JP2000077754A - レーザ装置 - Google Patents

レーザ装置

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JP2000077754A
JP2000077754A JP10242185A JP24218598A JP2000077754A JP 2000077754 A JP2000077754 A JP 2000077754A JP 10242185 A JP10242185 A JP 10242185A JP 24218598 A JP24218598 A JP 24218598A JP 2000077754 A JP2000077754 A JP 2000077754A
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Japan
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laser
electrode
discharge
preionization
medium gas
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JP10242185A
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Inventor
Kazumi Ouchi
和美 大内
Muneyuki Adachi
宗之 足立
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Nidek Co Ltd
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Nidek Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ媒質ガス中に金属粉等の不純物が飛散
することなく、十分な予備電離が行なえ、レーザガスの
劣化を抑制する。 【解決手段】 レーザ光軸に直交する方向に対向して設
けられた一対の主放電電極間にグロー放電を行ってレー
ザ管内に封入された高気圧のレーザ媒質ガスを励起する
ことによりレーザ光を得るレーザ装置において、前記主
放電電極による前記レーザ媒質ガスの放電励起に先立
ち、レーザ媒質ガスを予備電離するための少なくとも一
対の予備電離電極と、該予備電離電極の陰極と陽極を各
々被覆する絶縁部材と、該絶縁部材を介して前記予備電
離電極間にコロナ放電を発生させるためのコンデンサ
と、前記主放電電極による放電によって励起されて発生
した光を共振増幅するための共振光学系と、を備えるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、封入された高気圧
のレーザ媒質ガスに放電を行って励起し、レーザ光を発
振させるレーザ装置に係り、殊に放電励起型ガスレーザ
装置の予備電離に関する。
【0002】
【従来の技術】エキシマレーザ等のレーザ装置の励起方
式としては、レーザ媒質ガスの予備電離を十分に行った
後、レーザ光軸に直交する方向に対向して設けられた一
対の主放電電極間にグロー放電を行って励起する放電励
起方式が知られている。予備電離方法としては一般的
に、アーク(スパーク)放電によるアーク予備電離方
式、コロナ放電によるコロナ予備電離方式が知られてい
る。図5は放電励起の構成をレーザ光軸と直交する方向
から模式的に示した図であり、(a)がアーク予備電離
方式、(b)がコロナ予備電離方式である。
【0003】図5(a)のアーク予備電離方式では、対
向する一対の主放電電極50a、50bが導電体である
保持板51a、51bにそれぞれ固定されている。主放
電電極50aの両側には、予備電離ピン53を備えたピ
ーキングコンデンサ52が保持板51aに設けられてお
り、保持板51bには予備電離ピン54が予備電離ピン
53と所定の間隔(ギャップ)を持って対向するように
設けられている。
【0004】ピーキングコンデンサ52を充電すること
により、対向する予備電離ピン53、54間にアーク
(スパーク)放電が発生する。アーク放電により予備電
極間に生じる紫外線が主放電電極53a、53b間のレ
ーザガスを予備電離し、ピーキングコンデンサ52が所
定の高電圧に達すると、主放電電極53a、53b間に
主放電であるグロー放電が行われて放電領域のレーザガ
スが励起され、エキシマレーザが発生する。
【0005】図5(b)のコロナ予備電離方式では、ピ
ーキングコンデンサ52が保持板51a、51bを連結
するように接続して設けられており、コロナ用電極55
aを絶縁部材55bで被覆した予備電離ロッド55と、
アース(接地)された金属製のアース電極ロッド56に
より予備電離が行われる。
【0006】予備電離ロッド55のコロナ用電極55a
に電圧が印可されると、予備電離ロッド55とアース電
極ロッド56との間にコロナ放電が発生する。コロナ放
電により主放電電極間のレーザガスを予備電離し、主放
電電極間にグロー放電が行われると、放電領域のレーザ
ガスが励起され、エキシマレーザが発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
アーク予備電離方式の場合、アーク放電の際に予備電離
ピンが高温となるため、ピンの一部が溶融飛散し、不純
物となってレーザガス中に混入する。レーザガス中に不
純物(金属粉や金属イオン)が混入すると、レーザガス
の寿命が短くなるだけでなく、電離能力の低下や主放電
