JPH07105537B2 - プラズマ装置 - Google Patents
プラズマ装置Info
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- JPH07105537B2 JPH07105537B2 JP62225227A JP22522787A JPH07105537B2 JP H07105537 B2 JPH07105537 B2 JP H07105537B2 JP 62225227 A JP62225227 A JP 62225227A JP 22522787 A JP22522787 A JP 22522787A JP H07105537 B2 JPH07105537 B2 JP H07105537B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波放電によってプラズマを発生さ
せ、レーザ励起、プラズマ処理等に利用するプラズマ装
置に関するものである。
せ、レーザ励起、プラズマ処理等に利用するプラズマ装
置に関するものである。
第３図は例えば1982年11月発行のアイイーイーイージャ
ーナル オブ クァンタム エレクトロニクス（IEEE J
ournal of Quantum Electoronics）Vol.QE-18,No.11のP
1839〜P1840に示された、気体レーザ装置に用いられて
いる従来のプラズマ装置を示す概略断面図であり、図に
おいて、１はマイクロ波発振器としてのマグネトロン、
２はこのマグネトロン１の発生するマイクロ波を伝送す
る、マイクロ波回路としての導波管、21はこの導波管２
内に配置された石英製のレーザ放電管、22はこのレーザ
放電管21に連通するレーザガス送気管、23はこのレーザ
ガス送気管22の途中に設けられたガス循環手段としての
ブロア、24は前記レーザ放電管21の両端を封止している
ブリュースタ窓、25はこのブリュースタ窓24の外側に配
置された全反射鏡、26は同じく部分反射鏡、27は前記導
波管２の終端に設けられた高周波負荷である。
ーナル オブ クァンタム エレクトロニクス（IEEE J
ournal of Quantum Electoronics）Vol.QE-18,No.11のP
1839〜P1840に示された、気体レーザ装置に用いられて
いる従来のプラズマ装置を示す概略断面図であり、図に
おいて、１はマイクロ波発振器としてのマグネトロン、
２はこのマグネトロン１の発生するマイクロ波を伝送す
る、マイクロ波回路としての導波管、21はこの導波管２
内に配置された石英製のレーザ放電管、22はこのレーザ
放電管21に連通するレーザガス送気管、23はこのレーザ
ガス送気管22の途中に設けられたガス循環手段としての
ブロア、24は前記レーザ放電管21の両端を封止している
ブリュースタ窓、25はこのブリュースタ窓24の外側に配
置された全反射鏡、26は同じく部分反射鏡、27は前記導
波管２の終端に設けられた高周波負荷である。
次に動作について説明する。レーザ放電管24中には、例
えば、キセノン、塩化水素、ヘリュームの混合ガスなど
によるレーザ気体が封入されている。一方、導波管２に
はマグネトロン１が発生したパルスマイクロ波が伝送さ
れており、これによって当該導波管２中には強いマイク
ロ波電磁界が発生している。レーザ放電管21中のレーザ
気体は、この強いマイクロ波電磁界にて放電破壊されて
プラズマを発生させ、例えば、XeCl*などのエキシマが
生成されて反転分布状態が得られる。ここで、レーザ放
電管21の両端の光反射のないブリュースタ窓24を介し
て、全反射鏡25と部分反射鏡26とによってレーザ共振器
を形成することにより、前記エキシマのエネルギーがレ
ーザ光として取り出せる。この時、放電に吸収されなか
った余分なマイクロ波エネルギーを高周波負荷27に吸収
させることによってマイクロ波の反射を防止し、さらに
レーザガス送気管22とブロア23を使用してレーザ放電管
21の中のエキシマレーザガスを高速で強制循環させるこ
とにより、繰り返し周波数の高いレーザ発振を行わせて
いる。ここで、このプラズマ装置は、閉じたレーザ放電
管21を使用しているので、導電性をもったプラズマが発
生すると、レーザ放電管21中のプラズマを内導体とする
同軸モードのマイクロ波モードが支配的となり、プラズ
マ中のマイクロ波電界はレーザ放電管21の管壁に平行な
成分を主成分とする電界となるため、プラズマはレーザ
放電管21の管壁付近に集中して発生する。
