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技術 自由空間ガススラブレーザ

出願人 ユニヴァーサルレーザーシステムズインコーポレイテッド
発明者 スークマンイェーフィムピーリスキンミカイルイーリーザークリスチャンジュリアン
出願日 1996年9月30日 (24年8ヶ月経過) 出願番号 1997-515835
公開日 1999年8月17日 (21年9ヶ月経過) 公開番号 1999-509373
状態 拒絶査定
技術分野 レーザ(2) レーザ(2) レーザ(1)
主要キーワード 最小離隔距離 取付けネジ穴 遊び嵌め 底部カバープレート 固定ピボット ネジ取付け 皿座ぐり 側頂壁
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年8月17日)のものです。
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図面 (16)

課題・解決手段

一対の細長い互いに平行な電極(91,92)が、管状ハウジング(111)内に矩形ガス放電区域(40)を形成する。電極相互間最小離隔距離(A)は、安定レーザ共振器(17)の基本自由空間モードの直径である。多光路光学装置(30,50)が、能動媒質全幅(B)を用いて高出力コンパクトレーザ(10,200)を生じさせる。変形自在な支持リング(97)が圧縮されて電極を押し広げて円筒形スペーサ(99)に当接させ、それにより電極の空間的位置関係を維持する。RFフィード(103)がハウジングを貫通して電極に密封的に(112)連結されている。空冷式ヒートシンク(161,162,176,177)が、レーザ管に可撓的に取り付けられた状態でしっかりと保持されており、捩じり変形、心ずれ及び不安定性を減少させる。

概要

背景

概要

一対の細長い互いに平行な電極(91,92)が、管状ハウジング(111)内に矩形ガス放電区域(40)を形成する。電極相互間最小離隔距離(A)は、安定レーザ共振器(17)の基本自由空間モードの直径である。多光路光学装置(30,50)が、能動媒質全幅(B)を用いて高出力コンパクトレーザ(10,200)を生じさせる。変形自在な支持リング(97)が圧縮されて電極を押し広げて円筒形スペーサ(99)に当接させ、それにより電極の空間的位置関係を維持する。RFフィード(103)がハウジングを貫通して電極に密封的に(112)連結されている。空冷式ヒートシンク(161,162,176,177)が、レーザ管に可撓的に取り付けられた状態でしっかりと保持されており、捩じり変形、心ずれ及び不安定性を減少させる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

ガススラブレーザであって、ガス閉込め構造体と、ガス閉込め構造体内に設けられていて、横断面が実質的に矩形ガス放電区域を形成する一対の互いに平行な電気絶縁性電極と、ガス閉込め構造体内に封入されたレーザガス合物と、各電極に結合されていて、RF励起源に結合されるようになったRFフィード端子と、ガス閉込め構造体の互いに反対側の端部に取り付けられてレーザ共振器を形成するようになった反射光学素子から成る装置とを有し、電極相互間最小距離は、ガス放電区域内で任意の方向において実質的に自由空間レーザ共振器として動作できる安定レーザ共振器の基本モード最大横断面寸法以上であることを特徴とするガススラブレーザ。

請求項2

各電極は、約0.025〜0.01mmの酸化アルミニウム被膜が施された陽極酸化処理アルミニウムで作られている細長いT字形の電極であることを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項3

レーザガスは、5容積キセノンを含み、全圧力が25〜100トルであって、割合がほぼ1:1:7のCO2とN2とHeとの混合物に5容積%キセノンを加えたものであることを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項4

各RFフィード端子結合に関し、ガス閉込め構造体には、RFフィード端子が遊び嵌め状態で貫通する孔が設けられ、Oリングが、電極とRFフィード端子とガス閉込め構造体との間に圧縮されていて、電極に実質的な力を及ぼさないでガス閉込め構造体を密封することを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項5

反射光学素子は、凹状反射面を備えた少なくとも一つの光学素子を含むことを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項6

反射光学素子は、部分的に反射する出力カプラを含むことを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項7

反射光学素子は、少なくとも2つの光学素子を備えた多光路レーザ共振器を形成することを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項8

多光路レーザ共振器は、多光路レーザ共振器内の光路数の関数である反射係数を備えた一つの部分反射光学素子を含むことを特徴とする請求項7記載のガススラブレーザ。

請求項9

光学素子から成る前記装置は、ガス閉込め構造体の各端部に設けられた光学組立体を含み、各光学組立体は、ガス閉込め構造体の端部を閉鎖するアパーチャが設けられた端部プレートと、ピボット点のところで端部プレートに固定された第1の支持プレートと、第1の支持プレートに取り付けられていて、ガス放電区域から光を受けて反射するよう端部プレートのアパーチャと整列した少なくとも一つの反射鏡と、端部プレートと第1の支持プレートで圧縮されていて、ガス閉込め構造体を密封するOリングとを有し、第1の支持プレートは、ネジによって鉛直軸線の周りにピボット点を含む水平平面内に、ネジによって水平軸線の周りにピボット点を含む鉛直平面内に調節可能であることを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項10

反射鏡は、完全反射鏡であることを特徴とする請求項9記載のガススラブレーザ。

請求項11

反射鏡は、部分的に反射し、部分的に透過する出力カプラであることを特徴とする請求項9記載のガススラブレーザ。

請求項12

反射鏡は、部分的に反射する一部分及び完全に反射する別の部分を有する出力カプラであることを特徴とする請求項9記載のガススラブレーザ。

請求項13

光学組立体のうち一つは、ガス閉込め構造体の前端部に位置し、該光学組立体は、アパーチャが設けられていて、ピボット点のところで第1の支持プレートに固定された第2の支持プレートと、第2の支持プレートに取り付けられていて、ガス放電区域からの光を受けて反射し、光をガス閉込め構造体の外部に透過させるようアパーチャと整列した第2の反射鏡と、第1の支持プレートと第2の支持プレートの間に圧縮されていて、ガス閉込め構造体を密封するOリングとを有し、第2の支持プレートは、ネジによって鉛直軸線の周りにピボット点を含む水平平面内で、ネジによって水平軸線の周りにピボット点を含む鉛直平面内で調節可能であることを特徴とする請求項9記載のガススラブレーザ。

請求項14

基本モードの横断面は、実質的に丸いことを特徴とする請求項9記載のガススラブレーザ。

請求項15

最小距離は、約5.0mmであることを特徴とする請求項14記載のガススラブレーザ。

請求項16

電極間に取り付けられていて、電極の空間的位置関係を維持する複数の剛性で変形自在な支持部材を更に有することを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項17

変形自在な支持部材は各々、リングと、リングの互いに反対側の側部に係合していて、両側部を一方向に圧縮し、電極がガス閉込め構造体内にしっかりと固定されるようになるまで電極を別の方向に押し広げるネジとから成ることを特徴とする請求項16記載のガススラブレーザ。

請求項18

変形自在な支持部材は、陽極酸化処理アルミニウムで作られていることを特徴とする請求項16記載のガススラブレーザ。

請求項19

電極をガス閉込め構造体の内壁に対して間隔を置いた関係に維持すると共に最小のキャパシタンスをもたらす小さな横断面を備えた複数の短い円筒形スペーサを更に有することを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項20

