JPH01162390A - エキシマレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエキシマレーザ装置に関し、特に放電型エキシ
マレーザ装置に適用して好適なものである。

〔発明の概要〕

本発明は、放電型エキシマレーザ装置において、予備電
離用コンデンサからピーキング（ｐｅａｋｉｎｇ）用コ
ンデンサに充電電荷を移すことにより予備電離させなが
ら励起用主コンデンサの充電電荷による主放電を発生さ
せるようにしたことにより、スパイ力トランスを用いず
に安定かつ自動的に主放電を生じさせることができる。

〔従来の技術〕

従来この種の放電型エキシマレーザ装置として、第３図
に示すものが提案されている。

第３図において、ＥＸＭＡは全体としてエキシマレーザ
装置を示し、ガスレーザ本体ＧＬＡを有する。ガスレー
ザ本体ＧＬＡはハロゲンガス（例えばＣ１７ガス）、希
ガス（例えばＸｅガス）、バッファガス（例えばＨｅガ
ス）でなるレーザガスを密封してなるレーザガスチャン
バ１を有し、−対の主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に紙面に
垂直方向の位置に対向するように配設された対向ミラー
によって構成される光共振器３から、紙面に垂直方向に
レーザ光ＬＡを放射するようになされている。

また主放電電極２Ａ及び２Ｂを挾むように対向して例え
ばスパーク電極、Ｘ線源等でなる一対の予備電離発生素
子４Ａ及び４Ｂが配設され、この予備電離発生素子４Ａ
及び４Ｂ間のレーザガスをグロー放電状態に予備電離す
ることにより主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に均一に主放電
を生じさせるようにし、かくしてレーザ光を効率良く発
生させるようになされている。

一方の主放電電極２Ａは、スパイカトランス１１の２次
巻線１１Ｂを介して比較的大容量の励起用主コンデンサ
１２の例えば正極側電極に接続され、他方の主放電電極
２Ｂが励起用主コンデンサ１２の負極側電極に接続され
、その共通接続点がアースされている。

スパイカトランス１１の１次巻線１１Ａには放電開始用
パルス発生器１３が接続され、そのトリガ信号入力端子
１３Ａにパルス状トリガ信号Ｓ１が与えられたとき、ス
パイカトランス１１の１次巻線１１Ａにトリガパルス電
流を流し込むことにより、２次巻線１１Ｂにスパーク電
極Ｖ　７　Ｒを発生させ、かくして主放電電極２Ａ及び
２Ｂ間に主放電を開始させるようになされている。

なお、５はガス冷却器、６はできるだけ大量な放電を生
じさせるためのガス循環ファンである。

第３図の構成において主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に主放
電が発生していない状態において、励起用主コンデンサ
１２は励起用主電源１４によって例えば数（ｋＶ）程度
の充電電圧ｖＭに充電されている。第４図は第３図の装
置の各部の信号を示す信号波形図の一例であり、概略図
である。

この状態において放電開始用パルス発生器１３のトリガ
信号入力端子１３Ａにトリガ信号Ｓｌ（第４図（Ａ））
が与えられると、スパイカトランス１１の２次巻線１１
Ｂにスパーク電極ＶＴＲが発生し、これが励起用主コン
デンサ１２の充電電圧ＶＭ（第４図（Ｂ））に重畳され
ることにより、主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に印加される
電圧がレーザガスの放電開始電圧を超えることにより、
主放電が開始する。

このとき励起用主コンデンサ１２の充電電荷が放電電流
１ｓｐＣ第４図（Ｃ））として励起用主コンデンサ１２
−スパイカトランス１１の２次巻線１１Ｂ＝主放電電極
２Ａ、２Ｂ−励起用主コンデンサ１２の回路を通じて流
れることにより、光共振器３からレーザ光ＬＡ（第４図
（Ｄ））が放射される。

やがて励起用主コンデンサ１２の充電電圧■イ（第４図
（Ｂ））が放電し終わると、放電電流ＴＳＰが流れなく
なることにより（第４図（Ｃ））、光共振器３はレーザ
光ＬＡの放射を停止する（第４図（Ｄ））。

かかる動作はトリガ信号Ｓ１がトリガ信号入力端子１３
Ａに与えられるごとに繰り返され、かくして光共振器３
は例えば数１０　（ｎｓｅｃ）程度の比較的短い時間の
間レーザ光ＬＡ（第４図（Ｄ））を間欠的に放射するこ
とになる。