えば、キセノン、塩化水素、ヘリュームの混合ガスなど
によるレーザ気体が封入されている。一方、導波管２に
はマグネトロン１が発生したパルスマイクロ波が伝送さ
れており、これによって当該導波管２中には強いマイク
ロ波電磁界が発生している。レーザ放電管21中のレーザ
気体は、この強いマイクロ波電磁界にて放電破壊されて
プラズマを発生させ、例えば、XeCl*などのエキシマが
生成されて反転分布状態が得られる。ここで、レーザ放
電管21の両端の光反射のないブリュースタ窓24を介し
て、全反射鏡25と部分反射鏡26とによってレーザ共振器
を形成することにより、前記エキシマのエネルギーがレ
ーザ光として取り出せる。この時、放電に吸収されなか
った余分なマイクロ波エネルギーを高周波負荷27に吸収
させることによってマイクロ波の反射を防止し、さらに
レーザガス送気管22とブロア23を使用してレーザ放電管
21の中のエキシマレーザガスを高速で強制循環させるこ
とにより、繰り返し周波数の高いレーザ発振を行わせて
いる。ここで、このプラズマ装置は、閉じたレーザ放電
管21を使用しているので、導電性をもったプラズマが発
生すると、レーザ放電管21中のプラズマを内導体とする
同軸モードのマイクロ波モードが支配的となり、プラズ
マ中のマイクロ波電界はレーザ放電管21の管壁に平行な
成分を主成分とする電界となるため、プラズマはレーザ
放電管21の管壁付近に集中して発生する。
従来のプラズマ装置は以上のように構成されているの
で、マイクロ波回路である導波管２にはマイクロ波発振
回路からマグネトロン１による単一周波数のマイクロ波
しか与えることができず、種々のプラズマを発生させる
ことが不可能であるばかりか、そのマイクロ波の波長に
応じて生ずる、レーザ放電管21の軸方向の放電の節が固
定的となり、軸方向に均一なプラズマの発生が困難とな
るなどの問題点があった。
で、マイクロ波回路である導波管２にはマイクロ波発振
回路からマグネトロン１による単一周波数のマイクロ波
しか与えることができず、種々のプラズマを発生させる
ことが不可能であるばかりか、そのマイクロ波の波長に
応じて生ずる、レーザ放電管21の軸方向の放電の節が固
定的となり、軸方向に均一なプラズマの発生が困難とな
るなどの問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、種々のプラズマの発生を可能とし、さらに、
発生するプラズマの軸方向の均一化にも対応することが
できるプラズマ装置を得ることを目的とする。
たもので、種々のプラズマの発生を可能とし、さらに、
発生するプラズマの軸方向の均一化にも対応することが
できるプラズマ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るプラズマ装置は、マイクロ波回路内にマ
イクロ波を励振するマイクロ波発振器を、マイクロ波帯
のパワートランジスタを用いて形成したものである。
イクロ波を励振するマイクロ波発振器を、マイクロ波帯
のパワートランジスタを用いて形成したものである。
この発明におけるプラズマ装置は、マイクロ波発振器を
マイクロ波帯のパワートランジスタを用いて形成するこ
とで、発生するマイクロ波の周波数を可変にして種々の
プラズマの生成を可能とするとともに、その周波数を自
動的に変化させることによる、軸方向のプラズマ均一化
への対応も可能とする。
マイクロ波帯のパワートランジスタを用いて形成するこ
とで、発生するマイクロ波の周波数を可変にして種々の
プラズマの生成を可能とするとともに、その周波数を自
動的に変化させることによる、軸方向のプラズマ均一化
への対応も可能とする。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明によるプラズマ装置を気体レーザ装置に適
用した実施例を示す断面図、第２図はその外観図であ
る。図において、３はマイクロ波放電によってレーザ気
体にプラズマを発生させ、レーザ励起を行うためのマイ
クロ波回路の一種である、リッジ導波管型のマイクロ波
空胴構造をもつレーザヘッド部、４はマイクロ波帯のパ
ワートランジスタを用いて構成され、発生するマイクロ
波の周波数が調整可能なマイクロ波発振器、５はマイク
ロ波発振器４の出力するマイクロ波をレーザヘッド部３
へ導く導波管、６はこの導波管５の幅を拡げるホーン導
波管、７はこのホーン導波管６を前記レーザヘッド部３
へ結合するマイクロ波結合窓、８はレーザヘッド部３に