各電極は、熱伝達を促進するようガス閉込め構造体の内壁に密接して支持された広い表面部分を有し、前記ガススラブレーザは、ガス閉込め構造体の内部の電極の広い表面部分に隣接したガス閉込め構造体の外面に隣接して設けられた一対の細長いヒートシンクと、各ヒートシンクにそれぞれ固定された一対のカバープレートと、カバープレートとガス閉込め構造体の間に設けられた複数の可撓性スペーサとを更に有し、ヒートシンクとカバープレートは、ガス閉込め構造体を包囲していて、一様な熱伝達を可能にすると共にガス閉込め構造体を変形させる傾向のある熱膨張力を無くす可撓的に取り付けられたエンクロージャを形成することを特徴とする請求項1記載のガススラブレーザ。

請求項21

ヒートシンクは、複数のネジ穴を有し、カバープレートは、ネジ穴から内方へ僅かに片寄った複数の皿穴を有し、ネジを皿穴に通してカバープレートをヒートシンクに固定すると、ヒートシンクは引き寄せられてガス閉込め構造体にぴったりと当接すると共に可撓性スペーサが圧縮されてカバープレートをガス閉込め構造体に対して密な間隔を置いた関係に位置決めすることを特徴とする請求項20記載のガススラブレーザ。

請求項22

可撓的に取り付けられたエンクロージャに取り付けられると共にRFフィード端子に結合された電子部品から成るアセンブリと、熱をガス閉込め構造体及び電子部品から除去する複数の空気チャンネルを形成するよう各ヒートシンクを覆うファン組立体とを有することを特徴とする請求項21記載のガススラブレーザ。

請求項23

各ヒートシンク内に設けられていて、熱をガス閉込め構造体から除去するよう液体冷却剤を通す中空管を更に有することを特徴とする請求項21記載のガススラブレーザ。

請求項24

ハウジング内に設けられていて、矩形横断面のガス放電区域を形成する一対の細長く互いに平行な電気絶縁性の電極と、ハウジング内に封入されたレーザガス混合物と、各電極に結合されていて、RF励起源に結合されるようになったRFフィード端子と、ハウジングの互いに反対側の端部に取り付けられていて、RF励起を行うと、ガス放電区域中で動作できるレーザ共振器を形成するようになった反射光学素子から成る装置とを有するガススラブレーザにおいて、電極間に取り付けられていて、電極の空間的位置関係を維持する複数の剛性で変形自在な支持部材を有することを特徴とするガススラブレーザ。

請求項25

変形自在な支持部材は各々、リングと、リングの互いに反対側の側部に係合していて、両側部を一方向に圧縮し、電極がハウジング内にしっかりと固定されるようになるまで電極を別の方向に押し広げるネジとから成ることを特徴とする請求項25記載のガススラブレーザ。

請求項26

ハウジング内に設けられていて、矩形横断面のガス放電区域を形成する一対の細長く互いに平行な電気絶縁性の電極と、ハウジング内に封入されたレーザガス混合物と、各電極に結合されていて、RF励起源に結合されるようになったRFフィード端子と、ハウジングの互いに反対側の端部に取り付けられていて、RF励起を行うと、ガス放電区域中で動作できるレーザ共振器を形成するようになった反射光学素子から成る装置とを有するガススラブレーザにおいて、各電極は、熱伝達を促進するようハウジングの内壁に密接して支持された広い表面部分を有し、前記ガススラブレーザは、ハウジングの内部の電極の広い表面部分に隣接したハウジングの外面に隣接して設けられた一対の細長いヒートシンクと、各ヒートシンクにそれぞれ固定された一対のカバープレートと、カバープレートとハウジングの間に設けられた複数の可撓性スペーサとを更に有し、ヒートシンクとカバープレートは、ハウジングを包囲していて、一様な熱伝達を可能にすると共にハウジングを変形させる傾向のある熱膨張力を無くす可撓的に取り付けられたエンクロージャを形成することを特徴とするガススラブレーザ。

請求項27

ヒートシンクは、複数のネジ穴を有し、カバープレートは、ネジ穴から内方へ僅かに片寄った複数の皿穴を有し、ネジを皿穴に通してカバープレートをヒートシンクに固定すると、ヒートシンクは引き寄せられてハウジングにぴったりと当接すると共に可撓性スペーサが圧縮されてカバープレートをハウジングに対して密な間隔を置いた関係に位置決めすることを特徴とする請求項26記載のガススラブレーザ。

請求項28

ハウジング内に設けられていて、矩形横断面のガス放電区域を形成する一対の細長く互いに平行な電気絶縁性の電極と、ハウジング内に封入されたレーザガス混合物と、各電極に結合されていて、RF励起源に結合されるようになったRFフィード端子と、ハウジングの互いに反対側の端部に取り付けられていて、RF励起を行うと、ガス放電区域中で動作できるレーザ共振器を形成するようになった反射光学素子から成る装置とを有するガススラブレーザにおいて、各電極は、熱伝達を促進するようハウジングの内壁に密接して支持された広い表面部分を有し、前記ガススラブレーザは、ハウジングの内部の電極の広い表面部分に隣接したハウジングの外面に隣接して設けられた第1の一対の細長いヒートシンクと、RFフィード端子に結合されると共に第1の一対のヒートシンクと並置関係にある第2の一対の細長いヒートシンクの間に取り付けられた電子部品から成るアセンブリと、第1及び第2の一対のヒートシンクを互いに固定し、ヒートシンク及び電子部品を包囲するエンクロージャ及び熱をハウジングから除去するようヒートシンク内に設けられた複数の空気チャンネルを形成する複数のカバープレートと、熱をハウジングから除去するために空気を空気チャンネル中へ強制送気するよう各ヒートシンクの空気チャンネルと連通したファン組立体とを有することを特徴とするガススラブレーザ。

請求項29

ハウジング内に設けられていて、矩形横断面のガス放電区域を形成する一対の細長く互いに平行な電気絶縁性の電極と、ハウジング内に封入されたレーザガス混合物と、各電極に結合されていて、RF励起源に結合されるようになったRFフィード端子と、ハウジングの互いに反対側の端部に取り付けられていて、RF励起を行うと、ガス放電区域中で動作できるレーザ共振器を形成するようになった反射光学素子から成る装置とを有するガススラブレーザにおいて、各電極は、熱伝達を促進するようハウジングの内壁に密接して支持された広い表面部分を有し、前記ガススラブレーザは、ハウジングの内部の電極の広い表面部分に隣接したハウジングの外面に隣接して設けられた第1の一対の細長いヒートシンクと、RFフィード端子に結合されると共に第1の一対のヒートシンクと並置関係にある第2の一対の細長いヒートシンクの間に取り付けられた電子部品から成るアセンブリと、第1及び第2の一対のヒートシンクを互いに固定し、ヒートシンク及び電子部品を包囲するエンクロージャを形成する複数のカバープレートと、各ヒートシンク内に設けられていて、熱をハウジング及び電子部品から除去するよう液体冷却剤を通す中空管とを有することを特徴とするガススラブレーザ。

0001

I.発明の背景
A.発明の分野
本発明は、一般に各種ガス放電レーザコヒーレント光発生装置に関し、特に
、改良された電極構造及び改良された熱伝達及び冷却装置を備えた多光路方式の
導波路形、即ち自由空間形の共振器を有するガススラブレーザに関する。
B.背景及び従来技術の説明