この従来の放電型エキシマレーザ装置は、レーザガス放
電を開始させるためのスパイ力回路として、放電開始用
パルス発生器１３及びスパイ力トランス１１を有すると
共に、当該開始したレーザガス放電を維持させるため励
起用主コンデンサ１２−スパイカトランス１１の２次巻
線１１Ａ−主放電電極２Ａ、２Ｂ−励起用主コンデンサ
１２の回路を有するいわゆるスパイカ／サステナ方式の
放電型エキシマレーザ装置として、効率が比較的高くか
つ電気回路素子の負荷が軽いことに基づいて装置全体と
しての寿命が長い利点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが第３図の従来の構成によると、レーザガスの放
電を開始させるためのスパイ力電圧■ア、を得るにつき
、スパイカトランス１１を用いるた６一 めに、エキシマレーザ装置全体としての構成が複雑かつ
大型になることを避は得ず、しかもスパイ力トランス１
１におけるエネルギー伝達効率が低いためエキシマレー
ザ装置全体として発振効率が未だ不十分であった。

これに加えて第３図の従来の構成においては、主放電電
極２Ａ及び２Ｂ間にグロー放電を生じさせる予備電離発
生素子４Ａ及び４Ｂの駆動手段を、スパイカ回路を構成
する放電開始用パルス発生器１３とは別体に設けるよう
になされているが、実際上主放電電極２Ａ及び２Ｂ間の
レーザガスが実用上十分な程度に予備電離したタイミン
グに合わせてスパイ力電圧ＶＴＲを発生させるような同
期動作を常時安定に実行させるような制御回路を実現す
ることは困難であった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、従来のス
パイカトランスを必要とすることなく、光共振器のレー
ザガスを常に安定に予備電離状態から放電状態に移行さ
せることができる簡易な構成のエキシマレーザ装置を提
案しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、予備電
離用コンデンサ２４の充電電荷を予備電離用スパーク電
極２６を通じてピーキング用コンデンサ２７に移動させ
ながら予備電離用スパーク電極２６によってレーザガス
を予備電離させると共に、励起用主コンデンサ２１の充
電電圧をピーキング用コンデンサ２７及び予備電離用ス
パーク電極２６を介して主放電電極２Ａ、２Ｂに印加す
ることによりレーザガスに主放電を生じさせるようにす
る。

〔作用〕

予備電離用コンデンサ２４の充電電荷を予備電離用スパ
ーク電極２６を通じてピーキング用コンデンサ２７に移
動開始させると、当該予備電離用スパーク電極２６から
発生する紫外線によってレーザガスが予備電離されるこ
とにより、主放電が均一に生じ易い状態を次第に形成さ
せることができる。

主放電電極２Ａ、２Ｂには、励起用主コンデンサ２１の
充電電圧がピーキング用コンデンサ２７及び予備電離用
スパーク電極２６を介して印加されており、かくしてレ
ーザガスが主放電を開始し得る状態にまで予備電離され
ると、自動的に主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に放電が開始
され、その後は主として励起用主コンデンサ２１の充電
電荷によってレーザガスの主放電が維持される。

このようにしてレーザガスは予備電離状態から安定かつ
自動的に主放電状態に移行することができ、かくするに
つき従来の場合のようにスパイカトランス１１を用いる
必要性をなくし得る。

〔実施例〕

以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。

〔１〕第１実施例 第３図との対応部分に同一符号を付して示す第１図にお
いて、励起用主コンデンサ２１の正極側電極が主放電電
極２Ｂに接続されると共に、負極側電極が可飽和リアク
トル２２を通じてアースされている。励起用主コンデン
サ２１の正極側電極には励起用主電源２３が接続され、
励起用主電源２３−励起用主コンデンサ２１−可飽和リ
アクドル２２−アース−励起用主電源２３の回路ＬＰＩ
によって励起用主コンデンサ２１の両端電圧ｖ８が例え
ば＋２０　（ｋＶ）程度に充電される。

可飽和リアクトル２２の励起用主コンデンサ２１側端に
は、予備電離用コンデンサ２４の負極側電極が接続され
、その正極側電極が例えばサイラトロンでなるスイッチ
２５を通じて予備電離用スパーク電極２６の一端及び主
放電電極に接続されている。