取り付けられたレーザ発振用の反射鏡である。また、30
は前記レーザヘッド部３におけるマイクロ波結合窓７に
続く空胴壁、31及び32はこの空胴壁30の中央部に設けら
れたリッジ、33は一方のリッジ31に形成された溝、34は
マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁であり、この
実施例では前記溝33の壁面が使用されている。35はこの
導電体壁34に対向して設けられてマイクロ波の入射窓と
して作用する、例えばアルミナ等のセラミックで形成さ
れた誘電体、36はこの誘電体35が前記溝33を覆うことに
よって、前記導電体壁34と誘電体35との間に形成されて
レーザ気体が封入される放電空間、37はマイクロ波回路
の一部を構成する導電体壁34を有するリッジ31及びそれ
に対向するリッジ32に形成された冷却水路である。
図はこの発明によるプラズマ装置を気体レーザ装置に適
用した実施例を示す断面図、第２図はその外観図であ
る。図において、３はマイクロ波放電によってレーザ気
体にプラズマを発生させ、レーザ励起を行うためのマイ
クロ波回路の一種である、リッジ導波管型のマイクロ波
空胴構造をもつレーザヘッド部、４はマイクロ波帯のパ
ワートランジスタを用いて構成され、発生するマイクロ
波の周波数が調整可能なマイクロ波発振器、５はマイク
ロ波発振器４の出力するマイクロ波をレーザヘッド部３
へ導く導波管、６はこの導波管５の幅を拡げるホーン導
波管、７はこのホーン導波管６を前記レーザヘッド部３
へ結合するマイクロ波結合窓、８はレーザヘッド部３に
取り付けられたレーザ発振用の反射鏡である。また、30
は前記レーザヘッド部３におけるマイクロ波結合窓７に
続く空胴壁、31及び32はこの空胴壁30の中央部に設けら
れたリッジ、33は一方のリッジ31に形成された溝、34は
マイクロ波回路の一部を構成する導電体壁であり、この
実施例では前記溝33の壁面が使用されている。35はこの
導電体壁34に対向して設けられてマイクロ波の入射窓と
して作用する、例えばアルミナ等のセラミックで形成さ
れた誘電体、36はこの誘電体35が前記溝33を覆うことに
よって、前記導電体壁34と誘電体35との間に形成されて
レーザ気体が封入される放電空間、37はマイクロ波回路
の一部を構成する導電体壁34を有するリッジ31及びそれ
に対向するリッジ32に形成された冷却水路である。
次に動作について説明する。マイクロ波発振器４で発生
したマイクロ波は、導波管５を伝搬してホーン導波管６
で拡げられ、マイクロ波結合窓７でインピーダンスを整
合させることにより、効率よくレーザヘッド部３に結合
される。このレーザヘッド部３は図示の如くリッジ空胴
状になっており、マイクロ波はそのリッジ31,32付近に
集中して非常に強いマイクロ波電磁界を発生させる。こ
の強いマイクロ波電磁界により放電空間36に封入された
レーザ気体が放電破壊し、プラズマが発生してレーザ媒
質が励起される。このとき、マイクロ波発振器４を調整
して、マイクロ波の発振周波数を適宜選択してやれば、
その周波数に対応して種々のプラズマを生成することが
できる。
したマイクロ波は、導波管５を伝搬してホーン導波管６
で拡げられ、マイクロ波結合窓７でインピーダンスを整
合させることにより、効率よくレーザヘッド部３に結合
される。このレーザヘッド部３は図示の如くリッジ空胴
状になっており、マイクロ波はそのリッジ31,32付近に
集中して非常に強いマイクロ波電磁界を発生させる。こ
の強いマイクロ波電磁界により放電空間36に封入された
レーザ気体が放電破壊し、プラズマが発生してレーザ媒
質が励起される。このとき、マイクロ波発振器４を調整
して、マイクロ波の発振周波数を適宜選択してやれば、
その周波数に対応して種々のプラズマを生成することが
できる。
ここで、冷却水路37に冷却水を流して放電プラズマを冷
却するとともに、レーザ気体の圧力等の放電条件を適切
に選択することによって、レーザ発振条件が得られ、第
２図に示す反射鏡８とそれに対向した図面には現れない
反射鏡とでレーザ共振器を形成することにより、レーザ
発振光が得られる。
却するとともに、レーザ気体の圧力等の放電条件を適切
に選択することによって、レーザ発振条件が得られ、第
２図に示す反射鏡８とそれに対向した図面には現れない
反射鏡とでレーザ共振器を形成することにより、レーザ
発振光が得られる。
この時、マイクロ波回路の一部を構成している導電体壁
34と、この導電体壁34に対向して配置され、マイクロ波