0002

種々の形態の導波路及びスラブCO2レーザについて相当な研究が行われた。
ホバート氏の米国特許第5,123,028号(以下「´028号特許」と略記
る)の1:9〜3:13(コロンの前の数字は明細書の欄、その後の数字は行を
表すものとする)を参照されたい。
1.インライン方式非スラブガスレーザ

0003

大抵の非スラブレーザ、例えば、ケー・ラークマン氏の米国特許第4,169,
251号(以下「´251号特許」と略記する)及びピー・ラークマン氏の米国
特許第4,805,182号(以下「´182号特許」と略記する)の非スラブレ
ーザは、比較的大きな長さの出力に対する比(以下「長さ対出力比」という)を
必要とする。典型的な周知のインライン方式、例えば、ラークマン氏の´251号
特許では、一対の細長絶縁性電極が互いに平行に配置され、無線周波数(以
下「RF」という)源の励起を電極と単光路共振器空洞部の各端に設けられた反
射鏡との間の放電区域内に生じるレーザ光ビームに対して横断方向に及ぼす。所
定の出力強度を達成するためには、空洞部は、十分な光増幅を可能にするほど長
くなければならない。かくして、長さ対出力比は大きい。この構成では、レーザ
装置の長さがレーザ装置を納める外部機器の長さを決定するという点で実用上の
問題が生じる。レーザ装置が長いと、明らかに多くの問題が生じ、その用途が制
限される。たとえば、長いレーザ装置は、持ち運びできず、デスクトップ上で使
用できず、しかも製作費が高い。

0004

金属とセラミック組合せを利用するインライン設計のレーザ装置(ケー・ラ
ークマン氏の´251号特許)に関するもう一つの問題は、金属製電極セラ
ック製壁部材熱膨張率が異なるために熱膨張が均一ではなく、これにより、レ
ーザ管の変形に起因する機械的な不安定性及び心ずれを含む深刻な動作上の問題
が生じることである。

0005

ピー・ラークマン氏の´182号特許の構成は、類似材料の使用による利点を
取り入れることにより、換言すると、全て金属製の部材を用いることによって、
ケー・ラークマン氏の´251号特許の構成を改良したものであるが、インライ
ン設計の比較的大きな長さ対出力比と関連した問題を解決していない。

0006

したがって、本発明の主目的は、小さな長さ対出力比により設計に融通性をも
たせると共にレーザ装置について多くの新用途をもたらすよう設計されたコン
クトなレーザ装置及び共振器を提供することにある。

0007

また、本発明の別の目的は、レーザ管の変形を無くし、その結果としての機械
的及び動作上の不安定性及び心ずれを生じさせないようにするよう設計された改
型冷却システム取付け構造及びヒートシンクを提供することにある。

0008

インライン設計の従来技術、例えば、ケー・ラークマン氏の´251号特許及
び´182号特許と関連した更にもう一つの問題は、「導波路効果」である。電
極の表面からの光の反射及び放電区域内に固定対称形ボアを形成するこれら表面
が密接しているために放電区域に隣接している誘電性部材の壁からの光の反射に
より、ビーム中のエネルギ近視野中に不均一に分布して種々の用途で使えなく
なる。この問題は、一層均一に分布する遠視野ビーム又はフィルタリング技術を
用いて解決できそうであるが、かかる解決策は、常に利用でき、或いは実用的で
あるとは限らず、少なくともコストが著しく増加する。利用できるスペースが限
られるコンパクトなレーザ設計では、かかるレーザ出力光学的手法や焦点調節
学的手法は最適ではない。

0009

したがって、本発明のさらにもう一つの目的は、近視野と遠視野の両方におい
てエネルギを実質的に均一に分布させ、それによりコストを一段と低減すると同
時にコンパクトなレーザ設計の実用性を高める自由空間(全方向性ガスレーザ
を提供することにある。
2.スラブ導波路レーザ

0010

スラブ導波路レーザはしばらくの間知られていた。初期設計のガススラブレー
ザはチューリップ氏の米国特許第4,719,639号(以下、「チューリップ氏
の´639号特許」という)に示されている。スラブ導波路レーザの最近の設計
例は、ホバート氏の米国特許第5,123,028号(以下、「ホバート氏の´
028号特許」という)に示されている。

0011

スラブ導波路レーザの大きな利点は、短い能動又は活性媒質中で高出力を発生
させることができるということにある。この性能が得られる要因は、スラブ導波
路レーザが、一層大きな総合出力を得るために能動媒質利用可能な全幅を用い
ることができる一般に横断面矩形の放電区域を有するということにある。

0012

しかしながら、従来技術のスラブ導波路レーザの大きな欠点、即ち、インライ
ン設計のレーザよりもビームの総合的品質が本来的に劣るという欠点を生じるの
は、まさにこのように2つの互いに異なるタイプの共振器を用いているからであ
る。1993年10月発行産業用レーザレビュー(Industrial Laser Review)に
掲載のピー・ラークマン氏の論文「The Market Continues to Grow for Sealed
Carbon Dioxide Lasers」を参照されたい。この欠点を解決するには、複雑で比
較的高価な光学系を使用するしかない。結果的に得られるかかるハイブリッド
ススラブレーザのビームは、異なる方向において異なる性質を有している。幅の
狭い方向では、電極表面は導波路効果を生じる。幅の広い方向では、物理的な制
約はなく、ビームは例えば自由空間レーザ共振器中に形成される。その結果、ビ
ームは、非導波路軸線(幅の広い寸法方向)に沿ってレーザを出た後の発散度
りも、導波路軸線(幅の狭い寸法方向)に沿ってレーザを出た後の発散度のほう
が大きい。ホバート氏の´028号特許の図19(明らかな誤記については訂正
されている)を参照されたい。しかしながら、この低品質のビームは不完全なが
らも修正可能であるが、それには比較的高価で複雑な光学系を用いるしかない。
したがって、本発明の目的は、あらゆる方向において高品質の一様ビームを生じ
させると共に複雑な光学系を不要にする自由空間非導波路形の安定共振器を用い
る高効率高出力ガススラブレーザを提供することにある。

0013

折り返し形ガスレーザも新規なものではない。ラークマン氏の´182号特許
図5図6を参照されたい。最近のガススラブ導波路レーザは又、短いレーザ
装置で大きな出力を達成するよう折り返し設計を採用しいてる。コープ氏の米国
特許第5,353,297号(以下、「´297号特許」という)を参照されたい
。コープ氏の´297号特許は、幅の狭い軸線方向では安定導波路として、幅の
広い軸線方向では否定分岐型非安定共振器として動作するハイブリッド共振器の
設計を教示している。さらに、コープ氏の´297号特許は、幅の広い軸線方向
においてビームの折返し路を生じさせるよう電極の各端に一対の鏡を付加してい
る。したがって、コープ氏の´297号特許は、上述の問題の例示となっている
。したがって、本発明の目的は、レーザ光ビームが共振器の放電空洞部中であら
ゆる方向において非導波路モードで動作する簡単で安価な多光路光学系を用いる
コンパクトなガススラブレーザを提供することにある。