の不均一化によるレーザ出力の低下などの悪影響を及ぼ
す。
【0008】また、後者のコロナ予備電離方式の場合、
アーク予備電離方式に対して予備電離されるイオン密度
が極端に小さく、十分な予備電離が行い難い。予備電離
が十分に行われない状態で主放電(グロー放電)が行わ
れると、主放電電極間にグロー放電のほかにアーク放電
が生じる。主放電電極間にアーク放電が生じると、主放
電電極の一部が溶融飛散し、不純物としてレーザガス中
に混入することになり、アーク予備電離方式と同様の問
題が生じる。
【0009】さらに、十分な予備電離を行うために大き
なコロナ放電を生じさせると、誘電体を被覆していない
方の電極から金属粉等の不純物をレーザ媒質ガスに放出
する可能性がある。
【0010】本発明は上記従来技術に鑑み、レーザ媒質
ガス中に金属粉等の不純物が飛散することなく、十分な
予備電離が行なえ、レーザガスの劣化を抑制するレーザ
装置を提供することを技術課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。
【0012】(1) レーザ光軸に直交する方向に対向
して設けられた一対の主放電電極間にグロー放電を行っ
てレーザ管内に封入された高気圧のレーザ媒質ガスを励
起することによりレーザ光を得るレーザ装置において、
前記主放電電極による前記レーザ媒質ガスの放電励起に
先立ち、レーザ媒質ガスを予備電離するための少なくと
も一対の予備電離電極と、該予備電離電極の陰極と陽極
を各々被覆する絶縁部材と、該絶縁部材を介して前記予
備電離電極間にコロナ放電を発生させるためのコンデン
サと、前記主放電電極による放電によって励起されて発
生した光を共振増幅するための共振光学系と、を備える
ことを特徴とする。
【0013】(2) (1)のレーザ装置において、前
記絶縁部材はセラミックス基材であることを特徴とす
る。
【0014】(3) (2)のレーザ装置において、前
記セラミックス基材の比誘電率は1000以上であるこ
とを特徴とする。
【0015】(4) (1)のレーザ装置において、前
記予備電離電極はレーザ光軸に平行に設けられているこ
とを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1はエキシマレーザ装置の概略
構成図である。
【0017】レーザ媒質ガスのレーザ管1への供給・排
気は、ガス供給排気系2により行われる。レーザ媒質ガ
スは、例えば、Ar(アルゴン)の希ガスとF2(フッ
素)のハロゲンガスの混合ガスを使用すると、ArFの
エキシマレーザ(発振波長193nm)を得ることがで
きる。
【0018】レーザ管1の前後には反射ミラー7、出力
ミラー8が配置されて共振光学系が構成されている。レ
ーザ光軸上に配置され、共振光学系を構成する全反射ミ
ラー7は波長193nmの光を全反射し、出力ミラー8
は波長193nmの光を一部透過する特性をそれぞれ持
つ。
【0019】励起回路3からの信号によって、レーザ管
1内に配置される放電電極間に放電が生じると、レーザ
管1内のレーザ媒質ガスが励起される。放電励起により
放出された光は共振光学系間を往復して増幅され、レー
ザ光として出力ミラー8からレーザ管1を出射した後、
導光光学系4を介して被照射物を照射する。
【0020】制御部5は入力部6からのレーザ照射条件
等の入力信号に基づいて、ガス供給排気系2、励起回路
3、導光光学系4を駆動制御し、レーザ管1のレーザ発
振の動作、導光光学系4による被照射物へのレーザ照射
動作を行なう。
【0021】以下、レーザ管の説明を、図2に示すレー
ザ管1内の要部構成断面図、図3に示す図2のA−A断
面図に基づいて説明する。
【0022】導電体である保持板10a、10bは取付
部11及び支柱12により、レーザ管1に取付けられて
いる。各々の保持板10a、10bには対を成すレール
状のエルンスト型主放電電極13a、13bが設けられ
ている。エルンスト型主放電電極13a、13bの横断
面は、主放電電極間で一様なグロー放電を行うに適した
蒲鉾状の形状をしている。主放電電極13a、13bの
両側には円筒型のピーキングコンデンサ14がその電極
方向を主放電方向と平行になるように保持板10a、1
0bを連結するように固定配置されている。
【0023】コロナ予備電離用の陰極ロッド15は、中
心電極15aとこれを被覆する絶縁部材15bより構成
されており、レーザ光軸に平行に配置される。アース
(接地)されている陽極ロッド16もまた、中心電極1
6aとこれを被覆する絶縁部材16bより構成されてお
り、レーザ光軸に平行に配置される。絶縁部材15b、
16bにはガラス、セラミックス、サファイア等の誘電
体が使用され、好ましくは比誘電率が1000以上の高
誘電率を有する誘電体セラミックス、例えば、チタン酸
ストロンチウム(SrTiO3)等がよい。
【0024】レーザ管1内にはガス供給排気系2に接続
された供給管20からレーザ媒質ガスが供給されて封入
され、使用されたガスは排気管21から排気される。封
入されたレーザ媒質ガスはガスフローファン22の回転
によりレーザ管1内で循環され、常に新しいガスを放電
領域に供給する。ガスフローファン22は保持板10a
上の両端部に設けられた支持部材23により回転可能に
支持されており、その回転はレーザ管1の外部に設けら
れたモータ等からなる回転駆動機構24によりマグネテ
ィックカップリング25を介して行われる。
【0025】図4は励起回路3の要部構成図であり、高
圧電源40の陰極側に、コロナ予備電離用のコンデンサ