の入射窓となる誘電体35との間に形成される放電空間36
において、マイクロ波放電が行われ、マイクロ波の入射
はプラズマの一方の面からのみ行われることになるた
め、プラズマを内導体とする同軸モードのマイクロ波モ
ードが支配的となる現象が発生するようなことはなく、
所期のマイクロ波モードによる放電を行わせることがで
きる。また、図示のレーザヘッド部３のリッジ空胴のよ
うに、マイクロ波回路が前記誘電体35とプラズマとの境
界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成す
る場合、誘電体35と導電体壁34とは対向しているため、
導電体壁34に対しても垂直な電界成分を有することとな
りプラズマを貫く電界ができる。そのため、導電性を有
するプラズマが発生しても、そのプラズマより数桁導電
率の高い導電体壁34がマイクロ波入射窓としての誘電体
35に対向して配置されているので、入射マイクロ波の終
端電流はこの導電体壁34を流れ、導電体壁34近傍の電界
は強制的にこの導電体壁34の表面に対して垂直にされ、
発生した前記プラズマを貫通する電界が維持される。従
って、マイクロ波がプラズマ中に浸透してプラズマを貫
く電流が流れ、この電流の連続性から空間的に一様なプ
ラズマが発生する。
34と、この導電体壁34に対向して配置され、マイクロ波
の入射窓となる誘電体35との間に形成される放電空間36
において、マイクロ波放電が行われ、マイクロ波の入射
はプラズマの一方の面からのみ行われることになるた
め、プラズマを内導体とする同軸モードのマイクロ波モ
ードが支配的となる現象が発生するようなことはなく、
所期のマイクロ波モードによる放電を行わせることがで
きる。また、図示のレーザヘッド部３のリッジ空胴のよ
うに、マイクロ波回路が前記誘電体35とプラズマとの境
界に垂直な電界成分を有するマイクロ波モードを形成す
る場合、誘電体35と導電体壁34とは対向しているため、
導電体壁34に対しても垂直な電界成分を有することとな
りプラズマを貫く電界ができる。そのため、導電性を有
するプラズマが発生しても、そのプラズマより数桁導電
率の高い導電体壁34がマイクロ波入射窓としての誘電体
35に対向して配置されているので、入射マイクロ波の終
端電流はこの導電体壁34を流れ、導電体壁34近傍の電界
は強制的にこの導電体壁34の表面に対して垂直にされ、
発生した前記プラズマを貫通する電界が維持される。従
って、マイクロ波がプラズマ中に浸透してプラズマを貫
く電流が流れ、この電流の連続性から空間的に一様なプ
ラズマが発生する。
なお、上記実施例では手動によりマイクロ波の発振周波
数を設定調整するものを示したが、マイクロ波の発振周
波数を時々刻々自動的に変化させるようにしてもよい。
その場合、マイクロ波の周波数の変化に伴って、放電空
間36内に発生するレーザヘッド部３の軸方向の定在波が
変化してその節の位置が移動し、それにあわせてマイク
ロ波放電の節の位置も移動するため、前記軸方向にも均
一なプラズマが得られる。
数を設定調整するものを示したが、マイクロ波の発振周
波数を時々刻々自動的に変化させるようにしてもよい。
その場合、マイクロ波の周波数の変化に伴って、放電空
間36内に発生するレーザヘッド部３の軸方向の定在波が
変化してその節の位置が移動し、それにあわせてマイク
ロ波放電の節の位置も移動するため、前記軸方向にも均
一なプラズマが得られる。
また、上記実施例では気体レーザ装置に適用した場合に
ついて説明したが、プラズマ処理装置、イオン源、光源
等に適用してもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。
ついて説明したが、プラズマ処理装置、イオン源、光源
等に適用してもよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。
以上のように、この発明によればマイクロ波回路内にマ
イクロ波を励振するマイクロ波発振器を、マイクロ波帯
のパワートランジスタを用いて構成したので、発生する
マイクロ波の発振周波数を可変にすることが可能となる
ため、マイクロ波の周波数に対応した種々のプラズマを
生成することができるばかりか、その発振周波数を時々
刻々自動的に変化させることも可能となるため、軸方向
のプラズマ均一化への対応も可能となるなどの効果があ
る。
イクロ波を励振するマイクロ波発振器を、マイクロ波帯
のパワートランジスタを用いて構成したので、発生する
マイクロ波の発振周波数を可変にすることが可能となる