0014

ガススラブレーザ設計におけるもう一つの課題は、最小のキャパシタンス且つ
良好な熱伝導性をもたせて電極相互間の所定の隙間をハウジング壁に対して絶縁
関係に維持するよう電極をレーザ管内に位置決めする支持構造である。電極間
隙間寸法は、最適なレーザ動作にとって重要である。電極とハウジングの間の離
隔距離は、最大伝熱量(狭い間隔が所望される)と高品質RF整合のための構造
体の最大固有キャパシタンス(広い間隔が所望される)を正しくバランスさせる
のに重要である。したがって、本発明の目的は、レーザ装置の動作パラメータ
最適化する改良した電極支持構造と提供することにある。
II.発明の概要

0015

具体的に且つ概略的に説明した本発明の目的と関連した上記及び他の利点を達
成するために本発明の内容の概略を以下に記載する。

0016

本発明の構成上の一観点は、ガススラブレーザであって、ガス閉込め構造体
、ガス閉込め構造体内に設けられていて、横断面が実質的に矩形ガス放電区域
を形成する一対の互いに平行な電気絶縁性の電極と、ガス閉込め構造体内に封入
されたレーザガス合物と、各電極に結合されていて、RF励起源に結合される
ようになったRFフィード端子と、ガス閉込め構造体の互いに反対側の端部に取
り付けられてレーザ共振器を形成するようになった反射光学素子から成る装置と
を有し、電極相互間の最小距離は、矩形横断面内で任意の方向において実質的に

由空間レーザ共振器として動作できる安定レーザ共振器の基本モード構造の最大
横断面寸法以上であることを特徴とするガススラブレーザにある。

0017

本発明のこの構成のもう一つの特徴では、各電極は、約0.025〜0.01mm
酸化アルミニウム被膜が施された陽極酸化処理アルミニウムで作られている細
長いT字形の電極である。

0018

本発明の上記構成のもう一つの特徴は、ガス閉込め構造体には、RFフィード
端子遊び嵌め状態で貫通する孔が設けられ、Oリングが、電極とRFフィード
端子とガス閉込め構造体との間に圧縮されていて、電極に実質的な力を及ぼさな
いでガス閉込め構造体を密封することにある。

0019

本発明の上記構成のもう一つの特徴は、凹状反射面を備えた少なくとも一つの
光学素子と、部分的に反射する出力カプラと、少なくとも2つの光学素子を備え
た多光路レーザ共振器とが設けられ、多光路レーザ共振器の光学素子のうち一方
は、多光路レーザ共振器内の光路数の関数である反射係数を備えた一つの部分反
射光素子であることにある。

0020

本発明の上記特徴のさらにもう一つの特徴として、光学素子から成る前記装置
は、ガス閉込め構造体の各端部に設けられた光学組立体を含み、各光学組立体は
、ガス閉込め構造体の端部を閉鎖するアパーチャが設けられた端部プレートと、
ピボット点のところで端部プレートに固定された第1の支持プレートと、第1の
支持プレートに取り付けられていて、ガス放電区域から光を受けて反射するよう
端部プレートのアパーチャと整列した少なくとも一つの反射鏡と、端部プレート
と第1の支持プレートで圧縮されていて、ガス閉込め構造体を密封するOリング
とを有し、第1の支持プレートは、ネジによって鉛直軸線の周りにピボット点を
含む水平平面内で、ネジによって水平軸線の周りにピボット点を含む鉛直平面内
で調節可能である。

0021

本発明の上記構成の更にもう一つの特徴では、光学組立体のうち一つは、ガス
閉込め構造体の前端部に位置し、該光学組立体は、アパーチャが設けられていて
、ピボット点のところで第1の支持プレートに固定された第2の支持プレートと
、第2の支持プレートに取り付けられていて、ガス放電区域からの光を受けて反
射し、光をガス閉込め構造体の外部に透過させるようアパーチャと整列した第2

反射鏡と、第1の支持プレートと第2の支持プレートの間に圧縮されていて、ガ
ス閉込め構造体を密封するOリングとを有し、第2の支持プレートは、ネジによ
って鉛直軸線の周りにピボット点を含む水平平面内に、ネジによって水平軸線の
周りにピボット点を含む鉛直平面内に調節可能である。

0022

本発明の第2の構成上の観点は、電極間に取り付けられていて、電極の空間的
位置関係を維持する複数の剛性で変形自在な支持部材にある。

0023

本発明の上記構成の別の特徴として、変形自在な支持部材は各々、リングと、
リングの互いに反対側の側部に係合していて、両側部を一方向に圧縮し、電極が
ガス閉込め構造体内にしっかりと固定されるようになるまで電極を別の方向に押
し広げるネジとから成る。

0024

本発明の上記構成の更にもう一つの特徴は、電極をガス閉込め構造体の内壁
対して間隔を置いた関係に維持すると共に最小のキャパシタンスをもたらす小さ
な横断面を備えた複数の短い円筒形スペーサにある。

0025

本発明の第3の構成上の観点は、各電極が、熱伝達を促進するようガス閉込め
構造体の内壁に密接して支持された広い表面部分を有し、前記ガススラブレーザ
は、ガス閉込め構造体の内部の電極の広い表面部分に隣接したガス閉込め構造体
の外面に隣接して設けられた一対の細長いヒートシンクと、各ヒートシンクにそ
れぞれ固定された一対のカバープレートと、カバープレートとガス閉込め構造体
の間に設けられた複数の可撓性スペーサとを更に有し、ヒートシンクとカバー
レートは、ガス閉込め構造体を包囲していて、一様な熱伝達を可能にすると共に
ガス閉込め構造体を変形させる傾向のある熱膨張力を無くす可撓性エンクロー
ャを形成することにある。

0026

本発明のこの構成の別な特徴は、ヒートシンクが、複数のネジ穴を有し、カバ
プレートは、ネジ穴から内方へ僅かに片寄った複数の皿穴を有し、ネジを皿穴
に通してカバープレートをヒートシンクに固定すると、ヒートシンクは引き寄せ
られてガス閉込め構造体にぴったりと当接すると共に可撓性スペーサが圧縮され
てカバープレートをガス閉込め構造体に対して密な間隔を置いた関係に位置決め
することにある。

0027

本発明の第4の構成上の観点は、可撓性エンクロージャに取り付けられると共
にRFフィード端子に結合された電子部品から成るアセンブリと、熱をガス閉込
め構造体及び電子部品から除去する複数の空気チャンネルを形成するよう各ヒー
トシンクを覆うファン組立体とが設けられていることにある。

0028

本発明のこの構成のもう一つの特徴は、熱をガス閉込め構造体から除去するよ
液体冷却剤を通す中空管が各ヒートシンク内に設けられていることにある。

0029

本発明の他の構成上の観点は、以下の本発明の詳細な説明を読むと理解されよ
う。

0030

本発明による自由空間スラブレーザとして設計されたガスレーザは、以下の利
点を有している。

0031

1.コンパクトな構成であって、長さ対出力比が小さく、レーザの持ち運びが
可能になると共に実用性が実質的に向上していること。

0032

2.可撓的に取り付けられたヒートシンク組立体が、捩じり変形を無くすと共
に機械的及び動作上の安定性を向上させていること。

0033

3.好都合幾何学的構成により、頑で非常に高密度の最終包装品を得るこ
とができ、それにより全体的な寸法が実質的に小さくなると共にコストが実質的
に低くなること。

0034

4.多光路構成では、レーザビーム中のエネルギの近視野分布が実質的に一様
になり、レーザ出力カプラの近傍にレーザビームの焦点調節が可能になること。

0035

5.多光路構成において、ビーム横断面内のあらゆる方向における発散度が等
しい対称形ガウスビームを生じさせることができ、それにより簡単なビーム伝
送系の使用が容易であること。