予備電離用スパーク電極２６の他端は、ピーキング用コ
ンデンサ２７を介して予備電離用コンデンサ２４の負極
側電極に接続され、かくしてスイッチ２５のトリガ信号
入力端２５Ａにトリガ信号Ｓｌｌが与えられてスイッチ
２５がオン動作したＩＯ− とき、予備電離用コンデンサ２４の充電電荷がスイッチ
２５、予備電離用スパーク電極２６を順次通ってピーキ
ング用コンデンサ２７に移動するようになされ、このと
き予備電離用スパーク電極２６放電によって生ずる紫外
線がレーザガスに照射されることにより、グロー放電状
態に予備電離させるようになされている。

予備電離用コンデンサ２４の正極側電極には予備電離用
電源２８が接続され、予備電離用電源２８−子備電離用
コンデンサ２４−可飽和リアクドル２２−アース−予備
電離用電源２８の回路ＬＰ２によって予備電離用コンデ
ンサ２４の両端電圧■５が例えば５　　（ｋＶ）程度以
上にまで充電される。

以上の構成において、ガスレーザ本体ＧＬＡＯ主放電電
極２Ａ及び２Ｂ間に主放電が生じておらず、しかも予備
電離用スパーク電極２６にも放電が生じていないとき、
励起用主コンデンサ２１及び予備電離用コンデンサ２４
が上述の充電回路ＬＰ１及びＬＰ２を介して充電されて
いる。

この状態においてスイッチ２５がそのトリガ信号入力端
２５Ａにトリガ信号Ｓｌｌが与えられてオン動作すると
、予備電離用コンデンサ２４の充電電荷が予備電離用コ
ンデンサ２４−スイッチ２５−子備電離用スパーク電極
２６−ピーキング用コンデンサ２７−子備電離用コンデ
ンサ２４の予備電離ループＬＰ３を通じて流れることに
より、ピーキング用コンデンサ２７に移される。

このとき予備電離用スパーク電極２６が放電することに
より、主放電電極２Ａ及び２Ｂ間のレーザガスを予備電
離してグロー放電を開始させる。

これと同時に、励起用主コンデンサ２１の両端電圧■８
は、ピーキング用コンデンサ２７及び予備電離用スパー
ク電極２６を通じて、主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に印加
される。

実際上、ピーキング用コンデンサ２７に対する充電が進
むに従ってその両端電圧■２が上昇して行き、これによ
り主放電電極２Ａ及び２Ｂ間には励起用主コンデンサ２
１の充電電圧■８とピーキング用コンデンサ２７の充電
電圧■、との差電圧が印加されている状態が得られる。

やがてグロー放電が拡大して行くと、主放電電極２Ａ及
び２Ｂ間のレーザガスのインピーダンスが急速に低下し
て行くことにより、主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に主放電
が開始する。

このとき、励起用主コンデンサ２１の充電電荷は、励起
用主コンデンサ２１−主放電電極２Ｂ、２Ａ−子備電離
用スパーク電極２６−ピーキング用コンデンサ２７−励
起用主コンデンサ２１の放電回路ＬＰ４を通じて放電す
る。

実際上、かかる主放電が開始したとき、予備電離用コン
デンサ２４の充電電荷も主放電電極２人及び２Ｂを通じ
て放電される。

これと同時に、可飽和リアクトル２２への漏れ電流が次
第に大きくなると、可飽和リアクトル２２のリアクタン
スが急激に低下することにより、励起用主コンデンサ２
１の充電電荷が主として、励起用主コンデンサ２１−主
放電電極２Ｂ、２Ａ−可飽和リアクドル２２−励起用主
コンデンサ２１の主放電回路ＬＰ５を通じて流れるよう
になる。

従って主放電電極２人及び２Ｂ間のレーザガスが安定に
レーザ光を発生する状態が維持される。

やがて励起用主コンデンサ２１の充電電荷が放電し終る
と、主放電回路ＬＰ５に流れる放電電流が小さくなるこ
とにより主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に放電が生じなくな
り、その結果レーザ光が発生しなくなる。このとき可飽
和リアクトル２２は、流れる電流が小さくなることによ
り、非飽和状態に遷移してそのリアクタンスが大きい状
態に戻り、かくして主放電回路ＬＰ５が可飽和リアクト
ル２２において等価的に遮断された状態になる。