ため、マイクロ波の周波数に対応した種々のプラズマを
生成することができるばかりか、その発振周波数を時々
刻々自動的に変化させることも可能となるため、軸方向
のプラズマ均一化への対応も可能となるなどの効果があ
る。
第１図はこの発明の一実施例によるプラズマ装置を示す
断面図、第２図はその外観図、第３図は従来のプラズマ
装置を示す概略断面図である。 ３はマイクロ波回路（レーザヘッド部）、４はマイクロ
波発振器。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
断面図、第２図はその外観図、第３図は従来のプラズマ
装置を示す概略断面図である。 ３はマイクロ波回路（レーザヘッド部）、４はマイクロ
波発振器。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西前 順一 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内 (72)発明者 植田 至宏 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社応用機器研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】マイクロ波回路中のマイクロ波放電によっ
てプラズマを発生させるプラズマ装置において、前記マ
イクロ波回路内に、マイクロ波帯のパワートランジスタ
を用いて形成したマイクロ波発振器より発生させたマイ
クロ波を励振することを特徴とするプラズマ装置。 - 【請求項２】前記マイクロ波発振器が、発生する前記マ
イクロ波の周波数を経時的に変化させるものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のプラズマ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62225227A JPH07105537B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | プラズマ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62225227A JPH07105537B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | プラズマ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6471099A JPS6471099A (en) | 1989-03-16 |
| JPH07105537B2 true JPH07105537B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=16825979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62225227A Expired - Fee Related JPH07105537B2 (ja) | 1987-09-10 | 1987-09-10 | プラズマ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105537B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1242802B (it) * | 1990-10-09 | 1994-05-18 | Zanussi Elettrodomestici | Dispositivo di controllo per macchina lavatrice e/o asciugatrice di biancheria |
| FR2937494B1 (fr) * | 2008-10-17 | 2012-12-07 | Centre Nat Rech Scient | Source de plasma gazeux basse puissance |
-
1987
- 1987-09-10 JP JP62225227A patent/JPH07105537B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6471099A (en) | 1989-03-16 |
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