0036

6.効率的な熱伝達性及び伝熱設計により動作上の安定性の向上が得られるこ
と。
III.図面の簡単な説明

0037

図1は、基本モードのガウスビームの直径と両方向において安定な共振器とし
て構成された本発明の自由空間スラブレーザの内部の電極との間の空間的位置
係を示す略図である。

0038

図2は、本発明の安定な自由空間二光路共振器の内部に設けられたビーム軌道
の概略側面図(図6で見て側面図)である。

0039

図3は、本発明の安定自由空間5光路共振器の内部のビーム軌道の概略側面図
図6で見て側面部)である。

0040

図4は、本発明の自由空間スラブレーザ構成のための電極と支持体とスペーサ
とから成るサブアセンブリの分解斜視図である。

0041

図5は、本発明のレーザ管サブアセンブリの分解斜視図である。

0042

図6は、図5の6−6線における横断面図である。

0043

図7は、本発明のレーザ管とヒートシンクとから成るサブアセンブリの分解斜
視図である。

0044

図7Aは、図7のカバープレートに設けられた片寄り皿穴の拡大横断面図であ
る。

0045

図8は、ヒートシンク付き電子回路基板及び冷却用フィンを含む本発明の自由
空間スラブレーザの最終組立体の分解斜視図である。

0046

図8Aは、水冷式ヒートシンクを示す変形形態の部分斜視図である。

0047

図9は、図5の本発明のスラブレーザの前部に取り付けられた可調式鏡組立体
の分解斜視図である。

0048

図10は、図9の10−10線における前部鏡取付け組立体の横断面図である

0049

図11は、図5の本発明の後部可調式鏡組立体の分解斜視図である。

0050

図12は、図11の12−12線における横断面図である。

0051

図13は、本発明の自由空間スラブレーザの第1の変形形態の横断面の略図で
ある。

0052

図14は、本発明の自由空間スラブレーザの第2の変形形態の横断面の略図で
ある。

0053

図15は、本発明の自由空間スラブレーザの第3の変形形態の略図である。
IV.好ましい実施の形態の詳細な説明
A.多光路共振器を備えた本発明の自由空間ガススラブレーザ

0054

本発明の特徴は、最初に図1部分概略図で分かるように、安定共振器を備え
たガススラブレーザ10を使用すると共に、安定共振器の基本モードを使用する
ことにある。その結果、両方向において、非導波路型、即ち自由空間型のレーザ
である新タイプのガススラブレーザが構成されることになる。

0055

図1の略図でわかるように、ガススラブレーザ10は、高さ“A”及び長さ“
L”の放電区域を形成する一対の互いに平行な細長い電極11,12を有し、そ
の両端には、直径がそれぞれD2,D1の反射鏡14,15が設けられている。
ガウスビーム17は、RF源13の励起が行われると放電区域中に得られる安定
スラブレーザ共振器の基本モードを表わす。出力カプラである鏡15は、放出レ
ーザ光ビーム16を部分的に反射するに過ぎない状態で放出する。

0056

共振器のパラメータ及び電極の寸法は以下の通りに選択されている。すなわち
、共振器10の基本モードの直径は、電極11,12間の距離“A”よりも短く
すべきである。たとえば、もしスラブの長さが500mmであって、出力カプラが
平らであり、完全反射鏡の曲率半径が4.0mであれば、基本モードの外径(湾
曲鏡の近傍において)は、約4.5mmである。そこで、もし電極間の距離A=5.
0mmに選定し、これと同一寸法、即ち5.0mmの出力カプラ有効口径を用いると
、そのレーザは基本モードを発生できる。図1を参照されたい。

0057

しかしながら、この場合、放電区域内の能動媒質の全容積利用効率は、非常
に低い(例えば、もしスラブの幅“B”(図1紙面と垂直に測定した距離)が
15mmであれば約30%である)。放電区域の有効体積の利用効率を上げるため
に、本発明者らは、多光路共振器(multi-pass resonator)30,50を用いて
いる(図2及び図3参照)。図2では、この共振器30は3つの鏡、即ち後端
凹面鏡(完全反射鏡)31及び2つの前部平面鏡32,34(一つは出力カプラ
部分反射鏡)32、もう一つは中間平面鏡(完全反射鏡)34)を含む。出力
カプラ32の表面は、本光学系光学軸と垂直に配置され、後端部の鏡31及び
中間の鏡34は、本光学系の光学軸に対して僅かに傾斜しており、したがってレ
ザビームの多光路反射軌道は、能動媒質の横方向の多光路(2光路)中で鏡3
2から鏡31に進み、この鏡31で反射して鏡34に向き、そして鏡34で反射
して31に戻りそして鏡32に戻るようになる。鏡31,32,34は整列して
いて、鏡からの多数回の反射をした後、ビームは出力カプラの表面上のその当初
の位置に戻り、その一部33が放出されるようになる。この場合、能動媒質の利
用効率は90%に近い。

0058

図3では、共振器50は、光路の数が2(図2)から5になり、そして電極の
幅が“B”に依存するということを除き、図2の共振器30と同様に動作する。
光ビーム53を放出する出力カプラ52は部分反射鏡であり、後端部の鏡51及
び中間の鏡54は完全反射鏡である。もし“A”=5.0mm、“B”=15mmで
あるとすれば、光路の最適数は5であることが判明した。この場合、出力は最大
である。もし、“A”=7mm、“B”=21mm、鏡相互間の距離が500mm、そ
して後部鏡の曲率半径が4mであれば、最適光路数は8又は9(図示せず)であ
る。もし出力カプラ32,52及び中間鏡34,54が平らであれば(又は、こ
れらが同一の曲率半径を有していれば)、出力モード構造は、単光路の場合と同
一であり、光路の数に依存しないことに注目することは重要である。光路の数は
、出力カプラの最適反射係数だけを変化させ、即ち光路の数が多ければ多いほど
、それだけ総合利得が大きくなり、かくして、出力カプラの最適反射係数が小さ
くなり、それにより最適出力が得られる。例えば、上述の単光路共振器の場合、
最適反射率は約92%であり、これに対して上述の5光路共振器の場合、最適反
射率は約70%である。
B.電極とスペーサから成るサブアセンブリ

0059

図4で最も良く分かるように、本発明の電極とスペーサから成るサブアセン
リ(以下、「電極−スペーサ・サブアセンブリ」という場合がある)90は、2
本の電極91,92を含み、各電極は、直立の平べったいフランジ部分93及び
内方に延びる矩形のステム部分94から成る横断面T字形のものである。電極は
、厚さが0.025mm〜0.01mmの範囲の厚手であって絶縁性且つ硬質陽極
化処理された酸化アルミニウム被膜を有するアルミニウムで作られている。各電
極の垂直フランジ部分93の内側において、フランジ93の頂部には一対の凹部
95が設けられ、フランジ93の底部にも一対の凹部95が設けられている。各
凹部は平らな底縁105を有している。各電極の垂直フランジ部分93の外側に
おいて、各電極の各端部からの距離の約1/4のところに対をなす凹部96が設
けられている。対をなす凹部96の各々は、互いに間隔をおいて配置されていて
、これらは電極の取り付けを安定化するよう各電極91,92の外側頂縁及び底
縁に近接して位置している。

