔽板51、52的合計(jì)高度滿 足如下公式(3)所示的關(guān)系。
[0094] (A) ? (C) ? (D) ? (F) ? (H)<(E) ? (G)<(B)---(3)
[0095] 因此，采用圖11中A~H中的任意一種結(jié)構(gòu)，均能夠得到與第1實(shí)施方式同等或者優(yōu) 于第1實(shí)施方式的抑制寄生振蕩效果。
[0096]另外，還可采用將圖11中A~H的結(jié)構(gòu)上下翻轉(zhuǎn)后得到的結(jié)構(gòu)。另外，將窗口部41、 反射鏡43、44的配置左右翻轉(zhuǎn)，也能夠得到同樣的效果。另外，將窗口部42、反射鏡45、46的 配置左右翻轉(zhuǎn)，也能夠得到同樣的效果。
[0097]第4實(shí)施方式
[0098]圖12是本實(shí)用新型的第4實(shí)施方式的局部立體圖。該氣體激光裝置具有與第1實(shí)施 方式中相同的結(jié)構(gòu)，不過(guò)，進(jìn)一步示出了遮蔽板的具體結(jié)構(gòu)。遮蔽板51a、51b分別與電極支 承結(jié)構(gòu)體61a、61b-體形成。
[0099]遮蔽板51a、51b具有面向放電區(qū)域21、22且相對(duì)于激光光軸傾斜的斜面，例如為具 有1個(gè)波峰的三角波。對(duì)于遮蔽板51 a，具有1個(gè)波峰的三角波的凸出部分朝向放電區(qū)域2 2- 偵U，對(duì)于遮蔽板5lb，具有1個(gè)波峰的三角波的的凸出部分朝向放電區(qū)域21-側(cè)。如此，由放 電區(qū)域21、22來(lái)看，遮蔽板51a、51b呈凸出形狀，因而，在放電區(qū)域21、22產(chǎn)生并照射到遮蔽 板51a、51b上的光線被向放電區(qū)域的外部反射，從而能夠?qū)l(fā)生寄生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)降低到最 小。
[0100]此外，本實(shí)施方式所涉及的遮蔽板的形狀，也可以適用于上述第1~3實(shí)施方式。
[0101 ]圖13是表示遮蔽板51的朝向突出高度方向突出的表面(在此稱為上表面、頂端面） 在光軸方向上的寬度與激光路徑之間的關(guān)系的圖。上表面在光軸方向上的寬度為a，激光波 長(zhǎng)為A，光圈開(kāi)口的直徑為〇,放電電極間的放電間隔為D，遮蔽板到光圈開(kāi)口的距離為z。通 常，與間隔D相比，距離z非常大。本實(shí)施方式中，作為一個(gè)例子，z為lm，D為5cm。為了降低寄 生振蕩，重要的是，要使從上表面?zhèn)鞑サ椒瓷溏R的激光束不可能存在。圖13中，作為一個(gè)例 子，以朝向反射鏡46的光束L表示。激光束的最細(xì)位置光束半徑越小，光束半徑的分散角越 大。因此，使寬度a越小，則被上表面反射的光束在反射鏡46的光束半徑越大。若將寬度a設(shè) 定的足夠小，則在設(shè)置于反射鏡46近前的光圈76處，光束半徑大于光圈半徑，光束由于光圈 而散射，能夠顯著降低發(fā)生路徑中包含遮蔽板上表面及反射鏡、電極在內(nèi)的電極反射型寄 生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)。
[0102]在此，被遮蔽板上表面反射直接朝向反射鏡的光束半徑WQ由公式(4)給出。此時(shí)， 考慮到光束半徑最大這樣的最壞情形，將入射角設(shè)定為最大的D/z。
[0103][代數(shù)式2]
-(4)
[0105]被遮蔽板上表面反射后成為平行光時(shí)，經(jīng)與a相比非常長(zhǎng)的距離z傳播時(shí)光束的分 散最小。光圈位置的光束半徑由公式(5)、（6)給出。
[0106][代數(shù)式3]
[0108] Z() = jtW()2/人…（6)
[0109] 與a相比，z非常大時(shí)，公式(5)可以近似為公式(7)。
[0110][代數(shù)式4]
[0111] w=woz/z〇---(7)
[0112] 根據(jù)公式(7)、公式(6)求出光圈位置的光束半徑。光圈位置的光束半徑大于光圈 半徑時(shí)，發(fā)生寄生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。公式(8)表示該條件。
[0113] [代數(shù)式5]
...(8 )
[0115]將該公式(8)代入公式(4)，于是，求出可稱為寬度a非常小的范圍以公式(9)表示。 [0116][代數(shù)式6]
...(9)
[0118] 將遮蔽板51的上表面的寬度a設(shè)定的較小，使之滿足公式(9 )，則能夠顯著降低發(fā) 生路徑中包括遮蔽板上表面、反射鏡、電極在內(nèi)的電極反射型寄生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)。
[0119] 圖14表示遮蔽板的截面形狀的說(shuō)明圖。為了使遮蔽板51的上表面的寬度a較小，進(jìn) 行倒角（角部)加工，將遮蔽板51的角部磨削成平坦面或圓面。通過(guò)該加工，能夠確保遮蔽板 51的截面面積使其具有較強(qiáng)的耐熱性，并且，能夠降低發(fā)生寄生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)。最好通過(guò)使上 表面呈尖尖的形狀，來(lái)使a無(wú)限接近零。
[0120] 另外，在上述第1~4實(shí)施方式中，對(duì)箱體內(nèi)的光路為5段彎折的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說(shuō)明， 其實(shí)采用光路6段以上彎折的多次彎折結(jié)構(gòu)，也能夠得到同樣的抑制寄生振蕩的效果。
[0121] 工業(yè)上利用的可能性
[0122] 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能夠有效抑制寄生振蕩，由該層面上講，非常有利于在工 業(yè)上利用。