かくして１回の放電サイクルが終了し、エキシマレーザ
装置ＥＸＭＡが全体として励起用主コンデンサ２１及び
予備電離用コンデンサ２４の充電動作状態に戻る。

第１図の構成によれば、ガスレーザ本体ＧＬＡＯ主放電
電極２Ａ及び２Ｂ間に主放電を開始させる前に、予備電
離用コンデンサ２４の充電電荷を予備電離用スパーク電
極２６を介してピーキング用コンデンサ２７に移動させ
る際に予備電離を発生させると共に、当該予備電離状態
が主放電を生じさせるのに最適な状態になった時自動的
に励起用主コンデンサ２１の充電電荷を主放電電極２Ａ
及び２Ｂ間に主放電させるようにしたことにより、レー
ザガスが予備電離状態から主放電状態へ自動的にかつ安
定に移行し得る。

かくするにつき、従来の場合のようにスパイカトランス
１１　（第３図）を設ける必要性をなくし得ることによ
り、この分エキシマレーザ装置ＥＸＭＡ全体としての構
成を一段と簡易かつ小型化し得ると同時に、レーザ光の
発生効率を高めることができる。

〔２〕第２実施例 第１図との対応部分に同一符号を付して示す第２図は本
発明の他の実施例を示すもので、この場合励起用主電源
２３は励起用主コンデンサ２１を第１図の場合と逆極性
に充電するようになされている。

第２図の構成において、予備電離用スパーク電極２６は
、第１図の場合と同様にして予備電離用コンデンサ２４
の充電電荷がピーキング用コンデンサ２７に移動する際
に予備電離動作する。

このとき主放電電極２Ａ及び２Ｂ間に印加される電圧は
、　励起用主コンデンサ２１の充電電圧■９が第１図の
場合と逆極性になっていることにより、　この励起用主
コンデンサ２１の充電電圧■９と、ピーキング用コンデ
ンサ２７の充電電圧ＶＰとの和の値になる。従ってこの
分生放電電極２Ａ及び２Ｂに印加される放電電圧を、励
起用主コンデンサ２１及びピーキング用コンデンサ２７
の充電電荷を有効に利用して主放電電極２Ａ及び２Ｂ間
に主放電を生じさせることができる。

かくしてこの分第１図の場合と比較して励起用主コンデ
ンサ２１の充電電圧■４、従って励起用主電源２３の出
力電圧を低減させることができる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、予備電離用コンデンサの
充電電荷をピーキング用コンデンサに移動させる際に予
備電離用スパーク電極によってレーザガスの予備電離を
なし得ると共に、励起用主コンデンサの充電電圧をピー
キング用コンデンサ及び予備電離用スパーク電極を介し
て主放電電極間に印加するようにしたことにより、レー
ザガスを予備電離した後主放電に移行させる一連の動作
を安定かつ自動的に実行させ得、かくするにつき従来の
場合のようにスパイカトランスを用いないで済むことに
より、エキシマレーザ装置全体としての構成を小型かつ
簡易化し得ると共に、レーザ発生効率を改善し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエキシマレーザ装置の一実施例を
示す路線的接続図、第２図は本発明の他の実施例を示す
路線的接続図、第３図は従来のエキシマレーザ装置を示
す路線的接続図、第４図はその各部の信号を示す信号波
形図である。 １・・・・・・レーザガスチャンバ、２Ａ、２Ｂ・・・
・・・主放電電極、３・・・・・・光共振器、１１・・
・・・・スバイカトランス、２１・・・・・・励起用主
コンデンサ、２２・・・・・・＝１７− 可飽和リアクトル、２４・・・・・・予備電離用コンデ
ンサ、２５・・・・・・スイッチ、２６・・・・・・予
備電離用スパーク電極、２７・・・・・・ピーキング用
コンデンサ、ＥＸＭＡ・・・・・・エキシマレーザ装置
、ＧＬＡ・・・・・・ガスレーザ本体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）予備電離用コンデンサの充電電荷を予備電離用ス
   パーク電極を通じてピーキング用コンデンサに移行させ
   ながら上記予備電離用スパーク電極によつてレーザガス
   を予備電離させると共に、励起用主コンデンサの充電電
   圧を上記ピーキング用コンデンサ及び上記予備電離用ス
   パーク電極を介して主放電電極に印加することにより主
   放電を生じさせる ことを特徴とするエキシマレーザ装置。
2. （２）上記予備電離用コンデンサ及び上記励起用主コン
   デンサを、可飽和リアクトルを介して充電するようにし
   てなる特許請求の範囲第１項に記載のエキシマレーザ装
   置。