0060

組立てのために電極を互いに近付けると、支持リング97が各対の対向した凹
部95に嵌まり込み、電極91,92間の所定の最適離隔距離を達成するのに用
いられる変形自在な支持部材としての役目を果たす。支持部材97は、変形自在
なリングである。各部材97はネジ98を回すことによって物理的に変形し、即
ちネジ98を回すと、リングの両側を圧縮し、それにより電極91,92を外方
へ押し離し、そしてスペーサ99(これについては、後述する)を管111のそ
れらの対応内壁に外向きに押し付けることによりリング97が変形する。このよ
うに、電極間の所定の最適離隔距離は、図4及び図6で見て、その上端部及び下
端部、並びにその前端部及び後端部に得られ、電極91,92は管111内にし
っかりと且つ対称に支持される。リング97は好ましくはアルミニウムで作られ
、これはまた、絶縁性で硬質の陽極酸化処理状態の酸化アルミニウム被膜で被覆
されている。これとは別の材料として、例えばステンレス鋼を用いてもよい。

0061

小型の円筒形スペーサ99が電極91,92の外方側部に設けられた対をなす
凹部96に嵌まり込み、そして電極91,92の垂直フランジ93の外側面と管
111の内側面との間の所定の離隔距離を生じさせる(図4及び図6)。円筒形
スペーサ99は、ボール又はワッシャであるのがよい。スペーサ99は好ましく
はアルミニウムで作られ、これ又、硬質で陽極酸化処理状態の酸化アルミニウム
被膜を有するのがよい。使用可能な他の材料としては、セラミック又はステンレ
ス鋼がある。

0062

RFフィード取付けブロック100が、穴102を通る取付けネジ101によ
って電極91,92の上部内方側部に固定された状態でRF端子103に接続さ
れており、これらRF端子はRF供給源と接続され、しかも管111の上方壁
絶縁状態で貫通している。以下により詳細に説明するように、RFフィードはま
た、これと協働する気密シールにより管111の真空健全性を維持する。

0063

図6で最も良く分かるように、スペーサ99を凹部96内に配置し、支持リン
グ97を凹部95内に嵌入支持して電極−スペーサ・サブアセンブリ90を管1
11の内側に組み立てると、ネジ98を時計回りに回してリング97を変形させ
、電極91,92を互いに押し離し、そしてスペーサ99をそれらの凹部に入れ
た状態で管111の内壁にしっかりと当接支持し、それにより電極を管内に横方
向に位置決めして所定の幅の狭い方向の寸法“A”の隙間40をもたせる。ま
た、リング97の内側縁部には凹部104(図4)が切削加工により設けられて
おり、したがってリング97の隣合う円周方向部分106が凹部95の底縁10
5(図4)上に位置した状態で凹部95に嵌まり込むようになっている。リング
97の隣合う円周方向部分106の垂直高さ(図4)は、電極91,92の頂縁
及び底縁108上に延び、管111の内側頂壁及び内側底壁(図6見える)から
の電極91,92の所定の上部離隔距離及び底部離隔距離を生じさせ、それによ
り電極91,92を管111内に垂直方向に位置決めするような所定の高さのも
のである。このように、電極は管111の内壁に非常に近接するが、絶縁可能な
間隔を置いて位置決めされる。好ましい電極と壁の離隔距離は0.5mmである。
電極と管の離隔距離を制御状態に保つことにより(離隔距離が大きければ大きい
ほどそれだけ一層キャパシタンスは小さくなる)、電極と管の間の固有キャパシ
タンスは、最小に維持され、RF源による電極の急激な初期励起を妨害しない。
他方、離隔距離が小さければ小さいほどそれだけ一層熱伝導が良好になる。電極
の長い平らな外側表面93と管111の内壁を密接させることにより、良好な熱
伝導性が得られる。レーザガス混合物は又、濃ヘリウム良導体になるように選択
されている。したがって、レーザの急激な始動及び放電区域40からの熱の急速
な除去を行い、それにより動作中の装置の冷却を著しく助長するために、材料、
離隔距離及びガスとの間には最適なバランスがある。

0064

上述の構成により、図1の略図に示すように、幅の狭い方向の寸法“A”、幅
の広い方向の寸法“B”(図16)及び長さ“L”の隙間40が確保される。
C.レーザ管サブアセンブリ

0065

図5で分かるように、レーザ管サブアセンブリは、図4の電極/スペーサ・サ
ブアセンブリ90、管111、前部二重鏡取付けサブアセンブリ120及び後部
鏡取付けサブアセンブリ150を有する。上述しなかったこれらサブアセンブリ
の各々を以下にさらに説明する。

0066

レーザ管サブアセンブリ110の組立てを行うには、まず最初に、電極−スペ
ーサ・サブアセンブリ90を管111内に挿入し、ネジ98を時計回りに回して
電極−スペーサ・サブアセンブリ90を上述のように管111の内壁に対して対
称且つ離隔関係で管111内にしっかりと固定する。RFフィード端子103を
スペーサ113及び絶縁性Oリング112に挿入し、そしてこれをRFフィード
取付けブロック100の上部の対応のネジ穴107にねじ込み、それにより電極
−スペーサ・サブアセンブリ90をRF供給源13に連結されるようになった管
111内にさらに固定する。

0067

図6で一層明確に分かるように、端子103をネジ穴107にねじ込むと、ス
ペーサ113は内方に移動してOリング112をRFフィード取付けブロック1
00の上面112Aに押し付ける。Oリング112は圧縮されて管111内の穴
114の内壁112Bに対して、しかも端子103の凹部112Cの外周部に対
してシールを形成する。シールは、端子103と穴114内のスペーサ113と
の間の遊び嵌めに起因して電極91,92に持ち上げ力を全く及ぼさないで形成
される。かくして、電極91,92に及ぼされる力は、均一分布状態のままであ
る。
1.前部二重鏡取付けサブアセンブリ

0068

図5で分かるように、まず最初に前部二重鏡取付けサブアセンブリ120を組
み立て、その後、これを管111の前部を閉鎖するよう密封的に取り付ける。管
111の前端部への前部鏡サブアセンブリ120の密封取付け(及び管111の
後端部への後部鏡サブアセンブリ150の密封取付け)は、好ましくは溶接によ
って行われる。しかしながら、エポキシ化合物の使用又はネジ取付け具で圧縮さ
れたOリングの使用によりこの取付けを行ってもよい。

0069

図5図9及び図10で最も良く分かるように、前部鏡取付けサブアセンブリ
120は、中間プレートOリング125を受け入れるようになったOリング用凹
部122を備える前部端プレート121を有し、この凹部122には、実質的に
電極91,92相互間の隙間40に相当する矩形のビームアパーチャ123が設
けられている。