[0123] 【附圖標(biāo)記說(shuō)明】
[0124] 1~4:電極基板；11~14:電極;21、22:放電區(qū)域;31、32 :鏡支承部;41、42:窗口部； 43~46:反射鏡;51、51&、5113、52 :遮蔽板;61、62、613、6113:電極支承結(jié)構(gòu)體;71~76 :窗口； G:激光氣體;L:激光;L0:光軸;V:假想直線;w:光束半徑。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣體激光裝置，通過(guò)使激光透過(guò)被放電激發(fā)的激光氣體來(lái)對(duì)其進(jìn)行光放大， 其特征在于， 具有： 第1放電電極對(duì)及第2放電電極對(duì)，所述第1放電電極對(duì)及所述第2放電電極對(duì)沿著激光 的光軸排列配置； 至少2個(gè)反射鏡，所述至少2個(gè)反射鏡隔著第1放電區(qū)域及第2放電區(qū)域相向配置，對(duì)由 激光氣體放大的激光進(jìn)行反射，所述第1放電區(qū)域由所述第1放電電極對(duì)規(guī)定，所述第2放電 區(qū)域由所述第2放電電極對(duì)規(guī)定； 遮蔽部件，所述遮蔽部件設(shè)置于所述第1放電電極對(duì)與所述第2放電電極對(duì)之間，從放 電電極的電極面朝激光的光軸突出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體激光裝置，其特征在于， 所述遮蔽部件的突出高度設(shè)定為，不會(huì)與激光相干涉的高度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 還具有電極支承結(jié)構(gòu)體，所述電極支承結(jié)構(gòu)體用于支承所述第1放電電極對(duì)及所述第2 放電電極對(duì)， 所述遮蔽部件與所述電極支承結(jié)構(gòu)體一體形成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 所述遮蔽部件的突出部分的形狀選自鋸齒波形、三角波形及正弦波形構(gòu)成的集合。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 所述遮蔽部件隔著激光的光軸配置有多個(gè)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 所述遮蔽部件由表面經(jīng)陽(yáng)極氧化處理的鋁材形成。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 所述遮蔽部件的表面具有大于激光波長(zhǎng)的表面粗糙度。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 所述反射鏡的前方設(shè)有光圈，該光圈具有激光能夠透過(guò)的開(kāi)口。9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 激光氣體沿著垂直于激光的光軸和放電方向雙方的方向供給， 向所述第1放電電極對(duì)供給激光氣體的激光氣體供給方向與向所述第2放電電極對(duì)供 給激光氣體的激光氣體供給方向相反。10. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體激光裝置，其特征在于， 所述遮蔽部件具有斜面，所述斜面面向所述第1放電區(qū)域和所述第2放電區(qū)域且相對(duì)于 激光的光軸傾斜。11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣體激光裝置，其特征在于， 當(dāng)所述遮蔽部件的朝向突出高度方向突出的頂端面在光軸方向上的寬度為a，激光波 長(zhǎng)為λ，所述開(kāi)口的直徑為Φ，放電電極間的放電間隔為D，所述遮蔽部件到所述開(kāi)口的距離 為ζ時(shí)，滿足如下代數(shù)式， [代數(shù)式1]12.-種氣體激光裝置，通過(guò)使激光透過(guò)被放電激發(fā)的激光氣體來(lái)對(duì)其進(jìn)行光放大，放 電方向、所述激光的光軸和所述激光氣體的氣流方向相互垂直相交， 其特征在于， 具有： 第1放電電極對(duì)及第2放電電極對(duì)，所述第1放電電極對(duì)及所述第2放電電極對(duì)沿著激光 的光軸排列配置； 至少4個(gè)反射鏡，所述至少4個(gè)反射鏡隔著第1放電區(qū)域及第2放電區(qū)域相向配置，對(duì)由 所述激光氣體放大的激光進(jìn)行反射，所述第1放電區(qū)域由所述第1放電電極對(duì)規(guī)定，所述第2 放電區(qū)域由所述第2放電電極對(duì)規(guī)定； 2個(gè)窗口部，所述2個(gè)窗口部使所述氣體激光與外部空氣隔絕； 遮蔽部件，所述遮蔽部件設(shè)置于所述第1放電電極對(duì)及所述第2放電電極對(duì)中的、相對(duì) 于所述激光的光軸而位于同一側(cè)的放電電極之間，且從所述放電電極的電極面朝所述激光 的光軸突出， 相對(duì)于所述至少4個(gè)反射鏡而言，所述2個(gè)窗口部靠近設(shè)有所述遮蔽部件的那一側(cè)的放 電電極的電極面?zhèn)扰渲茫? 在所述激光透過(guò)所述2個(gè)窗口部的位置，所述激光的光軸相對(duì)于所述第1放電電極對(duì)和 所述第2放電電極對(duì)傾斜。
【文檔編號(hào)】H01S3/034GK205452776SQ201390001204
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日
【發(fā)明人】谷野陽(yáng), 谷野陽(yáng)一, 西前順, 西前順一, 山本達(dá)也
【申請(qǐng)人】三菱電機(jī)株式會(huì)社