41、及び主放電用のコンデンサ42が設けられ、その
先には各々にコロナ予備電離用陰極ロッド15の中心電
極15a、主放電陰電極13aに接続されている。高圧
電源40と並列に、ピーキングコンデンサ14、外部の
トリガ信号により高速スイッチング動作を行なうサイラ
トロン等のスイッチング素子43、及びコンデンサ4
1、42を充電するための抵抗44、45が設けられ、
陽極(接地)側には主放電陽電極13b、コロナ予備電
離用陽極ロッド16の中心電極16aと接続されてい
る。
【0026】以上のような構成をそなえるレーザ装置に
関して、以下にそのレーザ発振動作を説明する。
【0027】レーザ管1内にガス供給排気系2より高気
圧のレーザ媒質ガスが供給され、封入される。サイラト
ロン43がOFFの状態で高圧電源40を作動させる
と、コンデンサ41及びコンデンサ42に高電圧が印加
される。高電圧が印加されると、コンデンサ41及び4
2は抵抗44、45を介して充電される。
【0028】外部信号を入力してサイラトロン43のス
イッチを瞬間的にONすると、コンデンサ41及び42
に蓄積された電荷は、陰極ロッド15と陽極ロッド1
6、及びピーキングコンデンサ14に移行する。
【0029】陰極ロッド15と陽極ロッド16の間に電
荷が付加されると、電極ロッド15、16間でコロナ放
電が生じ、主放電電極間が放電破壊電圧に達する前にレ
ーザ媒質ガスの十分な予備電離が行なわれる。陰極ロッ
ド15と陽極ロッド16には高誘電率の絶縁部材(誘電
体)15b、16bが被覆されているため、コロナ放電
による電離イオン密度も高いものとなり、主放電電極1
3a、13b間のレーザ媒質ガスの予備電離を十分に行
なうことができる。また、絶縁部材15b、16bの被
覆により、放電による金属の溶融飛散がなく、不純物と
して金属粉や金属イオンがレーザ媒質ガス内に放出され
ることがないため、レーザ出力が安定し、レーザガス寿
命を長くすることができる。
【0030】ピーキングコンデンサ14が充電されて主
放電電極間が放電破壊電圧に達すると、予備電離により
電離した電子によってグロー放電である主放電が短時間
に発生するようになる。このような強力な放電エネルギ
により、レーザ媒質ガスが効率良く励起され、放出され
た光が共振器光学系間を往復して増幅し、エキシマレー
ザがレーザ管1から発振される。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザ媒質ガス中に金属粉等の不純物が飛散することな
く、十分な予備電離が行なえ、レーザガスの劣化を抑制
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例のエキシマレーザ装置の概略構成図であ
る。
【図2】レーザ管1内の要部構成断面図である。
【図3】図2のAーA断面図である。
【図4】励起回路3の要部構成図である。
【図5】従来のエキシマレーザ装置における放電励起の
構成のレーザ光軸と直交する方向の横断面を模式的に示
した図である。
【符号の説明】
1 レーザ管 4 導光光学系 13a、13b 主放電エルンスト型電極 14 ピーキングコンデンサ 15 コロナ用陰極ロッド 15b 絶縁部材 16 コロナ用陽極ロッド 16b 絶縁部材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光軸に直交する方向に対向して設
    けられた一対の主放電電極間にグロー放電を行ってレー
    ザ管内に封入された高気圧のレーザ媒質ガスを励起する
    ことによりレーザ光を得るレーザ装置において、前記主
    放電電極による前記レーザ媒質ガスの放電励起に先立
    ち、レーザ媒質ガスを予備電離するための少なくとも一
    対の予備電離電極と、該予備電離電極の陰極と陽極を各
    々被覆する絶縁部材と、該絶縁部材を介して前記予備電
    離電極間にコロナ放電を発生させるためのコンデンサ
    と、前記主放電電極による放電によって励起されて発生
    した光を共振増幅するための共振光学系と、を備えるこ
    とを特徴とするレーザ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1のレーザ装置において、前記絶
    縁部材はセラミックス基材であることを特徴とするレー
    ザ装置。
  3. 【請求項3】 請求項2のレーザ装置において、前記セ
    ラミックス基材の比誘電率は1000以上であることを
    特徴とするレーザ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1のレーザ装置において、前記予
    備電離電極はレーザ光軸に平行に設けられていることを
    特徴とするレーザ装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112424696A (zh) * 2018-07-17 2021-02-26 车桐镐 气体激光的气体成分监控装置
WO2022123714A1 (ja) * 2020-12-10 2022-06-16 ギガフォトン株式会社 ガスレーザ装置及び電子デバイスの製造方法
WO2024195064A1 (ja) * 2023-03-22 2024-09-26 ギガフォトン株式会社 レーザチャンバ装置、ガスレーザ装置、及び電子デバイスの製造方法

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