0070

中間鏡支持プレート127が、3本の調節ネジ131A,131B,131C
を支持プレート127に設けられた対応の取付け穴130に挿入することにより
、管の前端部プレート121に固定される。ネジ131A,131B,131C
は前部端プレート121に設けられたネジ穴124にねじ込まれ、環状リング
25aが凹部122に設けられたOリング125に圧接してこれらの間に気密
シールを形成する(図10)。それと同時に、中間鏡126は中間鏡支持プレ
ト127の内側部に設けられた凹部内に捕捉される(図10)。ネジ131A,
131Cは、ネジ131Bに対して直交関係にある。

0071

鏡126は完全反射鏡であり、調節ネジ131Aによって水平軸線の周りに鉛
直平面内で調節される。鏡126は調節ネジ131Cによって鉛直軸線の周りに
水平平面内で調節される。ネジ131A,131Cを回して調節することにより
、中間鏡支持プレート127は、固定ピボットネジ131Bによる取付け点の周
りにそれぞれの平面内で梃作用を発揮する。シールを破壊しないでネジ131A
,131Cの調節を行うとOリング125はそれぞれ押し下げられる。

0072

中間支持プレート127は、中央アパーチャ128及びその外方側部に設けら
れた出力カプラ用ブラケットのOリング用凹部129を有する。また、これには
三角形をなす又は直交関係にある出力カプラ用ブラケットネジ穴132が設け
られている。出力カプラ141は、三角形の出力カプラブラケット134を用い
て中間鏡支持プレート127に取り付けられている。ブラケット134は、中間
鏡支持プレート127に当接した状態で設けられていて、出力カプラブラケット
134の内側側部に設けられた環状リング134a(図10)が、支持プレート
127の凹部129内に設けられている出力カプラブラケットOリング133に
圧接して、これらの間に気密シールを形成している。出力カプラブラケット13
4は、中央アパーチャ135を有し、その外方側部には、出力カプラOリング1
40を受け入れる出力カプラOリング用凹部136を有している。出力カプラ1
41は、Oリング140に圧接している出力カプラブラケットの外方側部に、リ
テーナ142(図10)によって固定されており、リテーナ142は、出力カプ
ラリテーナ用ネジ143をリテーナ142に設けられた穴144に通し、出力カ
プラブラケット134に設けられたネジ穴139にねじ込むことによって、出力
カプラブラケット134に固定されている。出力カプラブラケット134は、調
節ネジ137A,137B,137Cによって中間鏡支持プレート127に固定
され、これら調節ネジは、出力カプラ取付けネジ穴138を貫通し、中間支持
レート127の外方側部に設けられた出力カプラブラケットネジ穴132内に固
定される。ネジ137Bは、固定ピボット点を形成し、ネジ137A,
137Bはこれに対して直交関係にあり、鉛直平面における調節をネジ137C
によって水平軸線の周りに、そして水平平面における調節を調節ネジ137Aに
より鉛直軸線の周りに行うことができる。Oリング133はそれぞれ圧縮され、
それにより出力カプラ141を光学系の光学軸と垂直に調節できる。

0073

当該技術分野で周知のように、別の光学的構成を使用できる。かかる一つの変
形実施形態は、出力カプラとしての鏡141の部分反射部分透過機能と、中間鏡
126の完全反射機能とを組み合わせて、例えばこれら別個の機能を発揮する上
方部分及び下方部分を備えた単一の鏡にしたものである。
2.後部鏡取り付けサブアセンブリ

0074

後部鏡取り付けサブアセンブリ150は、図5図11及び図12で最も良く
分かるように、管111の後端部を密封的に閉鎖し、隙間40にほぼ一致する中
央アパーチャ152を有し、その外方側部に後部鏡Oリング用凹部153を備え
た管後部端プレート151を含む。後部鏡のOリング155は凹部153内に嵌
め込まれ、内方側部に設けられた凹部内に鏡156(これまた完全反射鏡である)
を備えた後部鏡ブラケット157が、管後部端プレート151に取り付けられ、
環状リング157Aが凹部153内のOリング155を圧縮してこれらの間に気
密シールを形成している(図12参照)。ブラケット157は、後部鏡調節ネジ
159A,159B,159Cをブラケット157に設けられた取付け穴158
に挿入し、ブラケット151のネジ付き後部鏡取付けネジ穴154内に固定する
ことにより、端プレート151に固定されている。かかる三角測量方式の鏡調節
機構は、前端部取付け組立体120の2つの鏡について使用できたように後部鏡
156に関して使用可能である。ここでは、ピボットネジは159Aであり、ネ
ジ159B,159Cは、水平平面及び鉛直平面においてそれぞれこれに対して
直交関係をなして取り付けられ、それぞれピボットネジ159Aに対して水平平
面及び鉛直平面において調節を行うようになっている。
D.レーザ管−ヒートシンクサブアセンブリ

0075

図7で最も良く分かるように、管とヒートシンクから成るサブアセンブリ16
0は、ヒートシンク161,162、カバープレート164,165及びOリン
グ167と共に図5のレーザ管サブアセンブリ110を有している。ヒート
シンク161,162は、レーザ管サブアセンブリ110の側方に位置決めされ
、これらヒートシンク161,162の頂部内方縁部及び底部内方縁部に設けら
れた凹部にはカバープレート取付け穴163が形成されている。上部カバープレ
ート164及び底部カバープレート165は、それぞれこれらの内面に設けられ
た複数のOリング用凹部166を有している。図7Aで最も良く分かるように、
カバープレート164,165には穴169が設けられ、穴169は皿座ぐり
れると共にヒートシンク161,162に設けられたネジ付き取付け穴163に
対し僅かに内方に片寄っている。次に、カバープレート164,165は、カバ
ープレート取付けネジ168をカバープレート取付け皿穴169に挿入すること
により固定され、これらカバープレートはヒートシンク161,162の頂部内
縁部及び底部内縁部に設けられた片寄りネジ付き取付け穴163に係合する。ネ
ジ168を締め付けると、ネジは片寄り皿穴169の外方傾斜縁部に圧接し、ヒ
ートシンク162,163を内方にしっかりと引き寄せて管111の外壁に押し
当ててこれと良好な熱接触関係をなし、Oリング167を凹部166内に捕捉し
、Oリングをレーザ管サブアセンブリ110の管111の外面の頂面及び底面に
押し当てる。

0076

したがって、ヒートシンク161,162とカバープレート164,165は
、レーザ管サブアセンブリ110の周りに一体の円周方向構造体を形成し、ヒー
トシンク161,162は、管111の側面と良好な熱接触状態になるが、カバ
ープレート164,165は、圧縮されたOリング167によって管111の頂
面及び底面から可撓的に間隔を置いて位置する。

0077

この取付け冷却構造独特のものであり、従来技術とは対照的に、動作中、レ
ーザ管の長さに沿うレーザ管及び冷却フィンの捩じり変形が生ずることが無い点
で特に有利であることが分かった。本発明では、ヒートシンクとカバープレート
は互いにしっかりと固定され、ヒートシンクはレーザの側部にしっかりと当接保
持されるが、それと同時に頂部カバープレート及び底部カバープレートは、管組
立体110のレーザ頂面及び底面に対して間隔を置いた関係に保持され、これを
圧縮された状態のOリング167を介してのみ接触する。Oリング167に代え
て、類似の可撓性スペーサを用いてもよい。この構造により、加熱膨張の際のば
らつきが管111中に生じ、他方、組立体全体の細長い矩形の形を変形させて鏡
変位させる傾向のある捩じり応力を最小限に抑える。しかしながら、これと同
時に管111と、可撓的に連結されたカバープレート−ヒートシンクエンクロー
ジャとの間の離隔距離は、直接に接触しているヒートシンク161,162を介
するレーザ管サブアセンブリ110からの熱伝導度が、全ての構成部品の適切且
つ有効な冷却を行うのに適したレベル以上になるほど十分に小さいものである。
E.最終ガスレーザ組立体

0078

図8で最も良く分かるように、最終ガスレーザ組立体200は、図8の管及び
ヒートシンクサブアセンブリ160、エレクトロニクスサブアセンブリ170及
び2つのファンサブアセンブリ190,191を含む。

0079

エレクトロニクスサブアセンブリ170は、いくつかの別個のデバイスを支持
したいくつかの従来型エレクトロニクスプリント回路板171及び、整合インピ
ダンスネットワーク172及び他の制御エレクトロニクスを備えたRF発生器
を含む(ただしこれには限定されない)付加的な従来型エレクトロニクス素子
含む。これら素子は、動作関係で互いにしっかりと取り付けられ、一対のフィン
付きヒートシンク176,177の間に固定されてエレクトロニクスサブアセン
ブリ170を形成している。カバープレート178が、ヒートシンク176,1
77の上端部に設けられた凹部内のカバープレート取付けネジ穴180を通るカ
バープレート取付けネジ179によって、ヒートシンクの上方側部に固定され、
エレクトロニクスサブアセンブリ170を形成している。このサブアセンブリ1
70は、端プレート181,182及び端プレートネジ184によって管及びヒ
ートシンクサブアセンブリ160に固定され、これら端プレートネジは端プレー
トネジ穴185を貫通し、サブアセンブリ160,170の端部に設けられたネ
ジ穴186にねじ込まれている。かくして、サブアセンブリ160,170は端
部プレート181,182によって互いに係止される。ファンサブアセンブリ1
90,191は、相互リンク状態のヒートシンクに当接して取り付けられ、ヒー
トシンク161,162,176,177の側面に設けられたネジ付き取付けネ
ジ穴193にねじ込まれる取付けネジ192によってこれに固定されている。端
プレート180はアパーチャ183を有し、このアパーチャ183を通って、
出力カプラ鏡141によって伝送されるレーザビームの一部が通過し、光学系を
出ることができる。

0080

ヒートシンクの外部をファンサブアセンブリ190,191で覆うことにより
フィン付きヒートシンクは、複数の細長いチャンネルの状態に有効に構成され
ファンを動作させると、これらチャンネルを通って空気が長さ方向に押し込ま
れる。押し込まれた空気は、フィン付きヒートシンク161,162,176,
177の各端部から同時に出る。この冷却方式によって熱が光学系から効果的に
除去され、すべての構成部品が安全な熱動作条件に保たれる。

0081

図8Aで分かるように、変形例としての冷却構造は、水冷システムを含む。上
述のフィン161,162,176,177及びファンサブアセンブリ190,
191によって形成される密閉空気チャンネルではなく、これら構造部材に代え
て、管類を含む類似のボックス状構造体161A,162Aを用いてもよく、こ
れら管類を通って冷却水が、水を冷却するための熱交換器を含む外部供給源から
循環させるのがよい。水冷システムは、冷却装置を、細菌を含んだ空気が送気さ
れない別個の室内に配置することにより、そうでなければ適用除外されるべき種
々の医療用途に用いることができ、しかも温度制御の改良が可能になるので、動
作が静かな空冷システムと比べて利点がある。

0082

図13図15は、所望に応じて用いることのできる電極システムの変形例を
示している。好ましい構造体は既に上述した。

0083

図13は、一対の細長いベースプレート300を示し、これらベースプレート
は、その各前端部及び後端部が止めネジ302によってハウジング301内に固
定されている。止めネジ302は、組立ての際、アレンレンチで管301の端部
に到達することによって締め付けられる。というのは、止めネジ302は電極の
外端部に隣接して位置しているからである。この実施形態では、各ベースプレー
ト300には、従来手段によって複数の細長いプレート303,304,305
が固定されており、これらのうち内方の一つには、従来手段によって一方の電極
306が固定されており、この電極は、類似した他方のベースプレート305,
304,303を介して他方のベースプレート300に同様に固定された他方の
電極306から所定の距離を置いて位置している。ベースプレート300は止め
ネジ302を介してハウジング301と電気的接触状態にあるので、スペーサ3
03,304,305は絶縁性、例えば好ましくは陽極酸化処理アルミニウムで
作られる。RFフィード13が端子103を介して電極306に接続されている
。この実施形態は、電極を強制的に押し離してこれらを所定の離隔関係に保つた
めの機構を用いていない。多数のプレート303,304,305を直列状態
用いることにより、熱伝導性が良くなり、そうではない場合には固有の大きなキ
ャパシタンスとなるものが減少する。

0084

図14は、本発明のさらにもう一つの実施形態を示しており、かかる実施形態
では、互いに類似したベースプレート300が、従来手段によってハウジング3
01に固定され、電極306を、従来手段によってベースプレート300に固定
された絶縁性スペーサ303上に互いに間隔を置いた関係で支持し、スペーサ3
03の各側部には、フライス加工により溝303A,303Bが形成されている
。電極及び溝を小さくすると、良好な熱伝導性を維持しながら総キャパシタンス
を減少させることができる。

0085

図15は、本発明にさらにもう一つの実施形態を示しており、かかる実施形態
では、大きな電極306が、ハウジング301に従来手法で固定されたベースプ
レート301に従来手法で直に固定されている。溝306Aが、フライス加工に
より電極306の外方側部に形成され、それにより大きな電極のキャパシタンス
を減少するのに役立っている。図14及び図15はそれぞれ、図13と比べて改
良された動作特性を示している。しかしながら、最適構成例は、図6に示されて
いる。
F.実施例

0086

実施例の仕様は次の通りである。
A = 5.0mm
B = 15.0mm
L = 445.5mm
RFパワー入力 = 300ワット
周波数= 40.6MHz
出力 = 25〜30ワット
波長= 10.6ミクロン
周囲温度= 25℃
空気冷却は、200cfm空気流(片側100cfm)で実施。

0087

ガス混合物は、二酸化炭素窒素及びヘリウムを1:1:7の割合で混合した
ものであり、これに5体積%のクセノンが含まれ、全圧は、25〜100トル
ある。

0088

管、フィン及びカバープレートの好ましい構成材料は、熱伝導性が良好であり
、コストが安く、しかも製造が容易であることに鑑みて、アルミニウムである。

0089

本願の出願時点において本出願人の知る本発明の好ましい実施形態及び最適態
様についての上述の説明は、例示に過ぎない。本発明は、排他的に解釈されるべ
きではなく、即ち、本発明を開示した形態そのものに限定されず、上述の教示に
照らして明らかに多くの設計変更及び変形例を想到できる。本発明の原理及びそ
の適用分野を最も良く説明するために実施形態を選んで説明しており、かくして
業者は意図した特定の用途に適した種々の実施形態で本発明を最適利用するこ
とができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められるものとする

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